CN109219916A - 电气盘式转子机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气盘式转子机，其配备有至少一个转子和至少一个部分对应的定子，其中，所述至少一个转子和所述至少一个定子分别具有相互面对的端侧，其中，所述至少一个转子和所述至少一个定子分别具有无铁的支撑盘，所述支撑盘支撑励磁线圈或永磁体，在每个转子的所述支撑盘和每个定子的所述支撑盘之间分别构造气隙，所述励磁线圈和/或所述永磁体如此定向并且布置在每个转子的所述支撑盘和每个定子的所述支撑盘上，使得在通电状态中的所述励磁线圈和/或所述永磁体至少暂时引起同向或反向的磁场，所述同向或反向的磁场导致所述转子相对于所述定子的旋转相对运动或纵向相对运动。

Description

电气盘式转子机

技术领域

在此描述了一种电气盘式转子机，所述电气盘式转子机例如更加适用于或者用于车辆中的应用、作为机器人臂中的驱动器或用于例如机器部件的取向等。在此也可以是适用于或者用于车辆或飞机中的辅助或补充机组的电机。

背景技术

电机用于各种工业、移动和舒适/安全的应用之中。在此，通常存在对于实现紧凑、轻量的机器的要求，所述机器以最小的延迟利用较高的转矩实施从几百度旋转至多个(大约十)全转的旋转运动。另一个要求是利用多相电力电子执行器(变流器或逆变器)运行机器的良好适用性。到目前为止，盘式转子机、尤其是永磁电机通常用于特殊应用如无传动的、慢速扭矩机中。此外，当需要较小的长径比时，主要使用盘式转子机。

要解决的问题是带有成本低廉的结构、简单生产和高效安全运行的电机。

发明内容

在此提供的技术方案的概括

电气盘式转子机配备有至少一个转子和至少一个部分对应的定子，其中，所述至少一个转子和所述至少一个定子分别具有相互面对的端侧，其中，所述至少一个转子和所述至少一个定子分别具有无铁的支撑盘，所述支撑盘支撑励磁线圈或永磁体，在每个转子的所述支撑盘和每个定子的所述支撑盘之间分别构造气隙，所述励磁线圈和/或所述永磁体如此定向并且布置在每个转子的所述支撑盘和每个定子的所述支撑盘上，使得在通电状态中的所述励磁线圈和/或所述永磁体至少暂时引起同向或反向的磁场，所述同向或反向的磁场导致所述转子相对于所述定子的旋转相对运动或纵向相对运动。

在此介绍的盘式转子机相对于传统的盘式转子机能够在几毫秒(2-10毫秒，例如5毫秒)至几秒(2-10秒，例如5秒)的较短的时间间隔中利用明显增加的力密度工作。

在此介绍的盘式转子机在此能够在越短的运行时间提供更高的扭矩。这使得在此介绍的盘式转子机基于其构造方式在短时间间隔内几乎可任意过载。相对于传统的盘式转子机，在此介绍的盘式转子机至少5倍可过载。例如，今天的盘式转子机能够提供约10N/cm2的表面推力密度。在此介绍的具有可比尺寸的盘式转子机能够对于5ms提供70倍表面推力密度，也就是提供700N/cm²的表面推力密度，或对于50ms提供20倍的表面推力密度，也就是提供200N/cm²的表面推力密度，或对于500ms提供7倍的表面推力密度，也就是提供70N/cm²的表面推力密度，或对于5000ms提供2倍的表面推力密度，也就是提供20N/cm²的表面推力密度。

在此重要的是，几乎不存在磁过载限制。仅仅当所使用的材料具有影响足够快速散热的热系数，才会发生热过载。

尤其是在机器通常在较低负载范围内运行的并且仅在上部功率范围内偶尔或者一次或几次运行的应用中，在此描述的盘式转子机提供了以下优点。例如，基于较小的所需的安装空间，可以在非常高的加速度和非常高的转矩密度的情况下在毫秒范围内的启动时间进行短时运行。在此描述的这种盘式转子机非常安静可靠，因为它们不需要传动装置。此外，它们可以在机器中轻松实现无传感器地检测旋转角度或位移；可以非常有效地调节其速度/其路径。由于在线圈/永磁体之间优选没有铁，因此可以最大限度地使用铜以最小化欧姆损耗；此外，铁圈和励磁线圈之间没有空间上的竞争。此外，不限制通过铁饱和的电流；只有磁场的叠加。所产生的损耗功率可以在短运行时间期间被吸收到励磁线圈的导体中并且在随后的休止阶段中被排出；因此不需要外部冷却。在此描述的盘式转子机的一个特别的优点是即便在很短的时间间隔内也适合多次过载运行。

