CN112640256A - 具有磁体的轴向通量转子和由具有不同取向的纤维的复合材料层制成的主体 - Google Patents

Abstract

轴向通量的电磁机器的转子(1)具有主体，所述主体包括与旋转轴(7)同心的内部轮毂(2)。分支(3)相对于旋转轴(7)从内部轮毂(2)朝向形成转子(1)的外部圆形边缘的箍(8)径向延伸。在两个相邻分支(3)之间界定的每个空间中，磁体结构(10)包括多个磁体(4)。主体由包含由树脂接合的纤维的若干堆叠的复合材料层构成。对于两个相邻和堆叠的层，每层的纤维在不同预定方向(F1、F2)上被定向。另外，覆盖表层位于转子主体的两个相对面中的每个上，由包含由树脂接合的纤维的若干堆叠的复合材料层构成。

Description

具有磁体的轴向通量转子和由具有不同取向的纤维的复合材 料层制成的主体

技术领域

本发明涉及一种用于具有轴向通量的电磁电动机或发电机的转子，转子具有轮毂主体和由具有不同取向的纤维的复合材料层制成的分支。本发明还涉及一种配备有这种类型的转子的电磁电动机或发电机。

背景技术

本发明对于以转子的高速旋转传递高功率的电磁电动机具有有利但非限制性的应用，这通过根据本发明的转子的特定特性来实现。这种类型的电动机可以用作例如全电动或混合动力机动车辆中的电磁电动机。

有利地但非限制性地，电磁电动机或发电机可以包括至少一个由两个定子构成的转子，由此这些元件可以彼此堆叠并且由单个轴上的至少一个气隙分隔。

在高速应用中，需要具有非常高的机械强度的旋转部件(即，转子)，以改善系统的可靠性。

对于具有轴向通量的电磁机器，转子包括采用用于磁体的盘形支撑件形式的主体，该主体具有由厚度连接的两个圆形面，该盘被界定在由绑带形成的外边缘与界定用于旋转轴的腔的内周边之间。

磁体均通过保持装置保持在盘形支撑件中，磁体之间留有间隔。

具有轴向通量的电动机经常用作所具有的质量转矩大于由具有径向通量的电动机生成的质量转矩的电动机。因此它们可以用在低速应用中。

对于高速应用，具有轴向通量的电动机中的转子的设计更加复杂，因为由于离心效应引起的力在转子中导致相当高的机械应力。另外，当旋转部件由导电材料制成时，由傅科电流造成的损耗在磁体和旋转部件两者中都是占主导的。

对于需要以高速旋转来旋转的转子，电动机在高速旋转下的主要缺点在于一个或多个磁体将从转子脱离以及转子的至少部分破裂的高可能性。因此，这种类型的电动机的转子必须能够承受高速旋转。

现有技术鼓励本领域普通技术人员加强一个或多个磁体的盘形支撑件以抵抗离心力。这需要用于盘形支撑件的特定材料以及增加其厚度，使得盘形支撑件更加刚性。

这种解决方案并不完全令人满意，因为这样配备有盘形支撑件的电动机或发电机更重并且制造成本更高。

一种解决方案可以是在纤维增强和树脂结构中创建细长的单一磁体的网格结构以减小傅科电流，并且将由复合材料制成的主体用于不导电的转子，理想地是由玻璃纤维制成的转子，其中在转子的周边上放置绑带以控制由于离心效应引起的力。

然而，对于速度变得非常高的应用，机械应力变得使得必须减小磁体质量以实现这些旋转速度。然而，必须通过电机传递的转矩与磁体的表面面积成比例，该磁体与通过定子生成的磁场相互作用。因此，磁表面面积的减小引起转矩的减小，并且因此引起机器功率的减小。

发明内容

本发明所要解决的问题是设计一种转子以用于支撑多个永磁体，该转子配备有用于具有轴向通量的电磁机器的绑带，该绑带一方面可以有效地保持转子所支撑的永磁体，从而防止磁体从转子脱离，同时有效地补偿离心力，并且另一方面该绑带具有机械强度，使得转子可以以非常高的速度旋转。

