CN116157981A - 转子叠片、转子叠片铁芯、转子、电机和车辆 - Google Patents

Abstract

一种用于电机(111)的转子(100)的转子叠片(1)，包括大量通道开口(2a‑2f)，每个通道开口用于形成转子叠片铁芯(101)的磁体腔(102)并且具有第一纵向侧(4)和平行于第一纵向侧(4)的第二纵向侧(5)，其中，对于在周向方向上相邻并且相对于径向对称轴(3)关于彼此轴向对称的通道开口对(2a‑2f)，相应对的相应通道开口(2a‑2f)的外轮廓(8)将纵向侧(4，5)的指向对称轴(3)的端部(6，7)彼此连接，其中，外轮廓(8)从第一纵向侧(4)在偏离两个纵向侧(4，5)的方向上延伸，并且沿着从第一纵向侧(4)到第二纵向侧(5)限定的延伸方向在朝向对称轴(3)弯曲的弧形部分(12)上延伸到第二纵向侧(5)。

Description

转子叠片、转子叠片铁芯、转子、电机和车辆

技术领域

本发明涉及一种用于电机的转子的转子叠片，包括大量的通道开口，每个通道开口用于形成转子叠片铁芯的磁体腔，并且具有第一纵向侧和平行于第一纵向侧的第二纵向侧，其中，对于在周向方向上相邻并且相对于径向对称轴关于彼此轴向对称定位的通道开口对，相应对的相应通道开口的外轮廓将纵向侧的指向对称轴的端部彼此连接。

此外，本发明涉及一种用于电机的转子叠片铁芯、一种用于电机的转子、一种用于车辆的电机以及一种车辆。

背景技术

DE 10 2018 118 275 A1公开了一种用于电机的转子装置，该转子装置包括由叠片铁芯形成的转子铁芯和多个永磁体，每个永磁体布置在形成于转子铁芯中的磁体腔内，从而形成沿轴向方向延伸的间隙。这里形成多个磁体腔布置，每个磁体腔布置包括多个磁体腔，其中每个磁体腔布置包括以V形布置的两对磁体腔，这两对径向间隔开。

在由转子叠片形成的转子操作期间，转子叠片有时必须承受大的机械载荷，特别是在汽车应用中大量使用的电机中。这些大的机械载荷尤其是由于在旋转期间作用在转子叠片上的体积力或离心力、由于转子叠片在轴上的压配合而产生的表面力或接触压力、以及由于永磁体布置在转子的磁体腔中并且被支撑以抵抗径向位移而作用在转子叠片上的附加表面载荷而产生的。这种载荷的组合导致一对对称通道开口的外轮廓之间的腹板中的机械应力的局部峰值。该腹板越宽，由于机械应力导致材料失效的风险越低。然而，另一方面，为了保持腹板区域的低磁饱和，腹板应该尽可能窄。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种减小对称磁体腔的相对外轮廓区域中的机械应力的方法。

根据本发明，该目的通过一种用于电机的转子的转子叠片来实现，该转子叠片包括大量通道开口，每个通道开口用于形成转子叠片铁芯的磁体腔，并且具有第一纵向侧和平行于第一纵向侧的第二纵向侧，其中，对于在周向方向上相邻的并且相对于径向对称轴而关于彼此轴向对称定位的通道开口对，相应对的相应通道开口的外轮廓将纵向侧的指向对称轴的端部彼此连接，其中外轮廓从第一纵向侧在偏离两个纵向侧的方向上延伸，并且沿着从第一纵向侧到第二纵向侧限定的延伸方向在朝向对称轴弯曲的弧形部分上延伸到第二纵向侧。

因此，根据本发明的用于电机转子的转子叠片包括大量的通道开口。每个通道开口用于形成转子叠片铁芯的磁体腔。每个通道开口具有第一纵向侧和平行于第一纵向侧的第二纵向侧。对于在周向方向上相邻并且相对于径向对称轴关于彼此轴向对称定位的通道开口对，相应对的相应通道开口的外轮廓将纵向侧的指向对称轴的端部彼此连接。外轮廓从第一纵向侧沿偏离两个纵向侧的方向延伸。该外轮廓沿着从第一纵向侧到第二纵向侧限定的延伸方向在朝向对称轴弯曲的弧形部分上延伸。

本发明基于这样的认识，即高机械应力尤其形成在外轮廓的这种区域中，这些区域由于它们的小半径而导致高缺口效应，因为缺口效应随着半径下降而上升。根据本发明，由于外轮廓最初远离纵向侧延伸，然后在弧形部分上延伸回到第二纵向侧，所以在相应对的通道开口的外轮廓之间的腹板区域中，可以实现弧形部分的最小半径的较大值。

