CN105075069B - 用于电机的转动部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机(66)的转动部件(20)，具有由多个在运动方向上彼此相邻布置的模块件(26)组成的模块式构造，其中，每个模块件(26)都具有至少一个磁体(22、78)和至少一个铁磁性的极靴(36、80)，并且磁体(22、78)的极(70、72、74、76)在转动部件(20)的运动方向上取向。此外，本发明还涉及一种具有定子(62)和根据本发明的转动部件(20)的电机(66)。

Description

用于电机的转动部件

技术领域

本发明涉及一种用于电机的转动部件以及一种具有定子和转子的电机。

背景技术

在现有技术中从根本上公知许多类属的、具有以转子的形式存在的可运动单元的电机，所以不需要特别的文件证明。在旋转式的电机中，一般都设计有一个定子，该定子通常提供基本上为圆形的开口用来容纳构造成转子的转动部件。在开口中可旋转地支撑布置转子，其中，在转子和定子之间形成气隙。

此外还有用于线性运行的电机，其中，定子至少部分地沿着用于构造成转换器的转动部件的运动线路或运动曲线构成。转换器与定子处于相互作用状态并且沿着运动线路或运动曲线可运动地布置。转换器可以借助受控的磁力作用沿着定子或运动线路运动。

本公开文本意义内的转动部件据此是一个可运动的单元，它在旋转式的电机中以转子的形式构成，并且在用于线性运行的电机中构造成转换器。定子通常相对于某个装置或者与地面相连的基座位置固定地布置。在车辆中，定子例如可以与底盘、车架或者类似物相连，其中，位置固定要理解为相对于这个装置或基座而言。因此，转动部件相对于定子构成可运动的单元。

特别是在被设计用作扭矩电动机的旋转式电机中，包括在用于直接驱动应用场合的线性电动机中，经常会在转动部件中使用永磁体。为了能够产生理想大小的力作用，这类磁体通常是烧结的稀土磁体。由于这类磁体的成本很高，因此这类机器只有在这种投资的理由十分充分的特别情况下才被使用。然而许多本来同样适合使用这种机器的应用场合却由于成本太高没有实现。因此需要有替选方案，特别是代替昂贵的稀土磁体，例如NdFeB烧结磁体。

一种方案设计的是，用铁磁体代替这种磁体。在这种情况下表明，铁磁体相对于稀土磁体具有小得多的能量密度，也就是说提供更小的磁通量，并且-例如由于所需的大尺寸-在常见的构造中无法实际地使用。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种用于电机的转动部分，其中，昂贵的稀土磁铁可以被铁磁体取代，与此同时要基本上保持住这个电机的工作能力。

作为解决方案，本发明建议了一种用于电机的转动部件，它具有由多个在运动方向上彼此相邻布置的模块件构成的模块式构造，其中，每个模块件都具有至少一个磁体和至少一个铁磁性的极靴，并且磁体的极在转动部件的运动方向上取向。

电机是一种将电能转化为机械能、特别是运动能(电动机运行)并且/或者将机械能转化为电能(发电机运行)的装置。

旋转式电机是这样一种电机，其中，定子提供一个通常为圆形的开口，在该开口中可旋转地支承布置有转动部件。与转动部件不同，定子抗扭地布置，因此，定子例如与像基座或者类似物的底座相连，使得它通常不会进行旋转运动。与此同时，电机并且因此还有定子当然可以移动地布置，例如布置在车辆或类似物上。

定子和转子借助磁通链接，由此在电动机运行时产生力作用，它相对于定子旋转地驱动着转子，并且在发动机运行时将输送给转子的机械能转化为电能。为了这个目的，定子和转子分别具有由电流流过的绕组。在定子或者转动部件中，绕组也可以由永磁体构成或者由其来补充。这种类型的旋转磁场电机例如有三相电机，三相电机连接在多相的、特别是三相的电网上，如带有或者不带有阻尼笼的异步电机、同步电机或者类似物。但是也可以是直流电机，例如旁通电机、串联电机、步进电机，和/或类似物。

