转子和电动车辆的电机

技术领域

本发明涉及一种电动车辆的电机的转子，该转子具有转子铁芯和多个永磁体，转子铁芯包括多个磁体接纳腔，在该多个磁体接纳腔中的每个磁体接纳腔中分别布置有一个永磁体，其中，永磁体分别经由榫槽接合连接以形锁合的方式连接到转子铁芯，使得永磁体在朝转子铁芯的外周面的方向上的移位被阻止。本发明还涉及一种电机。

背景技术

这种永久励磁的转子通常用在电机中并与定子(即，由定子的通电引起的磁场)配合。出于该目的，转子包括转子铁芯和在圆周方向上彼此相邻布置的多个永磁体。每个永磁体布置在相应的磁体接纳腔中，使得永磁体嵌入转子铁芯中。两个相邻的磁体接纳腔也可以相互连接。磁体接纳腔和永磁体通常各自具有矩形横截面并因此具有长方体形状，其中永磁体通常被胶粘到转子铁芯。

为了获得电机的尽可能高的效率，永磁体应该在转子铁芯上布置得尽可能径向向外，即，尽可能靠近转子和定子之间的径向间隙。这可以例如通过以下方式实现：磁体接纳腔延伸到转子铁芯的外周面，使得磁体接纳腔在转子铁芯的外周面处敞开，并且嵌入转子铁芯中的永磁体直接延伸至径向间隙附近处。这里的问题是，在转子的高转速下，永磁体由于施加到它们的离心力而移出相应凹穴并进入径向间隙。这导致电机故障和损坏。另外，转子铁芯和永磁体在运行期间升温，其中，转子铁芯和永磁体的不同热膨胀系数增加永磁体在径向间隙方向上移位的风险。

为了防止永磁体的此类移位，可以在磁体接纳腔的侧面上设置突出部，其中，永磁体径向地抵靠该突出部。以此方式，永磁体可以以形锁合的方式固定以防止在径向间隙的方向上移位。然而，这导致永磁体必须在旋转轴线的方向上偏移，即，背离径向间隙，以便能够形成突出部。这导致电机效率的降低。例如，在DE 10 2019 117 686 A1中公开了此类构型。

为了一方面以形锁合的方式确保永磁体不在径向间隙的方向上移位，另一方面将永磁体相对靠近径向间隙定位并因此提供电机的高效率，永磁体可以经由榫槽接合连接以形锁合的方式固定，以防止在转子和定子之间的径向间隙方向上的移位。DE 10 2018 210967 A1公开了此类实施方案。永磁体在磁体接纳腔的侧面上具有半圆形凹陷部，设置在磁体接纳腔的侧面上的半圆形突出部接合到该半圆形凹陷部中。

这里的问题是具有用于提供榫槽接合连接的凹陷部的永磁体的耗费的制造。永磁体通过烧结过程产生，其中通过金属粉末的压制操作产生生坯并且随后烧结生坯。在烧结过程中不能产生小的丝状几何形状，即，榫槽接合连接所需的凹陷部。因此，烧结的永磁体上的此类凹陷部必须在随后的单独步骤中机械地制造。在这种情况下，可以通过铣削来制作凹陷部，这也是一种昂贵且复杂的过程，因为烧结的永磁体比较脆，并且因此铣削复杂且繁琐。另外，凹陷部可以通过研磨来制作，其中研磨非常耗时。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种用于电机的转子，该转子具有多个永磁体，该多个永磁体嵌入转子铁芯中并且以形锁合固定的方式可靠地防止朝电机的径向间隙方向上的移位，其中，永磁体可以简单且廉价地产生，并且电机具有高效率。

该技术问题通过具有根据权利要求1所述的特征的转子来解决。

永磁体各自一体地形成并通过金属粉末注射成型制成，因此尽管在永磁体和转子铁芯之间存在榫槽接合连接，但是永磁体可以以节省时间的方式廉价地制造。通过金属粉末注射成型，可以以简单且成本低廉的方式生产具有任何几何形状，特别是精密几何形状的永磁体。特别地，可以在永磁体的制造过程中，即在烧结过程中，在永磁体上形成突出部和/或凹陷部。省略了随后的制造步骤，特别是用于产生突出部或凹陷部的永磁体的机械加工，其中可以降低制造成本。

