CN105122598B - 具有轴向和切向通量集中的电机 - Google Patents

具有轴向和切向通量集中的电机 Download PDF

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Abstract

在转子轴(3)上布置了电机的转子(2)。转子轴(3)可旋转地安置在轴承(4)中，从而使转子(2)能够围绕旋转轴(5)旋转。电机的定子(1)在轴向上在定子区域(6)上延伸。转子(2)在轴向上具有中间区域(7a)和在两侧与中间区域(7a)邻接的外部区域(7b)。中间区域(7a)在轴向上与定子区域(6)相符。转子(2)支承多个相切磁化的永磁体(8)，它们相切均匀分布并且在轴向上不仅布置在中间区域(7a)中、而且也布置在外部区域(7b)中。相切地在永磁体(8)之间布置了磁通量引导部件(10)，借助于该磁通量引导部件将从永磁体(8)出发的磁场(B)径向地导向定子(1)并在轴向上引入中间区域(7a)中。磁通量引导部件(10)在轴向上由多个相互堆叠的金属薄板(11)构成。外部区域(7b)中的金属薄板(11)小于中间区域中的金属薄板(11)。布置在外部区域(7b)中的金属薄板(11)径向地在外部被保持部件(12)围绕。借助于形状配合件(13至16)将作用在布置在中间区域(7a)中的金属薄板(11)上的离心力传递至布置在外部区域(7b)中的金属薄板(11)中。

