CN110114960B - 极靴、电机和交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极靴(2)、一种包括这种极靴(2)的电机和一种交通工具。用于限定能围绕转动轴线转动的转子的绕组面(10)的极靴(2)与该转子的极接片(4)连接，该转子尤其是电机的转子。所述极靴(2)的在连接状态中背离所述极接片(4)的外侧具有第一区域和第二区域，所述第一区域具有基本上正弦形的轮廓走向，所述第二区域具有第二轮廓走向。第二轮廓走向与第一轮廓走向不同并且构造为使得：相对于具有仅仅基本上正弦形延伸的外侧的极靴(2)的绕组面(10)而言，所述绕组面(10)沿该转子的周向延长。

Description

极靴、电机和交通工具

技术领域

本发明涉及用于限定能围绕转动轴线转动的转子的绕组面的极靴、尤其用于电机，本发明还涉及包括这种极靴的电机以及涉及包括这种电机的交通工具。

背景技术

电机可在所谓的发电机运行中由动能(例如轴的转动)产生电能。在包括内燃机的交通工具中，也称为“发电机(Lichtmaschine)”的电机例如用于为交通工具的交通工具电网产生或提供电能。

但相反地，电机也可用于由电能产生动能(例如轴转动)。关于限定的资源和环境可持续发展性，例如开发电驱动的交通工具，其核心件是代替传统内燃机的电机。对这样使用电机的要求例如涉及存储的电能的高效利用以及高且恒定的功率输出，以便能与传统内燃机竞争或甚至超过传统内燃机。

发明内容

本发明的任务是，提供一种改进的极靴。尤其是任务在于，在绕组面增大的情况下使在电机中的磁通的(尤其是从极靴发出的)杂散损失(Streuverlust)最小化。

为此，本发明提出一种极靴，用于限定能围绕转动轴线转动的转子的绕组面，所述转子尤其是电机的转系，所述转子尤其是电机的转子，其中，所述极靴与所述转子的极接片能连接或连接，并且所述极靴的在连接状态中背离所述极接片的外侧具有第一区域和第二区域，所述第一区域具有基本上正弦形的轮廓走向，所述第二区域具有第二轮廓走向，所述第二轮廓走向与第一轮廓走向不同并且构造为使得：相对于具有仅仅基本上正弦形延伸的外表面的极靴的绕组面而言，所述绕组面在周向上延长。

本发明还提出一种电机、尤其是是电激励式同步电机，其具有：-定子；以及-转子，其中，所述转子具有按照本发明所述的极靴。

本发明还提出一种交通工具、尤其是机动车，其包括按照本发明所述的电机。

本发明的第一方面涉及一种极靴，其用于限定能围绕转动轴线转动的转子的绕组面，所述转子尤其是电机的转子，其中，所述极靴与所述转子的极接片能连接或连接。所述极靴的在连接状态中背离所述极接片的外侧具有第一区域和第二区域，所述第一区域具有基本上正弦形的轮廓走向，所述第二区域具有第二轮廓走向。第二轮廓走向与第一轮廓走向不同并且构造为使得：相对于具有仅仅基本上正弦形延伸的外侧的极靴的绕组面而言，所述绕组面沿转子的周向延长。

本发明的第二方面涉及一种电机、尤其是电激励式同步电机，其具有定子和转子。在此，所述转子具有按照本发明的第一方面所述的极靴。

本发明的第三方面涉及一种交通工具、尤其是机动车，其包括按照本发明的第二方面所述的电机。

在下文中关于本发明的第一方面和其有利构型说明的特征和优点在技术上合适的情况下也适用于本发明的第二方面和第三方面以及其有利构型，并且反之亦然。

正弦形的轮廓走向或者说按照正弦形的走向，在本发明的意义中理解为尤其是构件和/或间隙的按照数学函数f(x)＝1/sin(x)的走向。如果例如间隙(如空气隙)由两个部件限定(例如由电机的极靴和定子限定)，并且这些部件之一(例如极靴)以这样的正弦形的轮廓走向构造，则所述间隙在预定的位置上(尤其该是在极靴的对称轴上)具有最小的间距，所述间距沿着该间隙增大。

