CN105580252A - 用于制造电机的组合件系统和方法 - Google Patents
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Abstract
用于构成具有不同的功率的至少一台第一电机和至少一台第二电机的组合件系统,其中所述电机构造为具有处于外部的定子(1)和处于里面的、拥有永久磁体(4)的转动体(2)的内转子,所述组合件系统的特征在于定子(1),所述定子对于所述电机来说至少在其内直径的方面是相同的,而所述第一电机的转动体(2)具有铁氧体磁体并且所述第二电机的转动体(2)具有稀土磁体。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于构造具有不同的功率的、至少一台第一电机和至少一台第二电机的组合件系统以及一种用于在利用这样的组合件系统的情况下制造电机的方法。
背景技术
用电池运行的、用电来驱动的双轮车在法律上被分类为不同的类型等级,所述不同的类型等级在所述电动驱动装置的功率方面区别于彼此。类型等级L1e的、用电来驱动的双轮车比如允许最大提供直至4kW的功率,而类型等级L3e的这样的双轮车则允许提供直至11kW的最大功率。
所述类型等级L1e的双轮车经常利用处于后轮中的无变速器的轮边电动机来运行。在此,在作为PMSM电动机(具有正弦状的BACK-EMF)或者BLDC电动机(具有矩形的BACK-EMF)的结构中,一般涉及无电刷的、以电的方式换向的电动机。关于其构造,这些电动机一般具有一拥有较高的槽数(一般来说>51个)的、固定在轴上的定子,而所述转动体是所述轮圈的、直接的组成部分。在此,所述转动体典型地具有被安装在铁制的磁轭环(Rückschlussring)上的、由具有较高的极数(一般来说<46个)的、由稀土构成的永久磁体来构成的圈环。所使用的稀土磁体的量在此一般来说为大约450g,并且由此构成所述电动的驱动装置的总成本的大部分。由于较高的、用于所述稀土磁体的材料成本,这样的、用于用作用于双轮车辆的驱动装置的电动机的结构形式一般来说被限制到2kW的最大功率。
作为替代方案,对于电池-电动的双轮驱动装置来说,也发现这样的、将驱动功率通过减速器来传递到被驱动的车轮上的双轮驱动装置。为了在固定在车架上的情况下连接所述电动机,所述减速一般来说通过多级的皮带或者链条驱动装置或者由这些皮带或者链条驱动装置构成的组合—如有必要还在其它的、与齿轮变速器的组合中来进行。而在靠近车轮地布置所述电动机的情况下,则与此相反经常仅仅使用具有作为圆柱齿轮变速器或者行星齿轮变速器的结构的齿轮变速器。
许多用电来驱动的双轮车以不同的驱动功率来供应,其中将相应具有不同功率能力的电动机安装在相同的车架中。对于这样的双轮车来说,有利的是,提供相应在功率方面分级的电驱动装置,所述电驱动装置在相同的功能方案中也具有基本上相同的构造,从而对于其集成来说,不需要对于所述车架的调整或者仅仅需要对于所述车架的最小的调整。此外有利的是,可能可以在较大的转矩范围内给所述不同的电驱动装置定标,而在此不改变所述转速范围。对于用不同的电驱动装置来装备的车辆的最高速度的调整而后可以通过减速比的变化来进行。
存在着用于旋转的电机的组合件系统,对于所述电机来说,不同的、能够借助于组合件系统来构成的电机的功率可以在其轴向的长度范围内以直至大约2的因数来定标,也就是说加以改变。而如果与此相反一个结构系列的电机应该具有一种超越于此的功率定标,则除了对于所述轴向的长度的调整之外还需要对于所述电机拓扑结构的调整以及尤其对于所述几何尺寸的调整。这一般来说与模具及制造设备中的较高的投资相关联。
因此,本发明的任务是,说明一种可行方案,用于以成本低廉的方式为双轮车的驱动装置提供一种结构系列的电机、尤其是电动机,所述电机能够在较大的功率范围内、尤其是在1.5kW与11kW之间定标。
发明内容
该任务通过一种按权利要求1所述的组合件系统以及一种按并列权利要求所述的方法得到解决。
其它的设计方案在从属权利要求中得到了说明。
按照第一方面,设置了一种用于构造具有不同的功率的、至少一台第一电机和至少一台第二电机的组合件系统,其中所述电机构造为具有处于外部的定子和处于里面的、拥有永久磁体的转动体的内转子。所述用于电机的定子至少在其内直径方面是相同的,而所述第一电机的转动体具有铁氧体磁体并且所述第二电机的转动体具有稀土磁体。
