CN107565723B - 转子 - Google Patents

Abstract

为了在保持功率和扭矩的同时降低制造成本，具有导磁的转子芯的IPM电机的转子在转子的每个磁极中包括第一，第二，第三和第四凹缺，在所述凹缺中设置至少一个第一、第二、第三或第四永磁体，其中‑第一和第二凹缺被相互布置成朝向转子芯外表面打开的第一“V”形形状，并且第三和第四凹缺被相互布置成朝向转子芯外表面打开的第二“V”形形状，‑第二“V”形形状位于第一“V”形形状的凹缺之间，并与其相互嵌套，‑永磁体构造有铁氧体材料，优选完全地由铁氧体材料形成，‑特别地，凹缺的沿着“V”形形状的侧边的尺寸大于、优选多倍于、特别优选至少三倍于垂直于侧边的尺寸，‑更特别地，永磁体至少很大程度上、优选至少几乎完全地、沿着凹缺的较小尺寸是磁化的。

Description

转子

技术领域

本发明涉及一种永磁激励的电机的转子。本发明还涉及一种永磁激励的电机。此外本发明涉及一种交通工具，尤其是道路交通工具。

现有技术

如DE 10 2014 102 411 A1中所公开的那样，具有内置的永久磁体的机器、简称为：IPM机器包括转子，该转子具有围绕转子的外圆周布置的具有交替极性的多个磁体。转子可在包含多个绕组的定子内旋转。转子以磁性方式与定子相互作用以产生转子围绕旋转轴的旋转。IPM机器可以在转子中要么使用铁氧体磁体、要么使用稀土磁体，例如由钕-铁-硼(NdFeB)构成。与稀土磁体相比，铁氧体磁体更廉价，但在用于相同设计的IPM机器时产生较低的功率。

由DE 10 2014 102 411 A1已知一种用于具有内置的永磁体的机器的转子芯，其包括至少一个铁氧体磁极和至少一个稀土极，它们在径向上以交替的关系绕轴线布置。铁氧体极限定多个第一极腔，稀土极限定多个第二极腔。在铁氧体磁极的每个第一极腔中，布置多个铁氧体磁体中的一个，并且在稀土极的每个第二极腔中布置多个稀土磁体中的一个。

因此，该转子心设计用于具有不同材料的磁体的混合组件。其中，用于稀土磁体的第二极腔以相互交错的V形排列，其中较小的磁体形成内部“V”并且较大的磁体形成外部“V”。稀土磁体可以完全填充第二极腔，或者它们可以在稀土磁体和相应的第二极腔之间留下一个或多个气隙。因此示出的是，在大的“V”以及小的“V”的侧边的根部和端部上布置各一个空气腔。这些空气腔直接与稀土磁体相邻，并且基本上是三角形的。

因此，DE 10 2014 102 411 A1的转子装置包含在交替磁极中布置的铁氧体磁体和稀土磁体，以便使稀土磁体的体积最小化，而等效的仅由稀土磁体组成的转子装置的功率基本上保留。与仅由稀土磁体构成的转子组件相比，使稀土磁体的体积最小化降低了转子组件的制造成本。

DE 10 2010 002 786 A1还示出了这种形式的IPM机器，例如用于驱动电机和混合动力电动车辆。该机器包括具有以一层或多层布置的多个铁氧体磁体的转子，其中至少一层稀土磁体(例如NdFeB磁体)邻接铁氧体磁体，以避免或减少退磁。在磁体的空间布置中，“V”形—“内V”和弧形—“外V”彼此组合。在这种空间布置中，每个相邻的“V”形磁体对(一方面在“V”形中并且另一方面在弧形中)通过气隙或其他非磁性材料(例如，塑料或类似材料)相互分隔。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，(尤其通过所述的在转子中使用的稀土磁体导致的)IPM机器的制造成本在尽可能保有功率和扭矩的同时被进一步降低。

所述技术问题通过一种具有导磁的转子芯的永磁激励的电机的转子解决，其在转子的每个磁极上包含：

-第一凹缺，其中布置至少一个第一永磁体，

-第二凹缺，其中布置至少一个第二永磁体，

-第三凹缺，其中布置至少一个第三永磁体，

-第四凹缺，其中布置至少一个第四永磁体，

其中，

-第一和第二凹缺相互布置成朝向转子芯外表面打开的第一“V”形形状，并且

-第三和第四凹缺相互布置成朝向转子芯外表面打开的第二“V”形形状，

-第一和第二“V”形形状这样相互嵌套，使得第二“V”形形状位于第一“V”形形状的凹缺之间，

-永磁体构造有铁氧体材料，优选完全由铁氧体材料(Ferritwerkstoff)构成，

-特别是，凹缺的沿着“V”形形状的侧边的延伸尺寸大于、优选多倍于、特别优选至少三倍于垂直于“V”形形状的侧边的尺寸，

-更特别是，永磁体的磁化方向至少很大程度上、优选至少几乎完全地、沿着凹缺的较小尺寸定向。

在这种布局中，永磁体单独地布置在每个凹缺中。可选地，两个或更多个永磁体可以并排地和/或相继地布置在每个凹缺中。并排的布置意味着：两个或多个永磁体一侧以它们的磁性北极、另一侧以它们的磁性南极相互邻接地布置；也就是说永磁体的同名的磁极相互邻接。相继的布置意味着：第一永磁体的一个磁极沿着永磁体的磁化方向与相邻的第二永磁体的相反的磁极相连接；例如，第一永磁体的磁性北极与第二永磁体的磁性南极相连接。

