磁阻机械的制作方法

1.本发明涉及一种磁阻机械。


背景技术：

2.日益扩大的电动车辆市场为各种电机概念提供了广泛的使用范围。通常使用利用洛伦兹力的永磁电机，尤其是带有永磁体的电动马达。永磁电机具有较高的功率密度，但是昂贵且不耐用。
3.磁阻机械是基于另外的方案。在磁阻机械中由于基于磁阻变化所产生的磁阻力而产生转矩。磁阻是指磁路中的磁阻。磁阻机械包括定子(还被称为静子)和转子(还被称为动子)。转子是关于定子可旋转的布置的。
4.定子包括绕组，这些绕组由于电流流动而感生出磁场。转子具有极。在运行中，极和由此转子基于磁阻力而跟随变化的定子磁场。极例如可以被设计为转子的突出区域。
5.ep 2 356 734 b1示出一种具有至少一个定子和转子的电动马达，其中定子具有多件式的定子齿。
6.ep 2 442 432 b1示出一种用于同步磁阻机械的转子，该转子具有轴，该轴被支承成使其在定子内转动，并且在该轴上紧固有转子框架。框架是由非导磁的材料制成的。导磁的杆状物体穿过转子框架从转子的磁极的外表面延伸至相邻的极的外表面，并且每个杆状物体在转子框架内的整个长度均被非磁性材料包围。
7.us 7 652 404 b2示出一种同步磁阻机械，该同步磁阻机械具有带定子芯的定子，该定子芯包括同中心的、带有子槽缝的多个绕组，这些绕组缠绕多个定子齿。同步磁阻机械还包括带转子芯的转子，该转子是与定子同中心地布置的。转子芯包括多个层压式的金属片，其中这些金属片中的每个金属片均被设定成关于相邻的金属片轴向倾斜，并且其中这些层压式的金属片中的每个金属片均包括多个铁磁性区域和多个非铁磁性区域，这些区域是由单一材料形成的。
8.用于缓慢运行的应用的常规的永磁电机或带有盘式转子的电机对于车辆制造中的一些使用领域、例如对于高压风扇而言是复杂且昂贵的。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于，提供一种磁阻机械，该磁阻机械能够以较低的制造复杂性和较少的成本耗费来制造。
10.该目的通过具有权利要求1的特征的磁阻机械来实现。磁阻机械包括定子和转子。转子包括绕该转子的旋转轴线可旋转的浇注体和多个磁通引导部段，其中磁通引导部段形成转子的极并且是沿绕旋转轴线的环绕方向布置的并且被嵌入浇注体中。
11.在磁阻机械中利用作用于可磁化的材料且由磁阻变化而引起的力。磁阻力的作用方式为使得磁阻变小且感应率提高。在被设计为磁阻马达的磁阻机械中，在转子中由磁阻力产生转矩，该磁阻力由磁阻变化基于变化的定子磁场而引起。不需要永磁体。尽管如此，
还通过其他效应来辅助磁阻力的作用，例如通过使用在转子中额外布置的永磁体。因此，术语“磁阻机械”还包括永磁体辅助的磁阻机械，这些永磁体辅助的磁阻机械是基于对磁阻力的利用，但是并非主要基于洛伦兹力，该洛伦兹力至多辅助磁阻力的作用。磁阻机械可以被用于电动车辆中的应用，例如风扇应用。在有利的实施方案中，磁阻机械被形成为同步磁阻机械，尤其被形成为同步磁阻马达。
12.定子包括绕组，在这些绕组中产生连续转动的定子磁场，转子跟随该定子磁场。在同步磁阻机械中，转子与进行馈电的电压网的旋转场同步地旋转。在一个实施方案中，定子具有齿状的轮廓。定子齿各自装配有线圈，这些线圈随时间变化地被通电。
13.转子的磁通引导部段包括软磁性的、尤其铁磁性的区域，在这些区域中由定子感生出的定子磁场的磁场线在转子中成束地延伸。磁通引导部段可以完全地或部分地有软磁性的、尤其铁磁性的材料形成并且其设计方式为使其形状预先给定期望的磁场线走向。磁通引导部段的设计使磁场线从定子再次偏转返回至定子，从而使其弧形地延伸穿过磁通引导部段。磁通引导部段沿环绕方向圆形地绕旋转轴线布置，从而使其在环绕的、朝向定子的区域中彼此并排布置。环绕的、圆形的区域具有等长的部段区域，在这些部段区域中各自设有极。在每个部段区域中均布置有磁通引导部段，该磁通引导部段形成极。典型地，在转子上设有三个或四个极对。
14.磁通引导部段被嵌入在浇注体中，该浇注体保持并保护磁通引导部段。浇注体有利地被形成为转子轴，该转子轴承载磁通引导部段并且经受由磁阻力感生出的旋转运动。在磁通引导部段与浇注体(该浇注体可以通过浇注或注塑包覆形成)之间有利地存在材料配合的连接，该材料配合的连接在浇注体材料硬化时已经形成。浇注体的材料可以完全地或仅部分地包裹磁通引导部段。在一个实施方案中，磁通引导部段的顶侧和底侧被浇注体的材料包裹。
15.转子可以被设计为绕定子可旋转的外部转子。替代性地，转子是在定子中可旋转的内部转子。另一个实施方案提出一种磁阻机械中的经组合的内部转子和外部转子。
16.与常规的磁阻机械的生产过程相比，所描述的磁阻机械的生产过程使更高效的，因而使用这样的电机变得有利。转子组件被划分成多个部件、即磁通引导部段，其数量与极的数量相对应并且被嵌入浇注体中。磁通引导部段的设计可以与磁阻机械的使用要求相适配。