Description

具有轴向和切向通量集中的电机
技术领域
本发明涉及一种电机，
-其中，该电机具有定子和布置在转子轴上的转子，
-其中，转子轴可旋转地安置在轴承中，从而使转子能够围绕旋转轴旋转，
-其中，定子在旋转轴的方向上来看在定子区域上延伸，
-其中，转子在旋转轴的方向上来看具有中间区域和在两侧与中间区域邻接的外部区域。
背景技术
这种电机是普遍已知的。特别是这种电机是已知的，即在这种电机中，
-转子支承多个与旋转轴相切磁化的永磁体，相切地围绕旋转轴来看该永磁体是均匀分布的，
-其中，相切地围绕旋转轴来看，在永磁体之间布置磁通量引导部件，借助于磁通量引导部件将从永磁体出发的磁场径向相对于旋转轴地看导向定子，
-其中，磁通量引导部件从旋转轴的方向来看由多个相互堆叠的金属薄板构成。
利用最后所述类型的电机能够实现相对较高的功率密度。
从US 2012/0181880A1中公知了一种这样的电机，其中然而由US 2012/0181880A1并未明确得出，磁通导向元件由互相堆叠的金属薄片组成。从DE 10 2012 107 610A1能推断出基本上相同的公开内容。
从DE 689 06 910T2中公知了一种这样的电机。此外，在DE 689 06 910T2中，定子具有形状配合件，借助于该形状配合件将作用在布置在转子的中间区域中的金属薄板上的离心力传递到布置在转子的外部区域中的金属薄板中。然而由DE 689 06 910T2并未明确得出，永磁体与转动轴相切地磁化。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种电机，在这种电机中还能进一步提高功率密度。
根据本发明，开头所述类型的电机通过这种方式得到改进，即
-中间区域从旋转轴的方向上来看与定子区域一致，
-永磁体从旋转轴的方向上来看不仅布置在转子的中间区域中、而且也布置在其外部区域中，
-从永磁体出发的磁场借助于磁通量引导部件与旋转轴平行地来看被引入中间区域中，
-转子的外部区域中的金属薄板小于转子的中间区域中的金属薄板，
-布置在转子的外部区域中的金属薄板径向地相对于旋转轴地看在外部被保持部件围绕，和
-转子具有形状配合件，借助于该形状配合件将作用在布置在转子的中间区域中的金属薄板上的离心力传递到布置在转子的外部区域中的金属薄板中。
形状配合件能够按需求设计。例如，形状配合件能够包括被置入金属薄板中的、局部的形状配合件，借助于其相应地在直接相互邻接的金属薄板之间传递离心力。这种局部的形状配合件的可能的设计方案是置入金属薄板中的冲压凸轮和与此相符的、置入金属薄板中的凹槽。
对于局部的形状配合件的可替换或附加方案是，形状配合件能够包括从旋转轴的方向上来看在整个转子上延伸并且被引导穿过金属薄板的相符的凹槽的杆。
如果杆是存在的，那么它优选地具有径向相对于旋转轴地看大于从与旋转轴相切地看的延伸。特别是在相对于旋转轴正交的平面中来看，它能够具有矩形的横截面。为了达到尽可能均匀的力分布，能够在杆和金属薄板之间布置第一弹性中间层。
对于第一弹性中间层的替换或附加方案是，能够在金属薄板和永磁体之间布置第二弹性中间层。
与旋转轴成径向地来看，金属薄板优选地在内部具有内部部段和在外部具有外部部段，其中，内部部段在相对于旋转轴正交的平面中来看设计成圆扇状并且外部部段在相对于旋转轴正交的平面中来看设计成圆扇状。在这种情况中特别优选的是，相切地围绕旋转轴来看，内部部段覆盖内角并且外部部段覆盖外角，并且外角大于内角。
保持装置特别地能够设计成环形的套筒或者预张紧的绷带。
在定子中通常布置了定子绕组系统。该定子绕组系统具有绕组端部，在旋转轴的方向上来看，绕组端部在两侧从定子中突出。在旋转轴的方向上来看，绕组端部具有纵向延伸。绕组端部的纵向延伸优选地与定子的外部区域的纵向延伸一致。
附图说明
结合对于参照附图进行了详细说明的实施例的以下说明，本发明的前述特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式和方法更加明确易懂。在此在示意图中示出：
图1和2示出电机的纵截面，
图3和4示出通过图1和2的电机的转子的横截面，
图5示出金属薄板的可能的设计方案，
图6示出通过两块金属薄板的纵截面，
图7示出金属薄板的另一种可能的设计方案，
图8示出通过金属薄板和杆的纵截面，
图9示出通过电机的转子的纵截面。
具体实施方式
根据图1至4，电机具有定子1和转子2。转子2布置在转子轴3上。转子轴可旋转地布置在轴承4中。旋转轴3和随它一起的转子2由此能够围绕旋转轴5旋转。
