CN117397149A - 旋转电机的转子和包括这样的转子的旋转电机 - Google Patents

Abstract

一种电动马达的转子(10)包含相对于所述转子周向地布置的若干个极(10)，每个极包括接近转子外边缘(32)的第一组(S1)和远离所述转子外边缘的第二组(S2)。所述第一组(S1)和第二组(S2)相对于d‑轴线(A)对称。所述第二组(S2)中的每个对称部分(S2.1，S2.2)具有两个相对端(40，44，42，46)，所述两个相对端分别终止于接近所述外边缘(32)的外通量屏障(40，42)和相对的内通量屏障(44，46)，两个内通量屏障(44，46)通过包括两个径向延伸的内桥(48，50)的布置彼此分离，所述两个径向延伸的内桥位于沿着所述d‑轴线(A)布置的中心径向延伸的通量屏障(52)的侧面。

Description

旋转电机的转子和包括这样的转子的旋转电机

技术领域

本公开涉及一种旋转电机的转子和一种包括这样的转子的旋转电机。

背景技术

对车辆的日益增长的需求导致汽车行业的快速发展和向车辆电气化的转变。如今，混合动力车辆和全电动车辆由于其低排放或零排放而日益受到关注。这些类型的车辆可以在其传动系统中采用不同类型的电机。永磁同步马达(PMSM)由于其高功率和转矩密度、宽速度范围内的高效率、紧凑的设计和易于维护而成为最受欢迎的类型。

PMSM的设计并非易事，并且设计阶段出现的问题必须被仔细解决和处理。PMSM的定子具有三相绕组，其线圈由正弦时变电流激励，从而产生恒定大小的旋转磁场。另一方面，PMSM的转子中的永磁体产生固定磁场，该磁场随转子旋转而旋转。两个磁场在定子与转子之间的气隙中的相互作用产生电磁转矩。存在不同种类的PMSM，比如表面式PMSM(SPMSM)、内置式PMSM(IPMSM)以及永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)。

IPMSM为一种具有嵌入于转子芯体叠片内部的永磁体的马达。IPMSM的设计阶段的一个主要考虑因素是转子的极的几何形状。如果要实现高转矩输出并且抑制转矩波动和齿槽转矩，则转子中的磁体的布置和它们各自的包含磁通量屏障的凹穴的设计是至关重要的。然而，在设计转子的极的几何形状时，需要考虑一些其它方面。

IPMSM的设计阶段的另一个主要考虑因素是转子的机械稳定性和强度。PMSM具有宽速度范围，并且在高旋转速度下，离心力变得非常大并且在转子中产生高机械应力。因此，转子应当具有足够高的机械强度，以便能够承受离心力。因此，在设计转子的极时，应当考虑这一机械方面。

CN 106329770 A公开一种电动马达，所述电动马达具有的转子的极构造由从转子的外边缘朝向转子的内部径向地布置的一个或多个磁性层制成。每个磁性层包括布置于具有不同的可能的构造的狭槽中的一个或多个永磁体，并且包含使所述磁性层的磁体分离的桥(例如L形)。然而，可以在机械强度和马达功率输出方面对这种转子的极构造进行改进。

因此，希望补救上述缺点中的至少一个。

发明内容

根据本公开的目的，旋转电机的转子可以被构造成具有很强的机械性能，以便承受在转子旋转过程中、特别是在高旋转速度下产生的离心力。

为了满足这个目的，根据本公开，提出一种具有新颖的转子极布置的旋转电机的转子。旋转电机的这种转子被构造成围绕纵向轴线旋转并且包含相对于所述转子周向地布置的多个磁极，每个磁极包括至少第一组和第二组，所述第一组和第二组各自具有永磁体构造和通量屏障构造，所述第一组接近所述转子的外边缘定位，所述第二组比所述第一组更远离所述外边缘并且相对于所述转子的纵向轴线径向地定位，

其中每个磁极在转子的相对于其纵向轴线的横截面中具有以下构造：

-所述第一组和第二组中的每一组相对于所述磁极的径向延伸的对称d-轴线对称并且包括位于所述对称d-轴线的两侧的两个对称部分，

-所述第二组中的每个对称部分具有两个相对端，所述两个相对端分别终止于所述通量屏障构造的接近所述转子的外边缘定位的外通量屏障和所述通量屏障构造的比所述外通量屏障更远离所述外边缘定位的内通量屏障，两个对称部分的内通量屏障通过包括两个径向延伸的内桥的布置彼此分离，所述两个径向延伸的内桥位于沿着所述对称轴线布置的中心径向延伸的通量屏障的侧面。

具有两个径向延伸的内桥的上述布置使得所述内桥可以在所述转子旋转期间接收平行于其方向的离心力。这些内桥仅承受拉伸应力，而不承受拉伸和弯曲应力的组合。这种内桥构造有助于改善整个转子极布置的机械性能。进一步，代替单个2d-宽度的内桥构造，具有两个宽度均为d的桥的内桥构造在桥的区域中产生局部更均匀的应力分布，这也在整个极布置中产生更低的应力。相对于单个2d-宽度的内桥构造，这也可以减少通量泄漏，从而改进旋转电机功率输出，因为更大部分的通量有助于功率输出。

