CN108702039B - 异步电机 - Google Patents

Abstract

对于特别地用于在电动车辆或者混合动力车辆中使用的异步电机（1），包括转子（10）以及围绕着所述转子（10）的定子（20），其中在所述定子（20）上构造了位于外部的、具有定子轭高度（h21）的定子轭（21），并且在所述定子轭（21）上构造了多个径向地向内突出的、相同长度的定子齿（22），其中在相邻的定子齿（22）之间分别构造了定子凹槽（23），其中在所述转子（10）上构造了位于内部的转子轭（11），并且从该转子轭（11）构造了多个径向地向外突出的、相同长度的转子齿（12），其中在相邻的转子齿（12）之间分别构造了转子凹槽（13），其中所述异步电机六相地实施，建议了：定子凹槽总数（N1）为72，所述定子凹槽总数表示构造在定子（20）上的定子凹槽（23）的总数量。

Description

异步电机

现有技术

本发明涉及一种具有独立权利要求1的前序部分的特征的异步电机，该异步电机特别地用于在电动车辆或者混合动力车辆中使用。

在很多技术领域中——例如用于电动-或者混合动力车辆或者用于列车——使用了异步电机。所述异步电机在此可以作为马达或者作为发电机工作。

异步电机也被称为感应电机，具有定子和转子作为主要的结构部件。与在另外的电机中类似，在定子中放置了线圈，通过所述线圈在定子中产生了旋转的磁场，该旋转的磁场以同步转速沿着孔周边旋转。所述转子可以包括条棒，所述条棒通过两个短路环能够传导地连接到笼。通过旋转的磁场，在能够传导的笼中感应了交流电。通过定子的旋转的磁场与在转子中感应的磁场的相互作用就产生了扭矩。

例如对于部分地也被称为感应马达的异步电机例如在WO 2014/090440 A2中被发现。

为了运行异步电机，使用了也被称为变流器或者脉冲逆变器的转换器，所述转换器提供了用于异步电机的相电流。所述转换器的功率一方面通过功率半导体的最大的截止电压来限制，另一方面通过功率半导体的最大地允许的电流来限制。因此，导体模块的电流承载能力是对于能够传输的功率的限制的因素。通过使用多个模块来提升功率是可能的，这例如能够通过相比于三相的转换器以及马达变型方案而增加相数来实现。转换器的基础的设计在此被保留，基本上改变了半导体模块的数量。例如当将异步电机的三相的设计变型方案增加到六相的设计变型方案时，理论上可以使功率加倍。当增加相数时必须考虑到异步电机的功率的热特性的、噪音产生（Geräuschentwicklung）的以及扭矩波动的优化来开发新的机器拓扑（Maschinentopologie）。

本发明的公开内容

根据本发明建议了一种特别是用于在电动车辆或者混合动力车辆中使用的异步电机。所述异步电机包括转子和围绕着该转子的定子，其中在定子上构造了位于外部的、具有一种定子轭高度的定子轭，并且在该定子轭上构造了多个径向地向内突出的、相同长度的定子齿，其中在相邻的定子齿之间分别构造了定子凹槽，其中在转子上构造了位于内部的转子轭，并且从所述转子轭构造了多个径向地向外突出的、相同长度的转子齿，其中在相邻的转子齿之间分别构造了转子凹槽。所述异步电机被六相地实施。根据本发明，定子凹槽总数为72，所述定子凹槽总数表示构造在定子上的定子凹槽的总数量。

本发明的优点

相比于现有技术，具有独立权利要求所述的特征的异步电机具有以下优点：该异步电机通过异步电机的六相的实施方案以及72的定子凹槽总数的组合拥有有利地高的功率以及有利地高的扭矩。

本发明的另外的有利的构造方案和改进方案通过在从属权利要求中给出的特征是可能的。

在特别地有利的实施例中，由定子轭高度和定子空隙数所得出的商在3.5毫米和4.5毫米之间，其中定子空隙数表示异步电机的每一极和每一相的定子凹槽的数量。通过这种有利的数值比例有利地增大了异步电机的扭矩和功率。

