CN110544996A - 用于磁阻电动机的转子及制造方法、磁阻电动机、机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁阻电动机的转子及制造方法、磁阻电动机、机动车，其中，转子(10)具有由多个相互电绝缘的层(16)组成的叠片组(14)，其中的每个层都具有至少一个能导磁的转子叠片(18)，并且在其中通过至少一个转子叠片(18)总共形成多个磁通引导部段(24)，其相互通过无磁性的区域(22)分开。本发明的目的在于，能够实现高转矩和高转速。对此，在叠片组(14)的至少一个井道(22)中分别布置无磁性的支撑件(34)，其对此设计为，抵抗移动地在径向方向(36)上向外支撑相应的径向内置的并且与相应的井道(22)邻接的磁通引导部段(24)。

Description

用于磁阻电动机的转子及制造方法、磁阻电动机、机动车

本申请是申请日为2014年4月4日、进入中国国家阶段日为2015年10月10日、申请号为201480020783.8、发明名称为“具有稳定的转子的磁阻电动机”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于磁阻电动机的转子、具有这种转子的磁阻电动机、机动车以及用于制造所提及的转子的方法。转子具有多个彼此电绝缘的单个叠片或者转子叠片，其叠放地堆叠成叠片组。

背景技术

用于磁阻电动机的转子从US 5，818，140 A中已知。其中描述一种转子，其叠片组由转子叠片构成，转子叠片具有冲压部。转子在此也称作为Vagati转子。通过冲压部得到弧形条状叠片部段，叠片部段用作为磁通引导部段并且以对于为转子提供必要的磁阻来说必要的方式引导磁通量。在各个磁通引导部段之间是穿过冲压部的空气、即起到磁通闭锁部作用的无磁性区域。通过条形的磁通引导部段得到高的转矩量。叠片组的阻抗由于无磁性区域沿q轴线的方向、即磁闭锁方向是较小的。条形的磁通引导部段横向于q轴线延伸并且将转子的在周向方向上相邻的极连接，即d轴线。但是，用于提供无磁性区域或用于构成磁通引导部段的冲压部导致了叠片组的机械稳定性的减弱，使得所描述的转子不适合于大转速、尤其不适合于大于3000转/分钟的转速。出于该理由，所描述类型的磁阻转子不适合于具有电驱动装置的机动车领域中的转速要求。

从JP 2002 095227 A中已知了一种Vagati转子，其中，磁通闭锁区域以合成树脂浇铸。在此，邻近的磁通引导部段具有梯形的空缺，在浇铸时合成树脂同样流入该空缺中。由此，磁通引导部段随后经由燕尾连接与硬化的合成树脂连接。因此在高转速的情况下，由于离心力引起的拉力从外面的磁通引导部段经由合成树脂向内传导到轴。在此的缺点是，合成树脂在拉力负载的情况下能够撕破。磁通引导部段中的空缺不利地影响了发动机的效率，因为妨碍了磁通。

发明内容

本发明的目的在于，给出一种开头所述类型的转子，其能够既实现高转矩又实现高转速，从而使其特别适合作为用于电动车辆的电驱动器的组件。

该目的通过本发明的磁阻电动机、机动车以及方法实现。

根据本发明的转子是磁阻转子，即转子设置用于磁阻电动机。因此，根据本发明的转子以已知的方式具有叠片组，即由多个彼此电绝缘的软磁转子叠片构成的堆叠，转子叠片分别径向地远离转子的旋转轴线延伸。换而言之，转子叠片沿着转子轴线串起或者堆起。根据本发明的转子符合开始所描述的Vagati磁阻转子(US 5，818，140 A)。因此，叠片组的每个层具有能导磁的转子叠片，其中通过例如冲压部形成用于磁通量的多个磁通引导部段。磁通引导部段尤其在已知的类型中是条形的和/或连接了转子的在周向方向上相邻的两个d轴线。磁通引导部段分别通过无磁性区域彼此分开，即例如冲压出的空缺。无磁性区域起到磁通闭锁的作用并且优选地分别在转子的两个在周向方向上相邻的q轴线之间延伸。磁性的在此尤其理解为铁磁的、优选软磁的。相应地，在此将无磁性或非磁的理解为非铁磁的、特别是非软磁的。无磁性区域对此尤其分别用空气或聚合物、尤其合成树脂填充。此外，能够采用非磁的金属合金、优选在较小密度的情况下具有高抗拉强度的高固性的铝合金。

