永磁转子的制作方法

专利名称：永磁转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电动机的永磁转子和一种制造该永磁转子的方法。
背景技术：
在永磁电动机中，转子内布置有分布于周边上的永久磁体。使用块形的永久磁体，以尽可能低廉地构造转子，所述永久磁体平行于转子的旋转轴线在转子的内部延伸。这种布置方式的缺陷在于，电动机转矩分布的峰值或波形不理想。为了实现均匀的转矩分布，已知在转子内永久磁体的边缘区域中形成自由空间或沟槽，在该自由空间或沟槽的走向中中断或减少磁通。沟槽构造为呈螺旋形或倾斜延伸，以便由此实现均匀的转矩分布。但是，在转子的外周上形成的沟槽会在转子与定子之间产生较大的气隙且因此带来效率损失。

发明内容
为此，本发明的目的在于，提供一种改进的用于电动机的永磁转子，其能实现效率尽可能高的、均匀的转矩分布。
该目的是通过具有权利要求1给出的特征的用于电动机的永磁转子来实现的。制造该永磁转子的特别有利的方法是通过权利要求15给出的特征来实现的。从属权利要求阐述了优选实施方式。
在本发明的永磁转子中，永久磁体平行于转子的旋转轴线布置在转子内。在此，可布置块形的永久磁体，其在宽度方向上径向或切向地在转子内延伸。在径向外纵向边缘的区域内，也即在最接近转子外周的永久磁体的纵向边缘的区域内，在转子中形成向外敞开的沟槽。这些沟槽相对于邻接的永久磁体的纵向边缘在周向上倾斜或弯曲，也就是说，沿着转子的周面基本上呈螺旋形。通过这些沟槽，减少了转子旋转时的转矩峰值且实现了均匀的转矩分布。沟槽在此布置为使得每个沟槽的中心线与邻接的永久磁体的纵向边缘至少相交一次。如此一来，永久磁体相对于转子的外周和定子的整个纵向边缘可通过沟槽磁绝缘，以便改善转矩分布。
此外，转子外侧上的沟槽在周向上的宽度小于沟槽的进一步位于径向内部的区域的宽度，其中沟槽的横截面形状在转子的长度上恒定。也就是说，转子内沟槽的横截面在转子的长度上沿周向仅螺旋形地错开，但在其它方面恒定。通过让转子外周上的沟槽宽度变窄，转子朝向定子的气隙在沟槽的区域中可以保持得很小，于是就最大程度地减少了因沟槽带来的效率损失。由于沟槽朝向转子的内部扩展，就能让沟槽在朝向永久磁体的端部区域或槽底具有这样大的宽度，以使沟槽即便倾斜程度较大也足以覆盖永久磁体的纵向边缘，从而在该区域中中断转子芯内部的磁通。通过径向向内转向的、较宽的底部区域，转子内磁体南北极之间的磁通就在磁体纵向边缘的区域内中断。如此一来就确保了磁通主要通过定子引导，由此确保了电动机的效率较高。
优选地，至少具有与永久磁体数量相同的多个沟槽，从而通过沟槽在永久磁体的每个端部边缘上实现充分的磁绝缘。永久磁体在此可径向对准地布置在转子中，或者也可切向或弦形(sehnenfrmig)对准地布置在转子中。
转子优选由至少两个在纵向上互相接合的预制转子模块构成，在每个转子模块中布置有永久磁体段，并且，每个转子模块在其外周上均具有沟槽段，其中，在组合的转子模块中，各个转子模块的沟槽段共同构成沟槽，而各个转子模块的永久磁体段共同构成转子的永久磁体。通过将不同的转子模块组合起来，可构成不同长度的转子。在安装时，仅需将各个转子模块互相接合。之后无需再将永久磁体置入安装的转子中，因为永久磁体由各个永久磁体段构成，这些永久磁体段已经布置在转子模块中。因此，也就无需给不同长度(在转子纵轴的方向上)的转子准备不同长度的永久磁体。各个转子模块的永久磁体段在安装成整个转子时优选这样布置，即，使得转子模块的永久磁体段分别与第二转子模块的永久磁体段对准。这意味着，永久磁体段构成在转子的整个长度上平行于转子的旋转轴线延伸的永久磁体。优选在各个转子模块上这样形成沟槽段，即，使得所述沟槽段在转子模块组合时相互连接，且由此在转子的外周上形成贯通的沟槽。
这例如可如此实现，即，每个转子模块的沟槽段相对于邻接的永久磁体段的纵向边缘倾斜为，使得在转子模块的每个端面上，沟槽段的中心线在周向上与永久磁体段的纵向边缘的预定间距相同。这就确保了永久磁体段和沟槽段在转子模块的端面上彼此始终具有限定的间距。因此就提供了在所有转子模块中相同的交接点，其使得各个转子模块都能被布置成在其端面上不仅永久磁体段而且沟槽段相互对准或互相连接。按此方式，就在邻接的永久磁体(其在转子的纵向上由多个永久磁体段组成)的区域中构成了贯通的沟槽。
