具有永磁激励的转子，具有转子的电机和转子制造方法与流程

本发明涉及一种转子，在这种转子中，为了永磁激励，多个永磁体围绕转子的轴在圆周方向上布置。为了引导永磁体的磁通量，在转子中设有磁通量引导装置。本发明还涉及一种具有这种转子的电机以及一种用于制造具有永磁激励的转子的方法。根据本发明的转子和相应根据本发明的电机特别适合为电动车提供电力驱动。

背景技术：
在上述种类的转子中可以设计为，将由叠片构成的软磁的基体设计为磁通量引导装置。然后将这些叠片堆放成叠片铁心，其中，在各个叠片之间设置用于避免涡流的电绝缘层。在各个叠片中，在其中心位置冲压出孔洞，从而使叠片铁心在制造完成后具有通孔，通过该通孔插入转子的轴。因此，叠片铁心就可以通过压配合与轴相连接。另外，在叠片中还在其外部边缘上冲压了空隙，从而在完成的叠片铁心中在圆周方向上形成凹槽，可以将用于转子的永磁激励的永磁体嵌入该凹槽。在此处和下文中，圆周方向是指常见的名称，也就是说，相对于转子的旋转轴线，圆周方向的方向矢量位于垂直于转子的旋转轴线的平面中，并且在该平面中对准围绕旋转轴线的圆周的切线方向。

技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种坚固而又易于制造且成本低廉的电机。该目的通过根据权利要求1所述的转子、根据权利要求14所述的电机和根据权利要求15所述的方法来实现。本发明的有利改进方案由从属权利要求给出。根据本发明的转子，如同背景技术中已经描述的转子那样，具有多个围绕转子的轴在圆周方向上布置的永磁体。在此，永磁体现在固定在轴本身上，也就是说，不将其安置在软磁的叠片铁心的凹槽中。在此，通过粘合连接将该永磁体保持在轴上。为了引导永磁体的磁通量，同样设计了与背景技术中相同的磁通量引导装置。但是，在根据本发明的转子中，这种磁通量引导装置包括多个单独的、软磁的磁通量引导元件，例如分别构成转子的区段的各个叠片铁心。各个磁通量引导元件分别在其中两个永磁体之间固定在这些永磁体上。这种固定也是以粘合连接的方式实现的。根据本发明的转子具有这样的优点，即，通过首先将永磁体粘合在转子的轴上，然后将磁通量引导元件布置在永磁体之间的间隙中并且随后再与永磁体粘合，使得该转子非常容易地安装在轴周围。在根据本发明的转子的基础上，分别还能够以特别低廉的成本提供一种永磁激励的电机。根据本发明的转子特别适合于制造同步电机、伺服电机和步进电机。轴这一概念在本发明的上下文中指的是转子的整个内部区域，该转子不以显著的方式构成用于产生驱动转子的转矩或（在使用发电机的情况下）用于产生电压的磁致激活部件。换言之，轴是转子的只具有支承功能并且用于机械传输转矩的部件。与此相反，磁致激活部件由永磁体和磁通量引导元件构成。轴可以是由例如钢制成的杆，或者也可以是空心圆柱体（空心轴）。为了增加转子在永磁体的范围中的外周长，轴还可以包括例如轮辐和由轮辐支撑的圆环，永磁体固定在该圆环上。如果使用楔形元件作为磁通量引导元件，即使用具有扇形部分的区段作为基面，其沿着转子的旋转轴线延伸，就得出转子的一个特别优选的实施方式。于是，转子的这种实施方式总体上具有这样的横截面，即在这个横截面中，永磁体以星形方式布置在轴上，并且楔形的磁通量引导元件固定在永磁体之间。在此，所描述的这个横截面设计为垂直于旋转轴线。这样得出的转子非常坚固而且还特别容易制造。在永磁体本身方面，这可以是例如稀土磁铁。优选地，永磁体是铁氧体磁铁，该铁氧体磁铁与最先提到的磁铁相比更价廉。然而，铁氧体磁铁的磁场强度也明显较小。但是，这在根据本发明的转子中不是问题：在此，铁氧体磁铁的磁场可以集中，直到在电机的转子与定子之间的气隙中能够产生具有用于永磁激励的电机的常用的场强的磁场。