用于用永久磁铁励磁激励的电机的嵌入式磁体布置结构的制作方法

文档序号:25543227发布日期:2021-06-18 20:40
用于用永久磁铁励磁激励的电机的嵌入式磁体布置结构的制作方法

本发明涉及一种用于用永久磁铁励磁激励的电机的具有至少两个磁极的可运动部件,所述可运动部件包括叠片组和嵌入到该叠片组中的永磁体系统。本发明还涉及一种用永久磁铁励磁激励的电机以及一种机动车。



背景技术:

本文关注于用永久磁铁励磁激励的电机,所述用永久磁铁励磁激励的电机包括具有可通电绕组的、位置固定地支承的部件以及包括相对于该位置固定地支承的部件可运动地支承的部件。所述电机可以是旋转地工作的电机,该电机具有以定子形式的位置固定的部件并且具有以转子形式的可运动部件,该电机例如可以用作用于可电驱动的机动车、亦即电动车辆或混合动力车辆的驱动机器。但所述电机也可以是平移地工作的电机、例如线性马达,该电机具有以定子形式的位置固定的部件并且具有以动子形式的可运动部件。所述转子或所述动子具有永磁体系统,该永磁体系统例如可以具有表面磁体或嵌入式或者说埋入式永磁体。

在这样的具有嵌入式永磁体系统的用永久磁铁励磁激励的电机中产生漏磁通。这些漏磁通降低在位置固定的部件和可运动部件之间的气隙中的可用于机电转换的气隙磁通密度。这导致在旋转地工作的电机中的最大可转换转矩降低或导致在平移地工作的电机中的最大可转换力降低。因此,漏磁通越低,电机就能够越有效地运行。



技术实现要素:

本发明的任务是,提供一种能够以非常高的气隙磁通密度收益来特别有效且高效率地运行的用永久磁铁励磁激励的电机。

根据本发明,该任务通过具有根据相应独立权利要求的特征的可运动部件、电机以及机动车来解决。本发明的有利实施方式是从属权利要求、说明书以及附图的技术方案。

根据本发明的用于用永久磁铁励磁激励的电机的可运动部件具有至少两个磁极并且包括叠片组和嵌入到该叠片组中的永磁体系统。所述永磁体系统对于每个磁极具有第一永磁体结构和第二永磁体结构。第一永磁体结构和第二永磁体结构设计用于通过叠加两种永磁体结构的磁通来共同在电机的气隙中产生气隙磁通密度,所述气隙径向邻接于叠片组的外侧。对于每个磁极,两种永磁体结构相对于可运动部件的运动轴线具有不同的布置结构和磁化取向。在此,第二永磁体结构的由第二永磁体结构的布置结构和磁化取向导致的磁通附加地设计用于,作用于第一永磁体结构的由第一永磁体结构的布置结构和磁化取向导致的磁通并且在此时至少降低第一永磁体结构的磁通的漏磁通份额。

本发明还包括一种用永久磁铁励磁激励的电机,所述用永久磁铁励磁激励的电机具有位置固定的部件和根据本发明的可运动部件,该可运动部件在形成气隙的情况下相对于位置固定的部件可运动地支承。所述位置固定的部件包括具有可通电绕组的叠片组。所述电机可以是具有以定子形式的位置固定的部件并且具有以转子形式的可运动部件的旋转地工作的电机或者说旋转式电机,或者可以是具有以定子形式的位置固定的部件并且具有以动子形式的可运动部件的平移地工作的电机、例如线性马达。在下文中,对于概念“可运动部件”,只要其可以理解为转子和动子,就使用术语“转子/动子”,并且对于概念“位置固定的部件”,只要其可以理解为定子,就使用术语“定子”。在旋转地工作的电机中,转子和定子在从构造为旋转轴线的运动轴线开始的径向方向上彼此相对置,转子围绕该旋转轴线旋转。在平移地工作的电机中,动子和定子在从构造为移动轴线的运动轴线开始的竖直方向上彼此相对置,动子沿该移动轴线运动。

转子/动子的叠片组具有至少两个交替的磁极,其中,每个磁极配设有叠片组的一个区域。以磁南极和磁北极形式的两个相邻的交替的磁极形成一个磁极对。在此,叠片组的每个磁极具有第一和第二永磁体结构,其中,所有磁极的第一和第二永磁体结构形成转子的永磁体系统。每个永磁体结构具有至少一个永磁体,所述永磁体构造为嵌入式或者说埋入式永磁体。为此,在叠片组中形成空腔,所述空腔延伸穿过叠片组并在该叠片组中设置有永磁体。