在转子旋转时，离心力作用到各个磁通引导部段上，离心力使得转子叠片的各个区域远离旋转轴线地径向向外。但是，通过无磁性区域、即例如冲压部减弱了转子的机械负载能力。

为了补偿由于设置无磁性区域引起的机械减弱，在根据本发明的转子中设置的是，不同的层的各个磁通闭锁区域在将转子叠片串起时在轴向方向上依次地布置，以使得各个层的相互对应的磁通闭锁区域在整体上在叠片组中分别形成空间或井道。换句话说，单个叠片的空缺能够在轴向方向上对准地依次地布置，即各个转子叠片没有或者仅轻微地相互扭转地沿着旋转轴线布置。此时在至少一个井道中，分别布置无磁性的支撑件，即例如杆。对此，每个支撑件设计用于，抵抗移动地在径向方向上向外支撑相应的径向内置的、邻接的磁通引导部段。因此，在每个井道中能够例如插入杆，其在转子旋转时向内朝向旋转轴线地挤压单个叠片。

与开头描述的、将Vagati转子经由燕尾连接保持在一起的解决方案不同的是，在根据本发明的转子中有以下优点，支撑件在转子旋转时不通过拉力加载，而是支撑件必须将压力施加到靠内的磁通引导部段上。因此，支撑件的材料被压紧并且不膨胀，这使得转子更稳定。

为了能够导出支撑件的径向向外施加到支撑件上的力，提出转子的一个有利的改进方案，在转子的圆柱形的基本形状的一个或两个端面侧处布置有盘，其与每个支撑件连接。这样的盘能够取决于施加到支撑件上的力地、并且因此取决于例如转子的所期望的最大转速地在其厚度和材料特性上基本上比现有技术中已知的燕尾连接更简单地进行匹配。

为了能够导出支撑件的更大的力，设置根据本发明的转子的一个改进方案，即在层中的至少两个之间布置有由无磁性的材料制成的盘，每个支撑件与该连接。由此得出了更短的杠杆距离。

根据一个优选的实施方式，在转子的端面侧上和/或在磁性的层之间的所述的盘作为转子的以聚合物和/或非磁的金属合金浇铸的圆柱形的子区域提供。能够以相同的方式提出，每个支撑件自身都包括聚合物和/或非磁的金属合金，以此浇铸叠片组中的至少一个井道。换句话说，能够通过浇铸叠片组既制造支撑件又制造将支撑件保持在转子的轴上的盘。

根据本发明的方法用于制造根据本发明的转子的这样的实施方式。为了形成叠片组的每个磁性的层，分别提供能导磁的叠片。在此，每个叠片都具有各个磁性的层的所描述的条状的磁通引导部段。对此，能够例如冲压叠片，从而得到作为空缺的无磁性的区域。现在为了制造叠片组，将叠片串成叠片组，即关于设置的旋转轴线地在轴向上依次地布置。在串起之后用包括聚合物、即例如合成树脂和/或非磁的金属合金的填料浇铸叠片组。在叠片组中的至少两个之间和/或在叠片组的仅一个又或两个端面侧处，在浇铸时由填料成型了盘，其中，每个盘都与布置在空缺中的填料、即之后的支撑件连接。

为了在端面侧处构造盘，能够将叠片组放置到相应的铸模中，在其中随后例如借助于注塑或压铸方法引入填料。

为了在层中的至少两个之间构造盘，优选地在将叠片串起时在两个叠片之间分别布置间隔件，并且由此在层之间准备了用于以填料填充的间隙。

在硬化之后，填料在总体上表现为由支撑件和盘组成的支撑体。在该支撑体中嵌入能导磁的磁通引导部段。当填料包括纤维、即例如玻璃纤维或者碳纤维的时候，得到特别能负荷的、并且因此适用于转子的高转速的支撑体。

