CN112152351A - 用于电机的转子、用于车辆的电机及车辆 - Google Patents

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Abstract

一种用于电机(28)的转子(1)，包括被分为多个扇区(3)的转子叠片组(2)，在每个所述扇区(3)中布置有永磁体组件(4)，所述永磁体组件(4)包括相对于对称平面(5)呈V型对称定位的两个永磁体(6、7)，所述对称平面(5)将扇区(3)分为两个半扇区(8、9)，其中，的转子叠片组(2)在特定扇区(3)中的外径(r)具有一对局部最小值(16)，所述局部最小值(16)在扇区(3)的半扇区(8、9)中相对于对称平面(5)彼此对称地形成。

Description

用于电机的转子、用于车辆的电机及车辆
技术领域
本发明涉及用于电机的转子，该转子包括被分成多个扇区的转子叠片组，每个扇区均布置有永磁体组件，该永磁体组件包括相对于对称平面呈V形对称的两个永磁体，该对称平面将扇区分成两个半扇区。
此外，本发明涉及用于车辆的电机和车辆。
背景技术
例如从文献DE102012219175A1中已知这种转子，该文献涉及旋转电机。该旋转电机包括具有嵌入式永磁体(IPM)的转子，其中嵌入了多组永磁体，每组中的磁体都包括位于外圆圆周表面方向上的呈V形布置的开口中的一对永磁体。
这种电机的特征在于高凸极比，由此产生高的磁阻转矩。然而，永磁体的V形布置导致畸变的气隙磁场，其偏离期望的正弦形式。
发明内容
因此，本发明的目的在于描述改善电机的气隙磁场分布的可能性，其中同时可能产生高的磁阻转矩。
为了实现该目的，根据本发明，在一开始描述的类型的转子中，提供了转子叠片组在特定扇区的外径具有一对局部最小值，其在扇区的半扇区中相对于对称平面彼此对称的形成。
本发明基于以下考虑：通过外径的局部最小值的形成来调整转子叠片组的外形，以使气隙磁场的分布近似期望的正弦曲线。已经发现，在传统的具有恒定外径的转子中，通过永磁体的V形布置产生了大致阶梯状的气隙场，其中，在磁漏通量的区域中，附加地提供了梯形走向。通过有选择地改变外径，可以抵消气隙场的该走向，使得根据本发明的转子的气隙场有利地近似于期望的正弦曲线，并且同时产生高的磁阻转矩。
永磁体通常沿着转子在轴向方向上延伸。永磁体通常具有长方体形式。永磁体横截面区域的表面法线在轴向方向上延伸，该横截面通常具有长边和短边，其中长边朝向转子叠片组的外径敞开。合适地，用于每个永磁体的转子叠片组均具有磁体袋，该磁体袋在轴向方向上穿过转子叠片组，并且在其中布置有其中一个永磁体。因为磁体袋，在转子中，尤其是临近永磁体的短边还可能形成间隙。每个扇区通常形成转子的磁极。对称平面通常在径向和轴向上延伸。半扇区的对称性也不能被理解为仅限于转子叠片组本身必须在半扇区内对称地形成。例如，可以想到的是，穿过转子的开口不具有半扇区的对称性，以便将轴固定在开口中。
根据本发明的转子中，特别优选地，扇区上的外径的最大值位于对称平面上。在该区域，应该存在近似正弦形的气隙场的最大值，以使转子在该区域具有外径的最大值。在根据本发明的转子的情况下，外径的局部最大值通常在两个相邻的扇区之间的边界处形成。
根据实验已经确定，该对局部最小值有利地位于半扇区的部分扇区中，其在圆周方向上由永磁体组件的径向最外点的位置和永磁体组件的圆周方向的最外点的位置所限定。
根据本发明的转子的特别优选的实施例，提供了第二永磁体组件布置在扇区中，其中第二永磁体组件的径向最内点比第一永磁体组件的径向最内点更靠外，其中，转子叠片组的外径具有第二对局部最小值，其在扇区的半扇区中相对于对称平面彼此对称的形成，并且在圆周方向上相对于第一对局部最小值更靠近对称平面。因此，优化的气隙场也可以通过扇区内更复杂的永磁体结构来实现。
在这种情况下，优选的是，局部最大值，特别是一个局部最大值精确地位于第一对最小值和第二对最小值之间的半扇区中。
根据特别优选的替代方案，提供了第二永磁体组件包括相对于扇区的对称平面呈V型对称布置的另外两个永磁体。第二永磁体组件的永磁体通常具有比第一永磁体组件的永磁体更小的横截面积。
根据另一优选的替代方案，提供了第二永磁体组件包括正交于对称平面布置的永磁体。因此，永磁体位于两个半扇区中。
在本发明的范围内，还已经认识到，转子的外径的走向也可以分析地描述。因此优选的是，在最小值方面，在靠近对称平面的区域中，外径的走向遵循函数：
r＝Rmax+δ0-δ(x)
与
Figure BDA0002525939710000031
备选地或附加地，外径在相对于最小值的远离对称平面的区域中的走向可以遵循以下函数：
r＝Rmax+δ0-δ(x)
与
Figure BDA0002525939710000032
在这种情况下，
-r描述外径的值，
-Rmax描述外径的最大值，
-δ0描述电机的转子和定子之间的气隙的常数或最小值，
-α,β分别描述一个正比例因子，
-τp描述相邻扇区的对称平面之间在圆周方向上的距离，并且
-x描述在圆周方向上的坐标，在对称平面的位置处x＝0，在相邻扇区的对称平面之间的中心位置处
Figure BDA0002525939710000033
原则上，在根据本发明的转子中可以提供，该对或一对局部最小值位于圆周方向上的磁通漏磁强度增加的位置。
构成本发明基础的目的还通过用于车辆的电机来实现，该电机包括定子和根据本发明的转子，该转子可旋转地安装在定子内。
最后，构成本发明基础的目的还通过一种车辆来实现，该车辆包括根据本发明的电机，该电机被设计为驱动车辆。