此外，优选每个沟槽段的中心线与邻接的永久磁体段的纵向边缘至少相交一次。这意味着，所属的沟槽段径向向外倾斜地延伸过所属的(zugehrig)永久磁体段的纵向边缘。在沟槽段与邻接的永久磁体段的纵向边缘仅相交一次或相交奇数次的情况下，沟槽段的端部在转子模块两相对的端面上沿周向布置在所属的永久磁体的纵向边缘的相对侧上。为了能由这样的转子模块组成具有贯通沟槽的转子，必须设置具有不同的也即相对倾斜的沟槽段的转子模块，或必须在转子模块本身中设置不同的也即相对倾斜的沟槽段，从而如果两个转子模块以预定的角度相对旋转，它们由此就能相互叠置，也就能在其外周上形成贯通的、之字形的沟槽。
或者，转子模块上的沟槽段分别利用其中心线与邻接的永久磁体段的纵向边缘相交多次。在沟槽段的中心线与永久磁体段的纵向边缘相交两次或相交别的偶数次的情况下，沟槽段的端部在转子模块的两端部始终在相同的周向上与永久磁体段的纵向边缘间隔开。
此外，优选转子具有至少两个转子模块，所述至少两个转子模块沿转子旋转轴线方向的长度不同，由此就可实现由转子模块组成的、不同转子长度的细微阶梯等级(Abstufung)。
至少一个转子模块优选具有分别这样成角度构造的沟槽段，该沟槽段的中心线在转子模块的两相对端面上沿周向在相同的方向上与邻接的永久磁体的纵向边缘间隔相同远的距离。这样的布置方式在上述情况下尤其有利，其中沟槽段利用其中心线与邻接的转子模块的纵向边缘相交两次或相交别的偶数次。该布置方式能让所有这样构造的转子模块随意组合，其中各个转子模块的沟槽段与各个转子模块之间的交接点接触，于是就能在转子的外周上构成贯通的沟槽。各个转子模块的沟槽段在此优选这样与各个转子模块之间的交接点互相连接，即，使得在转子模块之间的交接点上，在沟槽中形成角度或弯折。
沟槽和/或沟槽段例如以之字形向邻接的磁体或磁体段的纵向边缘延展。通过具有相对倾斜的沟槽段的转子模块互相接合，或通过沟槽段早已自身在转子模块中以之字形延伸，可实现沟槽以之字形延伸。沟槽或沟槽段以之字形延伸的优点在于，可在每个转子模块中确保在那里存在的沟槽段以理想的周边区域或旋转角延伸过邻接的永久磁体段的纵向边缘，以便实现电动机平稳的转矩分布。按此方式构造的不同的转子模块可随意组合，以便形成不同长度的转子，其中始终确保了在整个转子的长度上，永久磁体的纵向边缘均匀地被倾斜延伸的沟槽覆盖，以便实现均匀的转矩分布。
优选的是，分别将沟槽构造为，使得它们分别在整个转子的长度上至少沿径向基本覆盖邻接的永久磁体的纵向边缘。这意味着，沿转子的长度看，在转子的每个位置，永久磁体在转子外周上的外纵向边缘被倾斜延伸的沟槽覆盖。沟槽优选具有这样的倾斜角和这样的沟槽宽度，即，尽管沟槽在每个位置上都是倾斜的，但还是基本覆盖或接触永久磁体的纵向边缘。在此这样形成覆盖，即从永久磁体的纵向边缘径向向外看，在转子的外周上始终存有一部分沟槽。
此外优选这样布置沟槽，即，使得分别有一个沟槽沿径向覆盖两个相邻的永久磁体的径向外纵向边缘。该实施方式对于永久磁体的布置特别有意义，其中永久磁体在转子内呈切线地、沿圆弦的方向延伸。在该布置方式中，彼此邻接的两个永久磁体的纵向边缘始终相互面对且直接相互邻近。相互邻接的两个永久磁体的径向外纵向边缘会因永久磁体的纵向边缘之间的小间距而由倾斜延伸的沟槽覆盖。在此，沟槽或构成沟槽的沟槽段相对于转子纵轴具有倾斜角，并具有这样选择的沟槽宽度，即，在沿着转子纵轴的每个位置上，沟槽沿径向覆盖相互邻接的永久磁体的两纵向边缘。也就是说，从纵向边缘出发，沟槽或沟槽段的一部分在沿转子纵轴方向的每个位置沿径向向外。
此外，优选沟槽或构成沟槽的沟槽段具有燕尾形的横截面。该横截面形状能使沟槽在转子的外周上具有尽可能小的宽度，同时使沟槽朝转子内部扩展并在槽底的区域中沿周向具有最大的宽度。在此，优选槽底的宽度设置成，使得在沿转子长度方向的每个位置上，槽底的一部分覆盖邻接的永久磁体的纵向边缘或相互邻接的永久磁体的纵向边缘。
根据另一特定实施方式，在转子的环绕材料中与永久磁体的纵向边缘相邻接地形成自由空间，该自由空间优选与邻接的沟槽保持连接。永久磁体纵向边缘上的该自由空间防止或减少了通过转子材料的磁短路，于是就确保了磁通基本通过定子延展。
优选的是，转子由多个相互叠置的转子叠片构成，其中自由空间仅在转子叠片的一部分中形成且优选在两个相邻的永久磁体之间延伸。转子或其转子模块由各个转子叠片构成，这些转子叠片例如是采用冲压堆积方法(Stanzpaketierverfahren)相互堆叠的。尤其是，如果在永久磁体的纵向边缘上形成的自由空间与转子外周上邻接的沟槽保持连接，则优选可不在每个转子叠片中形成自由空间，而是在各个转子叠片中在各自的区域内保持桥接，以便将永久磁体与沟槽之间的各个转子区段组合起来。
