CN109891713A - 电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括定子(11)的电机(10)，该定子(11)包括多个凹槽(14)并且与气隙(17)相邻。电机(10)还包括具有第一导电率的第一材料(15)，其中，在每种情况下，第一材料(15)至少部分地但不完全地填充各个凹槽(14)，并且第二材料(16)具有比第一导电率低的第二导电率。以这种方式，第二材料(16)仅填充凹槽(14)的边缘区域(20)，并且边缘区域(20)位于凹槽(14)内面向气隙(17)的一侧。凹槽(14)内的第一材料(15)以导电的方式连接到定子(11)的第一侧。本发明还涉及一种包括转子(12)的电机(10)。
Description
本发明涉及一种电机。电机可包括定子和转子，转子安装成可相对于所述定子移动。
电机能够以电动机或发电机运行。定子可以包括槽内的电绕组，例如，该电绕组由导电材料形成并且具有杆的形状。电绕组可以连接到多相电力系统。
如果槽大部分填充有电绕组的导体，则可以在电绕组中实现高电流密度，并因此在电机的操作期间实现低DC电阻水平。如果电绕组完全填充满槽，则在操作期间感应磁场(即该槽的横向场)穿透所述电机。结果，在电绕组中感应出电压，从而产生涡电流。该感应的涡电流导致电绕组内的电流分布不均匀。此外，在槽的横向场的情况下，除了基波之外还可能出现谐波，这些谐波在电机运行期间导致损耗。这降低了电机的效率。
此外，槽可以在靠近气隙时变圆，结果是磁阻在靠近气隙时减小。结果，槽的横向场在该区域内特别明显，并且谐波的穿透深度特别高。这导致涡电流的高电流密度。
例如，一种解决方案包括形成封闭的槽，即该槽不包括朝向气隙的开口。然而，在这种情况下，槽的横向磁场仍然能够穿透电绕组。
要解决的问题在于提高电机的效率。
该问题通过独立权利要求的主题解决。在从属权利要求中详述了有利的实施例和改进。
根据至少一个实施例，电机包括定子，该定子包括多个槽并且与气隙相邻。定子可包括定子片，槽在定子片中形成。例如，气隙可以布置在电机的定子和转子之间。
根据至少一个实施例，电机包括具有第一导电率的第一材料，其中第一材料在每种情况下部分地但不是完全地填充槽。因此，第一材料能够在槽内形成导体部分或电绕组，并且可以通过，例如，杆类型或其他类型的绕组(例如线圈)形成。第一材料可以是导电的并且可以包括，例如，铜或铝。第一材料还可包括其他材料或合金，其导电率优选为每米至少14兆西门子。第一材料可以是顺磁性的或抗磁性的。
根据至少一个实施例，电机包括具有第二导电率的第二材料，第二导电率低于第一导电率。第二种材料可以包括，例如，锡、青铜、钛、不锈钢、塑料材料、液体或气体。第二导电率可小于每米10兆西门子。此外，第二材料可以是顺磁性的或抗磁性的。
根据电机的至少一个实施例，第二材料专门填充槽的边缘区域，并且边缘区域位于槽内面向气隙的一侧。因此，第二材料位于槽内面向气隙的一侧的区域内。槽内第二材料的几何形状是任意的。可以选择第二材料的几何形状，使得一部分的槽的横向场不再穿透槽内的第一材料。
根据电机的至少一个实施例，槽内的第一材料在定子的第一侧上导电地互连。例如，槽内的第一材料可以借助于短路环在定子的第一侧上互连。因此，杆或电绕组互连，使得彼此形成短路。短路环可以仅与第一材料或槽的整个区域互连，即也与第二材料互连。
根据至少一个实施例，电机包括定子、第一材料和第二材料。
第二材料的电特性和磁特性防止或阻碍槽内靠近气隙的区域中的横向磁通。此外，由于第二材料的较低导电率，涡电流的电流密度降低。结果，能够在槽的区域内减小趋肤效应，并且在电机的操作期间具有较低的损耗。这也可以提高效率。
另外，如果第二材料是可压缩的，则第一材料和定子片材料的不同热膨胀能够通过第二材料来补偿。
根据电机的至少一个实施例，每个槽中的第一材料具有杆的形状，其中，在每种情况下，每个杆构造成借助于电源单元在定子的第二侧上供给其自身的电相。因此，定子能够以类似于鼠笼式转子的方式构造，其中短路环仅附接在定子的第一侧上。在定子的第二侧上，槽内的杆连接到电源单元。因此，每个槽的单个相能够应用于槽内的杆。在每种情况下，也可以为相邻杆组提供它们自己的相。槽内的杆优选是直的。例如，这简化了杆和槽的制造。
