[发明专利]永磁电机的转子铁心的配置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有可围绕旋转轴旋转支承的转子和定子的电机 和一种转子，在其围绕旋转轴可旋转支承的转子本体中布置至少一个 永磁体。

背景技术

WO 03/005531A1提出了一种把永磁体嵌入转子的电机，这种埋入 转子内的永磁体对电机的运行具有一系列的优点，但由于永磁体之间 的转子叠片铁心搭接，磁通短路并由此不被利用，这一缺点使得这类 电机大受贬抑。这个短路的磁通量不能克服转子和定子之间的气隙并 因此不能接入定子绕组来产生转矩。这就导致了每极的气隙磁通的减 少，并由此减少电机的可达到的转矩。

发明内容

本发明提出的电机具有一个可围绕一根旋转轴旋转支承的转子和 一个定子。其中，该转子具有至少一个永磁体，且在其转子本体内沿 着该旋转轴交替地具有场聚焦的区域和无场的区域。这样就明显地增 加了转子的场聚焦区域的磁通密度并减少了由于上述搭接短路损失的 磁通量。设计这类电机的一般规则是：凡是总是可能为开路的地方， 亦即在定子的相绕组的反应场不存在的情况下，磁路就应设计成可达 到大约1.6特斯拉的磁通密度。这样，构成转子的叠片铁心就可用附加 的反应场在磁性方面被完全利用。铁心薄片一般用的典型的钢材具有 一个例如2.1特斯拉的饱和磁通密度。当转子按常规方式构成时，在按 本发明设置轴向交替配置的场聚焦区和无场区的转子区域内产生的磁 通密度明显低于在场聚焦区内带有交替配置可能达到的磁通密度。这 意味着在常规布置的情况中，叠片铁心在其磁性方面没有完全利用。 如果该区域位于转子的边缘，则这种磁性未被利用的材料不但不利于 减轻转子的质量，而且还成为转子转动惯量的巨大部分，这部分与转 子半径的4次幂成比例。

在一种有利的结构中，场聚焦区和无场区径向地布置在至少一个 永磁体和定子侧的转子周围之间。转子本体的场聚焦区指的是这样的 区域，即与带有至少一个埋入永磁体的常规转子本体相比，该区域具 有明显增加的磁通密度，例如增加70％至100％。而无场区则指的是无 场的或几乎无场的区域。无场区最好由气隙构成，在气隙处例如去掉 薄片材料，并由此减轻转子本体外部区域的质量，在该处通常构成极 靴。而场聚焦区则最好通过磁导材料例如叠片铁心材料构成。

转子本体例如由钢片构成。在一种有利的结构中，转子本体由至 少两种在旋转轴的方向上交替叠置的钢片构成。为了实现优选的转子 的简便制造，最好利用通常的叠片结构来构成的场聚焦区和无场区的 交替配置。

在一个有利的结构中，一种钢片(下面也称为第二种钢片)用其 一定的尺寸至少部分地径向伸入另一种钢片(下面也称为第一种钢 片)，也就是说，与第一种钢片相比，第二种钢片至少部分地具有较 小的径向延伸。这样就形成了场聚焦区和无场区的很简便的交错。场 聚焦区优先通过钢片材料来构成，而无场区则可通过在两个钢片之间 的一个在轴向上连续的气隙来构成。合适的钢片厚度为最大1毫米的 范围，最好为0.35毫米至0.65毫米例如0.5毫米。对这类在转子中埋 入永磁体的电机来说，一般不宜用较厚的钢片。无场区最好具有最大 1.3毫米的轴向延伸，特别是优先具有最大1毫米的轴向延伸。更大的 轴向延伸由于太大的气隙是没有好处的。场聚焦区也应优先具有最大 1.3毫米、特别是优先最大1毫米的轴向延伸。场聚焦区的轴向延伸原 则上可任意选择，但较大的轴向延伸对本发明是没有好处的，因为这 对减轻转子质量和减少转子惯量所起的作用太小。通过这个优选的结 构，使钢片的磁性在场聚焦区得到了明显较好地利用，而转子的转动 惯量则由于作为气隙构成无场区的缺失的钢片材料而被减少。

在一个有利的结构中，较小的钢片即第二种钢片在嵌入永磁体的 情况下用其外圆周与至少一个永磁体邻接。这意味着在多个永磁体时， 第二种钢片在径向延伸中至少邻接一个永磁体。在多个永磁体时，第 二种钢片也可邻接多个永磁体、最好全部永磁体。这样，第二种钢片 至少在一个区域或多个区域比第一种钢片具有较小的径向延伸。其中， 第二种钢片具有规则的、最好旋转对称的或不规则的形状。用这种几 何形状可使转子的重量减轻并使转子的磁性最佳化。

转子本体也可由两种以上的钢片构成，即最好比第一种钢片至少 部分较小径向延伸的第二种钢片由不同的钢片组成，第二种钢片的不 同的钢片例如可具有不同的径向延伸或在钢片的不同区域具有不同的 径向延伸。