CN107852052B

CN107852052B - 用于永磁激励的电动机器的转子

Info

Publication number: CN107852052B
Application number: CN201680042592.0A
Authority: CN
Inventors: H·弗勒利希; I·福本
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: DE102015216051A1; US20180175683A1; US10608485B2; WO2017032536A1; DE102015216051B4; CN107852052A

Abstract

本发明涉及一种用于永磁激励的电动机器的转子(1)。该转子(1)包括固持格腔(2)，该固持格腔由该转子(1)的切口(3)形成并且被设计成用于接纳永磁体(8)，其中，该转子(1)的突伸到该固持格腔(2)中的至少一个柔性分支(9)被设计成用于与该固持格腔(2)的周向界定部(4)以及被安排在该至少一个柔性分支(9)与该周向界定部(4)之间的该永磁体(8)一起形成过盈配合。

Description

用于永磁激励的电动机器的转子

技术领域

本发明涉及一种用于永磁激励的电动机器的转子，其中，该转子包括至少一个固持格腔，该固持格腔由该转子的切口形成并且被设计成用于接纳永磁体。

背景技术

在用于混合动力车辆的大型单位数量的电动机的生产中，转子中的永磁体的安装(尤其固定)呈现出相对较大的成本因素。

使用粘合剂粘结技术是非常普遍的，然而，粘合剂粘结技术在安装过程中、并尤其在回收利用过程中(例如，在将永磁体与转子部件分离的过程中)需要繁琐的技术。例如从DE 202 01 831中已知这种粘合剂粘结技术。

替代方法例如借助于由塑料构成的适当夹持元件在为永磁体提供的凹槽中的永磁体提供夹持或填隙。虽然这种方法促进了回收利用过程，但是它们由于缺乏柔性而在安装过程中难以实施，因为必须跨接相对较大的公差。因此，例如从DE 102 53 950 A1、DE 102005 041 676 A1、EP 2 436 100 B1、DE 10 2005 048 731 A1、EP 2 437 377 A1、DE 102012 016 927 A1以及EP 2 249 460 B1中已知技术背景。部分地由于相对较弱的过盈配合，其他方法在一些情况下不能提供足够的安全性来防止永磁体在高的旋转速度下和高的振动负载下(例如，可能出现在皮带类型和曲轴起动器发电机的情况下)松动和脱落。

此外，DE 10 2005 002 332 A1已经披露了一种用于永磁激励的电动机器的转子，该转子尤其适用于车辆的电动驱动马达。在此，借助于过盈配合来将磁体固持在转子的凹槽中。所提出的是，在这些凹槽的区域中，邻近凹槽的至少一个凹陷分别被安排在至少一个点处。由此寻求实现的是，凹槽的壁的区域中的材料由于被安排在所述材料中的凹陷而具有一定的弹性。这种凹陷原理上对应于夹持在两侧上的柔性梁，然而，该柔性梁在一些情况下表现出缺乏柔性，不足以确保永磁体的简单且无破坏或无损坏的安装。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在引言中提及类型的转子，借助于该转子可以消除上述缺点。具体地讲，本发明的目的是提供一种在引言中提及类型的转子，该转子具有简单的构造、生产廉价、即便在高的动态负载下也准许将永磁体精确且永久地固定在转子中、并且简化了来自电动机的稀土的回收利用。

根据本发明，根据本发明所述的用于永磁激励的电动机器的转子包括固持格腔，该固持格腔由该转子的切口形成并且被设计成用于接纳永磁体，其中，该转子的突伸到该固持格腔中的至少一个柔性分支被设计成用于与该固持格腔的周向界定部以及被安排在该至少一个柔性分支与该周向界定部之间的该永磁体一起形成过盈配合。

