专利名称：具有永久磁体的电机以及用于对电机进行校准的方法
技术领域：
本发明涉及电机，对于所述电机来说由永久磁体提供励磁场。此外，本发明涉及一种方法，该方法用于对电机进行校准以减少相同结构的电机的性能的偏差。
背景技术：
在构造电机时，为产生励磁场而可以使用永久磁体。尤其对于同步电机来说永久磁体处于活动的转轮上，对于旋转的同步电机来说永久磁体则处于同步电机的转子中。为了制造具有较高的转矩密度的同步电机，经常从稀土材料比如钕-铁-硼-合金(NdFeB)中切出永久磁体。这些永久磁体的剩磁的公差一般为士3%。所述剩磁的公差可能是粉末状的组成部分的混合比例的轻微的偏差以及在对用于永久磁体的材料进行热处理时燃烧温度的从批次到批次变化的偏差的结果，其中所述永久磁体的材料由所述粉末状的组成部分所制成。电机中的磁通量在电机的磁路不饱和时直接与永久磁体的剩磁成比例。因此具有不同批次的永久磁体的电机可能具有不同的磁通量并且由此可能在其性能方面有些差别， 也就是比如具有不同的转矩-转速-特性曲线。但是值得追求的是，构造特定类型的具有尽可能相同的性能的电机，尽管在永久磁体的不同的批次中会出现剩磁的偏差。
发明内容
本发明的任务是，提供一种电机，该电机能够对永久磁体的剩磁的公差进行补偿， 用于在不依赖于这些公差的情况下制造具有相同的性能的电机。该任务通过按权利要求1所述的用于电机的电机组件并且通过按并列的权利要求所述的电机以及用于对永久磁体的剩磁方面的公差进行补偿的方法得到解决。其它有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。按照第一方面，设置了用于电机的具有由磁性的材料制成的本体的组件，其中在所述本体中设置了至少一个沿轴向的方向延伸的凹处，所述凹处具有耦合面，用于在将永久磁体如此装入到所述凹处中使得其极面抵靠在所述耦合面上时在所述本体的外部提供励磁场，其中所述凹处沿轴向方向在所述本体的端部上沿垂直于所述耦合面的方向具有加宽部，使得有待装入的永久磁体按在所述凹处中的定位以其极面之一的可变的部分伸入到所述加宽部中。尤其所述组件可以具有至少一个永久磁体，所述永久磁体布置在所述凹处中，用于提供励磁场，其中所述永久磁体的极面的至少一个部分抵靠在所述耦合面上；其中所述凹处沿轴向方向长于布置在所述凹处中的永久磁体，并且其中所述永久磁体能够沿轴向方向定位，用于确定所述极面的伸入到所述加宽部中的部分。上述具有永久磁体的组件的构思在于，规定由所述组件引起的励磁场具有预先给定的场强，尽管为构造所述组件所需要的永久磁体经受构件离散度。通过在所述永久磁体的极面的一个部分和通过所述本体形成的磁轭区域与所述凹处的沿轴向方向在所述本体的一个端部上的由此形成的加宽部之间设置空隙这种方法，可以调整通过所述组件提供的励磁场的强度。所述空隙在所述永久磁体的极面的一个部分区域的范围内延伸。通过所述永久磁体的极面的在耦合面上的位置朝所述加宽部中移动或者从所述加宽部中移出这种方式，由此可以调节相应的表面的部分，所述永久磁体的极面以所述相应的表面抵靠在所述耦合面上，这尤其使得通过所述永久磁体提供的励磁场具有预先给定的场强。此外，所述凹处可以在所述本体的一个端部上沿向外的方向是敞开的。按照另一种实施方式，所述凹处的加宽部可以设置在一侧或者两侧。此外，所述加宽部可以设置为所述凹处的一个区段，该区段梯级状地从所述耦合面上沉降。按照一种实施方式，所述永久磁体可以在其定位之后固定在所述凹处中。此外，所述永久磁体的在凹处中的位置可以根据其剩磁来选择。可以规定，所述组件相当于电机的转轮，其中所述组件具有分配给所述永久磁体的用于放出磁场的极靴，其中所述凹处的加宽部设置在与朝向所述极靴的一侧对置的一侧上。尤其所述组件可以相当于同步电机的转子，其中所述基本上具有沿圆周方向的极面的永久磁体可以作为轮幅磁体(Speichenmagnete)或者关于极靴倾斜地布置。按照另一方面，设置了具有上述组件的电机尤其同步电机。按照另一方面，设置了用于制造电机的方法。该方法包括以下步骤 -提供上述组件；