迄今为止，转子以这种方式描述，即转子的叠片组分别由相互层叠的各个转子叠片组成，其分别形成叠片组的层。然而，在本发明的一个实施方式中，每个层不是由一个唯一具有空缺的转子叠片组成的，而是这些层中的至少一个具有多个相互分开的条状的转子叠片，这些转子叠片中的每个都形成层的磁通引导部段中的一个。因此，各个磁通引导部段不相互通过软磁的区域连接。然而在其它方面，根据本发明的该实施方式也以刚刚描述的、在这些层中的两个之间有至少一个插入盘的方式来建立。在磁通引导部段之间没有软磁连接的情况下，得到了特别大的阻抗以及转子的更好的效率。

为了制造在其中由多个单独的、相互分开的磁通引导部段形成每个层的叠片组，本方法的一个实施方式提出，在叠片堆叠之后通过切削法去除将各个磁通引导部段保持在一起的外环，从而得到单个叠片件，并且由此将叠片中的每个、即叠片组的每个层拆分为多个相互分开的转子叠片。

当支撑件在横截面上分别具有磁通闭锁区域的形式的时候，得到了进一步改善的稳定性。在磁阻电动机中，理想的磁通闭锁区域是U形的，其中，通过摆动的U形分别连接了磁阻电动机的两个相邻的磁极，并且磁通闭锁区域在此在其纵向延伸部中横向于转子的q轴线地延伸。通过使支撑件在叠片组的各个层的平面中也具有U形轮廓的方式，获得的优点是，这样的支撑件能够承受特别大的离心力。如果支撑件通过浇铸磁通闭锁区域生成，那么当然就自身得到了U形轮廓。

如己经实施的那样，属于本发明的还有磁阻电动机。根据本发明的磁阻电动机的特征在于作为根据本发明的转子的实施方式的转子。在根据本发明的磁阻电动机中，转子设计为，使得转子通过交流馈电以高于5000转/分钟的转速旋转。这利用常规的、根据Vagati的原理设计的磁阻电动机是无法实现的。仅通过叠片组借助于支撑件的根据本发明的稳定才能够超过该转速。

根据本发明的磁阻电动机能够与用于为磁阻电动机的转子的线圈交流馈电的变流器连接，其中变流器设计为，通过交流馈电使转子以高于5000转/分钟的转速旋转。

根据本发明的磁阻电动机能够具有变流器，利用其能够以已知的方式对磁阻电动机的转子的线圈进行交流馈电。

特别设置的是，变流器设计为，转子在高于9000转/分钟的转速的情况下旋转。

相应地，根据本发明的机动车的特征在于，其具有根据本发明的磁阻电动机的实施方式的磁阻电动机。仅利用这样的具有足够高的转速的磁阻电动机才能够实现将磁阻电动机作为用于机动车的行驶的驱动发动机的合理的使用。

附图说明

接下来根据实施例再次详细地阐述本发明。在此示出：

图1是根据本发明的转子的实施方式的透视示意图，

图2是图1的转子的纵剖面示意图，

图3是通过填料形成的支撑体的透视示意图，

图4是根据本发明的转子的另外的实施方式的前视示意图，

图5是根据本发明的转子的另外的实施方式的前视示意图，

图6是通过根据本发明的电机的实施方式的纵剖面示意图，并且

图7是根据本发明的机动车的实施方式的示意图。

具体实施方式

在下面阐述的实施例中，实施例的所描述的部件分别为本发明的各个可视作彼此独立的特征，特征也分别彼此独立地改进本发明进而也能够单独地或以与所示出的组合不同地视作为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也能够通过本发明的已经描述的特征中的其他的特征来补充。

所示的实施例代表了本发明的优选的实施方式。

在图1和图2中示出磁阻转子或简称转子10。转子10能够装入到磁阻电动机中。例如，磁阻电动机能够是用于电驱动的机动车的驱动发动机。在已装入的状态下，磁阻电动机的(未示出)的轴贯穿地插过转子10的贯穿开口12。轴、且进而转子10随后围绕旋转轴线A可转动地支承，使得转子10在磁阻电动机的(未示出的)定子中能够实施围绕旋转轴线A的旋转R。转子10在径向方向上的直径能够大于20cm。转子10在轴向方向上的长度能够大于30cm。

