CN109417323B - 用于电机的转子，具有转子的电机和用于转子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机(1)的转子(4)，所述转子具有：至少一个磁体元件(5)和磁各向异性的套筒(16)，所述套筒用于接收所述至少一个磁体元件(5)。

Description

用于电机的转子，具有转子的电机和用于转子的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于电机的转子，以及一种具有这种转子的电机和一种用于制造所述电机的转子的制造方法。

背景技术

高速机器的转子通常包含高能的稀土永磁体。这种高速机器通常应用在每分钟超过十万转的转速范围内。

由US 4,433 261 A已知一种具有转子的永磁体型同步电机。在此，由非磁性材料(例如不锈钢)制成的侧板以这样的间距通过焊接固定在转子轴上，使得柱形的永磁体可以如此插入在所述侧板之间，使得防止永磁体在周向方向上移位。磁体与轴的表面和侧板粘接。此外，将树脂注入磁体之间的中间空间中。接下来，以玻璃纤维或碳纤维缠绕这样安装的磁体的外周边。

发明内容

本发明公开一种用于电机的转子，一种电机和一种用于制造转子的方法。

据此设置一种用于电机的转子，该转子具有：至少一个磁体元件和磁各向异性的套筒、即具有磁各向异性特性的套筒以接收所述至少一个磁体元件。

此外，设置一种具有转子、尤其磁各向异性的转子的电机，其中，电机具有围绕转子布置的定子。

此外，设置一种用于制造这种用于电机的转子、尤其用于电机的磁各向异性的转子的方法，其中，所述方法具有以下步骤：提供磁各向异性的套筒和至少一个磁体元件；并且将所述至少一个磁体元件插入套筒中。

本发明提供一种转子，在该转子中可以通过磁各向异性的套筒减少漏磁并且可以增强配备有转子的电机的主磁场。

下面给出优选的扩展方案。

在本发明的一种实施方式中，套筒的磁各向异性的轴线沿着与在其中设有转子的电机的D轴线相同的方向或尽可能相同的方向走向。

在本发明的另一实施方式中，接收在套筒中的所述至少一个磁体元件在至少一个区段上在其外侧上如此构造，使得所述磁体元件与套筒的内侧形成空腔，其中，空腔被填充以空气和/或填充材料，并且其中，填充材料尤其是非磁性的和优选不导电的材料。由此，可以附加地减少漏磁。

根据本发明的一种实施方式，所述至少一个磁体元件是永磁体并且尤其是磁各向异性的磁体元件。磁各向异性的磁体元件例如可以由FeNi合金制造，该FeNi合金优选具有尽可能强烈地突出的磁各向异性。同样地，磁各向异性的磁体元件也可以由AlNiCo合金制造。AlNiCo合金的优点是具有高剩磁。

在本发明的另一实施方式中，所述至少一个磁体元件是磁体棒、磁体套筒、磁体盘或磁体实心型材(Magnetprofil)。根据用于电机的转子是否设有连接杆，磁体盘必须或不必具有用于连接杆的通道开口。相对于磁体杆，磁体实心型材如此定尺寸，使得该磁体实心型材过大而不能在径向上围绕转子的旋转轴线地布置，因此在电机没有连接杆的情况下使用所述磁体实心型材。

在本发明的一种实施方式中，所述至少一个磁体元件例如可以在半径上或在直径上磁化地构造。

此外，在本发明的另一实施方式中，套筒构造有连续不变的内直径、槽或凸肩以接收所述至少一个磁体元件。在此，具有恒定的内直径的套筒是最简单的结构方式，而在套筒的内周上的槽又需要磁性组件的分段的构造方式。

在本发明的另一实施方式中，在套筒的内周面上、在至少一个磁体元件的外周面上和/或在所述至少一个磁体元件的至少一个端部上设置至少部分弹性的和非磁性的补偿元件。补偿元件、例如至少部分弹性的和非磁性的补偿层例如可以由在固化后至少部分是弹性的树脂、纤维复合材料和/或塑料构成。补偿元件可以如此补偿制造容许误差并且还具有阻尼特性。

根据本发明的一种实施方式，在套筒中在所述至少一个磁体元件的一个或两个端部上分别设置有非磁性的支承板。在此，非磁性的支承板例如形成用于所述至少一个磁体元件的轴向的接收部。

在本发明的另一实施方式中，套筒例如可以通过收缩或压紧到轴部分上至少与电机的一个轴部分的端部连接。由此，也可以在必要时在没有附加的连接杆的情况下提供套筒的固定并且因此提供转子的固定。

根据本发明的一种实施方式，套筒和/或所述至少一个磁体元件至少在一区段中、例如在磁极的附近通过用于提高磁各向异性的化学方法和/或热方法进行处理。

附图说明

以下根据附图阐述本发明的其他特征和优点。附图示出：

图1示出具有根据本发明的转子的实施例的电机的示意性侧截面图；

图2示出根据图1的电机的转子的有源区域的示意性截面图；

图3示出具有根据本发明的转子的另一实施例的电机的示意性侧截面图；

图4示出根据图3的电机的转子的有源区域的示意性截面图；并且

图5示出用于制造根据图1至4的电机的转子的流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种永磁激励的电机、尤其高速机器的转子的结构和构造。这种电机的转子通常包含由稀土构成的高能永磁体。这种机器通常应用在每分钟超过十万转的转速范围内。

在构造这种电机时的主要问题是不同的极限材料负荷的叠加。此外，特别是在转子区域中的机械负荷、动态负荷、热负荷和电磁负荷属于这种材料负荷。

根据本发明的实施方式，提供一种具有两侧的支承部或中心电动机组件的永磁激励的电机，在该中心电动机组件中在转子的有源区域(aktiver Bereich)中布置有呈永磁体形式的一个或多个磁体元件，如下面在图1中示出的那样。在此，相应的磁体元件可以在半径上或在直径上磁化。

