CN109428418A - 具有面包形或蛋糕块状的永磁体的多极转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电动马达的多极转子，所述转子包括转子芯和多个单独的永磁体，所述永磁体分布在所述转子的圆周上，并且当从与所述转子的轴线正交的所述转子的截面图来看时，所述永磁体在面向在所述电动马达的定子与所述转子之间的气隙的一侧上具有凸状弯曲。根据本发明，在所述转子的圆周方向上并置的四个相应的永磁体一起限定磁极对，每个单独的永磁体的磁化方向与参考平面围成在30°与60°之间的角度，所述参考平面延伸通过所述转子的轴线并且延伸通过所述相应的永磁体的中心。

Description

具有面包形或蛋糕块状的永磁体的多极转子

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的用于电动马达的多极转子。

背景技术

这种类型的转子包括转子芯和多个单独的永磁体，所述永磁体分布在所述转子的圆周上并且当从与所述转子的轴线正交的转子截面图来看时，所述永磁体在面向在电动马达的定子与转子之间的气隙的一侧上具有凸状的弯曲。

从US 20050264122 A1已知根据独立权利要求1的前序部分所述的转子。在该转子的情况下，永磁体相对于所述转子的轴线在径向方向上被磁化。两个相应的相邻永磁体形成磁极对。单独的永磁体的凸状弯曲具有在很大程度上避免定位转矩（detent torque）的优点。

发明内容

本发明的任务是这样改进通用类型的多极转子，使得更进一步地减小定位转矩和/或在三角形连接中抑制某些谐波的含量，尤其是三次谐波的含量。

通过独立权利要求1的特征解决该任务。因此，在根据独立权利要求1的前序部分所述的多极转子的情况下通过根据本发明的方案来解决该任务，其中在转子的圆周方向上并置的四个相应的永磁体一起限定磁极对，每个单独的永磁体的磁化方向不是径向方向，而是与参考平面围成在30°与60°之间的角度α，所述参考平面延伸通过所述转子的轴线并且延伸通过所述相应的永磁体的中心。

本发明还适合用于根据独立权利要求2的前序部分的转子，所述转子不是必须包括转子芯。因此，该任务也替代性地由独立权利要求2的特征解决。在根据独立权利要求2的前序部分的多极转子的情况下通过根据本发明的方案来解决该任务，其中在转子的圆周方向上并置的四个相应的永磁体一起限定磁极对，每个单独的永磁体的磁化方向不是径向方向，而是与参考平面围成角度α≠0°，优选地围成在30°与60°之间的角度，所述参考平面延伸通过所述转子的轴线并通过所述相应的永磁体的中心。在该情况下，所述转子优选地不包括转子芯。

本发明提供这样的优点：进一步减小了定位转矩和/或在三角形连接中抑制了某些谐波的含量，尤其是三次谐波。本发明允许瞄准这两个目标。取决于所使用的技术，可以仅瞄准一个目标，例如仅减小星形连接中的有槽马达中的定位转矩或仅抑制三角形连接中具有无芯绕组的马达中的三次谐波，或可以例如在待在三角形连接中操作的有槽电机中同时瞄准两个目标。

所述单独的永磁体优选地均匀分布在所述转子的圆周上。所述转子的轴线是所述转子的旋转轴线或旋转对称轴线。还优选的是，所述转子是内转子，所述永磁体设置在所述转子的外圆周上。由成组的四个磁体限定一对磁极。每个第四（every fourth, 即每彼此间隔三个永磁体的）永磁体相对于其相应的参考平面具有相同磁化方向。成组的四个永磁体的前两个永磁体一起限定磁极，例如磁北极。所述成组的四个永磁体的第三永磁体和第四永磁体一起限定相反的磁极，例如磁南极。因此，单独的永磁体的数量必须能够被数字4整除。

本发明的实施例具有多个可优化的自由度：可以自由地选择磁化的角度α、永磁体的气隙侧半径r和永磁体的半径的中心。此外，还可以以不同于圆形形式的形式选择所述永磁体的圆化（rounding）并且可以改变所述永磁体的内轮廓或所述磁反馈元件的内轮廓。即使瞄准对定位转矩和对谐波的抑制，也不是必须使用所有的可优化的自由度以便实现优化目标。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