只要在后面使用“轴向”、“径向”和“相切地”这些概念，则始终参考的是旋转轴5。“轴向”是平行于旋转轴5的方向。“径向”是正交于旋转轴5并朝着旋转轴5的或离开它的方向。“相切”是不仅相对于轴向、而且也相对于径向正交的方向。也就是说，相切是以恒定的径向距离和在恒定的轴向位置上圆形地围绕旋转轴5定向。
定子1在轴向上在定子区域6上延伸。在定子1中布置了定子绕组系统1a。定子绕组系统1a具有绕组端部1b，在轴向上来看，绕组端部在两侧从定子1中突出。从轴向上看，绕组端部1b具有纵向延伸11。
转子2在轴向上在转子区域7上延伸。转子区域7在轴向上具有中间区域7a和外部区域7b。从轴向上看，中间区域7a与定子区域6一致。外部区域7b在轴向上在两侧与中间区域7a邻接。也就是说，中间区域7a布置在两个外部区域7b之间。外部区域7b具有纵向延伸12。外部区域7b的纵向延伸12优选地与绕组端部1b的纵向延伸11一致。
转子2支承多个永磁体8。永磁体8在切线方向上均匀地围绕旋转轴5分布。正如在图3和4中通过箭头9表示的那样，它们与旋转轴5相切地磁化。永磁体8(见图1)在轴向上来看不仅布置在转子2的中间区域7a中、而且也布置在外部区域7b中。然而在图3和4中示出的多个永磁体8是纯粹示例性的。
根据图3和4，在切线方向上来看，在永磁体8之间布置了磁通量引导部件10。借助于磁通量引导部件10将从永磁体8出发的磁场B在径向上来看导向定子1。在轴向上来看，磁场B借助于磁通量引导部件10被引入中间区域7a中。
磁通量引导部件10在轴向上来看由多个相互堆叠的金属薄板11构成。正如一方面从图1中和另一方面从图3和4的相互比较中得出的那样，转子2的外部区域7b中的金属薄板11小于转子2的中间区域7a中的金属薄板11。布置在转子2的外部区域7b中的金属薄板11在径向上来看在外部被保持装置12围绕。保持装置12能够例如设计成环形预张紧的套筒或者预张紧的绷带。
转子2具有形状配合件13至16。借助于形状配合件13至16将作用在布置在转子2的中间区域7a中的金属薄板11上的离心力传递到布置在转子2的外部区域7b中金属薄板11中。形状配合件13至16的可能的设计方案在后面结合图5至9进一步说明。
根据图5和6，形状配合件13至16包括被置入金属薄板11中的、局部的形状配合件13，14。借助于局部的形状配合件13，14使离心力相应地在直接相互邻接的金属薄板11之间传递。根据图5和6，形状配合件13，14特别地能够设计成被置入金属薄板11中的冲压凸轮13和与此相符的、被引入金属薄板11中的凹槽14。在图5和6中示出的、形状配合件13，14的数量和布置是纯粹示例性的。
如前所述，联系布置在转子2的中间区域7a中的金属薄板11说明了形状配合件13，14。相同的设计方案通常也在布置在转子2的外部区域7b中的金属薄板11的情况下实现。
根据图7至9能够存在整体起作用的形状配合件15，16。在这种情况中，形状配合件13至16作为整体起作用的形状配合件15，16包括杆15。杆15在轴向上在整个转子2上延伸。它被引导穿过金属薄板11的相符的凹槽16。
根据图7至9，整体起作用的形状连接部件15，16与局部的形状配合件13，14可替换地存在。然而同样也有可能共同地实现一方面图5和6的、另一方面图7至9的设计方案。
杆15能够设计成圆杆或者方杆。在这种情况下，杆15在径向上具有与在切线方向上相同的延伸。然而，杆15优选地在径向上具有大于在切线方向上的延伸。杆15特别地能够在径向-切向地延伸的平面中来看具有矩形的截面，其中，矩形的较大的边长优选地径向地定向。
如果杆15和凹槽16是存在的，则能够为了平衡公差和用于使挤压力变得均匀而在杆15和金属薄板11之间存在弹性的中间层17，后面称为第一弹性中间层17。无论杆15和凹槽16是否存在、和无论是否在可能的情况下存在第一弹性中间层17，能够根据图5和7在金属薄板11和永磁体8之间存在另一个弹性中间层18，为了区别于第一弹性中间层17而称为第二弹性中间层18。
金属薄板-见图3，4，5和7-在径向上在内部具有内部部段19和在外部具有外部部段20。该内部部段19在径向-切向地延伸的平面中来看设计成圆扇形。它们在切线方向上覆盖内角α。外部部段20在径向-切向地延伸的平面中来看设计成圆环扇形。它们在切线方向上覆盖外角β。外角β大于内角α。
根据本发明的电机具有多种优点。特别是能够构造这种电机，即其具有借助于永磁体8激励的转子2，在转子2中，磁通量不仅在轴向上、而且也在切线方向上集中。然而能够实现转子2和定子1之间的非常小的气隙，这是因为，保持装置在转子2和定子1之间的气隙中-即在转子2的中间区域7a中-不是必需的。
虽然通过优选的实施例对本发明进行了详尽的说明与描述，但本发明不局限于已公开的例子，并且在不脱离本发明的保护范围的前提下，专业技术人员可以从中推导出其它变体。