根据另外的可能的方面：

-所述两个径向延伸的内桥中的每一个根据转子尺寸在垂直于径向方向的方向上横向地延伸在0.5mm至1.2mm的范围内的尺寸；转子尺寸或大小(例如：外径)限定旋转期间的离心力的大小；因此，较大的转子直径将比较小的转子直径需要更宽的桥尺寸；根据材料容许的机械应力极限，使该桥尺寸最小化；

-所述第一组S1的永磁体构造基本上为V形或直线形，并且所述第二组S2的永磁体构造基本上为U形或V形；

-所述第二组的每个对称部分中的永磁体构造包含第一和第二永磁体，所述第一和第二永磁体分别沿着相对于所述径向延伸的对称轴线倾斜的第一方向和相对于所述第一方向倾斜的第二方向连续延伸，以使得两个对称部分的两个磁体共同形成U形；

-所述第二组中的每个内通量屏障随着其沿着所述第一方向从相邻的第一永磁体朝向径向延伸的内桥延伸而在径向方向上变宽，每个内通量屏障在其变宽的部分中包含与所述径向方向对准的第一向外端和相对的第二向内端，所述第一向外端比所述第二向内端更靠近于所述转子的外边缘；

-通过所述两个径向延伸的内桥而与所述第二组的内通量屏障分离的中心径向延伸的通量屏障延伸一定的径向距离，所述径向距离与每个内通量屏障的第一向外端与相对的第二向内端之间的径向距离大致上相同；

-所述第二组中的每个外通量屏障从相邻的第二永磁体沿着所述第二方向朝向所述转子的外边缘延伸并且终止于端部分，所述端部分包含沿着所述转子的周边远离所述第一组延伸的侧尖端；

-所述第一组中的每个对称部分具有两个相对端，所述两个相对端中的外端终止于所述通量屏障构造的接近所述转子的外边缘定位的外通量屏障；

-所述第一组中的每个外通量屏障在周向方向上以鼻型形状延伸，所述鼻型形状具有平行于所述转子的外边缘从第一向外端或鼻顶延伸至相对的第二向外端或鼻尖的第一侧或鼻梁，以及远离所述外边缘从所述第二端朝向第三向内端延伸的第二侧或鼻底，所述第二向外端比所述第一向外端更远离所述永磁体构造定位；当所述第一组基本上为直线形而不是V形时，这种构造也可以适用；

-所述第一组的每个对称部分中的永磁体构造包含永磁体，所述永磁体沿着相对于所述径向延伸的对称轴线倾斜的方向延伸，以使得两个对称部分的永磁体共同形成V形；

-所述第一组中的每个外通量屏障沿着相对于相邻的永磁体的延伸方向倾斜的方向从相邻的永磁体朝向所述转子的外边缘延伸；

-所述第一组中的每个对称部分具有与所述外端相对的内端，并且两个内端通过沿着所述对称轴线布置的径向延伸的桥彼此分离；

-所述第一组和第二组中的每一组的每个外通量屏障不与相关组的永磁体构造分离；

-外桥位于所述转子的外边缘与所述第一组和第二组中的每一组的每个外通量屏障之间，所述第二组的每个外桥在所述转子的外边缘与每个外通量屏障之间延伸一定的径向距离，所述径向距离大于所述第一组的每个外桥的径向距离。

本公开的第二个目的是提出一种旋转电机，所述旋转电机包括如上面简要定义的转子。

上面提到的与转子相关的特征和优点也适用于所述旋转电机并且将不再重复。

本公开的第三个目的是提出一种车辆，所述车辆包括如上面简要定义的旋转电机。

附图说明

通过参考附图，本发明可以被更好地理解，并且它的许多其它目的和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中在几个附图中，相同的附图标记指代相同的元件，其中：

图1为根据本公开的实施例的旋转电机的横截面的示意图；

图2为图1的转子的转子极布置的局部放大图；

图3为图2的第一组S1中的两个对称部分中的一个的局部放大示意图；

图4为根据本公开的另一个实施例的转子极装置的局部放大图；

图5为根据本公开的又一个实施例的转子极装置的局部放大图；以及

图6为根据本发明的再一个实施例的转子极装置的局部放大图。

具体实施方式

根据本公开的实施例的例如车辆的旋转电机10(例如，马达)包括传统类型的定子20和如图1中示意性地示例说明的转子30。这种电动马达可以体现在混合动力汽车或BEV中。

旋转电机可以为永磁同步马达或PMSM，并且例如为以下类型中的任何一种：内置式PMSM(IPMSM)和永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)。

定子20和转子30以传统方式在功能上协同工作。定子20设置有缠绕至其上的三相绕组。为所述三相绕组的线圈供应正弦电流并且因此用正弦电流激励所述三相绕组的线圈，所述正弦电流随时间变化并且各自具有时间相移。这种布置生成恒定大小的旋转磁场。转子30包含生成固定磁场的永磁体，所述固定磁场随着转子围绕其轴线的转动运动而旋转。如此生成的两个磁场在定子与转子之间的气隙中相互作用，这产生电磁转矩。