实施方案、变体和特性

在此描述的盘式转子机可以实现为内部转子机或外部转子机。这些盘式转子机既可以作为电动机也可以作为发电机运行。它们尤其用作车床；然而也可以用作线性机器。在此描述的盘式转子机可以设计成外激励或自励磁的。在外激励的机器中，提供一个或多个激励绕组用于激励。激励绕组例如是通过受控的电源来馈送能量。在自励磁的盘式转子机中，永磁体取代了激励绕组。

外激励或自励磁的盘式转子机可以设计成永久激励的机器。用于馈电的滑环和电枢绕组在此可以实现为薄塑料盘或陶瓷盘上的印刷电路。在最简单的情况下，电流通过碳刷直接供给盘上的滑环。因此，盘支撑滑环和转子绕组，并在定子线圈或永磁体之间的狭窄气隙中运行。为了确保机械功能，滑动膜也可以布置在盘和定子线圈或永磁体之间的气隙中。

带有永磁体(磁转子或磁定子)的盘式转子机虽然由于永磁体的成本而稍微昂贵，但具有最低(热量)损失。还可以将盘式转子机实现为异步或涡流转子。虽然这种变体相对成本低廉，但是在控制电子设备中具有相对高的损耗和增加的花费。

无槽定子可以具有一个或多个电路板，所述电路板用作逆变器的励磁线圈和/或电子载体，以及磁回路。该磁回路可由固体铁材料、烧结材料或层压材料制成；后者的变体使磁滞损耗变小。尤其是，在较低转速和较小感应的实施方案中，可以得出实心铁的结论。

自励磁或永久激励的转子可以具有例如由软磁钢制成的软磁支撑盘，在所述软磁支撑盘上在两侧安装例如由铁氧体或塑料粘合的NdFeB制成的沿轴向取向的磁盘段。为此替代地，自激励或永久激励的转子可以实现为连续的磁盘，所述分极地轴向交替取向地被磁化。

对于更大的功率密度，在此建议的盘式转子机设计成具有中间定子的双盘转子，所述中间定子可以例如设有稀土磁段或相应的定子绕组。这样消除了在单盘转子实施方案中出现的轴向拉力。

在此所介绍类型的盘式转子机由于其无铁转子在较低重量的情况下具有较高的动态性。转子是(稀土)永磁体元件的布置方式或具有适当设计的励磁线圈。盘式转子机所基于的物理原理导致电压和转速以及电流和扭矩之间具有直接的比例关系。

由于定子线圈(以及必要时转子线圈)不含铁，因此也消除了任何铁损。线圈电感也可以显著降低。转子质量以及其平移的和转动的惯性矩也减小了。这些机器具有较低的干扰辐射、高电磁兼容性(EMC)，并且它们没有磁阻力矩。最后，盘式转子机具有较小的轴向长度。在定子中出现的热损失也可以相对容易地被排出到外部。

转子绕组和/或定子绕组可以实现为单层或多层印刷电路板上/中的被印刷、冲压或蚀刻的导体电路。也设置了将由(铜、铝等)线材或片材制成的预制空心线圈嵌入(纤维增强的)塑料材料(环氧树脂、陶瓷、PTFE、聚酰亚胺)中。带有线圈的定子和转子盘可以设置有摩擦增加或摩擦减小的绝缘涂层。

通过将定子励磁线圈构造成多层基板，可以在较高的机械强度下实现较高的铜填充系数；通过在多个多层部中布置励磁线圈可以实现所需的匝数。导体电路的间距可以限制为导体电路厚度的两倍；这减少了支撑盘上和支撑盘中的死区。顺便提及，多层的线圈结构可以通过导通孔形式的通孔来实现。支撑盘中的额外热容量可通过薄的铝层、铜层或预浸料层来实现。

尤其是在定子励磁线圈作为多层基板设计时，可以将在励磁线圈中不可避免的绕组头沿机器的轴向方向进行设计。在此，在一种变体中，定子励磁线圈具有在一个(或几个例如两个、三个、四个至约十个)层上结构化的励磁线圈，所述励磁线圈基本上沿径向延伸。

为此，至少一个定子励磁线圈设置在至少一个定子盘上，所述定子盘在一层或几层上结构化，沿着定子盘的圆周曲折地延伸，并且具有励磁线圈的基本沿径向延伸的区段以及励磁线圈的基本沿定子的圆周方向取向的绕组头。其中每个绕组头具有径向延伸部，所述径向延伸部仅对应于定子励磁线圈的径向延伸区段的横向尺寸的一小部分。绕组头的横向尺寸在此理解为绕组头径向上的尺寸，而径向延伸区段的横向尺寸理解为其在切向或圆周方向上的尺寸。