绕组面，在本发明的意义中理解为在电机的转子的极接片上或围绕极接片的如下区域，所述区域在径向内部优选由该转子的转子轴并且在径向外部优选由极靴限界。绕组面尤其是设计或构造用于接纳线圈线材的或者说线圈的绕组。

方向或位置说明参照“径向”、“轴向”和“周向”在本发明的意义中按照转子的转动轴线，所述转子尤其是电机的转子。

本发明尤其是基于如下措施：用于转子的极靴的外侧构型为使得由极靴(尤其是由极靴的与外侧相对置的内侧)限定的绕组面增大或要增大并且同时所述外侧构造或要构造为电磁优化的。为此，第一轮廓在所述外侧的、尤其是沿周向方向中央的第一区域中正弦形地构造或成形。此外，所述外侧的具有第二轮廓的、尤其是沿周向方向更外部的第二区域衔接到第一区域上，其中，第二轮廓的走向与电磁优化的正弦形不同并且设计用于将所述内侧沿周向延长，由此伴随所述绕组面的增大或延长。

相对于通过具有仅正弦形的轮廓的极靴限定的绕组面而言，通过按照本发明的极靴可设置在该绕组面的区域中缠绕的线圈的附加的绕组。由此，可在相同的能量耗费的情况下产生提高的磁通，所述提高的磁通使包括这样的极靴的电机的有效功率提高。

尤其是，通过所述内侧或者说绕组面的延长，可减小在极靴和尤其是在该转子上相邻设置的另一极靴之间的间隙。因此，在两个相邻的极靴之间的附加的面或体积可借助围绕该极接片缠绕的线圈线材或者说线圈的附加的绕组来填充或占用。

通过在所述外侧的第一区域中的正弦形的轮廓走向，相对于其他形状的轮廓走向而言，可同时使通过线圈的设置在绕组面的区域中的绕组产生的并且通过极靴的外侧发出的磁通的杂散损失最小化。由此，也可在包括这样的极靴的电机中实现磁通到包围转子的定子的极上的均匀耦合并且因此减少在产生的转矩中的波动。附加地，正弦形的轮廓走向也在这样的电机的运行中的噪声生成方面被证实为有利的。

总体上，本发明能够实现高磁通的产生，其中，同时使该磁通在从该极靴发出的情况下的杂散损失最小化。

在一种优选的实施方式中，所述极靴与所述极接片的径向外端部能连接或连接。在此，所述绕组面优选由与所述外侧相对置的、即朝向所述极接片的内侧限界。所述极靴优选设计用于将线圈的设置在绕组面的区域中的绕组相对于在转子转动时作用的加速力进行支撑。此外，所述极靴尤其是设计用于将通过线圈产生的磁通尤其是引导到在该极靴和电机的定子之间的空气隙中或通过所述空气隙。为了改善用于磁通的传导率，所述极靴和所述极接片优选材料锁合地相互连接、优选一件式地构造。

在另一种优选的实施方式中，所述极靴沿周向变细。尤其是，所述第二轮廓走向构造为使得所述极靴尤其是在所述外表面的第二区域中朝向该极靴的端部变细。由此实现，一方面所述极靴在第一区域中电磁优化地构造或成形，另一方面在所述极靴的与所述外侧相对置的内侧上提供附加的绕组面，从而线圈的数量多的绕组可设置在该绕组面的区域中。附加地，变细的极靴能够实现该极靴的有利的空气动力学的形状，从而可减少在包括这样的极靴的电机的运行中的空气摩擦损失。

在另一种优选的实施方式中，所述极靴的外侧的总轮廓走向、尤其是在从第一区域至第二区域的过渡部中构造为基本上持续可微分。换句话说，在第一区域中的第一轮廓走向基本上切向地过渡到第二区域中的第二轮廓走向中。由此，所述极靴可在第二区域中沿周向加宽或延长，而不会在从第一轮廓走向到第二轮廓走向中的过渡部上出现由该极靴引导的磁通的附加的杂散损失。尤其是可实现，该磁通基本上均匀地在该极靴的整个外侧上发出。附加地，可利用这样的极靴抑制或至少减少在电机运行中的空气涡流，从而能够实现这样的电机的高效率。

