CN104885334A - 用于电机的转子以及包含该转子的电机 - Google Patents

Abstract

一种用于电机的包括转子芯的转子，该转子芯具有沿轴向方向堆叠的多个转子片(RS1’)，多个转子片(RS1’)中的每个转子片包括由高磁导材料制成的多个磁通路径(P1’、P2’、P3’、P4’)、由低磁导材料制成的多个隔磁磁桥(B1’、B2’、B3’、B4’)、由高磁导材料制成的多个桥接部(BR21’、BR22’、BR41’、BR42’)、以及至少一个轴向磁体(M11’、M12’)，其中，多个桥接部中的每个桥接部延伸横跨对应的隔磁磁桥，至少一个轴向磁体(M11’、M12’)邻近对应的桥接部(BR41’、BR42’)轴向地定位并且适于使对应的桥接部磁饱和，每个轴向磁体被按压在两个元件之间，该两个元件中的至少一个元件为与该轴向磁体相对应的桥接部(BR41’、BR42’)。

Description

用于电机的转子以及包含该转子的电机

技术领域

本发明涉及用于电机的转子。本发明还涉及包含所述转子的电机。

背景技术

在设置有沿着转子的圆周大致以相等间隔布置的多个磁极的电机转子中，每个磁极具有直极轴或直轴。两个相邻的直极轴形成被交轴平分的角。与直极轴对应的电抗称为直轴电抗，而与交轴对应的电抗称为交轴电抗。磁阻转矩与交轴电抗的倒数值和直轴电抗的倒数值的差成比例，该差可以写为1/X_q-1/X_d。因此，能够通过增大直轴电抗或通过减小交轴电抗来增加磁阻转矩。

已知的磁阻电机的转子包括转子芯，该转子芯具有沿转子芯的周向方向定位的多个磁通导引部段，多个磁通导引部段中的每个磁通导引部段包括由具有高磁导材料制成的多个磁通路径和由低磁导材料制成的多个隔磁磁桥。磁通路径和隔磁磁桥沿着磁通导引部段的径向方向交替地定位。出于机械原因，存在连接相邻磁通路径的由高磁导材料制成的桥接部。

桥接部导致从一个磁通路径至另一磁通路径的漏磁。漏磁降低了效率且减小了最大转矩并且增大了空载电流，从而使电机的电气性能劣化。因此，使桥接部的漏磁最小化能够提高电机的电气性能。

发明内容

本发明的目的是提高包括如下转子的电机的电气性能，该转子包括连接相邻磁通路径的桥接部。本发明的目的通过由独立权利要求1中陈述的内容来表征的转子来实现。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。

本发明是基于提供如下转子芯的构思，该转子芯具有多个永磁体，该多个永磁体中的每个永磁体邻近对应的桥接部定位并且适于使对应的桥接部磁饱和。

本发明的优点是能够提高具有包括连接相邻磁通路径的桥接部的转子的电机的电气性能而不需要以任何方式修改桥接部。

欧洲专利申请12197147.7公开了用于提高具有包括叠置的转子片的转子的电机的电气性能的发明。本发明能够与所述早先发明一起开发，其中，永磁体邻近在早先申请中公开的转子片的桥接部放置。

附图说明

下面将参照附图借助于优选实施方式来更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的实施方式的电机的截面图；

图2示出了图1的截面的放大的细节图；

图3示出了根据本发明的另一实施方式的转子的转子片；

图4示出了轴向叠置的四个转子片，四个转子片中的每个转子片类似于图3的转子片；以及

图5示出了包括图4的转子片堆的转子。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施方式的电机的截面图。该电机包括转子和定子。转子包括转子芯，该转子芯具有沿转子芯的周向方向定位的磁通导引部段FG1、FG2、FG3和FG4。在此，周向方向是与转子的轴向方向和径向方向相垂直的弯曲的方向。

磁通导引部段FG1至FG4中的每个磁通导引部段包括沿着磁通导引部段的径向方向交替地定位的由高磁导材料制成的磁通路径P1、P2、P3和P4以及由低磁导材料制成的隔磁磁桥B1、B2、B3和B4。隔磁磁桥B1至B4中的每个隔磁磁桥从第一末端延伸至第二末端，该第一末端和第二末端邻近转子芯的表面定位并且沿周向方向彼此间隔开。隔磁磁桥B1至B4中的每个隔磁磁桥设置成在由高磁导材料制成的相邻元件之间提供高磁阻。

