旋转电机的转子和旋转电机的制作方法

本实用新型涉及一种具有永磁体的旋转电机的转子，其提供改进的磁性能。

背景技术：

以通常已知的方式，旋转电机包括定子和与轴一体的转子。转子可与驱动轴和/或被驱动轴一体，且可属于旋转电机，该旋转电机具有交流发电机、电马达或能以两个模式运行的可逆机的形式。

定子安装在外壳中，该外壳例如经由轴承旋转地支撑轴。定子包括由形成冠部的薄板的层叠芯部构成的本体，其内部面装备有槽，该槽朝向内部敞开以接收相绕组。在分布式波形类型的绕组中，绕组例如由涂覆有釉的连续线获得，或由通过焊接保持在一起的销的形式的导电元件获得。替换地，在“同心”类型的绕组中，相绕组包括闭合线圈，其围绕定子的齿缠绕。层叠芯部和绕组线之间的保护或者通过纸类型的绝缘体或者通过塑料模制件或通过插件确保。绕组是由星或三角连接连结而成的多相绕组，其输出件连接至电子控制单元。

另外，转子包括通过层叠芯部形成的本体，所述层叠芯部通过适当附连系统保持为封装形式，所述附连系统诸如轴向地完全通过转子的铆钉、或钉子或甚至的按扣。转子包括永磁体形成的极，所述永磁体容纳在转子本体中设置的槽中。

已知与电涡轮-压缩机(英语为“electric supercharger(电动增压器)”) 联接的旋转电机。该涡轮-压缩机至少部分地允许由于在许多机动车辆上使用的体积容量减小导致的内燃机的功率减小被补偿，以便减小它们的消耗，和它们的污染颗粒排放(原理英语为“downsizing(缩小化)”)。为此目的，电涡轮-压缩机包括压缩机涡轮。压缩机布置在内燃机上游或下游的空气进气管道上，以允许进入空气被压缩，从而内燃机的缸体被填充到最大值。

电机被激活以驱动压缩机的涡轮，以便最小化联接响应时间，特别是在过渡加速阶段期间，或在内燃机的其去激活之后的自动重新启动阶段(英语中的“stop and start(停止启动)操作”)中。