在金属粉末注射成型中，金属粉末与特别地由塑料制成的粘合剂混合，并且通过注射成型产生具有期望形状的生坯。随后，通过热脱粘或溶剂脱离再次去除粘合剂，其中保持生坯的形状。这导致所谓的棕坯/褐色件。最后，棕坯被供给至熔炉，在熔炉中进行烧结过程并产生最终部件，即在本例中为永磁体。因此，烧结的金属永磁体可以通过金属粉末注射成型来制造，从而利用注射成型的有利的广泛种类的成形。

优选地，转子铁芯包括突出到磁体接纳腔中的相应突出部，其中突出部接合到布置在磁体接纳腔中的永磁体的相应凹陷部中。另选地，永磁体各自包括接合到形成在转子铁芯上的相应凹陷部中的突出部，其中相应凹陷部布置在界定相应磁体接纳腔的面上。永磁体和转子铁芯之间的形锁合连接可以通过由突出部和凹陷部形成的榫槽接合连接以简单的方式形成。

在一个优选实施方案中，转子铁芯在两个相对置的侧面处具有相应的凹陷部，而永磁体在两个相反的侧面具有相应的突出部，或者转子铁芯在两个相对置的侧面处具有相应的突出部，永磁体在两个相反的侧面处具有相应的凹陷部。因此可以特别可靠地避免永磁体到径向间隙中的移位。

优选地，突出部和凹陷部具有矩形横截面。另选地，突出部和凹陷部具有三角形横截面。在这两个实施方案中，突出部和凹陷部的背离转子铁芯的外周面的侧面垂直于永磁体和转子铁芯之间的抵靠面定向。由此，即使在因热膨胀或离心力引起的机械负荷而使磁体接纳腔稍微变宽的情况下，也能够防止永磁体在朝向转子与定子之间的径向间隙的方向上，即在朝转子铁心的外周面方向上移位。

优选地，磁体接纳腔在转子铁芯的外周面处是敞开的。因此，永磁体可以放置得相对靠近转子和定子之间的径向间隙，从而提高电机的效率。

优选地，在转子铁芯的外周面上布置有箍带，该箍带可以增加转速稳定性。

在一个优选实施方案中，多个表面永磁体布置在转子铁芯的外周面上，其中，在相应的表面永磁体和以V形布置的两个永磁体之间布置有中间元件，该中间元件以第一侧抵靠表面永磁体并且以与第一侧相反的第二侧抵靠永磁体。因此，可以简化永磁体和表面永磁体在转子上的组装，其中首先安装永磁体，然后安装中间元件和表面永磁体，最后安装箍带。此类组件使得能够容易且可靠地制造永磁体和转子铁芯之间的榫槽接合连接。

该问题还通过具有根据权利要求1至9中任一项所述的定子和转子的电机来解决。关于电机的优点，参考前面的段落。

附图说明

参考附图进一步详细解释本发明的两个示例性实施方案。

图1以横截面示意性地示出了电动车辆的电机，

图2示出了图1的电机的转子的第一实施方案，并且

图3示出了图1的电机的转子的第二实施方案。

具体实施方式

图1示出了电机10，该电机例如用作电动车辆的牵引机。电机10包括界定壳体内部的壳体12。定子14和转子16布置在壳体12中，即布置在壳体内部中。定子14经由外周面固定到壳体12上，即固定到壳体壁上，并且因此刚性地布置在壳体12中。定子14的内周面界定其中布置有转子16的通孔，其中，定子14的内周面和转子16的外周面界定径向间隙15。转子16包括转子轴17和转子铁芯18，其中，转子铁芯尤其涉及为转子叠片铁芯。转子轴17可旋转地支撑在壳体12上，其中轴承元件20、22布置在转子轴17的两个轴向端部处。转子铁芯18附接到转子轴17的外周面，并且与转子轴17一起旋转。电机10设计为永久励磁的电机。