为此，永磁体的磁化装置必须仅朝向圆周方向，也就是说，不径向地远离轴，而是切向地朝向轴的圆周。位于永磁体之间的磁通量引导元件则负责使磁力线在径向方向上向外偏转并径向地在其外圆周上从转子中离开。此外，通过所述的偏转进行汇流，从而使气隙中聚集的铁氧体磁铁的磁场强于铁氧体磁铁本身表面上的磁场。当然，在此还可以使用稀土磁铁，从而可以产生更强的磁场。如果两个相邻的永磁体的磁化彼此方向相对，就能够达到更大的磁通量集中度。在磁通量元件和永磁体之间的粘合层的厚度优选地分别在0.05mm至0.25mm的范围中。因此，在永磁体和磁通量引导元件之间以这种方式产生较小的磁阻，即通过应用粘合连接仅仅微不足道地减弱了磁场。在电机中，还额外力求在转子与定子之间的气隙中产生其场强在圆周方向上围绕转子呈正弦形的磁场。这可以在根据本发明的转子中通过对磁通量引导元件的外表面，即每个磁通量引导元件（相对于轴）在径向方向上向外直到转子外部限定磁通量引导元件的边界的表面，进行完全确定的设计而实现。这个表面优选地在转子的圆周方向上具有带有弯曲部半径的弯曲部，该弯曲部半径小于包络圆的包络圆半径，该包络圆描述了转子在圆周方向上的最大外周长。为了说明这两个半径，需参阅下文中对附图的描述。此处还要说明的是，弯曲部半径特别是在包络圆半径的百分之五十和百分之一百之间的范围中。为了使转子尽可能稳定地在磁性旋转场中运转，在此，磁通量引导元件的分别在径向方向上位于最外侧的点与转子的旋转轴线之间应保持一段间距，该间距与包络圆的半径相符，也就是说，所有磁通量引导元件的所有外侧的点应位于同一个包络圆上。为了保证这一点并且同时又简化安装，根据本发明的转子的一种实施方式设计为，使磁通量引导元件径向地覆盖永磁体（该磁通量引导元件布置在该永磁体之间），也就是说，位于永磁体的边缘上。另外，在由此得出的覆盖区域中不设粘合层，从而使磁通量引导元件与永磁体接触。于是，形成一种特定的接触，而且由于该区域中的粘合连接层的层厚度是可变的，因此在转子的制造过程中只允许非常小的公差。换言之，优选地不设粘合层。从制造工艺来看，这无法始终避免，例如当胶粘剂残留物的厚度可以忽略不计时。然而决定性的是接触区域中的特定的缝隙尺寸。所以例如也可以设置粘合层，例如可以借助于胶粘剂中的间隔物体（间隔垫片）将该粘合层的厚度调节至例如0.1mm正/负0.025mm。为了在相对于包络圆对准磁通量引导元件时进一步减小制造公差，永磁体在轴上的粘合连接部优选地具有分别小于0.5mm的厚度，并且该厚度的公差范围优选地小于0.06mm。例如可以借助于所描述的间隔物体来保证粘合层厚度的公差。从技术上看，得出的较小的公差范围对于使粘合在永磁体上的磁通量引导元件非常准确地相对于包络圆对准来说是决定性的，即特定的缝隙宽度，而不是绝对的厚度。转子可以一个根据有利的改进方案在至少一个端面上具有配备了压板的端圆盘，该端圆盘包围轴，即该端圆盘例如插在轴上。然后，端圆盘通过压板分别力传递地保持在永磁体上，为此，通过压板将夹紧作用施加到永磁体上。可替换地，端圆盘例如还可以粘合在由永磁体和磁通量引导元件组成的叠片的端面上。端圆盘可以以有利的方式用于将平衡质量固定在转子上。在根据本发明的转子的一种实施方式中通过布置在磁通量引导元件的位于径向外部的表面上的轮箍提供了另一种可能性，即抵御离心力而使得转子的磁致激活部件、也就是说由永磁体和磁通量引导元件组成的组稳定。这种轮箍例如可以是树脂浸渍的玻璃纤维布或玻璃纤维织物。这些轮箍在变硬之后形成封装磁致激活部件的壳体元件，以抵御离心力使转子保持稳定。