17.浇注体的设计和材料可以与对转子和磁阻机械的要求相适配。在一个实施方案中，浇注体的设计方式为使得该浇注体除了其作为保持磁通引导部段的转子轴的功能之外还包括其他功能并且例如被设计为具有经整合的叶片的叶轮。在另一个实施方案中，转子可以被设计为毂式马达的驱动部件。
18.在一个实施方案中，浇注体的材料是非导磁的。在一个实施方案中，浇注体的材料是导热良好的，从而使得浇注体具有排热、冷却效果。有利地，浇注体是一体式地形成的并且成形出至少一个旋转的转子轴。
19.磁通引导部段可以通过注塑包覆或浇注被嵌入浇注体中。浇注体的材料被选择成使其适合于保持磁通引导部段并且浇注体还具有对于其使用领域足够稳定的其他功能元件。浇注体被设计成稳定到使得在转子处不再需要(如在常规的转子中所设置的)壳体，因而没有提供包围浇注体的转子壳体或磁体壳体。通过将磁通引导部段作为单独的部件直接
嵌入浇注体(该浇注体限定转子形状)中，不需要额外的材料来实现转子运行所需的稳定性。
20.提供单独的部件作为磁通引导部段还使得在其制造时废料较少。磁通引导部段例如可以通过冲裁或激光切割来制造。替代性地，可以通过铣削或铸造来使磁通引导部段成形。与可能一体式地制造整个组件相比，可以更仔细、更高效且更快速地制造(小于整个组件的)单独的部件。这具有降低成本的巨大潜力。制造金属片部件(冲裁或借助于激光进行裁切)产生一定量的废料。制造较小的磁通引导部段减少了废料并由此降低了材料成本。此外可以使用较小的金属片。
21.在一个实施方案中，两个相邻的磁通引导部段是彼此间隔开地布置的。替代性地，两个相邻的磁通引导部段可以被布置成使其侧边缘相接触。通过距离选择可以影响磁场线的走向。
22.在一个实施方案中，(尤其间隔开的)磁通引导部段藉由接片或肋相连接。由此可以获得附加的稳定性并改变生产过程。借助接片或肋进行连接可以在制造磁通引导部段之后的步骤中进行。替代性地，可以将接片设计为磁通引导部段处的单侧延长部并且接着将其与相邻的磁通引导部段进行连接。例如可以通过钎焊或焊接来进行连接。
23.在一个实施方案中，磁通引导部段具有弧形地或梯形地延伸的、铁磁性的区域，该区域的端部区域朝向定子。磁通引导部段使磁场线弧形地从定子再次偏转返回至定子。磁通引导部段是有利地一体式地形成的，例如通过冲裁或激光切割。
24.在一个实施方案中，磁通引导部段具有磁通屏障区域，以使磁场线偏转。磁通屏障区域可以被设计为磁通引导部段的腰之间的空隙或者磁通引导部段中的凹口。
25.磁阻机械可以与对应用特定的需求相适配并且可以结合已经存在的浇注模具来制造，从而减低了开发和制造时的耗费。磁通引导部段被嵌入应用的功能部件、例如叶轮中，从而使得转子及其转子轴和磁通引导部段成形成应用的功能部件的整体式组成部分。磁阻机械可以各种的、尤其对顾客特定的应用方式以多种多样的方式来使用，因而获得广泛的应用范围。
附图说明
26.以下结合附图来对几个实施例进行详细阐述。在附图中：
27.图1示出同步磁阻机械的一个实施例，
28.图2示出同步磁阻机械的该实施例的局部，
29.图3示出同步磁阻机械的该实施例的、带有磁场线走向的局部，
30.图4示出同步磁阻机械的另一个实施例的局部，
31.图5示出同步磁阻机械的另一个实施例的局部，以及
32.图6示出同步磁阻机械的另一个实施例。
具体实施方式
33.在附图中，相同的或功能上起同样作用的部件设有相同的附图标记。
34.图1示意性地示出被设计为同步磁阻马达的同步磁阻机械，该同步磁阻机械具有转子1和定子3。图2示出图1的局部，该局部是在图1中由矩形标记的。在下文中将一起来描
述这两个附图。
35.转子1被设计为绕定子可旋转的外部转子。在定子1与转子3之间有气隙5。
36.定子3具有带齿的轮廓并且包括多个定子齿7，这些定子齿从柱状的定子背部13径向向外伸出。在定子齿7之间的间隙中，绕组9绕定子齿7延伸。绕组9被设计成使得在电流流过绕组9时感生出定子磁场。随时间变化的电流流动感生出随时间变化的定子磁场。功率电子器件控制经过绕组9的随时间变化的电流曲线以及定子中的磁流量。在示出的实施例中，绝缘性的浇注料11在定子齿7之间的间隙中包裹绕组9，以保持并保护绕组9。定子背部13和定子齿7是由铁磁性材料形成的。定子背部13和定子齿13可以被形成为一体式的部件或者可以是组合式地形成的。
37.转子1具有圆环形的截面。转子1包括绕转子1的旋转轴线15可旋转的浇注体17和多个磁通引导部段19。磁通引导部段19是沿绕旋转轴线15的环绕方向布置的。环绕方向与转子1的内周相对应。转子1中的磁通引导部段19具有同一设计并且形成转子1的各个极。
38.磁通引导部段19具有弧形的走向，其中磁通引导部段的两个端部区域朝向定子3。磁通引导部段19被设计为梯形的金属部段(尤其是金属片部段)，在其腰之间有空隙25。腰的端部区域与转子1的圆形的内周对齐。
39.磁通引导部段19被设定尺寸成使其朝向定子3的端部区域的距离大体上对应于定子齿7到再下一个定子齿7的距离。
