CN109643918A - 用于电机的转子以及电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机(1)的转子(3)，该转子包括转子芯(4)、永磁体(5)和保持装置(9、12)，其中，保持装置(9、12)以形状锁合的方式连接到转子芯(4)，并且永磁体(5)借助于保持装置(9、12)保持在转子芯(4)上。本发明还涉及另一转子(3)和电机(1)。

Description

用于电机的转子以及电机

本发明涉及用于电机的转子。此外，本发明涉及一种具有这种转子的电机。

通常，电机包括定子和能够相对于定子运动的转子。电机能够以电动机或发电机运行，其中电能被转换成动能，或者动能被转换成电能。在电机中，区别了不同类型，例如同步电机或异步电机。

例如，存在具有配备永磁体的转子的同步电机。在这种情况下，通常发现两种不同的基本转子拓扑结构，其中，永磁体作为嵌入式永磁体布置在转子芯内，或者永磁体(表面安装的永磁体)从外部安装在转子芯上。

在表面安装的永磁体的情况下，通常需要鞘或结合件来固定磁体，这另外防止了发生离心力，特别是在高转子速度下。然而，结合件增加了磁体和围绕转子的定子之间的有效气隙。因此，例如，减小了电机的最大扭矩及其效率。

在存在各种拓扑结构的具有嵌入式磁体的电机中，通常设置“铁桥”(转子芯的沟槽区域的连接部分)，其为转子提供机械稳定性。这些铁桥越厚，这就越有利于转子的机械稳定性。然而，桥的厚度对电机的电磁性能，例如效率，有负面的影响。特别地，能够较强烈地发生所谓的漏磁通，其中，主磁通被削弱。例如，泄漏通量导致电机的扭矩损失。

在同步磁阻电机中也设置铁桥，其通常具有多个各种特性的充气磁屏障，以确保转子的机械稳定性。然而，类似于上述内容，这些会损害电机的电磁性能。

本发明的目的是提供一种用于电机转子的构思，其特别有助于转子的机械稳定性，同时改善电机的电磁特性，例如转矩密度和/或转矩效率。

本发明基于通过设置至少一个保持装置来提高转子的机械稳定性的想法，该保持装置以形状锁合的方式连接到转子芯，从而根据电机的类型，有助于以形状锁合的方式将永磁体保持或附接在转子上，和/或以形状锁合的方式连接由凹槽或气隙分离的两个转子区域。由于形状锁合的机械连接，实现了高机械稳固性或高机械强度。例如，保持装置是加强的机械桥。换句话说，它是一种加强装置。特别地，出于稳定性的原因，例如，可以通过一个或更多个保持装置补充或甚至替换传统上必需的铁桥。另一方面，例如，也可以省去上述结合件。

根据一个方面，公开了一种用于电机的转子，其包括转子芯、永磁体和保持装置。该保持装置以形状锁合的方式连接到转子芯，并且永磁体通过保持装置保持在转子芯上。

换句话说，永磁体通过保持装置与转子芯的相互作用以形状锁合的方式连接到转子芯或者保持在转子芯上。这有助于提高转子的机械稳定性。此外，它有助于使永磁体保持机械牢固和稳定。例如，这使得可以避免铁桥或可以将铁桥设计地特别小，从而能够避免或至少减少磁漏通。

“保持”应理解为永磁体至少相对于一个方向，例如，在相对于转子旋转轴线的径向方向上，以形状锁合的方式保持住。形状锁合连接优选地形成为使得防止永磁体和转子芯之间的至少两个自由度的相对运动。例如，形状锁合连接形成为使得存在彼此接合以用于形状锁合接合的元件的至少一个底切。换句话说，转子芯和保持装置各自具有形状锁合元件或反形状锁合元件，它们在形状方面彼此匹配或适配以形成形状锁合的接合。转子芯通常是铁芯或包括铁材料。

根据一个实施例，保持装置与转子芯的形状锁合连接具有燕尾连接。换句话说，保持装置通过燕尾连接来连接到转子芯或形成燕尾连接。例如，转子芯和保持装置具有相应匹配的形状。

