CN112400270A - 具有一件式磁通导体的无刷电动机用转子单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无刷电动机用转子单元(1)，具有：围绕中心轴线(2)的环形的转子芯(3)；多个永磁体(7)，它们在该转子单元(1)的周向上围绕该转子芯(3)布置，并且每个永磁体具有一个平坦的外接触面(9)、一个平坦的内接触面(8)、两个轴向端面(12)和两个侧面(10,11)；多个磁通导体(14)，其中各将一个磁通导体(14)分配给一个永磁体(7)，并且其中每个磁通导体(14)具有一个凸形的外周面(16)和一个平坦的内接触面(15)，其中各磁通导体(14)的该平坦的内接触面(15)与相应的永磁体(7)的平坦的外接触面(9)接触，其中，各磁通导体(14)是一件式的并以挤压方法制成。
Description
本发明涉及具有权利要求1的前序部分特征的无刷电机用转子单元以及无刷电动机。
从现有技术中知道了如下的电动机，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侧面上。转子限定了也应被用在说明书和权利要求书中的几何轴线和方向。中心轴线与转子的对称轴线重合并且在电动机中也代表转子的转动轴线。该装置的轴向在转动轴线方向上延伸。该径向的特点是距中心轴线的距离增大。因此，转子的永磁体在径向上靠外。周向的走向与转子相切，在周向上，每个方向向量垂直于该装置的半径取向。
此外根据现有技术，电动机具有径向布置在转子之外的定子，定子以环形形式在外侧包围转子。定子包含多个电磁铁，它们一般由铁芯和绕组构成。定子绕组的适当通电产生旋转磁场，其相应地在转子内产生转矩。定子布置在电动机体内，转子连同其电机轴可转动地安装在电动机体内。
永磁体通常由脆性材料制成。磁体未与转子芯螺纹连接，而是安放在转子芯的朝外平面上，它们在这里被磁体保持件机械保持。转子的永磁体此时在内侧平坦构成并且接触该转子。在外侧，永磁体呈凸形形成。该凸度带来以下优点，磁场朝向定子会聚到在周向上小的区域中，因此在那里具有较高的磁通密度。因此可以降低涡电流损耗。
由公开出版物DE102006056882A1公开了呈长方体状形成转子的永磁体并安放到叠片状转子芯的槽窝中。转子芯环绕包围容纳在其中的磁体并且在外侧在槽窝区域中呈凸形形成。这具有如下优点，更易于制造脆性磁体。此外，通过金属片组来减小在磁体和围绕的定子之间的涡电流损耗。但是，具有槽窝的转子芯的制造是相对费事的，这引起不希望的成本。
DE102011079245A1公开了用于永磁体的容纳槽窝，它们在径向上在一侧敞开地构成，这开创以下可能性，可以在径向上从外侧将磁体装入在转子芯叠片组上的容纳槽窝中。在背对容纳槽窝的一侧，设有叠片部段的支座，其有助于减小涡电流损耗。
本发明的任务是提供一种转子单元和一种电动机，在此能特别简单廉价地制造转子。
该任务通过一种具有权利要求1的特征的转子单元以及一种具有这种转子单元的电动机来完成。
因此，提供一种无刷电动机用转子单元，其具有：
-围绕中心轴线的环形的转子芯，
-多个永磁体，它们在该转子单元的周向上围绕该转子芯布置，并且每个永磁体具有一个平坦的外接触面、一个平坦的内接触面、两个轴向端面和两个侧面，
-多个磁通导体，其中各将一个磁通导体分配给一个永磁体，并且其中每个磁通导体具有一个凸形的外周面和一个平坦的内接触面，其中各自磁通导体的该平坦的内接触面与相应的永磁体的平坦的外接触面接触，其中，每个磁通导体是一件式的并且以挤压方法制成。
磁通导体的制造可以如此很简单廉价地进行。所述简单形状允许以挤压方法制造磁通导体。
磁通导体优选仅通过平坦的内接触面接触该永磁体。该磁通导体的凸形的外周面和平坦的内接触面最好直接相互接触，由此得到很简单的磁通导体形状。磁通导体外周面的凸度的半径最好小于或等于转子芯的包络线的半径，尤其是至少是包络线的半径的一半。
