用于電機的轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電機的轉(zhuǎn)子，其中該轉(zhuǎn)子能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且其中轉(zhuǎn)子在其徑向的外表面上具有用于形成至少一個磁極對的、優(yōu)選是兩個或者多個磁極對的多個永磁鐵。此外，本發(fā)明涉及一種具有這種類型的轉(zhuǎn)子的電機。
【背景技術(shù)】
[0002]這種類型的轉(zhuǎn)子例如應(yīng)用在永磁激勵的同步電機中。
[0003]在電機中，尤其在永磁激勵的同步電機中，電樞反作用不利地影響飽和比例，降低在給定最大電壓時的最大功率，導致高的電流需求和降低常規(guī)的動態(tài)性能。這導致對高矯頑磁場強度的磁鐵的提高的需求。
[0004]至今為止，構(gòu)建了具有相對厚重的磁鐵和相對大的氣隙的電機，從而保持較小的電樞反作用。
[0005]EP 2 704 294 A1公開了一種永磁激勵的同步電機的轉(zhuǎn)子，其中，轉(zhuǎn)子具有疊片組，并且其中在轉(zhuǎn)子的基本上圓柱形的表面上，每個磁極布置至少一個永磁鐵。
[0006]W0 2013/147157 A1公開了一種具有轉(zhuǎn)子的電機，該轉(zhuǎn)子具有塑料粘合的、壓制的鐵粉以及在其徑向外側(cè)具有永磁鐵，其中，壓制的鐵粉具有磁性各向異性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于對具有開頭所述類型的轉(zhuǎn)子的電機進行改進。
[0008]該目的通過具有開頭所述類型的轉(zhuǎn)子這樣地實現(xiàn)，即轉(zhuǎn)子至少部段式地具有在徑向上比多個永磁鐵更加在內(nèi)部的各向異性的軟磁的燒結(jié)材料，各向異性的軟磁的燒結(jié)材料具有輕方向和重方向。
[0009]此外，該目的通過具有這種類型的轉(zhuǎn)子的電機實現(xiàn)。
[0010]因此，在提出的轉(zhuǎn)子中提出，在永磁鐵的下方對應(yīng)有具有軟磁各項異性的燒結(jié)材料。為相應(yīng)的磁極設(shè)置至少一個永磁鐵。在本申請文件的框架中，材料和物質(zhì)在其具有小于100kA/m的矯頑磁場強度時被理解為軟磁性的。燒結(jié)材料的軟磁各項異性能由此被注意至IJ，即該物質(zhì)沿著不同的方向具有不同大小的導磁性。因此，軟磁的各向異性的物質(zhì)沿著其所謂的輕方向比沿著其所謂的重方向具有更高的導磁性。特別是，輕方向在此基本上垂直于重方向，其中，在輕方向和重方向之間的角度也可以在75°至90°之間，尤其是50°至90°之間。該角度范圍也應(yīng)該在本申請的其他地方作為依據(jù)，在這些地方，兩個方向同樣應(yīng)該基本上彼此垂直地指向。優(yōu)選的是，軟磁的各向異性的燒結(jié)材料在此具有適當?shù)母唢柡屯棵芏取?br>[0011]有利的是，電機這樣地設(shè)計，即其能夠以直至千瓦范圍的電功率運行，其中電機尤其能夠以超過10kw的電功率運行。
[0012]尤其是通過在轉(zhuǎn)子的徑向外側(cè)面上的多個永磁鐵與各向異性的軟磁的燒結(jié)材料組合給出了一系列的優(yōu)點，其中，該各向異性的軟磁的燒結(jié)材料在徑向上比多個永磁鐵更加在內(nèi)部地布置。因為通過永磁鐵和軟磁的各向異性的燒結(jié)材料以及尤其是其輕方向和重方向的合適的布置，能夠尤其有利地影響磁通量，從而相對于常規(guī)的電機降低電樞反作用。
[0013]通過相對小的電樞反作用，例如降低了視在功率需求(Scheinleistungsbedarf)，并且功率因數(shù)cos (phi)相對于常規(guī)的電機而言更大。因此較小的電樞反作用允許例如使用用于為電機供電的更小的變流器。