根据一个实施例，保持装置是永磁体的一部分。换句话说，保持装置直接形成在永磁体上，或者永磁体与保持装置一体形成。这实现了磁体与转子芯的直接机械连接。这显著提高了转子的机械稳定性，特别是在高转度下。例如，能够省去外部安装磁体的结合件。另一方面，例如可以将嵌入式磁体特别地靠近转子的外侧附接，并且，例如可以实现特别薄的到边缘或到其他磁体的铁桥。还能够省去一个或更多个铁桥。

根据另一实施例，永磁体具有另一保持装置，该保持装置借助于形状锁合接合来连接到转子芯。例如，两个保持装置与永磁体一体形成，例如，两个保持装置布置在相对侧上。因此，例如，转子芯的两个区域能够通过永磁体连接并且能够通过保持装置与其形状锁合连接部连接。这也有助于实现特别薄的铁桥或完全省去它们。

例如，永磁体基本上切向地嵌入布置在转子芯内，其中，保持装置布置在磁体的朝向转子旋转轴线的一侧上，并且另外的保持装置布置在永磁体的背离转子旋转轴线的一侧上。这实现了上述优点和功能。

根据一个实施例，保持装置是与永磁体分离的保持元件。这实现了磁体与转子芯的间接的形状锁合连接。例如，永磁体借助于保持元件保持在转子上。例如，保持元件以形状锁合的方式布置在永磁体的一侧上，例如，磁体横向地安装在外侧。例如，保持元件布置在转子芯内嵌入式永磁体的背离转子旋转轴线的一侧上。例如，保持元件的这种布置在径向布置的嵌入式永磁体中是有利的。可选地，保持元件设置成提供对转子或转子芯的加强。

根据另一实施例，设置另一保持装置作为与永磁体分离的保持元件，其中，永磁体通过两个保持元件以形状锁合的方式保持在转子芯上。特别地，永磁体(特别是以接触或形状锁合的方式)布置在两个保持元件之间。附加地或替代地，永磁体在两个保持元件之间被夹紧。

根据另一实施例，分离的保持元件设置和/或布置在转子芯中，使得转子芯的两个分离的区域以形状锁合的方式连接。例如，分离的保持元件以形状锁合的方式替换铁桥和/或连接转子芯的两个区域，此外，其中，它还能够用于将永磁体以形状锁合的方式保持到转子芯。分离区域是相对于从转子旋转轴线开始的径向方向(例如，通过充气槽)分离的转子芯区域。换句话说，保持元件还导致对转子或转子芯的加强。例如，保持装置表示加强的机械桥。换句话说，它是一种加强装置。

根据一个实施例，分离的保持元件具有非磁性或不可磁化的材料。例如，分离的保持元件由陶瓷材料、塑料材料或铝材料制成。

根据一个实施例，保持装置具有凹槽或凸起，并且转子芯具有相应的反保持装置，该反保持装置具有用于形状锁合接合的形状，该形状形成为与保持装置互补。因此，能够产生凹槽-凸起或舌槽连接或上述燕尾连接。

根据一个实施例，永磁体布置在转子芯的外侧上或嵌入在转子芯内。例如，嵌入指的是，磁体布置在转子芯的凹穴、凹槽、凹部或凹口中。例如，利用这种拓扑结构能够实现上述的优点和功能。

根据第二方面，公开了用于电机的转子，其具有转子芯，该转子芯具有至少一个凹部，该凹部形成为磁通屏障。例如，凹部形成为凹穴或凹槽，其充满空气作为磁通屏障。转子还具有保持装置，该保持装置形成为与转子芯分离的保持元件，其中，保持装置以形状锁合的方式布置在转子芯的凹部中，使得转子芯的由凹部分离的两个区域通过保持装置连接。例如，转子是磁阻转子。转子芯的两个区域也可以称为转子芯的层、片或部分，并且特别地，这两个区域相对于转子的转子旋转轴线以径向方向布置。

