用于电机的磁体元件

技术领域

本发明涉及一种用于电机的永磁的磁体元件和一种具有这种磁体元件的电机。

背景技术

在现代机动车中，电动马达作为驱动器以多种多样方式被使用。例如，电动马达被用作车窗升降机、天窗或座椅调节驱动器、用作转向驱动器(EPS，Electrical PowerSteering(电动助力转向))、用作冷却风扇驱动器或用作传动装置执行器。这种电动马达必须具有相对较高的转矩密度或功率密度，并且即使在高温下也能可靠运行。

作为将电能转换为机械能的能量转换器的电动马达包括形成静止的马达部分的定子和形成移动的马达部分的转子。

作为(三相交流)电机的尤其是无刷的电动马达通常具有设有磁场绕组或定子绕组的定子，该定子与具有一个或多个永磁体或永久磁体(转子磁体)的转子同轴地布置。永久磁体或永磁体在此是由硬磁材料制成的磁体，它具有恒定的磁场，而不必如在电磁体中那样使用电功率。

在运行时，由于转子旋转，转子磁体承受能随时间变化和/或能在空间上变化的磁场，从而由于涡流效应，在无刷的永磁机中可能会出现高的损耗功率。永磁体(例如经烧结的NdFeB永磁体)的损耗功率可能产生大量热量。损耗热量导致磁体材料的温度升高，其中，在达到或超过极限温度时，永磁体将退磁，并且在此，其磁化和磁场将消失。

为了减小这种退磁风险，转子磁体通常被拆分成多个较小的磁体或部段，以便将涡流损耗降低到最小程度。这意味着，这种转子磁体的磁体本体是多体式或多件式的、即具有多个单独的部段，它们典型地利用粘合剂材料锁合地接合成转子磁体或磁体本体。这种将各个磁部段接合或层压为磁体本体或磁体元件也被称为“分段接合”。这种分段的或经层压的转子磁体的缺点是成本提高和生产周期时间的提高。此外，电磁的有源部件的制造公差降低了马达功率的稳定性。

Bomatec公司销售具有一体式的磁体本体的磁体元件，其中，将唯一的、连续或不间断的、螺旋形的、发夹形的或蜿蜒曲折形的“蛇形线”(Snakeline)作为留空部引入到磁体本体中，以用于减少涡流损耗。蛇形线高精度地被线加工到成品磁体中，由此取消了诸如切割、堆叠和粘合各个部段的步骤。

磁体本体未被蛇形线分割开，但是磁体本体内部的涡流的传播受到蛇形线抑制，由此减少了磁体本体中的涡流损耗。在此，蛇形线通常具有多个平行的蛇形弧或蜿蜒曲折弧，由此减少了垂直于蛇形弧的导电性。然而，因为仅将连续的留空部作为蛇形线引入到磁体本体中，所以该方法具有的缺点是，其要么仅有限地减少纵向传导性，要么仅有限减少横向传导性。

发明内容

本发明的任务是，说明一种用于电机的特别适当的磁体元件。尤其应该尽可能将磁体本体中的涡流损耗降低到最小程度。在此优选地，在磁体本体的纵向方向上和在横向方向上的涡流都应该被减少或被抑制。本发明的任务此外是，说明一种特别适当的具有这种磁体元件的电机。

根据本发明，在磁体元件方面，该任务利用权利要求1的特征来解决，并且在电机方面，利用权利要求10的特征来解决。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。根据意义，关于磁体元件提到的优点和设计方案也可以转移至电机，并且反之亦然。

根据本发明的磁体元件被设置、适用并且被设定成用于电机、尤其无刷的永磁机。磁体元件在此具有由导电的永磁的材料构成的一体式的、即一件式的或整体的磁体本体。换言之，磁体元件不由各个磁体部段组装或层压成。

块形的磁体本体由铁氧体或稀土材料制成。例如，磁体本体实施为经烧结的钕铁硼(NdFeB)永磁体。磁体本体具有两个沿纵向的纵向方向延伸的纵向侧和两个为此沿横向的横向方向延伸的横向侧。磁体本体的高度或厚度在此沿垂直于纵向方向和横向方向定向的高度方向延伸。横向宽度优选尺寸规格确定得大于磁体本体的厚度。此外，磁体本体的纵向长度尺寸规格确定得大于宽度。