40.在一个实施例中，设有仅一个层级的磁通引导部段19，这些磁通引导部段是完全地或部分地被嵌入的。在另一个实施例中，设有在轴向方向上彼此上下布置的多个层级的磁通引导部段19。
41.浇注体17具有形成转子轴的、中空柱体形的基本形状。在浇注体17的同样长的部段中各自设有磁通引导部段19。在此实施例中，以45度的部段设有八个磁通引导部段19，因而设有四个极对。磁通引导部段19是彼此间隔开的。
42.磁通引导部段19完全地或部分地嵌入在浇注体17中。例如，磁通引导部段19的顶侧可以是不含浇注体17的材料的。至少在单独的磁通引导部段19的腰之间以及在相邻的磁通引导部段19之间的空间中有浇注体17的材料，该浇注体保持并连接磁通引导部段19。转子1的形状由浇注体17的包封物以及磁通引导部段19限定。在磁通引导部段19被完全嵌入的情况下，浇注体17的封入物与转子1的形状相对应。浇注体17保持并保护被嵌入的磁通引导部段19。没有设置额外的、包围浇注体17的壳体。浇注体17的材料是非导磁的。
43.图3示出图1和图2的同步磁阻马达的、带有运行时间点期间的磁场线27的局部。
44.绕组9中的电流流动感生出定子磁场，从而使得磁场线27圆形地在定子3中从定子齿7、经由定子背部13延伸至再下一个定子齿7并且沿转子1中的磁通引导部段19延伸。磁场线27在定子齿7的端部与磁通引导部段19的跟定子齿7的端部相邻的端部区域之间的气隙5中延伸。磁通引导部段19的腰之间的空隙25用作磁通屏障。具有通电的绕组9的定子齿7引起转矩，从而使得磁通引导部段19的接下来的端部区域与该磁通引导部段对置，由此基于磁阻力使磁阻最小化。在图3中展示了这个位置。在接下来的运行阶段中，使另外的定子齿7上的绕组9通电，这些绕组作用于另外的端部区域，从而使得转子1由于随时间变化的通电而旋转。
45.图4示出同步磁阻马达的另一个实施例的局部，其在转子1中的磁通引导部段19被
设计为不同于先前所描述的实施例。以下的描述集中于与先前的实施例的不同之处。
46.金属性的磁通引导部段19是沿与转子1的周向相对应的环绕方向彼此间隔开地布置的。在相邻的两个磁通引导部段19之间设有接片31，该接片将这两个磁通引导部段19相连接。接片使得磁通引导部段19的布置稳定化。根据材料和设计，接片还可以影响磁场线27的走向。金属性的磁通引导部段19圆弧形地延伸，从而使其端部区域朝向定子3。在磁通引导部段19的中央区域中设有两个长形延伸的凹口21，这些凹口从磁通引导部段19的顶点向端部区域延伸。在凹口21中布置有永磁体23。在腰之间有空隙25。用作磁通屏障的凹口21和空隙25以及永磁体23影响磁通引导部段19中的磁场线走向以及由此由磁阻力引起的转矩。磁通引导部段19中的空隙25、凹口21和永磁体21的设置和设计是设计同步磁阻机械时的额外的自由度。
47.图5示出同步磁阻马达的另一个实施例的局部，其中转子1作为内部转子布置在定子3中。以下的描述集中于与先前的实施例的不同之处。
48.径向于旋转轴线指向的、绕组9在其间延伸的定子齿7是环绕地围绕转子1布置的。转子1具有带有圆形截面的浇注体17，在其周向上布置有梯形的磁通引导部段19，从而使得磁通引导部段的端部区域朝向定子3。在每个磁通引导部段19的腰之间均有空隙25。在此实施例中，磁通引导部段19被布置成使得相邻的磁通引导部段19的外侧相接触。
49.图6示出转子1的一个实施例，该转子被设计为带有叶片29的叶轮。转子的被形成为转子轴的中央区域是如在图1至图3中所描述的实施例中那样设计的。转子1包括：中空柱体形的区域，磁通引导部段19嵌入该区域中；以及径向向外延伸的叶片29，这些叶片是与中空柱体形的区域一体式地形成的。这样的叶轮例如可以被用于电动车辆的风扇中。叶轮的替代性的应用是泵。
50.通过焊接或注塑包覆形成的浇注体17可以以简单的方式来制造并且可以实现转子的多样性的设计，该设计不局限于叶轮。
51.在上文中以及在权利要求书中给出的以及可从附图中得到的特征不仅可以单独地、而且可以在各种组合中有利地实现。本发明不局限于所描述的实施例，而是可以在本领域技术人员的能力范围内以各种方式来改变。
52.附图标记清单
[0053]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转子
[0054]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定子
[0055]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气隙
[0056]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定子齿
[0057]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
绕组
[0058]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
浇注料
