具有不同区段的转子的制作方法

本发明公开了一种永久激励电动机的转子，用于制造永久激励电动机的转子的方法，具有这种转子的永久激励电动机以及永久激励电动机的应用。

背景技术：

1、首先在效率等级ie4和更高等级中的工业低电压电机(<1kv额定电压)通常具有带有永磁体的转子。在此将永磁体安装到转子的叠片芯的为此设置的凹穴中(被称为掩埋式永磁体)。

2、在将永磁体装入到凹穴中之后这些永磁体必须机械地与转子的叠片芯固定在一起。因此应当避免叠片芯和永磁体之间的间隙，这在机械作用如震动、离心力时在永久激励电动机的工作期间或由于磁力导致永磁体的位置改变。

3、通常对此借助反应的人造粘合剂将永磁体粘到凹穴中。

4、将永磁体固定在凹穴中的另一个可行性方案是借助反应的树脂之后灌封装配有永磁体的凹穴，该树脂必须接下来通过热力学作用(炉，例如140℃2小时)硬化。一方面在此，整体的转子的加热和冷却是时间和成本昂贵的过程步骤，另一方面这样的温度能够导致永磁体的部分退磁化。

5、这样的用于转子的叠片的构造方案是出于于不同的相互竞争的、部分甚至相互矛盾的有关电磁和机械特性和适用于这样的转子的过程技术的生产方面的要求的折中。

6、迄今为止这样的转子叠片的构造方案是严格对称的，其中，力求电磁、机械和制造技术相关的特性的折中。通常合适地根据特性优化，然而这在其它的要求中是有缺点的。例如，有关制造技术上的特性、如用于拼合和粘合磁体的优化导致永久激励电动机的效率的降低。然而效率的优化导致限制的转子坚固性以及电动机的减少的转速合适性和在生产转子时的问题。

7、固定永磁体的可行性方案为在之前将糊状的粘合剂放入到凹穴中，其随后通过之后移入的永磁体排挤为，其紧贴永磁体。然而，永磁体到糊状材料中的使用导致一定的位置不准确性，因为所排挤的糊不形状相同地紧贴在磁体周围并且因此仅调整逐点的粘贴。在此，充磁的永磁体的处理不是无关紧要的并且能够由于磁力不整齐地以所期望的方式进行，而不必在每次磁体插入之后必须清洁预先装入的粘合剂的辅助装置的工具。

8、de 10 2009 054 584 a1示出了用于电机的转子，包括与摩擦组片重叠布置的摩擦片，在摩擦组片中设计的用于容纳永磁体的凹穴和在凹穴中布置的永磁体，其以连接件形状配合地紧固在摩擦组片上，其中，摩擦组片设置有用于引入连接件的至少一个凹陷部。

9、在此的缺点为，在那里视为凹陷部的腹板通道在布置在磁通量的范围中，并且因此导致具有这样的转子的永久激励电动机的相对较小的效率。

技术实现思路

1、由此出发，本发明的目的在于，提供一种转子，以便得到永久激励电动机的效率合效率等级提升。在此，这样的转子的制造应当相对简单，并且在制造时要求相对较少的过程步骤。此外，永磁激励的电子电动机中所谓转子的应用应当在不同的驱动目的中提供相对合适的消耗数据。

2、该目的通过具有能预先给定的数量的极的永久激励电动机的转子实现，

3、-其中，转子的极分别通过一个或多个永磁体形成并且形成区段，

4、-其中，永磁体在叠片芯的基本轴向延伸的周向闭合的凹陷部中布置，

5、-其中，凹陷部具有用于容纳永磁体的凹穴的区域和用于引导磁通量的磁通屏障，保持元件至少在局部突出到凹陷部中，

6、-其中，叠片芯具有叠片，叠片分别形成具有至少两个不同的构造方案的区段，构造方案以能预先给定的轴向顺序和旋转或轴向顺序和旋转和重叠来创建，其中，叠片与区段的构造方案不相关地分别具有轴孔、相同数量的极或区段、轴向对齐的凹陷部和相同的外直径，

