CN102132472A - 电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合励磁的同步电机，特别是用于为机动车辆车载电路供电的发电机，所述电机具有带有多相定子绕组(18)的叠片式定子(16)以及具有励磁绕组(29)的叠片式转子(20)，所述励磁绕组与设置在转子周边上的永磁体(24、25)共同提供电机的励磁。为了获得有利的电和磁的特性，以及为了改善电机的制造条件，用于励磁绕组(29)的槽(40)朝向槽底(44)超出比例地扩大，并且优选地被构造为钟形。

Description

电机
技术领域
本发明涉及一种电机，如在先的德国专利申请10 2007 025 971.0中所描述的电机。
背景技术
这种混合励磁同步电机特别适用于为机动车辆的车载电路供电，其中，所述同步电机被用于在多相定子绕组系统中具有可控感应电压的发电机工作模式中，并且转子的磁极永磁地以及/或者电地被激励。
发明内容
具有独立权利要求所述特征的依据本发明的电机具有下列优点：通过提出的转子槽的造型，可以毫无困难地使励磁绕组具有高的填隙因数以及具有很小的平均绕组长度，该绕组长度具有低的电阻。此外，可以通过提出的槽的几何结构，特别地在将永磁体布置在转子周边上以获得附加的永磁激励的情况下，特别有利地对转子的结构进行优化以获得低的电阻和磁阻。此外，能够毫无困难地实现槽的自动绕线。此外，通过这种方式，能够非常简单地将转子绕组分为分线圈，所述分线圈可以随后以优选的方式对称地设置在转子轴的两侧。由此，还使转子的不平衡度最小化。
通过在从属权利要求中提出的措施，可以得到在独立权利要求中给出的电机的有利的改进方案和改良方案。在此，有利的是，所述转子槽在槽底从两侧朝槽中心升高，特别地朝槽开口圆形地弯曲并且与转子轴的通孔同心。由此，一方面简化了绕线过程，因为励磁绕组的各圈通过朝向槽角下倾的具有很少侧面导向的槽横截面到达槽的所有区域并且实现了高的填隙因数。同时，励磁绕组的线圈长度最小化并且由此其电阻降到最小。
侧面的槽壁优选地朝槽中心弯曲，从而所述槽总体上得到大致呈钟形的横截面。在这种情况下，也可以使转子的铁心横截面沿槽边缘以特别有效的方式与相应的磁通量的大小相匹配，并且可以降低在转子铁心和磁极之间的磁阻。
特别是在电的两极的转子基础励磁中特别明显地显现出通过提出的槽的造型可实现的优点。在这种情况下，所述转子在其周边上仅具有两个槽，由两个大致相同的相对于转子轴对称设置的分线圈组成的励磁绕组能够以特别有利的方式安装在所述槽中。在槽的一种适合的设计方案和尺寸确定方案中，如在从属权利要求中所强调的，不仅在制造技术方面而且在电阻和磁阻方面均非常有利。
安装到转子槽中作为电绝缘件的绝缘膜的非常可靠且持久的固定通过以下方式实现：在槽开口的区域中将绝缘膜以适合的方式锁止在磁极内侧面上，特别是固定在磁极内侧面上的缝隙中。在此，有利的是，用于锁定绝缘膜的缝隙被实施为磁极中的底切，优选地在侧面的槽壁的延长部分中。有利地，所述绝缘膜由硬的绝缘纸制成。
本发明其他的细节和设计方案由从属权利要求和对实施例的描述得出。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例并且在下面的描述中进行详细阐述。
附图中：
图1以纵剖视图示出了用于机动车辆的具有混合励磁转子的换极式交流发电机，
图2示出了用于电两极励磁的且具有六个永磁励磁的磁极的总共l 4-极的电机的转子叠片截面图，以及
图3以立体图示出了在取下轴承盖的情况下的本发明的电两极励磁的电机，所述电机具有两个相对于转子轴对称设置的分线圈，以及
图4示出了本发明交流发电机的转子的部分视图，且示出了槽绝缘件。
具体实施方式
