CN106849417B - 具有转数高度稳定的转子的电机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种具有转数高度稳定的转子的电机。电机(1)具有能够围绕着旋转轴(7)旋转的转子(3)。所述转子(3)在径向上从外面被定子(2)包围。在所述转子(3)中引入了挖空部(9)。每两个在围绕着旋转轴(7)的圆周方向上看直接相邻的挖空部(9)布置成V形的，使得V的尖端朝向旋转轴(7)，并且V的腿部朝向定子(2)指向。就构成各一个V的多对挖空部(9)而言，挖空部(9)中的分别至少一个具有回线(12)，相应的挖空部(9)经过这个回线径向朝外敞开。

Description

具有转数高度稳定的转子的电机
技术领域
本发明由一种电机出发，
-其中，所述电机具有能够围绕着旋转轴旋转的转子，
-其中，所述转子径向地从外面被定子包围，
-其中，在转子中引入了许多挖空部，
-其中，每两个围绕着旋转轴在圆周方向上看直接相邻的挖空部布置成V形的，从而这个V的尖端朝向旋转轴，并且V的腿部指向定子。
背景技术
这类电机普遍公知。尤其是永磁激励同步机经常以这种方式构建。在这种情况下，在挖空部内布置了永磁体。
在永磁激励同步机作为电动汽车的牵引马达运行时，经常对电动机车的生产商提出以下要求，即，电机的转子必须能够以极高的转数旋转。尤其是在具有嵌入转子的永磁体的永磁激励同步机中，转子叠片组必须以如下方式设置，即，使得它能够承受作用到永磁体上的离心力。此外，转子既不能塑性变形，也不能破裂或者断开。
在现有技术中，通常为转子使用高硬度的电钢片。此外还以如下方式选择转子结构，即，使得在运行时出现的材料应力不超过允许的极限值。在实践中，这通常导致围绕着挖空部的区域充分严格地限定尺寸。然而，从电磁的角度看，这些区域(连接片)恰恰应该尽可能地薄，因为由此最小化漏磁通和短路磁通。相反地，较强的连接片又决定了需要需要更多的磁材料，由此增加了成本。因为在运行时出现的、此外还作用于永磁体的离心力，进一步使得内连接片延展，也就是说，转子的那些在每两个围绕着旋转轴的旋转方向上看直接相邻的、构成V的挖空部之间位于最窄部位上的区域。转子因此倾向于扩张。然而，这种扩张被外连接片阻碍，也就是说被转子的那些位于构成各一个V的两对挖空部之间的区域。然而，在那里却有高的切向应力作用于转子。
发明内容
本发明的目的在于，以如下方式构造开头所述类型的电机，即，使得尤其是降低切向应力。
该目的通过一种电机得以解决。
根据本发明，开头所述类型的电机通过以下方式构造，即，就构成各一个V形的多对挖空部而言，挖空部中的分别至少一个具有一个回线相应的挖空部经过这个回线径向朝外敞开。
基于这种构造方式，允许内连接片延展，从而允许转子的略微扩张，而不会导致转子圆周上出现不允许的高切向应力。
有可能的是，在围绕着旋转轴的圆周方向上看，在每个径向朝外敞开的挖空部之后分别是正好一个朝着径向朝外封闭的挖空部。作为替选有可能的是，在围绕着旋转轴的圆周方向上看，在每两个径向朝外敞开的挖空部之后分别是正好两个径向朝外封闭的挖空部。在这两种构造方式中，由于针对每个磁极有其中一个外连接片保留，所以相应的磁极仍然在切向上受支撑或被固定。
然而也有可能的是，就构成各一个V的多对挖空部而言，两个挖空部都径向朝外敞开。在这种情况下，离心力必须完全被内连接片拦截。
优选地，在回线回线中引入非磁性的填充材料，这种材料是电绝缘的或者导电性比转子差。尤其是当就构成各一个V的多对挖空部而言两者都径向朝外敞开时，这种构造方式是有利的。然而，即使是在就构成各一个 V的多对挖空部而言，只有其中一个径向朝外敞开时，这种构造方式也是可以实现的。由此能够以特别简单的方式拦截在切向上起作用的力或将其中的转矩从磁极传递到转子上。所述填充材料例如可以是GFK(玻璃纤维强化的人工材料)或者GFK(碳纤维强化的人工材料)。
有可能的是，这些挖空部是空的。在这种情况下，所述电机构造成磁阻电机。然而，通常在挖空部中布置了永磁体。在这种情况下，电机构造成具有内置磁体(IPM)的永磁激励同步机。
