CN112055929B - 转子单元和电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于无刷电动机的转子单元(1)，具有：围绕中心轴线(2)的环形转子芯(3)；多个磁体组件(9)，它们在该转子单元(3)的周向上围绕该转子芯布置并且分别具有一个凸形的外周面(11)、一个内接触面(10)、两个轴向端面(14)和两个周向朝向的侧面(12,13)；以及磁体座(21)，其具有多个保持部(20)，每个保持部布置在两个相邻的磁体组件(9)之间并且一体形成在该磁体座(21)的环形部上。该保持部具有沿横向于该中心轴线(2)延伸的平面的T形横截面并且每个所述保持部具有杆部(22)和头部(23)。该杆部(22)在接触区内贴靠该磁体组件(9)的侧面(12,13)，并且该头部(23)贴靠该磁体组件(9)的周面(11)，其中，该头部(23)在接触区域中贴靠该周面，该接触区域与在所述杆部(22)和所述头部(23)之间的过渡部以距离分隔开。

Description

转子单元和电动机
技术领域
本发明涉及用于无刷电动机的转子单元以及无刷电动机。
背景技术
从现有技术中知道了电动机，其转子上装有永磁体。永磁体围绕转子芯布置并且安放在其外表面上。转子限定了也应被用在说明书中的几何形状轴线和方向。中心轴线与转子对称轴线重合并且在电动机中也表示转子转动轴线。该组件的轴向走向沿着转动轴线方向。该径向的特点是距中心轴线的距离渐增。该转子的永磁体因此在径向上外置。周向的走向沿转子的切向，在周向上，每个方向矢量垂直于组件的半径取向。
此外，电动机根据现有技术具有在径向上布置在转子外的定子，定子在外侧环形包围转子。定子包含多个电磁体，电磁体一般由铁芯和线圈构成。定子线圈的适当通电产生旋转磁场，其相应地在转子内产生转矩。定子安置在电机壳体里，转子以其电机轴可转动安装在电机壳体里。
该永磁体通常由脆性材料制造。磁体并未与转子芯螺栓联接，而是安放在转子芯的朝外的平面上，它们被磁体座机械保持在该平面处。磁体座尤其承受在转子转动时作用于磁体的离心力。
因此，磁体座具有如下任务，其一，按预定位置固定且精确地保持磁体。其二，它们也用作导向机构。在制造时，首先给转子芯装配磁体座，接着将磁体插入预定位置，其中它们在轴向上沿着转子芯的平坦外表面被插入磁体座的各自两个保持部之间。
从现有技术中知道了对此的各种不同的解决方案。专利文献US7,687,957B2示出了具有磁体座的转子单元，磁体座在轴向上具有用于磁体的线状接触面。线状接触面在磁体安装时相对于磁体表面具有小摩擦，另外，它们应该因其弹性而以弹性力将磁体保持在预定位置中。
另一方面，出版物US2015/0001978A1示出了具有磁体座的转子，磁体座的横截面被设计成T形并且以杆部安放在所述磁体之间，而T形横截面的头部在径向上从外侧压抵于磁体上并因此锁定磁体的位置。该头部此时全面放置在磁体上。通过这种方式，磁体的固定是很牢固的。但是，当在磁体座之间插入磁体时不期望地出现了大摩擦。可能出现磁体磨损或损伤。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种转子单元和一种电动机，其中，新型的磁体座一方面足够牢固且准确地在转子芯上定位该磁体，另一方面，新型的磁体座允许当在磁体座和转子芯的外表面之间插入磁体时有减小的摩擦。
该任务由转子单元和具有这种转子单元的电动机完成。
因为在本发明的转子单元中规定该头部在一个与杆部与头部之间的过渡部以距离分开的接触区域中贴靠周面，故磁体组件被可靠地固定在转子芯上。磁体组件的安装仍然还得以简化，因为在沿轴向装入磁体组件时在所述磁体座与磁体组件之间的摩擦被减小。
在周向上，该头部的距离所具有的宽度最好是从其自由端到至杆部的过渡部的头部宽度的30%至70%、尤其优选是40%至60%。
也有利的是，单独地或与上述特征组合地，该杆部的接触区在该侧面的径向上所具有的延伸尺寸是该侧面的径向延伸尺寸的30%至70%、尤其是40%至60%。