为此目的，本发明涉及电磁电动机或发电机的转子，该转子具有：主体，该主体包括与转子的中心旋转轴同心的内部轮毂；分支，该分支相对于中心旋转轴从内部轮毂开始朝向形成转子的圆形外部轮廓的绑带径向延伸；至少一个磁体，该至少一个磁体被容纳在界定在两个相邻分支之间的每个空间中，其特征在于：

-该主体由包含由树脂接合的纤维的多个堆叠的复合材料层构成，对于两个堆叠层，每层的纤维在不同的预定方向上被定向，

-径向覆盖表层位于转子主体的两个相对面中的每个上，径向覆盖表层由包含由树脂接合的纤维的多个堆叠的复合材料层构成。

根据本发明的复合材料不包含铁。

根据本发明的转子的构造基于这样的发现，即在非常高的速度下施加到转子的最大应力发生在围绕转子的中间旋转轴的轮毂的水平面处。因此，有必要固化转子的该内部部分。

申请人已经发现，复合材料层的堆叠加强了主体和转子，每个复合材料层具有独特的预定取向方向，其中每层具有不同的取向方向。这与具有在两个不同方向伸展的纤维的单层复合材料不同，单层复合材料将更难以制造，因为在同一层中在两个不同方向上的纤维可能在注入粘合剂(例如，树脂)期间被移位。

对于线速度变得非常高的应用，通常在160米/秒或180米/秒处开始，机械应力变得使得需要减小磁质量以实现这些旋转速度。这具有主要缺点，即必须由电机供应的转矩与磁体的表面面积成比例，该磁体与由定子产生的磁场相互作用。因此，磁体的表面面积的减小导致转矩的减小，并且因此导致机器功率的减小。

根据本发明，主体使轮毂和分支成为单件。这增加了组件的机械强度，并因此增加了转子的机械强度。

覆盖表层或盘位于转子的每个圆形面上。绑带可以由玻璃纤维、碳或碳纤维制成。复合材料绑带在转子的外周边上周向地围绕大磁体或磁体结构。如果需要，除了由复合材料涂层的外层保证的保持之外，绑带还有助于磁体的径向保持。

主体的复合材料层的纤维有利地垂直于相邻的堆叠复合材料层的纤维进行定向。

有利地，主体的复合材料层的纤维相对于相邻的堆叠复合材料层的纤维以30°至45°的偏移进行定向。

有利地，主体的复合材料层的数量基于磁体或磁体结构和覆盖表层的轴向厚度确定，覆盖表层具有在0.3mm与2mm之间的厚度。

每个分支有利地具有随着与内部轮毂的距离而减小的宽度，从而终止于紧靠绑带的锥形尖端。分支的锥形尖端可以可选地附接到绑带。

申请人已经考虑到了这样的事实，即在轴向通量机器的情况下，转矩与转子半径的立方成比例。因此，与转子的更内部部分相比，在转子的周边上增加磁体的表面面积是更好的。因此，通过在转子的周边上添加磁体，可以容易地抵消在旋转轴附近的磁体的缺失，这可以通过分支的构造来实现，分支的宽度随着与转子中心的距离而减小，直到它们仅是宽度接近零的锥形尖端。

因此，期望在转子的分支与轮毂的连接的水平面处增加转子的分支的截面的表面面积，并且逐渐减小该截面以增加磁体的表面面积的截面，以维持显著的电动机转矩。

这是现有技术从未设想过的，现有技术仅使用恒定厚度的分支和具有小半径的轮毂以为磁体留下空间。因此，存在朝向减小转子上的磁体分布以增加转子的机械强度的强烈偏向，并且现有技术倾向其他解决方案，例如在轴向方向上分支和轮毂的增加，这将增加转子的重量而对其强度没有主要的有益影响。