在所述周面和接触面之间可以设置有如下边缘，所述边缘最好在挤压之后通过去毛刺形成。在挤压中获得条材。该工件在轴向上根据单独磁通导体的高度被反复切断，从而由一个长条材获得多个磁通导体。也可以规定在切断之后进行去毛刺。
优选规定该磁通导体由可很容易加工的含铁量高的软钢制成。
该转子单元最好具有磁体保持件，磁体保持件具有多个保持部，这些保持部分别布置在了在周向上相邻的永磁体与磁通导体之间且一体形成在该磁体保持件的底部上并且在径向上将磁通导体保持在永磁体上。
在此有利的是，该保持部具有轴部和头部，其中该轴部在沿横向于中心轴线延伸的平面的横截面中呈T形构成，从而该轴部固定该永磁体和磁通导体的径向位置。
该磁体保持件最好以注塑方法被喷注在转子芯上。
该轴部最好至少部分插入该转子芯的轴向延伸的凹槽中。
还可以规定，该头部插入该转子芯的、设置在该转子芯的端面区域内的相应的凹部中并因此限定该磁体保持件相对于该转子芯的轴向位置。
在一个优选实施方式中，该转子芯呈一件式构成并且尤其是以冷挤压方法制造。
该永磁体最好呈正方体形构成，这显著简化了制造。
该任务也通过一种无刷电动机来完成，其具有定子、可转动安装在壳体内的电机轴和被固定在电机轴上的具有上述特征和优点的转子单元。这种电动机更易于制造。
以下将结合图来详细描述本发明的实施例。相同的部件或具有相同功能的部件带有相同的附图标记，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，以及
图3示出具有本发明的转子单元的电动机。
图1和图2示出具有中心轴线2的转子单元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具有基本是旋转对称的转子芯3，其具有用于容纳未示出的电极轴的中心孔4。转子芯是内转子-转子芯并且是作为内转子构成的无刷电动机的一部分。图2具体示出转子芯3。在其外侧，转子芯3具有平坦的外表面5，确切说在此实施例中共有8个外表面5，这些外表面均具有相同的尺寸和相同的形状并且沿着转子芯3的外周面以相同的角度间距分布。转子芯3是一件式制造的。因此，它不是由多个重叠的片材构成，或者说它未以层状芯的形式存在。它由具有单独材料的单独工件构成。因此没有一体形成构成转子芯的其它元件。它最好由含铁量高的软钢构成并且最好以冷挤压方法制造，例如由C15E或类似材料制造。在每两个外表面5之间设有一个未示出的凹槽，凹槽在径向上从外侧形成到如下边缘中，在该区域内两个邻接的外表面5形成该边缘。凹槽径向朝外敞开并且平行于中心轴线2延伸。在外表面5上共贴放有8个长方体形的永磁体7，它们所具有的矩形横截面包括一个平坦的内接触面8、一个平坦的外接触面9和两个平坦的侧面10、11。永磁体7的内接触面8径向朝内地指向转子芯3，并且外接触面9与内接触面对置并且径向朝外指地远离转子芯3。侧面10和11垂直于接触面8、9地径向延伸。最后，永磁体7还具有轴向端面12。永磁体7最好由钕或铁氧体制成并且优选以烧结工艺制造。
磁通导体14分别贴靠在永磁体的外接触面9上，该磁通导体分别具有相同的尺寸和相同的形状并且沿转子芯3的外周面以相同的角度间距分布。磁通导体14分别具有平坦的接触面15以及凸形的外周面16和侧面17和18。磁通导体的平坦的接触面15径向朝内指向转子芯3，并且凸形的外周面16径向朝外指地离开转子芯3。磁通导体的侧面17和18分别大致在径向上延伸并且在周向上彼此对置。最后，磁通导体14还具有轴向端面19、20。磁通导体14以其平坦的接触面15接触永磁体的外接触面9并且在周向上在外接触面的宽度的至少80％范围内延伸。在轴向上，永磁体和磁通导体优选具有相同的长度。磁通导体14的外周面16的凸度的半径小于或等于该转子芯的包络线的半径，尤其是包络线的半径的至少一半。磁通导体14优选由含铁量高的软钢制造。磁通导体14此时最好是一件式的，因此不是由多个重叠的片材构成。它们最好以条挤压方法来制造并且按照其沿轴向延伸的长度被裁断。磁通导体14的侧面17、18通过边缘去毛刺来形成。这使得磁通导体的制造特别简单。
