CN118216063A - 用于永磁电机的具有嵌入式磁体的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于永磁电机的转子。转子包括圆柱形转子主体、多个磁体槽，其中，每个磁体槽的外周在垂直于转子轴线的平面中具有特定形状，其中，该特定形状包括第一部分、第二部分以及第一和第二部分之间的变窄部分。转子包括沿着每个磁体槽的长度延伸的多个磁体，其中磁体定位在第一部分内并通过变窄部分与第二部分分离，其中，一对相邻的磁体槽被配置为使得它们朝向转子主体的半径呈锥形，并且使得一对磁体槽中的磁体形成磁极。

Description

用于永磁电机的具有嵌入式磁体的转子

技术领域

本发明涉及永磁电机。

背景技术

EP 3 261 220B1公开了一种用于车辆的电力机械，其包括定子和包括多个磁极的转子，其中每个磁极包括第一V形磁通屏障和第二V形磁通屏障，其中第一磁通屏障包括具有内部气腔和外部气腔的两个磁体，第二磁通屏障包括具有内部气腔和外部气腔的两个磁体，并且其中磁通屏障被布置为彼此相邻并且关于d轴线对称，其中磁极包括被布置为关于d轴线对称并且在第一磁通屏障和第二磁通屏障之间的第一V形磁通转向器。

为了设计具有改进特性的电机，比如改进的效率、更简单的设计、更小的转子直径，发明人设计了本发明。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的永磁电机，其实现一个或更多个上述目的。

在本发明的第一方面，提供了一种电机转子，其包括：

-圆柱形转子主体，其限定转子轴线，其中圆柱形转子主体具有在50至100mm的范围内的直径，比如在60至80mm的范围内，

-多个磁体槽，其轴向延伸穿过转子主体，其中，

-在垂直于转子轴线的平面中，每个磁体槽的外周具有特定的形状，其中

-特定形状从靠近转子主体的外圆周的第一径向位置延伸到远离外圆周的第二径向位置，并且

-特定形状包括第一部分、第二部分以及第一和第二部分之间的变窄部分，

-多个磁体，其沿着每个磁体槽的长度延伸，其中磁体定位在第一部分内并通过变窄部分与第二部分分离，其中

-一对相邻的磁体槽被定向成使得连接相应槽的第一和第二径向位置的线朝向转子主体的半径呈锥形，并且

-一对磁体槽中的磁体形成磁极。

有利的是，转子主体的最大直径为100mm，这使得电机能够用于需要小直径的应用中。与此同时，转子设计已证明可提供出色的扭矩生成和效率。因此，可以实现90％以上(比如93％)的效率。

转子主体的长度，即轴向方向的长度，可以在80至200mm的范围内，比如在90至150mm的范围内，比如在105至130mm的范围内。

连接磁体槽210的一对形状310的第一和第二径向位置311、312的一对线330a、330b之间的角度θ在40至50度的范围内，比如大约45度。因此，相应的磁体槽对中的磁体对形成V形图案，其中V形图案的顶点指向转子轴线。

磁体槽的特定形状的第二部分朝向转子轴线呈锥形。因此，第二部分可以具有三角形的形状，其中三角形的顶点指向转子主体的中心区域。

具体地，一对相邻的磁体槽中的一个磁体槽的特定形状的第二部分包括与转子主体的径向方向平行并且与一对相邻的磁体槽中的另一个磁体槽的第二部分的特定形状的对应直延伸部平行的直延伸部。

