用于永磁激勵的電機的轉(zhuǎn)子裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于永磁激勵的電機的轉(zhuǎn)子裝置。用于電機(1)的轉(zhuǎn)子裝置(4)，包括：永久磁體(7)，其由至少兩個分磁體(71、72)組成；和至少兩個極靴(42)，在它們之間設置永久磁體(7)，以致于其磁化方向在極靴(42)的設置方向上定向；其中，第二分磁體(72)具有比第一分磁體(71)高的矯頑場強。
【專利說明】用于永磁激勵的電機的轉(zhuǎn)子裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁激勵的電機，特別涉及用于這種電機的轉(zhuǎn)子裝置。
【背景技術】
[0002]從現(xiàn)有技術知曉具有極靴的轉(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永久磁體產(chǎn)生的激勵磁場。在對于在轉(zhuǎn)子裝置內(nèi)設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)子的運動方向設置，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在氣隙的方向上偏轉(zhuǎn)。
[0003]這種類型的轉(zhuǎn)子裝置當今在許多永磁激勵的電機中使用，例如在轉(zhuǎn)向支持的情況下和在冷卻設備中。這里基本上使用方形的永久磁體，其可以簡單地用低的成本制造，其中一種磁化各向異性和一種對此相同指向的磁化方向在轉(zhuǎn)子運動的方向上定向。
[0004]在旋轉(zhuǎn)電機中永久磁體的這種設置描述為輪輻設置。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)點在于，通過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。因為氣隙磁通密度在很大程度上規(guī)定電機的轉(zhuǎn)矩密度，所以由此能夠構(gòu)造具有相對高的轉(zhuǎn)矩密度的效率高的電機。
[0006]這通過下述方式實現(xiàn)，選擇轉(zhuǎn)子中的永久磁體的數(shù)目，使得其徑向長度大于永久磁體之間的極靴的切向?qū)挾?。這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，特別是沒有稀土結(jié)合物和具有相對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小的矯頑場強，使得在足夠高場強的磁場反轉(zhuǎn)的情況下產(chǎn)生去磁的危險。為補償該相對小的矯頑力，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厚地實現(xiàn)，以便使它們能夠抵御通過電機的定子磁場的去磁。
[0009]此外在上述轉(zhuǎn)子裝置中在永久磁體的磁通路徑內(nèi)提供兩個氣隙。為仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高的氣隙磁通密度以及對于去磁的大的抵御能力，因此如此設置的永久磁體經(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氣隙。
[0010]特別在具有規(guī)定的轉(zhuǎn)子直徑和預定的極數(shù)的旋轉(zhuǎn)電機的情況下在輪輻設置中永久磁體在切向(極化方向)厚度的每一次增大都會導致它的最大可能的徑向長度減小。永久磁體的徑向長度的該局限性限制了通過永久磁體可以提供的磁通并且由此減小電機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致單個極靴在電機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]該任務通過根據(jù)權利要求1的用于電機的轉(zhuǎn)子裝置且通過根據(jù)并列權利要求的電機解決。
[0014]本發(fā)明的另外有利的設計在從屬權利要求中說明。
[0015]根據(jù)第一方面，提供一種用于電機的轉(zhuǎn)子裝置，包括:
[0016]-永久磁體，其由至少兩個分磁體組成；和
[0017]-至少兩個極靴，在它們之間設置永久磁體，使得它的磁化方向在極靴的設置方向上定向；
[0018]其中，第二分磁體具有比第一分磁體高的矯頑場強。
[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強，并且其中接近氣隙的第二分磁體具有比遠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]此外由此提高電機的氣隙磁通密度并從而提高轉(zhuǎn)矩密度，因為遠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度的相對小的部分來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稱轉(zhuǎn)矩的情況下減小電機的軸向長度并且因此能夠同樣減小電機的重量、它的尺寸和它的制造費用。
[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離氣隙地設置。
[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整個磁體直線延伸。例如第二分磁體的矯頑場強比第一分磁體的矯頑場強高的程度可達50%，其中特別第二分磁體的矯頑場強在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)另一個方面規(guī)定一種具有用于提供定子磁場的定子裝置和上面的轉(zhuǎn)子裝置的電機，其中轉(zhuǎn)子裝置的極靴通過氣隙從定子裝置分開。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]下面借助附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選的實施例。附圖中:
[0028]圖1是具有轉(zhuǎn)子裝置的電機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詳細示出該電機的橫截面截取部分，具有所示的磁場線；并且[0030]圖3示出一個圖表，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。
【具體實施方式】