通过将构造为磁源的永磁体结构嵌入到叠片组中,永磁体结构的磁通横穿叠片组和气隙并且经由定子而闭合再次回到磁源。在横穿转子/动子的叠片组时,两种永磁体结构的磁通叠加或者说重叠并且因此共同产生气隙磁通密度。因此,两种永磁体结构都对气隙磁通密度做出贡献。在此,第一永磁体结构相对于运动轴线具有第一布置结构和第一磁化取向,而第二永磁体结构相对于运动轴线具有第二布置结构和第二磁化取向。由此,对于每个磁极,两种永磁体结构也具有彼此不同的布置结构和磁化取向。为了形成交替的磁极,一个磁极对之内的相应磁化取向改变其符号。换句话说,形成磁极对的两个相邻磁极的第一磁化取向具有不同的符号,并且相邻磁极的第二磁化取向具有不同的符号。

例如,为了形成不同的布置结构,第一永磁体结构的第一永磁体和第二永磁体结构的第二永磁体可以相对于彼此和相对于运动轴线具有不同的位置。永磁体相对于运动轴线的位置在这里被定义为磁体纵轴线相对于运动轴线的位置。第一永磁体的第一位置和第二永磁体的第二位置可彼此横向地、例如垂直地取向。永磁体相对于运动轴线的不同位置导致不同的磁化取向。磁化取向在这里被定义为永磁体的磁化方向相对于运动轴线的位置。永磁体的磁化方向和磁体纵轴线在这里彼此垂直取向。第一和第二磁化取向同样可以彼此横向地、例如垂直地取向。

在此,第二永磁体结构相对于第一永磁体结构和相对于运动轴线设置和磁化成,使得第二永磁体结构不仅对气隙磁通密度做出贡献,而且还降低第一永磁体结构的漏磁通份额。例如,第二永磁体结构的第二磁通可以在该第二磁通横穿叠片组时偏转或甚至补偿第一永磁体结构的漏磁通。与仅具有一种永磁体结构的转子的永磁体相比,通过叠加两种永磁体结构的磁通可以以相同的材料花费来构造各永磁体结构的永磁体。因此,通过第二永磁体结构以有利的方式不增加电机的材料花费。更多地,通过第二永磁体结构降低漏磁通并由此改善在叠片组中的磁通势。因此可以增加电机的转矩或力。

已证明有利的是,第一永磁体结构的布置结构构造为嵌入式的扁平磁体布置结构,而第二永磁体结构的布置结构构造为嵌入式的辐条布置结构。在扁平磁体布置结构中,第一永磁体的磁体纵轴线尤其是切向于或平行于气隙并因此切向于或平行于叠片组的外侧地取向。第一磁化取向相对于叠片组的外侧以一定的角度、尤其是垂直地取向。在这样的扁平磁体布置结构中,气隙磁通密度大致对应于扁平磁体布置结构的磁通密度减去漏磁通。

在辐条布置结构中,对于每个磁极,两个第二永磁体彼此相对置,其中,所述两个第二永磁体的位置或磁体纵轴线以一定角度、例如垂直地相对于外侧取向。两个第二永磁体的磁化方向相对于外侧和相对于运动轴线具有相同的位置,然而朝向彼此,从而第二磁体的磁通在横穿叠片组时沿磁通集中方向集中。在具有扁平磁体布置结构和辐条布置结构的永磁体系统中,各布置结构的磁通叠加并且因此共同对气隙磁通密度做出贡献。因此,所述布置结构以有利的方式导致气隙磁通密度的非常高的收益。尤其地,在第一永磁体的在扁平磁体布置结构中靠近气隙的端部处,在叠片组中产生漏磁通。辐条布置结构的磁通——该磁通尤其是强于扁平磁体布置结构的漏磁通并且与该漏磁通相反地定向——因此降低扁平磁体布置结构的漏磁通份额。