更具体地，转子30包括多个磁极，并且如图1的示例性实施例中所示例说明的，包括8个极P，所述8个极彼此相同并且在这里各自具有可能的构造或几何形状。然而，替代地，可以设想具有不同数量的极(例如2个、4个、6个等)的转子极布置。在图1的横截面中，极P或转子极区或区域围绕转子的纵向轴线X(转子被构造成围绕该轴线旋转)成角度地间隔开，每个极的侧面是围绕轴线X成角度地间隔开的两个其它相邻极。如图1中所示，可以在转子中设置中心开口O以容置具有轴线X的转子轴(未示出)，转子可以可旋转地安装于所述转子轴上。

在本实施例中，转子30可以由堆叠的转子板或叠片形成，所述转子板或叠片可以为均匀的或不均匀的，并且以传统方式固定在一起，例如通过胶接、焊接等。转子叠片可以由可磁化材料制成，比如e钢。转子板各自具有特定的构造或几何形状，其限定转子的极的几何形状，如下面将描述的。

图2的横截面示例说明图1的转子30的一个极P的可能的构造或几何形状的放大图。相对于转子周向地布置的其它极具有相同的构造或几何形状。

如图2中所示，极P代表图1的转子的一个角度段，所述角度段由限定转子的外部轮廓(外圆或直径)的外边缘32和限定上述转子中心开口的相对的内边缘34(内圆或直径)界定。外边缘32可以具有局部地改变其轮廓的凹部或凹痕32a、32b，以便在转子与定子之间的气隙中分布磁通量，这使得旋转电机(马达)的转矩更平滑。替代地，角度段的边界可以被不同地构造，例如具有更多或更少的凹部或凹痕，而无论它们的形式如何。

极P可以在内部被构造成包括第一组S1和第二组S2，所述第一组S1和第二组S2各自具有永磁体构造和通量屏障构造，这意味着每一组构造有一个或多个用于接收永磁体的接收凹穴和一个或多个通量屏障。在另一个实施例中，极可以包括两组以上的上述类型。

如图2中更具体地示出的，第一组S1接近转子的外边缘32定位，而第二组S2比第一组更远离外边缘并且相对于纵向轴线X径向地定位。换句话说，第二组S2比第一组更靠近于内边缘34定位。

极P相对于径向延伸的对称轴线A具有对称构造，所述对称轴线A对应于磁极的d-轴线或极轴线。

每一组S1和S2相对于d-轴线A对称并且分别包括两个对称的部分或部段S1.1、S1.2和S2.1、S2.2，其位于对称轴线的两侧并且相互成镜像。

如在图2的可能的极构造中更具体地示出的，第一组S1可以大体上为V形并且第二组S2可以大体上为U形。更具体地，第一组S1和第二组S1的形状由它们的永磁体构造的形状决定。V形和U形都在朝向转子的外边缘32定向的一侧上敞开，而另一相对侧朝向转子的中心部分和纵向轴线定向。如在图中明显看出的，U形朝向V形敞开，并且因此比更靠近于角度段的外部分定位的V形更向内集成于图2的角度段内部。

如随后将参考图4至图6描述的那样，可以为这些组设想其它形状。

第一组S1的永磁体构造可以包括总共两个永磁体M1和M2，在该组的每个对称部分中有一个永磁体。

图3为图2的局部放大图，示出第一组S1的包含磁体M1.1的对称部分S1.1。以下描述同样适用于包含磁体M1.2的另一对称部分S1.2。

永磁体M1.1可以沿着相对于径向延伸的对称轴线A倾斜的方向D1延伸，以使得两个对称部分S1.1和S1.2的磁体M1.1和M1.2可以共同形成V形。

应当注意，磁体M1.1和M1.2可以替代地沿着平行于主转子轴线的方向分段。

第二组S2的永磁体构造(图2)可以包括总共四个永磁体，在该组的每个对称部分中有两个永磁体：每个对称部分S2.1、S2.2可以分别包含第一永磁体M2.1、M2.2和第二永磁体M2.3、M2.4。

总的来说，每一组中的磁体必须尽可能地靠近外边缘32(亦即，尽可能地靠近与定子的气隙)，以便使电磁相互作用最大化，同时，在外边缘32与磁体之间具有足够的材料是必要的，以便提供足够的机械强度来承受在转子的高旋转速度下产生的大的离心力。