两个相邻分支的基部有利地被内部轮毂的中间部分分隔，该中间部分具有在转子的轴方向上圆化的凹形形状，内部轮毂具有的半径等于或小于转子的半径的四分之一。

朝向分支之间的中间部分的内部的弯曲使得可以减小在支撑在轮毂的外周边上的分支的最厚截面的水平面处的机械应力。

每个磁体或磁体结构有利地具有随着与内部轮毂的距离而增加的宽度，从而终止于围绕转子的绑带。

磁体结构有利地包括多个单一磁体，多个单一磁体中的每个单一磁体具有多边形形状，或者每个单一磁体具有至少部分的卵形轮廓，该至少部分的卵形轮廓包括形成单一磁体的主体的第一部分，该第一部分具有较大的截面，并且在单一磁体的比指向磁体的相关联的纵向末端的至少一个第二纵向端部部分更长的宽度之上延伸，并且随着其接近纵向末端而减小。

每个磁体结构有利地由通过纤维增强绝缘材料连接在一起的多个单一磁体构成，每个单一磁体具有细长形状并且在转子的轴向方向上延伸。

上述内容主要应用于覆盖表层的使用。现有技术中的用于转子的大磁体耗散大量的热。这种散热使得不可能使用采用由复合材料制成的覆盖表层或盘的形式的轴向保持装置，并且散热可能对涂层的完整性产生影响，从而导致该涂层以及磁体的加速老化。

复合材料覆盖盘在现有技术中不经常使用，因为它们不能够承受由磁体生成的热的耗散。

因为本发明优选地利用大量单一磁体来代替现有技术的紧凑磁体，所以散热较少，并且覆盖表层或盘可以用作轴向保持装置，这些表层或盘有利地代替了磁体与转子主体之间的轴向保持装置，在一些情况下，这需要对磁体或它们的涂层进行修改，以实现与由转子承载的紧固装置的附加紧固。

本发明实现的进一步的协同作用是转子在每个分支之间可以具有集合到磁体结构中的单一磁体。每个三维磁体结构由多个单一磁体构成。

这使得可以具有带有多个单一磁体的磁体结构。已经确定，具有这种多个单一磁体的结构对于由定子绕组生成的空间谐波或电流具有高水平的不敏感性。因此，在磁体结构中生成的损耗非常低，并且输出(特别是在高速下)非常高。这种类型的磁体结构可以形成磁极或者可以是完整的磁体。

本发明的优选措施之一是将可以是如现有技术中的整个磁体或磁极的磁体结构分解成多个小的或微型磁体。大磁体比其在小的或微型磁体中的等效物经受更大程度的由傅科电流引起的损耗。因此，利用小磁体或微型磁体使得可以减小这些损害电磁致动器的操作的损耗。

已知的是，为了获得最佳强度的磁场，磁体的理想体积应当接近长度等于其直径的立方体或圆柱体的体积。公知的是，将磁体的长度增加超过不会实现磁场的任何增加的长度。然而，本发明采用的这种优选形式的方法与这种公认的想法相悖。

与普遍的当前实践所推荐的相比，单一磁体的长度显著长于其平坦纵向表面的直径或对角线，基本上响应于对结构的机械强度的要求，这是本发明的主要目的。

申请人已经发现，磁体结构中的多个单一磁体导致了具有大得多的机械强度的磁体结构，同时保持了与单个磁体的磁性能几乎类似的磁性能，单个磁体具有的表面面积等于当存在n个单一磁体时的n个磁体的基本表面面积的n倍。

卵形磁体可以具有小面。由此获得的单一磁体是彼此相关联的“晶体”，其不在它们的小面或纵向面的整个表面之上进行连接，但是树脂和粘合剂层用于在多小面块的末端上构造网格网络，其中磁体之间具有有限的接触面积。

替代地，对于具有带有圆化的第一部分的完美卵形形状的单一磁体，两个相邻的单一磁体之间的接触较小并且可以仅为点接触，并且实质上对应于两个单一磁体之间的小圆弧。可以挖空凹槽，该凹槽的大小为两个相邻的单一磁体之间的接触圆弧，以接收有利地为树脂形式的粘合剂。

有利地，磁体结构的多个单一磁体通过纤维增强绝缘材料连接在一起，每个单一磁体具有细长形状并且在转子的径向方向上延伸。

每个磁体结构有利地包括至少一个具有单元的网格结构，每个单元界定用于相应的单一磁体的壳体，每个壳体具有刚好足以允许将单一磁体引入其内部的内部尺寸，同时在壳体与单一磁体之间留下由纤维增强树脂填充的空间，网格结构由纤维增强绝缘材料制成。

