CN111725912A - 具有带凸起的浇注磁体元件的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有带凸起的浇注磁体元件的转子，该转子用于同步驱动电机，其具有多个转子极，其中每个转子极具有至少两个径向前后相继布置的磁体层(I,II,III)，每个磁体层(I,II,III)包括一组磁体元件(14,16,18,20,22,24)，该磁体元件通过永磁性材料在转子孔穴内的压注或浇注和固化而形成。根据本发明，至少一部分的磁体元件(14,16,18,20,22,24)分别在其径向内半部中具有两侧突出的、用于将该磁体元件的离心力传入该转子(10)的凸起(18)。这造成磁体元件在有足够转子材料情况下的更好的支承可能性。由此可以抑制由离心力引起的磁体元件径向外端碰撞侧壁，这减轻了在磁体元件之间的或至转子外边缘的桥和连条的载荷和变形。

Description

具有带凸起的浇注磁体元件的转子

技术领域

本发明涉及用于同步驱动电机的转子，其具有多个转子极，其中每个转子极具有至少两个径向前后相继布置的磁体层，且每个磁体层包括一排磁体元件，它们通过在转子孔穴内的永磁性材料的压注(Spritzgieβen)或浇注(Gieβen)和固化(Verfestigen)构成。本发明还涉及具有所述转子的同步驱动电机以及具有这种驱动电机的机动车。

背景技术

同步驱动电机以各种各样的形式被用作电动车用发动机，这是因为它们在整个速度范围内具有高转矩和进而高功率密度并且在重量轻的同时保证了驱动车辆的高行驶动力学。尤其是，这样的发动机具有高的艾森利用率，因此可以获得的高的成本与效率比。

在混合同步电机(HSM)中，转矩由两个部分组成，即磁阻力矩和同步力矩，在这里值得期待的是要尽可能提高磁阻力矩占总转矩的份额，理想地达到50％以上。

同步驱动电机的转子具有多个极，其中，每一极配属有可埋设的磁体层，磁体层基本上呈U形地围绕极中心轴线(即d轴线)对称布置并且由一组孔穴构成，在孔穴中设置有永磁体。

由JP2000197320A公开了这样的转子，其中，磁体层通过嵌埋有可磁化磁性颗粒的可流动塑料基材构成，其中被加热的物质借助压注过程被注入形成在转子内的孔穴中，其中在压注过程中通过一个强大的外加磁场获得磁体的统一取向。

此时的一个问题是所注入的磁体材料因为较高的热膨胀系数而在冷却过程中比孔穴周围更强烈地收缩，于是在冷却状态中比如有间隙地留在孔穴内。

在工作期间，如此制造的磁体遇到很大的离心力，由此，因为该间隙而有更大的压力作用于孔穴的径向外侧边缘。尤其在径向靠外的磁体中，为了使磁流对准方向和尽量减小短路流而期望仅留下至转子外壁的相对窄的连条，这于是将会导致在这种连条中不希望有的载荷和变形。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于转子的磁体元件的几何形状，其允许尽量有效地承受转动离心力。

本发明的其它的特征、应用可能和优点来自以下的说明以及对如图所示的本发明实施例的说明。

根据本发明如此完成该任务，至少一部分的磁体元件分别在其径向内半部中具有两侧突出的用于将磁体元件的离心力传入转子的凸起。

本发明的设计造成在有足够转子材料的磁体元件的径向靠内区域中的支承可能性，以实现顺利支承。由此可行的是完全抑制了磁体元件的径向靠外一端碰撞孔穴壁，这尤其在径向靠外的磁体元件中是重要的，或者压力相比于常见的磁体元件被明显减小，这减轻了在磁体元件之间的或至转子外壁的桥(Brücken)和连条中的载荷和变形。

根据本发明的一个有利改进方案，在具有超过3:1的长宽比的磁体元件的情况下，在外侧半部中形成另外两个两侧突出的凸起。所述设计在这种长条形磁体元件情况下因为较大的由离心力引起的长度变化而是有利的，尤其当这种磁体元件的纵轴线可以说径向取向且因此径向靠外的孔穴壁因磁体元件而承受压力的趋势很大时。