第一永磁体M2.1(相应地，M2.3)可以沿着相对于径向延伸的对称轴线A倾斜的第一方向D3延伸。第二永磁体M2.2(相应地，M2.4)可以沿着相对于第一方向D3倾斜的第二方向D4延伸，以使得两个对称部分S2.1、S2.2的两个磁体(亦即总共四个磁体)共同形成U形。D3和D4之间倾斜的原因是基于电磁通量的原因：磁通量必须被引导至气隙(朝向外边缘32)，同时磁体位置必须保持尽可能靠近外边缘32以便与气隙有效地相互作用。磁体M2.1和M2.2可以由具有减小的尺寸的更大数量(例如总共4个)的磁体代替(磁体M2.3、M2.4也是如此)，这些磁体沿着两个相应的方向D3和D4布置，或者替代地沿着由这两个方向近似地限定的弧形布置。替代地，可以使用弯曲的磁体。例如，第二方向D4可以相对于D3在5°至20°的范围内。要注意的是，相应的两个组S1和S2的延伸方向D1和D3可以彼此平行或不平行。

第二组S2中的每个对称部分S2.1、S2.2具有两个相对端，所述两个相对端可以分别终止于外通量屏障40、42和内通量屏障44、46，所述外通量屏障40、42接近转子的外边缘32定位，所述内通量屏障44、46比相对应的外通量屏障40、42更远离外边缘32定位并且更具体地接近d-轴线A定位。

定位于d-轴线A的两侧的内通量屏障44、46通过包括两个径向延伸的内桥48、50的布置在沿着转子的内周边的横向方向上彼此分离，所述内桥48、50在沿着d-轴线A布置的中心径向延伸的通量屏障52的侧面。中心通量屏障52可以跨在d-轴线A上，如图2中所示例说明的。

两个径向延伸的内桥48、50中的每一个具有在转子的中心处的起点，并且可以在垂直于桥的径向延伸方向的方向上横向地延伸被称为宽度的尺寸，所述尺寸在0.5mm至1.2mm的范围内，这取决于转子的尺寸、特别是其外径，以便使得薄的桥能够承受在转子旋转期间、特别是在高旋转速度下源自离心力的应力。如果所述尺寸小于0.5mm，则机械强度不足以承受转子旋转引起的力。如果所述尺寸大于1.2mm，则这将导致通量的泄漏路径。

在给定的实施例中，转子具有大约140mm的外尺寸，并且每个内桥48、50可以具有0.8mm的宽度。

要注意的是，每个内桥48、50的宽度可能不一定沿着其长度(径向方向)恒定。

一般来说，使两个内通量屏障44、46彼此分离的具有两个桥的中心构造(即使具有用于内通量屏障的另一构造)使得可以在两个桥之间分担在转子旋转期间产生的离心载荷，从而在转子极布置中产生较低的应力分布，特别是在比如第二组S2的外桥54、56的区域(随后将描述)中，在这些区域中可能出现高应力(稍后将描述的外桥72和74也承受这样的离心力)。因为在转子中、特别是在外桥54、56的区域中(以及在稍后将描述的外桥72和74的区域中)将出现较低的应力，所以可以将外桥54、56制造得更薄，这增加转子的电磁性能。使两个内通量屏障分离的具有两个桥的中心构造为转子极布置提供增加的机械强度，并且因此为转子提供增加的机械强度。

进一步，为了尽可能多地连接U形的中心或底部部分(在磁体M2.1和M2.3之间的区域中)，使两个内通量屏障分离的具有两个桥的所提出的构造能够降低来自相邻的永磁体M2.1和M2.3的泄漏通量，以便增加来自永磁体的平均转矩输出。在这方面，内桥48、50被设计得尽可能薄，以减少泄漏通量(桥越宽，来自磁体的泄漏通量越大)，同时保持它们足够强(因此不会太薄)，以便承受在转子的高旋转速度下产生的离心力。

如图2中所示例说明的，第二组S2中的内通量屏障44(相应地，附图标记46所指)随着其从相邻的第一永磁体M2.1(相应地，附图标记M2.3所指)朝向相对应的径向延伸的内桥48(相应地，附图标记50所指)沿着第一方向D3(相应地，对于磁体M2.3，相对于d-轴线A的对称方向)延伸可以在径向方向上变宽。

以下描述涉及内通量屏障44，但是同样适用于对称的内通量屏障46。

更具体地，每个内通量屏障，如内通量屏障44，可以在其加宽部分中包含第一向外端44a和相对的第二向内端44b，所述第一向外端和相对的第二向内端二者与该通量屏障延伸的径向方向对准。如所示例说明的，第一向外端44a比第二向内端44b更靠近于转子的外边缘32，并且内通量屏障终止于大致直线壁44e(大致直线壁44e形成桥48的侧向侧，桥48的另一侧向侧由相邻的通量屏障52的一个外部壁形成)，所述大致直线壁连接两个相对端44a、44b并且与内通量屏障的径向延伸方向对准。换句话说，内通量屏障44包含两个侧壁44c、44d，所述两个侧壁从磁体M2.1向外张开并且分别延伸至第一向外端44a和第二向内端44b。如图2中更特别地示出的，侧壁44d形成弯曲形状，所述弯曲形状从凹穴被构造成保持磁体M2.1的区域开始并且在朝向转子的中心径向地延伸直至第二向内端44b之前进行大致180°的转弯。该弯曲的且径向延伸的部分用于将来自磁体M2.1的通量引导至内通量屏障44周围和桥48内部。所得到的内通量屏障44具有鞋的总体形状，其中侧壁44c为鞋的后跟并且侧壁44d为鞋的前部。