转子芯外表面等于转子外表面，也就是对应于转子的至少基本上圆柱形的外侧面。方向说明“朝向转子芯外表面”在此表示从转子和转子芯的旋转轴线沿径向方向向外指向的方向。此外，凹缺沿着转子、从而转子芯的轴向方向、即，在旋转轴线的方向上，至少部分地，优选地完全在转子或转子芯的至少一个轴向部段上延伸。转子可以优选地被构造成具有若干这样的轴向部段，其也称为区段。特别优选地，各个区段围绕旋转轴线相对于彼此以预定角度—倾斜角扭曲。例如，设置六个区段，其中在轴向方向上两个彼此直接相邻的区段相对于彼此旋转1度。被称为倾斜的扭转布局用于减少电机的所谓的锁槽扭矩(Nutrastmoment)。

通过凹缺以及因此布置在其中的永久磁铁的第一和第二“V”形形状的造型、并且通过第一和第二“V”形形状的嵌套布置(其中第一“V”形形状的第一和第二凹缺位于外部，并且第二“V”形形状的第三和第四凹缺嵌入第一“V”形形状内部)，既提高了电机的基础力矩、也尤其提高了电机的磁阻力矩；与仅为转子的每个磁极设置一个单独“V”形形状的布局相比，这种提高特别大。由此实现的是，在转子中使用由铁氧体材料构成的永磁体代替稀土磁体，并且尽管由铁氧体材料制成的永磁体的磁化率较低(也就是相比稀土磁体它的永磁磁通量较小)，但是仍能实现电机较高的功率。优选地，在这种构造中，转子中的所有永磁体都可以仅由铁氧体材料形成，同时电机的功率较高。因此，本发明能够实现功率效能高的电机的廉价制造。

优选的实施例实现了更扁平的、空间和材料节省的永磁体的使用和进而实现了紧凑的、功率效能高的转子装置，其中凹缺沿着“V”形形状的侧边的延伸尺寸优选是垂直于“V”形形状的延伸尺寸的多倍，并且其中永磁体的磁化沿着凹缺的较小尺寸定向。

本发明有利的实施例在从属权利要求中描述。

根据本发明的转子的优选的扩展设计，

-第一和第二凹缺的径向向内的端部与转子芯内表面仅通过至少几乎环形的内部的转子芯承载区域的径向尺寸相间隔，该转子芯承载区域沿着转子芯内表面沿转子芯、因而转子的圆周方向延伸，

和/或

第一，第二，第三和第四凹缺的径向向外的端部与转子芯外表面仅通过至少几乎环形的外部的转子芯承载区域的径向尺寸相间隔，转子芯承载区域间隔开的径向尺寸是至少几乎环形的外转子芯轴承部分的径向尺寸，该转子芯承载区域沿着转子芯外表面沿转子芯的圆周方向延伸。

在此，转子芯内表面优选是圆转圆柱形或至少大致圆柱形的转子芯到转子轴的边界，转子轴优选在转子芯中旋转对称地对中地布置；转子轴优选地由非磁性材料构成。转子芯内表面形成为转子芯的空间区域的内表面，该空间区域优选但并非必须由转子芯材料、也即特别是导磁材料、一体式构成，但是其首先用于在转子芯和转子轴之间传递机械力。转子芯的该空间区域至少几乎圆形地围绕转子轴，即至少几乎是圆柱形的，并且在这里被称为内部的转子芯承载区域。特别地，该内部转子芯承载区域用于承受由在操作期间在转子上作用的离心力和扭矩引起的机械应力，但是也可以承受来自制造中的作用在转子芯上的机械应力，例如通过热压装配在转子轴上。该内转子芯承载区域的径向尺寸被选择为这样小，如其能够实现所述的机械负载即可，因此第一和第二凹缺以及因此布置其中的永磁体延伸为尽可能靠近转子芯内表面。

外部的转子芯支撑区域在材料、形状和目的方面对应于内部转子芯支撑区域，并且沿着外转子芯表面限定转子芯。外转子芯轴承区域沿着转子、因而转子芯的圆周方向以及沿着转子芯外表面延伸，并且主要用于在转子中承受离心力，特别是施加在凹缺中的永磁体上的离心力。该外部转子芯支撑区域的径向尺寸也被选择为这样小，如其能够实现所述的机械负载即可，因此第一和第二凹缺以及因此布置其中的永磁体延伸为尽可能靠近转子芯外表面。

因此总体上实现的是，凹缺以及布置在其中的永磁体沿径向在转子芯的的尽可能大的部分上延伸。特别是在永磁体横向于“V”形形状的侧边的磁化的定向的情况下，通过凹缺以及布置在其中的永磁体的所述延伸，所述永磁体横向于其磁化地获得尽可能大的尺寸，由此永磁磁通量被增大。在转子的磁极的预设的极间距的情况下，凹缺的这种延伸也使得“V”形形状的侧边在极间距内尽可能陡峭地布置，也就是相互构成的角度尽可能小。

在根据本发明的转子的另一优选实施例中，至少一个永磁体至少几乎完全地在相关的凹缺上延伸，至少几乎完全地填充相关的凹缺。可选地，至少一个凹缺在径向向内和/或径向向外指向的端部处具有至少一个气穴。

在此一般而言，转子芯中的不具有转子芯材料和永磁体的、非导磁的空间区域被称为气穴。其相对导磁率至少几乎等于1(也就是几乎等于真空的)的空间区域被称为非导磁的空间区域。

为了使凹缺和容纳其中的永磁体沿径向、即在此沿着“V”形形状的侧边尽可能远地延伸，所述形式的气穴具有尽可能小的尺寸；另一方面通过气穴避免漏磁并因而提高电机的功率。然而，在此气穴优选具有非常小的尺寸，优选小于永磁体的最小尺寸，因为由此能够实现具有相应的较高的永久磁通量的永磁体。