根据本发明的又一实施方式，转子和各个转子模块由多个转子叠片构成或由组合的、实心的、优选烧结的区段构成，其中在相互邻接的区段之间构成永久磁体的容纳空间。在该构型中，永久磁体在转子区段之间沿径向辐条式地延伸。优选的是，在各个转子区段之间也形成倾斜延伸的沟槽，也即，转子区段在转子的圆周区域内彼此具有限定沟槽的一定间距。为了能由多个转子模块组成转子，相应地可由转子模块区段组成各个转子模块，其中在转子模块区段之间布置有永久磁体段，并在外周上构成倾斜延伸的沟槽段。
此外，优选在沟槽的至少一部分中或在附加地形成于转子内的通道中布置电导体。为此，在模块化组装转子时，可对应沟槽或通道在每个转子模块中设置电导体，其中，在组装转子模块时，转子模块之间的交接点上的各个导体段相互接触，以便在转子的纵向上构成贯通的电导体。该导体例如可通过给沟槽或通道浇注铜来产生。导体的布置方式使得转子的构型能用于直接起动电动机，该电动机为混合电动机，混合电动机在按照异步电动机的方式启动时以及在之后的操作中会像永磁电动机一样运行。优选地，将电导体布置在转子外周的通道中，其中该通道平行于向外敞开的沟槽延伸，也即同样相对于转子的旋转轴线沿周向倾斜延展。内置有电导体的通道可朝向转子的外周敞开，亦或构造为在转子内的封闭通道。
此外，本发明还涉及一种制造前述永磁转子的方法。根据该方法，转子由多个转子叠片组成，其中，按照转子叠片的组合顺序依次冲压各个转子叠片。优选各个转子叠片依次由带钢冲压而成。在每次冲压过程之后，用于冲压转子外周上沟槽的工具以预定角度绕着与转子旋转轴线对应的转子纵轴旋转。也就是说，在每个叠片中，沟槽以预定的角度相对于前面的叠片沿周向错开。如果各个叠片相互重叠，通过错开冲制的沟槽段，就在转子的外周上产生相对于永久磁体的纵向边缘倾斜的沟槽。在冲压的同时，在每个转子叠片中冲出多个容纳永久磁体的凹槽。该凹槽优选冲在每个转子叠片中相同的角度位置，也即，冲压该凹槽的工具不像冲制沟槽的工具在每次冲压过程之后旋转。按此方式，永久磁体就可在沿转子的纵向组合转子叠片之后插入转子中，从而使永久磁体平行于转子纵轴延伸。永久磁体优选具有这样的长度，即使得其与转子旋转轴线方向上的转子长度相等。
此外，转子优选由至少两个预制的转子模块组成。在此，如以上针对整个转子描述的一样，各个转子模块分别由多个转子叠片组成。转子模块的各个转子叠片按照它们的组装顺序依次冲压。在此，冲压转子外周上沟槽的工具在每次冲压过程之后以预定的角度绕着转子纵轴旋转。如此一来，就在转子模块的每个叠片中冲成周向上彼此错开的沟槽部分。在转子模块的各个叠片顺次组合时，通过在每个转子叠片中冲制的错开的沟槽部分在转子模块的外周上形成倾斜的沟槽段。在将转子叠片组装成一个转子模块之后，将与转子模块长度匹配的永久磁体段置入转子模块中。对于永久磁体段，在转子叠片中冲制一些凹槽，这些凹槽设于每个转子叠片中相同的角度位置，于是永久磁体段就能平行于转子的旋转轴线插入转子模块中。
此外，优选预制具有预定长度的转子模块，以形成具有不同长度的转子。预制的转子模块可按照理想的转子长度以不同的、优选是任意的组合相互接合。各个转子模块这样预制，即，使得平行于转子模块的旋转轴线延伸过转子模块的轴向长度的永久磁体段布置在转子模块中。此外，转子模块各自在外周上具有相对于邻接的永久磁体段的径向外纵向边缘倾斜的沟槽段，其中永久磁体段例如可沿圆弦的方向或径向地在转子模块内延伸。按照理想的转子长度，不同的多个转子模块沿纵向相互接合，其中各个转子模块的永久磁体段优选彼此对准地进行设置，从而在转子中形成在整个转子的长度上平行于转子的旋转轴线延伸穿过转子的永久磁体。在此，各个转子模块的沟槽段优选如上所述地相互连接，从而构成在整个转子的长度上延伸的、必要时呈之字形走向的倾斜沟槽。在此，沟槽优选在整个转子的长度上覆盖邻接的永久磁体的纵向边缘。
例如，设置至少两种优选三种模块长度不同的转子模块。也就是说，多个优选是三个构造为长度不同的转子模块可随意地相互组合，以便能按照需要制造由给定的阶梯等级产生的转子长度。
优选的是，这样选择该阶梯等级，即，使得第二种转子模块的模块长度比第一种转子模块的模块长度多出一半的长度。在此，还优选设置第三种转子模块，其模块长度是第一种转子模块的模块长度的两倍。由此就产生了可由这些转子模块组成的不同转子长度的阶梯等级，该阶梯等级对应于第一种转子模块的模块长度的一半。


