具有永磁激勵(lì)的電樞的電機(jī)和附屬的永磁激勵(lì)的電樞制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種電機(jī)（10），在該電機(jī)中由定子（14）和電樞（12）限定氣隙（28）的邊界，定子（14）通過該氣隙與電樞（12）的磁致激活部件的磁場共同起作用，其中，電樞（12）包括永磁體（18）以及布置在該永磁體之間的軟磁的磁通量引導(dǎo)元件（22）作為磁致激活部件。在至少一個(gè)延伸方向（16）上的電樞（12）的磁致激活部件比在該延伸方向（16）上的定子（14）的磁致激活部件的軟磁的磁通量引導(dǎo)裝置（32）長。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
具有永磁激勵(lì)的電樞的電機(jī)和附屬的永磁激勵(lì)的電樞
本專利技術(shù)涉及一種具有定子和電樞的電機(jī)，其中，電樞包括永磁體以及布置在這些永磁體之間的軟磁的磁通量引導(dǎo)元件作為磁致激活部件。在本專利技術(shù)的上下文中，電機(jī)特別是指這種具有轉(zhuǎn)子的電機(jī)，并且在此優(yōu)選為同步電機(jī)和伺服電機(jī)。根據(jù)本專利技術(shù)的電機(jī)特別適合作為電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)裝置。但本專利技術(shù)也可以通過直線電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
技術(shù)介紹
在此處以及下文中，電樞的磁致激活部件是指在很大程度上通過電機(jī)的氣隙參與定子與電樞之間的內(nèi)在磁性相互作用的那個(gè)電樞組成部分。由此限定電樞的那個(gè)部分的邊界，該部分僅支撐磁致激活部件并用于機(jī)械的力傳遞，也就是說在轉(zhuǎn)子的情況下例如是它的軸。本專利技術(shù)還包括電機(jī)的電樞，該電樞由永磁體永磁激勵(lì)。為了能夠在預(yù)先確定的結(jié)構(gòu)空間中借助于電機(jī)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生盡可能大的轉(zhuǎn)矩，通過在電機(jī)的定子與電樞之間的氣隙的區(qū)域中提供盡可能大的磁通量而形成解決方案。例如在電動(dòng)車中需要，在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)中在氣隙中提供平均值為0.6特斯拉至0.8特斯拉的通量密度。在使用發(fā)電機(jī)的情況下得出相對(duì)于產(chǎn)生電壓而言的同樣的解決方案。在永磁激勵(lì)的電樞，即不通過線圈電激勵(lì)的電樞中(在這些電樞中只通過永磁體產(chǎn)生電樞磁場)，可以通過相應(yīng)大量的永磁體產(chǎn)生盡可能大的通量密度。為此，可能有必要在電樞中設(shè)計(jì)較大的極數(shù)。這又導(dǎo)致了在快速變換的定子磁場中，也就是例如在轉(zhuǎn)速高時(shí)，造成電樞和定子中反復(fù)磁化頻率高的問題。在用于電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的例子中，轉(zhuǎn)子必須能夠在每分鐘5000至10000轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。這可以產(chǎn)生較大的渦流并從而使電機(jī)大大升溫。在文件EP1416617A1中描述了一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子中，永磁體以星形方式布置在軸上，并在這些永磁體之間分別布置疊片區(qū)段作為磁通量引導(dǎo)元件。在每兩個(gè)疊片區(qū)段的端面上布置永磁體；在位于其間的疊片區(qū)段處分別設(shè)置導(dǎo)磁元件。疊片區(qū)段和布置在這些疊片區(qū)段之間的永磁體分別構(gòu)成磁性單元，其中，該磁性單元彼此相互磁性獨(dú)立。如果將轉(zhuǎn)子裝入定子中，就形成三條磁回路，這三條磁回路都僅僅在徑向方向上經(jīng)過轉(zhuǎn)子的端面的終端疊片延伸。在文件GB1487877A中描述了一種轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子中，以星形方式圍繞軸布置的永磁體向磁通量引導(dǎo)元件中輸送磁通量，該磁通量引導(dǎo)元件分別布置在永磁體之間。沿徑向在每個(gè)磁通量引導(dǎo)元件下方，即在每個(gè)磁通量引導(dǎo)元件和軸之間，分別布置另一個(gè)永磁體，該永磁體也向相應(yīng)的磁通量引導(dǎo)元件中輸送磁通量。在文件US2007/267930A1中描述了一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子中，永磁體以星形方式圍繞軸布置，并在這些永磁體之間布置軟磁的磁通量引導(dǎo)元件。