通过本发明首先使得电机可以装配永磁激励的转动部件，该转动部件不仅可以装配稀土磁体，而且此外还可以装配作为代替的磁体，如铁磁体或类似物，其中，与此同时，可以达到使用稀土磁体时公知的大规模的力作用。这主要由此得以实现，即，区别于现有技术，磁体的极不再在气隙的方向上取向，而是横向于气隙，也就是说，平行于转动部件的朝向电机的定子的表面。借助极靴实现的是，由磁体提供的磁通被转向定子的方向。因此，这种构造使得几乎任意尺寸的磁体都能够集成到电机的转动部件中。由此实现一种可能性，也可以使用相比稀土磁体更弱的磁体，特别是铁磁体，其中，同时可以基本上保持住电机的有关功率方面的性能。

为了这个目的，转动部件具有模块式的构造，这种构造包括多个在圆周方向上彼此相邻布置的模块件。优选地，在每个模块件中，为磁体的每个极都至少分配了一个自有的极靴。模块件可以提供成可以单个操作的组块，这些组块为了构造转动部件在运动方向上相互连接。模块件此外在制造技术方面还可以有利地大批量生产，并且根据需要特别是个别地集中构成转动部件。这使得在转动部件的制造方面可以有很高的灵活性。由此可以针对客户的解决方案个别地做出反应。这表明了为什么磁体尺寸方面的自由度相对于现有技术可以明显增大。

于是，即使在使用铁磁体的情况下也可以实现在现有技术中否则只能用稀土磁体才能达到的通量密度。此外，本发明还使得可以在同时使用稀土磁体时达到相比迄今的现有技术在通常情况下能达到的明显更高的通量密度。由此可以实现非常紧凑的、并且功率高的电机。

磁体可以机械地构造成方形、棒，特别是圆棒、这些的组合或者类似物。通常磁体的磁极在磁体的相对置的端部上构成。

磁体可以由像氧化铁或者类似物的铁素材料构成。它们不仅可以构造成不添加稀土的铁磁体，也可以构造成昂贵的LaCo3铁素体。后者使得更高的力密度成为可能。这些磁体在装配前就已经可以被磁化。但是，它们此外也可以在装配好转动部件以后再被磁化，例如当模块件和/或转子区段在转动部件上接合或类似物时。特别是可以在完全接合好的转动部件上完成这些磁体的磁化。

极靴是一种磁导体，优选地由铁磁性或软磁性材料制成，并且由此特别适用用于引导磁通量。极靴可以在转动部件的轴向延伸上叠片地实现。由此使得他能够低损耗地引导磁通量。特别有利的是，极靴由软磁成分(SMC)材料构成，由此可以在磁通量的引导方面实现特别高的效率。

根据一种构造方案，转动部件具有至少一个转子区段，这个转子区段包括多个相邻布置的模块件。由此实现一种转动部件区段布置，其中，在转动部件上的圆周方向上布置了合适数量的转子区段，它们构成转动部件的磁性活跃区。由此能够以简单的方式灵活地、特别个别地设置所述转动部件。这些转子区段可以作为自有的构造单元被操作。

优选地，极靴具有用于接触磁体的极的接触面。由此可以尽可能无损耗地集中磁体的磁场，并且转向转动部件的外表面，也就是说转向电机的气隙。

此外，极靴可以从转动部件的朝向电机的定子的表面开始逐渐变细。由此可以让极靴成本更低，并且可以节省重量。从电磁的角度来看，也就是说极靴的整个横截面不必越过磁体的全部极面，因为极靴在朝向定子的表面上要基本上引导磁体的全部通量，然后通量随着进入转子部件的深度不断减小而减少。离转动部件的朝向定子的表面越远，必须被引导穿过极靴的通量就越少。

此外还可以提出，极靴延伸越过这个极的接触面的一部分。由此在转动部件内制造出磁体在背离气隙的一侧上的悬挂体。这减少了特别是转动部件内磁体在极之间的表面上形成不希望的磁漏路径。以这种方式可以让磁体的磁通量在损耗非常小的情况下与定子链接，从而特别是在扭矩电动机中可以实现高的力密度。

极靴可以具有冲压组叠的叠片主体，其横向于运动方向堆叠。由此能够实现极靴的简单构造，这种构造此外使得在个性化适配方面可以有很高的灵活度。冲压组叠的叠片主体可以借助粘附连接力配合和/或形状配合地固定在相应的磁体上。