7、-其中，具有第一构造方案的区段具有叠片芯内用于分配灌封化合物或粘合剂的元件，并且具有第二构造方案的区段具有用于叠片芯的机械强度的保持元件，

8、-其中，磁通屏障和永磁体和相应包围永磁体的叠片芯之间的基本轴向延伸的间隙通过粘合剂和/或灌封化合物填充。

9、该目的还通过用于制造根据本发明的永久激励电动机的转子的方法实现，具有下述步骤：

10、-由具有至少两个不同的轴向顺序和旋转或轴向顺序和旋转和重叠的极区段的轴向分层的叠片堆叠叠片芯，其中，叠片与叠片的区段的构造方案不相关地分别具有轴孔、相同数量的极或区段、轴向对齐的凹陷部和相同的外直径，

11、-其中，具有第一构造方案的区段具有叠片芯内用于分配灌封化合物或粘合剂和/或优化磁通量的元件，并且具有第二构造方案的区段具有用于叠片芯的机械强度的保持元件，

12、-将永磁体插入到凹陷部中，

13、-将分配盘附接到叠片芯的至少一个端面上，分配盘在朝向叠片芯的一侧上具有至少一个环形通道和至少一个输送口，环形通道覆盖每个凹陷部的磁通屏障的至少一部分，

14、-经由分配盘的输送口和环形通道、磁通屏障和永磁体和相应包围永磁体的叠片芯之间的基本轴向延伸的间隙通过粘合剂和/或灌封化合物灌封叠片芯的空腔，从而至少固定转子的永磁体。

15、该目的还通过具有根据本发明的转子的电动机、特别是永久激励同步电机实现。

16、该目的还通过电动机、特别是永久激励同步电机在压缩机、压实机、泵、传送带的驱动器、食品工业以及船舶应用中的用途实现。

17、根据本发明，现在提供一种转子，其形成出于不同的相互竞争的有关电磁和机械特性和适用于这样的转子的过程安全的生产的方面的折中。其导致永久激励电动机的效率和效率等级提升。

18、根据本发明，拆分相互竞争的有关电磁和机械特性和适用于这样的转子的过程安全的生产的方面的折中在近似相同的叠片中造成转子的不同设计的极区段。这保障的是，除了转子相对简单的制造之外还有永久激励电动机的有效率的运行。

19、在此，叠片芯理解为转子的主动部分，其具有轴向堆集的叠片并且设置有永磁体并且用于形成转矩，然而不具有可能的分配盘和/或转子的叠片芯的端面端部上的结尾盘。

20、在此，凹陷部理解为各个叠片的冲裁件，其堆叠地轴向依次布置。凹陷部不仅具有凹穴还有磁通屏障。凹穴设置用于容纳这些或这个永磁体。可选地，腹板和/或保持凸耳突出到凹陷部的空间中，以用于在电动机的制造和运行期间针对离心力要求的永磁体9的补充的固定和保持。在凹陷部的凹穴中轴向插入永磁体。

21、通过区段的相应的设计对尽可能少的要求的优化改善装配有永磁体的转子的电磁和机械特性。换句话说-区段基本上要么根据电磁要求、要么根据机械要求优化。在此存在叠片的区段-具有第一构造方案-，其设计用于输送和分配灌封化合物或粘合剂到凹陷部中-即隐含地根据电磁观点设计。此外存在叠片的区段-具有第二构造方案-，其基本上设计在此外整个叠片芯的机械稳定上。具有其第一和第二构造方案的区段的相应的目的能够分别还继续分开，从而能够得到区段的第三、第四或另外的构造方案。

22、因此，区段的第三构造方案能够具有部分的冲裁件。区段的第四构造方案能够具有加强的保持腹板。

23、因此得到叠片芯的构造方案的下述可能的不包括列举的可行性方案：

24、叠片芯的每个叠片是相同的。

25、每个极都布置在区段中。

26、区段要么具有负责灌封化合物或粘合剂的分配(如部分的冲裁件、窄或没有保持腹板)的第一构造方案，要么具有负责机械稳定性(如边缘腹板、保持腹板；保持凸耳…)的第二构造方案。此外，能够存在具有第三构造方案的区段，其具有部分的穿孔。此外能够存在具有第四构造方案的区段，其仅具有基础设计。

