CN107787543B - 具有优化的几何形状的永久励磁的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永久励磁的电机（10），其具有定子（16），所述定子沿着所述定子（16）的周部具有彼此并列布置的和分别通过齿（18）彼此间隔的槽（20）。另外，电机（10）具有能够转动支承的转子（28），其中，所述转子（28）对于所述电机（10）的每个极（14）分别具有带有布置在其中的至少一个第一磁元件（36）的第一磁袋（34）和带有布置在其中的至少一个第二磁元件（40）的第二磁袋（38），其中，所述第一磁袋（34）和所述第二磁袋（38）分别具有磁袋高度（46）。根据本发明的电机的特征尤其在于，磁袋高度（46）与第一磁袋（34）和第二磁袋（38）的共同的极覆盖部（48）的比例计为0.03和0.041之间。由此，电机（10）能够尤其关于扭矩被优化。

Description

具有优化的几何形状的永久励磁的电机

技术领域

本发明涉及一种电机、例如电动机或者发电机。尤其，本发明涉及一种永久励磁的同步电机。

背景技术

电机应用在多个工业应用中并且越来越多在汽车工业中用作用于机动车的驱动器，例如用于混合动力车辆或者用于纯电驱动的机动车。

在机动车中所采用的电机通常被构造为永久励磁的同步电机并且具有定子以及相对于定子能够转动支承的转子。

转子通常具有一个或多个也称为转子组的片组，该片组由在转子的纵向延伸方向上彼此堆叠的板片形成。在转子的周向方向上间隔的转子空隙、所谓的磁袋中布置有永磁体，该永磁体的磁场通过与由定子生成的磁场的相互作用能够用于驱动所述转子。永久励磁的电机对于电机的每个极经常具有两个彼此V形地并且分别布置在磁袋中的永磁体。

尤其在所谓的SMG类型的电机（分离式电动发电机，SMG）中也经常使用具有槽数q=2的整数槽绕组，从而在转子和定子之间的气隙中能够产生具有小的谐波分量或小的谐波场分量（Oberfeldanteil）的磁场。这还能够引起的是：在永磁体中出现小的涡流损耗或铁损，从而永磁体的温度保持很小，并且能够使用成本低廉的永磁体等级。随着槽数q的升高，电机的铁损和由此总损耗在高转速时能够增加。

DE 10 2012 219 055 A1说明了对于电机的每个极具有各两个V形地布置在转子中的永磁体的转动的电机。永磁体在此彼此布置在磁极张开角中，该磁极张开角拥有在转子轴线上的顶点。

发明内容

发明优点

本发明的实施方式能够以有利的方式实现的是：关于最大能够产生的扭矩以及关于损耗、尤其涡流损耗和/或铁损，提供优化的电机。

按照本发明的一个方面，提出一种永久励磁的电机、例如永久励磁的同步电机。电机具有定子，该定子沿着定子的周部具有彼此并列布置的和分别通过定子的齿彼此间隔的槽，在该槽中分别布置有定子绕阻。另外，电机具有围绕转动轴线相对于定子能够转动支承的和同心于定子布置的转子，其中，转子对于电机的每个极分别具有带有布置在其中的至少一个第一磁元件的第一磁袋和带有布置在其中的至少一个第二磁元件的第二磁袋。第一磁袋和第二磁袋在此分别具有磁袋高度。根据本发明的电机的特征尤其在于，磁袋高度与第一磁袋和第二磁袋的共同的极覆盖部的比例计为0.03和0.041 之间。优选地，磁袋高度与第一磁袋和第二磁袋的共同的极覆盖部的比例计为0.0307 和0.0409 之间。电机的极能够在此称为电机的磁极和/或节段。该节段的角能够在此对应于360 除以电机的磁极的数量。