如果由定子轭高度和转子空隙数所得出的商在4.0毫米和5.0毫米之间，其中转子空隙数表示异步电机的每一极和每一相的转子凹槽的数量，那么就得出一种特别地有利的几何造型，通过该几何造型进一步增大了所述异步电机的扭矩和功率。

特别有利地，由定子轭高度和由所述定子空隙数与定子齿的平均的宽度的乘积所得出的商在0.8和1.2之间，特别地在0.9和1.1之间。这具有下述优点：这样地构造的异步电机的特征在于特别高的功率以及特别高的扭矩。

此外被证明是特别有利的是：由定子轭高度和由转子空隙数与转子齿的平均的宽度的乘积所得出的商在0.8和1.2之间，特别是在0.9和1.1之间。这有利地导致了所述异步电机的扭矩的功率的进一步的增加。

有利地，所述六相的异步电机包括两个三相系统，所述两个三相系统电地以30度为幅度相互地进行相位推移。因此进一步地增加了所述异步电机的扭矩和功率，并且所述六相系统可以有利地简单地由两个三相系统组合而成。

在特别地有利的实施例中，转子凹槽总数为52到58，特别地为54。这样的转子凹槽总数有利地降低了寄生的效应（parasitäre Effekte）——例如电磁地激励的噪声或者电磁地激励的扭矩波动。

被证明为特别有利的是：所述异步电机具有为3的极对数。这样地实施的异步电机的特征在于：有利地被减到最小的寄生的效应——例如电磁地激励的噪声或者电磁地激励的扭矩波动。此外，定子可以通过为3的极对数，相比于具有更小的极对数的异步电机、由于在定子轭之内的更小的轭饱和度而有利地更小地确定尺寸，由此也可以有利地减低所述异步电机的总重量，并且也可以达到有利地更高的总转速。

在特别有利的实施例中，定子的外直径在210毫米和230毫米之间，特别地在215毫米和225毫米之间，优选地特别地在218毫米和222毫米之间。所述定子的这样确定尺寸的外直径有利地就增加扭矩以及减少寄生的效应（例如电磁地激励的壳体或者电磁地激励的扭矩波动）而言使得所述电机最优化。

附图的简短说明

本发明的实施例在附图中被示出，并且在以下的说明中被进一步地阐述。附图示出了：

图1 根据本发明的异步电机的实施例的示意性的示图，

图2 通过根据本发明的异步电机的实施例的示意性的横截面图，

图3 通过根据本发明的异步电机的实施例的放大的示意性的横截面图，

图4 通过根据本发明的异步电机的实施例的进一步放大的示意性的横截面图，

图5 根据本发明的异步电机的实施例的绕组相的示意性的区域规划图的局部图。

本发明的实施方式

根据本发明的异步电机可以被多样地应用，例如该异步电机可以被设置用于在电动车辆或者混合动力车辆中使用，在那里，该异步电机例如可以结合也被称为变流器（Umrichter）或者脉冲逆变器的转换器在马达-或者发电机运行中被运行。

图1示出了根据本发明的异步电机1的第一实施例的示意性的示图。该异步电机1包括转子10和围绕着该转子10的定子20。所述转子10因此布置在所述定子20之内，并且例如能够围绕着轴线2旋转。所述转子10以及所述定子20例如具有基本上柱形的形状。在该实施例中，在所述定子20和所述转子10之间构造了间隙3，以至于所述转子10和定子20在转子10旋转时不接触。此外在图1中示出了轴向的方向a，该方向借助于方向箭头示出，该方向箭头相应于一种轴线，转子10在所述异步电机1运行时围绕着该轴线旋转。此外，在图1中示出了径向的方向r，该径向的方向垂直于所述轴向的方向a。