技术实现要素：

本实用新型的目标是改进该类型电机的磁性能，该电机是非常紧凑的，其速度可达到70000rpm，特别为60000至80000rpm。

为此目的，本实用新型的目标是一种旋转电机的转子，该转子包括：

-转子本体；和

-一组永磁体，

其特征在于，由该组永磁体占据的空间和通过所述转子本体限定的空间之间的比高于30％。

该布置允许装备有紧凑转子的机器，以提供高比功率，同时减小转子的惯性。

根据一实施例，由该组永磁体占据的空间和通过所述转子本体限定的空间之间的比高于高于45％。

根据一实施例，由该组永磁体占据的空间和通过所述转子本体限定的空间之间的比高于高于50％。

根据一实施例，该转子是能够以大约60000至80000rpm的速度旋转的电机的转子。

根据一实施例，转子本体由金属制成，通过转子本体限定的空间等于所述本体的金属的体积。

根据一实施例，所述永磁体由稀土制成。

根据一实施例，所述转子的外直径范围为20mm至50mm之间。

根据一实施例，所述转子的外直径范围为24mm至30mm之间。

根据一实施例，所述转子的外直径范围为20mm至35mm之间。

该类型的转子特别适于高速，特别地约60000至80000rpm。

根据一实施例，所述转子的所述外直径约为26mm。

根据一实施例，转子包括四个极。

根据一实施例，在所述转子本体中的空气的体积和该组永磁体的空间之间的比高于10％。这使得转子的惯性能够被最小化，且因此使得电机的加速性能能够被改进。

优选地，所述比大约为20％。

根据一实施例，所述转子本体包括多个槽，每个槽容纳该组永磁体的至少一个磁体。

根据一实施例，每个槽轴向地完全通过所述转子。

根据一实施例，每个槽在其外周边上通过极壁限定。

根据一实施例，所述极壁包括与永磁体接触的内部面。

根据一实施例，所述内部面是平的。

替换地，所述内部面是弯曲的。

根据一实施例，两个相邻的槽通过属于所述转子本体的臂状物分开。

根据一实施例，每个臂经由桥状物连接至极壁。

优选地，沿径向方向测量的桥状物的最小厚度与转子的半径之间的比范围为6％至15％之间。

根据一实施例，沿径向方向测量的桥状物的最小厚度与转子的半径之间的比范围为8％至10％之间。

根据一实施例，桥状物的沿径向方向测量的最小厚度严格地小于相应极壁的沿径向方向测量的最小厚度。

优选地，沿径向方向测量的桥状物的厚度大于或等于1.2mm，例如大体等于1.2mm。

优选地，沿径向方向测量的桥状物的厚度小于或等于1.5mm。

根据一实施例，桥状物的沿径向方向测量的最小厚度严格地小于臂状物的沿直辐射方向测量的最小厚度。

优选地，沿直辐射方向测量的臂状物的厚度大于或等于1.5mm，例如大体等于1.5mm。

优选地，沿直辐射方向测量的臂状物的厚度小于或等于3.5mm。

根据一实施例，桥状物的最小厚度和臂状物的最小厚度之间的比范围为 30％至80％之间。这允许机器的磁通量和转子的机械阻力之间的良好折中。

根据一实施例，每个永磁体的角开口至少等于30°。

根据一实施例，所述永磁体具有径向磁化。

根据一实施例，所述转子本体包括层叠芯部或是实心块。

根据一实施例，每个槽具有角开口，其严格大于30°，特别地严格大于 40°。

根据一实施例，每个永磁体大体具有矩形平行六面体的形式。

根据一实施例，每个永磁体大体具有瓦片的形式，或具有一侧为平面另一侧为弯曲面的组合形式。

根据一实施例，转子本体具有外周边，其具有大体为柱体的柱形面形式的柱形面。

这样的转子允许沿在永磁体之间通过的轴线的感应(Lq)增加。这允许获得有助于在高速时产生发动机扭矩的磁阻扭矩。这特别适于以高速旋转的电机，即，在至少60000rpm的速度旋转的电机。

本实用新型的另一目标是一种旋转电机转子，包括：

-转子本体；和

-一组永磁体，

所述转子本体包括多个槽，每个槽容纳该组永磁体的至少一个磁体，每个槽在其外周边上通过极壁限定，两个相邻的槽通过属于所述转子本体的臂状物分开，每个臂状物经由桥状物连接至极壁，沿径向方向测量的桥状物的最小厚度与转子的半径之间的比范围为6％至15％之间，特别地为8％至10％之间。

根据一实施例，转子的外直径约为26mm。

之前所述的所有或一些特征再次适用于本实用新型的该另一方面。

本实用新型的另一目标是一种旋转电机，其包括绕线定子和前述转子。

根据一实施例，所述旋转电机具有大约250ms的响应时间，以便从5000 rpm改变至70000rpm。

根据一实施例，操作电压为12V，永久模式的电流大约为150安培。

根据一实施例，定子的外直径范围为35mm至80mm之间，特别地为 45mm至55mm之间，且例如为48mm至52mm之间。

本实用新型的最后目标是一种旋转电机的转子，特别是能够以大约 60000至80000rpm的速度旋转的电机的转子，该转子包括：

-转子本体；和

-一组永磁体，

其特征在于，在正交于转子轴线的平面中，

由该组永磁体限定的表面除以通过所述转子本体限定的表面得到的比高于30％，例如高于45％，优选地高于50％。

之前所述的所有或一些特征再次适用于本实用新型的该另一方面。

附图说明

本实用新型将通过阅读以下描述和研究附图而被更好地理解。这些附图仅基于单纯示例的原因给出，其绝不是本实用新型的限制性基础。

图1是根据本实用新型的包括旋转电机的涡轮-压缩机的截面图；

图2示出根据本实用新型的用于旋转电机的转子的透视图；

图3是根据本实用新型的旋转电机的转子的截面图；

图4是根据本实用新型意图插入在转子的槽内侧的永磁体的透视图；

图5示出根据本实用新型的电机的转子的替换实施例的局部截面图。

具体实施方式

相同、相似或近似的元件在各图中具有相同的附图标记。

图1示出包括涡轮2的涡轮-压缩机1，该涡轮设置有叶片3，其能够经由入口4吸入来自空气源(未示出)的未压缩空气，且使压缩空气在通过具有附图标记6的涡形件之后经由出口5排放。出口5可连接至进气歧管(未示出)，其定位在内燃机上游或下游，使得内燃机的缸体被填充到最大值。在该情况下，空气的吸入沿轴向方向执行，即，沿涡轮2的轴线，压缩沿与涡轮2的轴线垂直的径向方向执行。