根据电机的至少一个实施例，第三材料布置在槽中，使得第一材料与定子的材料电绝缘。例如，第三材料可以包括槽绝缘体。例如，第三材料可以包括塑料材料、聚酰亚胺、有机材料和非有机材料。例如，第三材料可以包围第一材料。然而，第三材料不必完全包围槽内的第一材料。例如，定子的材料可包括定子片。定子的槽可以形成在定子片内。
根据电机的至少一个实施例，第二导电率是第一导电率的至多10％。有利地，第二材料的较低导电率有助于减弱电绕组内的趋肤效应。
根据电机的至少一个实施例，槽包括朝向气隙的开口。替代地，槽不包括朝向气隙的开口。此外，槽的形状可以朝向气隙变窄或变圆。
根据电机的至少一个实施例，至少一个第一槽包括朝向气隙的开口，并且至少一个第二槽不包括朝向气隙的开口。因此，一些槽可以包括朝向气隙的开口，并且其他一些槽可以不包括朝向气隙的开口。
根据电机的至少一个实施例，第二材料由空气形成，或者第二材料不同于空气和/或第二材料包括塑料材料或不锈钢。在另一实施例中，第二材料可包括锡、青铜、钛、液体或气体。如果第二材料是可压缩的，则它能够补偿第一材料和定子材料的不同热膨胀。在这种情况下，可以选择第二材料的几何形状，使得第一材料和定子材料的不同热膨胀不会导致机械应力或仅导致低机械应力。
根据电机的至少一个实施例，第二材料所在的边缘区域相对于定子的径向轴线具有不对称的形状。例如，边缘区域可以具有倾斜形状。例如，边缘区域可以在一个径向方向上比在另一个径向方向上更大程度地填充槽。边缘区域的不对称形状对于具有固定的旋转方向或基本恒定的旋转方向的电机是有利的。
根据至少一个实施例，电机包括转子，该转子包括多个槽并且与气隙相邻。例如，转子可以由鼠笼式转子形成。转子可包括转子片，槽在转子片中形成。例如，气隙可以布置在电机的定子和转子之间。
根据至少一个实施例，电机包括具有第一导电率的第一材料，其中第一材料在每种情况下部分地但不是完全地填充槽。因此，第一材料能够在槽内形成导体部分或电绕组，并且可以通过，例如，杆类型或其他类型的绕组(例如线圈)形成。第一材料可以是导电的并且可以包括，例如，铜或铝。第一材料还可包括其他材料或合金，其导电率优选为每米至少14兆西门子。第一材料可以是顺磁性的或抗磁性的。
根据至少一个实施例，电机包括具有第二导电率的第二材料，第二导电率低于第一导电率。第二种材料可以包括，例如，锡、青铜、钛、不锈钢、塑料材料、液体或气体。第二导电率可小于每米10兆西门子。此外，第二材料可以是顺磁性的或抗磁性的。
根据电机的至少一个实施例，第三材料布置在槽中，使得第一材料与转子的材料电绝缘。例如，第三材料可包括一个槽绝缘体。例如，第三材料可以包括塑料材料、聚酰亚胺、有机材料和非有机材料。例如，第三材料可以包围第一材料。然而，第三材料不必完全包围槽内的第一材料。例如，转子的材料可包括转子片。转子的槽可以形成在转子片内。
根据电机的至少一个实施例，第二材料专门填充槽的边缘区域，并且边缘区域位于槽内面向气隙的一侧。因此，第二材料位于槽内面向气隙的一侧的区域内。槽内第二材料的几何形状是任意的。可以选择第二材料的几何形状，使得一部分的槽的横向场不再穿透槽内的第一材料。
根据电机的至少一个实施例，槽内的第一材料在转子的第一侧上导电地互连。例如，槽内的第一材料可以借助于短路环在转子的第一侧上互连。因此，杆或电绕组互连，使得彼此形成短路。短路环可以仅与第一材料或槽的整个区域互连，即也与第二材料互连。
根据至少一个实施例，电机包括转子、第一材料、第二材料和第三材料。
第二材料的电特性和磁特性防止或阻碍槽内靠近气隙的区域中的横向磁通。此外，由于第二材料的较低导电率，涡电流的电流密度降低。结果，能够在槽的区域内减小趋肤效应，并且在电机的操作期间具有较低的损耗。因此，这可以提高效率。
另外，如果第二材料是可压缩的，则第一材料和转子片材料的不同热膨胀能够通过第二材料来补偿。
根据电机的至少一个实施例，第二导电率是第一导电率的至多10％。有利地，第二材料的较低导电率有助于减弱电绕组内的趋肤效应。
根据电机的至少一个实施例，槽包括朝向气隙的开口。替代地，槽不包括朝向气隙的开口。此外，槽的形状可以朝向气隙变窄或变圆。
根据电机的至少一个实施例，至少一个第一槽包括朝向气隙的开口，并且至少一个第二槽不包括朝向气隙的开口。因此，一些槽可以包括朝向气隙的开口，并且其他一些槽可以不包括朝向气隙的开口。