根据一个实施例，在每个磁体最靠近转子主体的外圆周的一侧和每个磁体槽最靠近转子主体的外圆周的一侧之间形成空气间隙。

对应于磁体槽对的数量的磁极的数量在10至18的范围内，比如在12至16的范围内，比如14。

本发明的第二方面涉及一种永磁电机，其包括根据第一方面中任一方面的电机转子和定子。定子包括线圈(比如根据已知原理布置的集中线圈)以产生电磁极。

本发明的第三方面涉及一种风扇，其包括：

-电机，其包括定子和根据第一方面的电机转子，

-叶片，其中，叶片的旋转轴线与转子轴线同轴。

风扇叶片可以具有在600到1700mm的范围内的直径。

转子的小直径(例如60至80mm范围内的直径)加上定子的径向延伸，意味着电机的半径与风扇直径相比能够做得较小，从而使电机对气流的干扰最小。

总之，本发明涉及一种用于永磁电机的转子。转子主体包括轴向延伸穿过转子主体的柱形孔，即槽，其中，柱形孔的外周具有特定形状。该特定形状从靠近转子主体的外圆周的第一径向位置延伸到远离所述外圆周的第二径向位置。该特定形状包括第一部分、第二部分以及第一和第二部分之间的变窄部分。磁体定位在第一部分内并通过变窄部分与第二部分分离。一对相邻的圆柱形孔被定向成使得连接第一和第二径向位置的线形成V形。因此，一对相邻的磁体槽被配置成一对磁体槽中的磁体形成一个磁极，并且使得在垂直于转子轴线的平面中的矩形磁体的长度尺寸朝向转子主体的半径呈锥形。

一般而言，本发明的各个方面和实施例可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和联接。参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将变得清楚。

附图说明

将参考附图仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中，

图1示出了永磁电机，

图2示出了永磁电机的转子，

图3示出了转子主体的剖视图，

图4示出了插入有磁体的一对磁体槽，以及

图5示出了由永磁电机驱动的风扇。

具体实施方式

图1示出了包括定子101和转子102的永磁电机100。

图2以分解图示出了转子102。转子102包括限定转子轴线202的圆柱形转子主体201。圆柱形转子主体201在垂直于转子轴线202的平面中具有圆形横截面。转子主体优选由层压钢制成，但是也能够由其他材料制成。转子的直径在50至100mm的范围内，比如在60至80mm的范围内。在一个示例中，直径大约为70mm，例如70.5mm。

转子主体201也被称为转子叠堆。

如图所示，多个磁体槽210形成在转子主体201中，使得每个槽210平行于转子轴线202轴向延伸穿过转子主体。因此，槽210是柱形通孔。

柱形孔被限定为孔的端部形成全等的平行基部。基部能够具有任何其他的外周。基部通过3D表面连接，该3D表面连接由当基部中的任何一个沿着直线平移到另一个基部时，该基部的外周边产生的表面形成。

每个磁体槽210包含多个磁体，这些磁体被布置成彼此相邻并沿着槽的长度和转子轴线202延伸。优选地，多个磁体沿着转子轴线202的延伸长度等于或基本等于转子的轴向长度。因此，磁体槽中的磁体可以从转子主体的一个圆形面到转子主体的相对面彼此相邻布置。转子主体的轴向长度在80至200mm的范围内，比如在90至150mm的范围内，优选地在105至130mm的范围内。例如，转子主体201可以具有大约114mm的长度，并且由例如325个层压或取决于层压厚度和转子长度的其他数量的层压制成。

图2示出了当磁体220定位在磁体槽210中时，这些磁体如何排列成相邻的磁体行。

转子轴231由滚珠轴承232支撑在转子主体201外部的每个端部。

图3示出了转子主体201在垂直于转子轴线202的平面中的剖视图。

该剖视图示出了每个磁体槽210的外周的特定形状310。因此，特定形状310是槽210在垂直于转子轴线202的平面中的横截面的形状或形式。

该特定形状从靠近转子主体201的外圆周的第一径向位置311延伸到远离外圆周的第二径向位置312，即更靠近转子轴线。因此，第一径向位置311代表磁体槽的横截面外周上最靠近转子主体201的外圆周的点，第二径向位置312代表槽的外周上最靠近转子主体的转子轴线202的点。