根据本发明的优选实施例，每个单独的永磁体的磁化方向与相应的参考平面围成在40°与50°之间的角度。当每个单独的永磁体的磁化方向与相应的参考平面围成的角度被进一步优选为45°的角度时，可以最有效地避免定位转矩。

还优选的是，在所述转子的圆周方向上并置的两个相应的永磁体一起限定磁极，这两个永磁体的磁化方向相对于彼此关于中间平面对称，所述中间平面在这两个永磁体之间在中央延伸并延伸通过所述转子的轴线。

还优选的是，在圆周方向上一个直接紧随另一个之后的成组的四个永磁体的第三永磁体相对于相应的参考平面具有与该成组的永磁体的第一永磁体相对于相应的参考平面的磁化方向相反的磁化方向，该成组的永磁体的第四永磁体相对于相应的参考平面具有与该成组的永磁体的第二永磁体相对于相应的参考平面的磁化方向相反的磁化方向。

根据本发明的另一优选实施例，所述永磁体在它们的侧面上彼此接触并一起限定理想的封闭的环。以这种方式实现高效率。由于在具有相同磁极的两个磁体之间的排斥，磁体将均匀分布在圆周处。因此在所述转子的生产期间所述永磁体在所述转子芯上的复杂定位不再是必需的，并且这将使生产更不费力以及减小生产的成本。

根据另一优选实施例，相邻永磁体在相应的磁极转变部处彼此处于平面接触，并且属于同一极的相邻永磁体相对于彼此限定间隙或与彼此接触，所述间隙具有小于0.3 mm的宽度。

将特别有利的是，其中所述永磁体的侧表面相对所述转子的轴线径向地延伸，使得所述永磁体的侧面与彼此处于平面接触。

根据本发明的另一特别优选实施例，所述凸状弯曲偏离围绕所述转子的轴线的圆的弯曲，该圆直接包络所述永磁体。该实施例允许更进一步地减小定位转矩和有效地抑制谐波。

为了避免定位转矩以及为了抑制谐波，将特别有利的是，所述凸状弯曲的半径小于围绕所述转子的轴线的圆的半径，所述圆直接包络所述永磁体，即所述圆在气隙处包络所述永磁体。优选地，尤其是所述凸状弯曲的平均半径小于围绕所述转子的轴线的圆的半径，所述圆直接包络所述永磁体。在所述转子是内转子的情况下，则所述包络圆的半径对应于所述转子的最大外直径。特别优选的是，所述凸状弯曲的半径或平均半径在围绕所述转子的轴线的圆的半径的15%与70%之间，优选地在20%与50%之间，所述圆直接包络所述永磁体。

根据本发明的另一优选实施例，借助于粘合剂将所述永磁体固定到彼此和/或固定到所述转子的转子芯。这允许以特别简单且有成本效益的方式生产根据本发明的转子。所述转子芯可以包括软磁材料，使得所述转子芯代表用于永磁体的磁反馈元件。替代性地，非磁性材料也可以被用于所述转子芯。

根据本发明的另一优选实施例，所述转子包括包络件，所述永磁体在它们的外侧上被所述包络件包围。优选地，通过粘合剂或通过灌封化合物将所述磁体连接到所述包络件和/或内轴。根据本发明的另一优选实施例，所述转子被构造成使得其包括包络件而没有延伸穿过其中的轴或磁反馈元件。

代替将所述永磁体粘合地固定到彼此和/或固定到所述转子芯或包络件，还可以借助于带来将所述永磁体固定到所述转子的转子芯。除了粘合固定之外，还可以进行绑扎。

根据本发明的另一实施例，所述永磁体的被定位成与凸状弯曲侧相反的背部是平坦的。在所述转子是内转子的情况下，所述背部可以说是与所述转子芯的圆周表面相切地延伸。在该实施例的情况下，所述永磁体的生产开支相对低。

当根据替代性实施例，永磁体的被定位成与凸状弯曲侧相反的背部具有对应于所述转子芯的半径的弯曲时，可以简化根据本发明的转子的组装。通过优化由转子建立的磁场，该实施例还提供了特别高的效率。永磁体的背部的弯曲所适应于的所述转子芯的半径是在内转子中的转子芯的外半径。