在根据本发明的转子中，端圆盘和轮箍可以以这种方式有利地进行组合，即端圆盘的直径小于磁致激活部件的、即由磁通量引导元件和永磁体构成的组的直径。在此，可以通过张紧轮箍将压紧力施加到磁通量引导元件上。如前文所述，磁通量引导元件通过粘合连接部保持在永磁体上。如果此时以这种方式设计磁通量引导元件，即这些磁通量引导元件本身不抵靠在轴上，而只是间接地通过永磁体保持在轴上，就得出这样的优点，即通过径向地向内朝向轴压紧磁通量引导元件，使得永磁体也分别被两个磁通量引导元件朝向轴挤压，并且由此在转子中达到永磁体和磁通量引导元件的特别坚固的贴合效果。在此，可以例如如前文所述地，借助于轮箍或者也可以通过卡圈来产生压紧力。为了能够借助于转子在电机的转子和定子之间的气隙中产生足够强的磁场，转子优选地具有六个以上的极，其中该极是指那些形成在转子的外侧上的，即在磁通量引导元件的区域中的转子的外表面上的极。结合根据本发明的转子所描述的改进方案也是根据本发明的电机的改进方案。同样，本发明还包括根据本发明的用于制造转子的方法的改进方案，该改进方案具有特征，此处已结合根据本发明的转子本身的改进方案对这些特征作了描述，例如使用树脂浸渍轮箍等等。为了避免重复，这里不再结合根据本发明的电机和根据本发明的方法对这些特征进行描述。附图说明以下借助实施例再次更加具体地对本发明进行说明。图中示出：图1以横截面示出根据本发明的转子的一种实施方式的示意图；图2示出在径向方向上被磁通量引导元件覆盖的永磁体的示意图，该磁通量引导元件与图1所示的转子中的设计相同，图3以透视图示出根据本发明的转子的另一种实施方式的纵截面示意图，和图4以纵截面示出在根据本发明的转子的一种实施方式中的轮箍的示意图。具体实施方式这些例子示出本发明的优选的实施方式。在以下阐述的例子中，所描述的转子组件分别表示单个的、需彼此独立看待的转子特征，这些特征分别也彼此独立地改进转子，并且因此也要单独看待或者以不同于图中示出的组合被看作本发明的组成部分。图1示出转子10的横截面，在该转子中，永磁体14固定在轴12上，在该永磁体之间分别装入磁通量引导元件16。如虚线所示，图1仅示出转子10的一部分。可以将转子10装入电机，例如同步电机或伺服电机。电机例如可以是电动车的驱动装置。转子10的旋转轴线18与图1所示的投影面垂直。转子10总体上具有圆柱形的基本形状，其中，圆柱轴线与转子轴线18叠合。在图中示出的例子中，轴12可以由钢制实心体构成。永磁体14可以具有略长的、方形的基本形状，其中，纵向延伸部与旋转轴线18平行。同样，磁通量引导元件16也是略长的物体，它们的基本形状分别是圆柱体区段，其中，该物体的纵向延伸部同样也平行于旋转轴线18。在图1中所示的、垂直于旋转轴线18的横截面中，永磁体14总体上以星形方式布置在轴12上。磁通量引导元件16在横截面中具有楔形形状并且布置在永磁体14之间。永磁体14可以是陶瓷磁铁，例如铁氧体磁铁。永磁体14分别通过粘合连接部20固定在轴12上。为了图示清晰，在图1中只为其中一个永磁体14示出了粘合连接部20的位置。在永磁体14中，相应的磁化装置24指向圆周方向26（此处以双箭头示出圆周方向26，因为在此处确定方向没有意义）。由永磁体14产生的磁场通过磁通量引导元件16在径向方向28上向外侧偏转并在此处集中。为此，使用软磁材料制成磁通量引导元件16。例如可以分别通过叠片铁心构成磁通量引导元件。磁通量引导元件16不是直接固定在轴12上。每个磁通量引导元件16都通过粘合连接部22固定在永磁体14上，磁通量引导元件位于该永磁体之间。为了图示清晰，从粘合连接部22中在图1中也只用参考标号标注了用于一个磁通量引导元件16的粘合连接部22。