用于永磁激勵(lì)的電機(jī)的轉(zhuǎn)子裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于永磁激勵(lì)的電機(jī)的轉(zhuǎn)子裝置。用于電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)子裝置(4)，包括：永久磁體(7)，其由至少兩個(gè)分磁體(71、72)組成；和至少兩個(gè)極靴(42)，在它們之間設(shè)置永久磁體(7)，以致于其磁化方向在極靴(42)的設(shè)置方向上定向；其中，第二分磁體(72)具有比第一分磁體(71)高的矯頑場(chǎng)強(qiáng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于永磁激勵(lì)的電機(jī)的轉(zhuǎn)子裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁激勵(lì)的電機(jī)，特別涉及用于這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]從現(xiàn)有技術(shù)知曉具有極靴的轉(zhuǎn)子裝置，該極靴在朝向定子裝置的氣隙的方向上提供通過(guò)永久磁體產(chǎn)生的激勵(lì)磁場(chǎng)。在對(duì)于在轉(zhuǎn)子裝置內(nèi)設(shè)置永久磁體的變體中，永久磁體以它的磁極方向平行于轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)置，使得轉(zhuǎn)子裝置的極靴位于永久磁體之間。在極靴中從永久磁體輸出的磁場(chǎng)在氣隙的方向上偏轉(zhuǎn)。
[0003]這種類(lèi)型的轉(zhuǎn)子裝置當(dāng)今在許多永磁激勵(lì)的電機(jī)中使用，例如在轉(zhuǎn)向支持的情況下和在冷卻設(shè)備中。這里基本上使用方形的永久磁體，其可以簡(jiǎn)單地用低的成本制造，其中一種磁化各向異性和一種對(duì)此相同指向的磁化方向在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的方向上定向。
[0004]在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中永久磁體的這種設(shè)置描述為輪輻設(shè)置。永久磁體的磁極方向在切向延伸。
[0005]這種轉(zhuǎn)子裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)適宜地選取尺寸能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的氣隙磁通密度，其大于所安置的永久磁體的剩磁磁通密度。因?yàn)闅庀洞磐芏仍诤艽蟪潭壬弦?guī)定電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，所以由此能夠構(gòu)造具有相對(duì)高的轉(zhuǎn)矩密度的效率高的電機(jī)。
[0006]這通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)，選擇轉(zhuǎn)子中的永久磁體的數(shù)目，使得其徑向長(zhǎng)度大于永久磁體之間的極靴的切向?qū)挾取＿@種安排使得磁通集中到氣隙中，以便產(chǎn)生高于永久磁體的剩磁磁通密度的氣隙磁通密度。
[0007]上面的轉(zhuǎn)子裝置經(jīng)常與由簡(jiǎn)單的、低成本的磁體材料形成的永久磁體組合構(gòu)造，特別是沒(méi)有稀土結(jié)合物和具有相對(duì)小的剩磁磁通密度的磁體材料，例如由第六代的燒結(jié)的鐵素體材料(gesinderten Ferritmaterialien der sechsten Generation)形成的永久磁體。
[0008]此外由燒結(jié)的鐵素體材料形成的永久磁體具有相對(duì)小的矯頑場(chǎng)強(qiáng)，使得在足夠高場(chǎng)強(qiáng)的磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)的情況下產(chǎn)生去磁的危險(xiǎn)。為補(bǔ)償該相對(duì)小的矯頑力，永久磁體在它們的材料各向異性和它們的磁化的方向上相對(duì)厚地實(shí)現(xiàn)，以便使它們能夠抵御通過(guò)電機(jī)的定子磁場(chǎng)的去磁。
[0009]此外在上述轉(zhuǎn)子裝置中在永久磁體的磁通路徑內(nèi)提供兩個(gè)氣隙。為仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高的氣隙磁通密度以及對(duì)于去磁的大的抵御能力，因此如此設(shè)置的永久磁體經(jīng)常構(gòu)造為用鐵素體材料形成的、其磁極方向平行于氣隙磁場(chǎng)的永久磁體的兩倍那樣厚(在極化方向上)，后者由于結(jié)構(gòu)條件所限在它們各自的磁通路徑中僅有一個(gè)氣隙。