在径向方向的内部和外部，多层基板朝向励磁线圈的基本上沿径向延伸的区段的一个或两个轴向侧面构建基板比基板的支撑励磁线圈的径向区段的区域厚几层。基板的较厚构建的区域具有励磁线圈的绕组头的至少一部分。为此，该沿轴向突出的、优选大致环形的多层部区域包括分区段地沿圆周方向延伸的导体电路。这些沿圆周方向延伸的导体电路分别借助一个或多个通孔与所述励磁线圈的沿径向延伸的区段电连接。

当例如励磁线圈的沿径向延伸的区段分布在多层基板的两层(环氧树脂的上方和下方)上并且绕组头沿径向的横向尺寸是励磁线圈的径向延伸部沿切线或圆周方向的横向尺寸的四分之一时，基板的较厚构建的区域在基板的每一侧上都具有三个附加层。

这允许更好地利用励磁线圈的、在定子的总面积的大部分上延伸的磁性有效的径向取向的区段。这尤其适用于径向外部区域，这是因为线圈面积随着半径的平方而增加。在径向方向的内部和外部，多层基板朝向带有励磁线圈的多层基板区域的一个或两个侧面构建地厚几层(两层至大约二十层)。这些沿轴向突出的多层(环)包含圆周方向延伸的导体电路。它们分别借助一个或多个通孔与所述励磁线圈的沿径向延伸的区段电连接，并且分别形成绕组头。该措施将在励磁线圈的欧姆-并且因此热-损失保持到最小，并且平衡绕组头的减小的径向延伸部。

因此，定子的每个层在其顶表面和/或其底表面上形成单侧或双侧的开口圆柱形环。该环在径向上居中地穿过多层基板，其中定子励磁线圈的径向区段在轴向方向上。因此，也需要用于转子的永磁体的前侧/底侧开口空间，其可以各自伸入开口的圆柱形环中。

由此，定子的每个层形成为单侧的或双侧的、在其顶面和其底面开敞的圆柱形的环。该环通过多层基板利用定子励磁线圈的径向区段在轴向上平均地分开。由此也提供了用于转子的永磁体的端侧/底侧上开敞的腔室，所述腔室分别伸入开敞的圆柱形的环中。

转子的永磁体设计成沿圆周方向刻面的环段。也就是说，它们保持在围边中，所述围边使得相邻的环段相互刚性地取向并且间隔。

该实施方案几乎不延长机器的轴向延伸部。顺便提及，通过该措施可以使极距的尺寸更大，从而使得相对于较小的极距，永磁体的效力增加。能够非常简单且成本低廉地实现机器的结构，这是因为可以铁被省去铁轭的分层，没有槽存在，并且有效地利用材料。

在此介绍的盘式转子机可以省去机械的动力传动部件，例如传动装置或锁定装置。因此，电机易于集成到被驱动的设备中。每个转子的支撑盘和/或每个定子的支撑盘可以构造成单层或多层基板。所述励磁线圈可以具有嵌入到每个转子或每个定子的所述支撑盘中的或者至少部分暴露的、单相或多相设计的、含有轻金属或有色金属(尤其是铝、铜、或类似物)的必要时带有通孔的导体电路网。在带有永磁体的盘式转子机中，可以设置嵌入到每个转子或每个定子的所述支撑盘中的或者朝向气隙至少部分暴露的永磁体，所述永磁体沿轴向大约可以所述定子沿轴向尺寸的优选一倍或两倍高。在此，所述永磁体优选设计成具有较高的剩磁感应和/或与较高的矫顽力的稀土磁铁。

每个转子的支撑盘可旋转固定地且沿轴向可移动地容纳在机器轴上。转子的支撑盘和定子的支撑盘沿轴向方向布置成相互可移动的。

在盘式转子机的变体中，所述转子和/或所述定子的、位于所述励磁线圈之间和/或之中的腔室可以设计成无铁的。

所述定子可以具有设计成三相或更高相的定子线圈，所述定子线圈可利用相应的转子配置用于多个耦连的单相的机器。可选地或附加地，每个转子可以设计成优选单相的涡流转子或磁转子。

在一个变体中，可以在机器的两个端侧上设置含铁的盖子，所述盖子可设计用于接收较高的磁轴力。这些轴向力可以由例如运行中5-20bar的磁轴向压力产生。为此，可以例如通过加强筋将含铁的盖子设计成足以抵抗扭转和弯曲的。可选地或附加地，含铁的盖子中每一个或仅一个被设计用于磁通反馈。只要不发生磁饱和效应，这些措施就可以减少欧姆损耗。