根据电机的至少一个实施例，第二材料由空气形成，或者第二材料不同于空气和/或第二材料包括塑料材料或不锈钢。在另一示例性实施例中，第二材料可包括锡、青铜、钛、液体或气体。如果第二材料是可压缩的，则它能够补偿第一材料和转子材料的不同热膨胀。在这种情况下，可以选择第二材料的几何形状，使得第一材料和转子材料的不同热膨胀不会导致机械应力或仅导致低机械应力。
根据电机的至少一个实施例，第二材料所在的边缘区域相对于转子的径向轴线具有不对称的形状。例如，边缘区域可以具有倾斜形状。例如，边缘区域可以在一个径向方向上比在另一个径向方向上更大程度地填充槽。边缘区域的不对称形状对于具有固定的旋转方向或基本恒定的旋转方向的电机是有利的。
根据至少一个实施例，电机包括定子和转子，其中，转子布置在气隙的背离定子的一侧上。
下面结合示例性实施例和附图更详细地解释在此描述的电机。
图1A示出了具有封闭槽的示例性定子片的横截面的详图。
图1B示出了具有开口槽的示例性定子片的横截面的详图。
图2通过实施例示出了两个槽，第一材料完全填充满这些槽。
图3通过实施例示出了在定子和转子中的两个封闭槽，第一材料完全填充满这些槽。
图4示出了在定子和转子中具有开口槽的示例性实施例的横截面的详图。
图5示出了具有定子和转子内的封闭槽的示例性实施例的横截面的详图。
图6示出了示例性实施例的横截面中的槽的示例性横向场。
图7示出了具有封闭槽的另一示例性实施例的横截面的详图。
图1A示出了具有封闭槽14的示例性定子片13的横截面的详图。第一材料15、第二材料16和第三材料19位于槽14内。例如，第一材料15可对应于具有圆形横截面、椭圆形横截面或角形横截面的电绕组的杆，并且第一材料15不完全填充槽14。第二材料16专门位于槽14的边缘区域20内，其中，边缘区域20位于槽14内面向气隙17的一侧。第三材料19布置成使第一材料15与定子片13电绝缘。
图1B示出了具有槽14的示例性定子板13的横截面的详图，槽14包括朝向气隙17的开口18。第一材料15、第二材料16和第三材料19布置在槽14内。
图2通过实施例示出了两个槽14，槽布置在转子片21内并且包括朝向气隙17的开口18。第一材料15完全填充满槽14。对于鼠笼式异步电机转子，这样的设计是很常见的。
图3通过实施例示出了定子片13和转子片21内的封闭槽14。第一材料15完全填满槽14。由于槽14不包括朝向气隙17的开口18，槽的横向场的谐波受到抑制。
图4示出了包括定子片13和转子片21内的槽14的示例性实施例的横截面的详图。槽14包括朝向气隙17的开口18。第一材料15、第二材料16和第三材料19位于槽14内。第一材料15不完全填充槽14，第二材料16位于槽14的边缘区域20内，边缘区域20位于槽14内面向气隙17的一侧。第三材料19布置成使第一材料15与定子片13电绝缘。例如，在所示的定子片13的情况下，第二材料16可以包括空气。在这种情况下，槽14能够形成为朝向气隙17敞开。槽14的形状可以朝向气隙17变圆或变窄。定子片13和转子片21可以由具有槽14的堆叠薄片形成。
图5示出了包括定子和转子内的封闭槽14的示例性实施例的横截面的详图。因此，槽14不包括朝向气隙17的开口18。
图6通过实施例示出了定子片11和转子片12内的槽14的横向场。定子11和转子12包括封闭槽14。在转子12内，第一材料15完全填充满槽14。在定子11内，槽14部分地填充有第一材料15并且部分地填充有第二材料16。在定子11和转子12内的所有槽14中，布置第三材料19使得第一材料15与定子片13和转子片21电绝缘。在转子12内的槽14中，槽14的横向场在槽14的整个区域内穿透第一材料15。在定子11内的槽14中，因为第二材料16位于槽14内使得第二材料靠近气隙17，横向场不完全穿透第一材料15。因此，槽14内的第二材料16能够阻碍槽14内的横向磁通并且降低局部增加的电流密度。因此，能够实现电机10的更高效率。
图7示出了包括定子11和转子12内的槽14的另一示例性实施例的横截面的详图。第一材料15、第二材料16和第三材料19位于槽14内。在该示例性实施例中，第二材料16所在的边缘区域20相对于定子11的径向轴线具有不对称的形状。因此，边缘区域20能够是倾斜设计的。边缘区域20也能够是其他不对称形状。该示例性实施例对于具有固定的旋转方向或保持大致恒定的旋转方向的电机是有利的。
