CN102326318A - 用于电动马达的转子装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动马达的转子装置(1)，包括:第一金属板层(2)，它具有外连接板条元件(14)以及在切向上相邻的、围绕一个轴部段(4)布置的第一(6)和第二(7)转子齿元件，其中在第一(6)和第二(7)转子齿元件之间形成用于容纳产生磁场的元件的凹部(13)，其中所述外连接板条元件(14)跨接所述凹部(13)并且由此将第一金属板层(2)的第一(6)和第二(7)转子齿元件在一个区域中相互连接起来，该区域相对于凹部(13)在径向上位于更靠外部的地方;第二金属板层(3)，它具有在切向上布置的、不带有外连接板条元件(14)的第三(8)和第四(9)转子齿元件;其中第一(2)和第二(3)金属板层为了形成转子装置(1)被如此地堆叠，使得第一转子齿(10)包括第一(6)和第三(8)转子齿元件并且第二转子齿(11)包括第二(7)和第四(9)转子齿元件。

Description

用于电动马达的转子装置

技术领域

本发明涉及一种用于电动马达的转子装置。

现有技术

在电动驱动装置中，可以以集电器式结构（Sammlerausführung）或轮辐式结构建造转子装置。这样做是为了尽可能好地充分利用转子空间并且由此紧凑地建造机器(具有高的功率密度)。在动态驱动装置中这是特别有利的，因为轮辐式结构或集电器式结构的转子可以具有特别小的惯性，例如作为转向马达，换挡马达，离合器致动器，涡轮增压器，等等。

集电器式结构和轮辐式结构在现有技术中是已知的。具有大量的实施例，例如带有完全埋入的磁铁的这样的实施例，如在文献FR2629286示出的那样。为了建造转子装置，被冲裁的金属板被堆叠成金属板层。全部金属板层在此被连接到轴上。也已知一些布置，它们的金属板层不是全部地或仅仅部分地连接在轴上，例如由文献DE102007024406A1以及EP1223658A1已知的。后面的这种布置的目的在于，通过去除转子齿和轮毂元件之间的连接条减小杂散磁通或漏磁。但是在此处存在的危险是，在寿命期间单个金属板的松脱，这可以导致马达的闭锁。此外在此处在转子齿或转子齿元件滑转情况下磁极位置改变，这不利于形成小的齿形力矩。

因此本发明的目的是提供一种用于电动马达的转子装置，它能够在高的稳定性和小的公差敏感性下具有小的磁通损失。

发明的公开

这个目的通过权利要求1所述的转子装置解决。

本发明的其它有利的实施例在从属权利要求中给出。

按照一个方面，设置一种用于电动马达的转子装置，它具有第一金属板层，该第一金属板层具有外连接条元件以及在切向上相邻的、用于围绕轴部段布置的第一和第二转子齿元件。在第一和第二转子齿元件之间此时形成凹部，其尤其用于容纳产生磁场的元件。外连接条元件跨接该凹部，例如在转子装置的外圆周处或沿径向稍微位于第一和第二转子齿元件的外端部的下面，并且由此在一个相对于凹部在径向上更位于外部的区域中将第一金属板层的第一和第二转子齿元件相互连接起来。此外，转子装置具有第二金属板层，它包括在切向上布置的、不带有外连接条元件的第三和第四转子齿元件。此时，为了形成转子装置，第一和第二金属板层被如此地堆叠，从而第一转子齿包括第一和第三转子齿元件并且第二转子齿包括第二和第四转子齿元件。

此外，转子装置可以在第二金属板层中具有在第二金属板层的转子齿元件和轮毂元件之间的内连接条元件。轮毂元件此时设计成用于容纳在那里延伸通过的轴的轴部段。

此外，按照一个有利的实施形式，规定第一金属板层没有内连接条元件。由此，第一金属板层的转子齿元件不与轮毂元件连接。在此情况下，尤其避免了从北磁极到南磁极的漏磁，该漏磁否则经内连接条元件和轮毂元件延伸。