根据本发明的转子的另一优选实施例

-第一和第二凹缺沿着第一“V”形形状的侧边的尺寸大于、优选至少几乎两倍于第三和第四凹缺沿着第二“V”形形状的侧边的尺寸，

和/或

第一和第二凹缺的垂直于第一“V”形形状的侧边的尺寸比第三和第四凹缺的垂直于第二“V”形形状的侧边的尺寸更大、优选大至少几乎10％，

和/或

第二“V”形形状的侧边的开口角度比第一“V”形形状的侧边的开口角度更大，优选大至少几乎20％。

因此，对于永磁体的优选的磁化方向(其垂直于“V”形形状的侧边)，第一和第二凹缺相比于第三和第四凹缺构造用于沿磁化方向更厚的、并且垂直于磁化方向更宽的永磁体。

有利地，第三和第四凹缺也在它们的径向向内指向的端部处尽可能接近地彼此相邻，仅通过由转子芯材料构成的支撑梁隔开，其用于承受离心力并且被选择为这样窄，即能够实现所述目的即可。由此还可以避免或减小漏磁。

根据本发明的转子的优选设计，属于转子的第一磁极的第一凹缺至少几乎平行于在圆周方向上与转子的第一磁极直接相邻的该转子的第二磁极的、沿圆周方向直接相邻的第二凹缺地延伸。在此，第一“V”形形状的开口角度至少几乎等于转子的磁极的极间距的角度。在转子的各个磁极之间的转子材料的部段具有在转子的圆周方向上沿其径向方向至少几乎均匀的宽度。

在根据本发明的转子的另一优选实施例中

-至少一个不导磁的、优选四边形的、磁通偏转的凹缺沿着转子芯的圆周方向、在第一和第二凹槽的径向内部的端部之间延伸，

-特别地，多个这样的不导磁的、优选四边形的、磁通偏转的凹缺沿着圆周方向在第一和第二凹缺的径向内部的端部之间连续布置，并且通过优选与转子芯一体式地、由转子芯材料构成的支撑梁相互分隔。

所述至少一个磁通偏转的凹缺(优选同样设计为气穴)尤其用于减小或阻止从第一或第二凹缺中的永磁体向内部转子芯承载区域并朝向转子轴漏磁，其可能减损电机的基础力矩。所述至少一个磁通偏转的凹缺相对第一和第二凹缺通过支撑梁隔开，该支撑梁尤其用于承受离心力并且为了有效的磁通偏转而尽可能薄；另外的支撑梁设置在两个或多个这种磁通偏转的凹缺之间。若设置多个这种磁通偏转的凹缺，则它们极可能沿圆周方向、也可以沿径向(通过支撑梁相互分隔地)相继片连。

由于根据本发明的转子的上述设计特征，电机的高扭矩的理想的设计方案被实现，也就是既实现了高的基本力矩也实现了高磁阻转矩，其中转子芯被设计用于理想的力承受以及最大程度地减少漏磁。

根据按照本发明的转子的扩展设计，在转子芯中、在第一和第二凹缺之间、尤其在在第一和第二凹缺的径向向内指向的端部之间的空间区域中、设置至少一个用于容纳至少一个固定件的凹缺。优选地，至少一个紧固件被设计成在转子(其转子芯由两个或多个转子芯元件、尤其转子盘片构成)中将转子芯元件、尤其转子盘片、转子的至少一个区段相互连接。特别优选地，至少一个紧固件被设计成将转子的所有区段的至少几乎所有转子芯元件，特别是转子盘片彼此连接。有利地，所述至少一个紧固件设计成螺栓连接件、优选是销钉；可选地，可以使用铆钉，夹具等。为了以简单的方式获得前述的倾斜，至少一个用于容纳至少一个固定件的凹缺相对沿轴向的下一个区段以所述倾斜角沿圆周方向围绕旋转轴向旋转地、在转子芯元件、尤其转子板部段中定位。通过这种方式，当在至少一个固定件、尤其销钉上串起转子芯元件、尤其转子盘片时能够获得期望顺序的倾斜。

当转子芯元件、尤其转子盘片借助其他器件相连时，例如通过粘接、尤其借助电绝缘的粘接材料等，所述凹缺是多余的。

上述技术问题此外通过一种转子芯元件、尤其是转子盘片解决，其特征在于具有前述形式的转子的特征的技术方案。

永磁激励的电机的按照本发明的转子的按照本发明的导磁的转子芯的按照本发明的转子芯元件、尤其按照本发明的转子盘片在转子的每个磁极上包含：

-第一凹缺，其中布置至少一个第一永磁体，

-第二凹缺，其中布置至少一个第二永磁体，

-第三凹缺，其中布置至少一个第三永磁体，

-第四凹缺，其中布置至少一个第四永磁体，

其中，

-第一和第二凹缺相互布置成朝向转子芯外表面打开的第一“V”形形状，并且

-第三和第四凹缺相互布置成朝向转子芯外表面打开的第二“V”形形状，

其中，

-第一和第二“V”形形状这样相互嵌套，使得第二“V”形形状位于第一“V”形形状的凹缺之间。

在按照本发明的转子芯元件的优选的扩展设计中，所述凹缺的沿着“V”形形状的侧边的延伸尺寸大于、优选多倍于、特别优选至少三倍于垂直于“V”形形状的侧边的尺寸。

根据按照本发明的转子的按照本发明的转子芯元件、尤其按照本发明的转子盘片的优选的扩展设计，

-第一和第二凹缺的径向向内的端部与转子芯内表面仅通过至少几乎环形的内部的转子芯承载区域的径向尺寸相间隔，该转子芯承载区域沿着转子芯内表面沿转子芯、进而转子的圆周方向延伸，