电机的转子能够具有至少一个由在转子的纵向延伸方向上彼此堆叠的板片形成的片组，在该板片中能够加入例如作为冲出部的磁袋。各个磁袋能够在此基本上延伸经过转子的整个长度并且对于每个磁袋能够将多个磁元件、例如以永磁体为形式在转子的纵向延伸方向上彼此并列布置和/或彼此堆叠。各个磁袋能够从而在转子中构造基本上方形的空隙，该空隙在穿过转子的横截面中具有各两个基本上彼此平行和平行于转子的转动轴线走向的主面，磁元件能够支撑在该主面上。换而言之，主面能够在电机的纵向延伸方向上或者轴向方向上延伸。磁袋高度能够在此表示磁袋的两个主面的间距。电机的各个磁袋能够具有基本上相同的磁袋高度。

第一磁袋和第二磁袋的共同的极覆盖部能够表示在第一磁袋的第一外棱边和第二磁袋的第二外棱边之间的角，其中，所述第一和第二外棱边能够布置在电机的极的两个对置的边缘区域处。换而言之，共同的极覆盖部能够表示在靠置在第一磁袋的第一外棱边处的第一支臂和靠置在第二磁袋的第二外棱边的第二支臂之间的角。极覆盖部在此典型地以度电（）来表示，度电能够通过电机的极对数换算为机械度。

通过具有磁袋高度与所述第一和第二磁袋的共同的极覆盖部的根据本发明的比例的电机的根据本发明的几何形状，能够以有利的方式优化和/或最大化电机的扭矩。尤其，能够由此优化和/或最大化电机的磁阻力矩，也即电机的扭矩，该扭矩由电机的几何形状或转子的板段在忽略基于磁元件的磁扭矩的情况下引起。在最大化磁阻力矩时，还能够节省用于磁元件的磁材料，从而能够节省用于电机的成本。

本发明的实施方式的构思能够尤其视为基于下述的想法和了解。电机的特征参量、例如扭矩和电机的损耗、尤其涡流损耗和/或铁损，能够与多个涉及电机的几何形状的参量（几何参量）和/或参数有关。此外，电机的特征参量彼此处于竞争中，也即，一个特征参量的优化能够导致其它的特征参量的变差。相应地，电机的几何参量和/或参数能够在竞争的特征参量之间的折衷方面被优化和/或选择，这例如能够在多目标优化的框架中被实现。电机的在发明中所提出的几何参量能够表现为关于电机的扭矩和/或功率的电机的这样的优化，其中，几何参量尤其在铁长度、损耗、品质和/或磁元件的价格、铜质量和/或扭矩波动性方面能够表现最佳的折衷。同样，几何参量能够这样被优化，使得例如一个特征参量在其它自由度最大化的同时被优化。尤其，根据本发明的电机能够这样被优化，使得该电机在小的损耗、成本低廉的磁体和小的扭矩波动性的同时能够具有高的扭矩密度和/或功率密度。

按照本发明的一个实施方式，第一磁元件和第二磁元件的极覆盖部计为104 和120 之间、优选104.1 和119.5 之间。第一和第二磁元件的极覆盖部能够在此表示第一和第二磁元件的共同的极覆盖部。极覆盖部能够被设置为在第一支臂和第二支臂之间的角，第一支臂能够靠置在第一磁元件的最接近定子的棱边处，第二支臂能够靠置在第二磁元件的最接近定子的棱边处。通过第一和第二磁元件的根据本发明所设置的极覆盖部，能够以有利的方式优化和/或最大化电机的扭矩。

按照本发明的一个实施方式，第一磁袋和第二磁袋的共同的极覆盖部计为152和175 之间、优选152.7 .和174.5 之间。通过第一和第二磁袋的根据本发明所设置的共同的极覆盖部，能够以有利的方式优化和/或最大化电机的扭矩。

按照本发明的一个实施方式，第一磁元件和第二磁元件彼此V形地布置，其中，第一磁元件和第二磁元件的V角分别计为10 （度机械）和29 之间、优选在11.0和28.3 之间。磁元件能够如此彼此V形地布置，使得该V形向着定子的方向打开。该V角能够在此设置在磁元件的最接近定子的棱边的水平切线和相应的磁元件的向着定子的方向指向的主面之间。第一和第二磁元件能够如此彼此V形地布置，使得在第一磁元件的纵向延伸方向和第二磁元件的纵向延伸方向之间的角能够对应于180 和V角的双倍值的差。