通过两个径向延伸的内桥48、50而与内通量屏障44、46分离的中心径向延伸的通量屏障52可以延伸一定的径向距离，所述径向距离与每个内通量屏障44、46中的内通量屏障44的第一向外端44a与内通量屏障44的第二相对的向内端44b之间的径向距离大致上相同。在该实施例中，优选的是，中心通量屏障52不相对于内通量屏障44、46径向向内和/或向外延伸，以避免对转子的极的机械和/或机电性能的负面影响。

此外，如图2中所示，根据转子的尺寸，中心径向延伸的通量屏障52可以在其中间部分中延伸大约在2.5mm与3.5mm之间的尺寸或宽度。

要注意的是，通量屏障52从其最内端(接近转子的内边缘34)朝向其最外端(远离转子的内边缘34)具有大致发散形状，以便遵循内通量屏障44、46的形状，从而为两个径向延伸的内桥48、50保持恒定的宽度。

第二组S2的每个对称部分S2.1、S2.2中的每个外通量屏障40、42可以从相邻的第二永磁体M2.2、M2.4朝向转子的外边缘32沿着磁体M2.2的第二延伸方向D4以及沿着磁体M2.4的相对于d-轴线A的对称方向延伸穿过直线部分40a、42a。延伸部分或凹穴40a、42a可以朝向外边缘32延伸尽可能大的尺寸，同时在外通量屏障40、42的端与外边缘32之间保持足够的材料厚度，以便在转子的旋转过程中确保足够的(最小的)离心机械性能。

如图2中所示例说明的，每个外通量屏障40、42终止于端部分40b、42b，所述端部分40b、42b可以包含在远离第一组S1的方向上沿着转子的周边(或在切线方向上)延伸的侧末端40b1、42b1(例如圆形边缘)。这样的末端形状有助于引导通量，从而改善和优化电磁性能。

进一步，外桥54、56位于转子的外边缘32与每个外通量屏障40、42的端部分40b、42b之间。显然，每个外桥54、56沿着转子外边缘32延伸，在转子外边缘32与相对应的端部分40b、42b之间远离第一组S1具有稍微增加的距离或厚度，以便在该区域中具有更多材料以用于机械强度。

如图2和3中所示，第一组S1的每个对称部分S1.1和S1.2分别具有两个相对端60、62和64、66：S1.1的外端60(相应地，S1.2的外端64)，其接近转子的外边缘32定位，以及S1.1的相对的内端62(相应地，S1.2的内端66)，其远离外边缘32定位。

每个外端60、64可以终止于第一组的通量屏障构造的接近转子的外边缘32定位的外通量屏障61、65。部分S1.1的外通量屏障61的以下描述同样适用于部分S1.2的对称的外通量屏障65。

如在图3的放大图中更具体地示例说明的那样，外通量屏障61可以以鼻型形状在周向方向上、亦即基本上沿着转子外边缘32延伸。该鼻形外通量屏障61可以包括第一侧61a或鼻梁，其平行于外边缘32从第一向外端61b或鼻顶延伸至相对的第二向外端61c或鼻尖。在图2和图3的当前构造中，相对的第二向外端61c朝向第二组S2定向，并且比第一向外端61b更远离永磁体构造、亦即永磁体M1.1定位。

鼻形外通量屏障61还可以包括第二侧61d或鼻底，所述第二侧61d或鼻底从第二端61c远离转子外边缘32并且朝向第三向内端61e延伸，所述第三向内端61e相对于第一和第二向外端61b和61c向内定位。

如当前构造中所示，鼻形外通量屏障61可以进一步从第三向内端61e朝向永磁体M1.1延伸通过第三大致直线侧61f。在当前构造中，第三大致直线侧61f可以相对于第二侧61d稍微向内偏移，并且可以大致平行于第二侧61d延伸。第三大致直线侧61f可以通过轻微的斜面61g连接至端61e，从而能够将端61e连接至永磁体M1.1的凹穴，而没有任何锐角。

如当前构造中所示，第一向外端61b可以通过弯曲的侧或部分61h连接至永磁体M1.1的凹穴。

要注意的是，外通量屏障61的整体形状可以不同于上述鼻型形状。特别地，侧61d和61f不需要一定彼此平行。在变型实施例(未示出)中，侧61d、端61e、轻微的斜面61g和侧61f可以由在没有任何锐角的情况下将第二端61c连接至永磁体M1.1的凹穴的单个侧代替。

一般来说，由于机械应力的原因，每一组S1和S2的通量屏障构造中的平滑的、圆形的过渡优于会导致应力峰值的有边缘的过渡。

总的来说，外通量屏障61可以从相邻的永磁体凹穴(其容纳磁体M1.1)沿着相对于相邻的永磁体M1.1的延伸方向D1倾斜的方向D2朝向转子的外边缘32延伸，这是由于电磁通量的原因：磁通量必须被引导至气隙(在转子与定子之间)，亦即朝向外边缘32，同时磁体位置必须尽可能靠近该边缘，以便与气隙有效地相互作用。要注意的是，根据组S1的区域中的相对于外边缘32可用的空间，磁体M1.1可以由沿着弧形布置的两个或更多个磁体代替。