和/或

第一，第二，第三和第四凹缺的径向向外的端部与转子芯外表面仅通过至少几乎环形的外部的转子芯承载区域的径向尺寸相间隔，该转子芯承载区域沿着转子芯外表面沿转子芯的圆周方向延伸。

在按照本发明的转子芯元件的优选的技术方案中，所述凹缺设计用于，使得至少一个永磁体至少几乎完全地在相关的凹缺上延伸，并且至少几乎完全地填充相关的凹缺。可选地，至少一个凹缺在径向向内和/或径向向外指向的端部处具有至少一个气穴。

在按照本发明的转子芯元件的另一种优选的实施形式中，

-第一和第二凹缺沿着第一“V”形形状的侧边的尺寸大于、优选至少几乎两倍于第三和第四凹缺沿着第二“V”形形状的侧边的尺寸，

和/或

第一和第二凹缺的垂直于第一“V”形形状的侧边的尺寸比第三和第四凹缺的垂直于第二“V”形形状的侧边的尺寸更大、优选大至少几乎10％，

和/或

第二“V”形形状的侧边的开口角度比第一“V”形形状的侧边的开口角度更大，优选大至少几乎20％。

此外，在按照本发明的转子芯元件中，属于转子的第一磁极的第一凹缺至少几乎平行于在圆周方向上与转子的第一磁极直接相邻的、转子的第二磁极的、沿圆周方向直接相邻的第二凹缺。

在按照本发明的转子芯元件的另一种优选的实施形式中，

-至少一个不导磁的、优选四边形的、磁通偏转的凹缺沿着转子芯的圆周方向、在第一和第二凹槽的径向内部的端部之间延伸，

-特别地，多个这样的不导磁的、优选四边形的、磁通偏转的凹缺沿着圆周方向在第一和第二凹缺的径向内部的端部之间连续布置，并且通过优选与转子芯一体式地、由转子芯材料构成的支撑梁相互分隔。

最后，根据本发明的转子芯元件的优选的扩展设计，在转子区域中、在第一和第二凹缺之间、尤其在在第一和第二凹缺的径向向内指向的端部之间的空间区域中、设置至少一个用于容纳至少一个固定件的凹缺。

按照本发明的转子芯元件、尤其转子盘片能够以简单方式廉价地制造，因为其能够以简单轮廓构成，其可以简单地通过常规加工方法制造，流入通过冲压或类似工艺。同样简单的是，借助按照本发明的转子芯元件、尤其转子盘片能够制造具有所述特征和优点的用于转子的转子芯以及整个所述转子。

此外上述技术问题通过一种永磁激励的电机解决，其具有前述形式的转子和/或前述形式的转子芯元件、尤其是转子盘片。按照本发明构造的机器能够以廉价的材料、尤其是廉价的由铁氧体材料构成的永磁体制成，并且具有很高的功率，尤其是高功率密度。因此电机不再需要使用昂贵的稀土磁体。

上述技术问题最后还通过一种交通工具、尤其是道路交通工具解决，其具有前述形式的永磁激励的电机和/或配备一种电机，该电机构造有前述形式的电机，和/或所述一个电机具有前述形式的转子芯元件、尤其转子盘片。所述交通工具通过这种方式能够配备廉价的和功率效能高的驱动器、尤其是牵引驱动器。

附图说明

本发明的实施例在附图中显示并且以下被详细描述，其中在所有附图中相应的元件标以相同的附图标记并且取消对这些元件的重复描述。在附图中：

图1以沿轴向的俯视图示出按照本发明的永磁激励的电机的按照本发明的转子的导磁的转子芯的按照本发明构造的转子盘片的实施例的全视图，

图2示出具有用于带有按照图1的转子盘片的转子的次级的造型的图1的局部和

图3示出按照图2的造型的优选尺寸的标注的实施例。

具体实施方式

在图1中，附图标记101表示根据本发明的转子盘片的示例，其作为根据本发明的转子100的示例的导磁转子芯102的转子芯元件，并且以俯视图沿轴向显示，也即在转子100的旋转轴103的方向上显示。转子芯102和因而转子100沿轴向延伸进入附图平面。转子100被设置用于根据本发明的永磁励磁电机，特别是旋转磁场机器。根据图1的示例的转子100具有十个磁极，其中心位置在圆周方向104上通过从旋转轴线103径向向外指向的极轴105指示，但是任何其它数量的磁极也是可能的。每两个相邻的磁极，也就是它们的极轴105在圆周方向104上以极角W1彼此间隔开。由于轴向延伸，极轴105精确限定出轴向延伸的面，并且磁极形成轴向定向的带。转子盘片101和转子芯体102中的每个磁极具有同样在轴向方向上延伸并在图1中详细示出的凹缺的构造，所述凹缺在按照图2的描绘图1的以Z表示的局部的细节图中、以所属的按照图3的标注实施例详细显示。

根据图2的这种造型对于每个磁极包括第一凹缺106和第二凹缺107，第一凹缺106和第二凹缺107相互布置成朝向转子芯外表面109开口的第一“V”形形状108。转子芯外表面109形成转子芯102、且因而也是转子100的径向向外的边缘，并且优选为圆柱形并且与旋转轴线103旋转对称。在转子芯外表面109处，转子芯102以及因此转子100具有第一直径D1。第一凹缺106和第二凹缺107以及第一“V”形构型108被设计成对应于相应的极轴105。图2中的每个磁极包括第三凹缺110和第四凹缺111，第三凹缺110和第四凹缺111布置在朝向转子芯外表面109开口的第二“V”形形状112中。第三凹缺110和第四凹缺111以及第二“V”形形状112也相对于所述极轴105对称。第一和第二“V”形形状108、112这样嵌套，使得第二“V”形形状112位于第一“V”形形状的第一凹缺106和第二凹缺107之间。