在另一个有利的实施形式中可以规定，第一金属板层具有内连接条元件，该内连接条元件将第一金属板层的转子齿元件与轮毂元件相连接。

此外建议一种转子装置，其中第一金属板层在第一金属板层的全部转子齿元件之间各具有一个连接条元件，并且其中第二金属板层在第二金属板层的全部转子齿元件上各具有一个内连接条元件，其中第二金属板层没有外连接条元件。由此具有外连接条元件的金属板层和具有内连接条元件的金属板层可以相互交替地布置。由此在一个在转子齿外圆周上具有最大稳定性的金属板层之后例如可以跟随一个在转子齿内圆周上具有最大稳定性的金属板层。

按照一个实施形式，第一金属板层的转子齿元件与分别位于转子齿元件之间的外连接条元件一起形成近似正弦形的轮廓线。

可以规定，第一金属板层和第二金属板层以相互间的切向错移被如此地布置，使得不仅第一和第三而且第二和第四转子齿元件相互间在通过它们或与它们一起形成的转子齿内各具有一个切向错位。

此外，外连接条元件可以具有比与其连接的转子齿元件更小的厚度。这是尤其有利的，以便在提高了转子装置的外圆周处的稳定性下仍然减小在该转子齿元件中在外圆周缘边上的漏磁。

此外设置一种具有上述转子装置的电动马达。

按照另一个方面，建议一种具有上述转子装置的电动马达，其中在两个相邻的转子齿之间布置用于产生磁场的元件，该元件提供交替的磁极，其中它们的磁极在转子齿的侧面上耦合。

最后也设置一种电动马达，其中设置至少一个转子齿，在该转子齿上，在切向上仅仅在一侧上支承有产生磁场的元件。通过让开支承面可以实现一种罩极布置。在此情况下强制地通过背铁形成没有磁铁的转子极。

附图简述

下面依据附图详细描述本发明的优选实施形式。附图中所示:

图1是本发明的一个可能的实施形式的转子装置的一个局部的透视图;

图2是按照本发明的一个可能的实施形式的第二金属板层的一个局部;

图3是按照本发明的一个可能的实施形式的第一金属板层的一个局部;

图4是第一金属板层的另一个可能的实施形式的一个局部;

图5是具有正弦形的轮廓线的第一金属板层的另一个可能的实施形式的一个局部;

图6是具有切向错位的两个转子齿的一个可能的实施形式的示意俯视图;

图7是第一金属板层的一个可能的实施形式的一个局部，其中外连接条元件具有比转子齿元件更小的厚度;和

图8是具有罩极（庶极）结构布置的永久磁铁的第一金属板层的一个可能的实施形式的一个局部。

在下面的说明书和附图中，相同的标记对应于相同功能的或可比较的功能的元件。

实施形式的说明

用语金属板叠片或金属板层的堆叠总是表示在所观察的马达A的转子轴纵轴线的方向上或一个转子装置中轴线A(转子装置在电动马达中使用时在运行中围绕该转子装置中轴线旋转，以下称为中轴线A)的方向上，即在轴向上的堆叠。在本申请中使用的用语轴向，径向和切向都涉及这样的一个轴纵轴线或中轴线A，其中用语轴向表示轴纵轴线或中轴线A的方向，用语径向表示垂直于轴纵轴线或中轴线A的方向以及用语切向表示与轴纵轴线或中轴线A相关的圆周方向或旋转方向。用语外圆周，外圆周侧以及外端部涉及圆周面和相邻的区域，这些区域由例如转子齿元件，转子齿和外连接条元件的与中轴线A在径向上背离的端部形成。

图1以透视图的方式示出了用于电动马达的转子装置1的一个局部，其中转子装置1为了更好地说明被围绕一个轴部段4布置，该轴部段的纵轴线A同时形成转子装置1的中轴线A。转子装置1设置在电动马达中以围绕该中轴线A旋转。转子装置1由第一和第二层（单层/多层）金属板2，3或金属板叠片(以下称为金属板层)组成，它们形成堆叠体。金属板层2，3例如是以下情况的金属板叠片，即它们不是由各单个的部分组成的，亦即是整体地（单块地）构造成的。金属板层例如设计成冲裁板件，例如由电工钢板制成。通过金属板层堆叠形成具有一定的长度的转子装置1。金属板层2，3被设置成围绕具有中轴线A的轴部段4布置，即在切向上布置，并且固定在该轴部段上。该固定可以这样地实施，即将全部金属板或只有几个单个金属板层和/或例如只有部分的单个金属板层例如与轮毂元件5连接或直接地固定在轴上，例如通过夹紧座或以形状配合连接的方式连接。至少金属板层2，3中的至少一个设置成固定在轴部段4上。