附图说明
从下文描述的示例性实施例以及附图，本发明的其他优点和细节将变得清楚。这些是示意图并显示：
图1是根据本发明的转子的第一示例性实施例的基本截面图；
图2是图1所示的转子的扇区的细节图；
图3是图1所示的转子的半扇区的基本图；
图4是在周向上的坐标上的转子外径的曲线图；
图5是转子的周向上的坐标上的磁通密度的曲线图；
图6是传统转子对应于图5的曲线图；
图7是根据本发明的转子的另一示例性实施例的基本截面图，以及
图8是根据本发明的车辆的示例性实施例的基本图，该车辆具有根据本发明的电机的示例性实施例。
具体实施方式
图1示出了转子1的第一示例性实施例的基本截面图。
转子1包括转子叠片组2，该转子叠片组2总共被分为8个扇区3。在这种情况下，转子1在所示的横截面中的每个点正好与一个扇区3相关联。因此，两个相邻的扇区3直接以彼此作为边界。每个扇区3中均布置有第一永磁体组件4，该第一永磁体组件4包括相对于对称平面5呈V型对称定位的两个永磁体6、7。对称平面5在转子1的轴向和径向上延伸，并且将转子3分为两个半扇区8、9。在这种情况下，永磁体6位于半扇区8中，并且永磁体7位于半扇区9中。每个扇区3形成转子1的一个磁极，并且扇区3或磁极的数量仅是示例性的。
此外，转子1包括第二永磁体组件10，其包括相对于扇区3的对称平面5呈V型对称的另外两个永磁体11、12，其中，永磁体11布置在半扇区8中，且永磁体12布置在半扇区9中。第二永磁体组件或永磁体11、9的径向最内点相比第一永磁体组件4或永磁体6、7的径向最内点更靠外。
此外，转子1具有用于在中心点处沿轴向延伸的轴(未示出)的通孔13。
图2示出了代表所有其他扇区3的转子1的扇区3的细节图。示出了分别布置在磁体袋(magnet pocket)14中的永磁体6、7、11、12，使得永磁体6、7、11、12的长边接触转子叠片组2。在轴向上作为通孔延伸的磁体袋分别大于所容纳的永磁体6、7、11、12的横截面积，从而转子1中在所述磁体的短边上形成间隙15。
图3显示了扇区3的半扇区8的基本图。基本图也被认为代表了扇区3的半扇区9和其他扇区3的相应的半扇区8、9的镜像。
转子叠片组2的外径r在半扇区8中具有第一局部最小值16。因此，由于半扇区8、9的对称性，第一对局部最小值在扇区3中形成。第一局部最小值16位于半扇区8的子扇区17(在图3中用阴影示出)中，该子扇区在圆周方向上由第一永磁体组件4或永磁体6的径向最外点18的位置或者由永磁体在圆周方向上的最外点19的位置所限定。
半扇区8中的外径r还具有第二局部最小值20，该第二局部最小值在圆周方向上比第一局部最小值16更靠近对称平面5。外径r的局部最大值21位于最小值16和20之间。为了完整，应提及的是，由于半扇区的对称性，因此形成了第二对局部最小值和一对局部最大值。
另外，整个扇区3上的外径r具有全局最大值Rmax，该最大值在图中通过转子1的整个圆周上的虚线示出。另外的局部最大值形成两个相邻的扇区3之间的边界。
图4是转子1的外径r在圆周方向上的坐标x上的曲线图。在这种情况下，坐标描述了与对称平面的距离，其中在对称平面的位置x＝0，并且在两个相邻扇区3之间的边界位置，坐标值为x＝τp/2。在这种情况下，τp描述了转子1的磁极的宽度。
在区域22(相对于第一局部最小值16更靠近对称平面，并且从局部最大值21的位置延伸到第一局部最小值16的位置)和区域23(相对于第二局部最小值20更靠近对称平面并且从对称平面5的位置延伸到第二局部最小值20的位置)中，外径r的走向遵循函数：
r＝Rmax+δ0-δ(x)
与
Figure BDA0002525939710000051
其中，α描述了区域22、23的比例因子，并且δ0描述了转子1和定子29(参见附图8)之间的气隙的最小值。换句话说，δ0描述了相对于定子内孔的最小气隙。
在区域24(相对于第一局部最小值16远离对称平面并从局部最小值16的位置延伸至相邻扇区3的边界)和区域25(相对于第二局部最小值20远离对称平面并从第二局部最小值20延伸至局部最大值21)中，外径r的走向遵循函数
r＝Rmax+δ0-δ(x)
与
Figure BDA0002525939710000061
其中，β描述了区域24、25的比例因子。
图5和图6分别示出了在坐标x上的磁通密度B的曲线图。在这种情况下，图5涉及具有转子1的示例性实施例的电机的气隙磁场，并且图6涉及具有对应于转子1的转子的电机的气隙磁场，并且其外径恒定地对应于数值Rmax。
可以看出，图5示出的气隙磁场比图6所示的更接近正弦曲线。这导致这样的事实，选择最小值16、20的圆周方向上的位置，从而考虑到在这些位置的磁通量的急剧上升和阶梯状走向。
图7示出了转子1的第二示例性实施例的基本图，其对应于第一示例性实施例，除非下文另有说明。在这种情况下，等效或功能等效的组件具有相同的附图标记。
在根据第二示例性实施例的转子1中，第二永磁体组件10包括正交于对称平面5的永磁体26。同样具有这种永磁体6、7、26的结构，通过形成局部最小值16、21或局部最大值18可能产生近似于正弦曲线的气隙场，其中，外径r的走向在此将根据图4中的图形进行调整，或者外径r的函数在此将根据偏离的漏磁场进行调整。
图8示出了车辆27的示例性实施例的基本曲线图，包括电机28的示例性实施例。电机28具有定子29和根据前述任一示例性实施例的布置在定子29中的转子1。电机28被设计为驱动车辆27。因此，车辆可以是电动车辆(BEV)或混合动力车辆。