-检测有待装入到所述组件的凹处中的永久磁体的剩磁；
-将永久磁体装入到所述凹处中，使得其极面的取决于所检测的剩磁的部分伸入到所述加宽部中。上述方法因而用于调节由所述组件所引起的励磁场的强度，其中考虑到为构造所述组件而使用的永久磁体的剩磁的离散度。通过所述永久磁体的在所述组件的凹处中的合适的定位或者说放置可以调节相应的部分，所述永久磁体的极面以所述相应的部分抵靠在所述耦合面上。此外，可以将所述永久磁体的所检测到的剩磁与基准值进行比较，其中所述基准值相应于所述永久磁体的在凹处中的定位，对于该定位来说相应的极面的预先确定的部分伸入到所述加宽部中，其中在所检测到的剩磁超过所述基准值时扩大相应的极面的伸入到所述加宽部中的部分并且在所检测到的剩磁低于所述基准值时则减小相应的极面的伸入到所述加宽部中的部分。按照另一种实施方式，所述相应的极面的部分的扩大或者说缩小的尺度可以根据所检测到的剩磁与所述基准值之间的差来选择。
下面借助于附图对优选的实施方式进行详细解释。附图示出如下 图1是按现有技术的永久磁体激励的同步电机的横截面的示意图2是图1的同步电机的转子装置；图3是用于构造图2的转子装置的金属板片；
图4是图1的同步电机的转子装置的截取部分中的力线变化曲线的示意图； 图5是用于示出在使用具有彼此有别的剩磁的永久磁铁时按图1的同步电机的转矩变化曲线的图表；
图6是按一种实施方式的同步电机的横截面示意图； 图7是图6的同步电机的具有装入的永久磁体的转子装置的空间示意图； 图8是按图6的同步电机的无永久磁体的转子装置的空间示意图； 图9a、9b是用于构造图8的转子装置的金属板片；
图10a、10b是所述转子装置的一个区域连同所述凹处的横截面的在永久磁体的定位不同时的示意图11是用于描绘用于对电机进行校准的方法的流程图12是用于关于所使用的永久磁体的剩磁来描绘定子齿磁通量的最大值的变化曲线的图表；
图13是用于关于永久磁体的剩磁来描绘转子空隙与永久磁体的极面之间的交叠的图
表；
图14是在使用具有不同的剩磁的永久磁体的情况下图6的电机上的转矩变化曲线；并
且
图lfe-c是转子空隙的在用于同步电机的转子装置中的不同的布置情况。
具体实施例方式图1示出了同步电机1的横截面示意图。所述同步电机1构造为三相的具有十二根定子齿4和八个转子极的同步电机。所述同步电机1包括定子装置2，该定子装置2则具有定子本体3和构造在该定子本体3上的定子齿4。所述定子本体3构造为圆柱形并且包围着内部空间5，在该内部空间5中以能够旋转运动的方式布置了转子6。所述定子齿4等距地构造在所述定子本体3上并且以其沿径向方向向里指向的端部指向转子6的旋转轴线。在所述定子齿4的向里指向的端部上设置了齿顶7，所述齿顶 7构造为加宽的结构并且在其朝旋转轴线指向的外表面上沿所述转子6的旋转的圆周方向具有圆弓形的轮廓，用于与所述转子6的外表面的走向相匹配。所述定子齿4设有单个线圈8，所述单个线圈8的绕线方向在图1中注明。在所述转子6的外表面与所述齿顶7的轮廓之间设置了气隙15。