隔磁磁桥B1至B4中的每个隔磁磁桥限定从转子表面上的第一点延伸至转子表面上的第二点的对应的假想中心线，第一点和第二点在转子表面上沿转子的周向方向互相间隔开。在图1中通过虚线CL11示出了磁通导引部段FG1的隔磁磁桥B1的假想中心线。

磁通路径P1至P4布置成将磁通从磁通路径的第一末端引导至磁通路径的第二末端，第一末端和第二末端两者均处于转子表面处并且在转子表面处沿转子的周向方向相互间隔开。磁通路径P1至P3以下述方式定形状：周向末端，即，上文称作第一末端和第二末端的那些末端，相对于转子的中轴线的径向距离基本上大于讨论中的磁通路径的中央部分的外表面相对于转子的中轴线的径向距离。

转子芯包括由高磁导材料制成的桥接部BR11、BR12、BR13和BR14，桥接部BR11至BR14中的每个桥接部延伸横跨对应的隔磁磁桥。桥接部BR11延伸横跨隔磁磁桥B1，桥接部BR12延伸横跨隔磁磁桥B2，桥接部BR13延伸横跨隔磁磁桥B3，桥接部BR14延伸横跨隔磁磁桥B4。

图1中的转子还包括中央部段RCS。中央部段RCS大致呈X形，其中，X的每个稍端延伸至转子的表面。每个磁极的直极轴穿过中央部段RCS的延伸至转子表面的部分。在中央部段RCS的中央存在布置成接纳转子轴的孔RH。

中央部段RCS由高磁导材料制成。因此，中央部段RCS形成用于每个磁通导引部段的中央磁通路径P0。每个中央磁通路径P0邻近相应的隔磁磁桥B1定位，并且布置成将磁通从中央磁通路径的第一末端引导至中央磁通路径的第二末端，第一末端和第二末端两者位于转子表面处。

图2示出了图1的截面的四分之一作为放大图。图2示出转子芯包括永磁体M11、M12和M12P，永磁体M11、M12和M12P中的每个永磁体邻近对应的桥接部定位并且适于使对应的桥接部磁饱和。被磁饱和的桥接部的磁阻高于不被磁饱和的桥接部的磁阻。永磁体M11邻近桥接部BR11定位，永磁体M12邻近桥接部BR12定位，并且永磁体M12P邻近桥接部BR12P定位。永磁体M11的磁化方向以箭头MD11指示，永磁体M12的磁化方向以箭头MD12指示，永磁体M12P的磁化方向以箭头MD12P指示。永磁体M11、M12和M12P中的每个永磁体的磁化方向与对应的桥接部延伸横跨相关联的隔磁磁桥所沿方向大致垂直。

在本文中，磁体的磁化方向与从磁体的南极向磁体的北极延伸的线相平行。因此，磁化方向被限定为与磁体内的磁场的总体方向平行。磁化方向在此被限定为直线形的并且也位于磁体的外侧，尽管在磁体外侧磁体的磁场从北极延伸至南极并且因此磁场呈曲线形式。

在替代性实施方式中，每个永磁体的磁化方向偏离对应的桥接部延伸横跨隔磁磁桥所沿的方向而不与对应的桥接部延伸横跨相关联的隔磁磁桥所沿方向基本垂直。在一个实施方式中，每个永磁体的磁化方向相对于对应的桥接部延伸横跨隔磁磁桥所沿的方向偏离大于45°的角度。

与桥接部相对应的永磁体的总体积不多于该桥接部的体积的五倍。在一个实施方式中，各个永磁体的总体积为对应的桥接部的体积的一至二倍。在替代性实施方式中，至少一个永磁体可以包括多个局部磁体，其中，这样的永磁体的总体积为局部磁体的总体积。

