用于同步驱动电机的转子的制作方法

本发明涉及用于电动汽车的同步驱动电机的转子，其具有多个转子极，其中，每个转子极具有至少三个前后相继的u形磁性层，并且每个磁性层包括一排至少三个孔穴，其中的至少内侧的孔穴填充有永磁性材料，此外两个外侧的孔穴分别用外连边朝向朝向定子形成的转子间隙封闭。本发明还涉及配备有该转子的同步驱动电机以及配备有这种驱动电机的汽车。

背景技术：

同步驱动电机经常被用作电动车的发动机，因为它们在整个速度范围内具有高转矩且进而具有高功率密度，并且在重量轻的同时保证了被驱动车辆的高行驶动力。尤其是，这种电机具有高的埃松利用率，因此可以获得高的费效比。

在混合同步电机(hsm)中，转矩由两个部分组成，即磁阻力矩和同步力矩，在这里值得期待的是尽可能高地增加总转矩中的磁阻力矩份额，理想的是至少50％。

同步驱动电机的转子具有多个极，其中每个极配设有埋设的磁性层，该磁性层基本呈u形以极中心轴(即d轴)为中心对称布置并且由一排孔穴构成，在孔穴中设置有永磁体。大多数情况下，径向最外侧的孔穴保持空着并因作为磁通阻，其尽量远地在各自极上沿径向将磁通从转子引导入定子并且尽量减少漏磁。由此可以减小在转子和锭子之间气隙的中心处的磁通密度波动。尤其沿着径向靠外的转子边缘通过外周面与各自径向最外侧的孔穴之间的连边产生导致效率降低的漏散损失。因此期望尽量窄地设计外连边，但作用于位于孔穴中的磁体的大离心力在外连边过窄的情况下会造成转子变形，这又要求较宽的连边。

技术实现要素：

本发明的任务是在用于这种类型的同步驱动电机的转子中不仅最大化同步力矩以及磁阻力矩，同时最小化磁通谐波和漏磁。

本发明来自独立权利要求的特征。有利的改进方案和设计是从属权利要求的主题。本发明的其它的特征、应用可能和优点来自以下说明以及对如图所示的本发明的实施例的描述。

该任务尤其如此完成，

-最外侧的磁性层包括至少一个填充有永磁性材料的孔穴，每个其它的磁性层包括至少两个填充有永磁性材料的孔穴，

-每个磁性层具有一个总是具有长轴或主轴和短轴或副轴的椭圆的局部的延伸范围，该副轴与径向极轴(即d轴)基本重合，

-其中，所有椭圆的中心均在外侧磁性层的最小椭圆内，

-其中，对于所有磁性层的两个轴之比适用的是：1.2<xi<4，其中xi＝ai/bi，

-其中，最大x值与最小x值之比不大于1.5，

-其中，每个属于所述磁性层之一的孔穴在径向平面内限定出一个截面，并且一个磁性层的各所述截面被所属的椭圆分为两个部分截面，其中，一个截面的各部分截面的面积比在1/3至3之间，

-其中，在第二磁性层和每个其它磁性层中在孔穴之间分别由转子材料形成连边，连边宽度在最窄部位处是相同的磁性层的各自外连边的至少两倍。

孔穴数量的增大对于每个其它磁性层是重要的，因为安置在其中的磁体还必须对各自上侧的磁性层带来力。由此，首先磁性面积变大，由此产生更多的涡流损耗。通过划分为多个并进而更小的孔穴/磁体，损耗被减小，进而效率被提高。

在周向上呈长条状的极的椭圆形设计(所有磁性层的两轴之比在1.2与4之间)是极其有利的，因为其重量因此表现得小于磁极厚时的重量。因此，得到了更高的转速稳定性，在这里，可保持小的在相邻孔穴之间的连边。所谓的比例最好在1.5与3之间。

分别具有主轴和副轴的所述椭圆与径向极轴基本重合，即，极轴与副轴之间的角度小于10°。此时，椭圆应该具有相似的长度比，即最大x值与最小x值之比应该不大于1.5，最好不大于1.2。由此，q磁通路径的厚度也变得均匀，这有助于饱和减弱，由此，电机和与之相连的变频器的效率得以改善。所有椭圆的中心必须位于外侧的磁性层的最小椭圆内，也就是说，它们应该比如同心布置，因为磁通阻的规律性积极影响到转矩波动性。