在此，如在以下的图1中示出的那样，电机的结构具有分成两部分的电动机轴、至少一个磁各向异性的磁体元件和在电动机轴的两个轴部分上方的磁各向异性的套筒。如下面阐述的那样，套筒通过例如压紧或热收缩等方式与电动机轴的两个轴部分连接。

在图1中示出具有根据本发明的实施方式的转子4的电机1(例如高速机器)的基本布置的示例，在下面阐述该转子。

在此，图1首先示出示例性的电机1的电磁的有源部件的基本布置，例如具有绕组3的定子2、具有一个或多个磁体元件5的根据本发明的转子4、轴6和转子4的支承元件7。在此，图1中的示图是纯示意的、强烈简化的并且不按比例的。在此，根据本发明的转子1具有前面提到的用于接收一个或多个磁各向异性的磁体元件5的磁各向异性的套筒16，如下面还要阐述的那样。在图1的实施例中，例如设置两个磁各向异性的磁体元件5，所述磁体元件以套筒的形式彼此相继地沿轴向方向布置。但是转子4也可以具有仅一个磁各向异性的磁体元件或多于两个磁各向异性的磁体元件，所述磁体元件布置在同样磁各向异性的套筒16中。

在图1所示的实施例中，具有根据本发明的转子4的机器1例如形成两级的压缩器或压缩机的驱动装置。但是根据本发明的转子既不局限于高速机器、压缩器或者说压缩机，也不局限于如图1中的电机的特定实施方式，而是可以在适用于装配有根据本发明的转子4的任何电机的情况下使用，包括电动机或发电机。

电机1的两个压缩机级的滚轮8和9布置在图1中的电动机的对置侧上。所述滚轮的对应件、壳体或螺旋在图1中以虚线表示。

如图1中示出，电机1的根据本发明的转子4具有前面提到的具有第一轴部分12和第二轴部分13的分成两部分的轴6或分成两部分的电动机轴。在图1中示出的实施例中，第一轴部分12和第二轴部分13这两个轴部分附加地布置在由非磁性材料(例如碳纤维复合材料或钢等)构成的共同的连接杆20上。在这种情况下，连接杆20的纵轴线同时也形成轴6、该轴的轴部分12、13和布置在所述轴部分之间的转子4的纵轴线和旋转轴线21。在图1中示出的实施例中，在第一和第二轴部分12或13的相应的外端部22、23上分别布置有滚轮或所谓的叶轮8或9。

在本发明的其他实施例中，如在下面的图3和4所示，也可以省去如图1所示的连接杆20。替代地，两个轴部分12和13和转子4的布置在所述轴部分之间的至少一个磁各向异性的磁体元件5至少通过磁各向异性的套筒16相互固定地连接。

为了构造用于电机1的根据本发明的转子4，前面提到的一个或多个磁体元件5径向地围绕转子4的纵轴线21布置在轴部分12和13的两个内端部14、15之间。在此，在图1的实施例中，磁体元件5相应地围绕连接杆20及其纵轴线布置。一个或多个磁体元件5例如可以作为棒或磁体棒径向地围绕转子4的旋转轴线21布置或如在图2中表明的那样围绕连接杆20布置。附加地或替代地，一个或多个磁体元件5也可以作为磁体套筒或磁体盘在轴向方向上彼此相继地布置在转子4的旋转轴线21或如在图1中示出的连接杆20上。如下面进一步详细描述的那样，在此根据本发明的磁体元件5是磁各向异性的永磁体，例如是由稀土构成的磁各向异性的永磁体和尤其由合适的AlNiCo合金构成的磁各向异性的永磁体。

此外，根据本发明的转子4具有转子连接套筒或套筒16(例如柱形套筒)，所述套筒至少在第一和第二轴部分12和13的内端部14、15的相应的区段上方并且在布置所述轴部分之间的一个或多个磁体元件5上方延伸。在此，套筒16作为用于相应的磁体元件5的径向的接收部使用并且是磁各向异性的，如下面同样更详细地描述的那样。

在此，套筒16至少与图1中的轴6的轴部分12和13的两个内端部14、15或端部区段固定地连接。为此，套筒16例如压紧到第一和第二轴部分12和13的相应的内端部14、15上或者内端部区段上或者借助热收缩固定到所述内端部上。然而，本发明不局限于将套筒16固定在轴部分12和13上的示例。可以设置适用于将套筒16固定在相应的轴部分12或13上的固定的任何形式。这适用于本发明的所有实施例，包括在下面图2至4中示出的实施例在内。

在围绕套筒的外部布置具有其定子绕组3的定子2。

可选附加地，如在图1中的实施例所示的那样，在套筒16的内侧与磁体元件5的外侧之间设置弹性的补偿元件17，其中，弹性的补偿元件17是非磁性的并且优选是不导电的。弹性的补偿元件17例如可以是至少一个弹性的补偿或连接层，所述弹性的补偿或连接层是非磁性的并且优选是不导电的。树脂例如可以作为用于弹性的补偿元件17的材料使用，其中，树脂作为非磁性的并且不导电的材料在固化状态下至少部分是弹性的。然而，本发明不局限于树脂作为用于补偿元件17的弹性材料。可以设置任何其他的弹性材料或任何不同的弹性材料组合，所述材料或材料组合是非磁性的以及优选是不导电的，并且适用于使电机1的相应磁体元件5和套筒16连接。