延伸方向D4可以平行于或不平行于D2(参见图3)。

外通量屏障的作用是从围绕它们的磁体引导通量线，这形成更均匀的气隙通量密度分布。具有沿着转子外边缘32周向地延伸的大致鼻形类型的外通量屏障61和65的设计(尽管它们在形状和/或取向上稍有改变)使得可以产生气隙通量密度的径向分量的更均匀的分布，从而产生较低的气隙磁阻、降低的转矩波动和齿槽转矩以及较高的转矩输出。由马达的极构造(d-轴线与q-轴线之间的电感差)生成的磁阻转矩因此增加。将外通量屏障构造成具有周向定向的薄末端或端部61b、61c的通量屏障61(对于外通量屏障65也是如此)降低了转子的极轴线(或d-轴线)电感，这导致磁阻转矩增大。

如上所述，部分S1.1和S1.2的两个内端62和66分别通过沿着对称轴线A布置的径向延伸的桥70(图2)彼此分离。桥70具有的宽度可以根据转子尺寸在0.5mm与1.5mm之间。

每个内端62、66可以起到内通量屏障的作用。

进一步，外桥72、74位于转子的外边缘32与每个外通量屏障61、65的第一侧(例如外通量屏障61的第一侧61a)之间。显然，每个外桥72、74沿着转子外边缘32延伸，其中在转子外边缘32与每个外通量屏障61、65的相对应的第一侧之间具有基本恒定的径向距离或厚度。

要注意的是，每个外桥72、74必须尽可能薄(出于磁性能的原因)，但是必须足够厚以承受由于转子的高旋转速度而产生的弯曲力。可以设想最小厚度为0.9mm。考虑到桥的相对小的厚度，外边缘32与每个外通量屏障61、65的相对应的第一侧之间的平行构造更合适。要注意的是，如果在所述构造中不存在桥70，则在转子的操作(旋转)期间，外桥72、74将受到巨大的弯曲力。

关于第二组S2，每个外桥54、56可以在转子的外边缘32与每个外通量屏障40、42的端部分40b、42b之间延伸一定的径向距离，该径向距离大于第一组S1的每个外桥72、74的径向距离。这可以通过施加于外桥54和56上的机械载荷高于施加于第一组的外桥72和74上的机械载荷来解释，因为第二组的磁体凹穴朝向转子的中心的机械连接较少(磁体凹穴更长，因为它们串联地保持部分S2.1的两个磁体M2.1和M2.2，其中在两个磁体M2.1和M2.2之间没有金属)(同样的解释说明适用于具有磁体M2.3和M2.4的部分S2.2)。

在两个组S1和S2中，每一组的每个外通量屏障可以不与相关组的相邻的永磁体构造(亦即磁体接收凹穴)分离。因此，来自定位于相邻的接收凹穴中的永磁体的泄漏通量减少，这有助于增加转子与定子之间的气隙中的磁通量密度的大小，从而产生较高的转矩输出。换句话说，S1的外通量屏障40和42(相应地，S2的外通量屏障61和65)直接从相邻的永磁体M1.1和M1.2(S2的M2.2和M2.4)或它们的接收凹穴延伸，由此意味着在它们之间不存在中间或额外的元件或结构，比如桥。

必须要注意的是，不同组的通量屏障可以为气穴或填充有树脂。

已经进行了数值模拟来示例说明具有图1和图2的转子极构造的转子与与其不同之处仅在于在U形组中的两个间隔开的较宽的内通量屏障之间存在单个较宽的桥的转子极构造相比所提供的优点。

在基于图1和图2的构造的具体数值示例中，对于140mm的转子直径，每个内桥48、50的宽度被选择为0.9mm，并且对比构造的单个较宽的桥的宽度为1.8mm，亦即总的来说为每个内桥48、50的宽度的两倍。

已经通过以例如17000rpm的旋转速度使各自配备有上述转子极构造中的一个的两个马达旋转并且以传统方式确定转子极构造中的众所周知的冯米塞斯(Von Mises)应力分布进行了数值模拟。

因此，已经观察到，在图1和图2的转子极构造中，最高应力位于U形构造的中心或底部、更具体地沿着两个桥48、50，以及位于U形构造的外桥54、56中。更具体地，可以在两个桥48、50的区域中观察到最大冯米塞斯应力，在所述区域中，最大冯米塞斯应力在该示例中可能达到385MPa的值。这种具有两个桥的构造的特定的几何形状使得可以缓解或减轻整个极构造中的总体机械应力水平，更具体地，缓解或减轻转子极的所有外桥72和74(对于第一组)以及54和56(对于第二组)中的总体机械应力水平。通过降低外桥中的应力，外桥被制造得更薄，并且永磁体被制造得更靠近于气隙，从而得到更好的磁性能。两个内桥48、50被定位成使得它们仅承受拉伸力，即，更具体地，它们的中心轴线都相对于彼此倾斜并且在转子(极)的中心点处相交，在所述中心点处，在图1中示出转子轴线X。