下面结合附图对本发明进行示范性的描述。其中图1示出了本发明第一实施方式的转子的示意性透视图；图2示出了本发明第二实施方式的转子的示意性透视图；图3示出了本发明第三实施方式的转子的透视图；图4示出了图3所示转子的细部图；图5示出了图3和4所示转子的第一转子叠片；图6示出了图3和4所示转子的第二转子叠片；图7示出了另一实施方式的转子的透视图；图8示出了图7所示转子的细部图；图9示出了本发明又一实施方式的转子的透视图；图10示出了图9所示转子的细部图；图11示出了本发明转子的转子叠片；图12示意性地示出了本发明转子的组装；图13示意性地示出了由预制转子模块构成的不同长度转子的构造。
具体实施例方式
图1中所示的转子由八个相同的转子区段2构成，它们例如可以制成为烧结金属部。转子区段2构造为锥形，且彼此交替旋转180度地排列，于是一个旋转元件始终以其宽端面位于两个邻接的转子元件2的窄端面之间。转子区段2各自彼此隔开布置，于是就在转子区段2之间形成沿径向延伸的自由空间，永久磁体4布置在该自由空间中。永久磁体4沿径向延伸且因此总体呈星形排列。永久磁体4在此并未沿径向延伸到转子的外周。确切地说，在永久磁体4径向侧的转子区段2之间的自由空间形成为沟槽6，其向转子的外周敞开。沟槽6形成为，使得它们在外周上顺着转子的总长沿转子的旋转轴线X具有恒定的间隙宽度。此外，沟槽6倾斜地延伸出转子的周边，于是它们相对于永久磁体4的径向外纵向边缘8倾斜。因此，沟槽6在转子的周边上旋转地或螺旋状地延伸。沟槽6的这种倾斜延伸是通过转子区段2的锥形构造实现的，也即，转子区段2的一个纵向端部的横截面积要比相对的纵向端部的横截面积小。
此外，沟槽6形成为，使得它们在外周上的宽度小于进一步位于径向内部的沟槽底部的宽度，也即小于与永久磁体4连接的区域的宽度。这是通过沟槽在转子区段2的一个纵向端部阶梯状扩展而实现的。在转子区段2的锥形构型中，阶梯状扩展部10分别在该转子区段2的纵向端部形成有较大的横截面积。阶梯状扩展部10是随转子区段2朝向相对的纵向端部渐缩而引出的，于是在该相对的端部就不再存在阶梯状扩展部10了。通过转子区段2始终以交替地旋转180度的方式排列，在每个沟槽6的走向中实现阶梯状扩展部10相应于沟槽6的倾斜走向在沟槽的走向中从一沟槽侧向另一沟槽侧变换。
通过所述构型实现了，在沿旋转轴线X方向的转子整个长度上，永久磁体4的径向外纵向边缘8或径向向外对准的端面被沟槽6覆盖，于是沟槽与永久磁体6邻接的自由空间就构成磁绝缘，其阻止转子内部的磁体南北极之间出现磁短路，也即阻止通过转子区段2的磁短路。如此一来，就确保了磁通通过电动机的定子(这里未示出)并因此确保了较高的电动机效率。沟槽构造成朝外周逐渐变窄，于是磁通在这里尽可能少地被沟槽中断，且因此实现电动机尽可能均匀的转矩分布。
在图1中所示的转子中，因为转子区段2构造为锥形，沟槽6在转子的外周上沿着转子的圆周交替地在相对方向上倾斜，而图2中所示的转子是这样形成的，即，使得所有的沟槽6在从转子的一端面朝向相对端面的走向中沿相同的周向倾斜。沟槽在此也如图1中所示的那样笔直地延伸，并因此与邻接的永久磁体4的纵向边缘8以一角度倾斜。永久磁体4在转子区段2之间的排列对应于图1的排列。在图2的实施方式中，所有的转子区段2同样相同地优选形成为烧结构件。但与图1所示实施方式不同的是，转子区段2全都排列在相同的方向上，于是在转子区段2之间就形成了相同倾斜的沟槽6。并且，在该实施方式中，沟槽6在面向永久磁体4的区域中具有阶梯状的扩展部10。
转子区段2上的每个阶梯状扩展部10这样构造，即，使得它们分别形成在转子区段2的一端面上、转子区段2的纵向边缘处。扩展部10沿纵向边缘的走向一直减小到相对的端面，于是在那里相同的纵向边缘处就不再形成扩展部了。相反，转子区段2的相对纵向边缘这样构造，即，使得扩展部10沿纵向边缘的走向增大，从而在该转子区段的纵向边缘上在第一端面处不形成扩展部，而在相对的端面形成扩展部10。因此，转子区段在其两端面构造相同，并且它们相对于转子区段2的中心点对称且转子区段2由此可随意地旋转180度地进行组装。并且，在该布置方式中，通过沟槽在外周上的窄构型，确保了通向定子的磁通尽可能少地在那里流过，而构造在永久磁体4的径向外端面上的、沟槽的宽构型用于在那里实现充分的磁绝缘。沟槽6沿径向在整个转子的长度上覆盖永久磁体4的纵向边缘8或径向外端面。