替换地，空气吸入是径向的，而压缩是轴向的。

替换地，空气吸入和压缩沿相对于涡轮轴线相同的方向(轴向或径向) 执行。

为此目的，涡轮2通过安装在外壳8内的电机7驱动。该电机7包括定子9，其可以是多相的，在空气隙存在的情况下围绕转子10。该定子9安装在外壳8中，该外壳被构造为经由轴承20旋转地支撑轴19。轴19与涡轮2 以及与转子10旋转固定。定子9优选地通过收缩适配而安装在外壳8中。

为了在驾驶员请求加速时最小化涡轮2的惯性，电机7具有范围为100 ms至600ms，特别为200ms至400ms(例如大约250ms)的短响应时间，以便从5000rpm变化到70000rpm。优选地，操作电压为12V，永久模式的电流大约为150A。优选地，电机7能够提供电流峰值，即，在小于3秒的连续时间段上供应的电流，范围为150A至300A，特别地为180A至220 A。替换地，电机7能够在交流发电机模式中运行，或是可逆类型的电机。

更准确地，定子9包括由形成冠部的薄板的层叠芯部构成的本体，其内部面装备有槽，该槽朝向内部敞开以接收相绕组。在分布式波形类型的绕组中，绕组例如由涂覆有釉的连续线获得，或由通过焊接连结在一起的销的形式的导电元件获得。替换地，在“同心”类型的绕组中，相绕组包括闭合线圈，其围绕定子的齿缠绕。层叠芯部和绕组线之间的保护或者通过纸类型的绝缘体或者通过塑料模制件或通过插件确保。这些绕组是由星或三角连接连结而成的多相绕组，其输出件连接至逆变器。

在图2中更详细示出的具有旋转轴线X的转子10具有永磁体。转子10 包括本体11，其在此通过层叠芯部形成，其在与轴线X垂直的径向平面中延伸，以便减小任何涡电流。该本体11由铁磁性材料制成。薄板通过固定器件保持，例如铆钉，其轴向地完全通过层叠芯部，以形成容易操纵且可运输的单元。

替换地，薄板通过钉子或按扣连结在一起。本体11可以各种方式旋转固定至旋转电机的轴，例如通过用力将带凹槽轴安装在转子10的中央开口 12内，或利用键装置。替换地，转子本体11可由固体铁磁性材料铸造。

转子本体11具有内周边15，其限定具有例如为约10mm的内直径Dl 的柱形开口12；外周边16，其通过柱形面以及通过两个轴向端面17、18限定，该柱形面具有例如约26mm的外直径D2，但更通常地该外直径的范围能够为20mm至50mm，特别是为24mm至30mm，该轴向端面具有环形形式，其在径向平面中在内周边15和外周边16之间延伸。转子本体11的空间V通过内周边15、外周边16和两个轴向端面17、18限定。换句话说，转子本体11的空间V由转子本体的层叠芯部限定。另外，定子的外直径范围为35mm至80mm，特别地为45mm至55mm，且优选地例如为48mm 至52mm。

转子10包括多个槽21，在每个槽中容纳有永磁体22。为了最优化机器的磁性能，由永磁体22的组占据的空间和转子本体11限定的空间V之间的比高于30％，优选地高于50％。

更准确地，每个槽21轴向地完全通过本体11，即，从一个轴向端面17、 18到另一个轴向端面。两个相邻槽21被从转子10的芯部26露出的臂状物 25分开，使得当沿着转子10的圆周时，存在槽21和臂状物25的交替结构。转子本体11还包括极壁31，其每个定位在两个相邻臂状物25之间。每个极壁31在与永磁体22接触的内部面36和转子10的外周边之间延伸。此外，每个臂状物25经由桥状物32连接至相应的极壁31。

由此，如图3所示，槽21每个通过面向彼此的两个相邻臂状物20的两个面35、沿直辐射方向延伸的极壁31的内平面36、设置在芯部26中的与面36平行的平面37和两个桥状物32的内部面38限定。面35和38之间的连结部可以是倒圆的，以便辅助加工。

在示例性实施例中，桥状物32的沿相对于轴线X的径向方向测量的最小厚度L1严格地小于相应极壁31的沿相对于轴线X的径向方向测量的最小厚度L2。

另外，桥状物32的最小厚度L1严格小于臂状物25的沿相对于轴线X 的直辐射方向测量的最小厚度L3。沿径向方向测量的桥状物32的最小厚度 L1与转子的外半径(D2/2)之间的比的范围为6％至15％，特别地为8％至 10％。