[0010]特別在具有規(guī)定的轉(zhuǎn)子直徑和預(yù)定的極數(shù)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的情況下在輪輻設(shè)置中永久磁體在切向(極化方向)厚度的每一次增大都會(huì)導(dǎo)致它的最大可能的徑向長(zhǎng)度減小。永久磁體的徑向長(zhǎng)度的該局限性限制了通過(guò)永久磁體可以提供的磁通并且由此減小電機(jī)的氣隙磁通密度和轉(zhuǎn)矩密度。
[0011]此外永久磁體的厚度的每一次增大都導(dǎo)致單個(gè)極靴在電機(jī)的氣隙處覆蓋的角度減小并且同樣能夠?qū)е略摻嵌刃∮谒淖顑?yōu)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的任務(wù)在于，改善在永久磁體的去磁區(qū)域內(nèi)的抗去磁能力。
[0013]該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子裝置且通過(guò)根據(jù)并列權(quán)利要求的電機(jī)解決。
[0014]本發(fā)明的另外有利的設(shè)計(jì)在從屬權(quán)利要求中說(shuō)明。
[0015]根據(jù)第一方面，提供一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子裝置，包括:
[0016]-永久磁體，其由至少兩個(gè)分磁體組成；和
[0017]-至少兩個(gè)極靴，在它們之間設(shè)置永久磁體，使得它的磁化方向在極靴的設(shè)置方向上定向；
[0018]其中，第二分磁體具有比第一分磁體高的矯頑場(chǎng)強(qiáng)。
[0019]此外，第一分磁體可以具有比第二分磁體高的剩磁。
[0020]上面的轉(zhuǎn)子裝置的思想在于，永久磁體用兩部分或者多部分構(gòu)成，其中遠(yuǎn)離氣隙的第一分磁體具有比接近氣隙的第二分磁體小的矯頑場(chǎng)強(qiáng)，并且其中接近氣隙的第二分磁體具有比遠(yuǎn)離氣隙的第一分磁體小的剩磁。以這種方式能夠改善其內(nèi)由于定子磁場(chǎng)而能夠出現(xiàn)去磁的去磁區(qū)域內(nèi)的抗去磁能力，然而同時(shí)保證了從這種組成的永久磁體提供足夠高的磁通密度。
[0021]此外由此提高電機(jī)的氣隙磁通密度并從而提高轉(zhuǎn)矩密度，因?yàn)檫h(yuǎn)離氣隙的第一分磁體具有高的剩磁，從而僅須使用永久磁體的徑向長(zhǎng)度的相對(duì)小的部分來(lái)把保持極靴的連接片帶入飽和狀態(tài)。提高的轉(zhuǎn)矩密度使得能夠在相同的標(biāo)稱(chēng)轉(zhuǎn)矩的情況下減小電機(jī)的軸向長(zhǎng)度并且因此能夠同樣減小電機(jī)的重量、它的尺寸和它的制造費(fèi)用。
[0022]可以規(guī)定，第一分磁體和/或第二分磁體成塊狀構(gòu)造。
[0023]根據(jù)一種實(shí)施方式，如此提供用于容納永久磁體的槽，使得它的極面靠在鄰接的極靴的側(cè)面上。
[0024]轉(zhuǎn)子裝置可以帶有在極靴的朝向氣隙的末端處的磁極輪廓地構(gòu)成，其中第一分磁體比第二分磁體更加遠(yuǎn)離氣隙地設(shè)置。
[0025]永久磁體構(gòu)成為各向異性是有利的，其中磁化方向在切向通過(guò)整個(gè)磁體直線延伸。例如第二分磁體的矯頑場(chǎng)強(qiáng)比第一分磁體的矯頑場(chǎng)強(qiáng)高的程度可達(dá)50%，其中特別第二分磁體的矯頑場(chǎng)強(qiáng)在330到360kA / m之間的范圍內(nèi)。例如第二分磁體的剩磁比第一分磁體的剩磁小的程度可達(dá)20%，其中尤其第二分磁體的剩磁在380到460mT之間的范圍內(nèi)。
[0026]根據(jù)另一個(gè)方面規(guī)定一種具有用于提供定子磁場(chǎng)的定子裝置和上面的轉(zhuǎn)子裝置的電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子裝置的極靴通過(guò)氣隙從定子裝置分開(kāi)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]下面借助附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例。附圖中:
[0028]圖1是具有轉(zhuǎn)子裝置的電機(jī)的示意性的橫截面圖，所述轉(zhuǎn)子裝置具有多部分的永久磁體；