第一，第二，第三和第四凹缺106、107、110、111具有径向向外指向的端部113、114、115和116，它们仅通过至少几乎环形的外部转子芯支承区域117与转子芯外表面109间隔开，转子芯支承区域117沿着转子芯102的圆周方向104、沿着转子芯外表面109延伸。转子芯支承区域117在转子芯102的径向上具有由D8表示的径向尺寸，等于第一直径D1和第二直径D2的差的一半；第二直径D2描述径向向外指向的端部113、114、115和116的径向位置。径向尺寸D8的尺寸被设计得尽可能小，如其能够顾及在转子芯102中发生的机械负载。

转子芯102径向向内、即朝向转向轴线103由转子芯内表面118限定，转子芯内表面118与转子芯外表面109一样也是圆柱形的并且相对于旋转轴线103旋转对称并且具有第七直径D7。通过转子芯表面118，转子芯102力锁合地和/或形状配合地连接到与旋转轴103旋转对称设置的转子轴上；后者优选地设计有非磁性材料，但在附图中未明确示出。

第一和第二凹缺106、107具有径向向内指向的端部119和120，其仅通过至少几乎环形的内部转子芯承载区域121与转子芯体内表面118相间隔，其在转子芯体的圆周方向104上沿着转子芯内表面118延伸。由第六直径D6描述第一和第二凹缺106、107的径向向内指向的端部119、120的径向位置。内部转子芯承载区域121在转子芯102的径向上具有由D9表示的径向尺寸，其等于第六直径D6和第七直径D7的差的一半，并且其尺寸设计得尽可能小，如其能够顾及在转子芯102中发生的机械负载。

相反，第三和第四凹缺110、111分别具有径向向内的端部122和123，它们并非仅通过内转子芯承载区域121与内部转子芯表面118相间隔。第三和第四凹缺110、111的径向向内的端部122和123的径向位置分别由第三直径D3描述。第二直径D2和第六直径D6之间的差优选为第二直径D2和第三直径D3之差的至少几乎两倍，偏差约5％，最大值为10％。换句话说，第一和第二凹缺106、107在径向上或者在其沿第一“V”形形状108的侧边的延伸上具有比第三和第四凹缺110、111在径向上或者在其沿第二“V”形形状112的侧边的延伸上更大的尺寸，优选至少几乎两倍。由此在转子芯102中在第一和第二凹缺106、107以及第三和第六直径D3、D6之间构成具有转子芯材料的空间区域124，其形状在以下更详细描述。

在作为示例示出的转子芯102中，凹缺106、107、110、111在其沿着“V”形形状108、112的侧边的延伸上、也就是在径向向内指向的端部119、120、122和123(在一侧)和径向向外指向的端部113、114、115和116(在另一侧)之间的尺寸比垂直于“V”形形状108、112的侧边的尺寸优选大许多倍。若凹缺106、107、110、111的径向延伸被再次换种方式描述，即通过第二D2和第三D3直径之间的差值D2-D3，或者通过第二D2和第六D6直径之间的差值D2-D6，则尤其适用于

-第一和第二凹缺106、107，差值D2-D6至少是第一和第二凹缺106、107垂直于第一“V”形形状108的、标注为第一尺寸的尺寸A1的五倍，和

-第三和第四凹缺110、111，差值D2-D3至少是第三和第四凹缺110、111垂直于第二“V”形形状112的、标注为第二尺寸的尺寸A2的三倍。

此外在所示示例中，第一尺寸A1优选比第二尺寸A2大至少几乎10％。

此外，第二“V”形结构112的、也就是第三和第四凹缺110、111的侧边的开口角度W4比第一“V”形结构108的、也就是第一和第二凹缺106、107的侧边的开口角度W3优选地大至少约20％。

第一，第二，第三和第四凹缺106、107、110和111分别用于容纳第一，第二，第三和第四永磁体。这在图3中示出，借助布置有第一永磁体125的第一凹缺106以及布置有第四永磁体126的第四凹缺111。在此第一125和第二永磁体是相同的；同样地，第三和第四永磁体是相同的。在图示例中，永磁体125、126被一体式设计成具有圆形边缘和角部的长方体形状。相反，可以分别在每个凹缺106、107、110和111中设置多个优选同样长方体形状的永磁体。在具有几个轴向连续布置的区段的转子100中，(其中磁极从区段到另外区段、在圆周方向104上以预设的倾斜角相互错开，也就是旋转状布置)单独的永磁体在轴向上最多只在一个区段上延伸；否则，每个永磁体也可以至少在转子100或转子芯102的几乎整个轴向尺寸上延伸。

永磁体—也就是按照图3所示的第一和第四永磁体125、126—在根据本发明构造的转子100中构造有铁氧体材料，优选完全由铁氧体材料制成。这允许廉价地制造转子。此外永磁体的磁化方向、即图1中所示的第一和第四永磁体125、126的磁化方向、如图3所示，至少在很大程度上，优选地至少几乎完全地沿着凹缺106、107或110、111的较小尺寸A1，A2定向，即垂直于“V”形形状108、112的侧边。

在此，永磁体、也就是按照图3示范示出的第一和第四永磁体125、126的磁化方向从转子100的一个磁极朝向沿圆周方向104紧邻的磁极交替地、从相关磁极的极轴105指出地并且朝向相关磁极的极轴105指入地定向。由此转子100的磁极至少几乎位于极轴105中，并且磁性北极和南极沿着圆周方向104交替。