与相关联的隔磁磁桥相比，永磁体相对较小。被至少一个具有相关联的永磁体的桥接部延伸横跨的隔磁磁桥沿对应的假想中心线的长度是所述相关联的永磁体的沿该对应的假想中心线的总长度的多倍。桥接部和永磁体的长度不包含在隔磁磁桥的长度中。在一种实施方式中，每个被至少一个具有相关联的永磁体的桥接部延伸横跨的隔磁磁桥沿对应的中心线的长度是所述相关联的永磁体沿该对应的中心线的总长度的至少十倍。例如，被桥接部BR11延伸横跨的隔磁磁桥B1沿假想中心线CL11的长度为永磁体M11沿假想中心线CL11的总长度的数十倍。

永磁体M11、M12和M12P是横向磁体，永磁体M11、M12和M12P中的每个磁体均邻近对应的桥接部沿与转子的轴向方向垂直的横向方向定位。永磁体M11邻近桥接部BR11定位，永磁体M12邻近桥接部BR12定位，并且永磁体M12P邻近桥接部BR12P定位。永磁体M12P相对桥接部BR12P径向向内地定位。每个横向磁体M11、M12和M12P均沿对应的隔磁磁桥的假想中心线定位。隔磁磁桥B1的假想中心线CL11穿过永磁体M11，并且隔磁磁桥B2的假想中心线穿过永磁体M12和M12P。

永磁体M12相对于相邻的桥接部BR12顺时针定位。并且磁通导引部段FG3中的对应的永磁体也相对于相邻的桥接部顺时针定位。磁通导引部段FG2和FG4中的对应的永磁体相对于相邻的桥接部逆时针定位。在本文中，顺时针方向和逆时针方向参照图1和图2。

桥接部BR11是包括沿隔磁磁桥B1的假想中心线CL11分隔开的第一桥接部侧壁BR11A和第二桥接部侧壁BR11B的分离式桥接部，第一桥接部侧壁BR11A和第二桥接部侧壁BR11B将横向磁体M11容置在它们之间。分离式桥接部的体积是分离式桥接部的这些侧壁所致的体积的和。

桥接部BR11、BR12、BR13和BR14是中间桥接部，桥接部BR11、BR12、BR13和BR14中的每个桥接部中断对应的隔磁磁桥。此外，桥接部BR11、BR12、BR13和BR14是交轴桥接部，每个桥接部定位成使得转子的交轴横贯交轴桥接部。穿过磁通导引部段FG1的交轴在图1中由附图标记q_A指代。在分离式桥接部BR11中，交轴在第一桥接部侧壁BR11A与第二桥接部侧壁BR11B之间穿过。

桥接部BR12P是在对应的隔磁磁桥B2的外端处贯穿隔磁磁桥B2的周缘桥接部。应当注意的是，图1的转子芯的每个隔磁磁桥包括在隔磁磁桥的两端处的周缘桥接部。各个周缘桥接部均由高磁导材料制成。周缘桥接部使得存在绕转子芯延伸的由高磁导材料制成的无中断的环。无中断的环增强了转子芯的结构。仅周缘桥接部BR12P通过附图标记指示出来。

在一些实施方式中，转子包括具有叠置在端板之间的多个转子片的转子芯。图3示出了根据一个这样的实施方式的转子的转子片RS1’。图4示出了轴向叠置的四个转子片RS1’。图5示出了包括图4的转子片堆的转子。

转子片RS1’包括沿转子片RS1’的周向方向定位的磁通导引部段FG1’、FG2’、FG3’和FG4’。磁通导引部段FG1’至FG4’中的每个磁通导引部段包括由高磁导材料制成的磁通路径P1’、P2’、P3’和P4’以及由低磁导材料制成的隔磁磁桥B1’、B2’、B3’和B4’。磁通路径和隔磁磁桥沿对应的磁通导引部段的径向方向交替地定位。

在磁通导引部段FG1’中，隔磁磁桥B1’至B4’中没有一个隔磁磁桥具有中断该隔磁磁桥的桥接部。隔磁磁桥B1’包括适于容置永磁体M11’的磁体槽MS11’，而隔磁磁桥B2’包括适于容置永磁体M12’的磁体槽MS12’。磁体槽中的每个磁体槽在对应的隔磁磁桥的中央定位成使得隔磁磁桥的对称轴线平分该磁体槽。磁通导引部段FG3’与磁通导引部段FG1’相同。磁通导引部段FG3’定位成距离磁通导引部段FG1’π弧度(180°)。

