CN109756045B - 轴向磁通机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轴向磁通机器，包括：形状稳定的组件(12)；机轴(3)；紧固在机轴上的转子(2)，转子包括转子毂(6)、绕机轴呈圆形布置的永磁体(7.1、7.2)、粘合剂(9)以及布置在转子的外周(2.1)上并闭合环绕该外周的支撑件(8)，支撑件以径向向内指向的夹紧力(Fr)对永磁体加负荷；以及布置于转子两侧的定子(4、5)。为了使高马达功率与小结构尺寸相结合而提出，永磁体通过设有粘合剂的第一粘合接合部(10.1)置于转子毂上并且通过设有粘合剂的第二粘合接合部(10.2)彼此联接，永磁体、转子毂、支撑件和粘合剂构造出形状稳定的组件，其径向和轴向的形状稳定性基本上由支撑件对永磁体的径向夹紧力来确定。

Description

轴向磁通机器
技术领域
本发明涉及一种轴向磁通机器，其具有：形状稳定的组件；机轴；紧固在机轴上的转子，该转子包括转子毂、绕机轴呈圆形布置的永磁体、粘合剂以及布置在转子的外周上并闭合环绕该外周的支撑件，该支撑件以径向夹紧力对永磁体加负荷；以及布置于转子两侧的定子。
背景技术
为实现一种质量轻且惯性小的轴向磁通机器的转子，现有技术中已知(EP1203436A1)一种纤维增强型辐条轮，交替磁化的永磁体以形状锁合方式(formschlüssig)嵌入或埋入其中。纤维增强塑料与永磁体共同形成转子上的形状稳定的组件，其通过凸缘与轴向磁通机器的机轴固定连接。
形状稳定的机组在外周闭合环绕构造为紧箍件的支撑件，该支撑件对形状稳定的组件施加径向夹紧力，以至少承受离心力。
其缺陷在于，组件的形状锁合要求辐条轮的尺寸相对较宽，这会限制转子上永磁体的大小比例，从而限制轴向磁通机器的马达功率。因此，必须使用稀土磁体(例如，高成本的钕-铁-硼永磁体)来补偿减小的马达功率，从而尤其会增加轴向磁通机器的制造成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是在构造上改进前述类型的轴向磁通机器，从而既能具有高马达功率和稳固性，又能以成本低廉的方式进行生产。
本发明用以达成上述目的的解决方案参阅如下的轴向磁通机器，所述轴向磁通机器包括：形状稳定的组件；机轴；紧固在所述机轴上的转子，所述转子具有转子毂、绕所述机轴呈圆形布置的永磁体、粘合剂以及布置在所述转子的外周上并闭合环绕所述外周的支撑件，所述支撑件以径向向内指向的夹紧力对所述永磁体加负荷；以及布置于所述转子两侧的定子，其中，所述永磁体通过设有粘合剂的第一粘合接合部置于所述转子毂上并且通过设有粘合剂的第二粘合接合部彼此联接，其中，所述永磁体、所述转子毂、所述支撑件和所述粘合剂构造出所述形状稳定的组件，所述形状稳定的组件的径向和轴向的形状稳定性基本上由所述支撑件对所述永磁体的径向的夹紧力来确定。
如果永磁体通过设有粘合剂的第一粘合接合部置于转子毂上并且永磁体通过设有粘合剂的第二粘合接合部彼此联接，那么可以放弃嵌装永磁体的形状锁合连接就能实现磁体体积占高比例的尤其紧凑的转子。根据本发明，永磁体、转子毂、支撑体和粘合剂构成形状稳定的组件，其在径向和轴向的形状稳定性基本上通过支撑件对永磁体的径向夹紧力来确定，所以尽管省除形状锁合连接，但不必顾虑转子的机器载荷能力有所下降。因此，可以在机械上减轻粘合剂的材料锁合(stoffschlüssig)的连接，这就会降低粘合剂粘合失效或内聚衰坏的风险。换言之，在转子的外周布置支撑体来减轻粘合剂连接的负担，例如，对抗因指向定子旋转磁场的磁力而在永磁体之间形成的剪切力。而且，通过转子在径向和轴向形状稳定性防止粘合剂流淌，因此该支撑件可以在转子开启更宽的温度窗口。因此，根据本发明的转子尽管结构简单而稳固，也能提供特别高的马达功率。
紧箍件或缩套的支撑圈构成支撑件，则可进一步减少转子的建造成本。优选地，使用紧箍件来实现质量极轻和惯性极小的转子。
转子毂在横截面中具有带侧棱边的多边形外轮廓，永磁体通过填充有粘合剂的第一粘合接合部置于这些侧棱边上，则可改善转子与机轴之间的连接。可以设想，多个永磁体位于共同的侧棱边上。
永磁体通过各一个填充有粘合剂的粘合接合部置于各一个侧棱边上，则可传递高转矩，借此能够进一步提高轴向磁通机器的稳固性。