保持元件和分离区域的连接特别地增加了转子的机械稳定性。特别地，例如，保持装置能够替换本来是必要的铁桥。例如，保持装置是加强的机械桥。换句话说，它是一种加强装置。

根据一个实施例，保持装置完全填充凹部。填充至少是指垂直于转子旋转轴线的平面。因此，能够显著改善磁体性能、电机效率以及以上所有的机械强度。

根据另一方面，公开了电机，其具有根据前述实施例中任一个所述的转子，还具有定子，其中转子能够相对于定子运动。该电机实现了上述优点和功能。

在从属权利要求和以下实施例的详细描述中公开了其他优点和功能。

下面将借助于附图对实施例进行描述。在图中，相似的或相同的元件具有相同的附图标记。为了清楚，并非所有示出的和已经描述的特征都具有附图标记。

图中：

图1和图2示出了具有表面磁体的用于电机的转子和电机，

图3至图6示出了根据本发明实施例的具有外部安装的永磁体的转子的不同示意图，

图7和图8示出了具有切向嵌入式磁体的用于另一电机的转子和该另一电机，

图9至图11示出了根据各种其他实施例的转子的示意性局部视图，

图12示出了根据图11的实施例的具有转子的电机，

图13示出了根据图12的电机转子的示意图，

图14至图17示出了各种其他实施例的转子的示意性局部视图，

图18和图19示出了具有V形嵌入式磁体的用于电机的转子和电机，

图20至图24示出了根据各种其他实施例的转子的示意性局部视图，

图25和图26示出了根据图21的实施例的转子和电机，

图27示出了具有径向嵌入式永磁体的转子，

图28至图30示出了根据各种其他实施例的具有径向布置的永磁体的转子的三个示意性局部视图，

图31至图43示出了根据各种其他实施例的磁阻转子的示意图(示意性局部视图)。

图1示意性地示出了具有定子2和转子3的电机1(同步电机)的实施例。图2示出了转子3，而未示出定子2。转子3能够相对于定子2围绕转子旋转轴线11旋转。电机1设计成同步电机。转子3具有形成为铁芯的转子芯4和四个外部安装(也称为表面安装)的永磁体5。

根据永磁体5的数量和布置，电机1具有四个磁极。永磁体5通过结合件6固定或保持在转子芯4上。

图3至图6示出了根据各种实施例的转子3的各种视图，转子3基于图2中所示的转子拓扑结构。

根据图3，每个永磁体5通过形状锁合连接直接机械连接到转子芯4。为此目的，每个永磁体5具有第一保持装置9，其与转子芯4的相应的第一反保持装置机械地相互作用。第一保持装置9具有凹槽7，而第一反保持装置10具有接合在相应的凹槽7中的凸起8。换句话说，每个第一保持装置9能够视为相应的永磁体5的一段或一部分，其具有用于形成凹槽7的形状。相反，转子芯4具有第一反保持装置10，其具有用于形成凸起8的相应形状。换句话说，每个第一保持装置9形成为凹槽7，并且每个第一反保持装置10是凸起8。凹槽7在形状方面适合于凸起8，使得它们能够彼此形状锁合地接合。根据图3，永磁体分别根据燕尾连接以形状锁合的方式机械地连接。在连接状态下，通过形状锁合接合的构造防止至少两个(平移)自由度。

在这里和下文适用的是，第一保持装置9能够视作如上所提到的保持装置。此外，能够将第一反保持装置10视作如上所提到的反保持装置。

该实施例实现了上述优点和功能。特别地，因为能够省去围绕磁体5向外引导的结合件6，所以具有这样转子3的电机的效率提高。因此，定子2和转子3之间的有效气隙减小。此外，磁体5以特别牢固的方式机械地保持在转子芯4上。这有助于转子3的机械稳定性。

图4所示的实施例与图3所示的转子的不同之处在于，第一保持装置9或第一反保持装置10的数量加倍。这增加了转子3的机械安全性和坚固性。

图5示出了另一实施例，其中，永磁体5本身不具有保持装置。而是，在每种情况下，在两个永磁体5之间的两个磁极的中间区域中设置第二保持装置12，其形成为与磁体5分离的保持元件。分离的保持元件也能够被称为固定元件。每个第二保持装置12具有凸起8，用于与转子芯4相应的第二反保持装置13相互作用，其中，另一反保持装置13具有凹槽7。