在由横向方向和高度方向展开的剖平面中，磁体本体例如具有梯形的、矩形的、弓形的、弧形的或长条面包形的横截面形状。长条面包形的横截面形状尤其被理解为具有矩形形状的盒状长条面包的形状，其中，其中一个纵向侧向外凸出地、拱曲地构造。

根据本发明，磁体本体具有一定数量的第一留空部和一定数量的第二留空部。第一留空部和第二留空部在此分别彼此平行地布置，并且实施为缝隙状。换言之，留空部实施为两队列的平行的缝隙。留空部分别从其中一个纵向侧延伸向磁体本体的中部。换言之，磁体本体在两侧分别设有一定数量的缝隙。因此，根据本发明，将鱼骨状的图案(鱼骨)引入到磁体本体中。由于缝隙或留空部经过磁体本体的呈鱼骨状的布置，使得可以有效地减少涡流损耗。同时，与“分段接合”方法相比可以降低制造成本。由此实现特别适当的磁体元件。

这种留空部或鱼骨图案能够实现的是，磁体本体整体上保持为一块，并且同时将涡流损耗减少至最低。

在优选的设计方案中，留空部以如下方式引入到磁体本体中：使得在垂直于纵向方向和横向方向定向的磁场下，抑制了磁体本体中的磁感应的涡流沿纵向方向和横向方向的传播。因此沿横向和纵向方向，磁体本体中的涡流路径被第一和第二留空部中断。换句话说，通过鱼骨图案实现了二维的涡流路径隔断。在此相反地，通过传统的蛇形线仅实现了一维的涡流路径隔断。通过二维的隔断特别有效地减少了磁体本体中的磁涡流损耗，从而使得磁体元件在电机运行时具有特别低的退磁风险。

在优选的改进方案中，第一和第二留空部倾斜于纵向方向和横向方向地定向。通过平行的留空部的斜或倾斜的布置，使得在纵向方向和横向方向上都实现了对涡流传播的可靠的且简单的抑制。

在适宜的构造方案中，留空部相对于纵向方向(或横向方向)以在60°至30°之间、尤其是在50°至40°之间、例如45°的倾斜角度地定向。尤其地，第一留空部和第二留空部相对于纵向方向在绝对值方面具有相同的角度。例如，第一留空部相对于纵向方向具有+45°的倾斜角度，其中，第二留空部相对于纵向方向具有-45°的倾斜角度。第一和第二留空部的定向因此例如关于磁体本体中部镜像对称地实施。

在适当的实施方案中，第一留空部和第二留空部沿纵向方向彼此错开地布置。例如，第二留空部通过在纵向的磁体本体中部处的轴线镜像并且通过纵向错开或纵向平移第一留空部产生。由此实现了特别适用于涡流抑制的鱼骨图案。

在能想到的改进方案中，第一留空部的数量等于第二留空部的数量。由此实现了磁体本体的对称的划分，从而使得能够实现涡流的特别均匀的抑制。由此避免磁体本体中的局部的热点。

在有利的设计方案中，留空部以沿各自的纵向侧均匀分布的方式布置。这意味着，两个相邻的留空部之间的距离优选始终是一样大的。由此进一步改进了涡流的均匀和对称的抑制。

本发明的附加的或另外的方面设置的是，第一留空部和第二留空部借助线切割或线加工引入到磁体本体中。由此，能够实现简单且可靠地引入鱼骨图案。在此尤其地，所有第一留空部和/或所有第二留空部借助多线切割或多线加工引入到磁体本体中。这意味着，一定数量的第一留空部和/或第二留空部例如通过相应的数量的加工线几乎同时被切割到磁体本体中。由此，能够实现用于制造磁体元件的更高效和更有效的多线切割。

根据本发明的电机被设置、适用并且被设定成用于机动车。机器例如实施为机动车的调节部件的电动式驱动器。机器尤其是无刷的永磁机，其具有绕线式的机器部件和永久激励的机器部件。例如，绕线式的机器部件实施为定子，而永久激励的机器部件实施为转子。转子在此具有至少一个上述的作为转子磁体的磁体元件。由此实现具有特别低的退磁风险的特别合适的机器。