在所示的示例性实施例中，永磁体125、126并没有完整地在相关的凹缺106、107、110或111上延伸。仅第一和第二凹缺106、107在径向向内的端部119、120上被第一和第二永磁体分别至少几乎完全充满。在第一和第二凹缺106、107的径向向外指向的端部113、114以及第三和第四凹缺110和111的径向向内和径向向外的端部122、123和115、116分别设置气穴127、128和129、130和131、132。气穴127、128和129、130和131、132优选这样构成，即凹缺106、107、110或111的端部113、114、115、116、122或123的端部113、114、115、116、122或123相对凹缺106、107、110或111的沿着“V”形形状108和112的侧边的延伸锐角地或钝角地(也就是非直角地)定向，相对地永磁体125、126具有相互垂直的表面。例如，第三凹缺110的径向向内的端部122相对由第三凹缺110形成的第二“V”形形状112的侧边的方向成钝角地定向；相对通过第三永磁体的直角的表面构成的直角W6因此存留用于气穴129的空间。相对地，例如第二凹缺107的径向向内指向的端部120在构成直角W5的情况下沿着第一“V”形形状108的由第二凹缺107构成的侧边的方向形象，因此在这里不构成气穴。

在上述永磁体的磁化方向上，气穴防止在所述端部113、114、115、116、122和123处的磁性短路或漏磁。

抑制漏磁还用于确保第三和第四凹缺110、111的径向向内指向的端部122、123尽可能紧密地彼此挤压；它们仅通过用于承受离心力的转子芯材制成的第一支撑梁133彼此分离，并且第一支撑梁的宽度T1被选择为尽可能窄，只要能够实现所述目的即可。

代替直接邻接第一125和第二永磁体的气穴，在所示的示例性实施例中，在第一和第二凹缺106、107的径向向内指向的端部119和120之间设置两个沿转子芯102的圆周方向104延伸的、不导磁的、四边形的、磁通偏转的凹缺134、135。优选地形成空气填充的空腔的磁通偏转的凹缺134、135沿着圆周方向104相继地布置在第一106和第二107的凹缺的径向向内指向的端部119、120之间，并且通过与转子芯102成一体的由转子芯材料构成的支撑梁136、137、138相互分离。具体地，磁通偏转的凹缺134、135的第一凹缺134邻接第一凹缺106，并通过支撑梁136、137、138的第二支撑梁136隔开。磁通偏转的凹缺134、135的第二凹缺135沿圆周方向104邻接磁通偏转的凹缺134、135的第一凹缺134，并且通过支撑梁136、137、138的第三支撑梁137隔开。第二凹缺107沿圆周方向104邻接磁通偏转的凹缺134、135的第二凹缺135，并通过支撑梁136、137、138的第四支撑梁138隔开。磁通偏转的凹缺134、135在径向内侧通过边缘封闭，该边缘沿着第六直径D6延伸。磁通偏转的凹缺134、135在径向外侧通过沿着第五直径D5延伸的边缘封闭。

第五直径D5大于第六直径D6但小于第三直径D3，并且被选择为尽可能小，使得通过磁通偏转的凹缺134、135一方面在第一和第二凹缺106、107的径向内侧定向的端部119、120处有效地抑制漏磁，而用于在转子100上形成扭矩的磁通量不会或尽量少地受到干扰。优选地，第五直径D5选择为比第六直径D6大至多8％至10％。此外，第二、第三和第四支撑梁136、137、138也与转子芯体102一体地由转子芯材料形成，并且用于承受离心力。此外，第三支撑梁137的宽度T3和第二和第四支撑梁136或138的宽度T2被选择为尽可能的窄，只要能实现所述目的即可。

在所示的示例性实施例中，所有凹缺106、107、110、111、134和135的所有角都以半径R1倒圆。用于所有凹缺106、107、110、111、134和135的所有角都优选是相同的。所述倒圆尤其用于在转子芯102中的机械应力的更均匀的分布。

此外，属于转子100的第一磁极的第一凹缺106至少几乎平行于在圆周方向104上与转子100的第一磁极直接相邻的、转子100的第二磁极的、沿圆周方向104直接相邻的第二凹缺107。因此在转子芯102中在属于转子100的第一磁极的第一凹缺106和沿圆周方向104直接相邻的、转子100的第二磁极的第二凹缺107之间设置径向定向的、由转子芯材料构成的、具有沿圆周方向104测定的宽度的板，它们沿径向至少很大程度上具有相同的形状。因此在所述板中在转子芯102的整个径向延伸上实现的至少几乎均匀的磁通条件，其力线从转子100的第一磁极的第一凹缺106中的第一永磁体125延伸到转子100的第二磁极的沿圆周方向104直接相邻的第二凹缺107中的第二磁体。相应地，在转子100的每两个磁极之间或其极轴105之间的极角W1与第一“V”形形状108的侧边、亦即第一和第二凹缺106、107之间的开口角度W3至少几乎相同。

在转子区域124中、在第一106和第二107凹缺之间、尤其在在第一106和第二107凹缺的靠近在第一106和第二107凹缺的径向内侧的端部旁边的部段之间、在转子芯102中设置至少一个凹缺139用于容纳至少一个紧固件。所述至少一个紧固件优选地由螺栓连接件，铆钉等构成。凹缺139沿着具有第四直径D4的与旋转轴线103同心的圆布置；第四直径D4确定用于至少一个紧固件的凹缺139的径向位置。在圆周方向104上，用于至少一个紧固件的凹缺139的位置由角度W2确定，角度W2表示用于至少一个紧固件的凹缺139相对极轴105的角位置。为转子100的每个磁极设置用于至少一个紧固件的凹缺139，使得沿圆周方向104相邻的两个磁极的凹缺139在该圆周方向104上相对于彼此旋转极角W1。