此外,所述组合件系统的定子也还可以在连接点的几何形状方面是相同的,所述定子能够通过所述连接点来集成到双轮车的支承的结构、比如车架或者后轮振动器中。可以特别优选地规定,所述组合件系统的定子完全地或者至少除了其轴向的长度之外完全相同。
所述组合件系统能够实现具有不同的功率的电机的设计方案,而没有对为此所利用的定子和转子的基本的拓扑结构和几何形状进行相关的改动。
因此,一种用于在利用这样的组合件系统的情况下制造电机的方法规定,根据所述电机的所规定的功率来至少选择所述转动体。
在所述组合件系统的、一种在结构上简单的并且因此成本低廉的设计方案中,比如可以设置两台电机,所述电机的定子完全相同并且其转动体仅仅在不同的永久磁体的使用方面区别于彼此。由此可以以简单的方式实现两种具有不同功率的电机。因为在此动用相同的定子和除了所使用的永久磁体之外相同的转动体,所以,相对于已经存在的组合件系统可以降低在制造设备中的投资并且必要时也可以降低仓储成本,对于所述已经存在的组合件系统来说不同的功率通过定子和转动体的、轴向的长度定标来实现。这些节省尤其也可以如此之高,使得通过一般来说比较昂贵的、用于所述其中一台电机的永久磁体的稀土的使用而产生的额外费用得到过度补偿。
对于能够由所述组合件系统的电机来覆盖的功率范围的、特别大的并且由此有利的定标可以通过以下方式来实现:建立在不同类型的永久磁体的使用的基础上的功率变化与通过轴向的定标产生的功率变化相组合。因此,可以设置多台第一电机和/或多台第二电机,所述电机在其轴向的长度方面区别于彼此,并且由此同样具有不同的功率。
由此可以设置两组通过所使用的永久磁体的类型来区别的电机,其中一个组或者优选两个组的电机又由于长度定标而在其功率方面区别于彼此。在此,通过所述长度定标来进行功率调整这种方式具有的优点是:原则上无级地并且因此任意地在通过定子和转动体的基本的拓扑结构和几何形状并且通过所使用的永久磁体的相应的类型来限制的功率范围之内进行调整。
同时,额外的、与所述定子和转动体的轴向的长度定标相关联的制造成本比较小。此外,因为关于连接点没有设置任何变化,所以也可以将所述经过长度定标的电机集成到所规定的环境、比如双轮车的车架或者后轮振动平衡器中,而这没有由此引起附加开销。
在所述组合件系统的一种优选的设计方案中可以规定,一种因数处于2与3之间,利用该因数沿着轴向方向为所述第一电机和/或第二电机进行所述长度定标。因此,一组最长的电机(第一或者第二电机)的轴向的长度是这组最短的电机的轴向的长度的二到三倍。在这个因数范围内,能够用可接受的效率差来实现此外(在很大程度上)不变的电机的长度定标。此外,用这种长度定标范围可以在由所述两个组覆盖的功率范围方面实现有意义的转变。比如,由此可以借助于所述首要用作电动机的第一电机来覆盖大约1.5kW到大约4kW的功率范围,并且借助于所述同样首要用作电动机的第二电机来覆盖大约4kW到大约11kW的功率范围。由此在总体上对于除了所述轴向的长度之外相同的几何形状和拓扑结构(包括所述定子线圈的绕组线路图)来说,产生所述组合件系统的电机的、具有大于七的因数的功率可定标性。在此,可能有意义的是,利用能够由所述组合件系统制造的电机中的至少一些电机的弱磁范围,用于获得这种(总体)功率可定标性。
一种用于在利用这样的可长度定标的组合件系统的情况下来制造电机的方法可以规定,首先选择所述转动体的、从所使用的永久磁体的类型中产生的类型,并且随后选择所述定子和/或转动体的、与所述电机的所规定的功率相对应的长度。
在所述组合件系统的一种优选的设计方案中可以规定,所述两种电机的转动体具有其永久磁体的辐条布置结构,其中所述优选棒形的永久磁体在径向上关于所述转动体的相应的旋转轴线与(优选最大的)长度延伸部对齐,并且所述永久磁体的北极-南极-连接部垂直于相应的径向的定向而延伸。在此,可以特别优选地规定,相邻的永久磁体的极性相反。所述永久磁体的这样的辐条布置结构尤其对于能够由所述两组组合件系统来制造的电机的、所规定的长度定标来说可以具有优点。
所述组合件系统尤其适合于构造具有≤60V(直流电压)的工作电压范围的电机。只要所述电机被设置为用于驱动车辆、尤其是双轮车的电动机,那就尤其可以将这些电机构造为或者用作通过迎面风来得到冷却的电动机。
附图说明
下面借助于附图来对本发明的优选的实施方式进行详细解释。附图示出:
图1是由按本发明的组合件系统构成的电动机;
图2是图1的电动机的、示意性的横截面图示;并且
