CN108604841A - 永磁体在转子片组内的固定 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将永磁体(2)固定在电动机器的转子片组(3)内的复合部件(1)。该复合部件(1)包括永磁体(2)，该永磁体被固定在由热塑性塑料制成的连接元件(4)内，其中该连接元件(4)具有外部固定结构(5)，该外部固定结构用于将该连接元件(4)固定在该转子片组(3)的接收部(7)内。本发明还涉及一种用于制造用于电动机器的转子片组(3)的方法。

Description

永磁体在转子片组内的固定
本发明涉及用于将一个永磁体或多个永磁体固定在电动机器的转子片组内的技术。
带有位于内部的永磁体的电动机器通常包含转子，该转子具有多个永磁体，这些永磁体具有围绕转子片组外圆周交替的极性。该转子可在定子内转动，该定子通常包含多个绕组和极性交替的磁极。
常规地，电动机器内的永磁体配置为与位于内部的永磁体径向对称，即该配置示出了关于原点对称。但是，这种电动机器可能产生不期望的转矩脉动，该转矩脉动导致不希望的振动和噪声。常规地，因此将转子片组内的永磁体倾斜，以减少转矩脉动。这例如可通过以下方式来进行：将以相对彼此成轴向角度的方式放置永磁体或让永磁体逐步转动。这种倾斜或偏斜是一种用于减少高次谐波、齿槽力矩、转矩脉动和噪声的经证实的技术。
在此，例如可以提供持续或逐步的偏斜。为实现逐步偏斜，在制造转子时首先为片组堆装配永磁体。接着将相应的片组堆以相对彼此成轴向角度的方式打包或组装成完整的转子片组。
在批量生产电动机器、尤其用于混合动力车辆的电动机时，将永磁体安装、尤其固定在转子中被证实为具有相对较大的节约成本潜力。已知的是，将永磁体安装在永久励磁电动机器的转子的转子片组内。在此，将永磁体推入为其提供的凹槽内，并且或通过附加元件夹紧、或粘合在凹槽口内。根据现有技术，粘合是占主导的技术，但是这种技术在安装和回收时(例如在分离永磁体与电动机部件时)须以高耗费的技术来实现。此外，由于根据所使用的粘合剂而定必须符合可能蒸发的溶剂等的对应安全规定，使用粘合剂引起显著的耗费。
此外，与电动机器的结构类型无关，尤其在因产生大的力和力矩(例如离心力和启动力矩)而使用埋入式永磁体的情况下，对永磁体进行固定具有重大意义。广泛的是通过如环氧树脂或硅材料(硅弹性体和硅树脂)等粘合剂将永磁体固定在对应的凹槽或接收部(凹处)内。但是对于此类粘合剂而言还存在如下危险：粘合剂没有完全并均匀地润湿转子或定子的磁体接收部的对应接合面，并且因此在永磁体与片组之间没有获得好的粘附。不均匀的粘附可能导致片组的机械荷载不均匀。这可能导致片组变形并且永磁体脱离。
由此出发，已研发出新的方法，例如将永磁体夹紧和铆接在凹槽中并且借助例如由塑料制成的夹紧元件。虽然这些方法简化了回收，但通常由于缺乏灵活性而很难实施安装，因为必须克服相对较大的公差。其他已知的方法(尤其由于压配合较弱)通常无法在(如针对皮带启动发电机或曲轴启动发电机预定的)高转速和高振动荷载下提供足够的可靠性。
由此出发，本发明的目的在于提供一种用于将一个永磁体或多个永磁体固定在电动机器的转子片组内的技术，该技术克服了前述缺点。尤其应能够实现可以成本有效地制造的转子的简单构造。此外应确保：即使在动态的高荷载下，也将永磁体精确且永久地固定或紧固在转子片组内。还应能够实现简化从电动机器内回收稀土。
该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的实施方式是从属权利要求、以下说明以及附图的主题。
根据本发明的用于将永磁体固定在电动机器的转子片组内的复合部件包括永磁体，该永磁体被固定在由热塑性塑料制成的连接元件内，其中该连接元件具有外部固定结构，该外部固定结构用于将该连接元件固定在转子片组的接收部内。
永磁体可以特别牢固地夹紧在该连接元件内。此外，在该连接元件内特别可靠地防止永磁体受损。通过将永磁体封闭在连接元件内，还可以减少可能碎裂的磁体部件进入电动机器中的危险。此外，可以通过连接元件补偿磁体几何形状的公差。此外，可以改善对永磁体的回收，例如通过将永磁体从连接元件中取出并将连接元件的塑料熔化。