图3示出了一个由多个转子叠片构成的转子，这些转子叠片在转子旋转轴线X的方向上互相叠置。在转子叠片12中，分别形成有四个缝隙14，它们在圆弦的方向上也即垂直于半径的方向上在转子叠片中延伸。缝隙14在每个转子叠片12中相对于旋转轴线X在相同的角位置上排列，于是缝隙14就在相互叠置的转子叠片12中形成沿纵向穿过转子延伸的凹槽，永久磁体可平行于旋转轴线X延伸置于该凹槽中。
在缝隙14的端部边缘16也即由缝隙14构成的凹槽的径向外置纵向边缘16的区域中形成凹槽，这些凹槽在转子的外周上构成沟槽18，它们的功能与结合图1和2所述的沟槽的功能相一致。在图3的实施方式中，沟槽18为V形或之子形，于是它们在转子的长度上与缝隙14的纵向边缘16的区域相交两次。正如图4中的放大图中明显示出的那样，沟槽18的横截面形成为燕尾形。这意味着，沟槽18在朝向转子的外周的开口区域中沿周向的沟槽宽度窄，于是只有窄的敞开的间隙朝向外周对准。从该间隙20出发，沟槽18径向向内地扩展，于是它们就在沟槽底部也即面向缝隙14的纵向边缘16的区域上沿周向具有大得多的沟槽宽度。该沟槽底部上的沟槽宽度a(其扩展部10的功能与图1和2的实施例中的相同)与沟槽相对于转子长度方向或边缘16的倾斜角α相匹配。沟槽宽度a是这样选择的，即，在沟槽以倾斜角α倾斜时，沟槽在整个长度上沿平行于旋转轴线X的方向覆盖沟槽或沟槽底部径向上的缝隙14的纵向边缘16。也就是说，在沟槽的一端上，沟槽利用沟槽底部的周向侧边缘与边缘16邻接。在沟槽的沿旋转轴线X方向的相对端处，沟槽利用沟槽底部周向上的相对端与缝隙14的边缘16邻接。这是在图3所示的转子中在转子长度方向的中心处的情况，因为在那里角度改变了，并且沟槽以相反的角度折回，于是沟槽在两端部相对于邻接的缝隙14的边缘16位置相同。
此外，在图4中可看出，在每个第二转子叠片12中，沟槽18通过附加的自由空间22与邻接的缝隙14连接。该自由空间22使得在形成自由空间22的那些转子叠片中，转子叠片在永久磁体置于缝隙14的两极上的部分不通过转子叠片连接。因此就通过自由空间22提供了磁绝缘，其阻止转子内部中出现磁短路。在每个第二转子叠片中，去除了自由空间22。这用于保持组装各个转子部分的桥接。
图5和图6示出了结合图3和图4所述的转子的两个不同的转子叠片。图5和图6所示的转子叠片12为两个在转子中直接相互邻靠的转子叠片12。在转子叠片的中心，形成有用于容纳转子轴的圆形孔24。在图5和图6中可看出，沟槽18沿径向覆盖缝隙14的边缘16的情况。此外，可看出一个自由空间22分别与两个沟槽18相接，该自由空间22使沟槽18直接与邻接的缝隙14连接。在另两个沟槽18上去掉了自由空间，以防止转子叠片12落下碎散。在图6所示的转子叠片中，相应地在另两个沟槽18(在图5的转子叠片12中不在其上设置自由空间22)上形成自由空间22。因此就分别交替地在转子叠片中在沟槽18上形成自由空间，在下一个叠片中不形成自由空间，并在后面的叠片中再形成自由空间等等。因为直接相靠的转子叠片12中的角度小，所以看不出沟槽18在图5和6所示的两叠片之间的周向偏移。
此外，在图5中，还示意性地示出了用于直接起动电动机的转子的特定构型。对于此种应用，可在转子中靠近外周形成附加的通道23，通道同时绕着转子的周边分布在沟槽18之间。在图5中，示出了仅位于两个沟槽18之间的通道23，但是可以理解的是，也可将通道23相应地分布在转子的整个周边上。通道23优选平行于沟槽18延伸并包含电导体。为此，优选给通道23浇注铜。电导体的该布置方式能使电动机按照异步电动机的方式在启动时运行，其中，电动机在启动之后像永磁电动机一样运行。应该理解，附加的通道23是可选地布置的，也即，不必非要存在于图5和图6所示的转子叠片的转子中。
也可取代如结合图3和图4所述的自由空间22的交替布置方式，使多个转子叠片12始终以自由空间22相互叠置在相同的沟槽18上，如图7和图8所示。图7中所示的转子基本与图3至图6所述的转子相同，区别仅在于，自由空间22在旋转轴线X的方向上构造得较长，其中在相同沟槽上具有自由空间22的多个转子叠片12始终互相叠置，之后与在该沟槽上没有自由空间22的多个转子叠片相接。按此方式，自由空间22就沿旋转轴线X的方向在邻接的缝隙14与沟槽18之间形成较长的贯通部(Durchbrechung)，它们分别在旋转轴线X的方向上与较长的连接桥接片26分开。