在传统的转子叠片中，外轮廓最初不在偏离两个纵向侧的方向上延伸，因此与传统的转子叠片相比，可以有利地减小腹板区域中的机械应力的局部最大值。在转子叠片具有相同的机械应力抵抗能力的情况下，所述转子叠片首先可以承受更高的体积力，尤其是由于更高的转速导致的更高的体积力，其次可以承受更高的表面力，尤其是由于使用更大功率、更重的永磁体导致的更高的表面力。替代地，假设出现相同的表面和物理力，可以使用成本更低、抗应力更小的材料。在这种情况下，给定大量已知形状和布置的磁体腔，可以采用上述外轮廓的几何形状。

转子叠片通常由软磁材料制成。转子叠片有利地具有用于固定在轴上的中心切口，特别是通过压配合固定在轴上。转子叠片的腹板(或者换句话说，桥接部)通常形成在相应的一对通道开口的外轮廓之间。转子叠片优选具有至少四对、优选至少六对在周向方向上等距离布置的通道开口。

纵向侧之间的距离通常小于相应纵向侧的长度。纵向侧的端部通常基本位于垂直于纵向侧的直线上。永磁体优选地在对称轴线的方向上在磁体腔或通道开口内延伸最多远至纵向侧的端部。因此，通常使用具有可能圆化的矩形横截面的磁体，其中永磁体的纵向侧平行于通道开口的纵向侧延伸。外轮廓通常在磁体腔中界定出气腔。可以在纵向侧的与外轮廓相对定位的端部处形成另外的气腔。

在根据本发明的转子叠片中，当弧形部分具有第一子部分和第二子部分时是优选的，其中第一子部分的最小半径大于第二子部分的最小半径。结果，机械应力的最大值可以有利地移动到具有较小最小半径的第二子部分的区域中。

当第一子部分相对于延伸方向位于第二子部分之前时是优选的。这允许外轮廓最初以较大的最小半径并因此以小的切口效应沿着弧形部分被引导至一对通道开口的外轮廓之间的最小距离点，然后沿着具有较小最小半径的第二子部分在第二纵向侧的方向上被引导。

原则上，可以想象子部分具有椭圆形或一些其他弧形设计。然而，特别优选的是，第一子部分是圆弧的形式和/或第二子部分是圆弧的形式。相应子部分的最小半径是对应子部分的半径的恒定值。

第二子部分优选直接邻接第一子部分。第一子部分优选平滑过渡到第二子部分。相应对的通道开口的外轮廓之间的最小距离点优选位于第二子部分中。

在根据本发明的转子叠片中，可以进一步规定外轮廓在第一纵向侧的端部和弧形部分之间具有直线部分。以这种方式，外轮廓可以被引导远离两个纵向侧一小段距离，以便实现弧形部分的最小半径的尺寸的期望增加。

在一个特别优选的发展中，规定第一纵向侧所沿的直线和直线部分所沿的直线基本上以直角相交，该角度的分支沿着第一纵向侧和直线部分延伸。由于基本上成直角的轮廓，首先，如果角度基本上大于90°，可以防止气腔的尺寸的不期望的减小，其次，如果角度基本上大于90°，可以避免磁场线轮廓的负面影响。特别地，“基本上成直角”意在理解为表示85°和95°之间的角度范围，优选87°和93°之间，特别优选89°和91°之间。然而，该角度额外地优选为至多90°。

就制造而言，原则上，当第一纵向侧和直线部分之间的过渡和/或直线部分和弧形部分之间的过渡为圆形设计时，特别是具有比第二子部分的最小半径更小的半径时，是有利的。

根据本发明的转子叠片的第一优选变型改进，规定弧形部分终止于两条直线之间，纵向侧沿着这两条直线延伸，并且外轮廓具有突出部分，该突出部分优选地相对于弧形部分在另一侧上的延伸方向成直线延伸。这种突出部分使得在制造过程中更容易将永磁体定位在通道开口中。突出部分被设计成防止永磁体沿着纵向侧移动。

就制造而言，这里还可以有利地规定，弧形部分和突出部分之间的过渡和/或突出部分和第二纵向侧之间的过渡为圆形设计，特别是具有比第二弯曲半径更小的弯曲半径。

根据本发明的转子叠片的一个替代变型改进，规定弧形部分平滑地过渡到第二纵向侧或外轮廓的过渡部分，该过渡部分以偏离两个纵向侧的方式朝向第二纵向侧延伸。因此，弧形部分可以直接到达第二纵向侧，或者甚至超过第二纵向侧延伸的直线，使得弧形部分的最小半径的进一步增加是可能的。然而，这种外轮廓的构造通常要求***通道开口中的永磁体在固定到磁体腔时必须保持活动。