Claims (19)

1.一种电机，
-其中，所述电机具有定子(1)和布置在转子轴(3)上的转子(2)，
-其中，所述转子轴(3)能旋转地安置在轴承(4)中，从而使所述转子(2)能够围绕旋转轴(5)旋转，
-其中，所述定子(1)在所述旋转轴(5)的方向上来看在定子区域(6)上延伸，
-其中，所述转子(2)在所述旋转轴(5)的方向上来看具有中间区域(7a)和在两侧与所述中间区域(7a)邻接的外部区域(7b)，
-其中，所述中间区域(7a)在所述旋转轴(5)的方向上看与所述定子区域(6)一致，
-其中，所述转子(2)支承多个与所述旋转轴(5)相切地磁化的永磁体(8)，所述永磁体相切地围绕所述旋转轴(5)地来看均匀地分布并且在所述旋转轴(5)的方向上来看不仅布置在转子(2)的所述中间区域(7a)中、而且也布置在所述外部区域(7b)中，
-其中，相切地围绕所述旋转轴(5)来看，在所述永磁体(8)之间布置了磁通量引导部件(10)，借助于所述磁通量引导部件将从所述永磁体(8)出发的磁场(B)径向相对于旋转轴(5)地看导向所述定子(1)并且平行于所述旋转轴(5)地看引入所述中间区域(7a)中，
-其中，所述磁通量引导部件(10)在所述旋转轴(5)的方向上来看由多个相互堆叠的金属薄板(11)构成，
-其中，在所述转子(2)的所述外部区域(7b)中的所述金属薄板(11)具有比在所述转子(2)的所述中间区域(7a)中的金属薄板(11)更小的尺寸，
-其中，布置在所述转子(2)的所述外部区域(7b)中的金属薄板(11)径向地相对于所述旋转轴(5)地看在外部被保持部件(12)围绕，
-其中，所述转子(2)具有形状配合件(13至16)，借助于所述形状配合件将作用在布置在所述转子(2)的所述中间区域(7a)中的金属薄板(11)上的离心力传递至布置在所述转子(2)的所述外部区域(7b)中的金属薄板(11)中。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述形状配合件(13至16)包括被置入所述金属薄板(11)中的局部的形状配合件(13，14)，借助于所述局部的形状配合件使离心力相应地在直接相互邻接的金属薄板(11)之间传递。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述局部的形状配合件(13，14)设计成被置入所述金属薄板(11)中的冲压凸轮(13)和与所述冲压凸轮相符的、被置入所述金属薄板(11)中的凹槽(14)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述形状配合件包括杆(15)，所述杆在所述旋转轴(5)的方向上来看在整个所述转子(2)上延伸并被引导穿过所述金属薄板(11)的相符的凹槽(16)。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述杆(15)具有径向相对于所述旋转轴(5)地看大于与旋转轴(5)相切地看的延伸。
6.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述杆(15)在相对于所述旋转轴(5)正交的平面中来看具有矩形的横截面。
7.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述杆(15)在相对于所述旋转轴(5)正交的平面中来看具有矩形的横截面。
8.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，在所述杆(15)和所述金属薄板(11)之间布置了第一弹性中间层(17)。
9.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，在所述杆(15)和所述金属薄板(11)之间布置了第一弹性中间层(17)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，在所述金属薄板(11)和所述永磁体(8)之间布置了第二弹性中间层(18)。
11.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，在所述金属薄板(11)和所述永磁体(8)之间布置了第二弹性中间层(18)。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，在所述金属薄板(11)径向相对于所述旋转轴(5)地看在内部具有内部部段(19)和在外部具有外部部段(20)，所述内部部段(19)在相对于旋转轴(5)正交的平面中来看设计成圆扇形，并且所述外部部段(20)在相对于所述旋转轴(5)正交的平面中来看设计成圆环扇形。
13.根据权利要求11所述的电机，其特征在于，在所述金属薄板(11)径向相对于所述旋转轴(5)地看在内部具有内部部段(19)和在外部具有外部部段(20)，所述内部部段(19)在相对于旋转轴(5)正交的平面中来看设计成圆扇形，并且所述外部部段(20)在相对于所述旋转轴(5)正交的平面中来看设计成圆环扇形。
14.根据权利要求12所述的电机，其特征在于，相切地围绕所述旋转轴(5)来看，所述内部部段(19)覆盖内角(α)和所述外部部段(20)覆盖外角(β)，并且所述外角(β)大于所述内角(α)。
15.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，相切地围绕所述旋转轴(5)来看，所述内部部段(19)覆盖内角(α)和所述外部部段(20)覆盖外角(β)，并且所述外角(β)大于所述内角(α)。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述保持部件(12)设计成环形的套筒或者预张紧的绷带。
17.根据权利要求15所述的电机，其特征在于，所述保持部件(12)设计成环形的套筒或者预张紧的绷带。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，在所述定子(1)中布置定子绕组系统(1a)，所述定子绕组系统(1a)的绕组端部(1b)在所述旋转轴(5)的方向上来看在两侧从所述定子(1)中突出，在所述旋转轴(5)的方向上来看，所述绕组端部(1b)具有纵向延伸(11)，并且所述绕组端部(1b)的所述纵向延伸(11)与所述转子(2)的所述外部区域(7b)的纵向延伸(12)一致。
19.根据权利要求17所述的电机，其特征在于，在所述定子(1)中布置定子绕组系统(1a)，所述定子绕组系统(1a)的绕组端部(1b)在所述旋转轴(5)的方向上来看在两侧从所述定子(1)中突出，在所述旋转轴(5)的方向上来看，所述绕组端部(1b)具有纵向延伸(11)，并且所述绕组端部(1b)的所述纵向延伸(11)与所述转子(2)的所述外部区域(7b)的纵向延伸(12)一致。
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