根据本发明的另一优选实施例，所述转子可以包括总共8、12或16个单独的永磁体。然而，关键的是永磁体的数量能够被数字4整除。

根据本发明的另一实施例，所述永磁体优选地在截面中呈面包形。这意味着所述永磁体的截面包括基部、倾斜地延伸到所述基部并且从所述基部偏离于彼此的两侧、以及与所述基部相反的凸状弯曲的外侧。该截面的两侧优选地相对于所述转子的轴线径向地延伸。

根据替代性然而优选的实施例，所述永磁体在截面中具有蛋糕块的形状。这意味着，与所述面包形的实施例相比，所述截面的基部比所述两侧短或者所述截面根本没有基部。在这种情况下，所述截面的两侧也朝向彼此倾斜地延伸并且与所述凸状弯曲的外侧一起限定该蛋糕块的形状。

还优选的是，所有的永磁体具有相同的几何形状并且还优选的各关于它们自己的参考平面对称。

本发明还提供具有定子和根据本发明的转子的电动马达。此处可以根据上文所描述的实施例中的一个或多个来构造所述转子。

附图说明

在下文中参考附图解释本发明的实施例，在附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的多极转子的斜视图，

图2示出了贯穿如图1中所公开的根据本发明的转子的截面，

图3示出了根据图2的图示的细节图，

图4以截面图示出了如图1至图3中所公开的根据本发明的多极转子的修改，

图5示出了根据图4的图示的细节图，

图6示出了贯穿根据本发明的另一实施例的多极转子的截面，

图7示出了贯穿包括包络件和蛋糕块状的永磁体的多极转子的截面，所述转子既不包括转子芯也不包括轴，

图8示出了贯穿具有包络件和蛋糕块状至面包形永磁体的多极转子的截面，其中轴延伸通过转子的内部，

图9示出了贯穿多极转子的截面，其中永磁体的外轮廓的圆的中心不对称，并且

图10示出了贯穿多极转子的截面，其中永磁体的外轮廓不对应于圆的节段。

具体实施方式

关于下文所作出的陈述，将使用相同的附图标记来指示相同的部分。如果附图包括未在与该附图相关联的描述中详细讨论的附图标记，则将参考该附图之前的或随后的描述。

图1以斜视图示出了根据本发明的多极转子1的第一实施例。转子1包括转子芯2以及多个大致杆形的永磁体3，永磁体3被设置成使得它们在所述转子芯的圆周上均匀分布。在所示出的实施例中，提供了总共16个的单独的永磁体3。在附图中用附图标记7指示所述转子的轴线。

尤其可以从图2看出，当从与所述转子的轴线7正交的截面图来看时，所述永磁体在外侧上具有凸状弯曲。此处永磁体在截面中呈面包形。四个相应的相邻永磁体（即，在所述转子的圆周方向上紧随彼此的永磁体）一起限定转子的磁极对。这样的成组的四个永磁体的第一永磁体3.1和第二永磁体3.2一起限定所述转子的磁北极N。每个成组的四个永磁体的第三永磁体3.3和第四永磁体3.4一起限定磁南极S。

图3示出了根据图2的截面的细节图。该细节图示出了成组的四个永磁体。每个永磁体被指定有参考平面8，参考平面8延伸通过所述转子的轴线7并通过相应的永磁体的中心。用附图标记8.1来指示第一永磁体3.1的参考平面。用附图标记8.2来指示第二永磁体3.2的参考平面。用附图标记8.3来指示第三永磁体3.3的参考平面。并且用附图标记8.4来指示第四永磁体3.4的参考平面。每个单独的永磁体的磁化方向与该永磁体的相应的参考平面围成45°的角度α。第一永磁体3.1的磁化方向和第二永磁体3.2的磁化方向相对于彼此关于中间平面9.1对称，中间平面9.1在这两个永磁体之间在中央延伸并且延伸通过所述转子的轴线7。类似地，第三永磁体3.3的磁化方向和第四永磁体3.4的磁化方向也相对于彼此关于第二中间平面9.2对称，第二中间平面9.2在永磁体3.3与3.4之间在中央延伸并且延伸通过所述转子的轴线7。此外，可以看出的是，第三永磁体3.3相对于其参考平面8.3具有与第一永磁体3.1相对于参考平面8.1的磁化方向相反的磁化方向。第四永磁体3.4相对于其参考平面8.4具有与第二永磁体相对于参考平面8.2的磁化方向相反的磁化方向。

