尤其用于電力機器的磁體裝置和具有磁體裝置的電力機器的制造方法
【專利摘要】為了在電力機器(300)以及在尤其用于這種電力機器(300)的磁體裝置(200)中進一步降低昂貴的磁性材料所需的數量，而在力、扭矩或功率方面不會損失，在此推薦，這種尤其用于這種電力機器(300)的磁體裝置(200)包含至少一個由永磁性材料構成的部段(201)，在該部段中構成至少一個非磁性切缺(203)，用于影響由磁體裝置(200)引發的磁場和/或磁通量(206)的方向和/或強度。
【專利說明】
尤其用于電力機器的磁體裝置和具有磁體裝置的電力機器[0001]本發明涉及一種尤其用于電力機器的磁體裝置。本發明還涉及一種具有這種磁體 裝置的電力機器。現有技術[0002]由文獻US7804216B2已知一種電力的磁阻機器，其具有轉子，該轉子的芯子通過由 磁性鋼構成的電樞沖壓片組裝而成。在該芯子中構成用于永磁體的容納縫，永磁體嵌入所 述容納縫中。所述容納縫沿著等邊三角形的側邊成對地布置。為了影響在磁阻機器中構成 的磁場或磁通量，尤其為了構成磁極，在轉子的芯子中相對容納縫的每一對居中地、接近轉 子的圓周地布置位于轉子的磁極之間的空氣間隙。在永磁體的每一個的側面構成另外的、 直接在兩側與容納縫相連的空氣穴(Lufttaschen)，所述空氣孔同樣用于影響磁場或磁通 量。所述永磁體自身矩形地具有完全封閉的橫截面，并且由具有高磁性的材料制成。[0003]由文獻DE69823239T2已知一種具有可旋轉設置的、帶有轉子鐵芯的轉子和設置在 轉子鐵芯的外周緣附近的永磁體的永磁體同步電機。永磁體具有主磁體極部段和輔助極部 段，所述輔助極部段在磁體極部段上與主磁體極部段集成地構成。在文獻DE69823239T2中 示出的實施形式中，永磁體基本上設計為半圓柱形，并且由在切向延伸的直線形部段、在直 線形部段的兩個端部上構成的垂直部段、傾斜部段(所述傾斜部段分別在其與垂直部段的 相互接近的方向上傾斜向外地延伸)和弧形部段(其將兩個傾斜部段相連并且與轉子鐵芯 的外周緣大致平行地延伸)構成。主磁體極部段在此在直線形部段和戶型部段之間構成。在 磁體極部段上在主磁體極部段附近中并進而集成構成的輔助極部段具有傾斜部段。主磁體 極部段以及輔助極部段磁化為相同的極性，因此朝向磁體極部段的磁性路徑通過由輔助極 部段流出的磁場線飽和。在該實施形式中，傾斜部段和弧形部段磁化為一個極性，而直線部 段磁化為另外的極性。[0004]此外如在文獻DE69823239T2所述那樣，因為輔助極部段被磁化，通過輔助極部段 產生的磁通大致正向的朝向傾斜面從傾斜部段延伸到轉子鐵芯。因此在磁體極部段附近的 磁場路徑在轉子鐵芯、也就是輔助部段的附近以更高的程度飽和。由此可以避免的是，磁體 極部段上的磁通量被短路，由此經過在定子和轉子之間的間隙的磁通量的數值增大，因此 提高電機轉矩。[0005]此外輔助極部段在傾斜部段和弧形部段之間的連接點上具有彎折的部段，其定義 了邊界，因此在輔助極部段的磁性北極和磁性南極之間的間距變得更小。由此在輔助極部 段中磁體的體積應該被降低，并且在轉子鐵芯的外周和輔助極部段之間的間距被增大，因 此磁路可以是充分飽和的。此外，在轉子的圓周方向上的極-極間距被增大，由此提高了轉 子鐵芯的強度。[0006]在現代電力機器中，例如磁阻機器或永磁體同步電機中，尤其為了用于汽車，尤其 在電動車和/或混合動力汽車中，在降低結構空間和重量的同時提高可用轉矩的或輸出功 率意義重大。為此要使用具有高磁性的磁體裝置或永磁體。這種永磁體優選由相對稀少進 而昂貴的材料制成。[0007]
【發明內容】
:技術任務、解決方案、優點
[0008]本發明所要解決的技術問題在于，在所示形式的電力機器以及在尤其用于這種電力機器的磁體裝置中，進一步降低昂貴的磁性材料所需的數量而在力、扭矩或功率方面不會損失。
[0009]所述技術問題通過磁體裝置解決，其包含至少一個由永磁性材料構成的部段，在該部段中構成至少一個非磁性切缺，用于影響由磁體裝置引發的磁場和/或磁通量的方向和/或強度。這種磁體裝置尤其設置用于使用在電力機器中。