该转子优选地包括若干个所陈述的固持格腔，这些固持格腔分别具有所陈述的柔性分支中的至少一者。此外，该柔性分支优选地基本上平行于该周向界定部延伸并且与该周向界定部相对定位、尤其与该周向界定部径向相对。此外，该柔性分支优选地被一体地连接至该转子(例如，在一侧处直接连接)，从而使得该柔性分支在一侧上的端部处形成突伸到该固持格腔中的开放终止端部。可替代地，该柔性分支还可以例如被一体地间接连接至转子(例如，间接地经由支座元件)，从而使得该柔性分支形成例如两个开放终止端部，这两个开放终止端部位于相反的端部处并且突伸到该固持格腔中。

换言之，用于永磁体的固持格腔的几何结构被配置有突伸到该格腔区域中的至少一个突伸部(柔性分支)或突伸到该格腔区域中的两个这样的突伸部。所述至少一个材料突伸部分别位于基部区域中的格腔几何结构中、或位于有待固定的永磁体的径向向内地安排的区域中。在机械方面，突伸到格腔几何结构中的材料突伸部对应于夹持在一侧上且经受弯曲负载的梁。夹持在一侧上的这种梁的优点尤其在于极高程度的可变形性或准许对过盈配合进行改善的精细调整，借助于这些优点永磁体被紧固在该固持格腔中。尤其对于起作用的磁体公差、转动速度、以及振动而言，根据本发明的转子准许特别抗弯曲的构造，该构造对用于将永磁体固持在转子中对应所需的力条件具有特别积极的作用。

柔性分支上的弯曲负载在此情况下可以借助于其几何尺寸(例如，长度和宽度)来适配，并且可以在安装过程中使用特别大的重叠来实施过盈配合。柔性分支被设计成用于在将永磁体插入固持格腔中的过程中偏转到可以容易地压入永磁体的这样一种程度。此外，由于柔性分支的区域中的转子材料的弹性，永磁体的制造公差可以被补偿，从而使得不需要极高的制造准确性、并且尤其不需要在永磁体和/或具有一个或多个柔性分支的固持格腔的生产过程中通过研磨来进行重新加工。

极大地简化了安装过程，并且仍然可以在转子的操作过程中维持期望的过盈配合，也就是说，可以在固持格腔和永磁体有大的尺寸不足的情况下以及还有在尺寸过大的情况下通过过盈配合来传递相对较高的力。尽管转子材料和永磁体的热膨胀系数不同，因此，即便在极高负载和非常大的温度范围的情况下，也可以实现将永磁体牢固地固持在转子的固持格腔中。发明人所进行的测试已经示出，不管所有发生的动态波动和在一些情况下非常高的转动速度和不可避免的振动，在机动车辆的传动系中有高的动态负载的情况下，根据本发明的转子中的永磁体在-40℃至+200℃之间的温度范围内被牢固地固持在转子的固持格腔中。

例如，可以通过对转子片材进行穿孔、冲蚀、激光切割、或水射流切割来产生固持格腔的几何结构。典型地，转子片材被对应地穿孔、并且随后堆叠来形成转子片材组件，直至实现期望的转子长度。这种穿孔和堆叠过程的突出之处尤其在于其简单性，其中，除了对应的穿孔工具所需的修改之外，不会产生关于成本和/或生产时间的额外开支。

在一个实施例中，有利地提供的是，该至少一个柔性分支借助于支撑件被支撑。这对柔性分支的变形行为和柔性分支内的应力分布具有特别有利的作用，其中，可以借助于该支撑件来影响柔性分支的弹性或固持力并且因此还影响压入的永磁体。以此方式，尤其对于永磁体和固持格腔的制造公差而言，可以确保将永磁体特别牢固地固持在转子的固持格腔中。

可以通过各种不同的方式来配置该柔性分支或这些柔性分支的形式、设计、和安排，从而使得分别适配于用于将磁体固持在转子中所需的力条件的根据本发明的转子的设计是可能的。具体地讲，可以通过选择柔性分支的适当的长度和宽度和柔性分支的半径的大小来影响压入的永磁体上的柔性分支的弹性或固持力。在此，固持格腔内的该至少一个柔性分支的构造可以被配置成使得柔性分支不是通过由于转子旋转出现的离心力而变形的，这些离心力可能削弱永磁体上的固持力。由该至少一个柔性分支产生的力因此将永磁体压入该永磁体在离心力的作用下占据的位置中。可以因此可靠地防止永磁体在固持格腔内的移动，因此转子的高度平衡品质成为可能。