第一径向位置311和转子主体的外圆周之间的材料厚度可以在从0.4到1mm的范围内，例如大约0.8mm。

特定形状310包括用于容纳磁体220的第一部分313、空的(即填充有空气并因此产生高磁阻的)第二部分314以及第一和第二部分之间的变窄部分315。

变窄部分315也被称为磁体柱。

第一部分313具有大致矩形的形状，并且从转子主体201的外圆柱表面附近延伸到变窄部分315。第一部分313的形状对应于磁体220的类似矩形横截面形状，使得磁体能够插入槽210中。

变窄部分315能够具有基本上任何横截面轮廓，但是使得变窄部分形成磁体的止挡，使得磁体在垂直于转子轴线202的平面中的位置受到第一部分313和变窄部分315内的磁体槽210的侧面的约束。

如图3所示，变窄部分315可以由突起实现，其中转子主体201的材料从磁体槽的一侧(例如沿着垂直于第一部分的纵向方向的方向)凸出到磁体槽中。

磁体槽210成对地布置，并且布置成使得一对磁体槽中的第一个370a位于转子主体的半径或径向线341的一侧，并且这对磁体槽中的第二个370b位于半径341的另一侧。一对磁体槽210的特定形状310的矩形部分的纵向方向或第一部分313的纵向方向成角度地朝向半径。

因此，镜像布置在径向线两侧的磁体槽210形成磁体槽对350。磁体槽对350中的磁体形成单个磁极。

在一个示例中，第一槽370a的纵向方向和半径341之间的角度以及第二槽370b的纵向方向和半径341之间的角度相等或基本相等。在一个示例中，第一槽370a和第二槽370b的纵向方向之间的角度在40至50度的范围内，比如45度。

在一个示例中，第一部分313的宽度，即槽210的矩形部分的宽度，在垂直于第一部分313的纵向的方向上，大约为1.9mm。第一部分313的长度，即，从磁体槽210的最靠近转子主体201的外边缘的一侧或者从第一径向位置311到变窄部分315的长度可以是大约13mm。因此，磁体220可以具有大约13mm的长度和大约1.9mm的宽度，或者略小于这些尺寸，使得它们可以插入槽210中。

图4示出了插入有磁体220的一对磁体槽210。磁体槽210成形为使得空气间隙490形成在每个磁体槽最靠近转子主体的外圆周的一侧和每个磁体220最靠近转子主体的外圆周的一侧之间。空气间隙可以具有从0.5到2mm范围内(比如1mm)的最大径向延伸ta。

有利的是，空气间隙490被成形为使得磁体220的一角与磁体槽210的最靠近转子主体的外圆周的一侧接触。这通过形成磁体槽210来实现，使得产生的空气间隙具有三角形的形状，其中三角形的最短边的长度等于或基本等于气隙490的最大径向延伸ta。

有利地，通过将磁体槽210成形为使得空气间隙490变成三角形，且仅一个磁体角与磁体槽的最靠近转子主体的外圆周的一侧接触，第一径向位置311和转子主体的外圆周之间的材料厚度tb或桥厚度能够最小化，该厚度可以在0.4至1mm的范围内，例如大约0.8mm。

优选地，磁体220面向转子主体201的外圆周的一侧邻接槽的最靠近转子主体的外圆周的一侧。因此，磁体的一侧邻接第一径向位置311。有利地，由于磁体布置成邻接槽210的面向转子主体201的外圆周的一侧，并且在磁体和第一径向位置311之间不存在空气间隙或基本上不存在空气间隙，因此磁体布置成尽可能靠近转子主体201的外圆周。

变窄部分的突起在垂直于第一部分的纵向方向上具有大约为1mm的长度，以及在垂直于其长度的方向上大约为1mm的宽度。

由于变窄部分315，磁体从第二部分314分离。

第二部分314从变窄部分315朝向转子轴线202延伸。第二部分314有利地提供了磁通屏障，这是由于空气施加的高磁阻，该磁通屏障减少了磁体的磁通泄漏。

根据图3中的示例，第二部分314形成为使得槽210的横截面外周朝向转子轴线呈锥形。因此，通常第二部分314可以具有三角形形状，其顶点指向转子轴线或至少转子主体的中心区域。