在另一个变体中，所述盘式转子机可以由偶数个对称的机器构成，所述机器沿轴向相继布置。在此，偶数机器的磁通反馈和/或电流反馈在奇数机器的定子中进行。换句话说，在由两个或多个机器构成的布置方式中，第二机器的电流在第一机器的定子中反馈。这显著减少了绕组头的空间损失。

在另一个变体中，所述转子可在第一移动或旋转方向通过弹簧组件预紧。这使得尤其是对于旋转角度受限的设计方案可以实现有效的运行方式，这是因为机器的运行操纵仅必须在一个方向上进行。在相反的方向上，弹簧组件使机器归位或支撑机器。

在一种特别的设计方案中，所述弹簧组件可以设计成所述转子的励磁线圈供电部。为此，弹簧组件一方面与电气电源耦合，而另一方面与所述转子的所述励磁线圈/所述这些励磁线圈滑动地或紧固连接。这是一种特别高效的、运行安全且成本低廉的变体。在此，所述弹簧组件可以具有相互并联的、并排布置的或多层的互相绝缘的螺旋弹簧，所述螺旋弹簧尤其是由弹簧钢或弹簧青铜成型。在此，该螺旋弹簧组件可围绕机器轴缠绕。

所述转子和所述定子的所述支撑盘可以设有摩擦增强或摩擦减小的涂层。在这类变体中，用于施加拉力或推力的装置可以作用到所述转子和所述定子的所述支撑盘上。所述装置可包括尤其一个或多个拉动弹簧或推动弹簧。这允许实现非常有效的无传动自锁或续流的机器。此外，在所述盘式转子机的运行中，电流通过带有相对于所述转子线圈或所述转子永磁体的位置的预定相位位置的励磁线圈的定子线圈产生在转子盘和定子盘之间的吸引力或排斥力。由此使得既可以实现摩擦制动效果或锁定功能，也可以实现支持转子相对于定子盘的非接触旋转。

在此介绍的盘式转子机应用的一个示例是一个用于车辆乘客约束系统的完全电子控制的带牵引器，不仅用于前座乘客也用于后座乘客。传统的带张紧器根据其在锁定张紧器和卷收张紧器中的位置布置类型进行分类。锁定张紧器同时卷收肩部带和腰部带。对于卷收张紧器，肩部带首先短暂延迟，并且随后腰部带缩短。对于卷收相同长度的无带，卷收张紧器比锁定张紧器需要更多时间。

用于卷收/张紧安全带所需的能量通常以机械方式或烟火方式提供。在此目的在于，在车辆碰撞后的短时间内(5至30毫秒)张紧安全带，以便将乘客带入所希望的直立位置。烟火带张紧器含有推进剂装料，所述推进剂的固体推进剂含有约1-2克硝酸纤维素。烟火能量存储系统用于在锁定张紧器和在卷收张紧器中使用。当触发时，推进剂装料在气体发生器中点燃。在此释放的气体装料作用在位于气缸中的活塞，所述活塞经由电缆在锁定张紧器时与带锁定器连接，或者在卷收张紧器时与安全带自动装置的带卷绕线圈连接，并且由此张紧带。烟火式带张紧器更危险，并且对干扰具有更高的敏感性。此外，如果需要，它们不能后拧紧带。

带有在此建议的盘式转子机的智能安全带系统的一个优点在于缺少这种烟火装置。此外，这种盘式转子机在这种受控的皮带系统中提供了许多优点。受控的带牵引器在盘式转子机和带卷轴之间没有耦连部。相反，盘式转子机在正常运行中允许针对位于带牵引器的带卷绕弹簧组件进行空转，其中，盘式转子机的转子自由旋转。

带牵引器由法律规定的部件组成：车辆传感器、安全带、容纳安全带的卷绕轴、作用在基础力限制器上的轴锁。在盘式转子机的无电流的状态下，带卷绕弹簧组件将安全带缠绕到卷绕轴上。

在受控的带牵引器中，本发明的盘式转子机在带缠绕和退绕过程期间在直接运行中进行电子操控。因此，通过直接影响扭矩和卷绕轴的转速来实现由系上安全带的乘客感觉到的皮带的张紧行为。该直接运行被划分为三个区域：(ⅰ)普通的用户运行，(ⅱ)事故前阶段运行(车辆的环境传感器识别临界的交通状况)和(iii)事故运行(事故的发生以各种变体形式出现(正面碰撞、侧面碰撞、车辆侧翻及其组合))。通过用于盘式转子机的用于电流和电压的曲线能够很容易地实施对卷绕轴的操控，所述电流和电压被馈送给在此介绍的盘形转子机。

