CN106716781B - 具有低的槽漏磁的电机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机器(E)的主动部件(S)。主动部件(S)可以设计成定子(S)或者转子(10)并且具有至少两个槽(14)以及至少一个在相邻的槽(14)之间布置的接片(22)，槽用于相应地布置电线圈(W)的电线圈绕组(16)，接片用于引导磁通量(30)穿过线圈。电机器(E)应该具有高的效率。接片(22)为此为引导磁通量(30)而具有一种材料(36)，该材料至少区域性地具有带易磁化轴(38)和难磁化轴(40)的磁各向异性，其中，易磁化轴(38)平行于或者至少以相对于线圈(W)的线圈轴线(M)的小于25°的角度指向，该线圈包围接片(22)。

Description

具有低的槽漏磁的电机器

技术领域

本发明涉及一种用于电机器的主动部件，该主动部件可以设计成定子或者转子。该主动部件具有用于布置电线圈的线圈绕组的槽。在相邻的槽之间相应地形成接片，使得该接片能缠绕线圈绕组。通过该接片引导磁通量穿过线圈。

背景技术

主动部件在本发明的上下文中被理解为电机器的软磁部件，通过该部件，磁通量能被引导穿过在槽中布置的线圈绕组，从而闭合出电机器的磁性回路。磁性回路的漏磁通越少，那么电机器就能更高效地运行。

由于其规则的布置，接片也被描述成定子齿或者转子齿。在电机器中，定子齿和转子齿经常承受高的磁通密度，因为其担当气隙磁通的磁通收集功能。在该电机部分中的感应因此高于在机器的剩余部分中的感应。然而，在高的磁通密度的情况中出现磁场排挤(Feldverdraengung)，其例如能够利用熵增的原理来解释。这种磁场排挤使得磁场线从齿区域中排挤到相邻的槽中。因为在那里的磁阻明显大于在齿材料中的磁阻，因此磁压降在该路径上是很大的。因此需要更多的磁动势，这又减少了电机器的效率。

由UK 1 114 562公开了一种用于磁阻电机的转子，其不具有自身的磁激励，但是为此具有在转子的磁极之间的通量引导路径。为了对通量引导进行改善，转子叠层地设计，由此获得磁各向异性，其优先方向或者易磁化轴在重叠层的一个平面中延伸并且其难磁化轴横向于重叠层的延伸方向延伸。与通常的具有叠片的转子体的转子不同的是，重叠层因此并不垂直于旋转轴线延伸，而是沿着或者平行于转子的旋转轴线延伸。

由JP 4343281B2公开了一种磁阻转子，其中通量引导路径并不通过软磁的转子体的叠层形成，而是通过铁体的微晶各向异性形成。

由EP 1 696 534 A1公开了一种电机器，其中，定子的定子齿由磁各向异性的材料制成。为此，磁粉末可以作为制造材料的基础。定子的定子磁轭同样可以由磁各向异性材料制成。定子齿的极靴由磁各向同性的材料制成。

发明内容

本发明的目的在于无漏磁地设计电机器。

根据本发明提供了一种用于电机器的主动部件，其中，该主动部件设计成定子或者转子。对于电机器是旋转机器的情况来说，主动部件即设计成旋转机器的定子或者转子。主动部件具有至少两个槽，槽用于布置电机器的电线圈的线圈绕组。在相邻的槽之间相应地提供有接片，该接片能够提供或者展现为槽的壁。接片为此设计为闭合出电机器的穿过线圈的磁回路，也就是说，引导磁通量穿过线圈。为此，接片具有铁磁的、尤其是软磁的特性。

必须避免的是，由接片引导的磁通量的过多部分因为高的磁通密度从接片中漏出并且因此不在接片中，而是平行地在槽中和在其中布置的电线圈中延伸。为此根据本发明，接片为了引导磁通量而具有一种材料，该材料至少区域性地具有带有易磁化轴和难磁化轴的磁各向异性。用于易磁化轴的另外的定义是优先方向。易磁化轴平行于或者至少以相对于电线圈的线圈绕组的线圈轴线的小于25°，尤其是小于15°的角度指向，该线圈包围接片。

通过本发明获得这样的优点，即漏磁通横向于线圈轴线，也就是说漏磁通在平行于绕组平面的平面中通过易磁化轴的指向减小。

本发明提出，在接片中仅仅槽壁具有所述材料并且接片具有由各向同性的软磁材料构成的核芯。槽壁在此是接片的限界了邻接的槽的部分。该设计方案阻止了，接片的磁导能力通过该材料显著地受阻，这尤其在大型的电机，也就是具有超过10KW的，尤其是超过50KW的功率的电机的情况中是有利的。