网格结构保持在适当位置，并且还可以涂覆有复合材料层。这种类型的网格结构使得在磁体结构的制造期间可以将单一磁体保持在适当位置，并且具有的优点是，它代表了磁体结构的附加固化元件，由此网格结构还可以包含增强纤维。

例如，已知蜂窝状网格结构可以增加元件的强度，在这种情况下是磁体结构。将单一磁体插入到将它们保持在适当位置的六边形壳体中。壳体的壁充当电绝缘部，并且磁体结构中的壳体的密度可以显著增加。蜂窝状网格结构可以由纤维增强绝缘复合材料制成。

两个相邻的分支之间的每个磁体或磁体结构有利地嵌入在至少一个复合材料层中，由此转子也被涂覆在复合材料层中，该复合材料层围绕由多个复合材料层构成的主体中的嵌入的磁体结构。

围绕转子且构成主体的轮毂和分支的复合材料层有利地由浇铸在树脂中的玻璃或碳纤维制成。这些增强纤维有助于增加磁体结构的强度，并且特别地增加抗弯刚度和抗屈曲能力。

本发明还涉及一种用于制造这种类型的转子的方法，该方法包括以下步骤：

-浇铸包含由树脂接合的纤维的第一层复合材料，第一层的纤维在单个预定方向上被定向，

-浇铸包含由树脂接合的纤维的至少一个第二层复合材料，第二层的纤维在不同于第一层的方向的预定方向上被定向，

-将树脂硬化。

与在每层复合材料中存在不同取向的情况相比，该方法易于实行，并且更容易保持纤维的取向。

轮毂的主体的每个分支在其长度上从轮毂的外周边径向延伸到绑带的内周边的点处的宽度有利地基于可能施加到转子的可允许的机械应力、转子的最大可允许旋转速度和分支的材料的机械强度的评估来确定，通过为每个分支选择沿着其长度的每个点的宽度来获得每个分支的宽度随着与轮毂的距离的减小，该宽度的减小使得可以在分支的内部中实现等应力。

不受任何限制，施加在分支上朝向其连接到轮毂的末端的最大应力可以估计为120兆帕。这种等应力的实现使得可以最小化分支的宽度，并且因此更有效地利用大磁体或磁体结构的表面面积，因此在后一种情况下是更单一的磁体，这使得可以实现更大的转矩并且另外地补偿磁体表面面积朝向轮毂的损耗。

最后，本发明涉及一种具有轴向通量的电磁电动机或发电机，其特征在于，其包括至少一个上述类型的转子，该电磁电动机或发电机包括至少一个承载至少一个线圈的定子，该电磁电动机或发电机包括在至少一个转子与至少一个定子之间的一个或多个气隙。

附图说明

下面将参考附图更详细地解释本发明的其他特征、目的和优点，这些通过示出的非限制性示例的方式提供附图，并且其中：

-图1是根据本发明的第一实施例的用于具有轴向通量的电磁机器的转子的示意性正视图，包括转子的轮毂和分支的主体由复合材料层构成，每个复合材料层具有在两个不同层中相差90°的纤维的取向，

-图2是图1所示的转子的一部分的放大示意性表示，

-图3是本发明的第一实施例中的用于具有轴向通量的电磁机器的转子的正视图的示意性表示，包括转子的轮毂和分支的主体由复合材料层构成，每个复合材料层具有在两个不同层中相差90°的纤维的取向，

-图4是图3所示的转子的一部分的放大示意性表示，

-图5a、图5b和图5c是示意性表示，图5a和图5b对应于具有卵形形状的单一磁体的相应实施例，并且图5c对应于包括卵形单一磁体的磁体结构，卵形单一磁体被示出为与磁体结构分隔。

具体实施方式

附图是通过示例的方式提供的，而不是以本发明的限制性方式。它们构成了旨在帮助理解本发明的示意性图，并且不一定是按实际应用的比例绘制的。特别地，不同部分的尺寸不代表实际情况。