按照本发明的一个实施方式，定子的定子内直径与定子的定子外直径的比例计为0.6和0.8之间、优选0.64和0.72之间。由此能够以有利的方式进一步优化和/或最大化电机的扭矩。

按照本发明的一个实施方式，电机具有大于或等于一的槽数。尤其，电机能够具有等于二的槽数，其中，槽数能够是对于电机的每个极齿和条的槽的数量。通过根据本发明地选择槽数，能够以有利的方式减小磁场的谐波或磁场能够具有小的谐波场分量，这又有利地能够作用到电机的扭矩上。同样，由此能够将涡流损耗保持很小，这能够引起在电机的运行期间磁元件的减小的加热，从而能够采用尤其成本低廉的磁元件。

按照本发明的一个实施方式，定子和转子在电机的径向方向上通过气隙彼此间隔，其中，气隙的在径向方向上设置的气隙厚度与定子的定子内直径的比例计为0.006和0.012之间、优选0.0065和0.0115之间。由此能够以有利的方式减弱谐波场分量并且能够将涡流损耗和/或铁损保持很小。同样能够由此提高和/或优化电机的效率。

按照本发明的一个实施方式，定子的定子外直径计为100 mm和500 mm之间、优选110 mm和500 mm之间。

按照本发明的一个实施方式，电机的内部的极缝宽度与外部的极缝宽度的比例计为0.3和4.0之间、优选0.3和3.7之间。通常极缝能够表示磁袋之一的外棱边与电机的极的边缘或边缘部的间距。内部的极缝宽度能够在此表示V形布置的磁袋的径向位于内部的外棱边与极的边缘的间距，并且外部的极缝宽度能够表示磁袋的径向位于外部的外棱边与极的边缘的间距。磁袋的径向位于外部的外棱边在此在径向方向上相比于径向位于内部的外棱边更靠近于定子。

内部的极缝宽度与外部的极缝宽度的根据本发明的比例能够有利地作用到电机的稳定性以及扭矩上。

按照本发明的一个实施方式，在所述第一和第二磁袋之一和转子的转子外直径之间的接片的最小的在径向方向上设置的厚度小于或等于1.2 mm、优选小于或等于1.1 mm。同样，这能够有利地作用到电机的机械稳定性和扭矩上。接片能够在此表示在磁袋和转子外直径之间的区域，该区域能够在转子的周向方向上环绕所述磁袋。

按照本发明的一个实施方式，电机的极对数计为四。换而言之，电机能够具有四个极对或八个极。

按照本发明的一个实施方式，定子具有径向位于外部的轭，所述轭在周向方向上环绕定子的齿和槽，其中，所述轭的在径向方向上设置的厚度与定子的齿的在径向方向上设置的齿高的比例计为0.6和1.1之间、优选0.61和1.02之间。这样能够以有利的方式优化定子的导磁率。

按照本发明的一个实施方式，定子的齿的平均齿宽与齿的在径向方向上所设置的齿高的比例计为0.2和0.4之间、优选0.22和0.31之间。平均齿宽能够在此是齿的径向位于外部的宽度和齿的径向位于内部的宽度的总和的一半，其中，相应的宽度能够正交于径向方向来设置。

按照本发明的一个实施方式，定子的槽的外部的槽宽与内部的槽宽的比例计为0.9和1.1之间。外部的槽宽能够表示在槽的径向位于外部的棱边处的槽的宽度，并且内部的槽宽能够表示在槽的径向位于内部的棱边处的槽的宽度。径向位于内部的棱边能够在此在径向方向上对置于径向位于外部的棱边。槽宽能够分别正交于径向方向来设置。由此通过布置在槽中的定子绕阻所产生的定子磁场能够以有利的方式被进一步优化。此外，能够通过尽可能边沿平行的槽提供更大的铜填充因数和由此更低损耗的电机。

按照本发明的一个实施方式，第一磁袋和第二磁袋在电机的周向方向上通过转子的中部接片和/或桥部彼此间隔，其中，中部接片的厚度小于或等于1.2 mm、优选小于或等于1.1 mm。中部接片的厚度能够在此是中部接片的最小的厚度并且表示V形地彼此布置的磁袋的最小的间距。通过两个磁袋的小的间距能够确保的是：通过避免磁短路能够使用由磁元件所产生的磁场的一大部分用于驱动所述转子。相应能够由此进一步提高扭矩。