尤其有利的是，带有和不带磁体的孔穴均匀贴靠所述椭圆，由此也得到磁通阻和磁通路径的规律性。

对于磁场，最短最简单的路径也是磁通据此定向的路径。如果磁通须具有简单的可能方式(例如通过铁磁性材料如铁代替空气)，像在转子周面上的过大的外桥或连边，则磁通作为漏磁会利用此捷径，此时不会产生转矩。即，利用薄的外侧桥，磁通被迫在规定的q磁通路径上继续前行。

根据本发明的一个有利改进方案，转子由多个金属片构成，所述外连边的宽度在最窄部位处最多是金属片厚度的两倍。在磁性方面尤其有利的是将外侧的连边设计得尽量薄。就制造技术来说大多无法做到冲压出比金属片厚度更薄的连边。对于声学和防止机械振动来说，磁通阻应该一直封闭至气隙。因此，很好的比例是不超过两倍的金属片厚度，最好是1-2倍的金属片厚度。金属片厚度一般在0.2-0.5mm范围内。

根据本发明的一个有利改进方案，外连边长度至少是金属片厚度的四倍。长而薄的外连边提高所谓的salienz即磁阻-感应比lq/ld。尤其是外连边对salienz显著减小负责。而salienz损耗在同样大小的内置连边情况下减小。

根据本发明的一个有利改进方案，该连边相对于所属椭圆以70°-110°的角度延伸。从力学角度考虑，连边应该沿着力方向取向，因此极其有利的是该连边垂直于椭圆切线布置。

根据本发明的一个有利改进方案，所述永磁体呈长方体形形成，并且其纵轴在至少一个部位位于其平行于所属椭圆的延伸范围内。长方体形磁体的制造比弯曲磁体要简单廉价许多。尤其是，磁体磨削至精确公差比在更复杂形状时更简单。磁体沿椭圆的取向一方面是极其有利的，因为由此得到规律的磁通路径和磁通阻。当所述磁体沿所述椭圆布置时，磁体的沿表面法线的常见磁极化(即其分别指向最高磁体)是尤其有利的。

根据本发明的一个有利改进方案，至少在填充有永磁性材料的孔穴的一部分中使用匹配于各自孔穴的形状的永磁体件。在此改进方案中，最好除了两个径向最外侧的孔穴外的所有孔穴都配备有永磁体。边缘孔穴最好是空的，以便用作磁通阻并且迫使磁通转向径向并尽可能避免泄漏。边缘孔穴无论如何不应配备永磁体，因为由此将会使得外侧连边承受过高的离心力载荷，使得外侧的连边必须较宽，这又造成经此的漏流。

根据本发明的一个另选有利改进方案，至少在填充有永磁性材料的孔穴的一部分中，填充有永磁性材料的孔穴的至少一部分被填充注入的、含永磁性材料的、凝固的和/或硬化的物质。在此改进方案中，在注入过程(如通过注塑法)中，在高压下将所述物质注入该孔穴，物质在这里随后凝固和/或硬化，尤其在使用合成树脂情况下。在此设计中，根据一个有利的改进方案，所有孔穴、即连同外侧孔穴在内都可填充有磁性材料，因为在所填充的外侧孔穴中的磁性材料的密度和进而离心力小于在那里安放磁体件时的情况。

本发明包括一种同步驱动电机，其具有根据前述设计之一的转子。

本发明还包括一种具有这种同步驱动电机的汽车。

附图说明

其它的优点、特征和细节来自以下必要时参照附图详细描述的至少一个实施例的说明。相同的、相似的和/或功能相同的零部件具有相同的附图标记，其中：

图1示出了用于同步驱动电机的转子的第一实施方式的局部剖面图；

图2示出了用于同步驱动电机的转子的第二实施方式的局部剖面图；

图3示出了在一个极区穿过同步驱动电机的场线图。

附图标记列表

10a、b转子

12a、b极轴

14定子

16a、b磁性层

17a、b磁性层

18a、b磁性层

20a、b孔穴

22a、b孔穴

24a、b孔穴

26a、b孔穴

28a、b孔穴

30a、b孔穴

32a、b孔穴

34a、b孔穴

36a、b椭圆

38a、b椭圆

40a、b椭圆

42a、b主轴

44a、b副轴

46a、b连边

48a、b外连边

49部分截面

50a、b外连边

51部分截面

52a、b外连边

54a、b连边

56a、b连边

58线圈

60磁力线

具体实施方式

图1和图2这两幅图在极轴12a、12b周围示出了转子10a、10b的两个实施方式。通常，一个转子10a、10b具有6至10个极，它们均匀分布于周围。径向地在转子10a、10b外部，转子被如图3中局部示出的定子14包围。