在根据本发明的转子叠片的有利发展中，第一纵向侧的端部比第二纵向侧的端部定位为径向更靠内侧。这具有这样的效果，即外轮廓最初沿径向向内方向延伸，以便获得足够的腹板宽度。

在根据本发明的转子叠片中，在优选的改进中规定，成对的通道开口布置成径向向外敞开的V形。因此，以这种方式可以有利地形成对应于通道开口对的数量的多个转子磁极。分支沿对称轴和第一纵向侧延伸的角度通常小于90°，优选小于75°，特别优选小于65°，和/或大于20°，优选大于45°，特别优选大于50°。

在优选的发展中，当每对的转子叠片具有一对另外的通道开口时，永磁体的双V形布置被实施，所述一对另外的通道开口被布置成向外敞开的V形，并且相对于对称轴对称。另外的通道开口的纵向侧通常比通道开口的纵向侧短。此外，关于通道开口的所有前述陈述可以应用于另外的通道开口。

替代地或附加地，当每对的转子叠片具有垂直于对称轴延伸的另外的通道开口时，可以实现通道开口的三角形布置。

在一个优选的改进中，规定该通道开口或相应的另外的通道开口的径向最内点比通道开口的径向最内点径向更靠外侧。

还可行的是，每对通道开口由在周向方向上直接相邻的两个通道开口形成，其中纵向侧的中央垂直于径向方向。在这种情况下，每对通道开口通常形成用于两个相邻转子磁极的磁体腔。

本发明所基于的目的还通过一种用于电机的转子叠片铁芯来实现，该转子叠片铁芯包括大量以轴向分层方式布置的根据本发明的转子叠片。转子叠片有利地以这样的方式布置，即磁体腔形成用于永磁体的接收空间，该接收空间在轴向方向上是连续的。转子叠片通常彼此电绝缘。进一步优选的是，当转子叠片以旋转固定的方式彼此连接时，例如通过整体结合，优选地通过形成在转子叠片铁芯的侧表面上焊缝。

本发明所基于的目的还通过一种用于电机的转子来实现，该转子包括根据本发明的转子叠片铁芯，其中永磁体布置在磁体腔中。可以在每个磁体腔中精确地布置一个永磁体或以轴向分层方式布置的多个永磁体。永磁体通常封装在磁体腔中。

本发明所基于的目的还通过一种用于车辆的电机来实现，该电机包括根据本发明的定子和转子，其中转子可旋转地安装在定子内部。根据本发明的电机尤其可以是电马达。根据本发明的电机优选为三相电机，特别是永磁同步电机。

此外，本发明所基于的目的通过一种车辆来实现，该车辆包括根据本发明的电机，该电机被设计成驱动该车辆。因此，根据本发明的车辆可以是电池电动车辆(BEV)或混合动力车辆。

附图说明

本发明的更多优点和细节可以在下面描述的示例性实施例中并基于附图找到。附图是示意图，其中：

图1示出了根据本发明的转子叠片的第一示例性实施例的平面图；

图2示出了图1所示转子叠片的一部分的细节视图；

图3示出了图1所示转子叠片的通道开口的外轮廓的细节视图；

图4示出了根据本发明的转子叠片的第二示例性实施例的外轮廓的细节视图；

图5示出了根据本发明的转子的示例性实施例的剖视图，该转子具有根据本发明的转子叠片铁芯的示例性实施例；和

图6示出了根据本发明的车辆的示例性实施例的基本示意图，该车辆具有根据本发明的电机的示例性实施例。

具体实施方式

图1和图2示出了转子叠片1的第一示例性实施例的平面图，其中图2是转子叠片1的一部分的细节图。

转子叠片1包括大量通道开口2a至2f，每个通道开口用于形成转子叠片铁芯的磁体腔。在本示例性实施例中提供了在周向方向上直接相邻的六对通道开口2a至2f。形成相应对的通道开口2a至2f相对于径向对称轴3关于彼此轴向对称。

特别是从代表性地示出通道开口2a的图2中可以看出，每个通道开口2a至2f具有第一纵向侧4和平行于所述第一纵向侧的第二纵向侧5，其中第一纵向侧4具有指向对称轴3的端部6，第二纵向侧5具有指向对称轴3的端部7。端部6、7位于垂直于纵向侧4、5延伸的直线上。端部6、7通过外轮廓8相互连接，从而在相应一对通道开口2a至2f的外轮廓8之间形成腹板9(见图1)。