当接触区（杆部在该接触区贴靠磁体组件）的轴向延伸尺寸小于该磁体组件的侧面的轴向延伸尺寸时，磁体组件安装时的摩擦被进一步减小。
优选地，该磁体座可以按照注塑成型法制造并且在磁体组件被安装在转子芯上之前以杆部插入转子芯的轴向延伸的槽中。
一个特别有利的实施方式规定，每个磁体组件具有一个永磁体和一个磁场导体，其中，该永磁体贴靠转子芯的外平面，而该磁场导体贴靠永磁体的径向外侧面。由此，电动机的效率得以提升，并且重量和转动惯量得以减小。在此，该磁体座优选仅贴靠在磁体组件的磁场导体上。该磁场导体可被制造成具有合适的表面，该表面与磁体座一起进一步简化了安装。
该任务也通过一种无刷电动机完成，其具有定子、可转动安装在壳体中的电机轴和被固定在电机轴上的具有前述特征和优点的转子单元。这种电动机是特别结实耐用的、易于制作并且具有高效率。
附图说明
以下，依据附图来详述本发明的一个实施例，其中：
图1以在中心轴线方向上的俯视图示出本发明的转子单元，
图2以立体图示出图1的转子单元但不带磁体，
图3以立体图示出根据图1的转子单元的放大局部，以及
图4示出沿图3的线A-A的横截面。
具体实施方式
图1以在中心轴线2方向上的俯视图示出转子单元1，该中心轴线与转子单元1的预定转动轴线重合。转子单元1具有基本旋转对称的转子芯3，该转子芯具有用于容纳未示出的电机轴的中心孔4以及多个轴平行的孔5。在其外侧面上，转子芯1具有平坦的外表面6，确切说在此实施例中具有共八个外表面6，每个外表面具有相同的尺寸和相同的形状，并且以相同的角间距沿转子芯3的外周面分布。在每两个外表面6之间设有一个槽7，该槽在径向上从外侧一体形成至边缘，两个相互邻接的外表面6在此区域中形成该边缘。该槽径向朝外敞开且平行于中心轴线2延伸。外表面6上共紧贴有八个永磁体9，它们具有平坦的接触面10以及一个外周面11和多个侧面12、13。侧面12、13分别朝向周向布置，而接触面10在径向上向内指向转子芯3，并且周面11在径向上向外背离转子芯3。最后，永磁体9还具有多个轴向端面14，在图1中只能看到其中朝向观看者的那个端面。
永磁体9被磁体座21（无法在此完整看到）的保持部20保持在转子芯3上。
保持部20分别具有一个杆部22和一个头部23，其中，杆部22直至槽7中并且以形状配合的方式被保持在那里。头部23一体形成在杆部22的与槽7对置的末端上并且在该组件的周向上延伸。永磁体9在转子单元1的周向上由保持部20固定，做法是它们以其侧面12、13贴靠各自相邻的杆部22。永磁体径向朝外被头部23保持。
图2以立体图示出图1的转子芯但不带永磁体。相同的零部件带有相同的附图标记。
在图2中能更好地看到转子芯3的外表面6。它大致设计成正方形。转子芯3本身由许多有着基本相同的横截面的金属片组成。它们层叠成一个形成转子芯3的叠片组。
可在该图示中更好地看到磁体座21。它具有环绕的直径大致对应于转子单元1的直径的环形部24，环形部贴靠转子芯3的轴向端面。该环形部还具有共八个保持部20，它们在图2中在磁体座21安装时从下侧被插入槽7中。杆部22从槽7起径向向外延伸并且分别在周向上向外突出超过转子芯3的相邻外表面6。头部23一体形成在杆部32的外置末端上并且在轴向以及周向上延伸。
在图3中放大示出了包括两个保持部20和一个安装在其间的永磁体9的转子芯3部分的放大立体图。保持部20在其杆部22中具有接触区25，在接触区中，相邻的永磁体9以其侧面12、13贴靠保持部20。接触区25在径向上与转子芯3的外表面6间隔设置。在接触区25和外表面6之间形成一个空隙26，在该空隙内该永磁体9的侧面12、13未贴靠保持部20。接触区25在径向上所具有的高度对应于相邻侧面12、13的高度的大约50%。接触区25在其径向外侧直接过渡至头部23。
最后，图4又以破断的放大图示出沿图3的线A-A的横截面。不同于图3，在图4中示出两个永磁体9和位于其间的保持部20。