根据本发明的一个有利改进方案，径向向外看的第二和第三磁体层的所有磁体元件是如此构成的。在径向最外的磁体层中，所述磁体元件相对切向取向，从而所存在的孔穴壁承受小的压力。在第二和还有第三磁体层中，尤其是位于边缘的磁体元件或多或少径向取向，从而本发明的支承结构起效。

根据本发明的一个替代的有利改进方案，仅一个磁体层的分别径向靠外的磁体元件是如此构成的，这是因为在此情况下，如上所述地得到纵轴线的基本径向取向，进而离心力的作用较强。

根据本发明的一个替代的有利改进方案，所述凸起具有用于在转子上支承离心力的支承面，其表面切线相对于磁体元件延伸方向具有30°至80°、优选40°至60°的角度。在此，延伸方向本身是0°。由此，一方面在冷却和进而随之而来的收缩过程中造成磁体元件与径向相反地即朝向转子中心地位移，这在径向端部区域中增大了在磁体元件和孔穴壁之间的缝隙。此外，通过该离心力获得对磁体元件的定心和进而稳定化的作用。

根据本发明的一个有利改进方案，在垂直于磁体元件延伸方向的方向上的每个凸起的最大延伸尺寸小于在此部位的磁体元件宽度的50％。该限制条件用于不阻断太多的磁阻磁通路径，因为在这种同步机器中大部分的力矩是通过磁阻作用产生的。

根据本发明的一个有利改进方案，各不同磁体层的相邻的磁体元件的对置的凸起如此侧向相互错开，一个凸起至相邻磁体元件的最近凸起的最短距离不小于该凸起距相邻磁体元件的侧边缘的最短距离。由此有利保证在相邻磁体层之间的转子材料的材料厚度保持基本恒定并由此避免了磁饱和区域。

根据本发明的一个有利改进方案，在相同的磁体层中与相邻的磁体元件对置的磁体元件端面和进而在相邻磁体元件的对置端面之间形成的桥的至少在50％的局部区域中基本平面地且相互平行地形成，从而所述桥在至少一半延伸范围内具有恒定的横截面。根据所述设计的一个有利改进方案，在此局部区域中的桥宽度的改变不超过20％。通过这种方式，获得了具有基本恒定的横截面的桥，这用于尽量减少磁损坏。

根据本发明的一个有利改进方案，每个凸起布置在磁体元件的径向内端上并且其背面共同形成各自磁体元件的径向内端面并且将其加宽。由此获得在宽度基本恒定情况下具有较大延伸尺寸的桥，这有以下优点，有害的所谓漏磁通(Streufluss)具有其它路径，由此较少的磁力变为漏磁通，因此产生转矩，而不是增加影响它的转矩涟漪(Drehmomentrippel)。

本发明还包括一种同步驱动电机，其具有根据前述设计和改进方案之一的转子。

附图说明

其它优点、特征和细节来自以下或许参照附图详细描述至少一个实施例的说明。相同的、相似的和/或功能相同的零部件带有相同的附图标记，其中：

图1示出根据本发明第一实施方式的转子扇形段的示意图，

图2示出根据本发明第二实施方式的转子扇形段的示意图，

图3示出根据本发明第三实施方式的转子扇形段的示意图，

图4示出根据图1的实施方式的局部，

图5示出在图1中用V标示的局部，和

图6示出在图1中用VI标示的局部。

附图标记列表

10a,10b,10c 转子

12 磁体元件

14a,14b 磁体元件

16a,16b 磁体元件

18,18’,18” 凸起

19 凸起

20 磁体元件

22a,22b 磁体元件

24a,24b 磁体元件

26 连线

28 支承面

29 表面切线

30 延伸方向

32 缝隙

34 孔穴壁

36a,36b 桥

38a,38b 端面

具体实施方式

图1至图3示出转子10a、10b、10c的扇形段部分的三个实施方式，其均关于径向的极轴线对称。通常，一个转子10a、10b、10c具有6至10个极，它们均匀分散于周围。沿径向在转子10a、10b、10c外部地分别设置有一个未示出的具有相同极数量的定子。