按照本发明的一个实施方式，第一和第二磁元件之一与中部接片的间距计为0 mm和2.3 mm之间、优选0.0 mm和2.2 mm之间。间距能够在此表示磁元件之一与中部接片的最小的间距并且例如被设置为从相应的磁元件的最接近中部接片的棱边到中部接片的对置于该棱边的棱边。

要指出的是，在此参照不同的实施方式来说明电机的可能的特征和优点中的几个特征和优点。本领域技术人员知道的是，能够以合适的方式将特征进行组合、适配或者更换，以便获得本发明的其它的实施方式。

附图说明

在下文参照附图来说明本发明的实施方式，其中，附图以及说明书均不以限制本发明的方式来解读，其中：

图1示出了按照本发明的一个实施方式的电机的一部分的横截面。

附图仅仅是示意性的并且并非比例恰当。相同的附图标记在附图中表示相同的或作用相同的特征。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的一个实施方式的电机10的一部分的横截面，其中展示了具有电机10的磁极14的节段12。电机10具有多个在周向方向上彼此并列布置的这样的节段12。电机10能够例如是永久励磁的同步电机。

电机10具有定子16。定子16沿着定子16的周部具有彼此并列布置的槽20，该槽分别通过定子16的齿18彼此间隔和/或分离。在槽20中分别布置有定子绕阻22。此外，定子16径向位于外部具有轭24，该轭在周向方向上环绕所述齿18和槽20。轭24能够由此表示定子16的外部区域。

另外，电机10具有围绕转动轴线26相对于定子16能够转动支承的和同心于定子16布置的转子28。转子28能够具有至少一个片组30，该片组能够由多个在转子28的纵向延伸方向上彼此堆叠的板片32组成。对于电机10的每个极14，转子28分别具有带有布置在其中的至少一个第一磁元件36的第一磁袋34和带有布置在其中的至少一个第二磁元件40的第二磁袋38。磁袋34、38能够例如作为冲出部加入到片组30或板片32中。磁袋34、38能够在此基本上延伸经过转子28的整个长度，并且对于每个磁袋34、38能够将多个磁元件36、40、例如永磁体在转子28的纵向延伸方向上彼此并列布置。磁袋34、38能够分别在转子28中构造基本上方形的空隙，该空隙在穿过转子28的横截面中具有各两个基本上彼此平行和平行于转子28的转动轴线26走向的主面42、44，磁元件36、40能够支撑在该主面上。两个主面42、44的间距被称为磁袋34、38的磁袋高度46。所述两个磁袋34、38能够另外关于极中部90在周向方向上对置。磁元件36、40能够靠置在主面42、44处或者与主面42、44至少之一间隔，也即磁元件36、40的高度能够小于磁袋高度46。

第一磁袋34和第二磁袋38具有共同的极覆盖部48，该极覆盖部通过在第一磁袋34的第一外棱边35和第二磁袋38的第二外棱边39之间的角给定。第一外棱边35和第二外棱边39在此布置在电机10的极14的两个对置的边缘区域处。换而言之，共同的极覆盖部48能够表示在靠置在第一磁袋34的第一外棱边35处的第一支臂49（或第一切线49）和靠置在第二磁袋38的第二外棱边39处的第二支臂51（或第二切线51）之间的角。极覆盖部48在此典型地以度电（）来表示，度电能够通过电机10的极对数换算为机械度。所述第一磁袋34和第二磁袋38的共同的极覆盖部48计为152 和175 之间、优选152.7 和174.5 之间。

另外，磁袋高度46与第一磁袋34和第二磁袋38的共同的极覆盖部48的比例计为0.03 和0.041 之间。优选地，磁袋高度46与共同的极覆盖部48的比例计为0.0307 和0.0409 之间。由此，能够以有利的方式优化和/或最大化电机10的扭矩、尤其磁阻力矩。