使用热塑性塑料的优点在于，可以在具有低变形度和高尺寸稳定性的同时减小部件重量。此外，具有由热塑性塑料制成的连接元件的复合部件在具有高的连续工作温度和同时高的机械应力的情况下具有高度的耐温性。此外，该复合部件针对多种化学品、矿物油和燃料具有特别的耐受性。此外，可以通过添加剂影响导热性和导电性。
该复合部件可以通过其优选弹性设计的固定结构被引入转子片组的接收部内。该接收部优选地由形成转子片组的单独板材冲压而成。通过冲压产生了截面，该截面是有裂隙的并且可能具有缝隙和/或毛边。该固定结构可以钩接在缝隙和/或毛边内。通过这种方式，可以在固定结构与转子片组的接收部之间产生形状配合的连接。在对应确定复合部件的外部尺寸和转子片组的接收部的尺寸时，也可以在复合部件和转子片组的接收部之间产生力配合的连接，其中借助压力将复合部件压入到接收部内。根据本发明的复合部件可以由此形成磁性夹，该磁性夹能够实现结构优点和节省安装步骤。
根据一种实施方式提出，该永磁体被该连接元件的热塑性塑料注塑包封。该实施方式能够实现将永磁体完全封闭在连接元件内。相对于由多个单独部件构成的组件，该注塑包封还提供了高度的设计自由以及在温度变化或碰撞时连接元件的更高的荷载能力。使用热塑性塑料对永磁体进行注塑包封的优点还在于，可以在具有低变形度和高尺寸稳定性的同时减小部件重量。
根据另一种实施方式提出，该永磁体插入该连接元件内。这尤其从制造技术角度来看是特别有利的。连接元件尤其可以是由热塑性塑料制成的软管状空心型材，优选地在其外侧具有轮廓。针对该空心型材，尤其可以使用例如棒材了料或环型材等半成品，该半成品可以通过分割方法制成期望的尺寸。接着，可以将永磁体插入制成期望长度的半成品内。
该固定结构可以包括：片、球状的横向轮廓件、三角状的横向轮廓件、与该转子片组内的该复合部件的安装方向相反地呈尖角状散开的横向轮廓件、与该转子片组内的该复合部件的安装方向相反地呈锥形地散开的纵向轮廓件、和/或凸状的侧壁。这种元件可以在复合部件与转子片组之间实现特别可靠的形状配合/力配合。
根据另一种实施方式提出，该连接元件大体上为长方体状，其中该固定结构安排在该连接元件的彼此相反的外侧。该实施方式特别适用于长方体状的永磁体，并且在此情况下在连接元件的塑料方面是特别节省材料的。
此外，该固定结构可以环绕式地安排在该连接元件的彼此相反的外侧以及另一个外侧，该另一个外侧安排在彼此相反的外侧之间。该实施方式有助于将复合部件特别牢固地接收在转子片组的接收部内。
根据本发明的用于电动机器的转子片组包括前述的复合部件。由于在转子片组内典型地接收有多个永磁体，转子片组可以优选地具有分别用于接收前述根据本发明的复合部件的多个接收部。
根据本发明的电动机器包括前述根据本发明的转子片组，该片组是该电动机器的转子的组成部分。
根据本发明的用于为电动机器制造转子片组的方法包括：提供多个永磁体和带有用于永磁体的接收部的叠放式转子片组。随后将永磁体固定在由热塑性塑料制成的连接元件内，其中这些连接元件各自具有固定结构，该固定结构用于将连接元件固定在转子片组的接收部内，并且其中这些永磁体要么被该连接元件的热塑性塑料注塑包封、要么插入该连接元件内。
换言之，前述根据本发明的复合部件制造有成型表面，并且以力配合且形状配合的方式被牢固地引入转子片组的相应接收部或空心型材中。单独的永磁体可以通过在工作过程中以不同的特性和功能进行注塑包封来制造。
在将永磁体或复合部件插入到转子片组的接收部内时，用根据本发明的方法制造的复合部件特别好地适用于补偿公差。此外，通过将永久磁铁封闭在连接元件内可以避免产生碎片或避免碎片进入电动机器内。此外，该方法特别好地适用于将永磁体自动安装至转子片组的相应接收部内，但也适用于简单的插入式安装。此外，通过将复合部件从转子片组的接收部内轻松地取出和熔化连接元件的塑料，可以实现特别容易的回收。