非磁性的并且优选不导电的弹性的补偿或连接层具有弹性的和阻尼的特性。此外，相比于机械的补偿或连接层，非弹性的补偿或连接层负责均匀的力补偿或使套筒16的预应力在径向方向上均匀分布到磁体元件5上，以便拦住在轴6旋转时通过磁体元件5产生的离心力。在安装时，弹性的补偿或连接层例如可以在半液体的状态下施加在套筒16的内侧和/或磁体元件5的外侧上，并且例如在压紧套筒16之后进行热处理，以便硬化。在此，补偿或连接层的材料的再次软化温度是足够高的并且尤其比磁体元件5和套筒16的最大运行温度足够地更高，从而补偿或连接层在电机1的运行中不会不期望地变软。弹性的补偿或连接层的设置具有以下优点：所述补偿或连接层也允许在高容许误差的金属元件(在此尤其是轴部分12和13和套筒16以及磁体元件5)之间的容许误差补偿，在制造所述金属元件时要么不能实现精确的容许误差，要么后续过程(例如磨削等)是非常昂贵的或者甚至可能损害健康。磁体元件5的离心力可以通过弹性的补偿元件17(例如在图1中示出的弹性的补偿或连接层)在转速和温度的宽的运行范围中被平衡或者被适当地抵消。优选地，弹性的补偿元件17在相应的磁体元件5的外侧与套筒16的内侧之间仅构造得如此厚，使得所述补偿元件如所描述的那样可以补偿磁体元件5中的制造容许误差以及可能的不同的热膨胀和可能的不平整，但是不会形成相应的磁体元件5的外侧与套筒16的内侧之间的过大间隙，该间隙对在Q轴线的方向上的磁通产生不利的影响。

此外，可选附加地设置支承板18作为在轴部分12或13的相应的内端部14、15与磁体元件5的相对置的端部之间的压紧盘。在此，将支承板18推到图1中所示的连接杆20上。如之前解释的那样，在本发明的其他实施方式中也可以省去这种连接杆20。在这种情况下，相应的支承板18不需要附加的通道开口用于引导连接杆穿过。

在磁体元件5的两个端部上的支承板18作为用于磁体元件5的轴向接收部使用。作为压紧盘的支承板18同样由非磁性材料构成，例如碳纤维复合材料或钢等。可选附加地，在支承板18中的至少一个支承板与所配属的轴部分12或13之间和/或在支承板18中的至少一个支承板与所配属的磁体元件5的端部之间同样可以设置之前描述的弹性的补偿元件17、尤其弹性的补偿或连接层，例如合适的树脂。在此，弹性的补偿元件17(例如弹性的补偿或连接层)是非磁性的并且优选不导电的，同样如之前已经解释的那样。

在磁体元件5的分段的结构方式的情况中，其中至少一个或两个磁体元件5例如以磁体棒的形式在径向上围绕转子4的纵轴线或可能存在的连接杆20的外周区段地布置，套筒16可以在它的内周上构造有未示出的环绕的凹处(例如槽)。在这种情况下，首先将各个磁体棒导入到套筒16中并且插入到凹处(例如槽)中。在此，磁体元件5以其内周面形成通道开口，随后可以将连接杆20穿过该通道开口。在此，可选附加地，凹处(例如槽)可以在其内周面上设有弹性的补偿元件17和/或磁体元件5在其外周面上设有弹性的补偿元件17。在凹处(例如槽)的情况下，在磁体元件5的两个端部上的支承板18同样分段地构造，以便可以在磁体元件5的两个端部上插入到凹处(例如槽)中。

在替代的实施方式中，在没有支承板18的情况下，在凹处(例如槽)中也可以仅接收磁体元件，或者在两个支承板的情况下在凹处(例如槽)中仅接收一个支承板。在这种情况下，未接收在凹处(例如槽)中的支承板18也替代地盘形地构造并且具有适配于套筒16的内直径的外直径，从而可以将支承板18推入套筒16中并且可以定位在磁体元件5的在凹处(例如槽)外部的所对应的端部上。

在至少一个套筒形的或盘形的磁体元件5(如图1中示出的那样)的情况下，为了将磁体元件5推入到套筒16中，套筒16至少构造在具有如下内直径的引入侧上：该内直径如此适配于套筒形的或盘形的磁体元件5的外直径，使得可以将磁体元件5推入套筒16中。在此，套筒16要么可以构造恒定的内直径、要么在内部构造有凸肩，磁体元件5可以推至该凸肩，如在图1和下面的图4中那样。在此，可选的弹性的补偿元件17可以至少在套筒16内部的磁体元件5的端部位置的区域中设置在套筒16的内周面上和/或在磁体元件5的外周面上。此外，附加地或替代地，弹性的补偿元件17也可以设置在轴部分12和13中的至少一个轴部分的内端部与磁体元件5的相对置的端部之间。如果在轴部分12和13中的至少一个轴部分的内端部与磁体元件5的相对置的端部之间设置支承板18，那么可以在轴部分12或13的内端部与支承板18之间和/或在支承板18与磁体元件5的相对置的端部之间设置弹性的补偿元件17。

此外，如在图1中示出的那样，在电机1中例如设置夹紧元件19用于使转子的轴部分12和13和布置在所述轴部分之间的磁体元件5和支承板18在轴向方向上相互夹紧。在此，在图1所示的实施例中，夹紧元件19例如布置在连接杆20上的滚轮8、9的两个外端部上并且可以调节，以便调到合适的预应力。夹紧盘或任何另外的合适的夹紧元件例如可以设置作为夹紧元件19。如果没有设置这种连接杆20，轴部分12和13和布置在所述轴部分之间的转子4如之前描述的那样例如至少通过套筒16相互连接。此外，可以设置适用于连接两个轴部分12、13和布置在所述轴部分之间的转子4的另外的或不同的连接器件、连接方法、连接器件的组合和/或连接方法的组合。这适用于本发明的所有实施方式。

轴向的支承板18如此布置在磁体元件5的端部上，使得通过图1中的夹紧元件19可以提供相应地在轴向方向上产生的和传导的机械预应力，该机械预应力确保磁体元件5的接收和径向定位。