Claims (11)

1.用于电机(28)的转子(1)，包括被分为多个扇区(3)的转子叠片组(2)，在每个所述扇区(3)中布置有永磁体组件(4)，所述永磁体组件(4)包括相对于对称平面(5)呈V型对称定位的两个永磁体(6、7)，所述对称平面(5)将扇区(3)分为两个半扇区(8、9)，
其特征在于，所述转子叠片组(2)在特定扇区(3)中的外径(r)具有一对局部最小值(16)，所述局部最小值(16)在所述扇区(3)的半扇区(8、9)中相对于对称平面(5)彼此对称地形成。
2.根据权利要求1所述的转子，其中，所述扇区(3)上的外径(r)的最大值(Rmax)位于所述对称平面(5)上。
3.根据权利要求1或2所述的转子，其中，该对所述局部最小值(16)位于所述半扇区(8、9)的部分扇区(17)中，其中部分扇区(17)在圆周方向上由永磁体组件(4)的径向最外点(18)的位置和永磁体组件(4)在圆周方向上的最外点(19)的位置所限定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中，第二永磁体组件(10)布置在所述扇区(3)中，其中所述第二永磁体组件(10)的径向最内点在径向上相比第一永磁体组件(4)的径向最内点更靠外，其中转子叠片组(2)的外径(r)具有第二对局部最小值(20)，所述第二对局部最小值(20)在所述扇区(3)的半扇区(8、9)中相对于所述对称平面(5)彼此对称的形成，并且所述第二对局部最小值(20)相比于所述第一对局部最小值(16)在圆周方向上更靠近所述对称平面(5)。
5.根据权利要求4所述的转子，其中，局部最大值(21)位于所述第一对最小值(16)和所述第二对最小值(20)之间的半扇区(8、9)中。
6.根据权利要求4或5所述的转子，其中，所述第二永磁体组件(10)包括相对于扇区的对称平面呈V型对称布置的另外两个永磁体(11、12)。
7.根据权利要求4或5所述的转子，其中，所述第二永磁体组件(10)包括正交于所述对称平面(5)布置的永磁体(26)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中，在相对于最小值(16、20)接近于对称平面的区域(22、23)中，所述外径的走向遵循函数
r＝Rmax+δ0-δ(x)
与
Figure FDA0002525939700000021
和/或在相对于最小值(16、20)远离对称平面的区域(24、25)中，所述外径的走向遵循函数
r＝Rmax+δ0-δ(x)
与
Figure FDA0002525939700000022
其中，
-r描述所述外径的值，
-Rmax描述所述外径的最大值，
-δ0描述常数，
-α，β分别描述正比例因子，
-τp描述相邻扇区(3)的对称平面(5)之间在圆周方向上的距离，并且
-x描述在圆周方向上的坐标，在对称平面(5)的位置处x＝0，在相邻扇区(3)的对称平面(5)之间的中心位置处
Figure FDA0002525939700000023
9.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中，该对局部最小值或一对局部最小值(16、20)位于圆周方向上磁漏通量具有局部最大值的位置。
10.一种用于车辆(27)的电机(28)，其包括定子(29)和根据前述权利要求中任一项所述的可旋转地安装在所述定子(29)中的转子。
11.一种车辆(27)，其包括根据权利要求10所述的电机(28)，所述电机被设计为驱动车辆(27)。
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