[0031]圖1示出了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)的、永磁激勵的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機I的示意性橫截面圖。電機I具有柱筒形的定子2。定子2包括柱筒形的定子磁導區(qū)(Statorriickschlussbereich) 21,從它出發(fā)等距地在周向上設置的定子齒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同樣柱筒形的內(nèi)部凹槽3。定子齒22在其沿徑向靠內(nèi)的末端上設有齒頂23，齒頂具有近似圓弧形的、凹形的外輪廓。定子齒22設有(未圖示)定子線圈，通過定子線圈在通電時能夠產(chǎn)生定子磁場。
[0032]在內(nèi)部凹槽3中作為轉(zhuǎn)子裝置在軸5上可轉(zhuǎn)動地設置了一個同樣柱筒形的轉(zhuǎn)子4 (電機I的轉(zhuǎn)動件)。轉(zhuǎn)子4具有轉(zhuǎn)子本體41，轉(zhuǎn)子本體設有極靴42，極靴通過連接片43與在軸5上設置的磁導區(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馬達時在切向作用的橫向力來保持住極靴42并且盡管如此還具有這樣的橫截面，其足夠小，以便通過永久磁體7引起的通過磁導區(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之間設置槽6，其內(nèi)容納永久磁體7。槽6基本上長形地在徑向上從轉(zhuǎn)子4的外周附近向轉(zhuǎn)子4的磁導區(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)動時的離心力作用地保持在槽6內(nèi)。
[0036]這種電機I例如以電動馬達方式運行，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，該定子磁場與由永久磁體7通過極靴42引起的勵磁場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通常通過對鐵素體粉末材料壓力加工進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施加磁場而被授予磁化各向異性并且接著在各向異性的方向上對得到燒結(jié)的材料進行磁化。永久磁體7優(yōu)選出于制造簡單的理由以塊狀或者說方塊狀提供。永久磁體7的磁極方向或者說磁化在切向上、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以兩部分或者多部分構(gòu)造。第一分磁體71在槽6內(nèi)遠離氣隙地、亦即與磁導區(qū)44鄰接地設置，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方體狀的永久磁體7，因為它們能夠簡單地制造。使用的分磁體71、72優(yōu)選具有在切向(或者說在極靴延伸的設置方向)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)化其剩磁而對其進行選擇。第一分磁體71這樣成形，使得它在遠離氣隙的區(qū)域內(nèi)將槽6充滿并且在切向也就是說在極靴42的設置方向提供磁化。[0041]在第一分磁體71上沿徑向連接第二分磁體72，更確切說盡可能直接連接。第二分磁體72針對高的矯頑場強設計。換句話說，在制造第二分磁體72時為實現(xiàn)高的矯頑場強而選擇所使用的磁體材料。因為經(jīng)常如圖3所示的那樣，磁體材料的矯頑場強和剩磁反向地表現(xiàn)，所以這導致第二分磁體72的剩磁比第一分磁體71的剩磁小并且第一分磁體71的矯頑場強比第二分磁體72的矯頑場強小。
[0042]圖3中相應曲線Kl為第一分磁體71表示關于磁場強度的剩磁的變化曲線，并且曲線K2為第二分磁體72表不關于磁場強度的剩磁的變化。
[0043]第二分磁體72的徑向長度對于第一分磁體71的徑向長度的長度比優(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I的截面的截取部分，具有所表示的在滿載荷下的磁場線。在兩個所表示的磁導區(qū)44附近遠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，這通過磁場線之間的距離表示。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，然而可以通過利用第二分磁體72的兩部分的設計方案阻止第二分磁體72的不可逆轉(zhuǎn)的去磁。
【權利要求】
1.用于電機(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分磁體(71、72)組成；和 -至少兩個極靴(42)，在所述極靴之間設置了所述永久磁體(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)高的矯頑場強。
2.根據(jù)權利要求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)選這兩個分磁體(71、72)作為燒結(jié)的鐵素體磁體構(gòu)造。
4.根據(jù)權利要求1到3之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，設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)更加遠離氣隙地設置。
6.根據(jù)權利要求1到5之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，這兩個分磁體(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。
7.根據(jù)權利要求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整個磁體直線地延伸。
8.根據(jù)權利要求1到3之一所述的轉(zhuǎn)子裝置(4)，其中，第二分磁體(72)的矯頑場強比第一分磁體(71)的矯頑場強高的程度可達50%，并且尤其第二分磁體(72)的矯頑場強在330到360kA / m之間的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權利要求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(I)，具有用于提供定子磁場的定子裝置(2)和根據(jù)權利要求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)通過氣隙(3)從定子裝置(2)分開。
【文檔編號】H02K1/27GK103779988SQ201310624582
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權日: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 申請人:羅伯特·博世有限公司