图2示出了通过异步电机1的所述实施例的示意性的横截面图，该横截面图在垂直于异步电机1的轴向方向a的平面中穿过所述异步电机1的转子10和定子20。图3和图4示出了来自图2的横截面的放大的局部图。

定子20具有在径向的方向r上位于外部的定子轭21。所述定子轭21例如柱形地构造，并且因此在图2中示出的横截面中环形地示出。所述定子轭21在径向的方向r上的尺寸被称为定子轭高度h21。此外，所述定子20具有多个定子齿22。所述定子齿22构造在定子轭21处，并且从定子轭21径向地向内突出。所述定子齿22例如全部具有相同的长度，并且在该实施例中也具有相同的形状和相同的尺寸，并且也对称地构造。在相邻的定子齿22之间分别构造了定子凹槽23。在该实施例中，所有的定子凹槽23也具有相同的形状以及相同的尺寸。每个定子齿22具有平均的宽度B22（图4）。该平均的宽度B22表示定子齿22的垂直于径向的方向r的、在定子齿22的高度h22的一半上的宽度（图4）。在该实施例中，例如所有构造在定子20上的定子齿22具有相同的平均的宽度B22。定子轭21在周向方向上环绕着定子齿22以及定子凹槽23。构造在定子20上的定子凹槽23的总数量通过定子凹槽总数N1来表示。该实施例的异步电机1的定子20的所述定子凹槽总数N1为72。相应地，在本实施例中，与定子凹槽23邻接的定子齿22的数量也是72。

围绕着定子齿22中的每一个定子齿布置了多个定子线圈元件24。所述定子线圈元件24例如由铜制成，但是也可以由另外的导电良好的材料——例如铝——制成并且形成绕组相（Wicklungsstrang）。通过由该绕组相引导的电流产生了旋转的磁场。

所述定子20可以例如包括多个在轴向方向a上相叠地堆放的板片。所述板片可以例如基本上由可磁化的、优选地铁磁的材料——例如铁——制成，并且能够互相电绝缘。各个片层可以例如被冲制，并且在相邻的定子齿22之间构造的定子凹槽23可以例如构造成在所述片层中的冲裁部。所述定子20具有外直径D1。所述外直径D1在该实施例中为220毫米。

所述异步电机1六相地实施。在该实施例中，该六相地实施的异步电机1包括两个三相系统，所述两个三相系统电地以30度为幅度互相地进行相位推移。

在该实施例中这样地构造以及操控所述异步电机1，以至于该异步电机具有一种为3的极对数p。该极对数p是在异步电机1之内的旋转的总磁场的磁极对的数量，其中，一对磁极由一个磁北极和一个磁南极组成。在最小的为1的极对数p时，异步电机1只具有一个极对，也就是说只具有一个磁北极和一个磁南极。当由定子20引起的磁场变换极性或者说极性翻转（Umpolung）时，转子旋转180度。在异步电机1的这里示出的实施例中，异步电机1的极对数p为3。相应地，旋转的磁场在该实施例中具有3个极对，也就是说具有3个磁北极和3个磁南极。当由定子20引起的旋转的磁场变换极性时，在该实施例中，转子10因此旋转60度。为此，例如平行于轴线2伸展的、并且布置在定子凹槽23中的定子线圈元件25中的多个定子线圈元件分别沿着相同的和/或相反的方向被通以电流。由定子线圈元件24所产生的磁场主要在定子轭21以及定子齿22中被集束，并且从定子20然后传递到转子10上，特别是传递到转子的转子齿12以及转子的转子轭11上。