在下文中，单个分支3、单个基部3a和分支3的单个锥形尖端3b代表图1至图4中的所有分支。对于标识为10的单个磁体结构同样如此，该单个磁体结构具有内表面10a和外表面10b、用于所有中间部分的两个分支之间的中间部分9以及用于图2和图4中的每个复合材料层的单个纤维取向F1或F2。在图1至图4中，单个单一磁体4被标识并且代表磁体结构10中的所有单一磁体。

关于这些单独标识的元件之一陈述的所有内容适用于所有未单独标识的类似元件。

参考所有附图，特别是图1至图4，这些附图分别示出了根据本发明的转子1和转子1的一部分的放大图，转子1具有两个分支3，在它们之间插入由多个多边形形状的单一磁体4组成的磁体结构10。

该实施例不是限制性的，并且单个大磁体可以被插入在两个分支3之间，由此单个大磁体不能与图2和图4中可见和识别的磁体结构10的单一磁体4混淆。

这种类型的转子可以有利地用在具有轴向通量的电磁电动机或发电机中。有利地为圆形的转子1具有包括与转子1的中心旋转轴7或转子1的纵向中间轴同心的内部轮毂2的主体。分支3在转子1中相对于中心旋转轴7从内部轮毂2开始朝向形成转子1的圆形外部轮廓的绑带8径向延伸。

轮毂2和分支3为一体件，并且形成转子主体2、3。至少一个磁体(即大磁体或包括多个小的单一磁体4的磁体结构10)容纳在界定在两个相邻的分支3之间的每个空间中。

根据本发明，主体2、3由多个堆叠的复合材料层构成，复合材料层包含由树脂接合的纤维，每层的纤维在预定方向F1、F2上被定向，对于两个堆叠层，预定方向不同。

覆盖盘或表层位于转子的主体2、3的两个相对面中的每个上，在图中未示出覆盖盘或表层，因为其径向覆盖转子1的圆形表面，主体2、3由多个堆叠的复合材料层构成，复合材料层包含由树脂接合的纤维。在图中未示出的覆盖表层或盘可以位于转子1的每个圆形面上，以防止两个分支3之间的磁体结构10或大磁体的轴向运动。

结合考虑所有这些特征，显著地加强了转子1的主体2、3。

可以设想复合材料层的若干实施例。现在将在下面描述非限制性示例。

如图1和图2所示，主体2、3的复合材料层的纤维可以垂直于相邻堆叠的复合材料层的纤维进行定向，图2所示的方向F1和F2是垂直的。

如图3和图4所示，主体2、3的复合材料层的纤维相对于相邻堆叠的复合材料层的纤维以30°至45°的偏移进行定向，在这些图中为30°。

可以有多于两个的堆叠的复合材料层。主体2、3的复合材料层的数量基于磁体或磁体结构10的轴向厚度来确定，并且覆盖表层具有在0.3mm与2mm之间的厚度。

如图1和图3中最佳示出的，每个分支3可以具有随着与内部轮毂2的距离而减小的宽度，并且终止于紧靠绑带8的锥形尖端3b。

每个大磁体或磁体结构10可以具有随着与内部轮毂2的距离而增加的宽度la，并且终止于围绕转子1的绑带8。

通过朝向分支3的末端或面向轮毂2的基部部分3a增加分支3的宽度并且如果合适的话，也由于增加轮毂2的半径的结果在转子1的周边端部部分上构成磁体的空间损失。

将具有最大宽度la的每个大磁体或磁体结构10定向朝向转子1的外周边的布置使得可以增加位于转子1的周边上的磁体部分，并且因此增加总磁化表面面积。

仍然特别地参考图1和图3，每个分支3的锥形尖端3b可以比分支3的连接到内部轮毂2的基部3a窄至少二至四倍。

两个相邻的分支3的基部3a可以由内部轮毂2的中间部分9分隔。该中间部分9可以具有朝向转子1的轴圆化的凹形形状。内部轮毂2具有的半径可以等于转子1的半径的至少四分之一，这实际上导致轮毂2大于现有技术的轮毂2。转子的半径等于分支3的半径加上绑带8的厚度。