在将电机构造成同步机的情况下，所述挖空部和永磁体优选地在背离旋转轴的末端区域内具有相互协调的轮廓，经过该轮廓，基于转子的旋转作用于布置在相应的挖空部内的永磁体上的力至少部分地直接被导入转子的区域内。由此能够给内连接片减轻负担，也就是转子的那些在每两个在围绕着旋转轴的圆周方向上看直接相邻的、构成以V的挖空部之间处于最窄位置上的区域。
相互协调的轮廓可以根据要求确定。一种简单的构造方案由此得出，即，所述永磁体构造成方形的，并且所述挖空部在其与旋转轴背离的末端区域内具有一个止挡件。
一般而言，转子由许多转子叠片组成，这些叠片在旋转轴的方向上看相互堆叠。通过这种构造方式尤其是可以减少转子内的涡流。
所述电机原则上能够以任意的方式和方法使用。然而，它优选地被用作非轨道结合的陆用车辆，尤其是电动汽车，或者用作驱动飞行工具的飞行螺旋桨的电马达。
附图说明
结合下面对结合附图详尽阐述的实施例的描述，使得本发明的上述特征、特点和优点以及如何实现这些特征和优点的方式和方法变得更加清楚明白。在此以示意图示出：
图1示出了穿过电机的纵向剖面图，
图2示出了穿过图1所示的电机的转子的横截面的部分视图，
图3示出了穿过电机的转子的一种作为替选的构造方式的横截面的部分视图，
图4示出了穿过转子的另一种作为替选的构造方式的横截面的部分视图，
图5示出了一种陆用车辆以及
图6一种飞行工具。
具体实施方式
根据图1，总体上用附图标记1表示的电机具有定子2和转子3。在定子2中，正如常见的那样，布置了绕组系统。在图1中，从绕组系统中只能看出绕组头。例如，所述电机1可以构造成同步机。
根据图1中的示图，转子3通过转子轴4和轴承5支承在电机1的壳体6中。转子3由此能够围绕着旋转轴7旋转。转子3被定子2在径向上从外面地包围。所述电机1因此构造成内转子。
只要前文还有后文使用轴向、径向、切向这些概念，它们总是参照旋转轴7而言的。轴向是指与旋转轴7平行的方向。径向是指与朝向或者离开旋转轴7的、与旋转轴7正交的方向。切向是指不仅与轴向正交而且与径向正交的方向。切向因此表示在轴向位置恒定并且与旋转轴7具有恒定的径向间距时圆环形地围绕着旋转轴7取向的方向。
根据图1中的示图，转子3通常由许多转子叠片8组成，这些叠片在轴向上相互堆叠。根据图1和2，在转子叠片8中(或总体上在转子3中) 引入了挖空部9。在这些挖空部9中可以布置永磁体10。
在切向上看，每两个直接相邻的挖空部9都布置成V形的。多对挖空部9因此分别构成一个V。这个V的尖端径向靠内，也就是朝向旋转轴7。 V的腿部指向定子2。
如果存在永磁体，那么挖空部9不被永磁体10完全填满。挖空部9 的那些不被完全填满的区域一方面构成径向靠内的袋体11，另一方面构成径向靠外的回线12。袋体11和回线12的构造方式通常以如下方式优化，即，使得尽可能多的磁通经由定子2和转子3之间的空隙气隙流入定子3 中。就构成各一个V的多对挖空部9而言，相应的多对的回线12之一径向朝外敞开。经过相应的回线12从而也让相应的挖空部9本身径向朝外敞开。
图2示出了一个示图，其中，在切线上看，在每个径向朝外敞开的挖空部9后面分别刚好跟随着一个径向朝外封闭的挖空部9。在图2所示的构造方案中，因此就构成各一个V的多对挖空部9而言，只有一个径向朝外敞开。
图3示出了一种构造方案，其中，同样就构成各一个V的多对挖空部 9而言，只有一个径向朝外敞开。与根据图2所示的构造方案相反，在根据图3所示的构造方案中，然而在切向上看在每两个径向朝外敞开的挖空部9后面分别刚好跟随着两个径向朝外封闭的挖空部9。
在图4所示的构造方案中，就构成各一个V的多对挖空部9而言，两者都径向朝外敞开。尤其是在这种构造方案中，在回线12内引入了填充材料13。填充材料13是非磁性的并且优选地是电绝缘的。如果是导电的，它就具有相比转子3或其单个的转子叠片8更小的导电能力。这种导电能力例如可以在转子3或转子3的单个转子叠片8的导电能力的20％以下。尤其是可以在转子3或转子3的单个转子叠片8的导电能力的10％以下、5％以下和甚至2％以下或者1％以下。