图2和图3分别示出了转子16的局部截面。图2和图3所示的局部截面布置在整个外周部，其中，局部截面是相同的。

图2示出了转子16的第一实施方案。转子16包括转子铁芯18、多个永磁体40、42、多个表面永磁体44和箍带50。转子铁芯18由基体30以及多个中间元件32组成，其中，中间元件32布置在基体30的相应凹陷部33中。基体30和中间元件32两者都尤其是由多个板叠形成。中间元件32被设计成小于对应的凹陷部33，使得基体30的凹陷部33的面向中间元件32的相应表面和相应中间元件32的面向基体30的表面界定两个磁体接纳腔34、36。这里，凹陷部33和中间元件32的界定磁体接纳腔34、36的面彼此平行延伸，其中，凹陷部33和中间元件32设计成使得两个磁体接纳腔34、36形成V形。两个磁体接纳腔34、36在面向转子铁芯18的外周面的侧面上是敞开的。

在两个磁体接纳腔34、36中分别布置有一个永磁体40、42，永磁体具有矩形横截面并且在最终的安装状态下以相应的侧面抵靠中间元件32并且以相反的侧面抵靠基体30。通过先前讨论的磁体接纳腔34、36的设计，两个永磁体40、42布置成V形。

表面永磁体44布置在中间元件32的背离基体30的侧面上，其中，用于接纳表面永磁体44的中间元件32各自具有凹槽状凹陷部38。

在组装转子铁芯18时，首先将嵌入的永磁体40、42插入到基体30的凹陷部33中，然后将中间元件32与已经预组装好的表面永磁体44一起插入凹陷部33中。最后，安装箍带50，其中，永磁体40、42经由表面永磁体44和中间元件32通过箍带50被压到基体30上。因此，永磁体40、42、中间元件32和表面永磁体44的最终固定由箍带50完成。

特别是在转子16的高转速下，相对高的离心力作用在永磁体40、42上，从而存在使永磁体40、42朝转子铁芯18的外周面的方向上移位或移位到转子16与定子14之间的径向间隙15中的风险。另外，转子16在运行中也会变热，并且由于变热导致的转子16的相互不同的热膨胀的部件，磁体接纳腔34、36必要时扩张，由此永磁体40、42沿着中间元件32和基体30的表面固定失效。为了防止永磁体40、42的此类移位，针对每个磁体接纳腔34、36提供榫槽接合连接60、70。每个榫槽接合连接60、70包括两个突出部62、66、72、76，分别一个突出部62,72形成在基体30的界定凹陷部33的面上，以及分别一个突出部66,76形成在中间元件32的界定磁体接纳腔34、36的表面上。因此，所有突出部62、66、72、76都设置在转子铁芯18上。突出部62、66、72、76分别接合到形成在永磁体40、42上的凹陷部64、68、74、78中。凹陷部64、68、74、78和突出部62、66、72、76各自具有矩形横截面。另选地，突出部也可以设置在永磁体40、42上，而凹陷部可以设置在转子铁芯18上。永磁体40、42由此沿着中间元件32和基体30的界定磁体接纳腔34、36的面以形锁合的方式固定。

为了提供具有此类凹陷部64、68、74、78的永磁体40、42，或者在替代设计中，提供具有突出部的永磁体，通过金属粉末注射成型来制造永磁体40、42。在金属粉末注射成型中，金属粉末与塑料粘合剂混合，并且通过注射成型制成具有期望形状的生坯，即在本例中，生坯具有矩形横截面和凹陷部或突出部。然后通过热脱粘或溶剂脱离再次去除塑料粘合剂，其中保留生坯的形状。这产生了所谓的棕坯(Braunteil)。最后，棕坯被供给至熔炉，在熔炉中进行烧结过程并产生最终部件，即在本例中为具有凹陷部和/或突出部的永磁体。

因此，可以以简单且成本低廉的方式制造具有凹陷部64、68、74、78的一体式的永磁体40、42。

图3示出转子16的第二实施方案。图2的第一实施方案和第二实施方案之间的关键区别在于，每个磁体接纳腔34、36和每个榫槽接合连接80、90分别仅有单个突出部82、92和单个凹陷部84、94，突出部82、92和凹陷部84、94具有三角形横截面，并且永磁体40'、42'延伸到磁体容纳腔34、36的面向径向间隙15的敞开侧。

因此，提供了一种用于电机的转子，其中，尽管在永磁体和转子铁芯之间存在榫槽接合连接，但仍可以廉价和节省时间的方式制造永磁体，并且能够设计具有高效率的电机。

除了所描述的实施方案之外，其它结构实施方案也可能落入独立权利要求的保护范围内。例如，永磁体可以具有不同形状和/或转子铁芯可以不同。