在在U形构造中的两个间隔开的较宽的内通量屏障之间具有单个较宽的桥的转子极构造中，最高应力位于U形构造的中心或底部、更具体地位于单个中心桥的区域中，以及位于U形构造的外桥和V形构造的外桥中。然而，在这种构造中，最大冯米塞斯应力在该示例中可能达到460MPa的值，这比图1和图2的构造的上述值高得多(大约高20％)。在U形构造的中心或底部的区域中，单个较宽的桥承受拉伸力和弯曲力，而不是在图1和图2的构造的两个内桥中的每一个中只承受拉伸力。此外，在这种情况下，与图1和图2的构造相比，U形构造的外桥承受更高的弯曲力并且因此生成更高的应力。

在本公开的框架内可以设想其它转子极构造，比如图4至图6中所示例说明的那些。下文将仅详细描述相对于上述实施例的不同之处。以下未描述的所有方面(特征、功能、优点、变型等)均取自上面的描述，除了这些方面相互排斥或相互不一致之外(例如：上面关于磁体M1.1和M1.2的倾斜的所有描述不能应用于非倾斜的磁体M’1.1和M’1.2)。

图4的转子极构造P’包括两个组S’1和S’2，每一组具有永磁体构造和通量屏障构造，其中：

-第一组S’1的永磁体构造基本上为直线形，在这里对于所示极为水平的，但是通常，第一组的磁体M’1.1和M’1.2所在的直线轴线基本上垂直于d-轴线；第二组S’2的永磁体构造基本上为U形并且可以具有与上述那些特征相同的特征，并且特别地，包含四个磁体M2.1、M2.2、M2.3和M2.4。

图5的转子极构造P”包括两个组S”1和S”2，每一组具有永磁体构造和通量屏障构造，其中：

-第一组S”1的永磁体构造基本上为V形，并且可以具有与上述那些特征相同的特征，并且特别地包含两个磁体M1.1和M1.2；

-第二组S”2的永磁体构造基本上为V形。

第二组S”2的V形构造包含彼此间隔开并且在其任一部分上相对于d-轴线倾斜的两个磁体M”2.1和M”2.2。至于第二组S”2的永磁体构造，所述第二组的两个对称部分各自终止于内通量屏障44”和46”，所述内通量屏障在形状和尺寸上与图2的相对应的元件44和46略有不同，以便通过优化的形状和尺寸提供最佳的通量引导。

第二组S”2包含这样的布置，该布置包括两个径向延伸的内桥48”和50”，所述内桥位于沿着极的对称d-轴线布置的中心径向延伸的通量屏障52”的侧面。

这种布置使两个内通量屏障44”和46”彼此分离，并且在所描述的构造中，为了优化的目的，中心通量屏障52”比图2的中心通量屏障52更宽(优化的形状和尺寸取决于转子布局中的位置)。

两个径向延伸的内桥48”和50”的作用与上面解释说明的相同。

图6的转子极构造P”’包括两个组S”’1和S”’2，每一组具有永磁体构造和通量屏障构造，其中：

-第一组S”’1的永磁体构造基本上为直线形并且可以与图4的第一组S’1相同；

-第二组S”’2的永磁体构造基本上为V形并且可以与图5的第二组S”2相同。

关于上面参考图1至图3所描述的实施例和变型，当在相对于转子的纵向轴线的横截面中观察时，图4至图6中的每一组永磁体构造的永磁体可以为矩形，比如为锭或弯曲的。

Claims (16)

1.一种旋转电机的转子(30)，所述转子被构造成围绕纵向轴线(X)旋转，所述转子包含相对于所述转子周向地布置的多个磁极(P；P’；P”；P”’)，每个磁极(P；P’；P”；P”’)包括至少第一组(S1)和第二组(S2)，其中的每一组具有永磁体构造和通量屏障构造，所述第一组(S1)接近所述转子的外边缘(32)定位，所述第二组(S2)比所述第一组更远离所述外边缘并且相对于所述转子的纵向轴线径向地定位，

其中每个磁极(P；P’；P”；P”’)在所述转子的相对于其纵向轴线的横截面中具有以下构造：

-所述第一组(S1)和第二组(S2)中的每一组相对于所述磁极的径向延伸的对称d-轴线(A)对称，并且包括位于所述对称轴线的两侧的两个对称部分(S1.1，S1.2，S2.1，S2.2)，