具体而言，如图3所示，一对相邻的磁体槽中的一个磁体槽370a的第二部分314的边缘的形状包括第一直延伸部340a，该第一直延伸部与半径341平行或基本平行，并且布置在半径的一侧并与其相距一定距离。类似地，该对相邻的磁体槽中的另一磁体槽370b的第二部分314的边缘的形状包括第二直延伸部340b，该第二直延伸部平行于半径341并布置在半径341的相对侧，与该半径相距相似或相同的距离。

一对磁体槽中的磁体形成磁极。一对磁体槽中的磁体被定向成相同的磁极面向彼此。磁体槽对沿着转子主体的圆周布置，使得磁体对沿着转子主体的圆周交替形成北极和南极。

在一个示例中，转子具有14个磁极。

永磁电机的定子包括集中线圈，这些集中线圈被通电以与电机转子的磁极磁性地相互作用。定子的磁极数量可以与转子磁极的数量相同，或者定子和转子磁极的数量可以不同。在一个示例中，定子具有由设置在定子中的12个槽中的集中线圈产生的10个磁极。

图5示出了风扇501，其包括由电机100的轴驱动的叶片502。由于电机布置在风扇的气流路径中，电机的直径最好尽可能小，以使其对产生的气流的影响最小。

Claims (10)

1.一种电机转子(102)，其包括：

-圆柱形转子主体(201)，其限定转子轴线(202)，其中，圆柱形转子主体具有在50至100mm的范围内的直径，比如在60至80mm的范围内，

-多个磁体槽(210)，其轴向延伸穿过转子主体，其中

-在垂直于转子轴线的平面中，每个磁体槽的外周具有特定的形状(310)，其中

-所述特定形状从靠近转子主体的外圆周的第一径向位置(311)延伸到远离外圆周的第二径向位置(312)，并且

-特定形状包括第一部分(313)、第二部分(314)以及第一和第二部分之间的变窄部分(315)，

-多个磁体(220)，其沿着每个磁体槽的长度延伸，其中，磁体定位在第一部分内并通过变窄部分与第二部分分离，其中

-一对相邻的磁体槽(210)被定向成使得连接相应磁体槽的第一和第二径向位置(311，312)的线(330a，330b)朝向转子主体的半径呈锥形，并且

-一对磁体槽中的磁体(220)形成磁极。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其中

-所述转子主体的长度在80至200mm的范围内，比如在90至150mm的范围内，比如在105至130mm的范围内。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电机转子，其中，连接一对磁体槽的形状的第一和第二径向位置的线之间的角度(θ)在40至50度的范围内，比如约45度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电机转子，其中，所述磁体槽的特定形状(310)的第二部分(314)朝向转子轴线呈锥形。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电机转子，其中，一对相邻的磁体槽中的一个磁体槽的特定形状(310)的第二部分(314)包括与转子主体的径向方向平行并且与一对相邻的磁体槽中的另一个磁体槽的第二部分的特定形状的对应直延伸部(340b)平行的直延伸部(340a)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电机转子，其中，在每个磁体(220)最靠近转子主体的外圆周的一侧和每个磁体槽(210)最靠近转子主体的外圆周的一侧之间形成空气间隙。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电机转子，其中，磁极数量在10至18个的范围内，比如在12至16个的范围内，比如14个。

8.一种永磁电机，包括根据前述权利要求中任一项所述的电机转子和定子。

9.一种风扇，其包括：

-一种电机，其包括定子和根据权利要求1-7中任一项所述电机转子，

-叶片，其中，叶片的旋转轴线与转子轴线同轴。

10.根据权利要求13所述的风扇，其中，所述叶片具有在600至1700mm的范围内的直径。