在一个设计方案中，具有相对透磁率的最小值的难磁化轴垂直于易磁化轴指向。这可以通过各向异性的材料的相应的材料选择来实现。垂直于易磁化轴的难磁化轴具有优点，即漏磁通的从接片离开在槽的方向上漏出的分量还可以被进一步地降低。

在一个设计方案中提供在相应的接片上布置的极靴，其由各向同性的铁磁的、尤其是软磁的材料构成。极靴由此能够将在接片中集束的磁通量特别良好地分配到气隙中或者正好相反能够将从气隙向着接片引导的磁通量通过极靴特别良好地共同引导。

在本发明的一个设计方案中，在接片的材料中形成滑槽或者滑轨，并且接片在主动部件的磁轭的与滑槽或者滑轨相对应的引导装置中推移。磁轭被理解成主动部件的以下部分，其将接片机械地连接并且形成槽的槽底。通过在接片的磁各向异性材料中形成滑槽或者滑轨获得了以下优点，即接片通过形状配合保持在磁轭中。为此可以放弃接片焊接或者粘接在磁轭上。由此获得了主动部件的简化的制造能力。

磁轭可以由软磁材料制成。例如，磁轭能够以已知的方式以铁磁的、尤其是软磁的叠片为基础设计作为叠片组。

但是本发明的一个设计方案提出，主动部件的磁轭同样具有磁各向异性的材料，并且在磁轭中材料的易磁化轴平行于槽的槽底或者至少以相对于槽底的平面的小于25°、尤其是小于15°的角度指向。在旋转机器的情况中，也就是说易磁化轴优选地沿着周向方向或者相对于转子或者定子的圆周的切向指向、或者相对于相应的切线以小于25度、尤其是小于15°的角度指向。尤其是该设计方案被提出用于以下情况，即主动部件设计成定子。在磁轭中提供磁各向异性材料具有优点，即主动部件的电磁兼容性被改善，换句话说，从主动部件中向外由电机器中漏出的漏磁通强度通过在磁轭中的材料降低到小于最高值的数值上。

在一个设计方案中，所使用的磁各向异性材料仅仅具有唯一的易磁化轴。为此，磁通引导即使在主动部件相关于一个方向移动时也是稳定的，因为磁通量不会在多个易磁化轴之间变换其方向。

当材料的相对透磁率沿着易磁化轴具有大于15，尤其是大于20的值，并且沿着难磁化轴具有小于5，尤其是小于2的值时，是特别合适的。在此，接片的场引导特性一方面能够与漏磁场的抑制特别良好地组合。为了获得描述的磁特性，合金、在构造接片时的退火过程以及用于施加各向异性的磁场能够被提供作为制造转子时的参数。简单的实验在此实现了制造过程的参数化，从而获得用于相对透磁率的所描述的值。各向异性尤其通过磁结晶各向异性影响。

特别合适的是一种材料，该材料的磁饱和度在磁通密度超过0.8特斯拉时尤其为至少1.0特斯拉。由此获得一个优点，即磁通量能够高效地用于驱动转子。

为了实现所有描述的磁特性，本发明的一个设计方案提出，材料具有钕铁硼，NdFeB。该材料包含在合金中，在该合金中能够将相对磁通渗透性调节到所描述的值并且能够通过小于每米十千安的矫顽场强在接片中形成所描述的场引导的特性。该材料也就是说不具有永磁铁，而是具有磁通量引导特性。

如已经实施的那样，具有带有磁线圈的定子并具有转子的电机器也属于本发明，其中根据本发明定子和/或转子相应地具有主动部件，其展现为根据本发明的主动部件的设计方案。

在电机器中提供的主动部件尤其是这样主动部件，通过该主动部件在机器中产生磁激励，也就是说通过相应的主动部件和通过布置在主动部件的槽中的线圈绕组电地产生用于机器的磁激励。在由电激励的线圈绕组给出的接片和极靴中，磁通量特别的大，从而在此使用磁各向异性的材料是特别有利的。与之不同的是，在发电机运行中，被动励磁的线圈有利地具有富磁的极靴，其不具有磁各向异性，从而由此通过极靴接收和通过发电机线圈引导尽可能大量的磁通量。

属于本发明的还有用于制造根据本发明的主动部件的方法。该方法包括以下步骤，即形成用于布置线圈绕组的槽以及形成在相邻的槽之间的接片。在每个接片的材料中相应地提供磁各向异性，其中，在每个接片的情况中，各向异性的易磁化轴平行于或者至少以相对于线圈的线圈轴线的小于25°、尤其是小于15°的角度指向，其中，该线圈包围接片。本发明提出，在接片中仅仅槽壁具有所述材料并且接片具有由各向同性的软磁材料制成的核芯。

