用于电机的转子的制作方法

1.本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分的用于电机的转子。本发明还涉及根据独立权利要求12的前序部分的用于制造用于电机的转子的方法。


背景技术：

2.辐条式永磁转子用于无刷直流马达和/或永磁同步马达，在定子内形成旋转部分，在定子内表面和转子外表面之间具有气隙。辐条式转子包括保持永磁体的钢叠片的堆叠。永磁体相对于转子的旋转中心在径向方向上延伸，并且布置在钢叠片的相邻节段之间，类似于车轮的辐条，因此称为“辐条式”。每个钢叠片可以一体制成，或者替代地钢叠片节段可以在周向方向上分开。如果钢叠片是一体制成的，则会对磁路产生负面影响。如果钢叠片的节段在周向方向上分开，则每个节段必须以能够承受作用在其上的径向力的方式固定到轴。
3.us4504755a中公开了一种已知的具有分段叠片的现有技术辐条式永磁转子。其描述了一种通过为钢叠片提供一组开口来将钢叠片附接到轴的方法，所述开口径向延伸到叠片中并以扩大的三角形空间结束。将熔融铝浇铸到开口中以及钢叠片与轴之间的间隙中，以便将叠片相对于轴固定。在这种情况下，钢叠片节段最初连接在一起并且随后分开。us3979821a中公开了一种类似的方法，其中径向延伸到叠片中的开口以扩大的圆形空间结束。


技术实现要素：

4.如独立权利要求1所限定的根据本发明的转子和如独立权利要求12所限定的制造用于电机的转子的方法具有以下优点：在叠片节段与将所述节段保持在一起的浇铸转子芯之间的区域中应力集中减少。
5.根据本发明的第一方面通过用于电机的转子实现，所述转子包括铁叠片的堆叠，所述堆叠在周向方向上被划分成多个节段，其中，至少一个永磁体布置在两个相邻节段之间，每个节段包括在径向方向上从径向内表面向外延伸的开口，转子芯设置用于连接所述相邻节段，所述转子芯通过将非铁材料(特别是非铁金属)浇铸或成型到叠片节段的径向内侧的空间以及叠片节段中的每个叠片节段中的径向向外延伸的开口中而形成，所述开口具有大致枞树形截面轮廓。
6.叠片中的开口的枞树形轮廓能够使大的承载面积承受由作用在浇铸转子芯上的离心负荷引起的应力。枞树轮廓具有径向延伸的中心部分，其具有从所述中心部分大致垂直地延伸的分支。开口截面轮廓的具有背离转子旋转轴线的组成部分的表面经受离心负荷，并且枞树轮廓使这些表面的面积最大化，因此使应力集中最小化。因此，对于给定的承载能力，开口截面轮廓的面积与现有技术设计相比可以减小，使得可以使浇铸材料的量最小化。
7.在一个实施方案中，所述大致枞树形截面轮廓包括至少第一径向外分支和第一径
向内分支，其中，所述第一径向外分支具有径向内侧，所述径向内侧在垂直于径向方向的方向上从最小分支厚度t1延伸到最大分支厚度l1，并且所述第一径向内分支具有径向内侧，所述径向内侧在垂直于径向方向的方向上从最小分支厚度t2延伸到最大分支厚度l2。分支厚度从径向延伸的轮廓基准线测量，所述基准线被定义为延伸穿过转子中心点和枞树形轮廓的质心点的直线。枞树形轮廓的质心是由枞树形轮廓和在最窄点处延伸跨过径向内开口的线包围的区域的几何中心。在枞树轮廓在一侧上具有多于两个分支的情况下，径向外分支和径向内分支被理解为是指径向最外部的两个分支。
8.第一内分支的径向内侧在从最小分支厚度t2到最大分支厚度l2的线上延伸，其中，所述线具有相对于轮廓基准线具有最大角度β的切线，并且第一外分支的径向内侧在从最小分支厚度t1到最大分支厚度l1的线上延伸，其中，所述线具有相对于轮廓基准线具有最大角度α的切线，其中，α在10
°
至60
°
的范围内，并且β≤90
°
，并且由此β/α在1.2至5的范围内。
9.已经发现，使角度α与β的比率在此范围内使得负荷能够均匀地施加在两个分支之间。由于径向外分支承受更高的负荷，因此可以通过与径向内分支相比减小角度α来减小应力。在一个特别有利的实施方案中，α在40