此外，因为支承板18由非磁性的材料或非磁性的材料组合制造，主要设计用于磁体元件5的固定和定位的轴向的支承板18具有如下优点：所述支承板在磁体元件5的两个边缘上附加地拦住漏磁的一部分。由此，快速旋转的磁场不会到达电机1的位于附近的固定的结构元件。由此，减少电机1的额外损失和发热。支承板18例如可以由非磁性材料或非磁性材料组合制造，例如碳纤维复合材料、钢或其他的非磁性金属或非磁性金属合金等。

轴6借助径向轴承24支承，所述径向轴承分别布置在轴部分12、13中的各一个轴部分上。

此外，在轴部分(例如图1中的第二轴部分13)上设置轴向轴承25。在此，在图1中示出轴向轴承25的旋转盘。轴向轴承25例如是传统的玻璃轴承、例如动态的玻璃轴承。然而，本发明不局限于传统的玻璃轴承作为轴向轴承。原则上也可以使用适用于支承电机1的轴部分的任何轴向轴承。

两个滚轮8、9通过夹紧元件19与电机的连接杆20和转子4固定地连接连接，如之前已经描述的那样。

连接杆20与轴部分12、13之间的配合可以如此选择，使得优选在整个温度范围内或运行温度范围内能够实现连接杆20与轴部分12、13之间的相对移位或者轴部分12、13在连接杆20上的滑动配合。

连接杆20由具有好的或尽可能大的机械稳定性和强度的非磁性材料制造并且优选具有尽可能低的热膨胀系数。如之前描述的那样，连接杆20例如可以由碳纤维材料、其他合适的纤维复合材料或其他合适的金属(包括合适的金属合金)制造或者至少具有这些材料。但是本发明为了制造连接杆20不局限于纤维复合材料或碳纤维材料等。任何其他的非磁性材料或非磁性材料组合可以用于连接杆20，包括合适的非磁性金属或非磁性金属合金，所述材料在受热时尽可能少地膨胀并且具有尽可能大的机械强度和稳定性。

在图2中示出根据图1的根据本发明的转子4的截面图，该转子具有两个磁体元件5和套筒16。在此，连接杆20以虚线表示并且也可以省去，如之前描述的那样。在此，图2中的截面图示出转子结构的通过其有源区域(即布置有两个磁体元件5的套筒的区域)的截面。在此，示出主磁场线26和所出现的漏磁场线27，如在下面的图3中的那样。

根据本发明，用于电机1的转子4实施为各向异性或磁各向异性。在此，转子4的磁各向异性例如由材料各向异性和/或结构各向异性组成。结构各向异性也称为晶体各向异性。由此，电机1的有效的几何的和磁的气隙变小。在此，也减少漏磁通量并且增强电机1的主磁场。

作为对此的措施，如图2中所示的那样，套筒16由磁各向异性的材料构造，并且用作为相应的接收在套筒16中的磁各向异性的磁体元件5的保护环。

在此，例如以磁体元件套筒的形式的两个磁体元件5在轴向方向上彼此相继地布置在套筒16中，其中，在此在图2中的截面延伸穿过这些磁体套筒5中的一个磁体套筒。如之前参照图1已经描述的那样，一个或多个磁体元件5可以作为磁体套筒或磁体盘在轴向方向上彼此相继地布置在转子4的纵轴线21或者连接杆20(如果存在)上。

在替代的实施方式中，如在图2中以虚线示出的那样，例如两个磁体元件5(例如以两个磁体棒的形式)可以在径向上围绕转子4的纵轴线21地或在图1和2中围绕连接杆20地布置在套筒16中。在此，两个磁体棒对准电机1的N-S(北极-南极)轴线，如图2所示的电机1那样。这种N-S轴线也称为电机1的D轴线28。

如果没有设置连续的连接杆20，那么在另一替代的实施方式中也设置磁各向异性的磁体实心型材，所述磁体实心型材不需要附加的通道开口用于引导连接杆穿过。在此，磁体实心型材例如可以构造为没有通道开口的磁体盘等，如在下面的图3和4所示的那样。

如之前描述的那样，在具有根据本发明的转子4的电机1中，在图2中以虚线表示的非磁性的连接杆20不一定需要作为连续的并且在此延伸穿过套筒16的连接杆20，而是也可以中断地或以两个连接杆件的形式构造，所述连接杆件分别与所配属的轴件连接。替代地，在此，电机1的分成两部分的轴6的两个轴部分的连接也可以例如通过套筒16在没有连续的连接杆20的情况下实现，和/或通过任何其他的适用的连接元件、任何其他的适用的连接元件的组合、任何其他的适用的连接方法和/或任何其他的适用的连接方法的组合等实现。

磁各向异性的套筒16的各向异性轴线的方向例如与电机1的N-S(南极-北极)轴线叠合或尽可能大程度地与该轴线叠合。如之前描述的那样，该N-S轴线也称为电机1的D轴线28。如图2中所示的那样，电机1的所谓的Q轴线29与N-S轴线或D轴线38垂直地延伸。

为了减小在图2中以主磁场线26旁的漏磁场线27表示的漏磁场，在磁体套筒的两侧上、在套筒16的内侧与接收在套筒16中的作为磁体元件5的磁体套筒的外侧之间产生至少一个空腔33。接收在套筒16中的磁体元件5至少在一区段中例如这样构造在该区段的外侧上，使得在磁体元件5的外侧与套筒16的内侧之间产生所提到的空腔33，其中，相应的空腔33优选位于电机1的Q轴线29上。在磁体元件5的外侧上的至少一个区段例如设有凹处和/或平整部34(Abflachung)等。

在图2中所示的实施例中，接收在套筒16中的磁体元件5的外侧的区段是平整的，从而在磁体元件5的平整侧或平整部34和套筒16的内侧之间产生空腔33。

代替磁体套筒，在图2中以点线示出的两个磁体棒例如同样可以设置为磁体元件。磁体棒在其外侧上也分别设有形成空腔的平整部，其中，磁体棒的两个空腔如在磁体套筒中的那样尤其位于Q轴线29上。如果套筒具有作为用于磁体元件5的接收部的槽并且磁体元件5因此必须分段地构造，以便能够插入套筒的接收部中，那么使用这种磁体棒，如之前参照图1已经描述的那样。