相应地，在一个实施例中，该转子可以包括柔性分支、尤其单个柔性分支，该柔性分支从该固持格腔的径向界定部突伸到该固持格腔中。这个实施例对应于朝一侧定向的柔性分支。该柔性分支优选地相对于该径向界定部横向地、并且平行于该固持格腔的周向界定部延伸，其中，在该柔性分支的开放终止端部与该固持格腔的相对定位的径向界定部之间存在间隙。在此，该永磁体可以至少在多个区域中抵靠该柔性分支放置、并且使该柔性分支略微径向向内地弯曲。

此外，该转子可以包括两个柔性分支，这两个柔性分支分别具有一个自由终止端部，其中，这些自由终止端部背对彼此。这个实施例可以例如包括两个向外突伸的柔性分支。这些柔性分支优选地相对于径向界定部横向地、并且平行于该固持格腔的周向界定部延伸。此外，这些柔性分支可以通过支座被紧固至该固持格腔的与周向界定部相对定位的内部界定部上，该支座相对于该转子的所述柔性分支基本上横向地安排，其中，这些柔性分支可以一体地彼此连接、并且还一体地连接至该支座。此外，这两个柔性分支的开放终止端部可以分别通过间隙来与该固持格腔的径向界定部之一间隔开。在这个实施例中，永磁体的重量可以特别均匀地分布在两个柔性分支之间。

此外，该转子可以包括两个柔性分支，这两个柔性分支分别具有一个自由终止端部，其中，这些自由终止端部面对彼此。这个实施例可以例如包括两个向内突伸的柔性分支。这些柔性分支优选地相对于该固持格腔的两个径向界定部(这些柔性分支从其突伸出)横向地、并且平行于该固持格腔的周向界定部延伸，其中，这两个柔性分支的开放终止端部可以通过间隙彼此间隔开。

在另一个实施例中，有利地提供的是，该周向界定部以闭合的方式延伸。这个实施例因此包括闭合设计的固持格腔，其中，该固持格腔可以被形成为转子内的轴向闭合通道。这种闭合的固持格腔使得永磁体可以被特别牢固地固持在该固持格腔中。

可替代地提供的是，该周向界定部以中断的方式延伸。该固持格腔可以例如被形成为在该转子的外圆周上具有轴向凹槽的开放的固持格腔。这种开放的固持格腔具有特别节省材料的设计、并且使得可以在该转子与围绕所述转子的定子之间提供特别窄的间隙。

电动机器的可实现转矩显著地取决于在附接至转子的永磁体与定子极之间的径向空气间隙的宽度，其中，该空气间隙的尺寸必须被设定得尽可能窄，以便实现高效率。磁体固持器结构的结构设计因此相对于所述类型的机器的操作可靠性和效率是至关重要的。在另一个实施例中，因此提供的是，该固持格腔包括该转子的燕尾形切口。这个实施例准许永磁体直接地安排在该转子的外周向表面上。借助于该固持格腔内的柔性分支，在此可以确保的是，在没有另外的安装元件或辅助安装材料的情况下，该永磁体可以被安排在转子轭上的预先确定的、可再现的位置中。