轮毂2和分支3可以由浇铸在树脂中的玻璃或碳纤维制成。强塑性纤维也可以用于增加转子1的强度，并且特别是抗弯强度和抗屈曲能力。

如上所述，为了固化转子1，轮毂2和分支3是形成复合材料主体的单个件，根据包含它们的复合材料层，复合材料主体具有不同取向F1、F2的纤维。分支3可以可选地通过它们的锥形末端3b连接到绑带8。

特别地参考图1、图3和图5a至图5c，每个磁体结构10可以由多个通过纤维增强绝缘材料接合在一起的单一磁体4构成，每个单一磁体4具有细长形状并且在转子1的轴向方向上延伸。在图中仅标识了单一磁体4中的一个，单一磁体4不能与磁体结构10或附图中未示出的大磁体混淆。

由此得出结论，每个磁体结构10可以是三维的，并且由多个单一磁体4构成。

在图1至图4中，多个单一磁体4中的每个单一磁体4为多边形的形状。

在图5a、图5b和图5c中，每个单一磁体4可以至少部分地具有卵形轮廓，其包括形成单一磁体4的主体的第一部分4a，第一部分4a具有较大的截面，并且在单一磁体4的比指向单一磁体4的相关联的纵向末端的至少一个第二纵向末端部分4b更长的长度之上延伸，第二纵向末端部分4b的截面随着其接近纵向末端而减小。

在图5a中，单一磁体4具有几乎完美的卵形形状，其具有第一部分4a和具有凸形形状的两个圆化的第二端部4b。如在图5c中可以看到，两个相邻的卵形单一磁体4之间的接触基本上是点接触，或者沿着有限的圆弧延伸。

在这种情况下，单一磁体4可以具有至少部分为卵形的外部轮廓，其中形成单一磁体4的主体的第一部分4a具有较大的截面并且在单一磁体4的比至少一个第二部分4b更长的长度之上延伸。

在图5b中，单一磁体4可以在单一磁体4的至少一个纵向末端上具有作为第一部分4a的延伸部的至少一个第二部分4b。可以有两个第二部分4b，其中第二部分4b分别在单一磁体4的一个纵向末端上。

一个或多个第二部分4b可以指向磁体的相关联的纵向末端，具有接近纵向末端的较小截面。

如图5b所示，一个或多个第二纵向末端部分4b可以是中凹的或者可以具有凸形形状。一个或多个第二纵向端部4b可以在形成纵向末端的中间小面11中终止在其相关联的纵向末端上。然而，在图5b中，对于卵形形状，形成纵向末端的中间小面11是中凹的并且仅是可选的。

在该图5b中，一个或多个第二纵向端部4b可以包括倾斜朝向单一磁体4的纵向轴的横向小面，该横向小面接近单一磁体4的相关联的纵向末端。

如图5c所示，在磁体结构10中，单一磁体4彼此直接相邻并且部分地接触。单一磁体4通过粘合剂的沉积而被粘合连接。多个单一磁体4创建磁体的网格结构，而除了粘合剂之外，彼此之间没有插入保持元件，单一磁体4在相邻的磁体之间直接接触。用于单一磁体的第一部分4a和第二部分4b也在该图5c中示出。

在图2和图4中，单一磁体4可以彼此粘合地连接，而在它们之间没有网格结构。对于图5C同样如此。粘合剂可以是复合材料层或粘合树脂，有利地是热固性或热塑性的。

两个相邻的分支3之间的每个大磁体或磁体结构10也可以嵌入在复合材料层中。转子也可以整体地涂覆在复合材料层中。

因此，可以存在围绕单一磁体4的至少第一层复合材料的堆叠层、用于单独地围绕磁体结构10的至少第二层复合材料的堆叠层、以及用于涂覆转子1的至少第三层复合材料的堆叠层，已知的是，包括转子的轮毂2和分支的主体2、3也由堆叠的复合材料层构成，该堆叠的复合材料层具有取决于层的不同取向的纤维。

如附图中未示出但用作已经在附图中被标识以用于类似元件的参考，每个磁体结构10可以包括具有网格单元的至少一个网格结构，每个网格单元界定用于相应的单一磁体4的壳体。每个壳体可以具有内部尺寸，该内部尺寸刚好足以允许将单一磁体4引入到其内部中，同时在壳体与单一磁体4之间留下由纤维增强树脂填充的空间，网格单元由纤维增强绝缘材料制成。