两个磁体元件5(图1和2中的磁体套筒)与套筒16之间的空腔33可以被填充以空气和/或可选附加地至少部分地或完全地被填充以填充材料35。在此，填充材料35是非磁性的并且优选附加地是弹性的。特别优选地，填充材料还是导热的。

在此，原则上可以使用与用于之前参照图1描述的弹性的补偿或连接层的相同的材料(例如树脂)或者其他材料(例如纤维复合材料，如碳纤维复合材料、塑料等)。在此，本发明不局限于以树脂、塑料或纤维复合材料的形式的填充材料35作为用于填充相应的空腔的非磁性材料。任何其他的非磁性材料或任何其他的非磁性材料组合可以设置为填充材料35，该填充材料适用于电机1并且适用于部分地或完全地填充电机1的各个磁体元件5与套筒16之间的相应的空腔33。

如之前参照图1已经描述的那样，套筒16作为保护环例如可以由具有磁各向异性、优选尽可能强烈地突出的磁各向异性的AlNiCo合金或铁镍(Fe-Ni)合金构造。

可选附加地，套筒16例如在磁极(即北极(N)和南极(S))附近的区域可以分开地进行化学处理和/或热处理，以便增大在套筒16的该区域内的磁各向异性。

在优选的实施方式中，套筒16可以由磁性材料(例如前面提到的铝-镍-钴合金或简称AlNiCo合金)制造。这种由AlNiCo合金构成的磁性材料提供与稀土磁体相当的高的剩磁并且具有抗温度影响的高磁稳定性。此外，能够实现直至500℃的使用温度。由于套筒16中的局部涡流损耗相对较大，这在转子在定子内部使用的情况下是重要的。

磁各向异性的磁体元件5例如是基于AlNiCo合金的永久磁体或永磁体。在此，AlNiCo合金的材料组分具有铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)以及铁(Fe)、铜(Cu)和钛(Ti)或由其构成。

尤其在烧结磁体中，稀土磁体的磁各向异性通常通过制造过程产生。

如图2中所示的那样，在根据本发明的转子4和其转子结构中，两个磁轴线、即相应的磁各向异性的磁体元件5的前面提到的D轴线和Q轴线与磁各向异性的套筒16、尤其柱形的套筒的D轴线和Q轴线至少尽可能大程度地相等或优选相等。套筒16可以由磁各向异性的材料制造。在这种情况下，在安装电机1之后，套筒16的磁各向异性优选沿电机1的D轴线的方向走向。

根据本发明的转子4和相对应地具有根据本发明的转子结构的电机1可以如下面参照两个示例阐述的那样产生。然而，本发明不局限于这些示例以制造转子和具有转子的电机。可以设置适合于制造根据本发明的转子和具有根据本发明的转子的电机的任何其他的方法或方法的组合。

根据第一个示例，套筒16由磁各向异性的材料制造，例如由AlNiCo合金、如具有如下材料组分的AlNiCo合金构成的磁性材料：该材料组分由铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)以及铁(Fe)、铜(Cu)和钛(Ti)构成或者至少具有上述组分。然而，本发明既不局限于AlNiCo合金也不局限于AlNiCo合金的所提到的材料组分作为磁各向异性的材料。可以使用适用于制造电机转子的套筒16的任何各向异性的材料。

接下来组装转子4。为此，将所述至少一个磁体元件5布置在套筒16中，并且可选附加地，在相应的磁体元件与套筒16的内侧之间的通过套筒16形成的一个或多个空腔至少部分地被填充以之前描述的填充材料。在此，优选地，所述至少一个磁体元件5如此布置在套筒16中，使得相应的空腔位于电机的G轴线上。如果转子4还具有连续的连接杆20、至少一个附加的支承板18和/或至少一个弹性的补偿元件17、尤其是弹性的补偿或连接层，如之前参照图1已经描述的那样，那么转子4的组装相应地以这些附加的其他部件实现。如之前参照图1已经解释的那样，连接杆和附加的支承板以及补偿元件、尤其弹性的补偿或连接层以及填充材料35由非磁性材料构成。

在连接转子4的所有部件(包括转子4的可能的前面提到的附加部件在内)以后，可以使整个转子4磁化。接下来，将整个转子4安装到电机1中。在此，优选应确保，尤其当磁体元件由AlNiCo合金制造时，例如借助特定的磁化设备或下面提到的安装设备(例如安装环)持续地确保围绕转子4的磁性回路(Magnetrückschluss)。

在安装设备上例如进行电机1的完成安装，该安装设备防止转子4和该转子由各向异性的材料制造的套筒16、更准确地说由前面提到的AlNiCo合金构成的套筒16的退磁、尤其防止各向异性的套筒16的有源区域的退磁。在完成安装的转子4中，在套筒16的有源区域中布置有所述至少一个磁体元件5。在此，在实施例中在下面的图4中示出有源区域。套筒16的超过磁体元件5伸出或在其中未布置有磁体元件5的区域又分别形成套筒16的无源区域，如在下面的图4中示出的那样。

未示出的铁磁性的安装环例如可以用作为安装设备，该安装环在安装电机1时实现，之前磁化的转子4的磁路在安装期间始终保持闭合，并且套筒16不会不期望地退磁。

反之，如果转子4的磁路是打开的并且不闭合，那么在安装到电机中之前将会导致转子4的套筒16发生不期望的退磁。因此，首先将例如由之前描述的AlNiCo合金制造的所述至少一个磁体元件5与可能存在的连接杆、可能存在的至少一个附加的支承板、可能存在的填充材料和/或可能存在的至少一个补偿元件一起设置或安装在套筒16中。