对于盘式转子机在碰撞情况中的短期峰值性能，可以预先保持蓄能器，所述蓄能器或者包含在高电压车辆蓄电池的蓄电池管理或者是在盘式转子机的操控电子装置中集成的超级电容器。在纯电动车辆或混合动力驱动车辆中可以省略额外的蓄能器。

盘式转子机的其他应用是具有盘式转子机所述特性例如在发生碰撞时车辆中的调节特性的致动器。

然而，作为运动轮廓，也可以向驾驶员/乘客提供其他信息。为了显示错误，例如带有卷绕轴相应的急冲部的带系统的控制可以在每次系安全带期间显示车间行程的必要性。如果安全带自动装置经历了其中力限制装置活跃的事故，则该安全带自动装置不能再重置到正常模式，并向驾驶员表明，即使仍可以安全地进行车间驾驶，必须更换安全带自动装置。

根据参考附图的以下描述，该电机的其他特征、特性、优点和可能的变化被明确说明。

在此描述的盘式转子机的变体以及它们的功能方面和操作方面仅用于更好地理解它们的结构、功能和特性。它们没有将公开内容限制在实施例上。这些附图是局部示意性地，其中关键特性和效果被部分地清楚地放大显示，以明确说明功能、作用原理、设计方案和特征。在此，在附图中或在文本中公开的每种作用方式、每个原理、每个技术设计方案和每个特征可以与所有权利要求、文本和其他附图中的每个特征、在该公开内容中包含的或者由此得出的其他作用方式、原理、设计方案和特征进行自由且随意地组合，从而使得所有可想到的组合能够被分配给所描述的设备。在此，所有单个的实施方案之间的组合也包含在文本中即说明书的每个段落中的、在权利要求中，并且不同变体之间的组合也包含文本中，在权利要求中和在附图中，并且可以用作其他权利要求的主题。权利要求也不限制本公开，因此也不限制所有识别的特征相互的可能组合。所有公开的特征也单独地并且与本文的所有其他特征组合地明确公开。

在此描述的用于短期负载的盘式电机具有非常低的功率重量和最小的转子惯量。简单结构化的结构只需很少的部件，并且非常容易扩展。此外，其很容易在大规模生产中实现。

在一种变体中，多个定子沿轴向方向堆叠，其中多个堆垛可以同相地通电。该变体在轴向上具有最短长度和最大磁激励的磁通路径。

利用在此介绍的机器，可以实现直接驱动的无传动的盘式短时发动机，所述盘式短时发动机适用于短期需要极快提供的极高的扭矩的应用。这样利用在此介绍的机器可以尤其是因为低转子质量提供高达300/min/ms的高角加速度。

这样直接驱动的无传动的盘式短时发动机适合并且确定例如用于实现极快运动的安全功能。所以该发动机可以作为推进剂执行器的机械替代品。同样，该发动机适用在过程控制和调节部、安全装置和阀中。例如，在汽车领域，该电机可用作座椅调节部、用作车辆天窗的安全锁定驱动器或用作具有高动态性和在毫米范围中高扭矩要求的其他功能的机械执行器。

附图说明

图1以示意性局部剖视侧视图示出了设计成盘式转子机的电机。

图2以示意性俯视图示出了图1的盘式转子机的转子。

图3以示意性俯视图示出了图1的盘式转子机的定子。

图4示出了两个定子励磁线圈之间的转子的励磁线圈的局部细节图。

图5示出了两个转子永磁体之间的定子的励磁线圈的局部俯视图。

图5a示出了两个转子永磁体之间的定子的励磁线圈的局部剖视图。

具体实施方式

在示图中，示出了以盘式转子机10形式的电机。该盘式转子机10具有转子14和至少部分对应的定子16。转子14和定子16在本示例中具有五个或六个分别无铁的支撑盘14'、16'。在该示出的变体中，这些支撑盘14'、16'支撑励磁线圈20。在其他在此未详细示出的变体中，永磁体也可以代替转子的或定子的励磁线圈20。

转子14和定子16、更确切地说它们相应的支撑盘14'、16'分别具有相互面对的端侧14a、14b；16a、16b。在此，在转子支撑盘14'和相邻的定子支撑盘16'之间分别构造气隙18。

所述励磁线圈20或所述永磁体如此定向并且布置在每个转子14的所述支撑盘14'或者每个定子16的所述支撑盘16'上，使得在通电状态中的所述励磁线圈20和/或所述永磁体->，<-至少暂时引起同向或反向的磁场，所述同向或反向的磁场导致所述转子14相对于所述定子16的旋转相对运动或纵向相对运动。

盘式转子机10在机器的两个端侧上具有含铁的盖子22，所述盖子设计用于接收磁轴力。用于容纳机器轴26的轴承22a设置在盖子22中。此外，含铁的盖子22设计成磁通反馈部。