通过磁通量引导元件16，从永磁体14的北极离开的磁通量在径向方向28上径向向外被引至相应的磁通量引导元件16的位于外侧的表面30。于是，通过其它的磁通量引导元件16，磁通量通过其它磁通量引导元件16的表面32重新进入转子，并在永磁体14的南极侧重新返回引导至这个永磁体。总之，以这种方式在转子10的外侧上沿着转子的圆周26形成磁极34。极点34的数量优选地大于六。以下结合图1和图2说明，由永磁体14和磁通量引导元件16组成的磁致激活组36在制造转子10时是如何围绕轴12安装的。在第一工作步骤中，将永磁体14粘合在轴上。这样形成的粘合连接部20非常薄，从而使永磁体14与轴之间的间距38的公差范围较小，即小于0.06mm。在图1中为了图示清晰只标明了一个间距38。在第二工作步骤中，将软磁的磁通量引导件或磁通量引导元件16粘合在永磁体14之间。在此，粘合层22的厚度40优选地在0.05mm至0.25mm的范围中。磁通量引导元件16覆盖着在径向方向28上分别相邻的永磁体14，也就是说，磁通量引导元件16利用接触面42位于永磁体14的径向地指向外侧的外表面44上。优选地在外表面44和接触面42之间没有胶粘剂。由此，磁通量引导元件16与永磁体14之间就有一定的接触。粘合层22仅仅在圆周方向26上位于磁通量引导元件16和永磁体14之间。磁通量引导元件16以其在径向方向28上位于最外侧的点与包络圆46接触。包络圆46描述了转子10相对于旋转轴线18的最大外周长，其中，该包络圆46以半径48围绕旋转轴线18延伸。磁通量引导元件16的位于径向外部的表面30，32沿着圆周46弯曲，其中，弯曲部半径52小于包络圆半径48。所以，磁通量引导元件只与包络圆46相切。由于外表面30，32弯曲，因此极34沿圆周26的场强接近于正弦形。以下借助图3和图4对转子10的其它制造步骤进行进一步说明。为此，图3也示出，为了形成特定的极34，转子10也可以具有多个沿轴向依次布置的永磁体。在另一个制造步骤中，可以在转子的端面54，56上将端圆盘58，60轴向地在铁心36前方推到轴12上。当将端圆盘58，60推到轴12上之后，将环形的闭合面64，66相对于包络圆46同心地布置。在此，端圆盘58，60在一种实施方式中可以粘合在叠片36上。在另一种实施方式中，端圆盘58，60可以具有轴向竖立的压板62，端圆盘58，60通过该压板借助于压合座被推到轴向位于外部的永磁体14上。通过端圆盘58，60，在转子10的端面54，56上分别形成环状的、围绕轴12的闭合面64，66。轮箍72可以固定在这些闭合面64，66上，该轮箍可能已经以预应力缠绕在叠片36周围。轮箍72例如可以由浸渍了人造树脂的玻璃纤维制成。在图1至图3中没有示出轮箍72。端圆盘58，60的外直径74小于叠片36的外直径76。由于直径74和76之间的差异而形成梯段78。通过在缠绕过程中张紧轮箍72，由此将压紧力施加在磁通量引导元件16上，并且从而也间接地径向向内朝向轴12施加在永磁体14上。在图4中示出的例子中使用了两个端圆盘58，60。端圆盘58，60也可以具有其它（未示出的）用于为转子10安装平衡质量的固定元件。尽管在转子10中的磁致激活部件、即叠片36，仅仅是通过粘合组合在一起的，但是转子10漏磁非常少。通过接触面42的区域中的斜面80，额外避免了从磁通量引导元件16离开或进入的磁场的磁场峰值。总体上示出，如何通过由粘合结构和高强度轮箍元件构成的组合，以及通过利用至少一个端圆盘进行固定，并通过借助于端圆盘实现的对永磁体14的挤压，并通过利用磁通量引导元件16借助于轮箍进行间接挤压，使电机非常坚固从而也能够用于高功率电机。通过分段式的构造和通过粘合来连接区段仍然可以实现成本低廉的制造。