图9和图10中示出了基于结合图3至图8所述的实施方式的另一实施方式。该转子也是由多个转子叠片12构成的转子。在这些转子叠片中形成有上面结合图3至图8所述的缝隙14和沟槽18。与上述转子不同的是，在图9和图10的转子中，在位于周向上的沟槽端部未形成自由空间22，而在沟槽18的中心、在间隙20的径向加长部中沿沟槽18的纵向形成开槽28，开槽径向向内地进入转子叠片中直至它们局部地接触缝隙14且因此在缝隙14与沟槽18之间形成连接。缝隙14与沟槽18的接触基本上发生在这样的区域中，即，沟槽的中心也即间隙20的、位于与缝隙14的边缘16相同的半径线上的径向加长部中的区域。开槽28还具有在缝隙14的端面也即在缝隙14的边缘16的区域中中断转子叠片12的软磁材料的目的，以便阻止或减少转子内部磁体的径向对置的两极之间的磁通。
图11示出了类似于图9和图10所示转子的转子叠片的俯视图。在该转子叠片12中，除了开槽28外，还在沟槽18沿周向对置的纵向边缘上形成有进一步径向向内的开槽30。为此，较大程度地切入软磁材料，以阻止转子内部置于缝隙14中的永久磁体之间出现的磁通或短路。此外，如图11所示还可以看到，开槽28始终仅触及两个与沟槽18邻接的缝隙14中的一个。按此方式，就确保了在转子叠片12的所有区域之间保持桥接，以便将转子叠片乃至成品转子保持在一起。
下面结合图12和图13描述本发明转子的模块化组装。转子的模块化组装的构思在于，预制各个转子模块32，随后利用转子轴34将预制的转子模块32组装成一个完整的转子。这就可以按照理想的转子长度简单地将不同数量的预制转子模块32组装起来。此外，也可如结合图13描述的那样预制不同长度的转子模块32，然后它们可以理想的组合连接以便形成理想的转子长度。
图12的上方示出了转子模块32的组成情况。每个转子模块32都由多个互相叠置的转子叠片12构成。在图12所示的实例中，在转子叠片12中设有用于永久磁体或永久磁体段36的径向对准的缝隙14。也就是说，在此描述的转子中，永久磁体段36呈星形沿径向排列。或者，也可按照与图3至图10描述的布置方式相同的缝隙14的布置来进行所述的模块组装。此外，模块组装也可利用转子区段2实现，如结合图1和图2描述的那样，从而沿旋转轴线X的方向在转子模块32的长度上预制转子区段2。
此外，在转子模块中相应于所示的实例在转子叠片12中按照前述方式形成沟槽18。在此，沟槽18在周向上斜地或倾斜地延伸，其中，它们沿轴X的方向覆盖转子模块32整个长度上的缝隙14的径向外边缘。在此，如上所述，沟槽宽度a和倾斜角α相互保持一致，在转子模块32的一端面处沟槽18利用其一周边端部正好覆盖缝隙14的径向端面，而在转子模块32的另一端面处沟槽18利用周向上的对置端刚好覆盖缝隙14的端面。因此，转子模块32对应于图3、图7和图9中所示的转子在旋转轴线X方向上的一半。在相互叠置的转子叠片12中，沿纵向装有永久磁体段36。随后，在叠片堆的两端面设有防尘盖38，以便构成转子模块32。必要时也可去掉防尘盖38。在图12所示的实例中，在转子轴34上装配按此方式预制的三个转子模块32，以便形成具有三个转子模块32长度的转子。在此，转子模块32这样相互排列，即，使得各个转子模块32的永久磁体段36相互对准，也即类似于贯通的永久磁体在整个转子的长度上平行于旋转轴线X延伸。
下面结合图13描述由不同长度的预制转子模块32a、32b以及32c组成的不同长度转子的结构，其中各个转子模块32如结合图12所述的那样装配。为简单起见，在图13中仅参照其中心线示出沟槽18。此外，还仅示意性地示出了缝隙14或永久磁体或永久磁体段36的纵向边缘。每个转子上都仅示出了纵向边缘16和沟槽18。每个转子都具有多个分布在其周边上的永久磁体和所属的纵向边缘16以及沟槽18。
如图13的上方所示，设有三个不同长度的转子模块32a、32b和32c，它们可由多个转子叠片12或如图1和2所示的转子区段2组成。在所示的实例中，其长度成阶梯状，转子模块32b在旋转轴线X的方向上的长度比转子模块32a多一半。转子模块32c在该方向上的长度是转子模块32a的两倍。在转子模块32a中，沟槽18在外周上仅沿一个方向倾斜地延伸。在转子模块32b和32c中，沟槽18呈之字形地延伸，如结合图3至图11所述的那样。沟槽18在三个不同长度的转子模块32a、32b和32c中相对于转子纵轴成不同的倾斜角度，从而在所有三个构成为不同长度的转子模块中，沿周向在转子模块32a、32b和32c端面上的纵向边缘16与沟槽18之间的间距d相同。这就可让转子模块32a、32b和32c以任意组合在纵向上互相接合，其中各个转子模块32a、32b和32c的沟槽段或沟槽18与交接点接触或相互连接，于是就在成品转子中形成贯通的必要时为之字形的沟槽18。如果多个转子模块32a(其中的沟槽或沟槽段18在转子模块中直线延伸而不是之字形地延伸)互相接合，就不能让沟槽全都在相同的方向上倾斜地延伸，如图12所示。