另外，电机10具有第一磁元件36和第二磁元件40的在104 和120 之间、优选在104.1 和119.5 之间的共同的极覆盖部52。极覆盖部52能够被设置为在第一支臂53（或第一切线53）和第二支臂55（或第二切线55）之间的角，第一支臂能够靠置在第一磁元件36的最接近定子16的棱边54处，第二支臂能够靠置在第二磁元件40的最接近定子16的棱边56处。

第一磁元件36和第二磁元件40 V形地彼此布置，其中，第一磁元件36和第二磁元件40的V角58分别计为10 （度机械）和29 之间、优选在11.0 和28.3之间。该V角58能够在此设置在磁元件36、40之一的最接近定子16的棱边54、56的水平切线59和相应的磁元件36、40的向着定子16的方向指向的主面60之间。

另外，定子16的定子内直径与定子16的定子外直径的比例计为0.6和0.8之间、优选0.64和0.72之间。定子16的定子外直径计为100 mm和500 mm之间、优选110 mm和500 mm之间。

电机10还具有大于或等于一的槽数。尤其，电机10能够具有等于二的槽数。电机10的极对数能够尤其计为四。

电机10的定子16和转子28在径向方向上通过气隙62彼此间隔，其中，气隙62的在径向方向上设置的气隙厚度64与定子16的定子内直径的比例计为0.006和0.012之间、优选0.0065和0.0115之间。

在第一磁袋34的第一外棱边35和极14的边缘65或边缘部65之间，以及在第二磁袋38的第二外棱边39和极14的另外的边缘67或另外的边缘部67之间，电机10分别具有极缝68。通常，极缝68能够表示磁袋34、38之一的外棱边35、39之一与电机10的极15的边缘65、67之一的间距。极缝68中的每一个极缝具有内部的极缝宽度70和外部的极缝宽度72。内部的极缝宽度70能够在此表示磁袋34、38之一的径向位于内部的外棱边71与极14的分别直接相邻布置的边缘65、67的间距，并且外部的极缝宽度72能够表示磁袋34、38之一的径向位于外部的外棱边73与极14的分别直接相邻布置的边缘65、67的间距。径向位于外部的外棱边73在此在径向方向上相比于径向位于内部的外棱边71更靠近于定子16。内部的极缝宽度70与外部的极缝宽度72的比例计为0.3和4.0之间、优选0.3和3.7之间。

在磁袋34、38和转子28的转子外直径之间，转子28具有接片74，该接片在磁袋34、38处在转子28的外周处沿着走向。接片74的最小的在径向方向上所设置的厚度92被设置在所述第一磁袋34和第二磁袋38和转子28的转子外直径之间，并且小于或等于1.2 mm、优选小于或等于1.1 mm。

另外，轭24的在径向方向上所设置的厚度25与定子16的齿18的在径向方向上所设置的齿高19的比例计为0.6和1.1之间、优选0.61和1.02之间。齿高19能够在此表示齿18的在径向方向上所设置的长度。

另外，定子16的齿18的平均齿宽与齿18的在径向方向上所设置的齿高19的比例计为0.2和0.4之间、优选0.22和0.31之间。齿宽能够通常表示两个直接相邻的槽20的间距。平均齿宽能够在此作为齿18的径向位于外部（最大）的宽度76和齿18的径向位于内部（最小）的宽度78的总和的一半，也即作为算术平均，其中，相应的宽度76、78能够正交于径向方向来设置。

另外，定子16的槽20的外部的槽宽80与内部的槽宽82的比例计为0.9和1.1之间。外部的槽宽80能够表示在槽20的径向位于外部的棱边81处的槽20的宽度，并且内部的槽宽82能够表示在槽20的径向位于内部的棱边83处的槽20的宽度。径向位于内部的棱边83能够在此在径向方向上对置于径向位于外部的棱边81。槽宽80、82能够分别正交于径向方向来设置。

第一磁袋34和第二磁袋38在电机10的周向方向上通过转子28的中部接片84或桥部彼此间隔，其中，中部接片84的厚度86小于或等于1.2 mm。中部接片84的厚度86能够在此表示V形地彼此布置的磁袋34、38的最小的间距。

此外，第一和第二磁元件36、40之一与中部接片84的间距88计为0 mm和2.3 mm之间、优选0.0 mm和2.2 mm之间。间距88能够在此表示磁元件36、40之一与中部接片84的最小间距，并且例如被设置为从相应的磁元件36、40的最接近中部接片84的棱边91到中部接片84。