根据旋转地工作的电机的实施方式,以扁平磁体布置结构的第一永磁体结构相对于旋转轴线具有径向的磁化取向,而以辐条布置结构的第二永磁体结构相对于旋转轴线具有切向的磁化取向。因此,相对于旋转轴线,第一永磁体结构的第一永磁体的第一磁化方向是径向方向。第一永磁体的磁通纵轴线相对于旋转轴线在切向方向上取向。换句话说,第一永磁体相对于旋转轴线具有切向的位置。相对于旋转轴线,第二永磁体结构的第二永磁体的第二磁化方向是切向方向。第二永磁体的磁体纵轴线相对于旋转轴线在径向方向上取向。换句话说,第二永磁体相对于旋转轴线具有径向的位置。

根据平移地工作的电机的实施方式,以扁平磁体布置结构的第一永磁体结构相对于构造为移动轴线的运动轴线具有竖直的磁化取向,而第二永磁体结构在辐条布置结构中相对于所述移动轴线具有水平的磁化取向。相对于移动轴线,第一永磁体结构的第一永磁体的第一磁化方向是竖直方向或者说横向方向。第一永磁体的磁体纵轴线相对于移动轴线在水平方向上或者说纵向方向上取向。换句话说,第一永磁体相对于移动轴线具有水平位置。相对于移动轴线,第二永磁体结构的第二永磁体的第二磁化取向是水平方向。第二永磁体的磁体纵轴线相对于移动轴线在水平方向上取向。换句话说,第二永磁体相对于移动轴线具有竖直位置。

优选地,对于每个磁极,第一永磁体结构具有被分为两个永磁体部分的第一永磁体,其中,所述永磁体部分为了形成扁平磁体布置结构而设置成v形布置结构并且设置在第二永磁体结构的两个彼此间隔开地设置的第二永磁体之间。v形布置结构在此尤其是具有至少90°的角度。优选地,v形布置结构具有180°的角度,从而所述永磁体部分在一条线上彼此并排。对于每个磁极,第二永磁体彼此间隔开并且与相应的磁极边缘相邻地设置。在此,第二永磁体的第一端部朝向旋转轴线或者说移动轴线。第二永磁铁的与第一端部相对置的第二端部朝向气隙。并排设置的第一永磁体部分在此位于两个第二永磁体之间。尤其地,第一永磁体部分位于所述永磁体的第二端部之间。

在本发明的一种有利扩展方案中,为了降低第二永磁体结构的第二永磁体的漏磁通份额,邻接于第二永磁体的至少一个端部地在叠片组中分别设置至少一个磁通阻挡元件。优选地,所述至少一个磁通阻挡元件构造为在叠片组中的空穴和/或塑料部件。尤其地,在第二永磁体的朝向气隙的第二端部与叠片组的外侧之间设置磁通阻挡元件,并且在第二永磁体的朝向运动轴线的第一端部与该运动轴线之间设置磁通阻挡元件。这样的磁通阻挡元件以有利的方式防止存在第二永磁体的漏磁通。

本发明还包括一种具有根据本发明的用永久磁铁励磁激励的电机的机动车。所述机动车尤其是电动车辆或混合动力车辆并且具有作为牵引机器或驱动机器的电机。

参照根据本发明的转子所提出的实施方式及其优点对应地适用于根据本发明的电机和根据本发明的机动车。

本发明的其它特征由权利要求书、附图和针对附图的说明得出。上面在说明书中提到的特征和特征组合以及下面在针对附图的说明中提到和/或仅在附图中示出的特征和特征组合不仅可在相应给出的组合中使用,而且也可以在其它组合中使用,或者可单独使用。

附图说明

现在借助优选实施例以及参考附图更详细地阐述本发明。

具体实施方式

唯一的附图,即图1示出根据本发明的电机1的一种实施方式的扇区的示意性剖面图。电机1在当前情况下构造为旋转地工作的电机并且例如可以构造为在这里未示出的可电驱动的机动车的牵引电机。作为对此的替代性方案,电机1也可以构造为平移地工作的电机。电机1包括以定子2形式的位置固定的部件和以转子3形式的可运动部件,该可运动部件相对于定子2围绕以旋转轴线l形式的运动轴线可旋转地支承。电机1在这里是内转子电机,从而定子2包围转子3,并且转子3在定子2内围绕旋转轴线l旋转。作为对此的替代性方案,电机1也可以是外转子电机。