此外，该转子可以包括基本上平行于该周向界定部延伸的两个柔性分支和/或相对于该周向界定部基本上竖直地延伸的两个柔性分支。

附图说明

以下将基于附图更详细地讨论本发明的示例性实施例，在附图中

图1至图5分别示出了根据本发明的转子的示例性实施例的示意性局部截面图示，

图6示出了具有闭合的固持格腔的根据本发明的转子的另一个示例性实施例的透视图，

图7示出了来自图6的固持格腔之一的放大侧视图，

图8示出了具有向内指向的柔性分支的根据本发明的转子的另一个示例性实施例的局部侧视图，

图9示出了具有开放的固持格腔的根据本发明的转子的另一个示例性实施例的透视图，

图10示出了来自图9的固持格腔之一的放大侧视图，

图11示出了具有水平和竖直的柔性分支的根据本发明的转子的另一个示例性实施例的局部侧视图，

图12示出了来自图11的固持格腔的左侧部分的放大侧视图，

图13示出了具有水平柔性分支的根据本发明的转子的另一个示例性实施例的局部侧视图，

图14示出了具有闭合的固持格腔的根据本发明的转子的另一个示例性实施例的局部侧视图并且

图15示出了具有开放的固持格腔的根据本发明的转子的另一个示例性实施例的局部侧视图。

具体实施方式

图1示出了永磁激励的电动机器(未以任何细节展示)的转子1在其外圆周U的区域中的一部分。转子1包括固持格腔2，该固持格腔由转子1的切口3形成。固持格腔2由以闭合的方式延伸的周向界定部4、与该周向界定部4相对定位的内部界定部5、在图1的左侧展示的第一径向界定部6、以及与第一径向界定部6相对定位的第二径向界定部7所界定。固持格腔2接纳永磁体8。尽管为了简单起见在图1中以直线的形式展示出，但是转子1的外圆周U以圆形的方式延伸。

单个柔性分支9被一体地连接至第一径向界定部6、并且突伸到固持格腔2中。这个示例性实施例因此包括朝一侧定向的柔性分支9。该柔性分支9相对于径向界定部6、7横向地、并且平行于周向界定部4和内部界定5延伸，其中，在柔性分支9的开放终止端部11与第二径向界定部7之间存在间隙10。基本上立方形的永磁体8通过其底侧12的主要部分来置于柔性分支9上，该柔性分支与固持格腔2的周向界定部4以及被安排在该柔性分支9与该周向界定部4之间的永磁体8一起形成过盈配合。如箭头F所指示的，柔性分支9通过力将永磁体8压入在转子1的旋转过程中永磁体8将在离心力的作用下占据的位置中。

图2示出了转子1，该转子类似于根据图1的转子并且由于柔性分支的设计而与其不同。转子1包括两个柔性分支9a、9b，这两个柔性分支分别具有一个自由终止端部11a、11b，这些端部背对彼此。这个实施例因此具有两个向外突伸的柔性分支9a、9b。柔性分支9a、9b相对于径向界定部6、7横向地、并且平行于固持格腔2的周向界定部4和内部界定部5延伸。在所示出的示例性实施例中，柔性分支9a、9b一体地彼此连接，也就是说，原理上，提供了单个柔性分支，该单个柔性分支包括局部柔性分支9a、9b。此外，柔性分支9a、9b经由支座13一体地间接紧固至内部界定部5，该支座相对于转子1的内部界定部和柔性分支9a、9b横向地安排。

此外，相应地，这两个柔性分支9a、9b的开放终止端部11a、11b通过间隙10a、10b来分别与固持格腔2的第一径向界定部6和第二径向界定部7间隔开。基本上立方形的永磁体8通过其底侧12分别同等程度地置于柔性分支9a、9b上，从而使得永磁体8的重量均匀地分布在这两个柔性分支9a、9b之间，这两个柔性分支与固持格腔2的周向界定部4以及被安排在柔性分支9a、9b与周向界定部4之间的永磁体8一起形成过盈配合。如箭头F所指示的，这些柔性分支9通过力将永磁体8压入在转子1的旋转过程中永磁体8将在离心力的作用下占据的位置中。