磁通导体设置用于影响借助永磁体所产生的磁通。磁通导体的凸度造成如此会聚磁通，径向朝外远离转子芯地形成具有较高磁通密度的有限区域。
永磁体7和磁通导体14借助磁体保持件21被保持在转子芯3上。磁体保持件21最好由可注制塑料、优选是具有30％玻璃纤维的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT30)或聚酰胺(PA)构成并且最好以注塑成型工艺来制造。磁体保持件21具有多个保持部22，它们分别具有轴部23和头部24，其中，轴部23借助腹板伸入凹槽中并以形状配合的方式保持在凹槽中。保持部22的轴部23从磁体保持件21的环形底部25起垂直伸出。保持部22在此在外侧一体形成在底部25上。底部25的尺寸被设计成使转子芯3、永磁体7和磁通导体14至少部分以其一端面安放在底部上。头部24一体形成在轴部23的远离底部侧上，并且在该组件的径向上远离轴部23地延伸向转子芯3。永磁体7和磁通导体14在转子单元1的周向上被保持部22固定，因为它们以其侧面贴靠各自相邻的轴部23。径向朝外地，永磁体7和磁通导体14也由轴部23保持。轴部23为此具有用于永磁体7的支座和用于磁通导体14的支座。为此，轴部23的横截面基本呈T形形成，其中，沿径向上延伸的部分插入转子芯的凹槽中，沿周向延伸的部分在径向上将磁通导体14和永磁体7保持就位。头部24插入转子芯3的对应的凹部26中，凹部设置在转子芯3的端面区域内且因此形成磁体保持件21在轴向上借助磁体保持件21的底部25相对于转子芯3的固定。此外，头部24在径向上如此形成，即，它插入该凹部的底切中并因此附加地在径向上将磁体保持件21固定在转子芯3上。永磁体7逼近向底部25地被推移入磁体保持件21中。轴部23在此用作导向机构。底部25用作轴向止挡。在永磁体7被装入之后，磁通导体21在相同的方向上被插入，在这里，轴部23也作为导向机构，而底部25作为止挡。最后，逼近底部地将未示出的套筒套装到转子组件上，套筒在背对底部侧覆盖该元件7、14、3的端面，并且因此借助底部25相对于磁体保持件21在轴向上固定所述永磁体7的和磁通导体14的位置。
图3以横截面图示出具有本发明的转子单元1的电动机27。电动机27包括定子28。转子单元1通过本身已知的方式可旋转地安装在定子28内。该组件被电动机壳体29包围，电动机壳体上装有用于可转动支承转子单元1的滚动轴承30。
Claims (14)
1.一种用于无刷电动机的转子单元(1)，所述转子单元(1)具有：
-环形的转子芯(3)，所述转子芯(3)围绕中心轴线(2)，
-多个永磁体(7)，所述永磁体(7)在所述转子单元(1)的周向上围绕所述转子芯(3)布置，并且每个所述永磁体具有一个平坦的外接触面(9)、一个平坦的内接触面(8)、两个轴向端面(12)和两个侧面(10,11)，
-多个磁通导体(14)，其中，分别将一个磁通导体(14)分配给一个永磁体(7)，并且其中，每个磁通导体(14)具有一个凸形的外周面(16)和一个平坦的内接触面(15)，其中，各个磁通导体(14)的所述平坦的内接触面(15)与相应永磁体(7)的所述平坦的外接触面(9)接触，
其特征在于，各磁通导体(14)是一件式形成的并且是以挤压方法制造的。
2.根据权利要求1所述的转子单元，其特征在于，所述磁通导体(14)是由含铁量高的软钢制成的。
3.根据权利要求1或2所述的转子单元，其特征在于，所述磁通导体(14)仅通过所述平坦的内接触面(15)接触所述永磁体(7)，并且所述磁通导体的所述凸形的外周面(16)和所述平坦的内接触面(15)直接彼此交接并且形成完整的周面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转子单元，其特征在于，所述转子单元(1)具有磁体保持件(21)，所述磁体保持件具有多个保持部(22)，所述保持部分别布置在两个在周向上相邻的所述永磁体(7)与所述磁通导体(14)之间，并且所述保持部成型在所述磁体保持件(21)的底部(25)上，并且所述保持部在径向上将所述磁通导体(14)保持在所述永磁体(7)上。