在此，在将所述至少一个磁体元件5安装以及之前列举的可能存在的其他部件(即连接杆、支承板、补偿元件和/或填充材料)在套筒16中之前、期间或之后，未示出的安装环从外部推到套筒16上。如之前已经解释的那样，连接杆、支承板、补偿元件、尤其补偿或连接层以及填充材料是非磁性的，即由非磁性的材料制造。

接下来，将具有设置在套筒16中的之前提到的部件的之前经过磁化的转子的设有安装环的套筒16布置在电机1的定子2内部。在此，安装环具有如下优点：所述安装环在之前经过磁化的转子4的安装期间实现，转子4的磁路始终是闭合的并且由此不可能导致套筒16发生不期望的退磁。

在将套筒16布置在定子2中之后可以取下安装环，并且接下来套筒16与电机1的分成两部分的轴的两个轴部分连接。

在安装之后，布置在套筒16中的由AlNiCo合金构成的所述至少一个磁体元件5可以完全或至少近似完全地退磁，因为磁路现在是打开的并且该磁路相应地不再闭合。在此，磁路保持自动地打开或未闭合，因为电机的两个轴端部和可能存在的支承板和/或可能存在的补偿元件和/或可能存在的填充材料分别由非磁性材料制造，如之前已经描述的那样。因此，套筒16中的所述至少一个磁体元件5由于两个轴端部和可能布置在所述轴端部之间的支承板、以及可能布置在所述轴端部之间的补偿元件和可能设置的填充材料而自动地发生退磁。

此外，根据本发明的转子4以及相应地具有根据本发明的转子结构的电机1可以根据第二个示例如下地制造。

在这种替代的实施例中，套筒16同样由磁各向异性的材料(例如前面提到的AlNiCo合金)制造并且安装在转子4上。在此，优选地，套筒16的磁各向异性的轴线沿着电机1的之前提到的D轴线的方向或基本上沿着该方向走向。

在将套筒16安装在转子4上的情况下，在套筒16中设置所述至少一个磁体元件5、以及可能存在的连续的连接杆、可能存在的支承板、可能存在的补偿元件和/或可能存在的填充材料。为了将转子4固定到电机1上，使套筒16与电机1的两个轴部分连接，如之前参照图1已经描述的那样。

然后，可以使整个转子4经受附加的合适的化学处理和/或热处理以增强套筒16的磁各向异性。硬磁性材料中的每种材料都能够在提高其温度的情况下退磁。稀土材料例如能够在约220℃的低温的情况下退磁并且AlNiCo合金例如可以在600-700℃的情况下退磁。现在例如可以局部地或在转子4的期望区域(例如该转子的有源区域)中、但优选仅在电机1的Q轴线上实施热处理或合适的加热。以这种方式可以增强各向异性。在此，借助一个或多个相应的涡流电感器例如可以实现局部的加热。

在此，通过化学处理和/或热处理尤其增强套管16的有源区域中的磁各向异性。接下来，整个转子4(即尤其套筒16和布置在所述套筒中的至少一个磁体元件5)实现重新磁化。

如之前已经描述的那样，套筒16和接收在该套筒中的至少一个磁体元件5作为转子4的部件由磁各向异性的材料(例如AlNiCo合金)制造。转子4的这种由AlNiCo合金构成的部件具有非常多的优点。由之前描述的AlNiCo合金构成的永磁体具有高的剩磁和抗温度影响(例如直至500℃)的高磁稳定性并且提供高的剩磁。

这种由AlNiCo合金构成的磁体元件5可以借助不同的方法制造，例如借助浇铸或铸造方法(例如精密铸造或砂型铸造)或烧结方法。然而，本发明不局限于所提到的用于由磁各向异性的材料(尤其AlNiCo合金)制造各个磁各向异性的磁体元件的方法。可以设置适用于制造根据本发明的转子的各个磁各向异性的磁体元件的任何其他方法或任何其他方法组合。

这种磁体元件可以以铸造方法制造，其中，为此例如将由AlNiCo合金构成的预制材料熔化并且接下来浇到砂型铸造模具或精密铸造模具中，以便构造根据本发明的转子的磁体元件5。

在烧结方法中，首先将至少一种稀土材料或多种稀土材料粉化为原始材料。在多种经粉化的稀土材料的情况下，将粉末相互混合并且然后压实成完成的成型体。紧接着，在例如约1300℃的温度下，在保护气体下或在真空中烧结成型体。在此，根据受压密度和烧结温度，例如能够实现约10％的烧结收缩。通过接下来的热处理能够进一步达到所完成的磁体元件5的部分结构。接下来能够实现由成型体获得的磁体元件5的进一步加工，例如切削加工等。

利用这种磁各向异性的磁体元件5的特性，以便通过有针对性的热处理在两极转子的由AlNiCo合金制造的部件的绕组段的N极或S极的区域中产生所期望的磁各向异性。

图3和4示出根据本发明的转子4的电磁有源部件的基本布置的另一实施例。在此，图3示出电机及其根据本发明的转子4的侧截面图，并且图4示出根据图3的转子4的有源区域30的截面图。

在此，在图3和图4中的电机1及其转子4的实施方式具有与图1和图2中的电机及其转子基本上相同的结构，从而在此参照图1和图2中的描述，以便避免不必要的重复。

此外，图3和图4中的电机1及其转子4的实施方式与图1和图2中所示的实施例的区别在于，电机1不像图1和图2中那样具有连续的连接杆。相应地，接收在转子4的磁各向异性的套筒16中的至少一个磁各向异性的磁体元件5可以构造为磁体实心型材，例如作为在外侧上具有两个平整的区段或平整部34的柱体，以便与套筒16的内侧形成相应的空腔33，如图3和图4中示出的那样。如之前所描述的那样，相应的空腔33可以被填充以空气或至少部分地被填充以之前描述的附加的填充材料35。此外，空腔33优选如此构造，使得所述空腔位于电机1的Q轴线29上。