优选地，桥状物32的最小厚度L1和臂状物25的最小厚度L3之间的比的范围为30％至80％。这允许机器的磁通量和在转子10的槽21内获得的磁体22的机械阻力之间的良好折中。

在所考虑的示例中，桥状物32的L1厚度大约等于1.2mm，臂状物25 的L3厚度大约等于1.5mm。在所有情况下，桥状物的最小厚度L1小于或等于1.5mm，臂状物的最小厚度L3小于或等于3.5mm。

应注意，元件的“最小”厚度L1-L3被理解为是指，沿给定方向(径向或直辐射方向)测量的最小厚度，其对应于厚度要被测量的元件的最小截面的最小尺寸。

替换地，桥状物32和极壁31的厚度L1、L2相等且大体恒定，同时具有高于或等于1.2mm的值。

在该情况下，如图4可见，磁体22具有矩形平行六面体形式，其角部被略微倒角。磁体22因此呈现大体恒定的矩形横截面。

磁体22具有径向磁化，即，具有直辐射取向的相对于彼此平行的两个面41、42被磁化，以便能够沿相对于轴线X的径向方向M产生磁通量。在这些平行面41、42中，位于转子10的轴线一侧上的内部面41和在转子10 的外周边一侧上的外部面42是可见的。

如图3和5可见，其中，字母N和S分别对应于北极和南极，位于两个连续槽21中的磁体22具有交替的极性。由此，从一个槽21到另一个槽21，撑靠芯部26中布置的平面37的磁体22的内部面41具有交替的极性，且与相应极壁31的内部面36接触的磁体22的外部面42具有交替的极性。

每个磁体22的内部面41和外部面42在该情况下为齐平的。替换地，如图5所示，每个磁体22的外部面42是弯曲的，磁体22的内部面41为平的，反之亦然。极壁31的内部面36具有相应的弯曲形式。但是，磁体22在槽21内的保持被改进。替换地，两个侧面41和42沿相同方向(见点线50) 弯曲，使得磁体22大体具有瓦片形状。

另外，磁体22没有完全填充槽21，使得在磁体22两侧存在两个空的空间45。由转子10的所有空间45限定的空气的体积允许转子10的惯性被减小。为了以最优化方式最小化该惯性且因此改进旋转电机的加速性能，转子本体11中的空气的体积和该组永磁体22的体积之间的比高于10％。优选地，该比大约为20％。

为此目的，槽21的角开口α角高于相应永磁体22的角开口α角。给定元件(槽21或磁体22)的角开口α的、α的通过由两个平面形成的角限定，所述两个平面每个通过轴线X和所述元件的其中一个端部。在示例性实施例中，每个槽21的角开口α角严格大于40°，而磁体22的角开口α角至少为 30°。在特定示例实施例中，每个槽21的角开口α角大约为73°，而磁体 22的角开口α角大约为67°。

磁体22优选地由稀土制成，以便最大化机器的磁功率。但是替换地，它们可根据应用和电机的所需功率由铁素体制成。替换地，磁体22可由不同材料制成，以便减小成本。例如，稀土磁体和较小功率但不那么昂贵的铁素体磁体可在槽中交替使用。根据电机的所需功率，一定槽21可还被空着。例如，两个直径上相对的槽21可以是空的。槽21的数量在此等于四，如相关联磁体22的数量。但是可以根据应用，增加槽21和磁体22的数量。

另外，单个永磁体22插入在每个槽21内。替换地，在同一槽21内堆叠在彼此上的多个磁体22可被使用。例如，可使用轴向或直辐射堆叠在彼此上的两个永磁体22，其根据情况可以由不同材料制成。

转子10可还在每个槽21内包括弹簧类型的安装元件，用于磁体或由磁性材料制成的销，所述销比磁体22更具柔性。这些安装元件允许磁体22更容易插入在槽21中，其通过使磁体22与转子10的轴线X平行滑动来执行；且确保磁体的机械安装。替换地，磁体可通过粘结剂保持在槽中。

转子本体11可还包括两个保持板(未示出)，其在转子10的两侧布置在其轴向端面上。这些保持板确保磁体22轴向地保持在槽21中，且还用于平衡转子。凸缘由非磁性材料制成，例如铝。

当然，上述说明仅作为示例给出，且不限制本实用新型范围，在各个元件被任何其他等同体替换时，不偏离本实用新型范围。