在每个金属板层2或3内部形成转子齿元件6，7或8，9。转子齿元件6，7，或8，9在对应的金属板层2，3内部相对于中轴线A在切向上，即在在圆周方向上上布置，这些转子齿元件最好具有相同的径向外尺寸，亦即在金属板堆叠体中相互一起形成基本上共同的转子外表面或圆周面或在与轴部段4或中轴线A垂直的或径向的方向上延伸离开该轴部段或中轴线相同的距离。沿着轴部段4堆叠金属板层2，3时，转子齿元件6，7，8，9形成转子装置1的极齿或转子齿10，11。为了堆叠，在转子齿元件6，7，8，9中例如设置相互配合的结构12，它们通过配合作用实现将各单个金属板层2，3相互固定在对方上，以便由此消除例如与公差相关的、例如由于在由此形成的电动马达运行时的离心力作用产生的相互间的滑移或在圆周方向上(切向上)的滑转。例如金属板层配有叠装点或冲裁叠装机构。作为备选方案或附加地，金属板层例如也可以被冲孔并且在轴向上相互张紧在一起或用螺纹件拧接在一起。金属板层例如也可以通过粘接，自身粘合（热粘合）或类似方式相互连接。

在每两个在切向上布置的转子齿元件6，7和8，9之间或通过堆叠形成的转子齿10，11和/或另外的(没有示出的)转子齿之间分别形成凹部13。在该凹部中可以容纳产生磁场的元件，如例如电磁铁的绕组，其(基本上在轴向上)从那里通过地延伸。一定的极性的，例如北极或南极的各一个永久磁铁可以被插入到在切向上在转子齿元件6，7或8，9之间形成的凹部13中，例如以形状配合连接的方式并且基本上轴向延伸地插入其中，以便由此形成电动马达的转子装置的各单个的磁极。例如也可以将两个不同极性的即北极和南极的永久磁铁插入凹部13中。凹部13为了容纳产生磁场的元件可以具有保持机构，如例如凸起或凸鼻(没有示出)。凹部13在径向上基本上在转子齿元件6，7或8，9的长度上延伸。

除了所示的和说明的示例性的转子装置1以外，本发明在此也包括具有多于两个转子齿10，11和另外的转子齿元件6，7，8，9的转子装置1，例如每个金属板层2，3具有十个或十四个磁极或转子齿元件的转子装置，其中例如第一和第二转子齿10，11在圆周方向或切向上交替设置。

例如由永久磁铁产生的可以用于驱动电动马达的磁通经转子齿10，11沿径向向外引导并且出去而进入环境中。由于在金属板层2，3的材料中磁通密度比在空气中的大，因此为了减小在转子齿之间在转子装置1的外圆周处的横截面进行材料的减少是值得期望的，以便能够使大部分磁通出来到环境中并因此能够被利用。

在转子装置内部作为杂散磁通或漏磁尤其是通过保持连接条或内连接条元件和/或轴连接部件的材料，例如通过轮毂元件5延伸的磁通应该尽可能地小，因为该磁通对以转子装置1形成的马达的驱动没有贡献并且因此是一种不希望的漏磁损失。

按照本发明，第一转子齿10包含第一转子齿元件6和第三转子齿元件8，第二转子齿11包含第二转子齿元件7和第四转子齿元件9。外连接条元件14布置在第一6和第二7转子齿元件之间并且跨接在该转子齿元件6，7之间形成的凹部13。外连接条元件14此时布置在一个区域中，该区域关于凹部13在径向上(相对于中轴线A)位于更靠外的地方上。外连接条元件14因此比凹部13更靠近转子装置1的外圆周处。对于第一和第二转子齿元件6和7在圆周方向上的布置情况，外连接条元件14也在切向上提供一个连接。

外连接条元件14可以在第一和第二转子齿元件6和7的外端部或外圆周处提供连接，但是也可以在径向上例如大致在朝着中轴线A的方向上如此错开地布置，使得转子齿元件6，7的外端部在径向上突出于外连接条元件。