所述转子6围绕着以能够转动的方式得到支承的转子轴10转动。图2示出了所述转子6的空间示意图。该转子6在所示出的实施例中具有转子本体9，该转子本体9具有正方形的凹处11或者说设有垂直于轴向方向梯形的横截面的凹处 11，所述凹处11沿圆周方向(相切于旋转轴线)并且沿所述旋转轴线的轴向方向延伸，用于接纳相应地成形的用于提供励磁场的永久磁体12。所述凹处11处于所述转子6的内部， 从而沿径向方向向外(与所述旋转轴线对置的一侧)在所述凹处11的上面构造了转子极靴 13。在这里的实施例中，所述转子本体9的沿径向方向处于各个凹处11上方的区域相应地定义了一个转子极靴13。在构造所述同步电机1的转子本体9时，可以使用在图3中示意性地示出的金属板片20。所述金属板片20通过冲裁来制成，使得其相应于有待制造的转子本体的横截面。所述金属板片20如此堆放在彼此上面，从而沿轴向方向构成凹处11。在堆装所述金属板片 20之后，将其粘合或者以其它方式彼此连接起来并且将永久磁体12装入到所述凹处11中， 事先已经以所述凹处11的相应的尺寸来提供或者制造了所述永久磁体11。将所述永久磁体12比如通过粘贴、夹紧或者类似方式固定在所述凹处11中。所述永久磁体12在装入所述凹处11中时以其磁极沿径向方向定向，其中极性沿相邻的永久磁体12的圆周方向相反。图4示出了沿所述转子6的凹处11之一的剖切线A-A的剖视图的截取部分，在该图4中可以看出所构成的磁场的力线。所述剖视图沿轴向方向ζ并且沿径向方向r示出了所述转子6，并且在此可以看出转子本体9、永久磁体12、转子极靴13、气隙15和定子齿4 的齿顶7。可以看出，所述转子6和定子齿4的内部的力线基本上几乎彼此平行地延伸。在构造这样的同步电机1时，一般使用永久磁体12，所述永久磁体12从磁性的材料比如钕-铁-硼-合金的材料块中比如通过切割或者铣削加工出来。对于这种永久磁体材料来说，可能出现士3%的剩磁差别。由此会出现这样的情况，即不同的同步电机1上的永久磁体12源自不同的批次并且由此关于其剩磁具有离散度。永久磁体12的离散度的影响示意性地在图5的图表中示出。图5的图表关于用于一种永久磁体以及用于永久磁体12的转子位置示出了标准化的转矩，其中前一种永久磁体的剩磁比平均的剩磁小3%，并且所述永久磁体12的剩磁比平均的剩磁高3%。在此可以看出同步电机1的转矩变化曲线的明显的偏差。图6示出了同步电机1，对于该同步电机1来说应该对所使用的永久磁体12的剩磁的差别进行补偿。在对接下来的实施方式进行说明时，使用相同的附图标记，因而相同的附图标记表示具有相同的或者类似的功能的元件。图6示出了另一台同步电机1。相同的附图标记表示具有相同的或者类似的功能的元件。图6的同步电机1具有与在图1中相同的定子装置2和经过改动的转子6。在图 7中的空间示意图中在没有定子装置的情况下示出了所述转子6，该转子6具有凹处11，所述凹处11沿着轴向方向ζ沿径向方向r设有不同的厚度。在图7中可以看出，在所述转子6的轴向的端部上在所述永久磁体12的一侧上设置了转子空隙16，所述永久磁体12与转子极靴13对置。换句话说，所述凹处11沿轴向方向具有沿径向方向延伸的加宽部。在凹处11与转子轴10之间有转子空隙16，其中所述永久磁体12能够装入到所述凹处11中并且所述转子空隙16优选在所述永久磁体12的整个宽度的范围内沿圆周方向(关于旋转轴线相切的方向)并且沿轴向的方向从转子本体9的一个端部朝所述转子6的内部延伸。所述转子空隙16的沿轴向方向的深度可以大约为所述永久磁体12的轴向长度或者说所述转子本体9的轴向长度的5到20%。