在图1中示出了电机10的剖视图，该电机被实施为用于机动车辆的交流发电机。所述发电机具有两件式的壳体13，所述壳体由第一轴承盖13.1和第二轴承盖13.2组成。所述轴承盖13.1和轴承盖13.2容纳定子16，所述定子具有圆环形的定子叠片组17，在该定子叠片组的向内敞开并且沿轴向延伸的槽19中装入定子绕组18。环形的定子16以其沿径向指向内的表面包住转子20，该转子被构造为混合励磁的转子。在此，所述定子16通过工作气隙与可转动地支承在定子16中的转子20共同起作用。
所述转子20在其周边上按照预设顺序具有多个北极N和南极S，这些北极N和南极S由永磁体24、25以及通过励磁绕组29形成。在此，所述转子20的极数能根据励磁绕组29中的励磁电流Ie的强度和方向并且通过插入的永磁体的数量进行改变。
所述转子20具有导磁体，该导磁体被构造成叠片组21。所述转子叠片组以0.1mm至2.0mm之间的叠片厚度沿轴向叠成。低于0.1mm时，叠片组21抵抗离心力的能力过小。大于2.0mm时，在转子20外表面上的涡流损失减少得不够，从而可能损害装入的永磁体，或者使其消磁。
转子叠片组21的轴向长度优选地与圆环形定子叠片组17的轴向长度相符，或者为了公差补偿比定子叠片组17长或者短最多2mm，并且优选地通过焊缝相互固定。除焊接外，还可以使用铆接以及扣接。
所述励磁绕组29在两极式变型实施方式中被构造为全节距线圈并且位于槽40中，该槽由叠片组21冲裁而成。所述励磁绕组29可以例如作为飞叉式绕线(双飞叉式)直接绕在转子叠片组21中。此外，还在所述转子叠片组中空出区域41，永磁体24、25可以设置在该区域中。
依据本发明，磁体24、25优选地设置在转子叠片组的冲出的区域41中。因此可以吸收在工作中出现的离心力并且由此确保磁体在转子上可靠的固定。已证明具有大于1T的剩余磁感应强度的材料作为磁体材料是特别有利的。特别是由稀土材料制成的永磁体具有这些磁的特性。在此，磁体安装在转子中，使得所述磁体产生大致沿径向的磁场。随后，所述磁场从转子出发经过气隙进入定子叠片组中，并且在转子转动时在定子绕组中产生感应电压。
所述转子20借助于轴27和位于转子每侧上的每个滚动轴承28被可转动地支承在相应的轴承盖13.1以及13.2中。所述转子具有两个轴向端面，在这些端面上分别固定一个通风器30。该通风器主要由板状或者说盘状的部分组成，通风器叶片以已知的方式从该部分向外延伸。所述通风器30用于通过在轴承盖13.1和13.2中的多个孔48实现电机10的外侧和内腔之间的空气交换。为此，所述多个孔48设置在所述轴承盖13.1或13.2的轴向的端部上，通过所述孔，借助于所述通风器30冷却空气被吸入到电机10的内腔中。所述冷却空气通过通风器30的旋转沿径向向外加速，从而该冷却空气可以穿过冷却空气能通过的在驱动侧上的绕组端部50和电子侧的绕组端部51。冷却空气在穿过所述绕组端部50、51之后，或者说在围绕所述绕组端部流过之后，通过未示出的多个孔沿径向向外流出。
在图1中保护罩47位于右侧，该保护罩防止各个不同的部件受到外界影响。因此，这个保护罩47盖住接触环组件49，该接触环组件向励磁绕组29供以励磁电流。围绕着这个接触环组件49设有冷却体53，该冷却体在此用作正极冷却体，正二极管59安装在所述正极冷却体上。轴承盖13.2用作所谓的负极冷却体。在所述轴承盖13.2和冷却体53之间设置接线板56，该接线板将固定在所述轴承盖13.2中的多个负二极管58和正二极管59以桥接电路69的形式相互连接。
图2示出了总共14极的电机10的转子叠片截面图，所述电机具有被分成四个北极32和四个南极34的电的两极基础励磁，以及具有六个永磁励磁的磁极24和25。在电励磁时，该电励磁在视图的上半部分产生北极32并且在下半部分产生南极34，各永磁体分别被相反地磁化，从而这些永磁体在转子20的周边上在上半部分构成南极25并且在下半部分构成北极24。所述永磁体24和25被固定在凹部43中，该凹部在电励磁的磁极32和34之间由转子叠片组冲裁而成。所述永磁体被可靠地固定在所述凹部中，特别是克服在电机工作时的高离心力。