[0029]圖2詳細(xì)示出該電機(jī)的橫截面截取部分，具有所示的磁場(chǎng)線；并且[0030]圖3示出一個(gè)圖表，用于表示為構(gòu)造用于圖1的轉(zhuǎn)子裝置的永久磁體的分磁體的特征線。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1示出了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)的、永磁激勵(lì)的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)I的示意性橫截面圖。電機(jī)I具有柱筒形的定子2。定子2包括柱筒形的定子磁導(dǎo)區(qū)(Statorriickschlussbereich) 21,從它出發(fā)等距地在周向上設(shè)置的定子齒22沿徑向向內(nèi)指向地突起并且以其向內(nèi)指向的末端定義出一個(gè)同樣柱筒形的內(nèi)部凹槽3。定子齒22在其沿徑向靠?jī)?nèi)的末端上設(shè)有齒頂23，齒頂具有近似圓弧形的、凹形的外輪廓。定子齒22設(shè)有(未圖示)定子線圈，通過(guò)定子線圈在通電時(shí)能夠產(chǎn)生定子磁場(chǎng)。
[0032]在內(nèi)部凹槽3中作為轉(zhuǎn)子裝置在軸5上可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置了一個(gè)同樣柱筒形的轉(zhuǎn)子4 (電機(jī)I的轉(zhuǎn)動(dòng)件)。轉(zhuǎn)子4具有轉(zhuǎn)子本體41，轉(zhuǎn)子本體設(shè)有極靴42，極靴通過(guò)連接片43與在軸5上設(shè)置的磁導(dǎo)區(qū)44連接。
[0033]連接片43優(yōu)選如此選取尺寸，使得它們具有足夠的機(jī)械的穩(wěn)定性，以便抵抗徑向作用的離心力以及在加速或者制動(dòng)馬達(dá)時(shí)在切向作用的橫向力來(lái)保持住極靴42并且盡管如此還具有這樣的橫截面，其足夠小，以便通過(guò)永久磁體7引起的通過(guò)磁導(dǎo)區(qū)44的磁通保持得盡可能小。特別有必要的是，永久磁體7的流過(guò)連接片43的那部分磁通足以把連接片43內(nèi)的磁通密度保持在飽和狀態(tài)中。
[0034]在極靴42之間設(shè)置槽6，其內(nèi)容納永久磁體7。槽6基本上長(zhǎng)形地在徑向上從轉(zhuǎn)子4的外周附近向轉(zhuǎn)子4的磁導(dǎo)區(qū)44延伸。
[0035]為在徑向上向外限制槽6，極靴42具有突起45，所述突起將設(shè)置在槽6內(nèi)的永久磁體7搭接并且將其可靠地也抵抗在轉(zhuǎn)子4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力作用地保持在槽6內(nèi)。
[0036]這種電機(jī)I例如以電動(dòng)馬達(dá)方式運(yùn)行，方式是，給定子線圈如此通電，使得產(chǎn)生環(huán)繞的定子磁場(chǎng)，該定子磁場(chǎng)與由永久磁體7通過(guò)極靴42引起的勵(lì)磁場(chǎng)變換作用并由此將轉(zhuǎn)矩施加在轉(zhuǎn)子4上。
[0037]永久磁體7通常通過(guò)對(duì)鐵素體粉末材料壓力加工進(jìn)行制造并且接著得到燒結(jié)，其中鐵素體材料在壓力加工期間通過(guò)施加磁場(chǎng)而被授予磁化各向異性并且接著在各向異性的方向上對(duì)得到燒結(jié)的材料進(jìn)行磁化。永久磁體7優(yōu)選出于制造簡(jiǎn)單的理由以塊狀或者說(shuō)方塊狀提供。永久磁體7的磁極方向或者說(shuō)磁化在切向上、亦即垂直于極靴42和槽6之間的邊界面定向。
[0038]永久磁體7以?xún)刹糠只蛘叨嗖糠謽?gòu)造。第一分磁體71在槽6內(nèi)遠(yuǎn)離氣隙地、亦即與磁導(dǎo)區(qū)44鄰接地設(shè)置，并且第二分磁體72沿徑向連接在第一分磁體71上并且接近氣隙設(shè)置。
[0039]優(yōu)選作為第一和第二分磁體71、72使用塊狀的也就是說(shuō)方體狀的永久磁體7，因?yàn)樗鼈兡軌蚝?jiǎn)單地制造。使用的分磁體71、72優(yōu)選具有在切向(或者說(shuō)在極靴延伸的設(shè)置方向)上直線狀的磁化，使得它們的極面在具有相同磁極的極靴42上鄰接。
[0040]第一分磁體71具有盡可能高的剩磁。根據(jù)制造方法和為第一永久磁體71使用的材料的情況，為優(yōu)化其剩磁而對(duì)其進(jìn)行選擇。第一分磁體71這樣成形，使得它在遠(yuǎn)離氣隙的區(qū)域內(nèi)將槽6充滿(mǎn)并且在切向也就是說(shuō)在極靴42的設(shè)置方向提供磁化。[0041]在第一分磁體71上沿徑向連接第二分磁體72，更確切說(shuō)盡可能直接連接。第二分磁體72針對(duì)高的矯頑場(chǎng)強(qiáng)設(shè)計(jì)。換句話說(shuō)，在制造第二分磁體72時(shí)為實(shí)現(xiàn)高的矯頑場(chǎng)強(qiáng)而選擇所使用的磁體材料。因?yàn)榻?jīng)常如圖3所示的那樣，磁體材料的矯頑場(chǎng)強(qiáng)和剩磁反向地表現(xiàn)，所以這導(dǎo)致第二分磁體72的剩磁比第一分磁體71的剩磁小并且第一分磁體71的矯頑場(chǎng)強(qiáng)比第二分磁體72的矯頑場(chǎng)強(qiáng)小。