转子10具有叠片组14作为磁性活跃部件，叠片组由多个层16形成，层分别具有软磁的、尤其铁磁的材料。在图1中为了简明起见，仅磁性层16中的一些设有参考标号。在层之间分别存在有已知的方式的电绝缘层，以便阻挡叠片组14中的涡流。在图1和图2示出的实例中，每个层16都分别通过转子叠片18形成。在图1中仅如下转子叠片18设有参考标号，其在端面侧20处在沿着轴线A的轴向方向上位于前端部处。转子叠片18(和相应地还有其余的层16的其余的转子叠片)具有空缺22，空缺形成磁闭锁部。转子叠片以如下方式对准地轴向依次布置在叠片组中，即使得空缺22和相应地还有磁通引导部段24轴向对准。所有的依次布置的转子叠片18的空缺22在整体上形成了叠片组14中的井道或腔，在井道或者腔中具有无磁性的材料。层16的转子叠片能够全部具有相同的形状。空缺22例如能够通过从转子叠片18中冲压出相应的形状来形成。空缺22在每个层16中形成无磁性区域并且作用为磁通闭锁部。

因此，转子叠片18仅具有磁通引导部段24和用于机械地连接磁通引导部段24的接片26以及用于机械连接磁通引导部段24的外环28。借助于磁通引导部段24，。借助于磁通引导部段24在磁阻电动机中横向于转子10的q轴线30沿着磁优选方向引导通过定子的电线圈产生的磁通量。

通过空缺22，每个转子叠片18的机械稳定性比在构成为(除了贯穿开口12之外)实心的盘的转子叠片的情况中更小。然而但是，在转子10中实现了，转子在磁阻电动机中以大于5000转/分钟、尤其10000转/分钟并且甚至15000转/分钟的转速运行。对此，使转子10机械稳定。

该加强通过以无磁的或者没有磁性的材料、优选塑料或优选以纤维填充的树脂或者非磁的高固性的金属合金填充磁通闭锁部、即叠片组14中的通过空缺22形成的井道来实现。由此，在空缺22中构造了由没有磁性的材料构成的支撑件34。为了保障完整的转子叠片组长度的稳定性，位于空缺22中的支撑件通过完全浇铸的圆柱盘32形式的子区域集成到叠片组长度上、即在层16中的至少两个之间存在有这种盘32。支撑件与盘32连接。

附加地，在两个端面侧、即叠片组14的端面侧20和轴向上相对置的一侧处，同样设置完全浇铸的圆柱盘32。图1未示出位于端面侧20处的前面的盘32，以便能够示出转子叠片18的结构。在此，“完全浇铸”意味着，当然也在盘32中为轴设置了贯通开口12。

如图2所示，在空缺22中用作支撑件34的填料与盘32连接。沿着径向方向36(参照旋转轴线A)作用到支撑件34上的力传输到盘32上。在转子10旋转R时，在径向方向36上向外地远离轴地挤压磁通引导部段24。其由此压向支撑件34。支撑件由盘32保持。取决于由磁通引导部段24施加的力的大小，相对于图1和图2示出的实施例，另外的完全浇铸的圆柱体、即另外的盘32能够优选地以均匀的间距沿着旋转轴线A纵向地集成到叠片组14中，以便在总体的转子叠片组长度上获得与离心力相关的加固。盘32的厚度也能够取决于应预期的力地来选择。

填料能够例如借助于喷塑或压铸方法在串起、即在将转子叠片18排列串之后嵌入到空缺22中并嵌入到盘32的区域中。为了确定盘32的厚度和其位置，在串起时通过间隔件38、例如由塑料或非磁的金属制成的环或块使转子叠片组14保持间距，从而在浇铸时得到稳定的圆柱形的、由填料制成的盘32。对此，图3示出了所得到的由填料制成的、没有在其中嵌入磁性的磁通引导部段24的支撑体。