附图说明

下面借助附图详细阐述本发明的实施例。在其中以示意性的和简化的图示：

图1以立体图示出具有鱼骨式线切割图案的磁体元件；

图2示出磁场中的磁体元件。

彼此相应的部件和变量在所有附图中始终设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了用于机动车的未详细示出的电机的磁体元件2。机器在此例如实施为无刷的永磁机，其中，磁体元件2尤其实施为转子的转子磁体。

磁体元件2具有由永磁的材料构成的一体式的、即一件式的或整体的磁体本体4。块形的磁体本体4在此例如实施为经烧结的NdFeB永磁体。磁体本体4具有两个沿纵向的纵向方向L延伸的纵向侧6和两个为此沿横向的横向方向Q延伸的横向侧8。磁体本体4的高度或厚度在此沿垂直于纵向方向L和横向方向Q定向的高度方向H延伸。

在该实施例中，在由横向方向Q和高度方向H展开的截面中，磁体本体4例如具有矩形的横截面形状。替选地，磁体本体4也可以具有呈梯形的、弓形的、弧形的或长条面包形的横截面形状。

磁体本体4被一定数量的第一留空部10和一定数量的第二留空部12穿过。留空部10、12在附图中仅示例性地设有附图标记。例如，磁体本体4具有六个平行的留空部10和六个平行的留空部12。留空部10、12在此实施为斜的缝隙，这些缝隙从背对的纵向侧6朝磁体本体4的中间的中轴线M延伸。

留空部10、12在此沿高度方向H基本上完全穿过磁体本体4。然而，磁体本体4没有被留空部10、12分断或隔断成块。留空部10、12因此以如下方式引入到磁体本体4中：使得磁体本体4本身整体上保持为一块。留空部10、12例如借助线切割或线加工、尤其借助多线切割或多线加工引入到磁体本体4中。

缝隙或留空部10、12在此相对于中间轴线M或相对于与中间轴线平行地定向的纵向轴线L以倾斜角度14倾斜地定向，其中，倾斜角度14对于留空部10、12来说在绝对值方面是相同的。例如，留空部10相对于纵向方向L具有+45°的倾斜角度，其中，留空部12相对于纵向方向L具有-45°的倾斜角度。

留空部10和留空部12分别平行地以沿纵向方向L均匀分布的方式布置在纵向侧6上。留空部10、12因此基本上形成针对磁体本体4的鱼骨状(Fishbone)的线切割图案。该鱼骨图案确保的是，在机器运行时，磁体本体4中的涡流损耗可以被减少到最小。

在机器运行时，出现平行于高度方向H定向的磁场B，磁场穿过磁体本体4。磁场B能随时间变化，从而在磁体本体4中产生磁感应的涡流16(图2)。涡流16在此在图2中借助虚线箭头示意性地示出。由于留空部10、12的斜的定向，使得磁体本体4中的沿纵向方向L和沿横向方向Q的涡流16都被抑制。换言之，鱼骨图案实现了二维的涡流路径隔断，从而使得磁体元件2在电机运行时具有特别低的退磁风险。

通过留空部10、12减少了磁体元件2内部的欧姆损耗，由此，使得磁体本体4在机器运行时不太强地被加热。例如，块形的或方形的经烧结的具有10mm(毫米)的宽度、20mm的长度和10mm的高度的NdFeB磁体本体4在1T(特斯拉)的磁场B和1kHz(千赫兹)的频率的情况下，在没有留空部10、12时具有大约69.62W(瓦特)的损耗功率。例如由二十个相同大小的长方体部段层压成的磁体本体4在此具有2.15W的损耗功率。在此，具有留空部10、20或鱼骨图案的一体式的磁体本体4则仅具有0.38W的损耗功率。

本发明并不局限于前述的实施例。相反地，本发明的其他的变型方案也可以由本领域技术人员从中推导出，而不会脱离本发明的主题。此外尤其地，所有结合实施例描述的单个特征也可以以其他的方式相互组合，而不会脱离本发明的主题。

附图标记列表

2 磁体元件

4 磁体本体

6 纵向侧

8 横向侧

10 留空部

12 留空部

14 倾斜角度

16 涡流

Q 横向方向

L 纵向方向

H 高度方向

B 磁场