°
至60
°
的范围内，并且β在60
°
至80
°
的范围内。
10.最小分支厚度t1、t2之间相对于相应最大分支厚度l1、l2的关系有利地在1.2≤l1/t1≤1.8和1.5≤l2/t2≤2.0的范围内，并且最大分支厚度(l1、l2)之间的关系在0.5≤l1/l2≤2.0的范围内。这些特征的组合提供了具有较少应力集中的几何形状。更优选地，1.4≤l1/t1≤1.6并且0.7≤l1/l2≤1.0，在这种情况下，径向内分支在垂直于径向方向的方向上比径向外分支延伸得更远。由于径向外分支在垂直方向上没有延伸那么远，因此它不会过多地干扰来自磁体的磁通量，因此提高了马达的效率。
11.第一内分支的径向内侧可以包括沿径向内侧的基本长度(b)延伸的大致直线的部分，并且第一外分支的径向内侧包括沿径向内侧的基本长度(a)延伸的大致直线的部分。在一个有利的实施方案中，直线部分的长度a与长度b的比率在0.3≤b/a≤0.75的范围内，并且优选地在0.4≤b/a≤0.6的范围内。这使得枞树轮廓在开口的径向内部区域处的半径更大，从而减少了叠片中更关键区域处的应力集中。
12.长度(a)与l1的比率在0.2≤a/l1≤0.4的范围内，长度(b)与l2的比率在0.05≤b/l2≤0.25的范围内、优选地在0.06≤b/l2≤0.11的范围内。这些比率使枞树轮廓具有足够大的半径以减少叠片和浇铸材料中的应力集中，同时保持足够的承载能力并且使得浇铸材料能够填充开口而没有空隙。
13.在一个优选实施方案中，最小分支厚度t2与最小分支厚度t1的比率t2/t1在0.90≤t2/t1≤1.25的范围内。已发现此范围内的比率有助于两个分支之间的应力分布的进一步均匀化。在一个更优选的实施方案中，t2/t1》1.05。距离h1是在径向方向11上测量的从外分支14a的最小分支厚度t1的点到截面轮廓13的径向外尖端18的距离。比率t1/h1在0.50≤t1/h1≤0.9的范围内，并且在优选实施方案中，t1/h1＝0.7。这些关系允许具有相对于h1相对较大的最小分支厚度t1、t2，这有助于铝铸芯的耐久性变得更好。
14.转子芯是大致环形的，其具有接收转子轴的中心开口。替代地，转子芯自身可以形成轴的一部分。转子芯具有径向突出部，所述径向突出部径向向外突出到每个相应节段中的开口中。
15.转子芯优选地由浇铸非铁金属(特别是铝或铝合金)制成。浇铸非铁金属在浇铸到节段的开口中时呈现大致枞树形截面轮廓的形状。与使用机械加工的枞树轮廓相比，这具有不需要考虑机械加工公差的优点，并且每个节段中的开口的表面与转子芯直接接触，使得减少了应力集中。替代地，转子芯可以由塑料材料制成并成型到节段的开口中，这具有减轻重量的优点。
16.在本发明的另一方面，提供了一种用于制造用于电机的转子的方法，所述方法包括提供铁叠片的堆叠，所述堆叠在周向方向上被分段，并且至少一个永磁体布置在两个相邻节段之间，其中，每个节段包括在径向方向上从径向内表面向外延伸的开口，所述开口具有大致枞树形截面轮廓，以及将熔融的非铁金属浇铸到叠片节段的径向内侧的空间和叠片节段中的每个叠片节段中的径向向外延伸的开口中以将相邻节段连接在一起。枞树形截面轮廓可以具有关于根据本发明的转子描述的任何尺寸。
17.在另一个有利的实施方案中，每个分段叠片最初形成为一体，并且在浇铸非铁金属芯的步骤之后，相邻节段随后通过机械加工从叠片去除材料而分开。以这种方式，转子的制造被简化，因为节段不需要相对于彼此对齐，而是可以在浇铸非铁金属芯之前将叠片的完整堆叠堆叠在一起并对齐，当节段随后被分开时，所述非铁金属芯将节段保持在适当的位置以便提高磁通量。
附图说明
18.现在将参考附图仅通过示例的方式描述实施方案，在附图中：
19.图1示出根据本发明的转子的截面图，