每个转子14的支撑盘14'和每个定子16的支撑盘16'在所说明的变体中构造成由玻璃纤维增强的环氧树脂制成的多层基板。励磁线圈20在此是嵌入到每个转子14的所述支撑盘14'或每个定子16中的、多相设计的、含铜的带有通孔20a的导体电路网。所述转子14和所述定子16的、位于所述励磁线圈20之间和/或之中的腔室是无铁的。图3中以虚线示出的励磁线圈20的区段嵌入到每个定子16的支撑盘16'的底侧中，励磁线圈20的连续表示的区段嵌入到每个定子16的支撑盘16'的上侧中。在图3中，定子16的励磁线圈20的各相以不同的半径示出。这仅用于更加明确地示出；实际上它们都具有相同的半径。定子16和转子的励磁线圈20的细节在图4中示出。在此为了清楚起见，省略了定子16和转子14的支撑盘14'、16'。这使得定子励磁线圈的整个连接易于识别。如此，多个定子励磁线圈的、其中在图4中仅分别示出在转子励磁线圈上方和下方的多个相于空间紧密充满地与插入其间的转子励磁线圈对齐。

机器轴26具有带齿区段，每个转子14的支撑盘14'旋转固定地且沿轴向可移动地容纳在所述带齿区段上。定子支撑盘16'同样旋转固定地且沿轴向可移动地容纳在其中一个盖子22上的四个销22b上。由此，转子14的支撑盘14'和定子16的支撑盘16'沿机器轴26的轴向方向布置成相互可移动的。

在在此已明确示出的变体中，定子16具有设计成三相的定子线圈20，所述定子线圈利用相应的转子14配置用于多个耦连的单相的机器。

所述转子14在第一移动或旋转方向通过以螺旋弹簧片形式的弹簧组件24预紧，所述弹簧组件围绕机器轴26缠绕。在该变体中，所述弹簧组件24设计成所述转子14的励磁线圈供电部。为此，所述弹簧组件24在此具有相互并联的、并排布置的互相电绝缘的螺旋弹簧区段24a、24b，所述螺旋弹簧区段弹簧青铜制成。所述弹簧组件24的单个螺旋弹簧区段24a、24b一方面与电气电源30电耦合，而另一方面经由相应的接触导线24c与所述转子14的所述励磁线圈/所述这些励磁线圈20电连接。类似地，尽管在图1中未详细示出，但是定子16的励磁线圈20也与电气电源30电连接。

转子和定子支撑盘14'、16'设有未进一步明确示出的摩擦增强涂层。可替代地或附加地，推动弹簧22c在外部布置在一个(或两个)的盖子22上，所述推动弹簧22c在盘式转子机非通电的状态下压缩转子支撑盘和定子支撑盘14'、16'。由此，盘式转子机及其机器轴20被锁定以防止旋转而其不需要锁定机构。通过在定子绕组通电期间定子电流相对于转子位置的适当相位位置，可以在转子和定子盘之间产生排斥力，所述排斥力消除了弹簧负载并因此消除了制动效果。

电器盘式转子机10具有在图5、5a所示的另一变体中的结构，其中定子支撑盘的定子励磁线圈20如下所述地进行设计。定子励磁线圈20在一层或几层上在多层基板中结构化。它们沿着定子盘的圆周曲折地延伸。在此，每个定子励磁线圈20具有基本沿径向延伸的区段20r和基本沿定子的圆周方向取向的绕组头20w。其中每个绕组头20w具有径向延伸部EW，所述径向延伸部仅对应于定子励磁线圈20的径向延伸区段ES的(平均)横向尺寸的一小部分。在所示的示例中，该比率EW/ES约为1/3。在径向方向的内部和外部、即在绕组头20w的区域中，多层基板朝向励磁线圈20的基本上沿径向延伸的区段20r的两个轴向侧面(在图5a中顶部和底部)比基板的支撑励磁线圈20的径向区段的区域构建地厚几层。

基板的位于内部和外部的较厚的构建区域包括励磁线圈20的绕组头20w。为此，沿轴向突出的环形的多层部的区域形成分区段地沿圆周方向延伸的导体电路201。这些沿圆周方向延伸的导体电路201分别借助一个或多个通孔20a与励磁线圈20r的沿径向延伸的区段电连接。从为1/3的E W/ES比例可以得出，分别在上侧和下侧设置两个额外的沿圆周方向延伸的导体电路201，从而使得绕组头20w的区域中的导体电路横截面总体上大致相当于励磁线圈20的径向延伸区段20r的区域中的导体电路横截面。