在磁通导引部段FG2’中，桥接部BR21’中断隔磁磁桥B1’，并且桥接部BR22’中断隔磁磁桥B2’。在磁通导引部段FG4’中，桥接部BR41’中断隔磁磁桥B1’，并且桥接部BR42’中断隔磁磁桥B2’。桥接部BR21’、BR22’、BR41’和BR42’中的每个桥接部为中断对应的隔磁磁桥的中间桥接部。磁通导引部段FG4’与磁通导引部段FG2’相同。磁通导引部段FG4’定位成距离磁通导引部段FG2’π弧度(180°)。

在磁通导引部段FG2’中，磁通导引部段FG1’的磁体槽MS11’由桥接部BR21’替代，而磁通导引部段FG1’的磁体槽MS12’由桥接部BR22’替代。磁通导引部段FG1’和FG2’除了其中间部分以外彼此相同。

磁通导引部段FG2’和FG4’中的桥接部定位成使得转子的交轴横贯所述桥接部。桥接部BR21’、BR22’、BR41’和BR42’中的每个桥接部关于对应的交轴对称。

转子片RS1’关于竖直线和水平线两者均对称，竖直线与平分磁通导引部段FG1’的交轴重合，并且水平线与平分磁通导引部段FG2’的交轴重合。

转子片RS1’包括的靠近转子片的中心轴线的桥接部比远离转子片的中心轴线的桥接部多。最内部的隔磁磁桥B1’具有总共两个桥接部。隔磁磁桥B2’也具有总共两个桥接部。最外部的隔磁磁桥B3’和B4’不具有任何桥接部。

转子片RS1’包括多个连接孔。每个磁通路径P1’均包括连接孔CA1’，而每个磁通路径P2’均包括连接孔CA2’。连接孔适用于接纳用于将叠置的转子片按压在一起的螺栓或杆。替代性地，转子片可以通过例如胶合而附接至彼此。

图4示出了四个转子片RS1’的堆，转子片中的每一个转子片与图3中所示的转子片RS1’相似。相继的转子片偏转π/2弧度(90°)，其中，每个内部转子片的磁通导引部段FG1’叠置在相邻的转子片的磁通导引部段FG2’与FG4’之间。在本文中，内部转子片是轴向地定位在两个相邻的转子片之间的转子片。

图4的转子片堆包括永磁体M11’和M12’。永磁体M11’和M12’中的每个永磁体是邻近对应的桥接部轴向定位的轴向磁体并且适于使对应的桥接部磁饱和。每个轴向磁体M11’邻近桥接部BR41’轴向地定位，并且每个轴向磁体M12’邻近桥接部BR42’轴向地定位。轴向磁体中的每个轴向磁体均适于轴向地被按压在两个元件之间，该两个元件中的至少一个元件为与该轴向磁体相对应的桥接部。

在图4中，一个永磁体M11’的磁化方向由箭头MD11’指示，并且一个永磁体M12’的磁化方向由箭头MD12’指示。磁化方向MD11’和磁化方向MD12’都与转子片堆的轴向方向平行。并且磁化方向MD11’和磁化方向MD12’都与对应的桥接部延伸横跨相关联的隔磁磁桥所沿的方向相垂直。例如，轴向磁体M12’的磁化方向MD12’与桥接部BR42’延伸横跨隔磁磁桥B2’所沿的方向垂直。定位在转子片堆的相同隔磁磁桥中的永磁体具有相同的磁化方向，使得磁通穿过定位在共同轴向线上的永磁体。因此，定位在隔磁磁桥B1’中的两个永磁体M11’具有相同的磁化方向，并且定位在隔磁磁桥B2’中的两个永磁体M12’具有相同的磁化方向。