Claims (15)
1.一种电机(10)，包括：
-定子(11)，其包括多个槽(14)并且与气隙(17)相邻，
-第一材料(15)，其具有第一导电率，其中，在每种情况下，第一材料(15)部分地而不是完全地填充槽(14)，和
-第二材料(16)，其具有比所述第一电导率低的第二导电率，其中，
-所述第二材料(16)仅填充槽(14)的边缘区域(20)，并且，边缘区域(20)位于槽(14)内面向气隙(17)的一侧，并且
-所述槽(14)内的第一材料(15)在定子(11)的第一侧上导电地互连。
2.根据权利要求1所述的电机(10)，其中，每个槽(14)中的第一材料(15)具有杆的形状，其中，在每种情况下，每个杆配置成借助于电源单元在定子(11)的第二侧上利用其自身的电相为其供电。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其中，第三材料(19)布置在槽(14)中，使得第一材料(15)与定子(11)的材料电绝缘。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其中，第二导电率至多是第一导电率的10％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其中，槽(14)包括朝向气隙(17)的开口(18)或者不包括朝向气隙(17)的开口(18)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电机(10)，其中，至少第一槽(14)包括朝向气隙(17)的开口(18)，并且至少第二槽(14)不包括朝向气隙(17)的开口(18)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其中，第二材料(16)由空气形成，或者第二材料(16)不同于空气和/或第二材料(16)包括塑料材料或不锈钢。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电机(10)，其中，第二材料(16)所位于的边缘区域(20)相对于定子(11)的径向轴线具有不对称的形状。
9.一种电机(10)，包括：
-至少一个转子(12)，其包括多个槽(14)并且与气隙(17)相邻，
-第一材料(15)，具有第一导电率，其中，在每种情况下，第一材料(15)部分地而不是完全地填充槽(14)，
-第二材料(16)，其具有比第一电导率低的第二导电率，
-第三材料(19)，其布置在槽(14)中使得第一材料(15)与转子(12)的材料电绝缘，其中，
-所述第二材料(16)仅填充槽(14)的边缘区域(20)，并且其中，边缘区域(20)位于槽(14)内面向气隙(17)的一侧，并且
-所述槽(14)中的第一材料(15)在转子(12)的第一侧上导电地互连。
10.根据权利要求9所述的电机(10)，其中，第二导电率至多是第一导电率的10％。
11.根据权利要求9或10所述的电机(10)，其中，槽(14)包括朝向气隙(17)的开口(18)或者不包括朝向气隙(17)的开口(18)。
12.根据权利要求9或10所述的电机(10)，其中，至少第一槽(14)包括朝向气隙(17)的开口(18)，并且至少第二槽(14)不包括朝向气隙(17)的开口(18)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的电机(10)，其中，第二材料(16)由空气形成，或者第二材料(16)不同于空气和/或第二材料(16)包括塑料材料或不锈钢。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的电机(10)，其中，第二材料(16)所位于的边缘区域(20)相对于转子(12)的径向轴线具有不对称的形状。
15.根据权利要求1至8中任一项所述的电机(10)，包括根据权利要求9至14中任一项所述的转子(12)，其中，转子(12)布置在气隙(17)背离定子(11)的一侧上。
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