[0042]圖3中相應(yīng)曲線Kl為第一分磁體71表示關(guān)于磁場(chǎng)強(qiáng)度的剩磁的變化曲線，并且曲線K2為第二分磁體72表不關(guān)于磁場(chǎng)強(qiáng)度的剩磁的變化。
[0043]第二分磁體72的徑向長(zhǎng)度對(duì)于第一分磁體71的徑向長(zhǎng)度的長(zhǎng)度比優(yōu)選在0.1:0.9和0.5:0.5之間，優(yōu)選在0.2:0.8和0.4:0.6之間。
[0044]圖2示出圖1所示電機(jī)I的截面的截取部分，具有所表示的在滿(mǎn)載荷下的磁場(chǎng)線。在兩個(gè)所表示的磁導(dǎo)區(qū)44附近遠(yuǎn)離氣隙的第一分磁體71內(nèi)的磁通密度大于在氣隙附近的第二分磁體72內(nèi)的磁通密度，這通過(guò)磁場(chǎng)線之間的距離表示。在第二分磁體72的右上角可明顯看到在去磁區(qū)域內(nèi)非常小的磁通密度，然而可以通過(guò)利用第二分磁體72的兩部分的設(shè)計(jì)方案阻止第二分磁體72的不可逆轉(zhuǎn)的去磁。
【權(quán)利要求】
1.用于電機(jī)(I)的轉(zhuǎn)子裝置(4)，包括: -永久磁體(7)，所述永久磁體由至少兩個(gè)分磁體(71、72)組成；和 -至少兩個(gè)極靴(42)，在所述極靴之間設(shè)置了所述永久磁體(7)，從而所述永久磁體的磁化方向在切向上定向； 其中，第二分磁體(72)具有比第一分磁體(71)高的矯頑場(chǎng)強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，第一分磁體(71)具有比第二分磁體(72)高的剩磁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，第一分磁體(71)和/或第二分磁體(72)成塊狀或者方體狀構(gòu)造，并且優(yōu)選這兩個(gè)分磁體(71、72)作為燒結(jié)的鐵素體磁體構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，設(shè)置了用于容納永久磁體(7)的槽(6)，從而使得所述槽的極面靠在鄰接的極靴(42)的側(cè)面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，轉(zhuǎn)子裝置(4)構(gòu)造有在極靴(42)的朝向氣隙(3)的末端上的磁極輪廓，其中第一分磁體(71)比第二分磁體(72)更加遠(yuǎn)離氣隙地設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，這兩個(gè)分磁體(71、72)在徑向上彼此直接抵靠，并且尤其永久磁體7在徑向上比在切向上構(gòu)造得長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到`6之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，永久磁體(7)各向異性地構(gòu)成，并且尤其磁化方向在切向上通過(guò)整個(gè)磁體直線地延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，第二分磁體(72)的矯頑場(chǎng)強(qiáng)比第一分磁體(71)的矯頑場(chǎng)強(qiáng)高的程度可達(dá)50%，并且尤其第二分磁體(72)的矯頑場(chǎng)強(qiáng)在330到360kA / m之間的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，第二分磁體(72)的剩磁比第一分磁體(71)的剩磁小的程度可達(dá)20%，并且尤其第二分磁體(72)的剩磁在380到460mT之間的范圍內(nèi)。
10.電機(jī)(I)，具有用于提供定子磁場(chǎng)的定子裝置(2)和根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中轉(zhuǎn)子裝置(4)的極靴(42)通過(guò)氣隙(3)從定子裝置(2)分開(kāi)。
【文檔編號(hào)】H02K1/27GK103779988SQ201310624582
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月18日
【發(fā)明者】S·A·埃文斯, A·施圖布納, S·德蒙特, N·馬丁, J·布素爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司