绑带8可以由玻璃纤维或碳或碳纤维制成。复合材料绑带8周向地围绕转子1的外部周边上的磁体结构10或大磁体。如果需要，除了由复合材料涂层的外层保证的保持之外，绑带8还有助于磁体结构10或大磁体的径向保持。分支3的锥形尖端5d可以可选地连接到绑带8。

本发明涉及一种用于制造转子1的方法，该方法具有用于制造包括轮毂2和分支3的转子1的主体2、3的以下步骤。

第一步骤是浇铸包含由树脂接合的纤维的第一层复合材料，第一层的纤维在单个预定方向F1上被定向。

第二步骤是浇铸至少一个包含由树脂接合的纤维的第二层复合材料，第二层的纤维在不同于第一层的方向F1的预定方向F2上被定向。

第三步骤是将树脂硬化。

然后，主体2、3准备好用于形成转子1的骨架。

有利地，本发明还涉及一种用于制造这种类型的转子1的方法，其中，每个分支3的沿着其长度的在与转子1的中心旋转轴7的已知距离处从轮毂2的外周边径向延伸到绑带8的内周边的点处的宽度l基于可以施加到转子1的可允许的机械应力、转子1的最大可允许旋转速度和分支材料的机械强度的评估来确定。

通过为每个分支3选择沿着其长度的每个点的宽度来获得每个分支3的宽度随着与轮毂2的距离的增加而减小，所述宽度能使在分支3的内部中获得等应力成为可能。

图1和3示出了分支3的宽度随着半径的增加而减小，并且因此随着与转子1的中心轴7的距离的增加而减小。

有利地，每个分支在沿着其长度径向延伸的点处的宽度由以下等式给出：

其中K是根据绑带的厚度而变化的常数，并且代表分支的材料的机械强度，ρ是磁体结构的密度，σm是可能施加到转子1并且因此施加到分支的可允许的机械应力，θ是每个磁体结构的孔径角，并且W是转子1的可允许的最大旋转速度。

最后，本发明涉及一种具有轴向通量的电磁电动机或发电机，其包括至少一个如上所述的转子1，该电磁电动机或发电机包括至少一个承载至少一个线圈的定子，该电磁电动机或发电机包括在至少一个转子1与至少一个定子之间的一个或多个气隙。

电磁电动机或发电机可以优选地包括与两个定子相关联的至少一个转子1。

Claims (15)

1.一种电动机或发电机的转子(1)，所述转子(1)具有：主体(2、3)，所述主体(2、3)包括与所述转子(1)的中心旋转轴(7)同心的内部轮毂(2)、相对于所述中心旋转轴(7)从所述内部轮毂(2)开始朝向形成所述转子(1)的圆形外部轮廓的绑带(8)径向延伸的分支(3)；至少一个磁体结构(10)，所述至少一个磁体结构(10)具有多个磁体(4)，所述至少一个磁体结构(10)容纳在两个相邻分支(3)之间界定的每个空间中，所述主体(2、3)由包含由树脂接合的纤维的多个复合材料层构成，特征在于：所述层被堆叠，并且对于两个堆叠层，每层的所述纤维在不同的预定方向(F1、F2)上被定向，径向覆盖表层位于所述转子的所述主体(2、3)的两个相对面中的每个上，并且由包含由树脂接合的纤维的多个堆叠的复合材料层构成。

2.根据权利要求1所述的转子(1)，其中，所述主体(2、3)的复合材料层的所述纤维被定向垂直于相邻堆叠的复合材料层的所述纤维。

3.根据权利要求1所述的转子(1)，其中，所述主体(2、3)的复合材料层的所述纤维相对于相邻堆叠的复合材料层的所述纤维以30°至45°的偏移被定向。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转子(1)，其中，所述主体(2、3)的复合材料层的数量基于所述磁体结构(10)的轴向厚度来确定，并且所述覆盖表层具有在0.3mm与2mm之间的厚度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转子(1)，其中，每个分支(3)具有随着与所述内部轮毂(2)的距离的增加而减小的宽度，并且终止于紧靠所述绑带(8)的锥形尖端(3b)。