27、在另一个构造方案中，每个腹板仅具有其区段的一个第一或第二构造方案，其中，其余的区段仅具有基础设计。

28、另一方面在另一个构造方案中，每个叠片是相同的并且每个极都布置在区段中。一个或多个区段具有用于分配灌封化合物或粘合剂的第一构造方案(部分冲裁件、小或窄的保持腹板等)。一个或多个区段具有用于机械稳定的第二构造方案，如边缘腹板、保持腹板、保持凸耳等。

29、转子的每个极或区段都具有至少一个凹陷部。在每个极的多个凹陷部中其布置为v形、u形或屋顶形的。凹陷部的每个凹穴都具有一个或多个永磁体。

30、叠片芯的每个极都布置在区段中并且不取决于相应的区段地设置有相同“数量”的永磁体。

31、为各个叠片现在除了共同的基础设计、如轴孔、轴向对齐的凹陷部、相同数量的极和相同的外直径以用于优化各个要求之外还分配至少一致的其极或区段的附加的特殊的特性(如第一构造方案、第二构造方案等)。

32、在此，第一和第二等构造方案理解为叠片的相应的区段或极的设计变体方案。

33、粘合剂或灌封化合物经由磁通屏障的输送允许永磁体在相应的凹穴中的安全的固定(例如粘合/灌封)。粘合剂或灌封化合物的管理有和没有压力地进行。

34、具有第二构造方案的区段现在具有特性、特别是保持元件，其有助于叠片和叠片芯的机械稳定。该保持元件以保持腹板和/或保持凸耳和/或边缘腹板的形式设计，以便保障叠片和叠片芯的机械稳定性并且至少在制造、即灌封过程时固定永磁体。

35、此外，区段能够在凹陷部、特别是凹穴的区域中以部分冲裁件的形式具有第一和/或第三构造方案，其代表凹穴的扩展，并且其使得粘合过程和/或灌封变得容易。通过形状和位置形成限定的细丝的凹穴上的部分冲裁件有助于通过凹穴中的粘合/灌封安全地固定永磁体。因此得到有关能采用的粘合剂/灌封化合物的粘度方面的很大的选择。

36、为了特别有效率地设计轴向延伸的凹陷部之中的分配过程，该部分冲裁件附加地也在具有第二构造方案的区段中能够实现。

37、基础设计现在具有下述特性：轴孔、凹陷部、相同数量的极和相同的直径。

38、由此得出的特性、用于机械增强的保持元件和部分冲裁件在相应的叠片中仅在一个极或区段中、在多个极或区段中但是不在所有极和区段中同时应用。换句话说，区段在周向方向上看彼此在至少一个特征上区分。

39、如果由此得出的特性、如用于机械增强的保持元件和部分冲裁件应当仅在叠片中的一个的一个或几个-但不是全部-的极中存在，那么这些特性在叠片芯的轴向延伸中能分配给全部的极。在此，在通过扭转和/或重叠堆叠进行堆叠期间将这些特性合适地分配和预先给定的极或区段。

40、扭转或扭转和重叠或仅重叠在此通过从转子的极数p中得到的角度得出。

41、此外，具有第一和/或第二等构造方案的区段的数量影响叠片在叠片芯的轴向结构中的旋转和/或重叠的积累。换句话说，在8极的转子中在仅一个具有第一构造方案的区段的构造方案中设计的旋转比在两个或更多具有第一构造方案的区段的构造方案更常见。

42、另外的优点在于，通过叠片的扭转或扭转和重叠补偿叠片的材料特性的各向异性(强度和磁特性例如取决于滚动方向)。经由转子的叠片芯的轴向长度观察，其导致整个叠片芯的磁特性的均匀化，这有助于效率的提高和转子的安静运行。