图8以空间示意图示出了在没有永久磁体12的情况下的转子6。可以看出梯级， 该梯级在所述凹处11的内部通过附加的转子空隙16来形成。图9a和9b示出了两种用于金属板片21、22的形状，所述金属板片21、22用于构造图6的同步电机1的转子本体9。图9a示出了第一金属板片21，该第一金属板片21基本上设置用于形成所述转子本体9的相应的部分，在该相应的部分中未设置转子空隙16。 图9b示出了具有扩大的空隙的第二金属板片22，所述扩大的空隙用于在轴向的位置上构成凹处11，在所述轴向的位置上所述凹处11应该设有附加的转子空隙16。为构造转子本体9，如此前结合图3所描述的一样，堆叠一定数目的第一金属板片21，使得用于凹处11的空隙上下叠放。然后在沿轴向方向的端部上将另外数目的第二金属板片22安放到这个装置上，从而在那里在如此形成的转子本体6的端部上由于转子空隙16 而产生扩大的凹处。图IOa和IOb示出了所述转子本体6的凹处11的沿轴向方向ζ及径向方向r的横截面示意图。可以看出转子本体9、永久磁体12、转子极靴13、气隙15和定子齿4的齿顶 7。在图IOa所示出的情况中，所述永久磁体12与所述转子本体9的第一端部齐平地终止并且没有伸到所述凹处11的区域中，该区域通过转子空隙16而扩大。也就是说，优选所述永久磁体12沿轴向方向ζ具有与所述凹处11的在没有转子空隙16的区域的情况下的长度相当的长度。与此相反，在图IOb中示出一种情况，在该情况下所述凹处11中的永久磁体12沿轴向方向如此相对于图IOa的位置移动，使得其伸入到所述凹处11的加宽的区域中。通过这种方式，仅仅所述永久磁体12的构成磁极的极面的一部分通过所述耦合面直接抵靠在所述转子本体9上并且所述永久磁体12的极面的较小的部分放在所述转子空隙16 的上面，从而沿极向(Polrichtimg)气隙沿旋转轴线的方向起作用。图11示出了一种用于制造电机的方法。为制造所述电机，在步骤Sl中首先通过金属板片21、22的堆叠来构造转子本体。为此如前面所说明的一样首先安放第一金属板片21并且随后将一定数目的第二金属板片22安放到所述第一金属板片21的堆块上并且将其彼此固定。由此构成凹处11，该凹处11沿轴向方向ζ具有第一区段并且沿轴向方向 ζ具有第二区段，其中在所述第一区段中所装入的永久磁体12直接以其极面抵靠在所述转子本体9上并且在所述第二区段上所装入的永久磁体12按其位置以其极面伸入到所述转子空隙16中。在下一个步骤S2中对所述永久磁体12进行测量，用于确定其相应的剩磁。 根据每个永久磁体的剩磁，借助于组合特性曲线在步骤S3中确定定位说明，所述定位说明表明，有关的永久磁体12在多大程度上以所述第二区段沿轴向方向ζ与转子空隙16交叠。 根据这种位置说明，在步骤S4中将所述永久磁体12装入到凹处11中并且根据关于转子空隙16的定位说明使其定位。所述转子空隙16的厚度优选相当于所述凹处11的沿径向方向的厚度。换句话说所述凹处11在其第一区段中具有第一厚度h并且在第二区段中具有扩大的比如ai的厚度。通常所述凹处11的在转子空隙16的区域中的厚度应该为所述凹处11的在第一区段中的厚度的1.5到2. 5倍。所述凹处11的沿轴向方向的第一区段的长度为整个转子本体9的长度的百分之 75到95选80到90，而所述凹处11的第二区段的长度则相当于整个转子本体9的沿轴向方向的长度的5到25%尤其10到20%优选百分之13，其中所述凹处11的第二区段相当于一个相应的区段，在该相应的区段中构造了加宽的凹处11。