图4的堆包括邻近交轴桥接部的多个轴向磁体。在替代性实施方式中也存在邻近周缘桥接部的轴向磁体。

包含叠置的转子片的转子芯可以包括横向磁体。相继的转子片可以具有位于对应的桥接部的不同侧的横向磁体。例如，转子片中的邻近桥接部的横向磁体相对于该桥接部顺时针定位，而相邻转子片中的邻近对应的桥接部的横向磁体相对于该对应的桥接部逆时针定位。

图5示出了包含图4的转子片堆的转子。转子包括位于转子的第一端的端板PL1’和位于转子的第二端的端板PL2’，并且图4的转子片堆叠置在端板PL1’与端板PL2’之间。转子芯的磁通导引部段由叠置的转子片RS1’的多个磁通导引部段FG1’、FG2’、FG3’和FG4’形成。

图5的转子中的轴向磁体M11’和M12’中的每个轴向磁体按压在两个元件之间，该两个元件中的至少一个元件为与该轴向磁体相对应的桥接部。邻近端板定位的每个轴向磁体被按压在端板与相邻的转子片的桥接部之间。其间定位有轴向磁体的元件对轴向磁体施加压紧力，在转子旋转期间，该压紧力将轴向磁体保持就位。

图4中示出的转子片RS1’能够由铁磁板通过冲压制造。转子片能够通过单一的冲压过程形成，其中，同样地，隔磁磁桥的桥接部通过单一的冲压过程形成。转子芯可以排他地包括一种类型的转子片，在该情况下，转子片可以通过一个冲压工具形成。所述一种类型的转子片可以自动地旋转以叠置。

在替代性实施方式中，转子的转子片不是必须彼此相同。此外，在转子片相同的实施方式中，所使用的转子片不是必须像转子片RS1’一样关于竖直线和水平线两者对称。在一种实施方式中，转子芯具有沿轴向方向叠置的多个转子片，该多个转子片中的每个转子片包括沿转子片的周向方向定位的多个磁通导引部段，转子芯的多个磁通导引部段由叠置的转子片的多个磁通导引部段形成。多个转子片中的每个转子片的多个磁通导引部段包括第一磁通导引部段和第二磁通导引部段，在第一磁通导引部段中，多个隔磁磁桥中的第一数量的隔磁磁桥具有中间桥接部，在第二磁通导引部段中，多个隔磁磁桥中的第二数量的隔磁磁桥具有中间桥接部，所述第一数量与所述第二数量不同。

在另一实施方式中，包含横向磁体的转子芯具有沿轴向方向叠置的多个转子片，该多个转子片布置成多个转子片组。每个转子片组包括至少一个转子片，每个组中的转子片沿轴向方向彼此相继地定位。每个转子片组的转子片彼此相同。并且在一个转子片组中的转子片的位置是相同的，这意味着包含一个以上转子片的转子片组中的每个磁通导引部段邻近相同的磁通导引部段定位。换言之，在一个转子片组中，相同的磁通导引部段是对准的，而在相邻的转子片组中，对应的磁通导引部段偏转预定角度α。该预定角度α可以由以下等式定义：

$\mathrm{\α}=\frac{2\mathrm{\π}}{N_{FGS}}$

其中，N_FGS是转子片中的磁通导引部段的数量。转子片中的磁通导引部段的数量等于极的数量。预定角度α大于相邻两极之间的角度的一半。

尽管图1描绘了具有四个极的转子并且图3描绘了四极转子的转子片，但是本发明能够用于任意数量的极。此外，尽管附图描绘了同步磁阻电机的转子和转子片，但是本发明也能够应用于其他类型的电机。

基于电机的类型选择低磁导材料。在磁阻马达中，隔磁磁桥可以填充有在磁通和电方面均为弱传导性的固态或粉末物质。根据该实施方式，有用的物质包括树脂、塑料和碳纤维。自然地，在一些实施方式中，低磁导材料可以是空气。

对于本领域的技术人员而言将显而易见的是本发明构思能够以多种方式实施。本发明及其实施方式不限于上文描述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (10)

1.一种用于电机的转子，所述转子包括转子芯，所述转子芯具有沿所述转子芯的周向方向定位的多个磁通导引部段(FG1’、FG2’、FG3’、FG4’)，所述多个磁通导引部段中的每个磁通导引部段包括：