43、叠片的相应的区段的另外的优化在有关机械强度方面是保持元件、磁通屏障的边缘限制和腹板的构造方案，以便将永磁体保持在凹陷部的凹穴中。在此，保持元件、腹板、保持凸耳和边缘腹板的数量和造型随着要求进行匹配。

44、随后，在转子中存在的凹陷部在轴向延伸上看具有各个优化的全部的可行性方案。每转速要求以及连接的离心力要求、设置的灌封化合物等相应地能执行分配给区段的构造方案(第一、第二或甚至第三构造方案)和其轴向排列以及在可能的情况下其扭转和/或重叠。

45、附加地，叠片能够为了进一步改善叠片芯的机械稳定性根据能预先给定的顺序、在可能的情况下在扭转和/或重叠的条件下至少部分地相互轴向粘合。

46、因此，能够在可能的情况下去除或至少以较小的尺寸实施腹板、如保持腹板、边缘腹板、特别是在第二极区段中，其用于叠片芯的稳定，这减少磁漏通量。

47、在叠片芯的轴向延伸中通过相应的区段的各个凹陷部、特别是凹穴的有关要求方面的合适的优化明显减少其它要求的负面影响。

48、叠片的堆叠、即叠片和/或其扭转和/或重叠的轴向排列能够在辅助轴上进行。同样能够实现的是，轴向上相互粘合叠片。

49、同样能够实现叠片的冲压堆叠，以便得到在其中能采用永磁体的叠片芯。

50、当叠片芯位于真正的轴上的时候进行附加的堆叠。在此，叠片芯借助两个盘压在一起。其能够是两个分配盘或一个分配盘和一个结尾盘。

51、叠片芯的堆叠也能够经由杆柱连接实现。

52、为了现在能够将粘合剂或灌封化合物经由磁通屏障引入到转子的叠片芯中，至少在叠片芯的端面上设置分配盘。其在永磁铁位于其凹穴中之后安装，以便引入粘合剂或灌封化合物。

53、在此，两个盘中的至少一个是分配盘。

54、优选地，叠片芯和/或分配盘收缩到轴上。同样存在其它的可行性方案将叠片芯的转矩传递到轴上，如滑键连接等。

55、分配盘在朝向转子的叠片芯的一侧上具有至少一个向着叠片芯旋转去的开放的环形通道，以便能够经由相应的凹陷部的磁通屏障接近粘合剂或灌封化合物。随着磁极的结构将环形通道相应地在分配盘上定位。

56、在分配盘的背向叠片芯的一侧上设置至少一个注入口、即输送口，以便供给环形通道。可选地，环形通道在转子的极的磁通屏障的区域中具有扩展部，以便能够为相应的极或其设置有永磁体的凹陷部提供足够的灌封化合物。

57、环形通道和可选地其扩展部与叠片芯的端面形状配合并且密封地覆盖，以便能够建立相应的压力以及在可能的情况下用于相应的灌封材料的要求的剪切力。

58、在可能的用于灌封转子的叠片芯的方法中，灌封化合物具有融变行为，其中，由于外部的影响(例如压力)减少粘度并且在结束需要后再次回到初始粘度。

59、但是也能够实现其它的灌封化合物或粘合剂。

60、在恒定剪切(压力)时灌封化合物的粘度随着时间降低，在结束剪切负载之后灌封化合物的粘度取决于时间地再次提高。

61、灌封化合物的融变通过附加和分散干馏的硅酸实现体积的0.1-0.5％之间的范围的二氧化硅气凝胶。

62、在灌封化合物经由线路或软管经由分配盘输送给转子之前，其组成部分由至少两个分离放置的构件通过相对运动改变位置，即存在要混合的构件的均匀并且明确限定的分配。

63、在此，灌封化合物的基础树脂材料对应基于环氧/胺类或例如聚氨酯/异氰酸酯的双成分反应树脂。在此，在室温时的凝胶化能调整为在几分钟后直到几个小时，从而在没有额外的加热(以及伴随的另外的树脂混合物的流动)的情况下进行物料的尽可能的固化。

64、因此，在较小的剪切力(大约10pa)时调整大约10^5-10^7mpas的剪切粘度。在提高的剪切力(大约200pa)时出现大约10^2-10^4mpa的剪切粘度。该剪切力通过压力导入到灌封化合物中。