此外，极靴也可以由烧结体和/或非晶态金属构成。两种材料都使得能够进一步减少极靴中的铁损耗。

此外还可以有利地提出，极靴在定子侧具有用于磁体的保持突起部，由此能够实现对磁体的额外固定效果，并且因此总体上即使在高要求下也改进了转子的稳定性。特别是在构造转子时，能够更好地截获由于转动部件旋转产生的径向力。

优选地，两个相邻模块的两个相邻极靴构成一个空间，在该空间中布置了一个固定装置。这种构造方式与不断变细的极靴组合起来被证明是特别有利的，其中，构成的空间使得固定装置可以采取广泛的构造措施。由此能够实现转动部件的附加的牢固性，特别是在轴向方向上的附加的牢固性。

根据另一种构造方案，固定装置可以借助端板固定在它的位置上。这使得装配更加轻松，并且同时实现牢固性的进一步提升。

另一种构造方案提出，极靴和磁铁固定在承载结构上。承载结构不仅可以用作可移动单元的装配辅助件，而且此外还可以提供附加的牢固性。此外，承载结构进一步支持模块件相互之间的位置。特别是承载结构在转子中作为补充还可以用于承受模块件的径向力，并且因此进一步提高转子的机械稳定性。承载结构此外还可以服务于提供由转动部件提供的力或运动用于根据需要的消耗。在承载结构上可以连接着需要驱动的构件。

承载结构可以横向于运动方向构造成叠片形式。由此能够个别地针对相应的要求适应地构造承载结构。这种制造可以进一步简化，特别是个性化。

优选地，承载结构由基本上非铁磁性的或者顺磁性的材料构成，优选地由抗磁的材料构成。由此能够特别是在转动部件内很大程度上减少漏磁通量，并且提高电机的效率。承载结构例如可以由铝板、奥氏体的不锈钢板和/或类似物组成。此外，承载结构也可以由铣切的铝结构体或者铣切的不锈钢结构体组成。

承载结构可以具有一种带有侧凹的、用于容纳开槽螺母(Nutenstein)的挖空部的形状。开槽螺母例如可以是按照DIN标准制成的标准开槽螺母。通过开槽螺母可以固定模块件也或者模块件组，从而如此构成转动部件与需要驱动的构件的连接。

极靴和磁体在承载结构上的固定可以包括一种硬化的浇铸材料。于是可以实现简单并且稳定的装配。

此外，这种固定可以具有布置在极靴上的突起部，这个突起部嵌入承载结构的保持槽内。由此能够进一步提高转动部件的牢固性。特别是可以在转子的情况下进一步更好地承受径向力。

转动部件此外还可以具有固定件，固定件穿过承载结构延伸。优选地，这个固定件可以作为补充设置在两个相邻的极靴之间，并且穿过承载结构延伸。这使得能够进一步提高转动部件的牢固性。

根据另一种构造方案建议的是，模块件的至少一个磁体和至少一个极靴利用浇铸材料力配合和/或形状配合地相互接合。以这种方式能够低成本地实现一种模块件，它可以作为组件被操作，并且使得转动部件的生产制造可以有高的灵活性。此外还可以制造出牢固性高的联合体。作为浇铸材料例如可以使用2k聚氨酯、2k环氧树脂或者差不多的材料。

本发明的一种改进方案设计的是，模块件利用浇铸材料力配合并且形状配合地接合到承载结构上。作为浇铸材料可以使用一种之前就模块件而言已经描述过的材料。由此可以实现模块件在承载结构上的简单的固定，这样的固定同时可以提供高的牢固性。

另一种构造方案设计的是，承载结构由一种非磁性的金属构成，特别是由非磁性的轻金属，优选地由铝构成。通过这种非磁性的金属能够让承载结构对转动部件的磁属性的影响在正常的运行状态下保持的很小。使用像铝这样的轻金属同时使得可以将转动部件的物理质量保持的很小。

此外，根据一种构造方案，承载结构可以在转动部件的轴向延伸上由堆叠的金属片构成。由此可以进一步减少在正常的运行状态下承载结构对转动部件的磁属性影响。证明更有利的是，当堆叠的金属片根据一种改进方案相互之间电绝缘，例如通过为它们的表面配上绝缘性的漆层、绝缘性的氧化层和/或类似物来实现。优选地，这些金属片具有大约1mm到大约10mm的厚度。