在根据图1至图3的实施例中，借助于粘合剂将永磁体固定到彼此并且固定到转子的转子芯2。图4示出了所提供的使用带10的修改，额外地或替代性地借助于带10来将永磁体3固定到转子芯2。如从图5可以看出的，带相对于转子的轴线7具有半径R，半径R基本上对应于在所述转子的外圆周上包络永磁体3的圆的半径。

在图5中还可以看出，所述永磁体的外侧4上的凸状弯曲的半径r明显小于转子的外半径R。在图1至图6中示出的实施例中，半径r与半径R之间的比率大致为1/3。此外，在所示出的所有实施例中，永磁体3的侧表面5被构造成使得它们相对于所述转子的轴线7径向地延伸，使得永磁体3的侧面彼此处于平面接触。

在根据图1至图5的实施例中，相应的永磁体3的下表面6是平坦的。因此，该表面与所述转子芯2的圆周表面相切地延伸。然而，图6示出了这样的实施例，在该实施例的情况中，永磁体3的下表面6具有弯曲，该弯曲的半径适应于转子芯2的外圆周的半径，使得永磁体3与所述转子芯的外圆周紧密接触。

图7示出了贯穿根据另一实施例的具有八个蛋糕块状永磁体3的四极转子的截面，永磁体3被引入包络件11中。所述永磁体与包络件11之间的自由空间12、永磁体3之间的间隙13和内部14全部地或部分地填充有粘合剂或灌封化合物。因为该实施例既不使用转子芯也不使用轴，所以经由所述包络件和/或所述永磁体的端表面传递转矩。所述永磁体的外轮廓的半径r与将所述磁体整体包围并且大致对应于所述包络件的内直径的圆的半径R之间的比率大致为2/3。

图8示出了根据图7的实施例的修改。该图示也示出了贯穿具有八个蛋糕块状的永磁体3的四极转子的截面，永磁体3已经被引入包络件11中。所述转子除了包括包络件11以外，还包括轴15。

图9示出了贯穿根据本发明的另一转子的截面，其中所述永磁体的外轮廓的圆的中心不对称，因此在极12a处的磁体高度与在极转变部12b处的磁体高度不同。角度α仅为32°。所述永磁体的外轮廓的半径r与将磁体整体包络的圆的半径R之间的比率大致为1/2。

图10示出了根据本发明的另一转子的截面，在该情况下，使用了另外两个自由度：所述永磁体的外轮廓偏离于圆形形状。通过穿过三个点P1、P2、P3的圆来确定非圆形轮廓的平均半径r。由截面的两个拐角来确定点P1和P3；点P2位于永磁体的中央处，由外轮廓和从P1到P3的距离的垂直平分线的相交来限定P2。对于内轮廓而言，已经选择了方形。角度α为42°。

Claims (19)

1.一种用于电动马达的多极转子（1），所述转子（1）包括转子芯（2）和多个单独的永磁体（3），所述永磁体（3）分布在所述转子的圆周上，并且当从与所述转子（1）的轴线（7）正交的所述转子（1）的截面图来看时所述永磁体（3）在面向在所述电动马达的定子与所述转子（1）之间的气隙的一侧（4）上具有凸状弯曲，其特征在于，在所述转子（1）的圆周方向上并置的四个相应的永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）一起限定磁极对（N, S），每个单独的永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）的磁化方向与参考平面（8.1, 8.2, 8.3, 8.4）围成在30°与60°之间的角度（α），所述参考平面延伸通过所述转子（1）的所述轴线（7）并通过所述相应的永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）的中心。