[0010]在電力機器中進行對其中構成的磁環路的優化，也就是磁場或磁通量在其強度和空間方向上的分布的優化，也就是磁場強度或磁通量的強度和空間分布或磁場的場線的方向或磁通量的磁通線的優化，這種優化在機器中，優選在其定子和轉子中進行，其傳統地通過具有用于磁體裝置(例如永磁體)的切缺和具有在板部段中設置的空氣穴的定子和/或轉子板部段的構造進行上述優化。由此應該節省材料和重量并且提高由機器輸出的機械功率。本發明基于的知識在于，這種磁環路的進一步的優化、也就是節省重量和材料和/或功率提高也可以或附加地由此實現，即在有磁性材料中構造一個或多個非磁性的切缺。所述切缺優選這樣設置，即由此進行在電力機器的工作中構成的磁場或磁通量的空間分布的影響，通過這種影響可以實現在磁體裝置中在工作中引起的、由磁場或磁通量導致的力的升高。但是業已示出的是，至少一個非磁性切缺也可以在由永磁性材料構成的部段中構成，其中在電力機器的工作中產生的磁場或磁通量和從而在工作中由此產生的力至少基本上不會被影響，并且因此實現了永磁性材料的顯著的節省，因此獲得重量和成本的節省。
[0011]在由永磁性材料構成的部段構成的部段中的至少一個非磁性切缺優選這樣構成， 即以想象中由永磁性材料構成的例如平面狀的體為基礎，實際上在切缺的區域中通過非磁性材料或空氣或者真空(通常這樣表述:通過具有較小相對導磁率常數的材料、優選通過具有空氣、真空等近似或類似的磁性質的材料)替換永磁性材料。尤其通過構成空氣填充的非磁性切缺可以獲得特別廉價的結構形式，節省重量并且與其可選地還能實現磁場力的提高和由此電力機器的扭矩和功率的提高。因此尤其在電力機器的轉子中能夠節省重量并且降低其慣性矩，這有助于在機器加速時電功率的節省并且改進與之相關的運行特性。所述至少切缺在此可以設計為孔、空腔、槽縫、穴口、凹口、溝紋、孔洞或磁體裝置的由永磁性材料構成的部段的類似結構。
[0012]本發明的有利的技術方案在從屬權利要求中示出。
[0013]按照本發明的磁體裝置的優選擴展設計，在永磁性材料中的至少一個非磁性的切缺設計為至少幾乎完全封閉的切缺。這尤其表示切缺的特殊構造，該切缺原理上朝磁體裝置的至少一個表面打開或者相對磁體裝置的所述表面至少幾乎完全封閉，并且因此與這些表面的每一個任意間隔地成型，因此得出用于至少一個切缺的布局和造型的廣泛的變形范圍。在此，上述類型的封閉的切缺例如可以有利地通過由永磁性材料構成的部段的兩構件式造型實現，其中，所述構件的至少一個包含打開的切缺，并且兩個構件以至少一個切缺相互扣合地相互接合并且從而所述至少一個打開的切缺被封閉。
[0014]若按照本發明的磁體裝置和該磁體裝置的由永磁性材料構成的部段具有中心軸線和/或中心平面、并且追求磁場或磁通量圍繞該中心軸線和/或中心平面對稱的分布，則按照本發明的磁體裝置的另外優選的實施形式，在永磁性材料中的至少一個非磁性切缺相對磁體裝置的中心軸線和/或中心平面至少基本上對稱地構成。這優選在電力機器中得出。 因此按照本發明的磁體裝置的有利的磁性屬性能夠借助簡單的制造獲得。
[0015]按照本發明的磁體裝置的另外的實施形式，所述磁體裝置包含至少一個由導磁材料構成的部段，在該部段中構成至少一個非磁性切缺用于影響由磁體裝置發出的磁場和/ 或磁通量的方向和/或強度。
[0016]在此導磁材料優選理解為具有高導磁率的材料，尤其如鐵或具有可比照的磁性屬性的材料。在這種構造中，永磁材料例如通過導磁材料、例如鐵替換，由此尤其節省了成本。 此外，在這種構造中還可以隨著力、扭矩進而電力機器的功率的升高實現磁場或磁通量的分布的影響。
[0017]在按照本發明的磁體裝置的優選的擴展設計中，在導磁材料中的至少一個非磁性切缺設計為至少幾乎完全封閉的切缺。
[0018]在按照本發明的磁體裝置的另外的優選的實施形式中，在導磁材料中的至少一個非磁性切缺相對磁體裝置的中心軸線和/或中心平面至少基本上對稱地構成。
[0019]關于在永磁性材料中的非磁性切缺的優點的闡述相應地適用于在導磁材料中至少一個非磁性切缺的構造和制造方式。
[0020]上述技術問題此外通過電力機器解決，其特征在于至少一個前述形式和構造的磁體裝置。所述至少一個磁體裝置以有利方式替換傳統構造的磁體裝置，尤其傳統構造的磁體，優選傳統構造的永磁體。