第二保持装置12和第二反保持装置13的相互作用与上述内容类似，其中，相应地，形状锁合接合以燕尾连接的方式存在。第二保持装置12形成为使得它们中的每两个将永磁体5以形状锁合的方式保持在转子芯4上。在这方面，永磁体5借助于第二保持装置12以形状锁合的方式间接地保持在转子芯4上。该实施例还能够实现永磁体5与转子芯的特别牢固的机械耦接的优点，其中，能够减小永磁体5到定子2的有效气隙。

分离的保持元件12由非磁性材料制成，例如陶瓷材料、塑料材料或铝材料。该保持元件有助于避免漏磁通，特别是避免磁极之间的漏磁通。

在这里和下文适用的是，第二保持装置12能够视作如上所提到的保持装置。此外，第二反保持装置13也能够视作如上所提到的反保持装置。

图6示出了另一实施例，其中，结合了根据图3和5的实施例。因此，永磁体5具有整体式第一保持装置9，该第一保持装置9与转子芯4的相应的第一保持装置10相互作用。此外，设置了第二保持装置12和第二反保持装置13。

在这一点上应该提到的是，在这里和下文中，凸起8与凹槽7的相互作用也能够选择性地以相反的方式进行。

例如，根据图3的一个或所有永磁体5能够具有凸起8，凸起8与引入到转子芯4中的凹槽7相互作用。同样，具有保持装置的形状锁合接合也能够通过其他几何形状来实现。

图7示意性示出了具有定子2和转子3的另一电机1，其转子拓扑结构与前述实施例不同。图8示出了转子3，而未示出定子2。电机1设计成具有永磁体5的同步电机。永磁体5基本上切向地嵌入到转子芯4内。根据永磁体5的数量和布置，电机1具有四个磁极。

永磁体5布置在转子铁芯4内的凹部14中，其中，磁通屏障15连接在横向上相对的端部处，该屏障实现为充气腔。通过所谓的铁桥16确保转子3的稳定性，该铁桥16限定转子芯4在外侧和磁通屏障15之间的最薄区域或限定凹部14。

图9至图11示出了根据另外实施例的转子3的局部视图。其示出于这里以及与转子3的磁极对应的转子3的四个相同的四分之一中的一个四分之一的局部视图中。

类似于上述内容，图9至图11中示出的永磁体5具有一个或更多个第一保持装置9，第一保持装置9具有凹槽7。如上所述，通过燕尾连接实现与转子芯4的形状锁合接合。由于转子3的形状锁合接合和所获得的机械稳定性，特别地，铁桥16能够制造得特别薄。因此，首要的是，能够显著地减少磁体5的横向边缘处的漏磁通，这有助于提高电机的效率。

在根据图11的实施例中，应该强调的是，通过在永磁体5的相对于从转子旋转轴线11开始的径向方向17的两个相对侧上设置第一保持装置9，转子芯4的由凹部14且因此由永磁体5分离的第一区域18和第二区域19机械连接。这显著有助于转子3的机械强度，特别是在操作时的高转子转速下。

图12和图13示出了根据图11的具有完全被示出的转子3的电机1。

图14示出了根据另一实施例的转子3的局部视图，其中，与图9相反，第一保持装置9和第一反保持装置10的构造得到更大的利用(strained)。

图15至图17示出了转子3的另外的实施例。这些转子3也实现已经提到的优点和功能。

在类似于图5的图15中，设置了第二保持装置12，其与永磁体5分离地形成。例如，如上所述，第二保持装置12具有非磁性材料并且以形状锁合的方式布置在永磁体5的与转子芯4连接的相对窄边(侧边)上。如在对于图11中已经描述的，第二保持装置12分别连接转子芯4的两个区域18、19，其中，每个第二保持装置12都具有两个相对的凸起8，它们以形状锁合的方式与转子芯4的第二反保持装置13相互作用。永磁体5布置在两个第二保持装置12之间并且以形状锁合的方式被保持住(例如，被夹紧)。此外，例如，第二保持装置12有助于每个永磁体5以形状锁合的方式依次保持在转子芯4上，以便在操作期间(特别是在转子3高转速的情况下)更好地接收离心力。