永磁体由铁氧体材料组成，则可提供成本相对较低的转子。
稀土磁体形成永磁体，则可实现相对较高的马达功率。
转子包括由软磁粉末复合材料制成的多个覆层，这些覆层设置在永磁体的宽侧上，则可减少转子上的涡流损耗，尤其是在稀土磁体构造出永磁体的情况下。
粘合剂柔软有弹性，则其可以吸收不同的热膨胀，从而防止永磁体上产生热应力。通过这种方式，还能降低它们发生破裂的风险，并能进一步提高轴向磁通机器的稳固性。特别地，柔软弹性的粘合剂尤指硅树脂粘合剂。
粘合剂为环氧树脂粘合剂，则可产生形状特别稳定的组件。此外，如此能够形成更具刚性的组件，将其谐振频率转换到转子的非临界范围，进一步增强轴向磁通机器的稳固性。优选地，环氧树脂粘合剂具有基于环氧树脂与固化剂的双组分体系。优选地，这些环氧树脂粘合剂包括双酚A与表氯醇的缩聚物，从而能够确保材料锁合连接的杨氏模量很高。
优选地，粘合接合部具有0.5mm的最大缝隙尺寸。经证实，0.3mm至0.5mm的缝隙尺寸尤其有利于补偿永磁体的尺寸不精确性，而仍能保证稳固的粘合剂连接。
永磁体与填充有粘合剂的第二粘合接合部形成转子的柱体形的周面，则可进一步简化轴向磁通机器的构型。此外，这还可简化支撑件的设置。
转子的柱体形的周面以切削方式进行整圆处理，尤其是磨削，则可通过安全的方式防止支撑件例如因磁体边缘压力而发生破损。由此可以进一步提高轴向磁通机器的稳固性，尤其是在支撑件制为紧箍件的情况下。
附图说明
在附图中，例如结合变型方案对本发明予以详述。在附图中：
图1示出局部图示的轴向磁通机器的侧面立视图；以及
图2示出按照图1中II-II的剖视图。
具体实施方式
参照图1，示例性示出的轴向磁通机器1包括转子2、机轴3以及布置于转子2两侧的两个定子4、5。转子2紧固在机轴3上，亦即通过以力锁合方式(kraftschlüssig)置于机轴3上的转子毂6紧固在机轴3上。此外，转子2配属有永磁体7.1、7.2，这些永磁体7.1、7.2围绕机轴3呈圆形布置。
永磁体7.1、7.2得以交替磁化，具体方式是，它们例如包括具有相反磁化方向的两个相邻永磁体，如图2中的不同阴影线所示。永磁体7.1、7.2的磁化方向平行于机轴3的纵向轴线。
此外，转子2包括布置于转子2的外周2.1并闭合环绕该外周的支撑件8。这种配置为紧箍件8.1的支撑件8由预浸渍的纤维材料(优选玻璃纤维等)组成，该纤维材料沿圆周方向2.3卷绕。还可以设想，纤维材料在卷绕后再浸渍。支撑件8以径向向内的夹紧力Fr对永磁体7.1、7.2加负荷并且抵消离心力。支撑件8可以例如是可缩套的支撑圈(图中未示出)。
根据本发明，永磁体7.1、7.2通过第一粘合接合部10.1置于转子毂6上并且通过第二粘合接合部10.2彼此联接，为此，在第一粘合接合部10.1和第二粘合接合部10.2中配设粘合剂9。因此，转子2在圆环形外周区域内基本上由永磁体7.1、7.2组成。这就提供最大化的磁体体积，以实现特别高的马达功率。
当然，由于永磁体7.1和7.2、转子毂6、支撑件8以及粘合剂9构成形状稳定的组件12，因此不会影响转子2的机械稳定性。
确保这一点的具体方式是，组件12在径向和轴向的形状稳定性基本上由支撑件8对永磁体7.1、7.2的径向夹紧力Fr来确定。由于支撑件8借助转子毂6来夹紧永磁体7.1、7.2，因此粘合剂9的材料锁合连接的强度不再至关紧要，其基本上只要满足间隔永磁体7.1、7.2的功能，这样就能例如对抗应力，从而防止破裂。
支撑件8的预压应力无疑可以被永磁体7.1、7.2吸收。夹紧力Fr高于永磁体7.1、7.2上的离心力。这就确保不超过永磁体7.1、7.2的容许拉伸应力或者不会使它们剥离。
因此，根据本发明构建的轴向磁通机器1的特征在于，不仅具有特别高的马达功率，而且还具有很高的稳固性。
其原因尤其还在于，粘合剂9也具有高强度，特别是它被制为环氧树脂粘合剂。此外，这种粘合剂连接还可有利地将转子的谐振频率转换到非临界范围，这就能进一步提高轴向磁通机器的稳固性。特别地，环氧树脂粘合剂9尤指例如由双酚A和表氯醇构成的缩聚物，其中加入固化剂，例如EPH161型固化剂。
第一粘合接合部10.1和第二粘合接合部10.2具有0.3mm至0.5mm的缝隙尺寸，由此确保永磁体7.1、7.2在转子毂6上的稳固支撑。
由于转子2的这种紧凑构型，本发明还提出，由铁氧体材料形成永磁体。这会显著降低转子2的成本，由此能够实现用低成本构建的轴向磁通机械1。