[0014]此外，優(yōu)點在于，相對較小的電樞反作用降低了永磁鐵的反向場負載。這允許使用較薄的永磁鐵和具有較低的矯頑磁場強度的永磁鐵。因此，尤其是通過相對小的、必須的矯頑磁場強度，可以使用具有重稀土(英語“heavy rare earth”)含量降低的成本低廉的永磁鐵。
[0015]與已知的類似的電機的區(qū)別在于，各向異性的軟磁的材料是燒結(jié)材料，由此例如也可以使用這樣的原材料，其以另外的方式僅僅非常難以或者完全不能與新的材料結(jié)合。
[0016]在周向方向上看，在徑向方向上布置在相應(yīng)的永磁鐵下方的各向異性的軟磁的燒結(jié)材料優(yōu)選地至少沿著相應(yīng)的永磁鐵在軸向方向上的一半延伸部延伸。各向異性的軟磁的燒結(jié)材料尤其是沿著相應(yīng)的永磁鐵在周向方向上的完整的延伸部延伸并且也許甚至超出。
[0017]為了完整性起見，聯(lián)系到用于電機的磁各向異性的材料指明了這種類型的物質(zhì)在磁阻電機中的應(yīng)用。因此，例如由GB 1 114 562 A公開了一種磁阻電機形式的機電機器，其具有帶有定子繞組的定子和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括磁性物質(zhì)，其提供了用于通過定子繞組產(chǎn)生的磁通的磁通路，其中磁性材料這樣地布置，即相應(yīng)的磁阻的量級取決于轉(zhuǎn)子相對于定子的位置，其中磁性物質(zhì)作為各向異性的物質(zhì)的堆疊的疊片組存在，并且疊片基本上平行于機器的軸線延伸。此外，由JP 4343281 B2和JP Η 11 055911Α公開了一種具有轉(zhuǎn)子的磁阻電機，其中轉(zhuǎn)子具有偶數(shù)個磁極以及一種物質(zhì)，該物質(zhì)具有材料的晶粒，其中晶粒由鐵或者鐵合金組成并且具有磁各向異性。
[0018]在本發(fā)明的一個優(yōu)選的設(shè)計方案中，各向異性的軟磁的燒結(jié)材料和多個永磁鐵布置為，使得相應(yīng)的d磁通量沿著相應(yīng)的d軸線增強，并且相應(yīng)的q磁通量沿著相應(yīng)的q軸線減弱。
[0019]d軸線或者q軸線也被描述為直接軸線或者橫軸線，其中，在電機的運行期間存在的、或期待的磁通量可以沿著d軸線或者q軸線以d磁通量或者q磁通量分量的方式分解。d磁通量以已知的方式與轉(zhuǎn)矩相關(guān)。
[0020]如果從垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的穿過轉(zhuǎn)子的橫截面上看，在提出的轉(zhuǎn)子中，相應(yīng)的d軸線通常沿著相應(yīng)的直線布置，旋轉(zhuǎn)軸線和相應(yīng)的磁極處于該直線上。相應(yīng)的q軸線通常相符地沿著相應(yīng)的直線布置，旋轉(zhuǎn)軸和在兩個相鄰的磁極之間的中點布置在該直線上。然而，在轉(zhuǎn)子的特定的設(shè)計方案中，相應(yīng)的d軸線和q軸線的位置也與之偏離。
[0021]提出的轉(zhuǎn)子在此這樣地設(shè)計，即相應(yīng)的d磁通量增強并且相應(yīng)的q磁通量減弱。因此，相應(yīng)的d磁通量穿過相應(yīng)的磁極的至少一個永磁鐵增強。在此，該增強或者減弱涉及到具有可比較的軟磁物質(zhì)的轉(zhuǎn)子，然而該物質(zhì)不具有磁各向異性。