定子2和转子3彼此间隔开地设置,形成气隙4。定子2具有定子叠片组5,所述定子叠片组具有多个等距地分布地设置的凹槽6,在这些凹槽中设置有定子2的可通电绕组7,所述可通电绕组用于产生旋转磁场。通过该旋转磁场可以激励转子3围绕旋转轴线l旋转。转子3具有至少两个磁极p,其中,在这里例如示出一个以磁北极形式的磁极p。与磁北极相邻地是在这里未示出的以磁南极形式的磁极p。转子3具有叠片组8或者说转子叠片组,所述叠片组或转子叠片组具有朝向气隙4的外侧9。

此外,每个磁极p具有第一永磁体结构10和第二永磁体结构11。所有磁极p的第一和第二永磁体结构10、11形成转子3的永磁体系统。永磁体结构10、11在此嵌入到叠片组8中或者说埋入到叠片组8中。第一永磁体结构10在此相对于旋转轴线l具有第一布置结构和第一磁化取向。第二永磁体结构11相对于旋转轴线l具有第二布置结构和第二磁化取向。第一永磁体结构10在这里具有以嵌入式的扁平磁体布置结构形式的第一布置结构,而第二永磁体结构11在这里具有以嵌入式的辐条布置结构形式的第二布置结构。

第一永磁体结构10具有被分成两个永磁体部分12a、12b的第一永磁体12。为了形成第一布置结构,第一永磁体12相对于旋转轴线l具有切向的位置。为此,第一永磁体12的第一磁体纵轴线a1相对于旋转轴线l沿切向方向t取向。为了形成第一磁化取向,第一永磁体12具有径向磁化。因此,第一永磁体12的第一磁化方向m1沿径向方向r取向。在这里以磁北极形式示出的磁极p中,第一永磁体12的北极n朝向气隙4,而第一永磁体12的南极s朝向旋转轴线l。在磁南极形式的、邻接的交替的磁极p中,第一永磁体12的南极s朝向气隙4,而第一永磁体12的北极n朝向旋转轴线l。因此,第一磁化方向m1改变其符号。

第二永磁体结构11具有两个第二永磁体13。为了形成第二布置结构,第二永磁体13相对于旋转轴线l具有径向的位置。为此,第二永磁体13的第二磁体纵轴线a2相对于旋转轴线l沿径向方向r取向。为了形成第二磁化取向,第二永磁体13具有切向磁化。因此,第二永磁体13的第二磁化方向m2沿切向方向t取向。在这里以磁北极形式示出的磁极p中,第二永磁体13的北极n朝向磁极中心pm,而第二永磁体13的南极s朝向相应的磁极边缘pr。在以磁南极形式的、邻接的交替的磁极p中,第二永磁体13的南极s朝向磁极中心pm,而第二永磁体12的北极n朝向相应的磁极边缘pr。因此,第二磁化方向m2改变其符号。

两种永磁体结构10、11的首先沿相应磁化方向m1、m2取向的磁通沿对应于磁通集中方向的径向方向r叠加或者说集中并且共同在气隙4中产生气隙磁通密度。气隙磁通密度的分布影响旋转地工作的电机1的转矩和效率。

尤其是在第一永磁体部分12a、12b的靠近气隙4的端部处,第一永磁体12的磁通具有漏磁通份额14。该漏磁通份额14影响气隙磁通密度的分布并且因此影响电机1的效率。为了至少降低该漏磁通份额14,第二永磁体13的磁通作用于第一永磁体12的磁通。在此,如果第二永磁体13的磁场或者说磁通密度强于第一永磁体12的漏磁通,则可以使该漏磁通完全或部分不起作用。因此,第二永磁体13的更强的磁场使第一永磁体12的漏磁通改道。

在第二永磁体13的端部处也可以产生漏磁通。为了防止第二永磁体13的这些漏磁通降低气隙磁通密度,在叠片组8中设置磁通阻挡元件15。在第二永磁体13的朝向气隙4的端部处的磁通阻挡元件15在这里构造为在叠片组8中的空穴16。在第二永磁体的背离气隙4的端部处的磁通阻挡元件15在这里构造为塑料部件17。

附图标记列表

1电机

2定子

3转子

4气隙

5定子叠片组

6凹槽

7绕组

8叠片组

9外侧

10第一永磁体结构

11第二永磁体结构

12第一永磁体

13第二永磁体

14漏磁通

15磁通阻挡元件

16空穴

17塑料部件

r径向方向

t切向方向

l旋转轴线

m1、m2磁化方向

a1、a2磁体纵轴线

p磁极

pm磁极中心

pr磁极边缘

n北极

s南极

再多了解一些
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