20.图2是图1的径向向外延伸的开口中的一个开口的放大截面图。
具体实施方式
21.参考图1和图2，图1示出了根据本发明的一个实施方案的用于电机的转子1的在轴向方向上的截面图。转子1围绕旋转轴线16旋转并且包括多个铁叠片2，所述多个铁叠片2在转子1的轴向方向上彼此堆叠。铁叠片2在周向方向上被划分成多个节段3a、3b等。在图1所示的实施方案中，存在八个这种节段3。因此每个节段包括一堆叠片2。至少一个永磁体4布置在每对相邻节段3a、3b之间。永磁体4被布置成其磁极面向周向方向并且接收在一对叠片节段3a、3b中的每个节段3a、3b中的凹部6中。在辐条式永磁马达中，期望使永磁体的径向内侧上的磁通量最小化，使得磁通量集中在转子的径向外部区域中。在图1所示的实施方案中，每对相邻叠片节段3之间在永磁体4的径向内侧存在间隙5，使得铁叠片2不为此区域中的磁体4的磁极之间的磁通量提供低电阻路径。
22.提供转子芯7以用于保持和连接叠片节段3。转子芯7是大致环形的，其具有接收转子轴(未示出)的中心开口8。替代地，转子芯7自身可以形成轴的一部分。每个节段3包括在径向方向11上从径向内表面12向外延伸的开口10，并且转子芯7具有径向向外突出到每个相应节段3中的开口中的径向突出部9。转子芯7由浇铸非铁金属(特别是铝或铝合金)制成，并且通过将非铁金属浇铸在叠片节段的径向内侧的空间以及叠片节段3的每个叠片节段中的径向向外延伸的开口10中而形成。开口10具有大致枞树形截面轮廓13，并且浇铸非铁金属在浇铸到节段3的开口10中时呈现大致枞树形截面轮廓13的形状。由于径向突出部9呈现
枞树形截面轮廓13的形状，转子芯7的径向突出部9沿轮廓13的整体与开口10的表面接触，从而将节段3固定到转子芯7。
23.每个分段叠片2最初可以形成为一个整体、即节段3最初连接在一起，并且在浇铸非铁金属芯的步骤之后，相邻节段3a、3b随后通过机械加工从叠片2去除材料而分开。以这种方式，转子的制造被简化，因为节段3不需要相对于彼此对齐，而是可以在浇铸非铁金属芯之前将叠片2的完整堆叠堆叠在一起并对齐，当节段随后被分开时，所述非铁金属芯将节段保持在适当的位置以便提高磁通量。
24.开口10的枞树形轮廓13能够使大的承载面积承受由作用在浇铸转子芯7上的离心负荷引起的应力。如在图2中可见，其示出了节段3中的一个节段的放大部分，枞树轮廓具有在径向方向11上延伸的中心部分，其分支14a、14b从所述中心部分大致垂直地延伸。开口10的由具有背离转子的旋转轴线16的组成部分的部分截面轮廓13限定的表面15经受离心负荷并且枞树轮廓13使这些表面15的面积最大化，因此使应力集中最小化。因此，对于给定的承载能力，开口截面轮廓13的横截面积与现有技术设计相比可以减小，使得可以使浇铸材料的量最小化。
25.为了避免在转子铁芯7的径向突出部9中的应力集中，在枞树轮廓13的分支之间均匀地分配负荷很重要。同时，叠片节段3中的开口10不会对磁通量产生负面影响很重要。发明人已经发现可以选择分支13的相对尺寸以获得改进的应力分布而不损害磁通量。
26.在图2所示的实施方案中，大致枞树形截面轮廓13包括第一径向外分支14a，所述第一径向外分支在垂直于径向方向11的方向上延伸。外分支14a具有径向内侧15a，所述径向内侧在垂直于径向方向11的方向上从最小分支厚度t1延伸到最大分支厚度l1，其中最小分支厚度t1和最大分支厚度l1是在垂直于径向方向11的方向上测量的与轮廓基准线17的距离。类似地，第一径向内分支14b具有径向内侧15b，所述径向内侧在垂直于径向方向11的方向上从最小分支厚度t2延伸到最大分支厚度l2。在所示实施方案中，大致枞树形截面轮廓13关于轮廓基准线17对称，使得存在四个分支(14a-14d)。