利用外连接条元件14，它例如与转子齿元件6和7一体地形成，在第一10和第二11转子齿之间，在外圆周侧，即在第一6和第二7转子齿元件的在圆周方向上切向地相邻的外端部和/或位于径向外部的区域之间，存在一个固定的连接。这个连接将第一和第二转子齿元件6，7相互相对地固定在它们的位置上(切向，径向)并且由此防止在将转子装置1应用在电动马达中时与其连接的转子齿元件的以后的例如切向的和/或由离心力限定的径向的滑动。通过这种固定可以避免，至少可以减小齿形力矩，这种齿形力矩在转子齿元件6，7滑转或移动时或一般地在转子齿元件相对于整个转子装置1的位置改变时产生。由于例如在空气隙处的改变的磁阻，齿形力矩导致波动的扭矩和不安静的运转。通过外连接条元件的连接，使得转子齿元件6，7具有高的位置稳定性，因此避免了齿形力矩。

转子装置1具有带第三和第四转子齿元件8，9的第二金属板层3。在此，第三转子齿元件8是转子齿10的一部分，第四转子齿元件9包含在转子齿11中。在第三和第四转子齿元件8，9之间没有通过外连接条元件14的连接。材料横截面在磁极间隙的区域中，即在转子齿元件8，9之间，由于缺少的跨接而被减小。在转子齿元件8，9的外末端之间形成间距或空气隙。因此减小在这个第二金属板层3中在外端部处的磁通损失。

第一6和第二7转子齿元件最好直接地与第三8和第四9转子齿元件连接，例如通过相配合的结构12。在此情况下，经外连接条元件14连接的转子齿元件6，7在轴向上与在外圆周侧上未被连接的转子齿元件8，9交替地布置。由此第二金属板层3的第三和第四转子齿元件8，9被第一金属板层2的第一和第二转子齿元件6，7在径向和/或切向上通过外圆周侧的外连接条连接部14保持或稳定在位置上，避免了第一和第三以及第二和第四转子齿元件6，8或7，9相互相对的滑动。同时，通过去除第二金属板层3中的外连接条元件14减小转子装置1圆周处的材料横截面并由此减小磁通损失。为了形成转子齿10，11，最好多个第一和第三转子齿元件6，8以及多个第二和第四转子齿元件7，9以交替的顺序前后相继地或轴向地堆叠。由此具有转子齿元件6，7的金属板层2之后跟随着具有在外圆周上减小的磁通损失的金属板层3，该转子齿元件用于在外圆周处的高的位置稳定性。通过这种转子齿结构，由此比没有外连接条元件14的情况提高了转子装置1的稳定性并且同时例如与完全埋入凹部13中的磁体的布置相比较，磁通损失更小。一种布置例如是有利的，其中转子装置的全部转子齿是如此设计的，即在一个第一转子齿10之后各跟随一个第二转子齿11。

在按照图2所示的实施例中，第二金属板层3具有内连接条元件15，它分别将第三和/或第四转子齿元件8，9或第二金属板层3的任意另外的转子齿元件与轮毂元件5连接。轮毂元件5在此情况下例如一体地与转子齿元件8，9和/或内连接条元件15制造，例如通过冲压。轮毂元件5被设置用于包围轴部段4，以便将第二金属板层3固定在其上。内连接条元件15例如设计成与之连接的转子齿元件8，9的在横截面上逐渐变窄的附加延伸部分。在这种实施形式中，在转子齿元件8，9之间切向地形成的凹部13基本上在一个区域中延伸，该区域在径向上在内连接条元件15的对面开始并且朝着外圆周方向上延伸。

通过与轮毂元件5连接的内连接条元件15，使得在相邻的磁极，即北极和南极之间存在一个材料连接部。一部分磁体延伸通过这个材料连接部。通过轮毂元件延伸的这个漏磁以不希望的方式减小了所使用的磁性材料的磁通的可利用性。