相对于其他接合方法(例如粘合方法或夹紧方法)而言，对单独的永磁体进行注塑包封提供了特别高的流程安全性并且可以在半自动或全自动制造单元中完成。通过用热塑性塑料注塑包封金属部件在全自动制造单元内制造复合部件，节省了安装成本并且展示出结构优点。此外，磁性材料-塑料连接件是非常耐荷载的，提供了高度的设计自由并且能够在一个部件内集成多种功能。由此能够制造在其他情况下只能够通过多个单独的接合步骤来制造的组件，由此可以节省成本。此外还可以在塑料注塑包封过程中实现带有附加功能的高度的设计自由。此外，通过磁性材料-塑料复合部件可以在荷载测试(温度变化测试和碰撞测试)中获得比通过其他方法接合的组件更好的结果。此外，可以更可靠地嵌入磁性材料部件。此外，相对于如粘合或夹紧等其他接合方法而言可以实现更高的流程安全性。
下面借助示意性的附图对本发明的实施例进行进一步解释。在附图中：
图1示出带有接收在其中的复合部件的转子片组的局部透视图，
图2示出根据图1的复合部件的透视图，
图3示出根据图1的复合部件的侧向截面图，未示出转子片组，
图4示出在转子片组内部的根据图1的复合部件的侧向截面图，
图5示出根据图1的转子片组的侧向截面图，该转子片组带有示出的用于与复合部件形状配合地连接的毛边，
图6至图12示出带不同固定结构的其他复合部件的侧视图，
图13示出用以提供用于另一复合部件的连接元件的软管状空心型材的纵向截面图，以及
图14示出根据图13的空心型材的外部固定结构的放大细节图。
图1至图4示出了用于将永磁体2固定到未示出的电动机器的转子片组3内的复合部件1。永磁体2被固定在复合部件1的由塑料制成的连接元件4内，其中连接元件4具有呈弹性片6的形式的外部固定结构5，该外部固定结构用于将连接元件4以及由此整个复合部件1固定在转子片组3的接收部7内。转子片组3还进一步包括前述的接收部7，在该接收部内(同样如前所述地)固定有其他复合部件1。
连接元件4大体上为长方体的。在示出的实例中，该连接元件具有中央的、长方体形的中间元件8，该中间元件同样环绕长方体形的永磁体2。在示出的实例中，永磁体2被连接元件4的热塑性塑料材料注塑包封。
固定结构5安排在中间元件8的彼此相反的外侧9和10(图3)并且彼此等距离安排。在此，片6与连接元件4的中间元件8一体式地连接并且具有半圆形的形状。
图5示出了转子片组3的板材11的一部分。在该板材11上冲压有通孔12，该通孔将板材11的彼此相反的端面S1和S2相互连接。带有此类通孔的多块板材11以叠放方向L互相叠放，由此产生转子片组3。在此，相应板材11的通孔12相互安排成使得在转子片组3内形成用于连接元件4并且由此还用于永磁体3的接收部7。
通过冲压产生带有平滑切割部分14以及拉入高度15的截面13，其中相应的通孔12部分地有裂隙，并且在所示的实例中具有一个带有裂缝深度17的毛边16。固定结构5可以钩接在平滑切割部分14之前或之后的毛边16或缺口中。通过这种方式，可以在转子片组3的接收部7与复合部件1的固定结构5之间产生形状配合的连接。此外，复合部件1和通孔12或转子片组3的接收部7的外部尺寸被设计成使得在复合部件1与转子片组3的接收部7之间产生力配合的连接，其中借助压力将复合部件1压入到接收部7内。
图6示出了另一种复合部件1，该复合部件与图1至图4示出的复合部件1的区别在于：固定结构4不具有片5，而是具有多个彼此相邻且等距离安排的球状的横向轮廓件18，由此可以在转子片组3与复合部件1之间形成特别可靠的形状配合的连接。
图7示出了另一种复合部件1，该复合部件与图1至图4示出的复合部件1的区别在于：固定结构4不具有片5，而是具有多个彼此相邻且等距离安排的三角状的横向轮廓件19，由此可以在转子片组3与复合部件1之间形成特别可靠的形状配合的连接。
图8示出了另一种复合部件1，该复合部件与图1至图4示出的复合部件1的区别在于：固定结构4不具有片5，而是具有与转子片组3内的复合部件1的安装方向M相反地呈尖角状地散开的横向轮廓件20，这些横向轮廓件可以特别好地钩接在转子片组3(图5)的板材11的毛边16之间。这些横向轮廓件还可以形成倒钩，这些倒钩能够特别可靠地防止复合部件1与安装方向M相反地从转子片组3的接收部4移动出来。