5.根据权利要求4所述的转子单元，其特征在于，所述保持部(22)具有轴部(23)和头部(24)，其中，所述轴部(23)在沿横向于所述中心轴线(2)延伸的平面的横截面中呈T形构成，从而所述轴部(23)在径向上固定所述永磁体(7)和所述磁通导体(14)的位置。
6.根据权利要求4或5所述的转子单元，其特征在于，所述磁体保持件(21)是以注塑方法制成的。
7.根据前述权利要求4至6中任一项所述的转子单元，其特征在于，所述轴部(23)至少部分被插入所述转子芯(3)的轴向延伸的凹槽(6)中。
8.根据前述权利要求4至7中任一项所述的转子单元，其特征在于，所述头部(24)被插入所述转子芯(3)的、设置在该转子芯(3)的端面区域内的相应的凹部(26)中并因此在轴向上限定所述磁体保持件(21)相对于所述转子芯(3)的位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转子单元，其特征在于，所述转子芯(3)呈一件式构成。
10.根据权利要求9所述的转子单元，其特征在于，所述转子芯(3)是以冷挤压方法制造的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的转子单元，其特征在于，所述永磁体(7)呈正方体形。
12.一种无刷电动机，所述无刷电动机具有定子、可旋转安装在壳体内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)。
13.一种制造用于无刷电动机的转子单元(1)的多个磁通导体的方法，用于所述无刷电动机的转子单元具有：
-环形的转子芯(3)，所述转子芯(3)围绕中心轴线(2)，
-多个永磁体(7)，所述永磁体在所述转子单元(1)的周向上围绕所述转子芯(3)布置，并且每个永磁体具有一个平坦的外接触面(9)、一个平坦的内接触面(8)、两个轴向端面(12)和两个侧面(10,11)，
-多个磁通导体(14)，其中，分别将一个磁通导体(14)分配给一个永磁体(7)，并且其中，每个磁通导体(14)具有一个凸形的外周面(16)和一个平坦的内接触面(15)，其中，各个磁通导体(14)的所述平坦的内接触面(15)与相应永磁体(7)的所述平坦的外接触面(9)接触，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-提供具有内轮廓的凹模，所述凹模对应于所述磁通导体(14)的所述凸形的外周面(16)和所述平坦的内接触面(15)，
-将压制坯以及软钢加入所述凹模中，
-用冲头挤压所述压制坯穿过所述凹模并且形成具有所述磁通导体的轮廓的压制条材；以及
-在预定位置切割所述压制条材以形成具有相同长度的多个磁通导体。
14.一种制造用于无刷电动机的转子单元(1)的方法，所述无刷电动机用转子单元具有：
-环形的转子芯(3)，所述转子芯(3)围绕中心轴线(2)，
-多个永磁体(7)，所述永磁体(7)在所述转子单元(1)的周向上围绕所述转子芯(3)布置，并且每个永磁体具有一个平坦的外接触面(9)、一个平坦的内接触面(8)、两个轴向端面(12)和两个侧面(10,11)，
-多个磁通导体(14)，其中，分别将一个磁通导体(14)分配给一个永磁体(7)，并且其中，每个磁通导体(14)具有一个凸形的外周面(16)和一个平坦的内接触面(15)，其中，各个磁通导体(14)的所述平坦的内接触面(15)与相应永磁体(7)的所述平坦的外接触面(9)接触，并且其中，所述磁通导体(14)是根据权利要求13的方法制造的。
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