图3示出了图2所示通道开口2a的外轮廓8的细节图。

如图所示，外轮廓8从第一纵向侧4的端部6沿箭头10所示的方向偏离两个纵向侧4、5在由虚线11a、11b标识的弧形部分12上延伸至第二纵向侧5或其端部7。外轮廓8的延伸方向在此被定义为从第一纵向侧4到第二纵向侧5。

外轮廓8首先在第一纵向侧4的端部6和弧形部分12之间具有直线部分13。直线部分13沿着直线14在偏离两个纵向侧4、5的方向(见箭头10)上延伸，直线14与第一纵向侧4延伸所沿的直线15成直角。这里，在第一纵向侧4和直线部分13之间以及直线部分13和弧形部分12之间以圆形方式形成过渡。

弧形部分12具有第一子部分16和第二子部分17，其中第一子部分16相对于延伸方向位于第二子部分17的前面。子部分16、17彼此直接邻接，这由边界线11c标识。子部分16、17均为圆弧形式，第一子部分16的半径大于第二子部分17的半径。这里，子部分16、17在边界线11c的位置处平滑地过渡到彼此。

在弧形部分12的另一侧，外轮廓8具有沿直线延伸的突出部分18。突出部分18位于直线15和直线19之间，第二纵向侧5沿着直线19延伸。突出部分18垂直于直线19延伸。弧形部分12和突出部分18之间以及突出部分18和第二纵向侧5之间的过渡具有圆形设计。

参照图1，可以看出，对于转子叠片1，成对的通道开口2a至2f布置成径向向外开口的V形。在这种情况下，纵向侧4、5沿其延伸的直线15、19(见图3)与对称轴3围成大约58°的角度。对于每对通道开口2a至2f，还设置有另外的通道开口21，另外的通道开口21布置成向外敞开的V形，并且相对于对称轴3轴向对称。另外的通道开口21布置在比通道开口2a至2f更靠径向外侧的位置，特别地，另外的通道开口21的径向最内点位于比通道开口2a至2f的径向最内点更靠径向外侧的位置。此外，另外的通道开口21的平行的纵向侧22比通道开口2a至2f的纵向侧4、5短。以这种方式实现了通道开口2a至2f、21的双V形布置。

最后，图1还示出了转子叠片1的中心切口23，轴可以穿过所述中心切口。这里，举例来说，中心切口23是圆形的。然而，它也可以具有不同的形状，例如具有由圆弧形式的相对部分连接的相对平行部分。

图4示出了根据转子叠片1的第二示例性实施例的外轮廓8的细节视图。关于第一示例性实施例的所有陈述可以应用于第二示例性实施例，只要在下文中没有相反的描述。相同或具有相同效果的部件在这里用相同的附图标记表示。

在第二示例性实施例中，通道开口2a的外轮廓8不具有突出部分。弧形部分12或其第二子部分17平滑地过渡到第二纵向侧5。这种外轮廓8是有利的，例如，如果在转子的制造过程中永磁体不必被突出部分阻止沿纵向侧移动，因为永磁体以一些其他方式被保持。

根据转子叠片的另一示例性实施例，其在其他方面对应于第二示例性实施例，弧形部分12在偏离两个纵向侧4、5的方向上延伸超过直线19，然后过渡到第二纵向侧5。在这样的示例性实施例中，特别是纵向侧4、5的中央可以垂直于径向方向布置。

根据转子叠片1的另一示例性实施例，其在其他方面对应于第一示例性实施例或第二示例性实施例，对于每对通道开口2a至2f，提供纵向侧垂直于对称轴3的另外的通道开口，而不是以V形布置的另外的通道开口21。以这种方式可以形成通道开口的三角形布置。

图5示出了转子100的示例性实施例的剖视图，该转子100具有根据本发明的转子叠片铁芯101的示例性实施例。

转子叠片铁芯101由大量根据第一示例性实施例的轴向层叠的转子叠片1形成，这些转子叠片彼此电绝缘。转子叠片1的通道开口2a至2f、21(为了清楚起见，其中只有一个通道开口2a和另一个通道开口21在图5中具有附图标记)在这里重合地一个位于另一个之上，从而形成轴向延伸穿过转子叠片铁芯101的磁体腔102。这里，每个磁体腔102包括位于纵向侧4、5之间的接收空间103和由外轮廓8界定的指向对称轴3的气腔104。另外的气腔105形成在纵向侧4、5的与气腔104相对的端部。转子叠片1例如通过激光焊接以旋转固定的方式连接，例如整体连接。