利用本发明此外还建议了一种具有定子和转动部件的电机，其中，这个转动部件根据本发明构成-正如先前所述的那样-。由此能够实现低成本的、功率强的电机。特别是可以减少或者甚至避免稀土磁体的使用。

更多的特征和优点可以从下面对一个实施例的说明中得出。这些说明仅仅服务于对本发明的阐述，不应该对其构成局限。

附图说明

图中示出：

图1用于现有技术的转动部件的转子区段布置的示意性线性化示出的转子区段的侧视图，

图2用于根据本发明的、具有模块式构造的转动部件的转子区段布置的示意性线性化示出的转子区段的剖面示图，

图3利用用于根据本发明的转子区段布置的装配方案的、图2中所示的承载结构的放大示意截取图，以及

图4示意性地示出一个旋转式电机的横向剖面图，该电机的转动部件具有本发明的、根据图2所示的转子区段布置。

具体实施方式

在图1中用示意性的侧视图示出了现有技术的未详尽示出的旋转式电机的构造成转子14的转动部件的截取部。转子14具有未示出的转子区段布置，在图1中示意性地以截取的方式用侧视图示出了其中一个转子区段。为了进一步简化，在图1中同样未示出弯曲。

转子区段具有承载结构10，承载结构在其朝向定子的表面上装配有棒形的稀土磁体12。稀土磁体12的极径向地取向，也就是说，一个磁体12的各一个极朝向气隙，其中，相邻磁体12的北极和南极在运动方向上交替地跟随。在这里应该不用进一步深入探讨转子14在电机中的安装以及这些公知的机器的工作方式，尤其是对于专业技术人员来说是早就公知的。

图2用透视剖面图以截取的方式示出了构造成转子的转动部件20，这个转动部件具有一个转子区段布置34(图4)，在图2中以截取的方式用示意性的剖面图示出了其中的一个区段88。转子20是扭矩电动机66(图4)形式的旋转式电机的组成部分，并且经由气隙58与定子62间隔开。在这里也未在图中示出因为转子造成的弯曲。

在图2中所示的转子区段88具有模块式的构造，并且由许多根据本发明的模块件26构成，这些模块件在运动方向上彼此相邻地布置。

每个模块件26在这种构造方案中具有一个铁磁体22、78和两个铁磁性的极靴36、80。极靴36、80在这里由一种SMC材料构成。铁磁体22具有北极70和南极72，相反地，铁磁体78具有南极74和北极76。铁磁体22、78的极70、72、74、76在运动方向上取向。铁磁体22、78的极于是彼此相反地取向。因此，与现有技术中不同，在本发明中没有磁体的磁极直接朝向定子。铁磁体22、78在这种构造方案中具有磁体高度32。这可以依据想要的磁通量来选择。

每个极靴36、80都具有一个接触面82，这个接触面在本构造方案中接触铁磁体22、78的相应的极70、72、74、76。由此可以将相应磁体的磁通量尽可能无损耗地导入极靴36、80中。

在极靴36、80的朝向气隙58的端部上，磁通量从极靴36、80被引导出到气隙中。因此，磁通量在定子方向上径向地指向。于是，极靴36、80起到让磁通量从相应极转向并且导向气隙58的作用。

铁磁体22、78及其配属的极靴36、80-构成相应的模块件26地-借助浇铸材料46相互连接。作为浇铸材料46在这里使用2k聚氨酯。但是也可以使用替选的浇铸材料，例如2k环氧树脂或者类似物。此外，模块件26通过浇铸材料46相互连接形成相应的转子区段88。

此外还可以从图2中看出的是，极靴36、80从转子20的朝向扭矩电动机66的定子62的表面28出发逐渐变细。正如此外还可以从图2中看出的那样，极靴36、80延伸越过接触面70、72、74、76的一部分，使得铁磁体22、78在与气隙58相对置的一侧上相对于极靴36、80形成磁体悬挂体。由此可以让极靴36、80总体上更小并且更紧凑地构成。

作为替选，极靴36、80可以具有冲压组叠的叠片主体，叠片主体横向朝向转子20的运动方向堆叠。由此可以让极靴36、80根据需要适应电机的任意机器实施形式。此外，极靴36、18还可以由一种非晶态金属构成。