如之前参照图1和图2已经描述的那样，在磁各向异性的套筒16中，一个或多个磁各向异性的磁体元件5分别可以作为磁体棒装在径向上围绕转子4的旋转轴线21地布置，和/或作为磁体套筒或磁体盘沿套筒16的轴向方向布置，和/或作为磁体实心型材同样沿套筒16的轴向方向布置，如在图3或图4中对于柱形的磁体实心型材所表明的那样。在图3中表明转子4的有源区域30和两个无源区域31，以及电机的分成两部分的轴6的与套筒16连接的两个轴部分12、13。

在此，磁各向异性的套筒16的各向异性轴线的方向例如与电机1的N-S(北极-南极)轴线、即轴线28叠合或尽可能大程度地与该轴线叠合，如之前在图1和图2中的那样。电机1的所谓的Q轴线29垂直于N-S轴线或D轴线28地走向，如图2中所示的那样。

如之前已经参照图1和2所描述的那样，布置在套筒16中的磁体元件5可以在半径上和/或在直径上磁化。这适用于本发明的所有实施方式。

如图3中所示的那样，套筒16如之前在图1中所示的那样在其内侧上具有凸肩，在图3和4中所示的磁体元件5可以被导入至该凸肩。同样地，套筒16也可以在其内侧或内周上设有恒定的直径或替代地设有凹处(例如槽32)，如图3中以虚线所说明的那样。在这种情况下，如之前参照图1已经解释的那样，需要接收在套筒16中的磁体元件5的分段的结构方式和可能的至少一个支承板。

在此，可选附加地，在图3中在磁体元件5的至少一个端部上还可以设置附加的、未示出的、由非磁性材料(例如钢或纤维复合材料)构成的支承板，如之前参照图1已经描述的那样。

此外，在图3和4中示出的实施例中，在磁体元件5的两个端部上例如附加地设置之前参照图1所描述的补偿元件17(在此为补偿或连接层)。如之前参照图1所描述的那样，作为补偿元件17的补偿或连接层由非磁性的和优选不导电的材料构成，例如在硬化后至少还有部分弹性的树脂。作为用于补偿或连接层的材料可以使用与用于填充材料相同的材料或不同于填充材料的材料。

作为补偿元件17的补偿或连接层具有弹性的和阻尼的特性，并且负责套筒的预应力的力补偿或在磁体元件上沿径向方向的均匀分布，以便拦住离心力。如之前解释的那样，该层的材料优选是不导电的。

如之前描述的那样，根据本发明也提供用于制造用于电机1(例如高速电机)的这种永磁激励的转子4的合适的方法和其安装的顺序的示例。

由于补偿或连接层的弹性特性，在图3和4中所示的这种结构也形成在高容许误差的金属元件、即分成两部分的轴6的两个轴部分12、13和套筒6和至少一个磁体元件5之间的容许误差补偿。要么该磁体元件的制造不能实现精确的容许误差，要么后续过程(例如磨削)是非常昂贵的或者可能有害健康或危害环境。由此，在套筒16中的各个磁体元件5的离心力在电机1的转速和温度(尤其运行温度)的宽的运行范围中被平衡或适当地抵消。

在图5中例如示出用于制造之前参照图1至图4所描述的根据本发明的转子4的流程图。

为了制造相应的转子，在第一步骤S1中提供用于接收所述至少一个磁各向异性的磁体元件的磁各向异性的套筒。在此，磁各向异性的磁体元件如此构造，使得该磁体元件至少在一区段中在其外侧上与套筒的内侧形成空腔，该空腔可以至少部分地被填充以空气和/或附加的填充材料。

在此，在接下来将磁体元件引入到套筒中之前，套筒可以在其内周上或相应的磁体元件在其外周上设有补偿元件、尤其是补偿或连接层。

在下一步骤S2中，将至少一个磁体元件引入到套筒中，在此在接下来将至少一个磁体元件插入套筒之前，可以可选地将两个支承板中的第一个支承板事先引入套筒中。

此外，通过相应的磁体元件与套管形成的至少一个空腔可以附加地至少部分地或完全地被填充以填充材料，其中，可以使用与用于之前参照图1-4所描述的补偿或连接层相同的或不同的材料作为填充材料。在此，如之前描述的那样，填充材料是非磁性的并且优选附加地是弹性的。特别优选地，填充材料还是导热的。

在此，原则上可以使用与用于之前参照图1所描述的补偿或连接层相同的材料(例如树脂)或不同的材料(例如纤维复合材料，如碳纤维复合材料、塑料等)作为填充材料。

在另一步骤S3中，只要已设置，那么尤其以补偿或连接层的形式的支承板和/或补偿元件布置在磁体组件的外端部上。如果支承板中的一个支承板已经定位在套筒中，那么仅剩的第二个支承板同样布置在套筒中。

如果已设置，那么紧接着步骤S2可以将连接杆引导穿过通过至少一个磁体元件形成的贯穿部，并且如果已经插入，引导穿过支承板的开口。紧接着步骤S3，在步骤S3*中同样可以将连接杆引导穿过支承板的开口和至少一个磁体元件的贯穿部。

如之前已经实施的那样，套筒例如可以在其外侧上设有附加的安装环。在此，安装环可以在步骤S1、S2、S3或S3*中的一个步骤之前或紧接着该步骤施加到套筒上。

在下一步骤S4中，套筒可以首先布置在电机的定子中，并且接下来两个轴部分以其内端部固定在套筒的所配属的端部中，反之依然。在此，在将套筒布置在定子中之后，移除可能存在的安装套筒。

如果不使用安装套管，那么可以在组装转子之后例如紧接着步骤S3、S3*或S4实现可选的附加的化学处理和/或热处理，以便增强转子在其有源区域内的磁各向异性。在紧接着的步骤S4*中，在这种情况下将整个转子重新磁化，并且在步骤S4中使转子与两个轴部分连接。