如图13所示，可将由转子模块32a、32b和32c组成的不同长度的转子组装起来，其中，所能构造的转子长度的阶梯等级与转子模块32a在旋转轴线X的方向上的一半长度相对应。在不同的转子模块32a、32b和32c组合的八个示出的实例中，可看出，各个转子模块32a、32b和32c的沟槽18始终相互连接，于是就在整个转子的长度上形成之字形贯穿的沟槽18，它们全都通过给定的相同的转子旋转角延伸。在转子长度的阶梯等级方面，最短的转子可仅由转子模块32a构成。下一个较长的转子仅由转子模块32b构成。具有最短转子两倍长度的转子可仅由转子模块32c构成。比转子模块32a长一半的转子可由转子模块32a和转子模块32b的组合构成。下一个较长的转子可由转子模块32c和转子模块32a的组合构成。相应地，阶梯等级一直继续到在图13的实例中所示出的最长的转子，其由一个转子模块32c、两个转子模块32b以及一个转子模块32a构成。当然，也可利用该系统形成更长的转子。
有利的是，在该转子的模块结构中，不必预制不同长度的永久磁体，而是可按照积木式结构原理将完成的预制转子模块随意地相互插接，以便能低廉而简单地构造不同长度的转子。
附图标记一览表2转子区段4永久磁体6沟槽8纵向边缘10扩展部12转子叠片14缝隙16边缘或纵向边缘18沟槽20间隙22自由空间23通道24孔26连接桥接片28开槽30开槽32转子模块34转子轴36永久磁体段38防尘盖X旋转轴线a沟槽宽度b间距α倾斜角
权利要求
1.一种用于电动机的永磁转子，其中该转子内的多个永久磁体(4；36)平行于该转子的旋转轴线(X)延伸，并且在该转子的外周上、在所述永久磁体(4；36)的径向外纵向边缘(8；16)的区域中，形成多个向外敞开的沟槽，这些沟槽在周向上分别相对于邻接的永久磁体(4；36)的纵向边缘(6；18)倾斜或弯曲，其特征在于，各沟槽(6；18)的中心线与邻接的永久磁体(4；36)的纵向边缘(8；16)至少相交一次，转子外侧上的沟槽(6；18)在周向上的宽度小于该沟槽(6；18)进一步位于径向内部的区域中的宽度，并且所述沟槽(6；18)的横截面形状在该转子的长度上恒定。
2.如权利要求1所述的永磁转子，其特征在于，该转子由至少两个在纵向(X)上互相接合的预制转子模块(32)构成，在每个转子模块(32)中布置有永久磁体段(36)，并且在每个转子模块(32)的外周上具行沟槽段(6；18)，其中在组装所述转子模块(32)时，各个转子模块(32)的沟槽段(6；18)共同构成所述沟槽(6；18)，而各个转子模块的永久磁体段(36)共同构成该转子的永久磁体(4)。
3.如权利要求2所述的永磁转子，其特征在于，每个转子模块(32)的沟槽段(6；18)相对于邻接的水久磁体段(36)的纵向边缘(8；16)这样倾斜，即，使得在所述转子模块(32)的每个端面上，所述沟槽段(6；18)的中心线在周向上分别与所述永久磁体段(36)的纵向边缘(8；16)具有相同的预定间距(b)。
4.如权利要求2或3所述的永磁转子，其特征在于，每个所述沟槽段(6；18)的中心线与邻接的永久磁体段(36)的纵向边缘(8；16)至少相交一次。
5.如权利要求2至4之一所述的永磁转子，其特征在于，该转子具有至少两个转子模块(32)，所述至少两个转子模块(32)在该转子的旋转轴线(X)的方向上长度不同。
6.如权利要求2至5之一所述的永磁转子，其特征在于，至少一个转子模块(32)具有分别以下述方式形成角度的沟槽段(6；18)，即，所述沟槽段(6；18)的中心线在所述转子模块(32)的两相对的端面上沿周向在相同的方向上与所述永久磁体(4；36)的纵向边缘(8；16)间隔相同的距离。
7.如前述权利要求之一所述的永磁转子，其特征在于，所述沟槽(6；18)和/或沟槽段(6；18)相对于邻接的永久磁体(4)或永久磁体段(36)的纵向边缘(8；16)呈之字形延伸。
8.如前述权利要求之一所述的永磁转子，其特征在于，所述沟槽(6；18)分别形成为，使得所述沟槽分别在整个转子的长度(X)上至少沿径向基本覆盖邻接的永久磁体(4；36)的纵向边缘(8；16)。