6.根据前述权利要求所述的转子(1)，其中，两个相邻分支(3)的基部(3a)由所述内部轮毂(2)的中间部分(9)分隔，所述中间部分(9)具有朝向所述转子(1)的所述轴圆化的凹形形状，所述内部轮毂(2)具有的半径等于所述转子(1)的半径的至少四分之一。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转子(1)，其中，每个磁体结构(10)具有随着与所述内部轮毂(2)的距离而增加的宽度，从而终止于围绕所述转子(1)的所述绑带(8)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转子(1)，其中，所述磁体结构(10)的所述多个单一磁体(4)中的每个单一磁体(4)为多边形的形状，或者每个单一磁体(4)至少部分地具有卵形轮廓，所述卵形轮廓包括形成所述单一磁体(4)的所述主体的第一部分，所述第一部分具有较大的截面，并且在所述单一磁体(4)的比指向所述单一磁体(4)的相关联的纵向末端的至少一个第二纵向末端部分更长的长度之上延伸，所述至少一个第二纵向末端部分的截面随着所述至少一个第二纵向末端部分接近所述纵向末端而减小。

9.根据前述权利要求所述的转子(1)，其中，磁体结构(10)的所述多个单一磁体(4)通过纤维增强绝缘材料连接在一起，每个单一磁体(4)具有在所述转子(1)的径向方向上延伸的细长形状。

10.根据前述权利要求所述的转子(1)，其中，每个磁体结构(10)包括至少一个具有网格单元的网格结构，每个所述网格单元界定用于相应的单一磁体(4)的壳体，每个壳体具有内部尺寸，所述内部尺寸刚好足以在将单一磁体(4)引入到其内部之后在所述壳体与所述单一磁体(4)之间留下由纤维增强树脂填充的空间，所述网格单元由纤维增强绝缘材料制成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的转子(1)，其中，两个相邻分支(3)之间的每个磁体结构(10)嵌入在至少一个复合材料层中，所述转子(1)还被涂覆在围绕所述嵌入的磁体结构的至少一个复合材料层中，并且所述主体(2)由多个复合材料层构成。

12.根据前述权利要求所述的转子(1)，其中，围绕所述转子并且构成所述主体(2、3)的所述轮毂(2)和所述分支的所述复合材料层由浇铸在树脂中的玻璃或碳纤维制成。

13.一种用于制造转子(1)的方法，所述转子(1)包括由包含由树脂接合的纤维的多个复合材料层构成的主体(2、3)，所述方法包括浇铸第一层复合材料的步骤，所述第一层的所述纤维在单个预定方向(F1)上被定向，所述方法的特征在于：浇铸堆叠在所述第一层复合材料上的至少第二层复合材料的步骤，所述第二层的所述纤维在与所述第一层的所述方向(F1)不同的预定方向(F2)上被定向；以及将所述树脂硬化。

14.一种用于制造根据前述权利要求的转子(1)的方法，其中，所述主体(2，3)包括与所述转子(1)的中心旋转轴(7)同心的内部轮毂(2)、相对于所述中心旋转轴(7)从所述内部轮毂(2)开始朝向形成所述转子(1)的圆形外部轮廓的绑带(8)径向延伸的分支(3)，所述轮毂(2)的所述主体(2、3)的每个分支(3)在沿着所述每个分支(3)的长度从所述轮毂(2)的外周边径向延伸到所述绑带(8)的内周边的点处的宽度基于能够施加到所述转子(1)的可允许的机械应力、所述转子(1)的可允许的最大旋转速度和所述分支(3)的材料的机械强度来确定，通过为每个分支(3)选择沿着所述每个分支(3)的长度的每个点的宽度来实现每个分支(3)的宽度随着与所述轮毂(2)的距离的增加而减小，所述宽度确保所述分支(3)的内部中的等应力。

15.一种具有轴向通量的电磁电动机或发电机，其特征在于，所述电磁电动机或发电机包括至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的转子(1)，所述电磁电动机或发电机包括承载至少一个线圈的至少一个定子，所述电磁电动机或发电机包括在所述至少一个转子(1)与所述至少一个定子之间的一个或多个气隙。

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