图4和图5示出了转子的替代实施方式，其中，各个磁性的层16构造为不同的。这些实施方式具有的优点是，为了形成磁阻所必需的磁通引导与在转子10的情况中相比以更小的程度受到支撑件、如接片26和外环28的影响。为了更好地指示，在图4和图5中的元件在其功能方面与图1或图2中示出的相对应的，配设有与图1或2中相同的标号。

图4示出了转子的磁性层16，其中提供了多个磁通引导部段24，这些磁通引导部段同样通过空缺22相互分开，然而这些空缺仅通过外部的接片或环28保持在一起。在图4中，在转子10的转子叠片18中接片26所在的部位40，在磁性层16中与通过空缺22所形成的一样有无磁性的区域。

图5示出了转子的磁性层，在其中形成了来自于相互分开的转子叠片18’的各个磁通引导部段，在转子叠片之间分别存在无磁性的区域22’、即特别是合成树脂。

具有磁性层16的、如在图5中示出的转子例如能够由如在图4中示出的具有磁性层的转子形成。通过将图4的转子通过切削法剥离外环28的方式，获得了如在图4中示出的具有磁性层16的转子。

图4和图5还示出的是，如何在去除部位40处的接片时U形地设计各个层16的平面中的磁通闭锁轮廓、即在垂直于旋转轴线A的平面中的磁通闭锁部的轮廓。因此，磁通闭锁区域横交于q轴线30地延伸。相应地，对于支撑件34也得到了层16的平面中的U形轮廓。支撑件34由此具有特别大的弯矩，从而使其特别抗离心力地连接到盘32处。通过使圆柱形的盘32以及支撑件的U形结构在一个进程中浇铸的方式，所得到的支撑体同样是特别稳定的。

通过这些实例示出的是，如何能够在磁阻电动机中实现下述优点。提高转子10的转速适应性。在外直径处沿着转子外侧、即外环28进行连接的接片的接片宽度能够非常小。也能够放弃磁通引导部段24之间的接片，如图4所示。甚至能够在本发明的实施方式中放弃磁通引导部段24之间的外部接片、即外环28，如图5所示，因为整个连接通过来自支撑件34的支撑体和盘32以自身固定。为了将转子10的外直径与定子匹配所必需的、在转子10的外直径处的切削加工由于叠片组14的提高了的稳定性而更简单，并且能够因此成本更低地执行。因为能够放弃用于稳定叠片组14的、必须绕着叠片组14缠绕的绷带，所以在磁阻电动机得到了理想的气隙。转子10的叠片组14由于整体连接而在电枢处具有改善的弯曲固有频率，由此转子叠片组14也适用于稳定磁阻电动机的轴。由此在磁阻电动机运行时也降低了扭转振动。通过对盘32的数量的选择能够调整模块化的转速适应性。

图6示出了电机42，其中，其优选地为磁阻电动机。电机42特别地设计为用于机动车、特别是汽车的电驱动发动机。电机42包括定子44，其中布置有电动线圈的绕组46，其中，图6仅示出了绕组46中的一个。绕组46通过变流器C进行交变馈电，由此在定子44的内部在电机42的气隙48中出现旋转磁场。在定子44的内部存在有转子50，其抗扭地与轴50连接。轴52能绕着旋转轴线A转动地支承在定子12中。转子50是根据本发明的转子的实施方式、例如转子10。

图7示出了机动车54的示意图、其例如能够是私人轿车。机动车54具有电驱动发动机56，在其壳体中例如能够存在有电机42或者根据本发明的电机的其它的实施方式。电机42的轴52能够例如与机动车54的驱动系60耦连。驱动系60能够例如驱动机动车54的后轮62。

Claims (15)