为了将该漏磁保持更小，在一个有利的实施形式中，例如只有第二金属板层3具有内连接条元件15，但是第一金属板层2没有。由此不仅第一而且第二金属板层2，3都具有内连接条元件15，亦即与轴连接的实施形式相比，仅仅形成很小的通过轮毂元件5延伸的漏磁。在这种实施形式中，第一金属板层2的转子齿元件6，7只与另外的在轴向上后继的和/或在前面的转子齿元件8，9，例如第二金属板层3的转子齿元件，连接，并且由此被固定，但是不与轮毂元件连接。转子齿元件6，7在轮毂元件5上的固定例如通过相互配合的结构12实现。

另外的实施形式规定，不仅第一而且第二金属板层2，3具有内连接条元件15。对于不是每个第一和第二金属板层2，3的每个转子齿元件6，7，8，9具有内连接条元件的情况，该内连接条元件可以在圆周方向上在堆叠中相互错开。在这种情况下，例如在第一金属板层2的一个具有内连接条元件15的转子齿元件6之后在轴向上跟随第二金属板层3的一个具有内连接条元件的转子齿元件9，而转子齿元件7和8没有内连接条元件。由此关于第一金属板层(例如如在图4中所示)通过由此存在的轴连接部提供转子齿元件的附加的位置稳定性，而在第二金属板层3中可以减少内连接条连接。

在一种按照本发明的转子装置1的示例性的实施形式中，第一金属板层2没有内连接条元件15。在第一金属板层2上，外连接条元件14形成在第一金属板层2的转子齿元件6，7和全部另外的转子齿元件之间(图3)。第一金属板层2的全部转子齿元件由此通过外连接条元件14相互连接起来。第二金属板层3在该实施形式中没有外连接条元件14。在第二金属板层3的转子齿元件8，9上和最好全部另外的转子齿元件上形成与轴连接的内连接条元件15(图2)。在交替地堆叠这样形成的第一和第二金属板层2，3的情况下，例如实现一种转子装置1，它经轮毂元件5的漏磁仅仅在每个第二金属板层3中减小可利用的磁通。这个转子装置1通过环绕的外连接条元件连接即使在高的马达转速下也提供在外圆周上的最大的相对位置精度和公差精度（精度极限）并且通过去除在具有内连接条元件的那些金属板层3中的外连接条元件14减小在外圆周上的磁通损失。在此情况下通过内连接条元件15实现转子装置1的高的强度。

按照转子装置1的另一个优选实施形式，第一金属板层2沿切向在在圆周方向上上在其外圆周上例如具有近似正弦形的轮廓线，其通过转子齿元件6，7的径向的外端部和外连接条元件14形成(图5)。外连接条元件此时可以以曲线形状弯曲。但是正弦曲线形状的近似也可以通过仅仅棒条形的外连接条元件14实现或者以其它的方式实现。在该实施形式中，有利地，要与其连接的或已经连接的金属板层，例如第二金属板层3，也具有相同的轮廓线。在不带有外连接条元件14的金属板层情况下，例如只相应地形成转子齿元件轮廓8，9。

在另一个实施形式中(图6)，为了形成转子齿10，11，例如第一金属板层2和第二金属板层3以相互间切向的错移16布置。在此，第一6和第二7转子齿元件相对于各相同的通过它们或与它们一起形成的转子齿10，11的第三8和第四9转子齿元件在圆周方向上具有错移16。由此可以形成一种转子装置，它通过转动转子叠片组17，18实现一种斜移，即第一和第二金属板层形成具有相互间的错移的叠片组17，18。

在另一个有利的实施形式中，外连接条元件14的材料厚度D2或厚度D2相对于转子齿元件6，7的材料厚度或厚度D1或它们的金属板厚度被减小(图7)。由此外连接条元件14在外圆周处的材料横截面进一步减小。在转子齿元件6，7的一致的防滑动性或公差精度的情况下，再次减小了在外圆周处的磁通损失。

一般地，在本发明的范围内也规定，具有上述各种特征的金属板层被相互组合以形成转子装置1或转子齿10，11。因此，例如也规定，相同类型的金属板层被相互前后地堆叠，例如一个单层或多层的第一金属板层2和一个单层或多层的第二金属板层3堆叠。这可以反向地实施或者例如在其它情况下实施。此外，即使仅仅描述了两个相邻的转子齿6，7，8，9的布置情况，但总是要考虑到，该金属板层利用其特征也可以形成多于两个的转子齿和多于两个金属板层的转子装置。