Claims (13)

1.永久励磁的电机（10），其具有：

定子（16），所述定子沿着所述定子（16）的周部具有彼此并列布置的和分别通过所述定子（16）的齿（18）彼此间隔的槽（20），在所述槽（20）中分别布置有定子绕组（22）；以及

围绕转动轴线（26）相对于所述定子（16）能够转动支承的和同心于所述定子（16）布置的转子（28），

其中，所述转子（28）对于所述电机（10）的每个极（14）分别具有带有布置在其中的至少一个第一磁元件（36）的第一磁袋（34）和带有布置在其中的至少一个第二磁元件（40）的第二磁袋（38），

其中，所述第一磁袋（34）和所述第二磁袋（38）分别具有磁袋高度（46），

其特征在于，

所述磁袋高度（46）与所述第一磁袋（34）和所述第二磁袋（38）的共同的极覆盖部（48）的比例计为0.03mm/°电角度和0.041 mm/°电角度之间。

2.按照权利要求1所述的电机（10），

其中，所述第一磁元件（36）和所述第二磁元件（40）的共同的极覆盖部（52）计为104 °电角度和120°电角度之间。

3.按照权利要求1或2所述的电机，

其中，所述第一磁袋（34）和所述第二磁袋（38）的共同的极覆盖部（48）计为152 °电角度和175°电角度之间。

4.按照权利要求1或2所述的电机（10），

其中，所述第一磁元件（36）和所述第二磁元件（40）彼此V形地布置；并且

其中，所述第一磁元件（36）和所述第二磁元件（40）的V角（58）分别计为10°机械角度和29 °机械角度之间。

5.按照权利要求1或2所述的电机（10），

其中，所述定子（16）的定子内直径与所述定子（16）的定子外直径的比例计为0.6和0.8之间。

6.按照权利要求1或2所述的电机（10），

其中，所述电机（10）具有大于或等于一的每极每相槽数。

7.按照权利要求1或2所述的电机（10），

其中，所述定子（16）和所述转子（28）在所述电机（10）的径向方向上通过气隙（62）彼此间隔，并且

其中，所述气隙（62）的在径向方向上设置的气隙厚度（64）与所述定子（16）的定子内直径的比例计为0.006和0.012之间。

8.按照权利要求1或2所述的电机（10），

其中，所述定子（16）的定子外直径计为100 mm和500 mm之间。

9.按照权利要求1或2所述的电机（10），

其中，所述电机（10）的内部的极缝宽度（70）与外部的极缝宽度（72）的比例计为0.3和4.0之间。

10.按照权利要求1或2所述的电机（10），

其中，所述第一和第二磁袋（34、38）之一与所述转子（28）的转子外直径之间的接片（74）在径向方向上具有不同设置的厚度，其中最小的厚度（92）小于或等于1.2 mm；并且/或者

其中，所述电机（10）的极对数计为四。

11.按照权利要求1或2所述的电机（10），

其中，所述定子（16）径向位于外部具有轭（24），所述轭在周向方向上环绕所述定子（16）的齿（18）和槽（20），

其中，所述轭（24）的在径向方向上设置的厚度（25）与所述定子（16）的齿（18）的在径向方向上设置的齿高（19）的比例计为0.6和1.1之间。

12.按照权利要求1或2的电机（10），

其中，所述定子（16）的齿（18）的平均齿宽与齿（18）的齿高（19）的比例计为0.2和0.4之间；并且/或者

其中，所述定子（16）的槽（20）的外部的槽宽（80）与内部的槽宽（82）的比例计为0.9和1.1之间。

13.按照权利要求1或2所述的电机（10），

其中，所述第一磁袋（34）和所述第二磁袋（38）在所述电机（10）的周向方向上通过所述转子（28）的中部接片（84）彼此间隔，并且其中，所述中部接片（84）的厚度（86）小于或等于1.2 mm；并且/或者

其中，所述第一和第二磁元件（36、40）之一与所述中部接片（84）的间距计为0 mm和2.3mm之间。