通过铁磁体22、78的在所述构造方案中所设计的布置，两个相邻模块件26的每两个相邻的极靴36、80共同构成一个转子20的转子侧的表面28上的磁极。

正如此外可以从图2中看出的那样，极靴36、80在转子侧的表面28附近具有各一个用于铁磁体22、78的保持突起部86。恰恰在旋转式的电机中可以为转子20实现的是，确保在正常的运行状态下能够额外地承受径向力。转子20的稳定性和牢固性可以在总体上进一步得到提升。

此外还可以从图2中看出的是，两个相邻模块件26的每两个相邻极靴36、80构成一个其中布置了固定装置44的空间。通过这个固定装置44可以为转子区段布置34的这个转子区段赋予附加的、轴向上的牢固性。

在这种构造方案中，相应的模块件26的极靴36、80在转子侧的表面28上构成一个具有开口宽度30的开口。这减少了转子侧的表面28区域内的漏磁通量，由此在总体上改进扭矩电动机66中的磁链接。

在图中未示出的是，所述固定装置44通过端板固定在它的位置上。

图2此外还示出的是，极靴36、80和铁磁体22、78固定在由转子20的铝制成的承载结构40上。作为替选，承载结构也可以由另一种非磁性的金属、特别是轻金属构成。承载结构40具有一个能够与未示出的、需要驱动的构件相连的内侧的表面42。为了这个目的，承载结构40在内侧的表面42上具有悬挂体84，其中在轴向上加工了以纵槽56形式存在的挖空部(图3)。纵槽56具有侧凹52，使得它适合用于容纳开槽螺母54。经由开槽螺母54使得未示出的、需要驱动的构件能够与转子20相连。由此能够以简单的方式实现与需要驱动的构件的可靠的固定。

在这里，承载结构40横向于转动部件20的运动方向以叠片的形式构成。由此能够以简单的方式让承载结构40适应相应的机器要求。

为了能够实现扭矩电动机66的尽可能高的效率，此外还提出，承载结构40由基本上非铁磁性的或者顺磁性的材料、优选地由抗磁性的材料构成。在本构造方案中，承载结构由铣切的铝结构构成。作为替选，承载结构40也可以由例如由奥氏体的不锈钢板制成的、铣切的不锈钢结构制成。

铁磁体22、78在这里由铁素材料构成。它们当然也可以配有稀土添加物，由此可以实现更高的力密度。

模块件26的构件的固定此外还可以通过浇铸在使用人工树脂作为浇铸材料46的情况下实现。此外，这种固定也可以通过浸入由漆、树脂或者类似物的池子中实现。

为了进一步提高转子20的牢固性和稳定性，每个极靴36、80上的固定部分都具有各一个布置的突起部48，这个突起部嵌入承载结构40的保持槽50。

图4用示意性的剖面图示出了扭矩电动机66，其具有定子62和可旋转地支承在定子62内的转子作为转动部件20。定子62同样也和转子20一样区段地构成，并且具有许多定子区段64，它们在扭矩电动机66的圆周方向上彼此相邻地布置。由此构成扭矩电动机66的定子区段布置60。此外在转子20的靠外的转子侧的表面28和定子区段布置60的内表面之间可以看到气隙58。转子区段88在这里通过浇铸材料46固定在承载结构上。

对实施例的说明仅仅服务于对本发明的阐述，不应该形成对它的局限。特别是本发明当然可以不仅用在旋转的电机中，也可以用在用于线性运行状态的电机中。此外，对于专业技术人员同样也可以看出来的是，当这个定子是永磁激励的，当然也可以根据本发明装配这个定子。于是，本发明只能以对偶的方式从转动部件转移到定子上。此外，特征和实施例在必要时可以任意地相互组合。

Claims (22)