1.一种用于磁阻电动机的转子(10)，其中，所述转子(10)具有叠片组(14)，该叠片组由多个相互电绝缘的、径向(36)地远离所述转子(10)的旋转轴线(A)延伸的层(16)组成，其中，每个层(16)都具有至少一个能导磁的转子叠片(18，18’)，并且在每个层(16)中通过至少一个所述转子叠片(18，18’)总共形成多个弧形的、条状的并且分别通过无磁性的磁通闭锁区域(22，22’)相互分开的磁通引导部段(24)，所述磁通引导部段分别在该磁通引导部段的纵向延伸部中横交于所述转子(10)的q轴线(30)地延伸，其中，不同的层(32)的彼此相应的无磁性的所述磁通闭锁区域相对于彼此布置成，使得通过所述叠片组中的所述磁通闭锁区域在所述叠片组(14)中形成至少一个沿着所述旋转轴线延伸的、通过所述层的所述磁通引导部段界定的井道，在至少一个所述井道(22，22’)中分别布置无磁性的支撑件(34)，所述支撑件构造用于，抵抗在径向方向(36)上的移动地向外支撑相应的径向内置的并且邻接于相应的所述井道(22，22’)的所述磁通引导部段(24)，其特征在于，在所述层(16)中的至少两个层之间布置由无磁材料制成的盘(32)，每个支撑件(34)与该盘相连，其中，所述盘(32)作为以填料浇铸的圆柱形的子区域来提供，其中，所述盘(32)的厚度取决于应预期的力来选择。

2.根据权利要求1所述的转子(10)，其中，所述叠片组(14)具有圆柱形的基本形状，并且在所述圆柱形的基本形状的一个或两个端面侧(20)处布置盘(32)，每个支撑件(34)与所述盘连接。

3.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其中，每个支撑件(34)都包括填料，以所述填料浇铸至少一个所述井道(22)。

4.根据权利要求3所述的转子(10)，其中，所述填料包括聚合物。

5.根据权利要求4所述的转子(10)，其中，所述聚合物是合成树脂和/或非磁的金属合金。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其中，所述填料包括纤维。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其中，在一个或多个或所有的所述层(16)的内部，所述层的所述磁通引导部段(24)分别a)仅在所述转子(10)的外圆周处通过叠片接片(28)地或者b)完全不通过叠片接片地相互连接，并且无磁性的所述磁通闭锁区域由此在所述叠片组(14)的内部分别形成无间断的磁通闭锁(24)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其中，一个所述支撑件(34)或多个或所有的所述支撑件(34)分别在所述层(16)的平面中具有U形轮廓。

9.根据前述权利要求中任一项所述的转子(10)，其中，在所述层(16)的一个层或多个层或所有层中，分别提供多个相互分开的转子叠片(18’)，所述转子叠片中的每个转子叠片都形成所述层(16)的所述磁通引导部段(24)中的一个磁通引导部段。

10.一种磁阻电动机(42)，具有根据前述权利要求中任一项所述的转子(50)。

11.一种机动车(54)，具有根据权利要求10所述的磁阻电动机(42)作为用于运行所述机动车(54)的驱动发动机。

12.一种用于制造根据权利要求1至9中任一项所述的转子(10)的方法，其中，为了形成叠片组(14)的每个磁性的层(16)，分别提供能导磁的叠片(18)，所述叠片具有所述层(16)的磁通引导部段(24)，并且在所述叠片中设置空缺(22，22’)作为所述磁通引导部段(24)之间的无磁性的磁通闭锁区域(22，22’)，并且将所述叠片(18)串成所述叠片组(18)，并且在串起之后用无磁性的填料浇铸所述叠片组(14)，其特征在于，在浇铸时，在所述叠片(18)的至少两个叠片之间由所述填料成型了盘(32)，其中，每个盘(32)都与布置在所述空缺(22)中的填料连接。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在串起所述叠片(18)时，在所述叠片(18)的至少两个叠片之间分别布置间隔件(32)，并且由此在所述层(16)之间准备了用于以所述填料填充的间隙。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，在浇铸时，在所述叠片组(14)的一个或两个端面侧处由所述填料成型了盘(32)，其中，每个盘(32)都与布置在所述空缺(22)中的填料连接。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，在串起并且浇铸所述叠片(18)之后，通过切削方法去除每个能导磁的所述叠片(18)的外环(28)，并且由此将所述叠片(18)中的每个叠片划分成多个相互分开的转子叠片(18’)中，其中，每个转子叠片(18’)都形成磁通引导部段(24)。