在另一种优选的实施方式，第二区域具有基本上直线的第二轮廓走向。优选地，该直线的第二轮廓走向在此相对于极接片的对称轴或对称平面以预定的角度、优选15°和80°之间、特别优选25°和75°之间、尤其是50°和70°之间倾斜。由此，该极靴的宽度在第二区域中可沿周向简单地适配，尤其是与该极靴至另一相邻极靴的预定间距相适配。

在另一种优选的实施方式中，第二轮廓走向具有至少一个弯曲部、尤其是凹的弯曲部。由此，该极靴可在第二区域中沿周向加宽或延长基本上直至另一相邻极靴或至少直到另一相邻极靴之前的区域中，而不会同时低于用于该极靴的径向厚度或强度的预定最小值。这能够实现该极靴的足够机械稳定性，尤其是在作用到该极靴上的加速力方面，所述加速力在转子的转动时、即电机的运行中产生或作起用。

在另一种优选的实施方式中，第一区域在所述外侧的宽度的至少2/3、尤其是3/4、4/5、5/6或6/7上沿周向延伸。由此可实现，该极靴的外侧的大部分以正弦形的第一轮廓走向构造并且因此具有在电磁方面有利的、即磁通杂散损失最小化的形状。

在另一种优选的实施方式中，所述外侧在该极靴的朝向与该极靴相邻的另一极靴的端部上具有第三区域，所述第三区域具有第三轮廓走向，所述第三轮廓走向尤其具有凸的弯曲部。优选地，第三轮廓走向切向地衔接到第二轮廓走向上。尤其是，第二轮廓走向和第三轮廓走向的导数在这两个轮廓走向的过渡部上基本上连续延伸。由此，磁通可在该极靴中引导，而不会在从第二轮廓走向至第三轮廓走向的过渡部上出现由极靴引导的磁通的附加的杂散损失。此外，通过该极靴的倒圆的(优选凸地成形的)端部产生该极靴的有利的空气动力学特性，由此可减少在电机运行中转子转动时的空气摩擦损失和噪声产生。

在另一种优选的实施方式中，所述外侧与所述极靴的朝向极接片的内侧通过第三轮廓走向连接。由此，在第三区域中的极靴外侧或极靴端部的电磁和/或空气动力学方面有利成形的情况下也可使绕组面最大化。

附图说明

本发明的其他特征、优点和应用可行性由后续的说明结合附图得出，其中持续使用相同的附图标记用于本发明的相同的或彼此对应的元件。至少部分示意性地：

图1示出用于包括按照现有技术的极靴的电机的转子的局部横截面；

图2示出本发明的优选的第一实施方式的极靴的部分横截面；以及

图3示出本发明的优选的第二实施方式的极靴的部分横截面。

具体实施方式

在图1中示出如其由现有技术已知的用于具有极靴2的转子1的两个示例，在垂直于转子的转动轴线3延伸的横截面中示出。在此，转子1仅仅在x＝120°的角度范围中示出。极靴2与极接片4连接，所述极接片又在转子1的转子轴5上沿周向6以均匀的间距设置。转子1在径向外部通过示意性地以线示出的定子7限界。

每个极接片4和极靴2分别关于对称轴8或在三个维度上关于与标绘的对称轴8平行的、垂直于图平面延伸的对称平面对称地构造或成形。

图1a)示出所谓的“正弦极”。在此，极靴2的外表面9的轮廓正弦形地延伸，即按照函数f(x)＝1/sin(x)。因为定子7具有恒定的曲率，所以在极靴2和定子7之间的空气隙的厚度在径向方向上按照函数d(x)＝d₀ 1/sin(x)改变，其中d₀表示在对称轴8的区域中在极靴2和定子7之间的空气隙或间距的厚度。在周向6上，空气隙关于极靴2的厚度向其朝向相邻极靴的端部持续增大。