在一个设计方案中，每个接片通过压制粉末和/或颗粒来形成。该粉末和/或颗粒相应地具有所述材料。在压制期间，该粉末和/或颗粒被同时加载磁场。由此，在压制期间在材料中引入各向异性。该设计方案具有优点，即接片能够具有通过相应的压模自由设定的构型。

附图说明

接下来描述本发明的实施例。在此示出：

图1示出了根据本发明的机器的一个实施例的纵向截面的示意图，

图2示出了图1中的电机器的定子的横截面的示意图，其中，该定子设计成根据本发明的主动部件，

图3示出了在定子的槽中具有漏磁通的定子的定子齿的横截面的示意图，

图4示出了定子齿的横截面的示意图，

图5示出了主动部件的定子齿的横截面的示意图，

图6示出了根据本发明的一个实施例的主动部件的定子齿的横截面的示意图。

具体实施方式

接下来描述的实施例是本发明的优选的设计方案。但是，在该实施例中，该设计方案的描述的组件相应地展示了本发明的各个彼此不依赖地考虑的特征，其也相应彼此不依赖地改进本发明并且由此也单独地或者在另外的示出的组合中被视为本发明的组成部分。此外，描述的设计方案也通过另外的已经描述的根据本发明的特征来补充。

在图1中在纵向截面中示出了电机器E，其中其例如可以是同步电机。在图1中旋转轴线A也是图示的对称轴线。电机器E包括定子S，在定子中布置有电线圈W的绕组，其中在图1中仅仅示出了线圈W中的一个。线圈W可以通过交流电源C交替地供电，由此在定子S的内部在电机器E的气隙L中产生磁旋转场。交流电源C例如可以是逆变器或者频率固定的供电网络。电机器E也能够设计成发电机，其中交流电源C可以被放弃或者通过整流器代替。

转子10可以处于定子S的内部，该转子能够与轴D抗扭地连接。轴D能围绕旋转轴线A旋转地支承在定子S中。

转子10表现为电机器E的转子。转子10可以是根据本发明的主动部件的设计方案。定子S也能够是根据本发明的主动部件的设计方案。

接下来参考图2至图6来描述根据定子S的用于本发明的实施例。该描述也涉及用于根据本发明的转子和根据本发明的直线转子的相应的设计方案。

如在图2中所示，定子S可以具有定子齿12，在其之间形成槽14。在槽14中可以布置线圈W的线圈绕组16。每个定子齿12在此能够相应地由电线圈W的线圈绕组16缠绕或者包围。通过线圈绕组16的布置获得绕组平面P，其垂直于图2的绘图面延伸。线圈轴线M垂直于绕组平面P。定子齿12可以在磁轭18上沿着其内圆周20布置。绕组平面P相对于内圆周20切向地布置。线圈轴线M相对于旋转轴线A径向地指向。

每个定子齿12可以具有由导磁的材料、也就是铁磁的、尤其是软磁的材料制成的接片22。接片22表现为定子齿12的齿颈。在接片22上能够以自身已知的方式布置有极靴24，其能够向着气隙L和转子10限界接片22。在极靴24之间通过其在相应相邻的极靴24之间的间距给出了极隙26。

线圈绕组16也可以是激励线圈，其能够在定子齿12中相应地施加磁通量30。磁通量30应该以理想的方式完全地在接片22中受引导。因此应该避免，即如图3中所示的漏磁通32从接片22的槽壁34流出到槽14中的(在图3中没有更多地示出的)线圈绕组16中。在定子齿12中的感应引发了磁通量30的磁场挤压，从而导致漏磁通32。在此，甚至可以发生，磁力线也横跨槽14并且进入到相邻的定子齿12中，这导致用于通量路径的较大的磁阻。

如在图4至图6中可见，在电机器E的情况中为此在接片32中能够提供磁各向异性材料36。在图4至图6中相应地通过材料36的易磁化轴38的指向来明确材料的存在。

在图4中示出，材料36如何能够完全地提供在整个接片22中。易磁化轴38在此优选地平行于线圈轴线M指向。难磁化轴40有利地垂直于易磁化轴38指向，也就是说平行于绕组平面。易磁化轴38和线圈轴线M也能够合围出一个角度，其小于25度，尤其是小于15度。通过易磁化轴38平行于线圈轴线M的指向以及尤其是难磁化轴40横向于、尤其是垂直于线圈轴线M的指向，由槽壁34中流出的漏磁通32相对于以下的接片被减少，该接片设计为完全由磁各向同性的软磁材料制成。