分离的保持元件12使转子3得到加强。

在这一点上应该提到的是，保持装置12也具有两个凹槽7或相应的凹槽7或凸起8，或者可以相应地形成。

图16和图17示出了转子3的另一实施例，其形成类似于图6的转子3，其中，除了第二保持装置12和第二反保持装置13之外，还设置了第一保持装置9和第一反保持装置10，使得实现永磁体5与转子芯4的直接形状锁合接合。

根据图9至图17所描述的实施例也能够转用于具有嵌入式永磁体的转子的其他转子拓扑结构。如下所述，除了所描述的切向布置的磁体之外，所描述的解决方案还能够在具有V形永磁体或径向布置的永磁体(所谓的辐条磁体)的转子中实现。

例如，在图18和图19中，示出了电机1和转子3，其具有布置成V形的永磁体5。在这种情况下，布置成V形并形成向外开口的“V”的两个永磁体5总是代表转子3的磁极。如上所述，铁桥16朝向转子3的外边缘定位，其中，在磁极的两个永磁体5之间下一距离的区域中还设置另一铁桥20。

图20至图23示出了转子3的实施例，其具有如上所述的相应的特征。

因此，图20和图21示出了转子3，其中永磁体5本身具有带凹槽7的第一保持装置9，其以形状锁合的方式与具有凸起8的转子芯4的第一反保持装置10相互作用。

图22至24示出了在前述实施例的意义上的转子3的另一实施例，其中，单独或者与永磁体5的第一保持装置9结合地设置分离的保持元件。

在图20至图24中，由于新颖的设计，例如设计地更薄，和/或甚至被完全省略，铁桥16和另一铁桥20能够显著地减小。

图25和图26示出了根据图21所示的实施例的电机1和相关联的转子3。

图27示出了根据具有嵌入式磁体的另一转子拓扑结构的转子3的实施例，其中，四个永磁体5径向布置在转子芯4中。依次设置磁通屏障15，其形成在永磁体5的面向转子旋转轴线11的一侧上和背离转子旋转轴线11的一侧上。

图28至图30示出了根据图27中所示的拓扑结构的具有嵌入式永磁体5的转子3的另一实施例，其中，再次采用关于保持装置的前述特征。

在图28中，在每个永磁体5的面向转子旋转轴线11的一侧上设置第一保持装置9，该第一保持装置9以所述形状锁合的方式与转子芯4相互作用。

在图29中，第二保持装置12以所述方式设置为分离的保持元件。

图30示出了一种实施例，图28和图29的特征与上述实施例类似地结合在该实施例中。

图28至30的转子3实现了所述的优点和功能。

图31和图32示出了转子3的两个视图，其形成为磁阻转子。纯磁阻转子没有永磁体。磁阻转子3具有转子芯4，其中，引入双V形凹部14作为不含铁的磁通屏障15。类似于上文，形成第一铁桥16和第二铁桥20，其通常为转子3提供稳定性。

图33至43示出了根据所述原理的磁阻转子3的另一实施例。这对转子3来说很常见，即在凹部14中至少插入第二保持装置12作为保持装置，该第二保持装置12通过凹部14将转子3的围绕转子旋转轴线11在径向方向17上的分离区域18、19、21连接。

如上所述，在这种情况下，第二保持装置12与转子芯4形状锁合地接合，特别是与相应的第二反保持装置13。在每种情况下，在所示的每个实施例中，至少另外的第二铁桥20被替换，并且第一铁桥16至少在转子3的边缘处显著减小。此外，可以认识到整个凹部14部分地填充有第二保持装置12。例如，凹部14通过铸造方法部分地或完全地填充有第二保持装置12。

在根据图43的实施例中应该强调的是，转子芯4的区域18、19和21彼此完全分离，并且不通过铁桥或转子芯4的其他部分或其铁材料来连接。而是，区域18、19和21以形状锁合的方式仅通过保持装置12来机械连接。