9.如前述权利要求之一所述的永磁转子，其特征在于，所述沟槽(6；18)布置为分别有一个沟槽(6；18)沿径向覆盖两个相邻的永久磁体(4；36)的径向外纵向边缘(8；16)。
10.如前述权利要求之一所述的永磁转子，其特征在于，所述沟槽(6；18)具有燕尾形的横截面。
11.如前述权利要求之一所述的永磁转子，其特征在于，邻接于所述永久磁体(4；36)的纵向边缘(8；16)、在该转子的环绕材料中形成多个自由空间(22；28)，所述自由空间优选与邻接的沟槽(6；18)保持连接。
12.如权利要求11所述的永磁转子，其特征在于，该转子由多个相互堆叠的转子叠片(12)构成，其中所述自由空间(22；28)仅形成在转子叠片的一部分中，并优选在两个相邻的永久磁体(4；36)之间延伸。
13.如前述权利要求之一所述的永磁转子，其特征在于，该转子或各个转子模块(32)由多个转子叠片(12)构成；或由组装的、实心的、优选烧结的区段(2)构成，其中在相互邻接的区段(2)之间形成所述永久磁体(4)的容纳空间。
14.如前述权利要求之一所述的永磁转子，其特征在于，在所述沟槽(6；18)的至少一部分中或在附加地形成于该转子内的通道(23)中，布置有电导体。
15.一种用于制造如前述权利要求之一所述的永磁转子的方法，在该方法中，该转子由多个转子叠片(12)组成，其中，各个转子叠片(12)按照组装顺序依次冲压，并且用于冲压该转子外周上的沟槽(18)的工具在每次冲压过程之后以预定角度绕着该转子的纵轴(X)旋转，以便在该转子的外周上形成相对于永久磁体(4；36)的纵向边缘(16)倾斜的沟槽(18)，并且在将所述转子叠片(12)组装成一个转子之后，在该转子中置入与该转子的长度相匹配的永久磁体(4；36)。
16.如权利要求15所述的方法，其中，该转子由至少两个预制的转子模块(32)组成，所述转子模块(32)分别由多个转子叠片(12)组成，各个转子模块(32)的转子叠片(12)按照组装顺序依次冲压，并且用于冲压该转子外周上的沟槽(18)的工具在每次冲压过程之后以预定角度绕着该转子的纵轴(X)旋转，以便在所述转子模块(32)的外周上形成相对于所述永久磁体(4；36)的纵向边缘(16)倾斜的沟槽(18)，并且在将所述转子叠片(12)组装成一个转子模块(32)之后，在所述转子模块中置入与所述转子模块(32)的长度相匹配的永久磁体段(36)。
17.如权利要求16所述的构造具有不同长度的转子的方法，在该方法中，预制预定长度的、内置有永久磁体段(36)的转子模块(32)，所述永久磁体段(36)平行于所述转子模块(32)的旋转轴线(X)在所述转子模块(32)的轴向长度上延伸，并且所述转子模块(32)分别在外周上具有多个沟槽段(18)，所述沟槽段(18)相对于邻接的水久磁体段(36)的径向外纵向边缘(16)倾斜，且使多个不同的转子模块(32)按照理想的转子长度沿纵向(X)这样互相接合，即，使得各个转子模块(32)的永久磁体段(36)共同构成沿轴向穿过该转子延伸的永久磁体(4)。
18.如权利要求17所述的方法，其中，设置至少两种优选三种具有不同模块长度的转子模块(32)。
19.如权利要求18所述的方法，其中，第二种转子模块(32b)的模块长度比第一种转子模块(32a)的模块长度长一半，优选设置第三种转子模块(32c)，该第三种转子模块的模块长度是该第一种转子模块(32a)的模块长度的两倍。
全文摘要
本发明涉及一种用于电动机的永磁转子，其中转子内的永久磁体(4；36)平行于转子的旋转轴线(X)延伸，并且，在永久磁体(4；36)的径向外纵向边缘(8；16)的区域中，在转子的外周上形成向外敞开的沟槽，这些沟槽在周向上分别相对于邻接的永久磁体(4；36)的纵向边缘(6，18)倾斜或弯曲，其中各沟槽(6；18)的中心线与邻接永久磁体(4；36)的纵向边缘(8；16)至少相交一次，转子外侧上的沟槽(6；18)在周向上的宽度小于沟槽(6；18)的进一步位于径向内部区域中的宽度，并且，沟槽(6，18)的横截面形状在转子的长度上恒定。此外，本发明还涉及一种制造该转子的方法。
文档编号H02K15/03GK101057381SQ200580038929
公开日2007年10月17日 申请日期2005年11月7日 优先权日2004年11月12日
发明者亨里克·罗斯科夫·佩德森, 凯尔·赫勒加尔德, 凯尔德·福尔萨克·拉斯穆森 申请人:格伦德福斯联合股份公司