1.一种用于电机(66)的转动部件(20)，所述转动部件具有一种由多个在运动方向上彼此相邻布置的模块件(26)组成的模块式构造，所述模块件为了构造所述转动部件(20)而在所述运动方向上相互连接，其中，每个模块件(26)都具有至少一个磁体(22、78)和两个铁磁性的极靴(36、80)，并且所述磁体(22、78)的极(70、72、74、76)在所述转动部件(20)的所述运动方向上取向，其中，所述极靴(36、80)、所述磁体(22、78)和/或所述模块件(26)固定在所述转动部件(20)的一个承载结构(40)上，其中，一个模块件(26)的两个所述极靴(36、80)分别从所述转动部件(20)的朝向所述电机(66)的定子(62)的表面(28)出发逐渐变细，其特征在于，所述承载结构(40)由基本上非铁磁性的材料、顺磁性的材料或者抗磁性的材料构成，并且所述极靴(36、80)延伸越过所述极(70、72、74、76)的接触面的一部分，以使得所述磁体(22、78)在与气隙(58)相对置的一侧上相对于所述极靴(36、80)形成悬挂体(38)，其中，所述磁体(22、78)由铁素材料构成。

2.根据权利要求1所述的转动部件，其特征在于，所述铁素材料是氧化铁。

3.根据权利要求1或2所述的转动部件，其特征在于，所述转动部件(20)具有至少一个转子区段(88)，所述转子区段包括多个相邻布置的模块件(26)。

4.根据权利要求1或2所述的转动部件，其特征在于，所述极靴(36、80)具有用于接触所述磁体(22、78)的所述极(70、72、74、76)的接触面(82)。

5.根据权利要求3所述的转动部件，其特征在于，所述极靴(36、80)具有用于接触所述磁体(22、78)的所述极(70、72、74、76)的接触面(82)。

6.根据权利要求1或2所述的转动部件，其特征在于，所述极靴(36、80)在定子侧具有用于所述磁体(22、78)的保持突起部(86)。

7.根据权利要求5所述的转动部件，其特征在于，所述极靴(36、80)在定子侧具有用于所述磁体(22、78)的保持突起部(86)。

8.根据权利要求1或2所述的转动部件，其特征在于，两个相邻的模块件(26)的两个相邻的极靴(36、80)构成一个空间，在所述空间中布置有固定装置(44)。

9.根据权利要求7所述的转动部件，其特征在于，两个相邻的模块件(26)的两个相邻的极靴(36、80)构成一个空间，在所述空间中布置有固定装置(44)。

10.根据权利要求1或2所述的转动部件，其特征在于，固定部具有布置在所述极靴(36、80)上的突起部(48)，所述突起部伸入所述承载结构(40)的保持槽(50)内。

11.根据权利要求9所述的转动部件，其特征在于，固定部具有布置在所述极靴(36、80)上的突起部(48)，所述突起部伸入所述承载结构(40)的保持槽(50)内。

12.根据权利要求1或2所述的转动部件，其特征在于，所述模块件(26)的至少一个所述磁体(22、78)和至少一个所述极靴(36、80)利用浇铸材料(46)力配合和/或形状配合地相互接合。

13.根据权利要求11所述的转动部件，其特征在于，所述模块件(26)的至少一个所述磁体(22、78)和至少一个所述极靴(36、80)利用浇铸材料(46)力配合和/或形状配合地相互接合。

14.根据权利要求1或2所述的转动部件，其特征在于，所述模块件(26)利用浇铸材料(46)力配合和形状配合地接合在所述承载结构(40)上。

15.根据权利要求13所述的转动部件，其特征在于，所述模块件(26)利用浇铸材料(46)力配合和形状配合地接合在所述承载结构(40)上。

16.根据权利要求1或2所述的转动部件，其特征在于，所述承载结构(40)由非磁性的金属构成。

17.根据权利要求15所述的转动部件，其特征在于，所述承载结构(40)由非磁性的金属构成。

18.根据权利要求17所述的转动部件，其特征在于，所述承载结构(40)由非磁性的轻金属构成。

19.根据权利要求18所述的转动部件，其特征在于，所述承载结构(40)由铝构成。

20.根据权利要求1或2所述的转动部件，其特征在于，所述承载结构(40)在所述转动部件(20)的轴向延伸上由层叠的金属片构成。

21.根据权利要求19所述的转动部件，其特征在于，所述承载结构(40)在所述转动部件(20)的轴向延伸上由层叠的金属片构成。

22.一种具有定子(62)和转动部件(20)的电机(66)，其特征在于，所述转动部件(20)根据权利要求1至21中任一项构造而成。