图5示出了具有两个三相系统的六相线圈的绕组相的示意性的区域规划图，所述绕组相形成了定子线圈元件24。该区域规划图也可以例如多次地重复。在异步电机1的该实施例中，在图4中示出的区域规划图环绕着定子20例如三次相继地布置，所述异步电机具有为3的极对数p以及为72的定子凹槽总数N1。因此，所述绕组相的在图5中示出的示意性的区域规划图在异步电机1的这个实施例中形成了定子20的120度的角度。U1、W1、V1表示第一三相系统的绕组相，U2、W2、V3表示第二三相系统的绕组相。所述绕组相例如至少部分地布置在定子20的定子齿22之间的定子凹槽23中。符号“+”以及“-”表示这样的方向，沿着该方向，绕组相被电流流过，其中“+”和“-”给出了相反的方向。绕组相U1、W1、V1例如由一种与异步电机1相连接的并且附图未示出的第一转换器所操控，并且因此形成了第一三相系统。绕组相U2、W2、V3例如由一种与异步电机1相连接的并且附图未示出的第二转换器所操控，并且因此形成了第二三相系统。通过相应地分别操控第一转换器的和第二转换器的三个转换器相位，第一三项系统的三个基频（Grundschwingungen）以及第二三相系统的第二三个基频例如分别作为对称的三相系统来运行，以至于一个三相系统的各个相位互相例如以120度为幅度电地进行相位推移。所述两个三相系统在该实施例中以30度为幅度电地相互进行相位推移，并且一起形成一种六相系统。在该实施例中，U2相对于U1以30度为幅度电地进行相位推移，W2相对于W1以30度为幅度电地进行相位推移，并且V2相对于V1以30度为幅度电地相位推移。空间上，在该实施例中，所述两个三相系统的分别相互归属的绕组相在空间上相互10度地错开地布置。因此，例如绕组相U1相对于绕组相U2在空间上以10度为幅度错开地布置。

在本申请中，定子空隙数q1表示异步电机1的每一极以及每一相的定子凹槽23的数量。所述极的数量在此相应于两倍的极对数p。在异步电机1的该实施例中，极对数p为3并且因此极的数量为6。利用为6的相的数量以及为72的定子凹槽总数N1，因此对于异步电机1的该实施例得出为2的定子空隙数q1。在该实施例中，由定子轭高度h21与由定子空隙数q1所得出的商在3.5毫米和4.5毫米之间。此外，由定子轭高度h21与定子空隙数q1和定子齿22的平均的宽度B22的乘积所得出的商在该实施例中在0.8和1.2之间。在本申请中，所有的尺寸例如所述定子轭高度h21、转子齿12的平均的宽度B12、定子齿22的平均的宽度B22或者定子20的外直径D1也都以毫米来测量以及给出，并且由所述尺寸所计算的数值和比例由以毫米的尺寸的值来计算。

在定子20的内部布置了转子10，所述转子10相对于定子20能够围绕着轴线2旋转地支承。像定子20一样，转子10也能够例如包括多个在轴向方向a上相叠地堆放的板片。此外，转子10可以至少部分地包括布置在转子凹槽13中的能够导电的条棒，所述条棒通过两个在附图中未示出的短路环在条棒的端部处导电地互相连接。正如在图1、图2和图3中示出的那样，在转子10上构造了位于内部的转子轭11。该转子轭11例如是柱形的，并且因此在图1中示出的横截面图中垂直于轴向的方向被环形地示出。在转子轭11上构造了多个径向地向外地突出的转子齿12。所述转子齿12在该实施例中具有相同的长度并且在相邻的转子齿12之间在该实施例中分别构造了转子凹槽13。转子齿12具有平均的宽度B12。所述平均的宽度B12表示转子齿12的、垂直于径向的方向r的、在转子齿12的高度h12的一半上的宽度（图4）。

构造在转子10上的转子凹槽13的总数通过转子凹槽总数N2来表示。在该实施例中，该转子凹槽总数N2为54。转子空隙数q2在本申请中表示所述异步电机1的每一极以及每一相的转子凹槽13的数量。极的数量在此相应于双倍的极对数p。在异步电机1的该实施例中，极对数p为3，并且因此极的数量为6。利用为6的相的数量以及为54的转子凹槽总数N2，对于异步电机1的该实施例因此得出为1.5的转子空隙数q2。在该实施例中，由定子轭高度h21和转子空隙数q2所得出的商在4.0毫米和5.0毫米之间。