图3是两个由按本发明的组合件构成的电动机的、关于其转速(水平轴)的、虚拟的电感的差Ld-Lq(竖直轴)的曲线。
具体实施方式
图1和2示出了一种电动机的构造,该电动机由按本发明的组合件系统的定子1和转动体2所构成。
所述处于外部的、环状的定子1具有十二道定子槽,所述定子槽构造在十二根定子齿3之间。以所熟知的方式,在所述定子槽中布置了围绕着所述定子齿3在单齿绕组中缠绕的线圈(未示出)。
所述转动体2在具有五个极偶的辐条布置结构中具有十个棒形的永久磁体4。所述永久磁体4的最大的纵向伸长部由此相应地关于所述转动体2的旋转轴线5沿着径向的方向定向。在此产生所述各个永久磁体4的、北极-南极-连接部的、垂直于相应的径向方向的或者相切于围绕着所述旋转轴线5所假想的圆的定向。所述永久磁体4的这种布置方式引起在径向上关于所述旋转轴线5起作用的通量集结或者引起明显的显著性。
所述永久磁体4处于所谓的被埋入的布置结构中,也就是说所述永久磁体完全地布置在由磁轭材料(Rückschlussmaterial)构成的转动体基体6的凹处或者凹座中。在此,如有必要可以规定,沿着径向的方向在所述永久磁体4的至少一侧上在这些永久磁体与所述磁轭材料之间构造了气障(未示出)。由此可以将相邻的永久磁体4之间的磁性的漏磁通量(magnetischeStreuflüsse)降低到最低限度。
所述定子1按照图1还具有壳体7。这个壳体7设有连接法兰8通过所述连接法兰使得所述电动机可以被连接到支承的结构上,用于对由所述电动机产生的转矩进行支撑。为此,所述连接法兰具有构造为钻孔9的形式的连接点,所述钻孔可以用于与所述支承的结构旋转在一起。
比如,所述电动机适合用作布置在车轮附近的、用于用电池-电动的方式来运行的双轮车的低压驱动电动机,其中所述低压驱动电动机可以与变速器、尤其是减速器相组合,所述变速器可以直接地连接到所述电动机上。所述电动机也适合用作被固定在所述双轮车的车架上的驱动电动机,其中这个驱动电动机尤其可以没有或者设有所集成的部分变速器。
特别优选的是,所示出的电动机适合于驱动一种双轮车,该双轮车具有处于在欧盟在法律上所规定的4kW到11kW的批准极限之内的、额定功率。具有十二道定子槽和五个极偶的电动机的结构以94%具有较高的绕组系数。这引起对于所规定的使用情况来说足够低的定位力矩。
为了以有利的方式提供在这个批准极限之内覆盖多个功率级的电动机,设置了一种组合件系统,提供不同的转动体1和定子2,所述转动体1和定子2可以彼此相组合,用于得到具有相应所要求的额定功率的电动机。
在此规定,所述几何形状和拓扑结构(包括所述绕组线路图)对所述组合件系统的所有定子1(包括所述壳体7以及尤其所述连接点)来说除了(尤其所述定子齿3以及围绕着所述定子齿来缠绕的线圈的)轴向的(也就是沿着旋转轴线5定向的)长度(对于所述定子1中的至少一些定子来说是适用的)之外是相同的。
同样的情况适用于所述组合件系统的转动体2,所述转动体同样在其几何形状和拓扑结构方面除了所述轴向长度(对于所述转动体2中的至少一些转动体来说适用)之外是相同的。此外,所述转动体2被划分为两组,所述两组在所使用的永久磁体4的类型的方面区别于彼此。在所述第一组中使用由铁氧体材料构成的永久磁体4(下面称为“铁氧体磁体”,而对于第二组的转动体来说则设置由包括稀土的材料构成的永久磁体4(下面称为“稀土磁体”)、具体而言是Nd2Fe14B。
由于所述稀土磁体的磁场比铁氧体磁体的磁场强,可以通过具有稀土磁体的转动体2的使用来获得与在其它方面相同的具有铁氧体磁体的转动体相比巨大的、用于所述电动机的功率提升。
比如可以用在图1和2中所示出的拓扑结构来构造具有铁氧体磁体的电动机,所述电动机可以以50.5V的工作电压、定子的120mm的外直径、转动体的65mm的外直径以及轴向的封包长度(也就是轴向的长度,所述转动体2沿着所述轴向的长度被所述定子1的线圈所覆盖)以大约15.1Nm的最大转矩来输出大约4kW的额定功率。而对于除了稀土磁体的使用之外相同的电动机来说,则与此相反可以以大约41.2Nm的最大转矩来获得大约11kW的功率。这相当于以2.75的因数为幅度获得的功率提升和以大约2.73的因数为幅度获得的转矩提升。这两种电动机在此也可以大致具有相同的电动机质量(大约7410g)、有效的质量(大约5630g)以及所使用的铜的质量(大约1490g)。仅仅所使用的磁性材料的质量是不同的,其中会使用450g铁氧体材料和350g稀土材料。所述稀土磁体的、与铁氧体磁体相比也由于所使用的稀土材料的较小的质量而产生的较小的尺寸可以通过填充材料的使用来得到补偿,从而对于所述两种电动机来说产生相同的总重。在使用填充材料时,主要的优点是,所述转动体基体6的凹座的尺寸对于所有在组合件系统中存在的转动体2来说可以相同地构成。相应地,对于所述组合件系统来说,也只须提供所述转动体基体6的一种实施方式。