在这一点上应该提到的是，例如，转子芯4由转子叠片铁芯形成，并且所有形状的转子芯4通过例如冲压或相应的叠片铁芯加工而制成。

所有所述实施例共同的一般原理是，设置保持装置，将其以形状锁合的方式连接到转子芯。因此，一方面，转子的机械强度增加，并且如上所述不会削弱磁性能和电机的相关效率。相反，后者甚至得到改善。

所述和示出的实施例的特征能够彼此结合。

附图标记列表

1 电机

2 定子

3 转子

4 转子芯

5 永磁体

6 结合件

7 凹槽

8 凸起

9 第一保持装置

10 第一反保持装置

11 转子旋转轴线

12 第二保持装置

13 第二反保持装置

14 凹部

15 磁通屏障

16 铁桥

17 径向方向

18 第一区域

19 第二区域

20 另一铁桥

21 第三区域

Claims (16)

1.一种用于电机(1)的转子(3)，该转子具有转子芯(4)、永磁体(5)和至少一个保持装置(9、12)，其中，

所述保持装置(9、12)以形状锁合的方式连接到转子芯(4)，并且永磁体(5)通过所述保持装置(9、12)保持在转子芯(4)上。

2.根据权利要求1所述的转子(3)，其中，所述保持装置(9、12)与所述转子芯(4)的形状锁合连接具有燕尾连接。

3.根据权利要求1或2所述的转子(3)，其中，所述保持装置(9)是所述永磁体(5)的一部分。

4.根据权利要求3所述的转子(3)，其中，所述永磁体(5)具有至少一个另外的保持装置(9)，所述另外的保持装置(9)通过形状锁合接合连接到所述转子芯(4)。

5.根据权利要求1或2所述的转子(3)，其中，所述保持装置(12)是与所述永磁体(12)分离的保持元件。

6.根据权利要求5所述的转子(3)，其中，设置另一保持装置(12)作为与所述永磁体(5)分离的保持元件，其中，所述永磁体(5)通过两个保持元件(12)以形状锁合的方式保持在所述转子芯(4)上。

7.根据权利要求5或6所述的转子(3)，其中，在所述转子芯(4)中设置和/或布置分离的保持元件，使得所述转子芯(4)的两个分离的区域(18、19、21)以形状锁合的方式连接。

8.根据权利要求5至7之一所述的转子(3)，其中，分离的保持元件具有非磁性或不可磁化的材料。

9.根据前述权利要求之一所述的转子(3)，其中，所述保持装置(9、12)具有凹槽(7)或凸起(8)，并且转子芯(4)具有相应的反保持装置(10、13)，所述反保持装置(10、13)具有用于形状锁合接合的形状，该形状形成为与保持装置(9、12)互补。

10.根据前述权利要求之一所述的转子(3)，其中，所述永磁体(5)布置在转子芯(4)的外侧上或嵌入在转子芯(4)内。

11.一种用于电机的转子(3)，所述转子具有转子芯(4)和具有形成为分离的保持元件的至少一个保持装置(12)，所述转子芯(4)具有形成为磁通屏障(15)的至少一个凹部(14)，其中，所述保持装置(12)以形状锁合的方式布置在转子芯(4)的凹部(14)中，使得转子芯(4)的由凹部(14)分离的两个区域(18、19、21)通过保持装置(12)连接。

12.根据权利要求11所述的转子(3)，其中，所述保持装置(12)完全填充所述凹部(14)。

13.根据权利要求11或12所述的转子(3)，其中，所述保持装置(12)具有两个凹槽(7)、两个凸起(8)，或一个凸起(8)和一个凹槽(7)，并且转子芯(4)具有相应的反保持装置(13)，所述反保持装置(13)各自具有用于与保持装置(12)形状锁合接合的形状，该形状形成为与保持装置(12)互补。

14.根据权利要求11至13之一所述的转子(3)，其中，所述保持装置(12)具有非磁性或不可磁化的材料。

15.根据权利要求11至14之一所述的转子(3)，其中，所述转子(3)形成为磁阻转子。

16.一种电机(1)，具有根据权利要求1至15之一所述的转子(3)，并且还具有定子(2)，其中，所述转子(3)能够相对于所述定子(2)运动。