优选规定，对于其剩磁相当于额定剩磁的永久磁体12来说所述永久磁体12的套装表面与所述转子空隙16的第二区段之间的交叠程度相当于50%，从而在出现有待装入的永久磁体12的剩磁的正偏差以及负偏差时可以关于所述转子空隙16的第二区段进行沿正方向或者负方向的移动。换句话说，如果所述永久磁体12的剩磁超过额定剩磁并且相反， 则扩大交叠程度。图12示出了一张图表，该图表作为比较为图1的无转子空隙16的同步电机并且为图6的具有转子空隙16的同步电机关于永久磁体12的剩磁示出了流过所述定子齿4的磁通量。可以看出，在根据所述永久磁体12的剩磁来相应地对其进行校准也就是说对其进行定位时，在所述凹处11中实现流过所述定子齿4的磁通量与所述永久磁体12的剩磁之间的小得多的依赖性。如可以从图13的图表中得知的一样，所述永久磁体12的在凹处11中的位置的调节相对于剩磁基本上是线性的关系。这意味着可以容易地计算，所述转子空隙16应该直至何种程度与所述永久磁体12的极面交叠。图14示出了具有剩磁不同的永久磁体的同步电机上的转矩变化曲线，对于所述同步电机来说根据所述永久磁体的剩磁来将其布置在所述凹处11中。可以看出，与图5的图表相比较，在图6的实施方式中相对于按现有技术的同步电机1与永久磁体12的剩磁离散度之间的依赖性大为降低。与图6的实施方式相反，所述永久磁体12也可以以其它的方式布置在所述转子6 中。可以如在图15a中示出的一样将转子空隙16设置在所述永久磁体12的两侧上，所述永久磁体12沿轴向方向具有相同的长度或者不同的长度。沿径向方向的转子空隙16不仅在上方(也就是向外)而且在下方(也就是向里)都可以影响通过所述极靴13朝定子2的方向放出的磁场，并且由此适合用于对所述永久磁体12的剩磁差别进行补偿。其它的实施例在图1 和15c中示出。在图15b中示出了所述转子6中的凹处11的倾斜位置，其中仅仅在轴向方向ζ的一部分的范围内延伸的转子空隙16在布置在所述凹处11的朝极靴13指向的一侧上并且/或者布置在所述凹处11的相反的一侧上。此外，在图15c中设置在其中的永久磁体12或者说凹处11布置在轮幅装置(Speichenanordrumg)中，对于该轮幅装置来说所述永久磁体12的极面平行于径向方向和轴向方向延伸。在这里所述转子空隙16优选在两侧布置在所述永久磁体12的极面上。如果转子空隙16应该设置在相应的永久磁体12的两侧，那么转子空隙16相应地具有处于所述永久磁体的厚度的0. 25到0. 75优选0. 5的范围内的厚度就已足够。也可以设想设置在永久磁体12的两侧的具有不同的厚度的转子空隙。
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权利要求
1.用于电机(1)的组件(6)，具有由磁性的材料制成的本体(9)，其中在所述本体(9)中设置了至少一个沿轴向方向延伸的凹处(11)，所述凹处(11)具有耦合面，以便在所述本体 (9)的外部提供励磁场，其中装入到所述凹处中的永久磁体(12)能够以其极面抵靠在所述耦合面上；所述凹处(11)在所述本体的端部上关于轴向方向(ζ)沿垂直于所述耦合面的方向具有加宽部(16)，使得有待装入的永久磁体(12)按照在所述凹处(11)中的定位以其极面之一的可变的部分伸入到所述加宽部(16)中。
2.按权利要求1所述的组件(6)，其中所述凹处(11)至少在所述本体(9)的端部之一上沿轴向方向(ζ)向外敞开。