转子100还包括大量永磁体106，永磁体106布置在磁体腔102中，并穿过相应磁体腔102的接收空间103。这里，单个永磁体106或轴向一个接一个布置的大量永磁体106可以布置在每个磁体腔102中。气腔104、105中没有永磁体。气腔104、105以及永磁体和纵向侧4、5之间的中间空间填充有树脂。

此外，转子100包括转子轴107，该转子轴107穿过转子叠片1中的中心切口23。在当前情况下，转子轴107例如是中空轴的形式。

转子100的其他示例性实施例包括根据其他示例性实施例的大量转子叠片1。

图6示出了具有电机111的示例性实施例的车辆110的示例性实施例的示意图。

电机111包括定子112和根据上述示例性实施例之一的转子100，转子100可旋转地安装在定子112内。电机111是永久励磁同步电机，并且是电马达的形式。电机111被设计成驱动车辆110，车辆110例如是电池电动车辆(BEV)或混合动力车辆。

Claims (15)

1.一种用于电机(111)的转子(100)的转子叠片(1)，包括大量通道开口(2a-2f)，每个通道开口用于形成转子叠片铁芯(101)的磁体腔(102)并且具有第一纵向侧(4)和平行于所述第一纵向侧(4)的第二纵向侧(5)，其中，对于在周向方向上相邻并且相对于径向对称轴(3)关于彼此轴向对称定位的通道开口对(2a-2f)，相应对的相应通道开口(2a-2f)的外轮廓(8)将纵向侧(4，5)的指向对称轴(3)的端部(6，7)彼此连接，

其特征在于，

所述外轮廓(8)从所述第一纵向侧(4)在偏离两个纵向侧(4，5)的方向上延伸，并且沿着从所述第一纵向侧(4)到所述第二纵向侧(5)限定的延伸方向在朝向对称轴(3)弯曲的弧形部分(12)上延伸到所述第二纵向侧(5)。

2.根据权利要求1所述的转子叠片，其中，

所述弧形部分(12)具有第一子部分(16)和第二子部分(17)，其中，所述第一子部分(16)的最小半径大于所述第二子部分(17)的最小半径。

3.根据权利要求2所述的转子叠片，其中，

所述第一子部分(16)相对于延伸方向位于所述第二子部分(17)的前面。

4.根据权利要求2或3所述的转子叠片，其中，

所述第一子部分(16)是圆弧的形式和/或所述第二子部分(17)是圆弧的形式。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片，其中，

所述外轮廓(8)在所述第一纵向侧(4)的端部(6)和所述弧形部分(12)之间具有直线部分(13)。

6.根据权利要求5所述的转子叠片，其中，

所述第一纵向侧(4)延伸所沿的直线(15)和所述直线部分(13)延伸所沿的直线(14)基本上以直角相交。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片，其中，

所述弧形部分(12)终止于两条直线(15，19)之间，纵向侧(4，5)沿着这两条直线延伸，并且所述外轮廓(8)具有突出部分(18)，所述突出部分(18)优选地相对于所述弧形部分(12)在另一侧上的延伸方向成直线延伸。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的转子叠片，其中，

弧形部分(12)平滑地过渡到所述第二纵向侧(5)或所述外轮廓(8)的过渡部分，所述过渡部分以偏离两个纵向侧(4，5)的方式朝向所述第二纵向侧(5)延伸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片，其中，

所述第一纵向侧(4)的端部(6)比所述第二纵向侧(5)的端部(7)径向更靠内侧。

10.根据前述权利要求中任一项所述的转子叠片，其中，

成对的通道开口(2a-2f)布置成径向向外开口的V形。

11.根据权利要求9所述的转子叠片，其中，

所述转子叠片

-对于每对具有一对另外的通道开口(21)，所述一对另外的通道开口(21)布置成向外开口的V形，并且相对于对称轴(3)轴向对称，和/或

-对于每对具有垂直于对称轴(3)延伸的另外的通道开口(2a-2f)，

其中，所述或相应的另外的通道开口(21)的径向最内点比所述通道开口(2a-2f)的径向最内点径向更靠外侧。

12.一种用于电机(111)的转子叠片铁芯(101)，包括以轴向分层方式布置的大量根据前述权利要求中任一项的转子叠片(1)。

13.一种用于电机(111)的转子(100)，包括根据权利要求12所述的转子叠片铁芯(101)，其中，永磁体(106)布置在磁体腔(102)中。

14.一种用于车辆(110)的电机(111)，包括定子(112)和根据权利要求13所述的转子(100)，其中所述转子(100)可旋转地安装在所述定子(112)内。

15.一种车辆(110)，包括根据权利要求14所述的电机(111)，所述电机被设计成驱动所述车辆(110)。

Images