为了获得高的电机功率密度，优选使用稀土磁体作为永磁体24和25。在对电机的功率密度要求很小时，除所述稀土磁体外，也可以使用铁氧体磁体作为永磁体。关于电机的磁极，能够实现替代方案，在电两极励磁中，特别地电励磁的磁极之间还可选择地装配四个或八个永磁体，由此相应地改变电机的总极数。
在图2中示出的转子叠片截面具有两个钟形的槽40，该槽朝向槽底44超出比例地扩大直到宽度B，该宽度大于转子轴27或者说用于转子轴穿过的孔45的直径d。所述槽40的最大宽度B与转子直径D相适应并且最大为转子直径的40％。所述槽的这种结构很容易就能将励磁绕组分为两个分线圈，这些分线圈可以被设置为以最小化的绕组端部长度和在绕组端部50、51中的相应减小的电阻对称且均匀地分布在转子轴27的两侧。在此，作为转子铁心26中的两个励磁槽40之间的最小距离，在转子直径D的20％和45％之间的范围已证明是有利的。通过在该狭窄处转子铁心的这种尺寸布置确保对于磁通量来说足够的横截面。
此外，对所述转子20的槽40进行设计，从而使槽底44从两侧朝槽中心升高，优选地以圆形的曲线升高，使得所述槽底44相对于用于转子轴27的通孔46同心地延伸。在此，所述槽底的半径R应在两倍和四倍转子轴27半径d/2之间，以确保在转子铁心26中还有均匀的且足够的磁横截面。
此外，所述槽40的钟形结构的特征还在于，侧面的槽壁39向槽中心弯曲，从而使得在这个区域中对于到直接位于槽侧面的电励磁的磁极32和34的磁通也有足够的铁心横截面可供使用。在此，在转子铁心的这个区域中的另一个参数是从设置在那里的永磁体24和25的相邻的边缘到所述励磁槽40的侧面的棱边距离b。为了确保在永磁体24、25的角和相邻的槽边缘之间的足够的横截面，在那里侧面距离b应在电或永磁励磁的转子磁极的极距τ的25％和100％之间。
图3示出了在取下轴承盖13.2时本发明的同步电机的立体图。所述电机具有电两极基础励磁，其中，励磁绕组29被分为两个基本相同的分线圈29a和29b，所述分线圈在两侧包住转子轴27并且相对于所述转子轴对称设置。在此，所述转子20的叠片组17与在图2中示出的具有钟形槽的叠片截面相符，从所述槽中仅能看到槽开口45。励磁绕组的两个分线圈29a和29b的绕组端部搭接在通风器30的基板63上。所述励磁绕组29在此将槽40完全填满，并且使得在励磁槽40中的铜质量mN与绕组端部的铜质量mW的比例为0.4到2.5，优选的是0.5到1。在所述槽中以及在绕组端部中的绕组部分的质量比与相应的金属线长度相应并且按给定的比例在励磁绕组29和定子绕组18的结构方面达成有利的妥协，其中，在定子的槽以及绕组端部中的铜质量的给定比例比在转子中的大。在图3中仅能看到定子16的定子绕组18的绕组端部以及其叠片组17，根据图1中的视图该叠片组位于两件式壳体13的轴承盖13.1中。在此，依据本发明的电机的混合励磁转子20的描述的和示出的形式在对强度、磁通导向、制造方法和短的绕组端部连接的要求方面形成有利的妥协。
图4以立体图示出了具有槽40的转子20的叠片组21的一部分，如特别地依据图2在之前已详细描述的。对于相同的部分在此使用相同的附图标记。
所述励磁绕组29在图4中仅以阴影线示出。所述励磁绕组借助于优选地由绝缘纸制成的薄膜38相对于转子叠片组21的薄片绝缘。所述绝缘薄膜38在槽开口45的区域中支撑在磁极32、34的内侧面33、35上并且在那里锁止在缝隙36中，该缝隙被构造为磁极32、34中的底切部并且在侧面的槽壁39的延长部分上延伸。槽绝缘件的这种在底切形缝隙36中锁止的类型原则上也可以如用于所示出的钟形槽一样也用于其他的槽形状。然而在这种槽的形状中，所提出的对槽绝缘件的锁止的优点特别突出，因为所述绝缘膜由于槽的形状而倾向于在槽开口的区域朝向槽内部偏转，由此可能会干扰励磁绕组29的安装。