因此，在所示出的变体中，在盘式转子机中，定子的层形成为双侧的、在其顶面和其底面开敞的圆柱形的环。该环通过多层基板利用定子励磁线圈20的径向区段20r在轴向上分开。由此形成用于转子的盘的永磁体->，<-的腔室Ru、Ro，所述腔室分别伸入开敞的圆柱形的环中(参见图5a)。

转子的永磁体设计成沿圆周方向刻面的环段，从而使得相邻的环段相互刚性地取向并且间隔。

代替在图5、5a中示图的带有在内部和外部轴向更高/更厚构建的多层部的变体，也可以设置沿圆周方向取向的金属导体件，所述金属导体件朝向一个或两个轴向侧面连接基本上在励磁线圈的沿径向上延伸的区段。如此，带有沿圆周方向取向的导体件的基板也比支撑励磁线圈的径向区段的基板的区域更厚。在此，通过这些导体件沿轴向突出并且分别与所述励磁线圈的沿径向延伸的区段电连接，沿圆周方向取向的金属导体件形成励磁线圈的绕组头的至少一部分。

利用这种类型的电气盘式转子机可实现一种车辆乘客约束系统的电子受控的、无燃料填料的安全带自动装置。在此，盘式转子机10直接且无传动地与被延长的机器轴20形式的带卷绕轴耦连。电源30被分配有电子控制器30。在该电气电源30中，根据不同的运动轮廓，存储相应的安全带位置、安全带卷绕和/或退绕速度以及安全带卷绕和/或退绕扭矩。基于不同的运动轮廓并根据相应的传感器信号(座椅载荷传感器、预碰撞传感器、车辆碰撞传感器等)可以操控电气盘式转子机。

Claims (16)

1.电气盘式转子机(10)，其带有

至少一个转子(14)和至少一个部分对应的定子(16)，其中，所述至少一个转子(14)和所述至少一个定子(16)分别具有相互面对的端侧(14a、14b；16a、16b)，其中，

·所述至少一个转子(14)和所述至少一个定子(16)分别具有无铁的支撑盘(14'、16')，所述支撑盘支撑励磁线圈(20)或永磁体(22)，

·在每个转子(14)的所述支撑盘(14')和每个定子(16)的所述支撑盘(16')之间分别构造气隙(18)，

·所述励磁线圈(20)和/或所述永磁体如此定向并且布置在每个转子(14)的所述支撑盘(14')和每个定子(16)的所述支撑盘(16')上，使得在通电状态中的所述励磁线圈(20)和/或所述永磁体(->，<-)至少暂时引起同向或反向的磁场，所述同向或反向的磁场导致所述转子(14)相对于所述定子(16)的旋转相对运动或纵向相对运动。

2.根据权利要求1所述的盘式转子机(10)，其中，每个转子(14)的所述支撑盘(14')和/或每个定子(16)的所述支撑盘(16')构造成单层的或多层的基板，并且

(i)所述励磁线圈(20)具有嵌入到每个转子(14)的所述支撑盘(14')或每个定子(16)中的或者至少部分暴露的、单相或多相设计的必要时带有通孔的导体电路网，和/或，

(ii)具有作为嵌入到每个转子(14)的所述支撑盘(14')或每个定子(16)中的或者至少部分暴露的永磁体(->，<-)，所述永磁体沿轴向大约是所述气隙(18)的优选一倍或两倍高，其中，所述永磁体(->，<-)优选设计成具有较高的剩磁感应和/或与较高的矫顽力的稀土磁铁。

3.根据权利要求1或2所述的电气盘式转子机(10)，其中，每个转子(14)的支撑盘(14')旋转固定地且沿轴向可移动地容纳在机器轴(20)上。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，每个转子(14)的所述支撑盘(14')和每个定子(16)的所述支撑盘(16')沿轴向可相互移动地布置。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，所述转子(14)和所述定子(16)的、位于所述励磁线圈(20)之间和/或之中的腔室是无铁的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，

(i)所述定子(16)具有设计成单相、二相、三相或更高相的定子线圈(20)，所述定子线圈可利用相应的转子(14)配置用于多个耦连的单相的机器，和/或

(ii)每个转子(14)设计成优选单相的涡流转子或磁转子。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，在所述机器的两个端侧设置含铁的盖子(22)，所述盖子

(i)设计用于接收较高的磁轴力，和/或

(ii)设计用于磁通反馈，和/或

所述盘式转子机(10)由偶数个对称的机器构成，所述机器沿轴向相继布置，并且偶数机器的磁通反馈和/或电流反馈在奇数机器中进行。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，