65、材料各自粘度的恢复在剪切力减小(压力减小)之后的几分钟之内实现，从而造成灌封化合物的自己固化并且没有通过细间隙的流动路径，特别是在转子的叠片芯的各个叠片之间。

66、这样填充的转子的体积收缩小于1％。

67、优选室温硬化的灌封化合物能够除了剧烈融变流变行为之外通过合适的添加剂在导热能力(>0.5w/mk)上调整。添加剂在输送到转子特别是灌封化合物的分配盘中之前混合。其在电动机的运行时导致从永磁体中的改善的排热，因为其通过涡流混/合气隙调和加热。因此，具有相对改善的导热能力的永磁体耦连到转子的叠片芯上。

68、灌封化合物的导热性能够通过添加或混合各种填充剂实现。在此设置的添加剂是石英粉、石英料、氧化铝、石膏粉。各个成分能共同或各个混合成填充剂(灌封化合物、粘合剂)并且能够因此总计为直至整个灌封化合物或粘合剂体积的40％。

69、有利地，转子装配灌封化合物实现为在提高的灌封压力时增长的灌封。在此，转子的轴线围绕相对于水平线预先给定的角度、优选90°取向。

70、另外的粘合材料有同样的特性。

71、通过增长的灌封首先在凹陷部中保障无气泡的应用。

72、为了混合而应用静态/动态混合管，以便在现场混合反应混合物并且直接在接口中经由转子的端面上的分配盘经由孔送到转子、特别是叠片芯中。

73、也能够在转子的两个端面上设置分配盘，以便从两侧进行转子的装配。在此，分配盘要么设计为相同的又或者设计为，每个分配盘仅为转子的一半的极设置灌封化合物。两侧填充灌封化合物能够首先在轴向延续的转子中是有利的。

74、经由分配盘上的一个或多个注入接口能够送入直到10bar、优选4.5bar的压力，由此使得新鲜混合的融变的灌封化合物变得有流动性并且在轴向、特别是在轴向增加地进入到转子的剩余的几何的中间腔中。

75、在此，作为中间腔的是磁通屏障、永磁体和相应的叠片之间的间隙、输送通道和孔但是不或几乎不是各个叠片之间垂直于轴线的缝隙。

76、在完全填充凹陷部之后停止压力。叠片芯决定中间腔“满了”的探测经由静态与动态比较的压力(例如经由动态对比静态压力的压力结构的探测)实现。

77、同样能够实现光学控制。

78、随后转子中的灌封化合物无压力地在室温凝成胶状并且在24小时之内完全硬化。

79、因此根据本发明，转子利用其永磁体灌封以融变的灌封化合物，其在室温下凝成胶状并且完全硬化。

80、通过高填充和使用融变添加剂能够借助压印法上升地填充凹穴，然而不使得反应物能够通过例如各个叠片之间的小缝隙逃离。

81、在没有机械负载的情况下转子上或利用转子的进一步处理在大约1小时后能够实现。材料、即灌封化合物穿过各个叠片由于灌封化合物的融变而阻止，从而能够放弃外面的罩面的之前的涂漆过程。

82、在浇筑过程中至少在转子的叠片芯的端面上设置的合适的分配盘经由分配盘上的一个或多个输送口连接到具有所有设置的扩展部的环形通道，以便通过仅注入利用填充过程“填充”转子。

83、因此，分配盘满足多个功能。一方面堆叠轴上的叠片，分配灌封化合物或粘合剂并且作为可选的可行性方案平衡转子。在此，经由分配盘上的材料提取或分配盘上能附加引入的平衡重量实施转子的平衡。

84、因此，该分配盘端面地形状配合地附接到叠片芯上并且能够在灌封过程之后也用于转子的平衡。

85、为了持续实施平衡，分配盘必须保持在转子的叠片芯上。

86、装配有这样的转子的永久激励同步电机具有高效率等级并且因此适用于驱动器、特别是用于压缩机、压实机、传送带等的持续运行。