轉(zhuǎn)子在軸向方向上沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線從電機(jī)的定子伸出，轉(zhuǎn)子安裝在該定子中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于，在電機(jī)中，在轉(zhuǎn)速較大時(shí)也能實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩的傳輸。該目的通過根據(jù)本專利技術(shù)的電機(jī)和轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)。本專利技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在極數(shù)相對(duì)較小時(shí)提供高磁性氣隙感應(yīng)，即磁通量密度。為此，原則上將電樞的激活部件設(shè)計(jì)為比定片或定子的激活部件長。電樞的磁致激活部件在此包括永磁體以及布置在這些永磁體之間的軟磁的磁通量引導(dǎo)元件，這些磁通量引導(dǎo)元件傳導(dǎo)由永磁體產(chǎn)生的磁通量。電樞的這個(gè)磁致激活部件現(xiàn)在在至少一個(gè)延伸方向上比沿在該延伸方向上的定子的磁致激活部件的軟磁的磁通量引導(dǎo)裝置長。定子的這個(gè)軟磁的磁通量引導(dǎo)裝置通常是疊片鐵心，定子的電線圈嵌入該疊片鐵心中。在此描述的電機(jī)設(shè)計(jì)方案以這樣的認(rèn)識(shí)為依據(jù)，即從電樞的從定子中伸出的部分的磁致激活部件發(fā)出的磁場不一定作為散射場起作用，也就是沒有為轉(zhuǎn)矩傳輸帶來好處。取而代之，磁場的力線從電樞的伸出部分出發(fā)，一直延伸到氣隙的邊緣，并在那里進(jìn)入定子的軟磁的部件。于是，在電機(jī)的氣隙中在定子的軟磁的部件的邊緣處得出場密度，從而在此處相對(duì)于根據(jù)
技術(shù)介紹
的電機(jī)增大磁場的場強(qiáng)度。根據(jù)本專利技術(shù)的電機(jī)設(shè)計(jì)方案可以非常好地與電樞相結(jié)合，該電樞的磁致激活部件本身是為另一種磁通量集中而設(shè)計(jì)的。換言之，在此在電樞內(nèi)部自身已經(jīng)產(chǎn)生了磁通量集中。由此實(shí)現(xiàn)這種情況，即永磁體的磁化不能朝向氣隙的方向，而是要橫交于氣隙的方向。換言之，永磁體的磁化橫交于表面區(qū)域的法向量，它從中以磁性形式從電樞發(fā)出或重新進(jìn)入這個(gè)電樞。在此，橫交于法向量是指法向量和磁化形成夾角，該角度在45°至135°的范圍內(nèi)，特別是在75°與105°之間的范圍內(nèi)。特別優(yōu)選的是垂直定向。對(duì)于將電樞設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)子的情況，也就是說基本形狀為圓柱形的情況，在這種實(shí)施方式中得出朝向轉(zhuǎn)子的圓周方向的切線方向的永磁體的磁化和在徑向方向上的磁通量集中。通過對(duì)永磁體的磁化的這種布置方式，可以在永磁體的北極使那里發(fā)出的磁場從與其鄰接的磁通量引導(dǎo)元件向氣隙的方向改變線路，其中，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場進(jìn)行壓縮，從而在氣隙中形成磁通量比永磁體本身表面處磁通量更大的磁場。在永磁體的南極上得出相應(yīng)的比例，磁場在那里重新進(jìn)入這個(gè)永磁體。通過借助于電樞的磁致激活部件引起磁場集中還可以使用磁通量較小的磁鐵，特別是鐵氧體磁鐵，但仍然可以在氣隙中達(dá)到期望的較高的磁通量。由于電樞的磁致激活部件在其從定子中伸出的端部具有其它永磁體，該永磁體同樣布置在一個(gè)磁通量引導(dǎo)元件處，因此氣隙范圍內(nèi)的磁通量仍然繼續(xù)上升。于是這些永磁體的磁化與延伸方向平行，電樞沿著該延伸方向從定子中伸出。在此，將磁化布置為平行于延伸方向是指，磁化和由延伸方向定義的軸線形成夾角，該夾角的數(shù)值在0至45°的范圍內(nèi)，特別是在0至15°的范圍內(nèi)。對(duì)于將電樞設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)子的例子，這意味著，轉(zhuǎn)子在軸向方向上沿著旋轉(zhuǎn)軸線從定子中伸出，并且在轉(zhuǎn)子的端面上，沿軸向磁化的永磁體被布置在磁通量引導(dǎo)元件的端部上。通過在磁通量引導(dǎo)元件的端部上的額外的永磁體可以將額外的磁通量輸送到磁通量引導(dǎo)元件中，額外的磁通量同樣在磁通量引導(dǎo)元件中集中并在氣隙內(nèi)部向定子傳輸。在使用具有平行于延伸方向的磁化的永磁體的情況下，軟磁的磁通量引導(dǎo)元件本身不需要也從定子的軟磁部件中伸出。在多個(gè)磁通量引導(dǎo)元件上，在電樞的端部上分別布置與延伸方向平行的永磁體，這些永磁體彼此通過軟磁回路元件相互磁性地耦合。從而盡管在采用額外的永磁體的情況下也能夠保持較小的漏磁通量。平行于延伸方向磁化的永磁體當(dāng)然可以安裝在電樞的兩個(gè)端部上，該兩個(gè)端部隨后在延伸方向上從定子中伸出。同樣屬于本專利技術(shù)的電樞同樣具有至少一個(gè)磁通量引導(dǎo)元件，在該磁通量引導(dǎo)元件上，在磁通量引導(dǎo)元件的四個(gè)不同的側(cè)面上分別鄰接至少一個(gè)永磁體。