用于至少一个紧固件的凹缺139在所示示例中由圆孔构成，其具有由至少一个紧固件的类型和尺寸确定的直径D10。用于至少一个紧固件的凹缺139相对第三直径D3以及第三和第四凹缺110、111的径向向内指向的端部122、134隔开第三尺寸A3。用于至少一个紧固件的凹缺139相对第五直径D5、并因此相对磁通偏转的凹缺134、135的径向向外的边缘隔开第四尺寸A4。尺寸A3和A4优选地被选择为相同。

在具有两个或更多个轴向排列的区段的转子100的结构中，角度W2、即用于至少一个紧固件的凹缺139相对极轴105的角位置、从一个段到另一段以期望的倾斜角变化，因此在转子100中沿转子100的轴向相继布置的磁极的所有的用于至少一个紧固件的凹缺139对齐。因此，至少一个紧固件可以非常简单地直线状地通过转子100的整个轴向延伸引导。

用于按照本发明的转子100的转子芯102的优选的尺寸实施例由以下表格给出。

总之，本发明提供了具有导磁转子芯的IPM机器的转子，为了在保持功率和扭矩的同时降低制造成本、该转子芯在转子的每个磁极中包括第一，第二，第三和第四凹缺，在凹缺中设置至少一个第一、第二、第三和第四永磁体，其中

·第一和第二凹缺被相互布置成朝向转子芯的外表面打开的第一“V”形形状(108)，并且第三和第四凹缺被相互布置成朝向转子芯的外表面打开的第二“V”形形状，

·第二“V”形形状位于第一“V”形形状的凹缺之间，并与其相互嵌套，

·永磁体由铁氧体材料形成，优选完全地由铁氧体材料形成，

·特别地，凹缺的沿着“V”形形状的侧边的尺寸大于、优选多倍于、特别优选至少三倍于垂直于侧边的尺寸，

·更特别地，永磁体至少很大程度上、优选至少几乎完全地、沿着凹缺的较小尺寸是磁化的。

附图标记清单

100 转子

101 作为102的转子芯元件的转子盘片

102 100的转子芯

103 100的旋转轴

104 100和102的圆周方向

105 100磁极的极轴

106 在101或102中的第一凹缺

107 在101和102中的第二凹缺

108 第一“V”形形状，包括106、107

109 转子芯外表面：102的径向向外指向的边缘

110 在101或102中的第三凹缺

111 在101或102中的第四凹缺112

112 第二“V”形形状，包括110、111

113 106的径向向外指向的端部

114 107的径向向外指向的端部

115 108的径向向外指向的端部

116 109的径向向外指向的端部

117 101或102的外部的转子芯承载区域

118 102的转子芯内表面

119 106的径向向内指向的端部

120 107的径向向内指向的端部

121 101或102的内部的转子芯承载区域

122 110的径向向内指向的端部

123 111的径向向内指向的端部

124在106、107之间以及D3、D6之间具有转子芯材料的空间区域

125 106中的第一永磁体

126 111中的第四永磁体

127 在106的113处的气穴

128 在107的114处的气穴

129 在110的122处的气穴

130 在110的116处的气穴

131 在110的115处的气穴

132 在111的116处的气穴

133 在110的122和111的123之间的第一支撑梁

134 在101或102中的第一磁通偏转凹缺

135 在101或102中的第二磁通偏转凹缺

136 106和134之间的第二支撑梁

137 134和135之间的第三支撑梁

138 135和107之间的第四支撑梁

139 用于紧固件(例如螺栓连接件、铆钉)的凹缺

A1 第一尺寸：106、107垂直于108的侧边的尺寸

A2 第二尺寸：110、111垂直于112的侧边的尺寸

A3 第三尺寸：从139到D3的距离

A4 第四尺寸：从139到D5的距离

D1 第一直径：102的直径，亦即100在109处的直径

D2 第二直径：113、114、115、116的径向位置

D3 第三直径：122、123的径向位置

D4 第四直径：139的径向位置

D5 第五直径：134、135的径向向外指向的边缘的径向位置

D6 第六直径：119，120的径向位置

D7 第七直径：118的直径

D8 117在101或102的径向上的径向尺寸

D9 121在101或102的径向上的径向尺寸

D10 139的直径

R1 106，107，110，111，134，135的角的倒圆的半径

T1 133的宽度

T2 136和138的宽度

T3 137的宽度

W1 在每两个相邻磁极或其极轴105之间的极角

W2 139相对105的角位置

W3 108的侧边、亦即106、107的开口角度

W4 112的侧边、亦即110、111的开口角度

W5 从120到107的直角

W6 在110中的122上的第二永磁体的直角

Z 图1的局部：按照图2和3的细节视图

Claims (23)