图9示出了另一种复合部件1，该复合部件与图1至图4示出的复合部件1的区别在于：固定结构4不具有片5，而是具有与转子片组3内的复合部件1的安装方向M相反地呈锥形地散开的纵向轮廓件21，这些纵向轮廓能够特别好地楔在转子片组3的接收部7内，由此能够实现复合部件1与转子片组3之间的特别可靠的力配合的连接。
图10示出了另一种复合部件1，该复合部件与图1至图4示出的复合部件1的区别在于：固定结构4不具有片5，而是具有凸状的侧壁22，这些侧壁能够特别好地楔在转子片组3的接收部7内，由此能够实现复合部件1与转子片组3之间的特别可靠的力配合的连接。
图11和图12示出了另一种复合部件1，该复合部件与图1至图4示出的复合部件1的区别在于：固定结构5以其片6环绕式地安排在连接元件4的彼此相反的外侧9、10以及另一个外侧23，该另一个外侧安排在彼此相反的外侧9、10之间。此外，永磁体2未被连接元件4的热塑性塑料注塑包封，而是沿着插入方向E插入连接元件4的接收部24内。
图13和图14展示了用于根据本发明的复合部件1的连接元件4的可能制造方式。由软管状的空心型材25形成的连接元件4由热塑性塑料制成，该热塑性塑料在其外侧设置有片状轮廓件5。针对该空心型材25，尤其可以使用例如棒材或环型材等半成品，该半成品通过分割方法制成期望的尺寸，例如长度x。接着，可以将永磁体2插入制成期望长度的空心型材25的接收部24内。此外，在图14中示出了转子片组内的复合部件1的连接元件4的安装方向M。

Claims (9)

1.一种用于将永磁体(2)固定在电动机器的转子片组(3)内的复合部件(1)，该复合部件(1)包括永磁体(2)，该永磁体被固定在由热塑性塑料制成的连接元件(4)内，其中该连接元件(4)具有外部固定结构(5)，该外部固定结构用于将该连接元件(4)固定在该转子片组(3)的接收部(7)内。
2.根据权利要求1所述的复合部件(1)，其特征在于，该永磁体(2)被该连接元件(4)的热塑性塑料注塑包封。
3.根据权利要求1所述的复合部件(1)，其特征在于，该永磁体(2)插入该连接元件(4)内。
4.根据前述权利要求之一所述的复合部件(1)，该固定结构(5)还包括
-片(6)，
-球状的横向轮廓件(18)，
-三角状的横向轮廓件(19)，
-与该转子片组(3)内的该复合部件(1)的安装方向(M)相反地呈尖角状散开的横向轮廓件(20)，
-与该转子片组内的该复合部件(1)的安装方向(M)相反地呈锥形地散开的纵向轮廓件(21)，和/或
-凸状的侧壁(22)。
5.根据前述权利要求之一所述的复合部件(1)，其特征在于，该连接元件(4)大体上为长方体状，其中该固定结构(5)安排在该连接元件(4)的彼此相反的外侧(9，10)。
6.根据权利要求5所述的复合部件(1)，其特征在于，该固定结构(5)环绕式地安排在该连接元件(4)的彼此相反的外侧(9，10)以及另一个外侧(23)，该另一个外侧安排在彼此相反的外侧(9，10)之间。
7.一种包括根据前述权利要求之一所述的复合部件(1)的用于电动机器的转子片组(3)。
8.一种包括根据权利要求7所述的转子片组(3)的电动机器。
9.一种用于制造用于电动机器的转子片组(3)的方法，该方法包括以下步骤：
-提供多个永磁体(2)，
-提供带有用于这些永磁体(2)的接收部(7)的叠放式转子片组(3)，
-将这些永磁体(2)固定在由热塑性塑料制成的连接元件(4)内，其中这些连接元件(4)各自具有外部固定结构(5)，该外部固定结构用于将这些连接元件(4)固定在该转子片组(3)的该接收部(7)内，
其中这些永磁体(2)要么被该连接元件(4)的热塑性塑料注塑包封、要么插入该连接元件(4)内。
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