此外，由定子轭高度h21与由所述转子空隙数q2和转子齿12的平均的宽度B12的乘积所得出的商在该实施例中在0.8和1.2之间，特别是在0.9和1.1之间。在本申请中，所有的尺寸例如定子轭高度h21、转子齿12的平均的宽度B12、定子齿22的平均的宽度B22或者定子20的外直径D1也都以毫米来测量以及给出，并且由所述尺寸所计算的数值和比例由以毫米的尺寸的值来计算。

另外的实施例以及所示出的实施例的混合方式当然也是可能的。

Claims (14)

1.异步电机（1），包括转子（10）和围绕着所述转子（10）的定子（20），

其中在所述定子（20）上构造了位于外部的定子轭（21），该定子轭具有一种定子轭高度（h21），并且在所述定子轭（21）上构造了多个径向地向内突出的、相同长度的定子齿（22），其中在相邻的定子齿（22）之间分别构造了定子凹槽（23），其中在转子（10）上构造了位于内部的转子轭（11），并且由所述转子轭（11）构造了多个径向地向外突出的、相同长度的转子齿（12），其中在相邻的转子齿（12）之间分别构造了转子凹槽（13），其中，所述异步电机六相地实施，其特征在于，定子凹槽总数（N1）为72，所述定子凹槽总数表示构造在所述定子（20）上的定子凹槽（23）的总数量，其中，由定子轭高度（h21）与定子空隙数（q1）所得出的商在3.5毫米和4.5毫米之间，其中定子空隙数（q1）表示异步电机（1）的每一极以及每一相的定子凹槽（23）的数量。

2.根据权利要求1所述的异步电机，其特征在于，由定子轭高度（h21）与转子空隙数（q2）所得出的商在4.0毫米和5.0毫米之间，其中所述转子空隙数（q2）表示所述异步电机（1）的每一极以及每一相的转子凹槽（13）的数量。

3.根据权利要求1或2所述的异步电机，其特征在于，由定子轭高度（h21）与由定子空隙数（q1）和定子齿（22）的平均的宽度（B22）的乘积所得出的商在0.8与1.2之间。

4.根据权利要求1或2所述的异步电机，其特征在于，由定子轭高度（h21）与由转子空隙数（q2）和转子齿（12）的平均的宽度（B12）的乘积所得出的商在0.8和1.2之间。

5.根据权利要求1或2所述的异步电机，其特征在于，六相的异步电机（1）包括两个三相系统，所述两个三相系统以30度为幅度互相进行相位推移。

6.根据权利要求1或2所述的异步电机，其特征在于，转子凹槽总数（N2）为52到58。

7.根据权利要求6所述的异步电机，其特征在于，所述异步电机（1）具有为3的极对数p。

8.根据权利要求1或2所述的异步电机，其特征在于，所述定子（20）的外直径（D1）在210毫米和230毫米之间。

9.根据权利要求1或2所述的异步电机，其特征在于，所述异步电机（1）用于在电动车辆或者混合动力车辆中使用。

10.根据权利要求3所述的异步电机，其特征在于，由定子轭高度（h21）与由定子空隙数（q1）和定子齿（22）的平均的宽度（B22）的乘积所得出的商在0.9和1.1之间。

11.根据权利要求4所述的异步电机，其特征在于，由定子轭高度（h21）与由转子空隙数（q2）和转子齿（12）的平均的宽度（B12）的乘积所得出的商在0.9和1.1之间。

12.根据权利要求6所述的异步电机，其特征在于，转子凹槽总数（N2）为54。

13.根据权利要求8所述的异步电机，其特征在于，所述定子（20）的外直径（D1）在215毫米和225毫米之间。

14.根据权利要求13所述的异步电机，其特征在于，所述定子（20）的外直径（D1）在218毫米和222毫米之间。

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