(i)所述转子(14)在第一移动或旋转方向通过弹簧组件(24)预紧，和/或

(ii)所述弹簧组件(24)设计成所述转子(14)的励磁线圈供电部，所述励磁线圈供电部一方面与电气电源(30)耦合，而另一方面经由接触导线(24c)与所述转子(14)的所述励磁线圈/所述这些励磁线圈(20)滑动地或紧固连接，和/或

(iii)所述弹簧组件(24)具有相互并联的、并排布置的或多层的互相绝缘的螺旋弹簧，所述螺旋弹簧尤其是由弹簧钢或弹簧青铜制成。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，所述转子(14)和/或所述定子(16)的所述支撑盘(14'、16')设有摩擦增强或摩擦减小的涂层，和/或用于施加拉动或推动的力的装置，其中，所述装置包括尤其一个或多个拉动弹簧或推动弹簧(22c)，作用到所述转子(14)和所述定子(16)的所述支撑盘(14'、16')上。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，代替所述无铁的支撑盘，所述转子(14)

(i)是带有软磁性的支撑盘的自励磁的或永久励磁的转子，其中，在所述支撑盘的两个端侧安装有轴向取向的磁盘段，或

(ii)所述自励磁的或永久励磁的转子实现为连续的磁盘，所述磁盘分极地轴向交替取向地被磁化。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，

(I)所述转子(14)和/或所述定子(16)的所述支撑盘(14'、16')设有摩擦增强或摩擦减小的涂层，和/或

(ii)用于施加拉动或推动的力的装置，其作用到所述转子(14)和所述定子(16)的所述支撑盘(14'、16')上，和/或其中

(iii)优选在所述盘式转子机(10)的运行中，

电流通过带有相对于所述转子线圈或所述转子永磁体的位置的预定相位位置的励磁线圈的定子线圈产生在转子盘和定子盘(14'、16')之间的吸引力或排斥力。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，

-在一个或几个层中结构化的至少一个定子励磁线圈曲折地沿着所述定子的圆周延伸，并且具有所述励磁线圈的基本上沿径向延伸的区段和所述励磁线圈的基本上沿所述定子的圆周方向取向的绕组头，

-所述绕组头中的每一个具有仅仅对应于所述励磁线圈的所述径向延伸区段的横向尺寸的一小部分的径向延伸部，

-在径向方向的内部和/或外部，所述多层基板朝向所述励磁线圈的基本上沿径向延伸的所述区段的一个或两个轴向侧面构建所述基板比所述基板的支撑所述励磁线圈的所述径向区段的区域厚几层，其中，

-所述基板的较厚构建的所述区域具有所述励磁线圈的所述绕组头的至少一部分，通过以下方式，即该沿轴向突出的、优选大致环形的多层部包括分区段地沿圆周方向延伸的导体电路，所述导体电路分别借助一个或多个通孔与所述励磁线圈的沿径向延伸的所述区段电连接。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，

-在一个或几个层中结构化的至少一个定子励磁线圈曲折地沿着所述定子的圆周延伸，并且具有所述励磁线圈的基本上沿径向延伸的区段和所述励磁线圈的基本上沿所述定子的圆周方向取向的绕组头，

-所述绕组头中的每一个具有仅仅对应于所述励磁线圈的所述径向延伸区段的横向尺寸的一小部分的径向延伸部，

-在径向方向的内部和/或外部，所述多层基板设有沿圆周方向取向的金属导体件，所述金属导体件朝向一个或两个轴向侧面连接所述励磁线圈的基本上沿径向延伸的所述区段，构建所述基板比所述基板的支撑所述励磁线圈的所述径向区段的区域厚几层，其中，

-沿周向取向的金属的所述导体件形成所述励磁线圈的所述绕组头的至少一部分，通过以下方式，即该导体件沿轴向设置并且分别与所述励磁线圈的沿径向延伸的所述区段电连接。

14.根据权利要求12或13所述的电气盘式转子机(10)，其中，所述定子的至少一个层形成为单侧的或双侧的、在其顶面和其底面开敞的圆柱形的环，所述环通过多层基板利用所述定子励磁线圈的所述径向区段在轴向上分开，并且其中，提供了用于所述转子的永磁体的端侧/底侧上开敞的腔室，所述腔室分别伸入开敞的圆柱形的所述环中。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的电气盘式转子机(10)，其中，所述转子的所述永磁体设计成沿圆周方向刻面的环段，从而使得相邻的所述环段相互刚性地取向并且间隔。

16.车辆乘客约束系统的电子受控的、无燃料填料的安全带自动装置，其带有根据前述权利要求中任一项所述的电气盘式转子机，所述盘式转子机直接且无传动地与所述安全带自动装置的带卷绕轴耦连。