转子10a、10b、10c的每个极具有多个磁体层，每个磁体层由一组磁体元件构成。根据图1的实施方式包括三个磁体层I、II和III。第一磁体层I由三个具有惯常设计的磁体元件12构成。磁体元件14a和14b具有根据本发明的设计结构。同样，第三磁体层III的磁体元件16a和16b具有根据本发明的设计结构。但要与此相关地说明，在本发明范围内并非两个磁体层的所有磁体元件14、16必须具有这样的设计结构。尤其是在可以说具有切向取向的内侧磁体元件14b、16b中，可以采用惯常设计。

磁体元件14、16借助永磁性材料在相应形成的转子孔穴内的压注或浇注和固化而形成。每个磁体元件14、16在其径向内半部中具有两侧突出的凸起18。凸起18在径向靠外的磁体元件14a、16a中位于磁体元件14a、16a的径向内侧部分中。

图1示出层III的磁体元件16b的另一个实施方式，其具有超过3:1的长宽比(不考虑由凸起18造成的加宽)，其中在径向外半部中形成另外两个两侧突出的凸起19。这造成磁体元件16b的离心力以力不太大的方式被传入转子10a中，因为力被分散到四个凸起18、19上。

根据图2的实施方式只包括两个磁体层I和II，其中，外磁体层I的所有的磁体元件20和内磁体层II的磁体元件22a、22b都具有根据本发明的带有两侧凸起18的设计结构。

根据图3的实施方式又包括三个磁体层I、II和III，其中，所有磁体层的所有的磁体元件20、22、24具有根据本发明的带有两侧凸起18的设计结构。在图2和图3中，第二或第三磁体层II、III的磁体元件22、24呈直线前后相继布置。或者，在本发明范围内显然可以如图1所示地将磁体层设计成拱形。

图4示出了磁体元件14a、16a在径向内半部区域中具有各自的凸起18，即位于最宽的凸起延伸尺寸的各自连线之后的表面A小于在连线26之前的表面B。由此，相对径向更靠内地进行磁体元件14a、16a的支承，这减小了在径向外侧区域中的机械载荷。

图5示出本发明的一个优选设计，据此，磁体元件14(16,18,20,22,24)的凸起18具有用于在转子10上支承离心力的支承面28，其表面切线29相对于磁体元件的延伸方向30具有在30°至80°之间的角度α。由此，在冷却和随之而来的收缩过程中造成磁体元件的与径向相反的位移即朝向转子中心的位移，这在径向末端区域中增大了磁体元件与孔穴壁之间的缝隙。另外，通过离心力获得对磁体元件的定心和稳定作用。在图5中也能看到在孔穴壁34之间的明显放大示出的缝隙32，缝隙因磁体元件14的收缩过程而产生。在垂直于磁体元件14(16,18,20,22,24)的延伸方向30的方向上的每个凸起18的最大延伸尺寸C小于在此部位的磁体元件14的宽度D的50％(图5中示出D/2)。

在图6中能看到图1的在那里用VI标示的局部。示出了各两个相邻的磁体元件14b、16b，在它们之间分别通过磁体元件14b、16b的端面38a、38b限定出桥36a、36b。在此，相邻的磁体元件14b、16b的对置的端面38a、38b至少在50％的局部区域内基本平面地且近似相互平行地构成，这导致桥36a、36b在至少一半延伸范围或长度范围内具有近似恒定的横截面或者恒定宽度。换句话说，在至少具有总长度A一半的长度局部B范围内，在桥36b内的最小宽度X2与最大宽度X1之比小于1.2(X1/X2<1.2)，即，桥36b的宽度在此局部区域内的变化不超过20％。通过宽度相对恒定的该桥36a、36b，磁损耗被减少。

凸起18在该磁体元件14b、16b中分别布置在磁体元件14b、16b的径向内端上。由此，其各自的背面共同形成各自磁体元件14b、16b的径向内端面38a、38b并因此延长了桥36a、36b。