沿所述磁通导引部段的径向方向交替地定位的由高磁导材料制成的多个磁通路径(P1’、P2’、P3’、P4’)和由低磁导材料制成的多个隔磁磁桥(B1’、B2’、B3’、B4’)，所述多个隔磁磁桥中的每个隔磁磁桥从第一末端延伸至第二末端，所述第一末端和所述第二末端邻近所述转子芯的表面定位并且沿周向方向彼此间隔开，所述多个隔磁磁桥中的每个隔磁磁桥限定从转子表面上的第一点延伸至转子表面上的第二点的对应的假想中心线(CL11’)，所述第一点和所述第二点在所述转子表面上沿所述转子的周向方向彼此间隔开；

所述转子芯包括：

由高磁导材料制成的多个桥接部(BR21’、BR22’、BR41’、BR42’)，所述多个桥接部中的每个桥接部延伸横跨对应的隔磁磁桥；以及

多个永磁体(M11’、M12’)，所述多个永磁体中的每个永磁体邻近对应的桥接部(BR21’、BR22’、BR41’、BR42’)定位并且适于使所述对应的桥接部磁饱和，所述多个永磁体中的每个永磁体的磁化方向(MD11’、MD12’)偏离所述对应的桥接部延伸横跨所述隔磁磁桥所沿的方向；

其特征在于，所述转子芯具有沿轴向方向叠置的多个转子片(RS1’)，所述多个转子片(RS1’)中的每个转子片包括沿所述转子片的周向方向定位的多个磁通导引部段(FG1’、FG2’、FG3’、FG4’)，所述转子芯的多个磁通导引部段由叠置的转子片的多个磁通导引部段形成，并且所述多个永磁体包括邻近对应的桥接部(BR41’、BR42’)轴向地定位的至少一个轴向磁体(M11’、M12’)，每个轴向磁体轴向地被按压在两个元件之间，所述两个元件中的至少一个元件为与所述轴向磁体相对应的桥接部(BR41’、BR42’)。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述多个永磁体(M11’、M12’)中的每个永磁体的所述磁化方向(MD11’、MD12’)与对应的桥接部(BR21’、BR22’、BR41’、BR42’)延伸横跨所述隔磁磁桥所沿的方向基本垂直。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，与桥接部(BR41’)相对应的永磁体(M11’)的总体积不多于所述桥接部的体积的五倍。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其特征在于，每个被至少一个具有相关联的永磁体(M12’)的桥接部(BR22’)延伸横跨的隔磁磁桥(B2’)沿所述对应的假想中心线的长度为所述相关联的永磁体(M12’)的沿所述对应的假想中心线的总长度的多倍。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述多个桥接部包括中间桥接部(BR21’、BR22’)，所述中间桥接部中的每个中间桥接部中断对应的隔磁磁桥(B1’、B2’)。

6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，所述中间桥接部中的至少一部分为交轴桥接部(BR21’、BR22’、BR41’、BR42’)，每个所述交轴桥接部定位成使得所述转子的交轴(q_A)横贯所述交轴桥接部。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述多个桥接部包括周缘桥接部，每个周缘桥接部在对应的隔磁磁桥的外端处横贯该隔磁磁桥。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述多个转子片(RS1’)中的每个转子片的多个磁通导引部段(FG1’、FG2’、FG3’、FG4’)包括第一磁通导引部段(FG1’)和第二磁通导引部段(FG2’)，在所述第一磁通导引部段(FG1’)中，所述多个隔磁磁桥(B1’、B2’、B3’、B4’)中的第一数量的隔磁磁桥具有中间桥接部，并且在所述第二磁通导引部段(FG2’)中，所述多个隔磁磁桥(B1’、B2’、B3’、B4’)中的第二数量的隔磁磁桥具有中间桥接部，所述第一数量与所述第二数量不同。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的转子，其特征在于，所述多个转子片(RS1’)中的每个转子片包括的靠近所述转子片的中心轴线的具有相关联的永磁体的桥接部比远离所述转子片的所述中心轴线的具有相关联的永磁体的桥接部多。

10.一种包括转子和定子的电机，其特征在于，所述电机的所述转子为根据权利要求1至9中的任一项所述的转子。