27.轮廓基准线17被定义为延伸穿过转子中心点21和枞树形截面轮廓13的质心点22的直线。枞树形轮廓13的质心22是由枞树形轮廓13和在最窄点处延伸跨过径向内开口的线20包围的区域的几何中心。
28.第一内分支14b的径向内侧15b在从最小分支厚度t2到最大分支厚度l2的线上延伸，所述线具有相对于轮廓基准线17具有最大角度β的切线。第一外分支14a的径向内侧15a在从最小分支厚度t1到最大分支厚度l1的线上延伸，所述线具有相对于轮廓基准线17具有最大角度α的切线。根据本发明的一个实施方案，α在10
°
至60
°
的范围内，并且β≤90
°
，并且β，并在1.2至5的范围内。
29.根据本发明的更优选实施方案，α在40本至60本的范围内，并且β在60围至80围的范围内。使角度α与β的比率在此范围内使得负荷能够均匀地施加在两个分支14a与14b之间。由于径向外分支14a承受更高的负荷，因此可以通过与径向内分支14b、14d的角度β相比减小角度α来减小应力。
30.最小分支厚度t1、t2与各自最大分支厚度l1、l2之间的关系在1.2≤l1/t1≤1.8和1.5≤l2/t2≤2.0的范围内，并且第一径向外分支14a的最大分支厚度l1与第一径向内分支14b的最大分支厚度l2的比率l1/l2在0.5≤l1/l2≤2.0的范围内。这些特征的组合提供了
具有较小应力集中的几何形状。更优选地为1.4≤l1/t1≤1.6并且0.7≤l1/l2≤1.0。
31.在图2所示的实施方案中，第一内分支14b的径向内侧15b包括沿径向内侧15b的基本长度(b)延伸的基本上直线的部分，并且第一外分支14a的径向内侧15a包括沿径向内侧15a的基本长度(a)延伸的基本直线的部分。直线部分的长度a与长度b的比率在0.3≤b/a≤0.75的范围内，并且优选地在0.4≤b/a≤0.6的范围内。长度(a)与l1的比率在0.2≤a/l1≤0.4的范围内，并且长度(b)与l2的比率在0.05≤b/l2≤0.25的范围内，优选地为0.06≤b/l2≤0.11。这些比率使得枞树轮廓能够具有足够大的半径以减少应力集中并且使得浇铸材料能够填充开口而在节段3的开口10与转子芯7的径向突出部9之间没有空隙。
32.最小分支厚度t2与最小分支厚度t1的比率t2/t1在0.90≤t2/t1≤1.25的范围内。已发现此范围内的比率有助于两个分支之间的应力分布的进一步均匀化。在优选实施方案中，t2/t1为1.1。距离h1是在径向方向11上测量的从外分支14a的最小分支厚度t1的点到截面轮廓13的径向外尖端18的距离。比率t1/h1在0.50≤t1/h1≤0.9的范围内，并且在优选实施方案中，t1/h1＝0.7。这些关系允许具有相对于h1相对较大的最小分支厚度t1、t2，这有助于铝铸芯的耐久性变得更好。
33.如在图2中可见，径向内分支14b比径向外分支14a在垂直于径向方向11的方向上延伸得更远。由于径向外分支在垂直方向上没有延伸那么远，因此它不会过多地干扰来自磁体4的磁通量，因此提高了马达的效率。
34.根据本发明的枞树轮廓13的前述描述可以适用于枞树轮廓的任一侧，即如果所述轮廓是不对称的，则适用于左侧或右侧，或者如果所述轮廓是对称的，则适用于两侧。
35.本发明适用于用于电机(包括马达或发电机)的转子。
36.附图标记列表
37.1.转子
38.2.铁叠片
39.3.叠片节段
40.4.永磁体
41.5.间隙
42.6.凹部
43.7.转子芯
44.8.中心开口
45.9.径向突出部
46.10.开口
47.11.径向方向
48.12.径向内表面
49.13.枞树形截面轮廓
50.14.分支：第一分支(a)，第二分支(b)
51.15.具有背离旋转轴线的组成部分的表面
52.16.旋转轴线
53.17.轮廓基准线
54.18.尖端
55.19.空间
56.20.轮廓边界线
57.21.转子中心点
58.22.质心点