在图4中示出，电机器的定子齿12如何能够具有磁各向异性的软磁材料36，这确切地说通过整个齿颈以由材料36构成的接片22的形式制成来实现。通过极靴24形成的齿尖此外可以由磁各向同性的软磁材料构成。通过由软磁的各向同性的材料制成的极靴和由各向异性的材料36制成的接片22相组合，此外形成了磁通量在气隙L中的有利分配，该分配不会或者仅仅不显著地取决于接片22的材料36。该材料尤其能够以描述的方式具有NeFB。

在图5中示出了，定子齿或者接片22能够如何锚定或者固定在磁轭18中。接片22在此可以由磁各向异性的材料36形成。对于材料36没有通过示出的布置提供特别的机械要求。接片22可以具有滑槽44，在该滑槽中可以啮合有磁轭38的滑轨46。接片22由此通过形状配合保持在磁轭18中。滑轨46展现为导向装置。该布置也可以另外地设计具有在接片22上的滑轨和在磁轭18中的相应的滑槽。通过由滑槽44和滑轨46构成的布置，齿颈、也就是接片22能够为了更好的制造能力而配备有相应的配合部，从而其能够推入到磁轭18中。

磁轭18可以由各向同性的软磁材料制成或者同样由具有沿着内圆周20的易磁化轴的各向异性的软磁材料制成，从而降低在电机器E的主动部件外的漏磁通。换句话说，易磁化轴38平行于槽14的槽底34’的平面指向。这可以尤其在相关于电磁兼容性方面敏感的环境中是有利的。

在图6中示出了一个根据本发明的设计方案，其特别在大型电机的情况中是有利的。在图6中再次没有示出绕组16。在接片22的情况中，接片核芯48由各向同性的软磁材料制成。槽壁38具有由磁各向异性的材料36制成的层50。易磁化轴38以描述的方式优选地平行于线圈轴线M指向。层50在纵向侧以材料36罩住齿颈。在转子的情况中，易磁化轴38径向地或者在直径上在旋转机器的横截面中指向。该设计方案的优点在于，定子S能够具有例如由叠片组构成的常规构造并且因此通过层50降低了槽漏磁32。

至今为止，电机器的定子齿由电工钢板或者另外的磁各向同性的材料制成。使用所述各向异性的软磁材料作为原料有利地降低了槽漏磁32，从而获得很小的电压需求。由此可以提高机器的绕组数。这导致电流需求降低，这导致了在整流器和电机的情况中的成本下降。该下降的电流排挤降低了电机损失并且由此实现了机器功率的提高。

通过使用各向异性的软磁材料也就是说可以更好地在齿中疏导磁通并且阻止了场力线流入到槽空间中。各向异性的材料优选地具有这样的特性，即其易磁化轴具有大于15，尤其是大于20的相对渗透性并且与该易磁化轴正交的所有其他轴线具有明显更小的渗透性，尤其是小于5，尤其是小于2。

如果各向异性的软磁材料的易磁化轴布置在希望的通量方向中，那么使得磁力线从齿的区域中的流出变得困难。因此降低在所有的机器的情况中存在的槽漏磁感应，但是不会有助于转矩的产生。较小的漏磁感应也改善了功率因数cosphi。此外，也降低了在线圈绕组的导体中的电流排挤以及在线圈的并联的部分导体的情况中的回路电流(常常也被描述成环电流)。

总体上，通过实例示出，如何能够通过本发明使得在定子和/或转子中的漏磁通保持很小。

Claims (21)

1.一种用于电机器(E)的主动部件(S)，其中，所述主动部件(S)设计成定子(S)或者转子(10)并且具有至少两个槽(14)以及至少一个布置在两个相邻的所述槽(14)之间的接片(22)，所述槽用于相应地布置电线圈(W)的电线圈绕组(16)，所述接片用于引导磁通量(30)穿过电线圈，其中所述电线圈包围所述接片(22)，其中，所述接片(22)为了引导磁通量(30)而具有一种材料(36)，所述材料至少区域性地具有带易磁化轴(38)和难磁化轴(40)的磁各向异性，其中，易磁化轴(38)平行于所述电线圈(W)的线圈轴线(M)指向或者至少以相对于所述电线圈(W)的线圈轴线(M)的小于25°的角度指向，其特征在于，通过所述接片(22)形成每个邻接的所述槽(14)的相应的槽壁(34)，并且在所述接片(22)中所述槽壁(34)具有所述材料(36)并且所述接片(22)具有由各向同性的软磁材料构成的核芯(48)。