尤其是在根据图4所示的构造方案中，填充材料13的存在是优选的。然而，原则上径向朝外敞开的挖空部12即使在根据图2和3所示的构造方案中也填充有填充材料13。
分别构成各一个V的多对挖空部9之间的区域14分别构成转子3的磁极。这些区域分别经由各一个内连接片15与转子3的内部区域16相连。在根据图2、3和4所示的每一种构造方案中，在电机1运行时基于转子3 的旋转对内连接片15作用有很大的离心力。这些离心力的一部分由所述区域14像这样地引起。如果存在永磁体10，这些离心力的另一部分由永磁体10引起。由这些区域14这样引起的离心力的部分必须始终经由内连接片15被导走，进入转子3的内部区域16。然而，由永磁体10引起的那部分离心力可以部分地被直接-也就是说在被内连接片15包围的情况下- 导入转子3的内部区域16中。为了这个目的，所述挖空部9和永磁体10 在挖空部9的径向靠外的末端区域中具有相互协调的轮廓18、19。经由这些轮廓18、19，可以让基于转子3的旋转作用于布置在相应的挖空部9 内的永磁体10上的力虽然通常无法完全地、然而至少部分地直接被导入转子3的这些区域20，这些区域位于构成各一个V的两对挖空部9之间。所述轮廓18、19例如可以由此相互协调，即，使得永磁体10方形地构成，并且所述挖空部9在其径向靠外的末端区域内具有一个止挡件。
图5示出了根据本发明的电机1的一种优选的使用方式。尤其是图5 示出了非轨道结合的陆用车辆21，也就是公路车辆。根据本发明的电机1 根据图5被用作陆用车辆21的牵引马达。陆用车辆21尤其是可以构造成电动汽车。
图6示出了根据本发明的电机1的另一种优选的使用方式。尤其是图6 示出了一个飞行工具22。根据本发明的电机1根据图6被用作电马达，这个电马达驱动飞行工具22的飞行螺旋桨23。所述飞行工具22可以是一种传统的飞机。在这种情况下，飞行螺旋桨23构造成牵引式或压力式推进器。作为替选，它可以是直升飞机。在这种情况下，飞行螺旋桨23构造成直升飞机的主转子。
总而言之，本发明的因此涉及以下内容：
电机1具有能够围绕着旋转轴7旋转的转子3。所述转子3在径向上从外面由定子2包围。在转子3中引入了许多挖空部9。每两个在围绕着旋转轴7的圆周方向上看直接相邻的挖空部9都布置成V形，使得V的尖端朝向旋转轴7，并且V的腿部朝向定子2指向。就构成各一个V的多对挖空部9而言，挖空部9中的分别至少一个具有一个回线12，相应的挖空部9经过这个回线径向朝外地敞开。
本发明具有许多优点。尤其是因为存在径向朝外敞开的回线12和挖空部9，所以明显减少了转子3的切向负载。虽然可能在有些情况下必须将内连接片15构造得略微强硬一些。然而这是可以毫无问题地做到并且不危险的。如果就构成各一个V的多对挖空部9而言，两个挖空部9都径向朝外敞开，切向力尤其是可以通过填充材料9被拦截。根据本发明的转子3还具有明显减少的短路磁路。由此能够更加有效地利用使用的磁材料。因此相对于现有技术的电机而言，可以或者节约磁材料，或者在磁材料的量相同的情况下实现更好的功率数据。由于轮廓18、19相互协调，所以可以减轻内连接片15的负担。磁极(也就是区域14)的钟摆运动受到转子3位于径向朝外不敞开的挖空部9的区域中的部分的阻碍，并且/或者受到填充材料13的阻碍。通过填充材料13并不产生额外的涡流损耗，并且此外也不会影响磁场通路。
尽管通过优选的实施例更详尽地阐述和说明了本发明的细节，但是本发明不受到公开例子的局限，并且专业技术人员能够从中推导出其他的变化方案，而不离开本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种电机，
其中，所述电机具有能够围绕着旋转轴(7)旋转的转子(3)，其中，所述转子(3)在径向上从外面被定子(2)包围，
其中，在所述转子(3)中引入了挖空部(9)，