此外，可以在槽开口45的区域中推入槽楔37，所述槽楔改善在磁极32、34的内侧面33、35上线圈的绝缘，将所述绝缘膜38锁止在其位置上并且克服高的离心力支撑所述励磁绕组29。

Claims (20)

1.一种电机，特别是用于为机动车辆车载电路供电的发电机，所述电机具有带有多相定子绕组(18)的叠片式定子(16)以及具有带有励磁绕组(29)的叠片式转子(20)，所述励磁绕组设置在转子周边上的槽(40)中并且优选地与设置在转子周边上的永磁体(24、25)共同提供电机的励磁，其特征在于，所述转子槽(40)朝向槽底(44)超出比例地扩大。
2.按照权利要求1所述的电机，其特征在于，所述槽底(44)从两侧向槽中心升高。
3.按照权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述槽底(44)朝向槽开口(45)弯曲。
4.按照上述权利要求中的任意一项所述的电机，其特征在于，所述槽底(44)圆形地弯曲并且与转子轴(27)的通孔(46)同心。
5.按照上述权利要求中的任意一项所述的电机，其特征在于，侧面的槽壁(39)朝槽中心弯曲。
6.按照上述权利要求中的任意一项所述的电机，其特征在于，所述转子(20)的铁心横截面沿侧面的槽壁(39)大致与相应的磁通量的大小相匹配。
7.按照上述权利要求中的任意一项所述的电机，其特征在于，所述槽(40)大致为钟形。
8.按照上述权利要求中的任意一项所述的电机，其特征在于，所述转子(20)电两极励磁并且在其周边上具有两个槽(40)，在所述槽中设有由两个大致相对于转子轴(27)对称布置的分线圈(29a、29b)组成的转子绕组(29)。
9.按照权利要求8所述的电机，其特征在于，所述转子(20)在其周边上除了电励磁以外还具有四个、六个或八个永磁体(24、25)。
10.按照权利要求8或9所述的电机，其特征在于，在槽底(44)上的槽宽(B)大于转子轴(27)的直径(d)并且小于转子直径(D)的40％。
11.按照权利要求8至10中的任意一项所述的电机，其特征在于，在转子铁心(26)中的两个励磁槽(40)的最小间距(a)处于转子直径(D)的20％和45％之间的范围中。
12.按照权利要求8至11中的任意一项所述的电机，其特征在于，所述槽底(44)以在转子轴(27)的半径(d/2)的两倍和四倍之间的范围内的半径(R)圆形地弯曲。
13.按照上述权利要求中的任意一项所述的电机，其特征在于，所述槽(40)与相邻的永磁体(24，25)边缘的侧面距离(b)处于转子磁极(24、25；32、34)的极距(τ)的25％和100％之间的范围中。
14.按照上述权利要求中的任意一项所述的电机，其特征在于，在所述励磁槽(40)中的铜质量(mN)与绕组端部(50、51)的铜质量(mW)的比例为0.4至2.5，优选的是0.5至1.0。
15.尤其按照上述权利要求中的任意一项所述的电机，其特征在于，在所述转子槽(40)中插入绝缘膜(38)，该绝缘膜在槽开口(45)的区域中锁止在磁极(32、34)的内侧面(33、35)上。
16.按照权利要求15所述的电机，其特征在于，所述绝缘膜(38)在槽开口(45)的区域中被锁止在磁极(32、34)的内侧面(33、35)上的缝隙(36)中。
17.按照权利要求15或16所述的电机，其特征在于，为了所述绝缘膜(38)的锁止，所述缝隙(36)被构造为在槽开口(45)侧面的磁极(32、34)中的底切部。
18.按照权利要求15至17中的任意一项所述的电机，其特征在于，用于锁止所述绝缘膜(38)的缝隙(36)在侧面的槽壁(39)的延长部分上延伸。
19.按照权利要求15至18中的任意一项所述的电机，其特征在于，所述绝缘膜(38)由绝缘纸制成。
20.按照权利要求15至19中的任意一项所述的电机，其特征在于，所述槽(40)通过槽楔(37)封闭。
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