[0021]在一種有利的擴展設計中，按照本發明的電力機器特征在于設計為磁阻機器或永磁體同步電機。這種機器展示了電力機器的特別優選的實施形式，因為其可以簡單構成，功率較大，可以簡單和精確地調節或控制以及可以靈活地和通用地被應用。【附圖說明】
[0022]在附圖中對應的元件標以相同的附圖標記，并且對于這些元件不做重復說明。在附圖中:[〇〇23]圖1示出具有按照傳統構造原理構成的磁體裝置的實施例的粗略示意圖，
[0024]圖2示出與圖1類似的、但是按照本發明的教導構成的磁體裝置的實施例的粗略示意圖，和
[0025]圖3示出用于轉子板部段或垂直于轉子的旋轉軸線剖切按照本發明構成的電力機器的轉子的橫截面的實施例的粗略示意圖，該轉子具有按照圖2的磁體裝置。
[0026]本發明的在附圖中所示的配置方案或實施例以下被詳細描述。[〇〇27]本發明優選的實施形式
[0028]在圖1中為了闡述技術狀況示出標以附圖標記100的磁體裝置的模型的粗略示意圖，所述磁體裝置按照傳統的構造原理構成。所述磁體裝置100以橫截面示出并且具有方形的矩形磁體101，其具有磁性北極N和磁性南極S。該矩形磁體101構成磁體裝置100的由永磁性材料構成的部段。另外的、同樣方形的和借助導磁材料構成的部段1〇2(其例如由磁性的鋼或鐵成型)在磁性的北極N處與該矩形磁體101相連。非磁性的第三部段103與該矩形磁體的磁性北極N相對地與借助導磁材料構成的部段102相連，第三部段例如由空氣或其他材料構成，該材料同樣具有相對磁性的、至少幾乎為1的導磁率常數。矩形磁體101、與由導磁材料構成的部段102和非磁性第三部段103面狀地以它們最大的表面相互鄰接。
[0029]在圖1中還粗略地示意示出同樣方形構成的對應磁體104，其磁性南極S與磁體裝置100的磁性南極S對置，也就是由對應磁體104發出的磁場的定向與磁體裝置的相反，并且對應磁體104和磁體裝置100相互排斥。為了清楚顯示，在圖1中還象征性示出磁場的磁感線 105,其由磁體裝置100和對應磁體104發出的磁場疊加而成。
[0030]相對所述按照傳統構造原理構成的磁體裝置100(具有方形的、平面狀的部段101、 102、103)，圖2示出與圖1相對比的、但是按照本發明的教導構成的磁體裝置200的實施例的粗略示意圖。磁體裝置200同樣具有由永磁性材料構成的部段201和由導磁材料構成的部段 202。在由永磁性材料構成的部段201中構成多個不同的非磁性切缺203。在由導磁材料構成的部段202中也構成多個不同的非磁性切缺204。在磁體裝置200的所示實施例中，在由永磁性材料構成的部段201中的非磁性切缺203中的兩個朝向磁性南極S的一側開放地構成，并且在由永磁性材料構成的部段201的邊緣區域中布置，相對地在該視圖中三個其他的、在由永磁性材料構成的部段201中居中布置的非磁性切缺203閉合地構成，也就是全部被永磁性材料包圍。由導磁材料構成的部段202在按照圖2的實施例中總體上具有五個非磁性切缺 204，其中兩個在由導磁材料構成的部段202的邊緣區域中與由永磁性材料構成的部段201 鄰接以及朝向磁性南極S開放，相對地三個其他非磁性切缺204相對磁性北極N開放。非磁性切缺203、204此外相對中軸線或磁體裝置200的中心面205對稱地構成并且在該實施例中具有沿著垂直于附圖平面延伸的坐標軸保持相同的橫截面輪廓。
[0031]導磁材料優選是可磁化的鋼或鐵，非磁性切缺203、204例如由空氣或其他材料構成，其同樣具有至少幾乎為1的相對的導磁率常數。例如使用NdFeB材料作為永磁性材料。該材料雖然非常昂貴，但是具有特別高的磁能量密度并且由此實現了具有很高磁場力的非常緊湊的磁體裝置。
[0032]在按照圖2的視圖中再次示出對應磁體104。在圖2中象征性示出磁場的外部磁場線206,所述磁場由磁體裝置200和對應磁體104產生的磁場的疊加而成。由圖1的磁場線105 與圖2的磁場線206的對比可知，由磁體裝置200引發的磁場或磁通量的方向和強度通過由永磁性材料構成的部段201和由導磁材料構成的部段202的改變的造型被影響。在所述實施例中，通過按照本發明的構造(在圖1中的磁體裝置100和圖2中的磁體裝置200之間的永磁性材料的質量不變)實現了磁場力518%的提高。若由永磁性材料構成的部段201的造型這樣改變，即永磁性材料的質量減小，則除了磁場力提高之外還可以節省永磁性材料或者在不改變磁場力的臨界狀態中特別高低節省永磁性材料。[〇〇33]在磁體裝置100、200、尤其磁體裝置200的變型中，它們設計為旋轉對稱地，磁體裝置200尤其圍繞中心軸線205旋轉對稱。非磁性切缺203、204然后設計為圍繞中心軸線205旋轉對稱。在對應圖2的橫截面視圖中，磁場線206至少基本上保持不變。