2.一种用于电动马达的多极转子（1），所述转子（1）包括多个单独的永磁体（3），所述永磁体（3）分布在所述转子的圆周上，并且当从与所述转子（1）的轴线（7）正交的所述转子（1）的截面图来看时所述永磁体（3）在面向在所述电动马达的定子与所述转子（1）之间的气隙的一侧（4）上具有凸状弯曲，其特征在于，在所述转子（1）的圆周方向上并置的四个相应的永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）一起限定磁极对（N，S），每个单独的永磁体（3.1, 3.2, 3.3,3.4）的磁化方向与参考平面（8.1, 8.2, 8.3, 8.4）围成的角度（α）≠0°，优选地围成在30°与60°之间的角度，所述参考平面延伸通过所述转子（1）的所述轴线（7）并通过所述相应的永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）的中心。

3.根据权利要求2所述的转子（1），其特征在于，所述转子（1）不具有转子芯。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子（1），其特征在于，每个单独的永磁体（3.1,3.2, 3.3, 3.4）的磁化方向与所述相应的参考平面（8.1, 8.2, 8.3, 8.4）围成在40°与50°之间的角度（α）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的转子（1），其特征在于，在所述转子（1）的圆周方向上并置的两个相应的永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）一起限定磁极（N，S），这两个永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）的磁化方向相对于彼此关于中间平面（9.1, 9.2）对称，所述中间平面在这两个永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）之间在中央延伸并且延伸通过所述转子（1）的轴线（7）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的转子（1），其特征在于，在圆周方向上一个直接紧随另一个之后的成组的四个永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）的第三永磁体（3.3）相对于所述相应的参考平面（8.3）具有与所述成组的永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）的第一永磁体（3.1）相对于所述相应的参考平面（8.1）的磁化方向相反的磁化方向，所述成组的永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）的第四永磁体（3.4）相对于所述相应的参考平面（8.4）具有与所述成组的永磁体（3.1, 3.2, 3.3, 3.4）的第二永磁体（3.2）相对于所述相应的参考平面（8.2）的磁化方向相反的磁化方向。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的转子（1），其特征在于，相邻永磁体在相应的极转变部处与彼此处于平面接触，并且在于，属于同一极的所述相邻永磁体相对于彼此限定间隙或者彼此接触，所述间隙具有小于0.3 mm的宽度。

8.根据权利要求7所述的转子（1），其特征在于，所述永磁体（3）的侧表面（5）相对于所述转子（1）的轴线（7）径向地延伸。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的转子（1），其特征在于，所述凸状弯曲偏离于围绕所述转子（1）的轴线（7）的圆的弯曲，所述圆直接包络所述永磁体（3）。

10.根据权利要求9所述的转子（1），其特征在于，所述凸状弯曲的平均半径（r）小于围绕所述转子（1）的轴线（7）的圆的半径（R），所述圆直接包络所述永磁体（3）。

11.根据权利要求9所述的转子（1），其特征在于，所述凸状弯曲的平均半径（r）在围绕所述转子（1）的轴线（7）的圆的半径（R）的15%与70%之间，所述圆直接包络所述永磁体（3）。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的转子（1），其特征在于，借助于粘合剂将所述永磁体（3）固定到彼此和/或固定到所述转子（1）的转子芯（2）。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的转子（1），其特征在于，所述转子（1）包括包络件（11），所述永磁体（3）在它们的外侧上被所述包络件（11）包围。

14.根据权利要求13所述的转子（1），其特征在于，通过粘合剂或通过灌封化合物来将所述永磁体（3）连接到所述包络件（11）。

15.根据权利要求1至12中任一项所述的转子（1），其特征在于，借助于带（10）将所述永磁体（3）固定到所述转子（1）的转子芯（2）。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的转子（1），其特征在于，所述永磁体（3）的被定位成与所述凸状弯曲侧（4）相反的背部（6）是平坦的。

17.根据权利要求1至15中任一项所述的转子（1），其特征在于，所述永磁体（3）的被定位成与所述凸状弯曲侧（4）相反的背部（6）具有对应于所述转子芯（2）的半径的弯曲。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的转子（1），其特征在于，所述永磁体（3）在截面中呈面包形。

19.根据权利要求2至15中任一项所述的转子（1），其特征在于，所述永磁体（3）在截面中具有蛋糕块的形状。