图3示出了转子1，该转子类似于根据图1的转子并且由于柔性分支的设计而与其不同。转子1包括两个柔性分支9a、9b，这两个柔性分支分别具有一个自由终止端部11a、11b，其中，这些自由终止端部11a、11b面对彼此。这个实施例因此包括两个向内突伸的柔性分支9a、9b。这些柔性分支9a、9b相对于第一径向界定部6和第二径向界定部7(这些柔性分支从其突伸出)横向地、并且平行于固持格腔2的周向界定部4和内部界定部5延伸，其中，这两个柔性分支9a、9b的开放终止端部11a、11b通过间隙10彼此间隔开。基本上立方形的永磁体8通过其底侧12分别同等程度地置于柔性分支9a、9b上，从而使得永磁体8的重量均匀地分布在这两个柔性分支9a、9b之间，这两个柔性分支与固持格腔2的周向界定部4以及被安排在柔性分支9a、9b与周向界定部4之间的永磁体8一起形成过盈配合。如箭头F所指示的，这些柔性分支9通过力将永磁体8压入在转子1的旋转过程中永磁体8将在离心力的作用下占据的位置中。

图4示出了转子1，该转子类似于根据图1的转子并且与其不同之处在于柔性分支9是借助于支撑件14被支撑的，该支撑件具有三角形的截面并且被一体地连接至内部界定部5，该支撑件14从该内部界定部突伸出。支撑件14的尖端与柔性分支9没有直接固定地彼此连接。

图5示出了永磁激励的电动机器(未以任何细节展示)的另一种转子1在其外圆周U的区域中的一部分。转子1包括固持格腔2，该固持格腔在外圆周区域中具有部分开放的构型、并且由转子1的切口3形成。固持格腔2由以部分开放或中断的方式延伸的周向界定部4、与该周向界定部4相对定位的内部界定部5、在图5的左侧展示的第一径向界定部6、以及与第一径向界定部6相对定位的第二径向界定部7所界定。径向界定部6、7沿着转子1的外圆周U的方向趋于汇合，从而使得固持格腔2包括转子1的燕尾形切口3S，其中，这些燕尾形切口3S总体上形成切口3的一部分。此外，在所示出的示例性实施例中，径向界定部6、7分别过渡到周向界定部4的区段中，也就是说，中断的周向界定部4被整合到径向界定部6、7中。

固持格腔2接纳梯形的永磁体8，该永磁体与燕尾形切口3S配合在一起。尽管为了简单起见在图5中以直线的形式展示出，但是转子1的外圆周U以圆形的方式延伸。转子1包括两个柔性分支9a、9b，这两个柔性分支分别具有一个自由终止端部11a、11b，其中，这些自由终止端部11a、11b面对彼此。这个实施例因此包括两个向内突伸的柔性分支9a、9b。这些柔性分支9a、9b从第一径向界定部6和第二径向界定部7突伸出、并且平行于固持格腔2的内部界定部5延伸，其中，这两个柔性分支9a、9b的开放终止端部11a、11b通过间隙10彼此间隔开。梯形的永磁体8通过其底侧12分别同等程度地置于柔性分支9a、9b上，从而使得永磁体8的重量均匀地分布在这两个柔性分支9a、9b之间，这两个柔性分支与固持格腔2的周向界定部4以及被安排在柔性分支9a、9b与周向界定部4之间的永磁体8一起形成过盈配合。如箭头F所指示的，这些柔性分支9通过力将永磁体8压入在转子1的旋转过程中永磁体8将在离心力的作用下占据的位置中。

图6和图7示出了具有转子轴W和多个闭合的固持格腔的转子1，其中，这些固持格腔和多个柔性分支类似于根据图2的转子的固持格腔和柔性分支并且由于柔性分支9a、9b的进一步细节而基本上与其不同，这些柔性分支各自在其开放终止端部11a、11b处具有倒圆R。此外，图6和图7中没有展示永磁体。

图8示出了转子1，该转子类似于根据图3的转子并且由于柔性分支9a、9b的构型而基本上与其不同，这些柔性分支各自另外在其开放终止端部11a、11b处具有倒圆R。此外，图8中没有展示永磁体。