2.根据权利要求1所述的主动部件(S)，其中，所述主动部件(S)设计成旋转机器(E)的定子(S)或者转子(10)。

3.根据权利要求1或2所述的主动部件(S)，其中，在所述接片(22)上布置的极靴(24)由各向同性的软磁材料(42)提供。

4.根据权利要求1或2所述的主动部件(S)，其中，在所述接片(22)中形成有滑槽(44)或者滑轨，并且所述接片(22)在所述主动部件(S)的磁轭(18)的相对应的导向装置(46)中推移。

5.根据权利要求3所述的主动部件(S)，其中，所述接片(22)形成有滑槽(44)或者滑轨，并且所述接片(22)在所述主动部件(S)的磁轭(18)的相对应的导向装置(46)中推移。

6.根据权利要求1或2所述的主动部件(S)，其中，所述材料(34)仅仅具有唯一的易磁化轴(38)。

7.根据权利要求5所述的主动部件(S)，其中，所述材料(34)仅仅具有唯一的易磁化轴(38)。

8.根据权利要求1或2所述的主动部件(S)，其中，所述难磁化轴(40)垂直于所述易磁化轴(38)指向。

9.根据权利要求7所述的主动部件(S)，其中，所述难磁化轴(40)垂直于所述易磁化轴(38)指向。

10.根据权利要求1或2所述的主动部件(S)，其中，所述材料(36)的相对透磁率沿着所述易磁化轴(38)具有大于15的值，并且沿着所述难磁化轴(40)具有小于5的值。

11.根据权利要求9所述的主动部件(S)，其中，所述材料(36)的相对透磁率沿着所述易磁化轴(38)具有大于15的值，并且沿着所述难磁化轴(40)具有小于5的值。

12.根据权利要求11所述的主动部件(S)，其中，所述材料(36)的相对透磁率沿着所述易磁化轴(38)具有大于20的值，并且沿着所述难磁化轴(40)具有小于2的值。

13.根据权利要求1或2所述的主动部件(S)，其中，所述材料(36)的磁饱和度在磁通密度超过0.8特斯拉时为至少1.0特斯拉。

14.根据权利要求12所述的主动部件(S)，其中，所述材料(36)的磁饱和度在磁通密度超过0.8特斯拉时为至少1.0特斯拉。

15.根据权利要求1或2所述的主动部件(S)，其中，所述材料(36)具有钕铁硼。

16.根据权利要求14所述的主动部件(S)，其中，所述材料(36)具有钕铁硼。

17.根据权利要求1或2所述的主动部件(S)，其中，所述主动部件(S)的磁轭(18)同样具有磁各向异性的材料(36)，并且在所述磁轭(18)中所述材料(36)的易磁化轴(38)平行于所述槽(34’)的槽底或者至少以相对于所述槽底(34’)的平面小于25°的角度指向。

18.根据权利要求15所述的主动部件(S)，其中，所述主动部件(S)的磁轭(18)同样具有磁各向异性的材料(36)，并且在所述磁轭(18)中所述材料(36)的易磁化轴(38)平行于所述槽(34’)的槽底或者至少以相对于所述槽底(34’)的平面小于25°的角度指向。

19.一种具有带有电线圈(W)的定子(S)和转子(10)的电机器(E)，其特征在于，所述定子(S)和/或所述转子(10)相应地具有根据权利要求1至18中任一项所述的主动部件(S)。

20.一种用于制造根据权利要求1至18中任一项所述的主动部件(S)的方法，具有以下步骤：

-形成用于布置相应的电线圈(W)的电线圈绕组(16)的槽(14)以及形成在相邻的所述槽(14)之间的相应的接片(22)；

-在每个接片(22)的材料(36)中相应地提供磁各向异性，其中，在每个接片(22)中，各向异性的易磁化轴(38)平行于所述电线圈(W)的线圈轴线(M)指向或者至少以相对于所述电线圈(W)的线圈轴线(M)的小于25°的角度指向，其中，所述电线圈的电线圈绕组(16)布置在相应邻接的所述槽(24)中，

其特征在于，通过所述接片(22)形成每个邻接的所述槽(14)的相应的槽壁(34)，并且在所述接片(22)中所述槽壁(34)具有所述材料(36)，并且所述接片(22)具有由各向同性的软磁材料制成的核芯(48)。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述接片(22)通过压制相应地包含所述材料(36)的粉末和/或颗粒以及同时加载磁场来形成。