其中，每两个在围绕所述旋转轴(7)的圆周方向上看直接相邻的挖空部(9)布置成V形的，使得V的尖端朝向所述旋转轴(7)，并且V的腿部朝向所述定子(2)指向，
其特征在于，就构成各一个V的多对挖空部(9)而言，所述挖空部(9)中的分别具有至少一个回线(12)，相应的挖空部(9)经过所述回线径向朝外敞开，
就构成各一个V的多对挖空部(9)而言，只有一个挖空部径向朝外敞开。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在围绕着所述旋转轴(7)的圆周方向上看，在每个径向朝外敞开的挖空部(9)之后分别是正好一个径向朝外封闭的挖空部(9)。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在围绕着所述旋转轴(7)的圆周方向上看，在每两个径向朝外敞开的挖空部(9)之后分别是正好两个径向朝外封闭的挖空部(9)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，在所述回线(12)中引入非磁性的填充材料(13)，并且所述填充材料是电绝缘的或者相比所述转子(3)传导性较差。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述挖空部(9)是空的。
6.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述挖空部(9)是空的。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，在所述挖空部(9)内布置了永磁体(10)。
8.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，在所述挖空部(9)内布置了永磁体(10)。
9.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述挖空部(9)和所述永磁体(10)在背离所述旋转轴(7)的末端区域内具有相互协调的轮廓(18、19)，经过所述轮廓，基于所述转子(3)的旋转作用于布置在相应的所述挖空部(9)内的所述永磁体(10)上的力至少部分地直接导入所述转子(3)的那些位于构成各一个V的两对挖空部(9)之间的区域内。
10.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述挖空部(9)和所述永磁体(10)在背离所述旋转轴(7)的末端区域内具有相互协调的轮廓(18、19)，经过所述轮廓，基于所述转子(3)的旋转作用于布置在相应的所述挖空部(9)内的所述永磁体(10)上的力至少部分地直接导入所述转子(3)的那些位于构成各一个V的两对挖空部(9)之间的区域内。
11.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，所述永磁体(10)构造成方形的，并且所述挖空部(9)在所述挖空部背离所述旋转轴的末端区域内具有一个止挡件。
12.根据权利要求10所述的电机，其特征在于，所述永磁体(10)构造成方形的，并且所述挖空部(9)在所述挖空部背离所述旋转轴的末端区域内具有一个止挡件。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述转子(3)由多个转子叠片(8)组成，所述转子叠片在所述旋转轴(7)的方向上看相互堆叠。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机用作非轨道结合的陆用车辆的牵引马达或者用作驱动飞行工具(22)的飞行螺旋桨(23)的电马达。
15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述陆用车辆是电动汽车。
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