[0022]相應(yīng)的q磁通量的減弱意味著對于q磁通量的磁阻的提高。這具有優(yōu)點，即電樞橫向場可以稍強地設(shè)計，由此磁回路尤其稍少地飽和并且改善了轉(zhuǎn)矩電流線性。結(jié)果是更好的調(diào)節(jié)性能和更高的可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩。此外，用于q磁通量的較高的磁阻降低了橫向電感Lqo因此，在橫向電抗上的電壓下降更小，由此能夠以更高的電流進行驅(qū)動，并因此可以實現(xiàn)在電壓邊界處的更高的轉(zhuǎn)矩和功率。
[0023]在本發(fā)明的另外的優(yōu)選的設(shè)計方案中，各向異性的軟磁的燒結(jié)材料的輕方向至少部分地基本上沿著相應(yīng)的d軸線指向。
[0024]在輕方向和在電機運行期間存在的或者期待的相應(yīng)的d軸線或者相應(yīng)的d磁通量因此處于優(yōu)選0°的角度。例如對于轉(zhuǎn)子而言，期待的或者存在的d磁通量特別是通過測量、計算或者模擬來測定。在本申請文件的框架中，當在輕方向和相應(yīng)的d軸線或者相符的d磁通量之間角度位于0°至15°、尤其是從0°至40°之間時，然而輕方向也適用于基本上沿著相應(yīng)的d軸線指向。該角度范圍也應(yīng)該在本申請的其他地方作為依據(jù)，在這些地方，兩個方向同樣應(yīng)該基本上彼此垂直地指向，或者一個方向基本上沿著另一個方向指向。
[0025]通過各向異性的軟磁的燒結(jié)材料的輕方向基本上沿著相應(yīng)的d軸線的指向，相比于無磁各向異性的物質(zhì)而言，降低了用于d磁通量的磁阻。由此增大的d磁通量伴隨著更大的可實現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩。
[0026]可替換地或者附加地提出的，各向異性的軟磁的燒結(jié)材料的重方向至少部段式地基本上垂直于相應(yīng)的d軸線指向。
[0027]在本發(fā)明的另外的優(yōu)選的設(shè)計方案中，各向異性的軟磁的燒結(jié)材料的輕方向至少部段式地基本上垂直于相應(yīng)的q軸線指向。
[0028]因此，在輕方向和在電機運行時存在的或者期待的相應(yīng)的q軸線或者相符的q磁通量之間角度為90°，尤其是從75°至90°，或者從50°至90°，如上所述。
[0029]通過各向異性的軟磁的燒結(jié)材料的輕方向基本上垂直于相應(yīng)的q軸線的指向，相比于無磁各向異性的物質(zhì)而言，增大了用于q磁通量的磁阻。該增大的q磁通量伴隨著更小的電樞反作用。
[0030]可替換地或者附加地提出的，各向異性的軟磁的燒結(jié)材料的重方向至少部段式地基本上沿著相應(yīng)的q軸線指向。
[0031]在本發(fā)明的另外的優(yōu)選的設(shè)計方案中，各向異性的軟磁的燒結(jié)材料和多個永磁鐵這樣地布置，即各向異性的軟磁的燒結(jié)材料的輕方向基本上垂直于q磁通量，尤其是在相應(yīng)的q磁通量侵入到各向異性的軟磁的燒結(jié)材料中或者轉(zhuǎn)子中的位置處。
[0032]因此，在輕方向并且在電機運行時存在的或者期待的相應(yīng)的q磁通量之間角度優(yōu)選為90°，尤其是從75°至90°，或者從50°至90°，如上所述。
[0033]例如，各向異性的軟磁的燒結(jié)材料和多個永磁鐵可以這樣地布置，即所述角度僅僅存在于在相應(yīng)的q磁通量侵入到各向異性的軟磁的燒結(jié)材料中或述轉(zhuǎn)子中的位置處。尤其是當轉(zhuǎn)子在其徑向外側(cè)面上一直具有永磁鐵或者各向異性的軟磁的燒結(jié)材料時，相應(yīng)的q磁通量侵入到各向異性的軟磁的燒結(jié)材料中的位置、或者相應(yīng)的q磁通量侵入到轉(zhuǎn)子中的位置通常是相同的，從而在該位置處應(yīng)該存在所述角度。