这样构造的极靴2在电磁上是特别有利的。尤其是，在磁通通过外侧9发出时通过极靴2延伸的磁通的杂散损失以及在转子1转动时的噪声生成和在磁通耦合到定子7的未标绘的极上时的转矩波动最小化。

图1b)示出所谓的“矩形极”。在此，极靴2的外表面9的轮廓基本上平行于定子7延伸。换句话说，由此，在极靴2和定子7、尤其是定子7的未标绘的极之间的空气隙保持基本上恒定。

然而，通过矩形极的沿周向6延长的形状产生相对于正弦极而言增大的绕组面10。绕组面10在径向内部通过转子轴5并且在径向外部通过极靴2(尤其是通过极靴2的与外侧9相对置的内侧11)限界。通过极靴2的以恒定曲率延伸的外侧9，实现内侧11和借此绕组面10伸展直至到与该相应极靴2相邻的另一极靴之前的区域中。换句话说，通过极靴2的这样的成形部，在两个相邻的极靴之间的间隙可最小化，从而可获得用于附加的绕组面的空间。

在绕组面10的区域中，设置线圈的绕组(未示出)，当所述线圈的绕组以电流流过时在极接片4的内部产生磁通。通过附加的绕组面，附加的绕组可围绕极接片4缠绕，从而可增大产生的磁通。当然，相对于在从正弦形弯曲的外侧发出的情况下的杂散损失而言，在从极靴2的基本上恒定弯曲的外侧9发出的情况下磁通的杂散损失较高。

图2示出与极接片4连接的极靴2的一种优选实施方式。在此，极靴2在外侧9上在第一区域12中具有第一轮廓走向，并且在第二区域13中具有第二轮廓走向。在第三区域14中，第三轮廓走向构造为使得外侧9过渡到极靴2的与外侧9相对置的内侧11中。

在此，第一轮廓走向基本上对应于正弦形的轮廓走向。换句话说，极靴2的外侧9在第一区域12中延伸，所述第一区域优选在外侧9的大约3/4上延伸，基本上按照函数f(x)＝1/sin(x)。

在此，第二轮廓走向基本上对应于线性的轮廓走向。换句话说，从第一区域12的第一轮廓走向在第二区域13中基本上直线地继续延伸，直至其在第三区域14中将外侧9和内侧11连接。在此，第一轮廓走向切向地过渡到第二轮廓走向中。换句话说，外侧9的总轮廓走向沿周向6持续可微分，尤其是也在从第一区域到第二区域或者说从第一轮廓走向到第二轮廓走向中的过渡点上。

内侧11、同样如外侧9，相对于以正弦极构造的极靴的内侧而言沿周向6加宽或延长，并且尤其是延伸直到就在与该极靴2相邻的另一极靴之前的区域中(未示出)。

由此，相对于以正弦极构造的极靴而言，这样构造的极靴2的绕组面10可扩宽一由加阴影线区域表示的附加的绕组面10'，从而线圈的附加的绕组(未示出)可设置在该附加的绕组面10'的区域中。因此，可实现在极接片4和极靴2中通过线圈产生的磁通增大，其中，同时(尤其是在从极靴2通过外侧9发出的情况下、尤其是在第一区域12中)可减少磁通的杂散损失。

在图3中，示出与极接片4连接的极靴2的另一个优选的实施方式。在此，极靴2的外侧9的第一区域12优选在外侧9的基本上4/5上延伸。在第一区域12中的正弦形的第一轮廓走向过渡到第二区域13的第二轮廓走向中。在第三区域14中，外侧9通过第三轮廓走向与极靴2的内侧11连接。