尽管以上已经根据优选的实施例完整地描述本发明，但是本发明不局限于此，而是可以以各种类型和方式进行修改。之前根据图1至5描述的实施例、尤其所述实施例的各个特征也可以彼此组合。

Claims (30)

1.一种转子(4)，该转子用于电机(1)，所述转子具有：

至少一个磁体元件(5)，和

磁各向异性的套筒(16)，该套筒用于接收所述至少一个磁体元件(5)，

其中，所述转子(4)具有包括第一轴部分(12)和第二轴部分(13)的两部分的轴(6)，并且所述磁体元件(5)布置在两个轴部分(12、13)之间的套筒(16)中，

其特征在于，连接杆(20)穿过所述磁体元件(5)的贯穿部和所述两个轴部分(12、13)的贯穿部。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述套筒(16)的磁各向异性的轴线沿着与电机(1)的D轴线(28)相同的方向走向，在该电机中设置有所述转子(4)。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，接收在所述套筒(16)中的所述至少一个磁体元件(5)在至少一个区段上在该磁体元件的外侧上如此构造，使得该磁体元件与所述套筒的内侧形成空腔(33)，其中，所述空腔(33)被填充以空气和/或填充材料(35)。

4.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，至少一个磁体元件(5)是永磁体。

5.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述至少一个磁体元件(5)是磁体棒、磁体套筒、具有或没有通道开口的磁体盘或者是磁体实心型材。

6.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述至少一个磁体元件(5)在半径上或在直径上磁化地构造。

7.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述套筒(16)构造有连续恒定的内直径、槽(32)或凸肩以接收所述至少一个磁体元件(5)。

8.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，在所述套筒(16)的内周面上、在所述至少一个磁体元件(5)的外周面上和/或在所述至少一个磁体元件(5)的至少一个端部上设置至少部分弹性的和非磁性的补偿元件(17)。

9.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，在所述套筒(16)中在所述至少一个磁体元件(5)的一个或两个端部上分别设置有非磁性的支承板(18)，其中，所述非磁性的支承板(18)形成用于所述至少一个磁体元件(5)的轴向接收部。

10.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述套筒(16)能够至少与所述电机(1)的所述两个轴部分(12、13)之一的端部连接。

11.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述套筒(16)和/或所述至少一个磁体元件(5)至少在一个区段中通过用于提高所述磁各向异性的化学方法和/或热方法进行处理。

12.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述填充材料是非磁性的和不导电的材料。

13.根据权利要求4所述的转子，其特征在于，至少一个磁体元件(5)是磁各向异性的磁体元件，其中，所述磁各向异性的磁体元件由FeNi合金或AlNiCo合金制造。

14.根据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述补偿元件(17)是至少部分弹性的和非磁性的补偿层，所述补偿层由在固化后至少部分弹性的树脂、纤维复合材料和/或塑料构成。

15.根据权利要求10所述的转子，其特征在于，所述套筒(16)的连接通过收缩或压紧到所述两个轴部分(12、13)之一上实现。

16.根据权利要求11所述的转子，其特征在于，所述区段在磁极的附近。

17.一种电机(1)，该电机具有根据权利要求1至16中任一项所述的转子(4)，其中，所述电机(1)具有围绕所述转子(4)布置的定子(2)。

18.根据权利要求17所述的电机(1)，其特征在于，所述电机(1)具有分成两部分的轴(6)，该轴具有第一和第二轴部分(12、13)，其中，所述转子(4)布置在所述两个轴部分(12、13)之间并且与所述两个轴部分(12、13)连接。

19.根据权利要求17或18所述的电机(1)，其特征在于，所述电机(1)具有第一和第二滚轮(8、9)和连接杆(20)，该连接杆穿过所述转子(4)的贯穿部和所述两个轴部分(12、13)的贯穿部，其中，所述第一和第二滚轮(8、9)在所述连接杆(20)的端部上与分别所配属的第一和第二轴部分(12、13)相对置地布置，并且所述两个轴部分与所述转子相互夹紧。

20.根据权利要求18所述的电机(1)，其特征在于，所述转子(4)与所述两个轴部分(12、13)固定地连接。

21.根据权利要求19所述的电机(1)，其特征在于，所述两个轴部分与所述转子通过夹紧元件相互夹紧。

22.一种用于制造用于根据权利要求17至21中任一项所述的电机的转子的方法，其中，所述方法具有以下步骤：

提供磁各向异性的所述套筒(16)和所述至少一个磁体元件(5)；并且

将所述至少一个磁体元件(5)插入所述套筒(16)中。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，接收在所述套筒(16)中的所述至少一个磁体元件(5)在至少一个区段上在所述磁体元件的外侧上如此构造，使得所述磁体元件与所述套筒的内侧形成空腔，并且所述空腔被填充以空气和/或填充材料。

24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，在所述套筒(16)中在所述至少一个磁体元件(5)的至少一个端部上布置非磁性的支承板(18)，用于构造用于所述至少一个磁体元件(5)的轴向接收部。

25.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，在所述至少一个磁体元件(5)的外侧与所述套筒(16)的内侧之间和/或在所述至少一个磁体元件(5)的至少一个端部上设置补偿元件(17)。

26.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，将安装套筒布置在所述套筒(16)的外侧上并且将所述套筒(16)布置在所述电机的定子(2)中，并且接下来移除所述安装套筒。

27.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，在所述转子的组装之后实施化学处理和/或热处理，以便增强所述转子在它的有源区域中的磁各向异性，并且将所述转子与所述电机的分成两部分的轴的两个轴部分连接。

28.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述填充材料是非磁性的和不导电的材料。

29.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述补偿元件是液态的树脂，该树脂在所述套筒中在固化后是至少部分弹性的。

30.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述安装套筒是铁磁性的安装套筒。

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