[0059]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定子背部
[0060]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
旋转轴线
[0061]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
浇注体
[0062]
19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁通引导部段
[0063]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹口
[0064]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
永磁体
[0065]
25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
空隙
[0066]
27
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁场线
[0067]
29
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
叶片
[0068]
31
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接片

技术特征：
1.一种磁阻机械，具有定子(3)和转子(1)，所述转子(1)包括绕所述转子(1)的旋转轴线(15)可旋转的浇注体(17)和多个磁通引导部段(19)，并且所述磁通引导部段(19)形成所述转子(1)的极并且沿绕所述旋转轴线(15)的环绕方向布置并且被嵌入所述浇注体(17)中。2.根据权利要求1所述的磁阻机械，所述磁阻机械被设计为同步磁阻机械，尤其被设计为同步磁阻马达。3.根据权利要求1或2所述的磁阻机械，其中，相邻的两个磁通引导部段(19)彼此间隔开。4.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，在相邻的两个磁通引导部段(19)之间设有接片(31)，所述接片将所述两个磁通引导部段(19)相连接。5.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述磁通引导部段(19)具有弧形地或梯形地延伸的、软磁性的区域，所述区域的端部区域朝向所述定子(3)。6.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述磁通引导部段(19)由金属片形成。7.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述磁通引导部段(19)一体式地形成。8.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述磁通引导部段(19)具有磁通屏障区域。9.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述浇注体(17)的材料是非导磁的。10.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述浇注体(17)的材料完全地或仅部分地包裹所述磁通引导部段(19)。11.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述浇注体(17)通过注塑包覆或浇注形成。12.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述浇注体(17)一体式地形成。13.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述浇注体(17)形成转子轴。14.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述浇注体(17)被设计为叶轮。15.根据前述权利要求之一所述的磁阻机械，其中，所述转子(1)被设计为不带壳体的。

技术总结
本发明涉及一种磁阻机械，具有定子(3)和转子(1)，其中转子(1)包括绕该转子(1)的旋转轴线(15)可旋转的浇注体(17)和多个磁通引导部段(19)，并且其中磁通引导部段(19)形成转子(1)的极并且是沿绕旋转轴线(15)的环绕方向布置的并且被嵌入浇注体(17)中。置的并且被嵌入浇注体(17)中。置的并且被嵌入浇注体(17)中。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：博格华纳公司
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/9/26