如图2所示，转子毂6的横截面具有带侧棱边13的多边形外轮廓。永磁体7.1、7.2借助各第一粘合接合部10.1置于各侧棱边13上，该第一粘合接合部10.1填充有粘合剂9。借此，实现永磁体7.1、7.2相对于转子毂6的高扭转强度。
此外，转子2包括多个软磁覆层14.1、14.2，它们被设置于永磁体7.1、7.2的宽侧15.1、15.2上并且由软磁粉末复合材料组成。尽管这些软磁覆层14.1、14.2会增大永磁体7.1、7.2与相应定子4、5之间的气隙15，但仍可有利地消除涡流效应，尤其是在永磁体7.1、7.2被构造为稀土磁体的情况下。
由图2可以看出，永磁体7.1、7.2与填充有粘合剂9的第二粘合接合部10.2形成转子2的柱体形的周面2.2，支撑件8被布置于该周面2.2上。这在结构上很容易解决，永磁体7.1、7.2基本上具有等腰梯形，其中较长的底边具有圆弧形状。
此外，转子2的柱体形的周面2.2以切削方式进行整圆处理，尤其是磨削，即精磨，以消除支撑件8上的奇异机械载荷。利用根据本发明的轴向磁通机械1，即使在高转速下也能实现高稳固性。

Claims (14)

1.轴向磁通机器，所述轴向磁通机器包括：形状稳定的组件(12)；机轴(3)；紧固在所述机轴(3)上的转子(2)，所述转子具有转子毂(6)、绕所述机轴(3)呈圆形布置的永磁体(7.1、7.2)、粘合剂(9)以及布置在所述转子(2)的外周(2.1)上并闭合环绕所述外周的支撑件(8)，所述支撑件以径向向内指向的夹紧力(Fr)对所述永磁体(7.1、7.2)加负荷；以及布置于所述转子(2)两侧的定子(4、5)，其特征在于，所述永磁体(7.1、7.2)通过设有粘合剂(9)的第一粘合接合部(10.1)置于所述转子毂(6)上并且通过设有粘合剂(9)的第二粘合接合部(10.2)彼此联接，其中，所述永磁体(7.1、7.2)、所述转子毂(6)、所述支撑件和所述粘合剂(9)构造出所述形状稳定的组件(12)，所述形状稳定的组件的径向和轴向的形状稳定性基本上由所述支撑件(8)对所述永磁体(7.1、7.2)的径向的夹紧力(Fr)来确定。
2.根据权利要求1所述的轴向磁通机器，其特征在于，紧箍件(8.1)或缩套的支撑圈构造出所述支撑件(8)。
3.根据权利要求1或2所述的轴向磁通机器，其特征在于，所述转子毂(6)在横截面中具有带侧棱边(13)的多边形外轮廓，所述永磁体(7.1、7.2)通过填充有粘合剂(9)的第一粘合接合部(10.1)置于所述侧棱边(13)上。
4.根据权利要求3所述的轴向磁通机器，其特征在于，永磁体(7.1、7.2)通过各一个填充有粘合剂(9)的第一粘合接合部(10.1)置于各一个侧棱边上。
5.根据权利要求1或2所述的轴向磁通机器，其特征在于，所述永磁体(7.1、7.2)由铁氧体材料组成。
6.根据权利要求1或2所述的轴向磁通机器，其特征在于，稀土磁体构造出所述永磁体(7.1、7.2)。
7.根据权利要求1或2所述的轴向磁通机器，其特征在于，所述转子(2)包括由软磁粉末复合材料制成的多个覆层(15.1、15.2)，所述覆层设置在所述永磁体(7.1、7.2)的宽侧(15.1、15.2)上。
8.根据权利要求1或2所述的轴向磁通机器，其特征在于，所述粘合剂(9)是环氧树脂粘合剂。
9.根据权利要求8所述的轴向磁通机器，其特征在于，所述粘合剂(9)是由双酚A和表氯醇构成的缩聚物。
10.根据权利要求1或2所述的轴向磁通机器，其特征在于，粘合接合部具有0.5mm的最大缝隙尺寸。
11.根据权利要求10所述的轴向磁通机器，其特征在于，粘合接合部具有0.3mm至0.5mm的缝隙尺寸。
12.根据权利要求1或2所述的轴向磁通机器，其特征在于，所述永磁体(7.1、7.2)和填充有粘合剂(9)的第二粘合接合部(10.2)构造出所述转子(2)上的柱体形的周面(2.2)，所述支撑件(8)布置于所述周面(2.2)上。
13.根据权利要求12所述的轴向磁通机器，其特征在于，所述转子(2)的柱体形的周面(2.2)以切削方式进行整圆处理。
14.根据权利要求13所述的轴向磁通机器，其特征在于，所述转子(2)的柱体形的周面(2.2)是经磨削的。
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