[发明专利]用于电机的转子及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电机，尤其是无电刷的永磁-串联极-电机 (Permanentmagnet-Folgepol-Maschine)的转子，该转子具有由设置 在电机轴上的薄片构成的铁心。

无电刷永磁-串联极-电机广泛应用于不应产生高成本的领域(例 如汽车领域)内。在串联极电机中，减少电动机的永磁体的数量以降 低生产和制造成本，但不会减少极数和功率与重量的比值。这例如通 过以下方式来实现：应用软磁性极靴替代南极永磁体，而其中的北极 永磁体做成双倍厚度，以保持电机转子内的磁动力 (magnetomotorische Kraft)恒定以及减小d轴磁通 (d-Achsen-Fluss)的减少和由电机输出的转矩的降低。由于极类似 的磁通( Fluss)的斥力，由北极永磁体产生由软磁性 的南极发出的磁通。

因为电动机中只存在有一半数量的永磁体，必须加工(例如线切 割)的永磁体表面数量减少，所以每公斤永磁体材料的制造成本更少。 此外，由于在转子薄片堆叠中只需要装入一半数量的永磁体，因此转 子的装配更简单并且制造成本更低。

然而串联极电机也有以下缺点：在采用磁性钢轴时，沿着电机的 电动机轴出现磁通损失，这很常见。由北极永磁体所产生的南极磁通 没有完全从软磁性的南极极靴发出，在南极极靴处该磁通越过气隙并 连接圈(Windungen)以产生转矩。一定数量的磁通流入轴内，并因此 不再有助于产生转矩，从而导致电机的功率与重量的比值的降低。

在具有较大间隙宽度的电机中，例如在汽车内的集成水泵中所采 用的电机中，出现轴内漏磁通的问题。与常规电动机大约0.5毫米的 磁间隙宽度相比，在这些电动机中的磁间隙宽度通常能够达到2.3毫 米。磁间隙宽度如此大，是因为(a)在将要被抽出的水中作为湿空气 泵运转的转子必须被隔开，例如设置在由通常为0.2毫米厚的不锈钢 制成的壳体内，以便保护转子薄片组和永磁体不受腐蚀，这在永磁体 是由如钕铁硼(NdFeB)制作时尤其重要；(b)通过包围转子的塑料保 护层将转子与干燥的定子分开，其中该保护层必须足够厚从而不会在 充满泵内的压力下扭曲，通常保护层的厚度为1.2毫米；和(c)由不 锈钢制成的转子壳体与塑料保护层的内壁之间的、其中有水流动的机 械间隙必须至少有0.8毫米宽，因为水可能包含有尺寸达到0.6毫米 的粒子，这些粒子必须通过泵而不会造成转子卡住并因此导致泵停下 来。

大的机械间隙在间隙中产生比通常大的磁阻，从而使在磁阻更小 的路径上穿过电动机轴的那部分转子磁通与越过具有较大磁阻的间隙 的那部分转子磁通相比增加。通过小型集成泵的轴而损失的磁通通常 能够达到13％。为了补偿该漏磁损失，必须将电动机的长度增加13％或 者采用由不锈钢制成的非磁性轴。这两个解决方法都显著提高了电动 机的成本。

为了解释，图8显示了具有埋入NdFeB-永磁体-串联极-转子结构 的、具有六个齿的小型无刷四极三相永磁电动机的两维横截面，并且 显示了由薄片组成的铁心的薄片1和由薄片组成的定子的薄片4。此外 还在截面图内显示了两个永磁体5。图9显示了电机中的两维磁场，当 电机没有被激发时该磁场存在，这是基于电动机轴不是磁性的假设而 用有限元分析计算出来的。在图8和9中，为简单起见没有显示相绕 组。图10显示了当电动机轴为磁性时图9中所示的存在于转子内的磁 场的两维示意图。能够在图中清楚地识别出产生四极场的磁力线和轴 内的漏磁通。图11显示了转子内磁场的三维示意图，其中能清楚地识 别出在轴内流动的漏磁通。该漏磁通减弱了四极场，并由此降低了间 隙内的磁通、转矩以及电动机的功率与重量的比值。

发明内容