从杆部22的接触区25起，头部23在周向上延伸且同时突出超过永磁体9的周面11。从头部23至杆部22的过渡部直至头部23的自由端的重叠的宽度c在图4中用线段长度c表示。头部23没有在整个宽度c贴靠周面11，而是仅以局部即接触区域a贴靠，其紧邻头部23的自由端并在如图4所示的实施例中等于线段c的约50%的延伸尺寸。在接触区域a与头部23至杆部22的过渡部之间有距离b，在该距离中，头部23未贴靠周面11。在周向上的接触区域a延伸的长度和距离b的长度相加成宽度c的延伸尺寸，其表示上述重叠。延伸长度a因此大致等于重叠的50%。
因为该头部不同于现有技术没有以整个宽度c贴靠周面11，故当永磁体9安装在该区域中时出现比如出版物US2015/0001978A1所描述的现有技术更小的摩擦。缩小的摩擦也在接触区25中减小的摩擦相似地造成所述力在永磁体9安装时被减小。由此防止如之前已描述的永磁体9的磨损和损伤。
描述了用于减小在磁体9安装时的摩擦的两种不同的技术解决方案。其一，杆部22上的接触面被缩小，其二，在头部23与周面11重叠c处的接触面a被减小。每项措施已经单独减小安装时出现的摩擦。优选采用两项措施以获得很好的结果。
上述的实施例涉及具有永磁体9的转子单元。它一般可以被用在转子单元中，其在所述永磁体9的位置上具有磁体组件，它们例如也可以由永磁体和磁导体组成以适当形成该磁场。

Claims (9)

1.一种用于无刷电动机的转子单元，所述转子单元具有：
-环形转子芯(3)，所述环形转子芯(3)围绕中心轴线(2)；
-多个磁体组件，所述多个磁体组件在所述转子单元(1)的周向上围绕所述转子芯(3)布置，并且分别具有一个凸形的外周面(11)、一个内接触面(10)、两个轴向端面(14)和两个周向朝向的侧面(12,13)；
-磁体座(21)，所述磁体座(21)具有多个保持部(20)，所述保持部分别布置在两个相邻的磁体组件之间并且一体形成在所述磁体座(21)的环形部(24)上，其中，所述保持部(20)的沿横向于所述中心轴线(2)延伸的平面的横截面被设计成T形并且所述保持部分别具有杆部(22)和头部(23)，其中，
-所述杆部(22)在接触区(25)内贴靠所述磁体组件的所述侧面(12,13)，并且所述头部(23)贴靠所述磁体组件的所述周面(11)，其特征在于，
-所述头部(23)在接触区域(a)中贴靠所述周面(11)，所述接触区域与在所述杆部(22)和所述头部(23)之间的过渡部以距离(b)分隔开，所述距离(b)在周向上所具有的宽度为所述头部(23)从其自由端到至所述杆部(22)的过渡部的宽度(c)的30％至70％。
2.根据权利要求1所述的转子单元，其特征在于，所述杆部(22)的接触区(25)在所述侧面(12,13)的径向上所具有的延伸尺寸是所述侧面(12,13)的径向延伸尺寸的30％至70％。
3.根据权利要求2所述的转子单元，其特征在于，所述杆部(22)的所述接触区(25)在所述侧面(12,13)的径向上所具有的延伸尺寸是所述侧面(12,13)的所述径向延伸尺寸的40％至60％。
4.根据权利要求3所述的转子单元，其特征在于，所述接触区(25)的轴向延伸尺寸小于所述磁体组件(9)的所述侧面(12,13)的轴向延伸尺寸，所述杆部(22)在所述接触区(25)中贴靠所述磁体组件。
5.根据权利要求1所述的转子单元，其特征在于，所述磁体座(21)按照注塑成型法制造并且在所述磁体组件被安装在所述转子芯(3)上之前以所述杆部(22)插入所述转子芯(3)的轴向延伸的槽(7)中。
6.根据权利要求1所述的转子单元，其特征在于，每个磁体组件由一个永磁体(9)构成。
7.根据权利要求1所述的转子单元，其特征在于，每个磁体组件具有一个永磁体(9)和一个磁场导体，其中，所述永磁体(9)贴靠所述转子芯(3)的外平面(6)，并且所述磁场导体贴靠所述永磁体(9)的径向外侧面。
8.根据权利要求7所述的转子单元，其特征在于，所述磁体座(21)仅贴靠所述磁体组件的所述磁场导体。
9.一种无刷电动机，所述无刷电动机具有定子、以可转动方式安装在壳体中的电机轴和被固定在所述电机轴上的根据前述权利要求中任一项所述的转子单元(1)。
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