本发明的一个优选改进方案如图6所示。各磁体层II、III的相邻的磁体元件14b、16b的对置的凸起18’、18”如此相互侧向错开，即，一个凸起18’至相邻的磁体元件14b的最近凸起18”的最短距离E不小于凸起18’距相邻的磁体元件16b的侧边缘的最短距离A。由此，在径向相邻的磁体元件14b、16b之间的缩窄和进而磁饱和区域得以避免。

虽然已经通过优选实施例详细具体示出和描述了本发明，但本发明不受所公开的例子的限制，技术人员可以由此推导出其它的变化而没有超出本发明的保护范围。因此清楚的是存在多个变化可能性。也显而易见的是，所例举的实施方式仅有效地作为例子，其绝不应被理解为比如是对本发明的保护范围、应用可能性或配置的限制。相反，在前说明和附图说明使得技术人员能够具体实现示例性实施方式，在这里，技术人员在了解所公开的发明构思的情况下可以采取例如关于一些在示例性实施方式中提到的零部件的功能或布置的各种各样的改动，而没有超出由权利要求书及其合法等同比如在说明书中的宽泛说明所限定的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于同步驱动电机的转子(10)，该转子具有多个转子极，其中每个转子极具有至少两个径向前后相继布置的磁体层(I,II,III)，并且每个磁体层(I,II,III)包括一组磁体元件(14,16,18,20,22,24)，该磁体元件通过永磁性材料在转子孔穴内的压注或浇注和固化而形成，其特征是，至少一部分所述磁体元件(14,16,18,20,22,24)分别在其径向内半部中具有两侧突出的、用于将所述磁体元件的离心力传入所述转子(10)的凸起(18)。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征是，在具有超过3:1的长宽比的磁体元件(16b)情况下，在外半部中形成另外两个两侧突出的凸起(19)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征是，从径向外侧看的第二磁体层(II)和第三磁体层(III)的所有的所述磁体元件(14,16,20,22,24)都是这样构成的。

4.根据权利要求1或2所述的转子，其特征是，磁体层(I,II,III)的各径向靠外的磁体元件(14a,16a,22a,24a)是这样构成的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征是，所述凸起(18,19)具有用于在所述转子(10)上支承离心力的支承面，该支承面的表面切线(29)相对于所述磁体元件的延伸方向(30)具有30°至80°、优选是40°至60°的角度α。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征是，在垂直于所述磁体元件(14,16,20,22,24)的所述延伸方向(30)的方向上的每个所述凸起(18,19)的最大延伸尺寸(C)小于在此部位处的所述磁体元件(14,16,20,22,24)的宽度(D)的50％。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征是，不同磁体层(II,III)的相邻的磁体元件(14b,16b)的对置的凸起(18’,18”)如此相互侧向错开，即，一个磁体元件(14b)的一个凸起(18’)至相邻磁体元件(16b)的最接近凸起(18”)的最短距离(E)不小于所述凸起(18’)距相邻磁体元件(16b)的侧边缘的最短距离(A)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征是，在相同的磁体层(II,III)中与相邻的磁体元件(14b,16b)对置的磁体元件(14b,16b)的端面和进而在相邻的磁体元件(14b,16b)的端面(38a,38b)之间形成的桥(36a,36b)至少在50％的局部区域中基本平面地且相互平行地形成，从而所述桥(36a,36b)在至少一半延伸范围(B)内具有恒定的横截面。

9.根据权利要求8所述的转子，其特征是，在所述局部区域(B)内的所述桥(36)的宽度的改变不超过20％。

10.根据权利要求8或9所述的转子，其特征是，所述凸起(18)分别布置在所述磁体元件(14b,16b)的径向内端上，且所述凸起(18)的各自背面共同形成并加宽各自磁体元件(14b,16b)的径向内端面(38)。

11.一种同步驱动电机，该同步驱动电机具有根据前述权利要求中任一项所述的转子。

12.一种机动车，该机动车具有根据权利要求11所述的同步驱动电机。

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