转子10a、10b的每个极具有三个磁性层16a、16b、17a、17b、18a、18b，各磁性层由一排孔穴构成。因此，在图1中，径向最外侧的磁性层16a包括三个孔穴20a、22a、20a，中间的磁性层17a包括四个孔穴24a、26a、26a、26a、24a，最内侧的磁性层18a包括四个孔穴28a、30a、30a、28a。

图2中的情况类似，唯一的区别是，最内侧的磁性层18b包括六个孔穴而不是四个，即32b、34b、34b、34b、34b、32b。但是也可以设置其它数量的孔穴，例如在第三磁性层18b中设置五个孔穴。

图1的实施方式的最外侧的磁性层16a的三个孔穴20a、22a、20a位于一个椭圆36a的一部分或局部区域上，中间的磁性层17a的四个孔穴24a、26a、26a、26a、24a位于一个较大椭圆38a的一部分上，最内侧的磁性层18a的四个孔穴28a、30a、30a、28a位于一个更大的椭圆40a的一部分上。所有椭圆36、38、40的中心都位于最小椭圆内。在此，椭圆中心是指椭圆两个焦点之间的中点。在根据图2的实施方式中，所述状况是模拟的。

在图1中针对最小椭圆36a并且在图2中针对最大椭圆40b分别示出了主轴42a、42b和副轴44a、44b。

主轴42a、42b与副轴44a、44b之间的各自比例、即xa＝主轴42a/副轴44a以及xb＝主轴42b/副轴44b对于所有椭圆36-40处于1.2到4之间。对于图1所示的椭圆36a，xa约为1.6，对于图2所示的椭圆40b，xb约为1.9。

在本发明的一个实施方式中，处于边缘的孔穴20a、24a、28a或20b、24b、28b是空的气穴并且用作针对磁力线的磁通阻。相比之下，在位于其间的孔穴22a、26a、30a或22b、26b、30b中装入永磁体。这些永磁体优选为长方体形，这简化了制造和装配。孔穴22a、26a、30a或22b、26b、30b在各自纵向端处具有延长部，以便在所述孔穴之间形成构成的具有规定横截面的连边46a、46b。

在另一个实施方式中，所有孔穴都填充有磁性材料，其以塑性物质形式(如以注塑法)被注入并随后在孔穴内凝固和/或硬化。

依据图1中的左侧孔穴30a说明了每个孔穴在一个径向平面内限定出一个截面(也是30a)，并且磁性层18a的每个所述截面被所属椭圆40a分为两个部分截面49、51，其中，一个截面30a的各部分截面49、51的面积比(部分截面49与部分截面51之比)在0.5至2之间。在图1所示情况下，面积比约为1。

外连边48a、50a、52a或48b、50b、52b在图1中的各最外侧的孔穴20a、24a、28a和图2中的各最外侧的孔穴20b、24b、28b的各自转子10a、10b的外边缘之间延伸。在各个孔穴之间，在各外侧的磁性层16a、16b中有其它连边54a、54b，在各中间的磁性层18a、18b中有连边56a、56b，在各内侧的磁性层18a中有连边46a、46b。

在中间和内侧的磁性层17a、18a、17b、18b中，连边46a、46b、56a、56b的宽度在最窄部位处至少是相同的磁性层17a、17b、18a、18b的各自外连边50a、50b、52a、52b的两倍。

图3示出了根据图2的包括转子10b、定子14和磁力线的极布置。定子14包括一排通电流的线圈，由转子侧的孔穴形成呈空腔状的外侧的孔穴，在其余孔穴内布置有永磁体。从图3中看到，磁力线60的大部分能成束地沿径向离开转子10b并进入定子14。

尽管通过优选实施例详细具体示出和说明了本发明，但本发明不受所公开的示例的限制，技术人员可以由此推导出其它的改变而没有脱离本发明的保护范围。因此显而易见的是存在许多可能变化。还显而易见的是，所例举出的实施方式实际上仅是示例，其不应该以任何方式被理解为限制比如保护范围、应用可能性或发明配置。相反，在前的说明和附图描述使得技术人员能够具体实现示例性的实施方式，在这里，了解所公开的发明构思的技术人员能够例如做出与在示例性实施方式中提到的一些零部件的功能或布置相关的各种各样的改动，而没有脱离由权利要求书及其合法等同物(例如在说明书中的进一步说明)所限定的保护范围。