只要此外在所述组合件系统中设置通过大约为二的因数为所述定子并且为所述转动体的两种结构(铁氧体磁体和稀土磁体)进行的长度定标,那么对于所述具有所说明的尺寸的电动机的、前面所描述的设计方案来说,就可以以大约37mm的(最小)封包长度来覆盖1.5kW直至已经描述的4kW的、用于基于铁氧体磁体的电动机的功率范围,并且对于基于稀土磁体的电动机覆盖4kW直至已经描述的11kW的功率范围。总之,由此对于所有能够由所述组合件系统构成的电动机来说产生一种能够覆盖的、从1.5kW到11kW的功率范围,这相当于大约7.33的定标因数,而随之不会在所述定子1和转动体2上出现显著的、提高了制造成本的变化。对于所述永久磁体4的、相应可以使用的类型的选择以及具有相应所需要的轴向长度的定子1和转动体2的设计方案可以在没有制造成本的显著的提高的情况下并且尤其是在模具和机器中没有额外需要的投资的情况下实现。此外,可能有利的是,所述功率定标仅仅通过对于所述转矩的调整来实现,而所述能够利用的转速范围或者说转速带(Drehzahlband)和所述换向频率则可以保持相同。
能够由所述组合件系统构成的电动机的、这里所描述的几何形状和拓扑结构的特点在于明显的显著性(英语是:“saliency”),也就是所述虚拟的电感Ld和Lq的、关于固定在转动体上的坐标系统的、明显的区别。对于基于铁氧体磁体的电动机来说,加进来如在图3中示出的那样的、在从电枢调节运行到弱磁运行的转变的范围内在所述虚拟的电感的差(Ld-Lq)的方面的符号变换。图3示出了一张图表,该图范性地关于转速n示出了所述电动机的电感L的曲线。
一般来说,对于具有被埋入的磁体的电动机来说适用:(Ld-Lq)<0。因为一种预换向根据定义产生负的Id和正的Iq,所以对于所述转矩来说通过预换向(“phaseadvancing(相位提前)”)产生能够利用的一种(Ld-Lq)·Ld·Lq的附加转矩。
由所述组合件系统构成的、具有铁氧体磁体的电动机(试参照图3中的实线)在磁阻运行中以比具有稀土磁体的电动机(试参照图3中的虚线)大得多的贡献具有(Ld-Lq)>0。这能够通过在后换向(Nachkommutierung)(“phaseretarding(相位延迟)”)来利用显著的磁阻力矩,这不仅可以用于在这个范围内改进效率而且用于实现暂时的功率提升、所谓的增强功率(Boostleistung)。比如,这种增强功率对于用这样的电动机来驱动的双轮车来说可以用于爬升到马路边石上。
Claims (6)
1.组合件系统,用于构成具有不同的功率的至少一台第一电机和至少一台第二电机,其中所述电机构造为具有处于外部的定子(1)和处于里面的、拥有永久磁体(4)的转动体(2)的内转子,其特征在于定子(1),所述定子对于所述电机来说至少在其内直径的方面是相同的,而所述第一电机的转动体(2)具有铁氧体磁体并且所述第二电机的转动体(2)具有稀土磁体。
2.按权利要求1所述的组合件系统,其特征在于,所述电机的转动体(2)具有其永久磁体(4)的辐条布置结构。
3.按前述权利要求中任一项所述的组合件系统,其特征在于多台第一电机和/或多台第二电机,所述电机在其轴向的长度方面相互区别并且由此具有不同的功率。
4.按权利要求3所述的组合件系统,其特征在于,一种因数处于2与3之间,所述第一电机和/或第二电机的轴向长度以该因数相区别。
5.用于在利用按前述权利要求中任一项所述的组合件系统的情况下来制造电机的方法,其中根据所述电机的预先给定的功率来选择所述转动体(2)。
6.用于在利用按权利要求3或4中任一项所述的组合件系统的情况下来制造电机的方法,其中首先选择所述转动体(2)的、从所使用的永久磁体(4)的类型中产生的类型,并且随后选择所述定子(1)和/或转动体(2)的、与所述电机的所设置的功率相对应的轴向长度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160511 |