类似于在图2中示出的实施方式，第一轮廓走向和第二轮廓走向切向地过渡到彼此中或切向地彼此连接，即外侧9的总轮廓走向沿周向6持续可微分。

在第二区域13中的第二轮廓走向具有凹的弯曲部，其与在第一区域12中的正弦形轮廓走向的凸的弯曲部相对立。第二轮廓走向或第二轮廓走向的凹的弯曲部尤其是这样设计，使得在极靴2和定子7(尤其是定子7的未示出的极)之间的空气隙在第二区域13中基本上保持恒定或是恒定的。替代地，第二轮廓走向或第二轮廓走向的凹的弯曲部也可这样设计，使得空气隙沿周向6朝该极靴2的朝向相邻另一极靴(未示出)的端部变得更小或空气隙的厚度减小。

也在此，极靴2的内侧11、同样如外侧9，沿周向6相对于以正弦极构造的极靴的内侧而言延长，并且尤其是延伸直到就在与该极靴2相邻的另一极靴(未示出)之前的区域中。

由此，相对于以正弦极构造的极靴的绕组面而言，绕组面10可扩宽一附加的绕组面11'。在该附加的绕组面11'的加阴影线示出的区域中，可设置线圈的附加的绕组(未示出)，所述附加的绕组在以电流流过时在极接片4和极靴2中产生附加的磁通。总磁通可通过极靴2的外侧9、尤其是在第一区域12中发出，而不会由于极靴2的外侧9的不利成形出现附加的杂散损失。

附图标记列表

1 转子

2 极靴

3 转动轴线

4 极接片

5 转子轴

6 周向

7 定子

8 对称轴

9 外侧

10 绕组面

10' 附加的绕组面

11 内侧

12 第一区域

13 第二区域

14 第三区域

x 角度范围

Claims (18)

1.极靴(2)，用于限定能围绕转动轴线(3)转动的转子(1)的绕组面(10)，其中，所述极靴(2)与所述转子(1)的极接片(4)能连接，并且所述极靴(2)的在连接状态中背离所述极接片(4)的外侧(9)具有第一区域(12)和第二区域(13)，所述第一区域具有基本上正弦形的轮廓走向，所述第二区域具有第二轮廓走向，所述第二轮廓走向与第一轮廓走向不同并且构造为使得：相对于仅仅具有基本上正弦形延伸的外表面的极靴的绕组面而言，所述绕组面(10)在周向(6)上延长，所述第二区域(13)具有基本上直线的第二轮廓走向。

2.按照权利要求1所述的极靴(2)，其中，所述极靴(2)与所述极接片(4)的径向外端部能连接。

3.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述极靴(2)沿周向(6)变细。

4.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述极靴的外侧(9)的总轮廓走向构造为基本上持续可微分。

5.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述第一区域(12)在所述外侧(9)的宽度的至少2/3上沿周向(6)延伸。

6.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述外侧(9)在所述极靴(2)的朝向与该极靴(2)相邻的另一极靴的端部上具有第三区域(14)，所述第三区域具有第三轮廓走向。

7.按照权利要求6所述的极靴(2)，其中，所述外侧(9)与所述极靴(2)的朝向所述极接片(4)的内侧(11)通过所述第三轮廓走向连接。

8.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述转子是电机的转子。

9.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述极靴的外侧(9)的总轮廓走向在从所述第一区域(12)至所述第二区域(13)的过渡部上构造为基本上持续可微分。

10.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述第一区域(12)在所述外侧(9)的宽度的至少3/4上沿周向(6)延伸。

11.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述第一区域(12)在所述外侧(9)的宽度的至少4/5上沿周向(6)延伸。

12.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述第一区域(12)在所述外侧(9)的宽度的至少5/6上沿周向(6)延伸。

13.按照权利要求1或2所述的极靴(2)，其中，所述第一区域(12)在所述外侧(9)的宽度的至少6/7上沿周向(6)延伸。

14.按照权利要求6所述的极靴(2)，其中，所述第三轮廓走向具有凸的弯曲部。

15.电机，其具有：

-定子(7)；以及

-转子(1)，

其中，所述转子(1)具有按照权利要求1至14之一所述的极靴(2)。

16.按照权利要求15所述的电机，其中，所述电机是电激励式同步电机。

17.交通工具，其包括按照权利要求15或16所述的电机。

18.根据权利要求17所述的交通工具，其中，所述交通工具是机动车。

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