此外，這個(gè)磁通量引導(dǎo)元件使鄰接的永磁體與電樞的外側(cè)的表面區(qū)域耦合，即在電樞的安裝完成的狀態(tài)中限定氣隙的邊界的那個(gè)外側(cè)。此外，與磁通量引導(dǎo)元件鄰接的永磁體具有都朝向磁通量引導(dǎo)元件或者都遠(yuǎn)離該磁通量引導(dǎo)元件的磁化。于是，在前述表面區(qū)域處形成具有特大通量密度的電樞的磁極。根據(jù)本專利技術(shù)的電樞設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子具有以下結(jié)構(gòu)：在垂直于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的橫截面中，切向地在圓周方向上被磁化的永磁體以星形方式圍繞轉(zhuǎn)子的軸布置，并且在這種情況下在永磁體之間分別布置楔形的疊片區(qū)段。這樣一來，就限定了位于永磁體的兩個(gè)不同側(cè)面上的各個(gè)疊片區(qū)段的邊界。在轉(zhuǎn)子的端面上，其它沿軸向磁化的永磁體布置在疊片區(qū)段上。于是，每個(gè)疊片區(qū)段分別具有另外兩個(gè)與疊片區(qū)段鄰接的永磁體，也就是說每個(gè)疊片區(qū)段共有四個(gè)永磁體。與如何設(shè)計(jì)電樞的軟磁的磁通量本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電機(jī)（10），在所述電機(jī)中由定子（14）和電樞（12）限定氣隙（28）的邊界，所述定子（14）通過所述氣隙與所述電樞（12）的磁致激活部件的磁場共同起作用，其中，所述電樞（12）包括永磁體（18）以及布置在所述永磁體之間的軟磁的磁通量引導(dǎo)元件（22）作為所述磁致激活部件，其中，在至少一個(gè)延伸方向（16）上的所述電樞（12）的所述磁致激活部件比在所述延伸方向（16）上的所述定子（14）的磁致激活部件的軟磁的磁通量引導(dǎo)裝置（32）長，并且所述電樞（12）的所述磁致激活部件沿著所述延伸方向（16）在多個(gè)磁通量引導(dǎo)元件（22）上分別具有帶有磁化（42）的永磁體（40），所述磁化平行于所述延伸方向（16），其特征在于，平行于所述延伸方向（16）磁化的所述永磁體（40）通過軟磁的回路元件（48）彼此磁性耦合，通過所述回路元件，所述永磁體（40）的磁通量在所述電樞（12）的端面（36，38）上閉合。

【技術(shù)特征摘要】
2012.03.16 EP 12159926.01.一種電機(jī)(10)，在所述電機(jī)中由定子(14)和電樞(12)限定氣隙(28)的邊界，所述定子(14)通過所述氣隙與所述電樞(12)的磁致激活部件的磁場共同起作用，其中，所述電樞(12)包括永磁體(18)以及布置在所述永磁體之間的軟磁的磁通量引導(dǎo)元件(22)作為所述磁致激活部件，其中，在至少一個(gè)延伸方向(16)上的所述電樞(12)的所述磁致激活部件比在所述延伸方向(16)上的所述定子(14)的磁致激活部件的軟磁的磁通量引導(dǎo)裝置(32)長，并且所述電樞(12)的所述磁致激活部件沿著所述延伸方向(16)在多個(gè)磁通量引導(dǎo)元件(22)上分別具有帶有磁化(42)的永磁體(40)，所述磁化平行于所述延伸方向(16)，其特征在于，平行于所述延伸方向(16)磁化的所述永磁體(40)通過軟磁的回路元件(48)彼此磁性耦合，通過所述回路元件，所述永磁體(40)的磁通量在所述電樞(12)的端面(36，38)上閉合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)(10)，其中，所述電樞(12)的所述磁致激活部件引起磁通量集中，并且為此，鄰接于所述永磁體(18)的所述磁通量引導(dǎo)元件(22)分別設(shè)計(jì)用于，使所述永磁體(18)與相應(yīng)的、限定所述氣隙(28)的邊界的表面區(qū)域(46)磁性地耦合，并且與所述表面區(qū)域(46)耦合的所述永磁體(18)具有磁化(24)，所述磁化橫交于所述表面區(qū)域(46)的法向量(30)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)(10)，其中，所述磁化垂直于所述表面區(qū)域(46)的法向量(30)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電機(jī)(10)，其中，所述電樞(12)設(shè)計(jì)為具有圓柱形的基本形狀的轉(zhuǎn)子，并且其中，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線(16)的走向與所述延伸方向相符。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電機(jī)(...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅爾夫·福爾默，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西門子公司，
類型：發(fā)明
國別省市：