在将转子装置1应用于电动马达中时，电动马达例如具有在转子齿10，11之间交替的极性的永久磁铁。转子在此时设计成具有倾斜设置的磁体的集电器式或设计成轮辐式转子。在集电器式结构情况下，在两个转子齿10，11之间形成北极和南极。否则一个磁极位于两个转子齿10，11之间。例如在此情况下以形状配合连接的方式贴紧在转子齿10，11的侧面上的或连接在其上的永久磁铁形成磁体。

此外也提供一种实施形式(图8)，其中转子和磁体设计成罩极装置（交替极）20。在此情况下，例如(在切向上)只有一个转子齿10，11的一个侧面与一个磁体18，19或与一个提供磁场的元件如此地耦联，使得同一转子齿的沿切向位于相对置的一侧不与一个提供磁场的元件耦联。

Claims (11)

1.转子装置(1)，尤其用于内转子电动马达，包括:

第一金属板层(2)，它具有外连接条元件(14)以及在转子装置(1)的切向上相邻的、要围绕一个轴部段(4)布置的第一(6)和第二(7)转子齿元件，

其中在第一(6)和第二(7)转子齿元件之间形成凹部(13)，其尤其用于容纳产生磁场的元件，

其中所述外连接条元件(14)将第一金属板层(2)的第一(6)和第二(7)转子齿元件相互连接起来并且相对于所述凹部(13)在径向上更靠外部地布置;

第二金属板层(3)，它具有在切向上相邻的、不带有外连接条元件(14)的第三(8)和第四(9)转子齿元件;

其中第一(2)和第二(3)金属板层为了形成所述转子装置(1)被如此地堆叠，使得第一转子齿(10)包括第一(6)和第三(8)转子齿元件并且第二转子齿(11)包括第二(7)和第四(9)转子齿元件。

2.按照权利要求1所述的转子装置，其中第二金属板层(3)具有内连接条元件(15)，它将第二金属板层(3)的转子齿元件(8，9)与一个轮毂元件(5)相连接，其中所述轮毂元件(5)被设置用于容纳所述轴部段(4)。

3.按照权利要求1或2所述的转子装置（1），其中第一金属板层(2)没有内连接条元件(15)，从而第一金属板层(2)的转子齿元件(6，7)不与所述轮毂元件(5)连接。

4.按照权利要求1至3之一所述的转子装置（1），其中第一金属板层(2)具有内连接条元件(15)，它将第一金属板层(2)的转子齿元件(6，7)与所述轮毂元件(5)相连接。

5.按照权利要求1至4之一所述的转子装置（1），其中第一金属板层(2)在第一金属板层(2)的全部转子齿元件(6，7)之间各有一个外连接条元件(14)，并且其中第二金属板层(3)在第二金属板层(3)的全部转子齿元件(8，9)上各有一个内连接条元件(15)，其中第二金属板层(3)没有外连接条元件(14)。

6.按照权利要求1至5之一所述的转子装置（1），其中第一金属板层(2)的转子齿元件(6，7)与外连接条元件(14)一起形成一个近似正弦形的轮廓线。

7.按照权利要求1至6之一所述的转子装置（1），其中第一金属板层(2)和第二金属板层(3)在相互间的切向的错移下被如此地布置，使得第一(6)和第三(8)以及第二(7)和第四(9)转子齿元件在通过它们形成的转子齿10，11内部相互间各有一个切向错移。

8.按照权利要求1至7之一所述的转子装置，其中外连接条元件(14)具有比与其连接的转子齿元件(6，7)更小的厚度。

9.电动马达，其具有按照权利要求1至8之一所述的转子装置(1)。

10.按照权利要求9所述的具有按照前述权利要求之一所述的转子装置(1)的电动马达，其中在两个相邻的转子齿(10，11)之间布置有用于产生磁场的元件，它们提供交替的磁极，其中它们的磁极在转子齿(10，11)的侧面上耦联。

11.按照权利要求10所述的电动马达，其中设置至少一个转子齿(10，11)，在该转子齿上，在切向上仅仅在一侧上被贴靠了产生磁场的元件。

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