图9和图10示出了具有转子轴W的转子1，其中，转子1类似于根据图5的、在转子1的外圆周U的区域中具有部分开放构型的固持格腔2的转子，并且由于柔性分支9a、9b的构型而基本上与其不同，这些柔性分支各自另外在其开放终止端部11a、11b处具有倒圆R。此外，图9和图10中没有展示永磁体。

图11和图12示出了永磁激励的电动机器(未以任何细节展示)的转子1在其外圆周U的区域中的一部分。转子1包括固持格腔2，该固持格腔由转子1的切口3形成。固持格腔2由以闭合的方式延伸的周向界定部4、与该周向界定部4相对定位的内部界定部5、在图11的左侧展示的第一径向界定部6、以及与第一径向界定部6相对定位的第二径向界定部7所界定。固持格腔2被设计成用于接纳永磁体(未展示)。

转子1包括基本上平行于周向界定部4延伸的两个周向柔性分支9c、9d和相对于周向界定部4基本上竖直延伸的两个径向柔性分支9e、9f，其中，在各自情况下的一个周向柔性分支9c或9d和在各自情况下的一个径向柔性分支9e或9f相应地彼此邻接、基本上彼此垂直地定向、并且过渡到彼此中。这四个柔性分支9c至9f分别被一体地连接至径向界定部6或7之一上和内部界定部5上。相应地，周向柔性分支9c、9d分别具有一个自由终止端部11c和11d，这些自由终止端部指向彼此。端部11c、11d分别形成一个突伸部15，该突伸部径向地突伸到固持格腔2中、并且被设计成用于与周向界定部4以及可以被安排在径向突伸部15与周向界定部4之间的永磁体一起形成过盈配合。

相应地，径向柔性分支9e、9f同样分别具有一个自由终止端部11e和11f，这些自由终止端部沿着相同的方向定向。端部11e、11f分别形成一个突伸部16，该突伸部平行于转子的周向方向U地突伸到固持格腔2中、并且被设计成用于与相应的另一个径向柔性分支9e或9f的突伸部16以及可以被安排在这些径向突伸部16之间的永磁体一起形成过盈配合。因此，这四个柔性分支使得可以以过盈配合的方式沿着周向方向和径向方向特别牢固地固持永磁体。

图13示出了转子1的固持格腔2的一部分，该固持格腔类似于根据图12的固持格腔2、但仅包括相对于周向界定部4基本上竖直地延伸的两个径向柔性分支并且没有周向柔性分支，其中，图13中示出了柔性分支9e中的仅一个柔性分支。

图14示出了具有闭合的固持格腔2的转子1的一部分，其中，转子1类似于根据图11的转子、但仅包括基本上平行于周向界定部4延伸的两个周向柔性分支9c、9d并且没有径向柔性分支。

图15示出了转子1的一部分，该转子类似于根据图14的转子并且由于开放的固持格腔2而与其不同，该开放的固持格腔类似于由图5和图10所示出的、具有转子1的燕尾形切口3S的固持格腔。

Claims

1.一种用于永磁激励的电动机器的转子(1)，该转子(1)包括固持格腔(2)，该固持格腔由该转子(1)的切口(3)形成并且被设计成用于接纳永磁体(8)，所述固持格腔(2)包括周向界定部(4)、内部界定部(5)以及将周向界定部(4)与内部界定部(5)连接起来的第一径向界定部(6)，其中，该转子(1)的突伸到该固持格腔(2)中的一个柔性分支(9)被设计成用于与该固持格腔(2)的周向界定部(4)以及被安排在该一个柔性分支(9)与该周向界定部(4)之间的该永磁体(8)一起形成过盈配合，该柔性分支(9)借助于支撑件(14)被支撑，该支撑件(14)一体地连接至内部界定部(5)，该支撑件(14)从内部界定部(5)突伸出，支撑件(14)的尖端与柔性分支(9)没有直接固定地彼此连接，所述柔性分支(9)的一端与第一径向界定部(6)一体连接，另一端自由设置。

2.如权利要求1所述的转子(1)，其特征在于，该周向界定部(4)以闭合的方式延伸。