[0034]在圖3中示出用于轉子板局部的實施例的示意圖或垂直于轉子的未示出的旋轉軸線剖切按照本發明構成的、未詳細圖示的電力機器300的轉子301的橫截面的部分視圖。轉子301由芯子構成，其由磁性構成的電樞沖壓片組成，按照圖3的轉子板部分地示出其輪廓。 在該芯子中構成用于永磁體的容納縫303。此外，電樞沖壓片302具有不同的切缺，其中一些被標以附圖標記304用于影響轉子301中的磁場或磁通量，并且其中另一些被標以附圖標記 305用于將冷卻介質引導通過轉子301以排除工作熱量或者用于節省重量。
[0035]容納縫303在圖3的實施例中沿著等腰三角形的側邊成對地布置。在傳統構造的由此提的位置上在容納縫303中嵌入優選按照圖2所示的磁體裝置200。在所示實施例中由此在機器300的功率保持相同或升高的情況下顯著節省了昂貴的永磁性材料。[〇〇36]附圖標記清單[〇〇37]100以傳統構造原理構成的磁體裝置[〇〇38]101100的矩形磁體[〇〇39]102100的由導磁材料構成的部段
[0040]103100的非磁性部段[0041 ]104對應磁體[〇〇42]105磁場線[〇〇43]200按照本發明的教導構成的磁體裝置[〇〇44]201 200的以永磁性材料構成的部段[〇〇45]202200的由導磁材料構成的部段
[0046]203201中非磁性切缺
[0047]204202中非磁性切缺
[0048]205200的中心軸線或中心平面
[0049]206磁場線 [〇〇5〇] 300電力機器
[0051]301 300 的轉子
[0052]303在301或302中的容納縫[〇〇53]304用于影響301中磁場或磁通量的切缺
[0054]305用于冷卻介質或用于節省重量的切缺[〇〇55] N磁性北極 [〇〇56] S磁性南極
【主權項】
1.一種磁體裝置(200)，其尤其用于電力機器，所述磁體裝置包含至少一個由永磁性材 料構成的部段(201)，在該部段中構成至少一個非磁性切缺(203)，用于影響由磁體裝置 (200)引發的磁場和/或磁通量(206)的方向和/或強度。2.按照權利要求1所述的磁體裝置(200)，其特征在于，在永磁性材料(201)中的至少一 個非磁性切缺(203)設計為至少幾乎完全封閉的切缺。3.按照權利要求1或2所述的磁體裝置(200)，其特征在于，在永磁性材料中的至少一個 非磁性切缺(203)相對磁體裝置(200)的中心軸線和/或中心平面(205)至少基本上對稱地 構成。4.按照權利要求1至3之一所述的磁體裝置(200)，其特征在于至少一個由導磁材料構 成的部段(202)，在該部段中構成至少一個非磁性切缺(204)，用于影響由磁體裝置(200)弓丨 發的磁場和/或磁通量(206)的方向和/或強度。5.按照權利要求4所述的磁體裝置(200)，其特征在于，在導磁材料(202)中的至少一個 非磁性切缺(204)設計為至少幾乎完全封閉的切缺。6.按照權利要求4或5所述的磁體裝置(200)，其特征在于，在導磁材料(202)中的至少 一個非磁性切缺(204)相對磁體裝置(200)的中心軸線和/或中心平面(205)至少基本上對 稱地構成。7.—種電力機器(300)，其特征在于，該電力機器具有至少一個按照前述權利要求之一 所述的磁體裝置(200)。8.按照權利要求7所述的電力機器(300)，其特征在于，所述電力機器設計為磁阻機器 或永磁體同步電機。
【文檔編號】H02K1/02GK105993110SQ201580008442
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月27日
【發明人】M.塔舍, G-F.呂爾斯, M.勞克施沃爾布
【申請人】大眾汽車有限公司