3.按权利要求1或2所述的组件(6)，其中所述凹处(11)的加宽部(16)设置在一侧或者两侧。
4.按权利要求1到3中任一项所述的组件(6)，其中所述加宽部(16)作为所述凹处的一个区段来设置，该区段梯级状地从所述耦合面上沉降，并且尤其所述加宽部(16)通过特定数目的金属片板来实现，对于所述金属片板来说切出了较大的凹处横截面。
5.按权利要求1到4中任一项所述的组件(6)，具有至少一个永久磁体(12)，所述永久磁体(12)布置在所述凹处(11)中，以便提供励磁场，其中所述永久磁体(12)的极面的至少一个部分抵靠在所述耦合面上；其中所述凹处(11)沿轴向方向长于布置在所述凹处(11)中的永久磁体(12)，并且其中所述永久磁体(12)能够沿轴向方向定位，以便确定所述极面的伸入到所述加宽部(16) 中的部分。
6.按权利要求5所述的组件(6)，其中所述永久磁体(12)在其定位之后固定在所述凹处(11)中。
7.按权利要求5或6所述的组件(6)，其中所述永久磁体(12)的在所述凹处(11)中的位置根据其剩磁来选择。
8.按权利要求5到7中任一项所述的组件(6)，其中所述组件(6)相当于电机(1)的转轮(6)，其中所述组件(6)在所述转轮(6)的圆周面上具有分配给所述永久磁体(12)的用于放出磁场的极靴(13)，其中所述凹处(11)的加宽部(16)设置在与所述凹处(11)的朝向所述极靴(13) —侧对置的一侧上。
9.按权利要求8所述的组件(6)，其中所述组件相当于同步电机(1)的转子(6)，其中具有极面的永久磁体(12)的极面相切于圆周方向或者平行于径向方向(r)(轮幅磁体)或者关于所述极靴(13)倾斜地布置。
10.电机(1)尤其同步电机，具有按权利要求1到9中任一项所述的组件。
11.用于对电机(1)进行校准的方法，具有以下步骤-提供按权利要求1到4中任一项所述的组件(6)；-检测有待装入到所述组件(6)的凹处(11)中的永久磁体(12)的剩磁；-将所述永久磁体装入到所述凹处(11)中，使得其极面的取决于所检测的剩磁的部分伸入到所述加宽部中。
12.按权利要求11所述的方法，其中将所述永久磁体(12)的所检测到的剩磁与基准值进行比较，其中所述基准值相应于所述永久磁体(12)的在所述凹处中的定位，对于该定位来说相应的极面的预先确定的部分伸入到所述加宽部(16)中，其中在所检测到的剩磁超过所述基准值时扩大相应的极面的伸入到所述加宽部(16)中的部分并且在所检测到的剩磁低于所述基准值时减小相应的极面的伸入到所述加宽部(16)中的部分。
13.按权利要求12所述的方法，其中所述相应的极面的部分的扩大或者说缩小的尺度可以根据所检测到的剩磁与所述基准值之间的差来选择。
全文摘要
本发明涉及一种用于电机(1)的组件(6)，具有由磁性的材料制成的本体(9)，其中在所述本体(9)中设置了至少一个沿轴向的方向延伸的凹处(11)，所述凹处具有耦合面，以便在将永久磁体(12)如此装入到所述凹处中使得其极面抵靠在所述耦合面上时在所述本体(9)的外部提供励磁场；其中所述凹处(11)在所述本体的端部上关于轴向方向沿垂直于所述耦合面的方向具有加宽部(16)，使得有待装入的永久磁体(12)按在所述凹处(11)中的定位以其极面之一的可变的部分伸入到所述加宽部(16)中。
文档编号H02K1/27GK102484403SQ201080040923
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年9月15日
发明者A. 伊文斯 S. 申请人:罗伯特·博世有限公司