-所述第二组(S2)中的每个对称部分(S2.1，S2.2)具有两个相对端(40，44，42，46)，所述两个相对端分别终止于所述通量屏障构造的外通量屏障(40，42)和所述通量屏障构造的内通量屏障(44，46)，所述外通量屏障接近所述转子的外边缘(32)定位，所述内通量屏障比所述外通量屏障更远离所述外边缘定位，两个对称部分的内通量屏障(44，46)通过包括两个径向延伸的内桥(48，50)的布置彼此分离，所述内桥位于沿着所述对称d-轴线(A)布置的中心径向延伸的通量屏障(52)的侧面。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，所述两个径向延伸的内桥(48，50)中的每一个根据转子尺寸在垂直于径向方向的方向上横向地延伸在0.5mm至1.2mm的范围内的尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其中，所述第一组(S1)的永磁体构造基本上为V形或直线形，并且所述第二组(S2)的永磁体构造基本上为U形或V形。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子，其中，所述第二组(S2)的每个对称部分(S2.1，S2.2)中的永磁体构造包含第一永磁体(M2.1，M2.3)和第二永磁体(M2.2，M2.4)，所述第一永磁体和所述第二永磁体分别沿着相对于所述径向延伸的对称d-轴线(A)倾斜的第一方向(D3)和相对于所述第一方向(D3)倾斜的第二方向(D4)连续延伸，以使得两个对称部分的两个永磁体共同形成U形。

5.根据权利要求4所述的转子，其中，所述第二组(S2)中的每个内通量屏障(44，46)随着其从相邻的第一永磁体(M2.1，M2.3)沿着所述第一方向(D3)朝向径向延伸的内桥(48，50)延伸而在径向方向上变宽，每个内通量屏障在其变宽的部分中包含与所述径向方向对准的第一向外端(44a)和相对的第二向内端(44b)，所述第一向外端(44a)比所述第二向内端(44b)更靠近于所述转子的外边缘(32)。

6.根据权利要求5所述的转子，其中，通过所述两个径向延伸的内桥(48，50)与所述第二组的内通量屏障(44，46)分离的中心径向延伸的通量屏障(52)延伸一定的径向距离，所述径向距离与每个内通量屏障的第一向外端(44a)与相对的第二向内端(44b)之间的径向距离大致上相同。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的转子，其中，所述第二组(S2)中的每个外通量屏障(40，42)从相邻的第二永磁体(M2.2，M2.4)沿着所述第二方向(D4)朝向所述转子的外边缘(32)延伸，并且终止于端部分(40b)，所述端部分包含远离所述第一组(S1)沿着所述转子的周边延伸的侧尖端(40b1)。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的转子，其中，所述第一组(S1)中的每个对称部分(S1.1，S1.2)具有两个相对端(60，62，64，66)，所述两个相对端中的外端(60，64)终止于所述通量屏障构造的接近所述转子的外边缘(32)定位的外通量屏障(61，65)。

9.根据权利要求8所述的转子，其中，所述第一组(S1)中的每个外通量屏障(61，65)在周向方向上以鼻型形状延伸，所述鼻型形状具有平行于所述转子的外边缘(32)从第一向外端(61b)或鼻顶延伸至相对的第二向外端(61c)或鼻尖的第一侧(61a)或鼻梁，以及从所述第二向外端(61c)远离所述外边缘(32)朝向第三向内端(61e)延伸的第二侧(61d)或鼻底，所述第二向外端(61c)比所述第一向外端(61b)更远离所述永磁体构造定位。

10.根据任一前述权利要求所述的转子，其中，所述第一组(S1)的每个对称部分(S1.1，S1.2)中的永磁体构造包含永磁体(M1.1，M1.2)，所述永磁体沿着相对于所述径向延伸的对称d-轴线(A)倾斜的方向(D1)延伸，以使得两个对称部分的永磁体(M1.1，M1.2)共同形成V形。

11.根据权利要求8或9以及权利要求10所述的转子，其中，所述第一组(S1)中的每个外通量屏障(61，65)沿着相对于相邻的永磁体(M1.1，M1.2)的延伸方向(D1)倾斜的方向(D2)从所述相邻的永磁体朝向所述转子的外边缘(32)延伸。

12.当权利要求10从属于权利要求8或9时，根据权利要求8至11中的任一项所述的转子，其中，所述第一组(S1)中的每个对称部分(S1.1，S1.2)具有与所述外端(60，64)相对的内端(62，66)，并且两个内端(62，66)通过沿着所述对称d-轴线(A)布置的径向延伸的桥(70)彼此分离。

13.当权利要求10从属于权利要求8或9时，根据权利要求8至12中的任一项所述的转子，其中，所述第一组和第二组(S1，S2)中的每一组的每个外通量屏障(61，65，40，42)不与相关组的永磁体构造分离。

14.当权利要求10从属于权利要求8或9时，根据权利要求8至13中的任一项所述的转子，其中，外桥(72，74，54，56)位于所述转子的外边缘(32)与所述第一组和第二组(S1，S2)二者中的每一组的每个外通量屏障(61，65，40，42)之间，所述第二组的每个外桥(54，56)在所述转子的外边缘(32)与每个外通量屏障(40，42)之间延伸一定的径向距离，该一定的径向距离大于所述第一组的每个外桥(72，74)的径向距离。

15.一种旋转电机(10)，其包括根据任一前述权利要求所述的转子(30)。

16.一种车辆，其包括根据前述权利要求所述的旋转电机(10)。