1.一种具有导磁的转子芯(102)的永磁激励的电机的转子(100)，其在转子(100)的每个磁极上包含：

-第一凹缺(106)，在所述第一凹缺中布置至少一个第一永磁体(125)，

-第二凹缺(107)，在所述第二凹缺中布置至少一个第二永磁体，

-第三凹缺(110)，在所述第三凹缺中布置至少一个第三永磁体(126)，

-第四凹缺(111)，在所述第四凹缺中布置至少一个第四永磁体，

其中，

-第一和第二凹缺(106、107)相互布置成朝向转子芯外表面(109)打开的第一“V”形形状(108)，并且

-第三和第四凹缺(110、111)相互布置成朝向转子芯外表面(109)打开的第二“V”形形状(112)，

-第一和第二“V”形形状(108；112)这样相互嵌套，使得第二“V”形形状(112)位于第一“V”形形状(108)的所述凹缺(106、107)之间，

-永磁体(125、126)构造为带有铁氧体材料，

-所述凹缺(106、107、110、111)的沿着“V”形形状的侧边的延伸尺寸大于垂直于“V”形形状的侧边的尺寸，

-永磁体(125、126)的磁化方向沿着所述凹缺(106、107、110、111)的较小的尺寸定向，

-其中，第二“V”形形状(112)的侧边的开口角度(W4)比第一“V”形形状(108)的侧边的开口角度(W3)更大，并且其中，属于转子(100)的第一磁极的第一凹缺(106)平行于在圆周方向(104)上与转子(100)的第一磁极直接相邻的该转子(100)的第二磁极的、沿圆周方向(104)直接相邻的第二凹缺(107)地延伸。

2.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，所述永磁体(125、126)完全由铁氧体材料构成。

3.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，所述凹缺(106、107、110、111)的沿着“V”形形状的侧边的延伸尺寸多倍于垂直于“V”形形状的侧边的尺寸。

4.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，所述凹缺(106、107、110、111)的沿着“V”形形状的侧边的延伸尺寸至少三倍于垂直于“V”形形状的侧边的尺寸。

5.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，第二“V”形形状(112)的侧边的开口角度(W4)比第一“V”形形状(108)的侧边的开口角度(W3)大至少20％。

6.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，

-第一和第二凹缺(106、107)的径向向内的端部(119、120)与转子芯内表面(118)仅通过环形的内部的转子芯承载区域(121)的径向尺寸(D9)相间隔，该转子芯承载区域在转子芯(102)的圆周方向(104)上沿着转子芯内表面(118)延伸，

和/或

第一，第二，第三和第四凹缺(106、107、110、111)的径向向外的端部(113、1114、115、116)与转子芯外表面(109)仅通过环形的外部的转子芯承载区域(117)的径向尺寸(D8)相间隔，该转子芯承载区域在转子芯(102)的圆周方向(104)上沿着转子芯外表面(109)延伸。

7.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，至少一个永磁体(125、126)完全地在相关的凹缺(106、107、110、111)上延伸，并完全地填充相关的凹缺(106、107、110、111)。

8.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，至少一个凹缺(106、107、110、111)在径向向内和/或径向向外指向的端部(113、114、115、116、119、120、122)处具有至少一个气穴(127、128、129、130、131、132)。

9.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，

-第一和第二凹缺(106、107)沿着第一“V”形形状(108)的侧边的尺寸大于第三和第四凹缺(110、111)沿着第二“V”形形状(112)的侧边的尺寸，

和/或

第一和第二凹缺(106、107)的垂直于第一“V”形形状(108)的侧边的尺寸(A1)比第三和第四凹缺(110、111)的垂直于第二“V”形形状(112)的侧边的尺寸更大。

10.按照权利要求9所述的转子(100)，其特征在于，第一和第二凹缺(106、107)沿着第一“V”形形状(108)的侧边的尺寸至少两倍于第三和第四凹缺(110、111)沿着第二“V”形形状(112)的侧边的尺寸。

11.按照权利要求9所述的转子(100)，其特征在于，第一和第二凹缺(106、107)的垂直于第一“V”形形状(108)的侧边的尺寸(A1)比第三和第四凹缺(110、111)的垂直于第二“V”形形状(112)的侧边的尺寸大至少10％。

12.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，

-至少一个不导磁的、磁通偏转的凹缺(134、135)沿着转子芯(102)的圆周方向(104)、在第一和第二凹槽(106、107)的径向向内的端部(119、120)之间延伸，

-多个这样的不导磁的、磁通偏转的凹缺(134、135)沿着圆周方向在第一和第二凹缺(106、107)的径向向内的端部(119、120)之间连续布置，并且通过支撑梁(136、137、138)相互分隔。

13.按照权利要求12所述的转子(100)，其特征在于，所述不导磁的、磁通偏转的凹缺(134、135)四边形地构造。

14.按照权利要求12所述的转子(100)，其特征在于，所述支撑梁(136、137、138)与转子芯(102)一体式地、由转子芯材料构成。

15.按照权利要求1所述的转子(100)，其特征在于，

在转子芯(102)中，在第一和第二凹缺(106、107)之间的空间区域(124)中设置至少一个用于容纳至少一个固定件的凹缺(139)。

16.按照权利要求15所述的转子(100)，其特征在于，用于容纳至少一个固定件的凹缺(139)布置在第一和第二凹缺(106、107)的径向向内指向的端部(119、120)之间的空间区域(124)中。

17.一种转子芯元件(101)，其特征在于，所述转子芯元件(101)构造为用于按照前述权利要求1至16中任一项所述的转子(100)的导磁的转子芯(102)的转子芯元件。

18.按照权利要求17所述的转子芯元件(101)，其特征在于，所述转子芯元件(101)是转子盘片(101)。

19.一种永磁激励电机，其特征在于，所述永磁激励电机具有按照权利要求1至16之一所述的转子(100)和/或按照权利要求17所述的转子芯元件(101)。

20.按照权利要求19所述的永磁激励电机，其特征在于，所述转子芯元件(101)是转子盘片(101)。

21.一种交通工具，其特征在于，其具有按照权利要求19所述的永磁激励电机和/或具有带有按照权利要求1至16之一所述的转子(100)的电机和/或具有带有按照权利要求17所述的转子芯元件(101)的电机。

22.按照权利要求21所述的交通工具，其特征在于，所述交通工具是道路交通工具。

23.按照权利要求21所述的交通工具，其特征在于，所述转子芯元件(101)是转子盘片(101)。

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