CN110268610A - 具有磁旋转场降低和通量集中的同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有通量集中的同步电机。本发明的目的在于提供一种同步电机，该同步电机能够以简单的结构实现提供扭矩方面的改进的特性，该目的对于同步电机来讲这样解决，在转子和/或定子中设置至少一个附加的永磁体，其产生的磁通量至少部分地通过转子的磁通引导区域引回，其中转子的磁通引导区域中的附加永磁体的磁通量具有与转子的永磁体的磁化方向相反的方向。

Description

具有磁旋转场降低和通量集中的同步电机

技术领域

本发明涉及一种具有通量集中的同步电机，

-具有至少一个具有多相、优选三相绕组的定子，该绕组的极数2p≥4，其中极数是极对数p的两倍并且绕组布置在定子中的n个凹槽中并且形成用于产生磁旋转场，

-具有设置在至少一个定子的凹槽之间的磁通引导区域，其用于引导磁旋转场，这些区域包括铁磁的，优选软磁的材料，

-具有至少一个布置在旋转轴上的转子，该转子相对于至少一个定子形成空隙并可旋转地布置并且有着具有永磁体的区域，该永磁体面向至少一个定子并且相对于转子的旋转方向，均匀分布地布置在圆周方向中的角度区域中，

-其中永磁体在至少一个定子的磁通引导区域的方向上或在与其相反的方向上被磁化，

-至少一个的转子具有布置在永磁体之间的磁通引导区域，其用于将磁通量引出或引入至少一个的转子，

-其中至少一个的转子的磁通引导区域具有铁磁材料，优选软磁材料。

背景技术

从现有技术中已知这种永久激励同步电机。它们通常用于中小功率要求，并且可以用作发电机和同步电动机。然而，也越来越多地实现更大的功率。例如，风力发电设备有时配备有永久激励的同步电机。永久激励同步电机具有转子，该转子具有在定子的磁通引导区域的方向上或在相反方向上磁化的永磁体。如果定子的绕组产生磁场，则永磁体的磁极相应地被吸引到旋转磁场的磁极，使得彼此相对的磁极总是非同极的。因此这样产生同步电机的转矩，即，可旋转地安装的永久激励转子的磁极跟随定子中产生的磁旋转场。

扭矩通常取决于转子和磁旋转场之间的相角，其中最大值本身取决于永磁体的最大可磁化性。例如，当使用钕永磁体时，永磁体在对电动机常见的最大150℃的温度范围内的可以提供的最大磁通密度为大约1.4T。在结构尺寸不变的情况下，目前为止，由于永磁体提供的最大磁通密度，扭矩的提供受到限制。

然而，一直需要增加同步电机的可实现的/可用的扭矩，以便基于更高扭矩例如减小结构尺寸，降低成本或允许全新应用。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有磁通量集中的永久激励同步电机，其能够以简单的设计提供关于扭矩提供的改进特性。

所指出的目的根据本发明的教导对于同步电机来说这样实现，即，设置至少一个附加的永磁体，其产生的磁通量至少部分地由转子的磁通引导区域引导，其中转子的磁通引导区域中的附加永磁体的磁通量具有与转子的永磁体的磁化方向相反的方向。

利用额外设定的至少一个永磁体，在转子的磁通引导区域中产生额外的磁通量，该磁通量与永磁体的磁化方向相反。在转子的已经将由永磁体产生的磁通量由转子引回的磁通引导区域中，由此额外增加了磁通密度。同时，永磁体的磁通量确保从磁通引导区域发出的磁通量移位并集中在转子的磁通引导区域的区域上，即产生磁通量集中。通过至少一个永磁体额外提供的磁通密度，可以在转子的磁通引导区域中实现这样的磁通密度，其明显高于具有永磁体的区域大约1.4T的剩磁。因此，转子的整体磁化强度更高，由此在此外相同的设计形式下可以显著增加扭矩。

根据一个有利的实施方案，如果磁旋转场的磁极数2p₂是凹槽数n的两倍，并且对于转子的磁极的极数2p₃，2p₃＝2p₂-2p成立，那么，通过选择相应数量的转子磁极，例如在极数2p为4的绕组的情况下2p₃＝44，可以提供具有高磁旋转场降低和高转矩的同步电机。

例如，在所提到的示例中实现了11倍的降低，同时提供了非常高的扭矩。该有利实施形式可以特别有效地使用根据本发明的磁通密度增加来增加转矩。

附加的至少一个永磁体可以例如布置在转子中，定子中或者也布置在同步电机的壳体中，唯一的决定性因素是附加永磁体的磁化和磁通引导产生在转子的磁通引导区域中与设置在转子中的永磁体的磁化方向相反的附加的磁通量。

优选地，至少一个的定子的绕组配置为三相电流绕组，因此恰好具有三相。这使得可以以三相电流的简单方式操作同步电机。然而，也可以简单地在使用具有可变频率的三相绕组的情况下，通过逆变器来运行同步电机。

为了实现损耗尽可能低的良好磁化，定子和/或转子中的磁通引导区域是层叠设计。层叠设计意味着引导磁通量的区域由彼此电绝缘的单独金属板提供，并且例如由电工钢板制成。电工钢板是指具有特别好的软磁特性的钢。本发明的磁通引导区域优选由电工钢板提供。

例如，具有最高3％硅的铁-硅合金可用于层叠区域，其实现了在饱和区域中特别高的磁化度，同时需要非常低的矫顽力用于极性反转。通过在同步电机的转子和/或定子中使用这些材料，可以减少磁损耗。

优选地，定子绕组的孔数q至少为1.5。孔数q由下式定义：

其中n是凹槽的数量，2p是绕组的极数，m是绕组的绞合线或相的数量。孔数q越大，同步电机在电动机转动中的转矩波动方面的行为越好。然而，在生产中难以实现大于4的孔数。3和4的孔数由此表示在发动机的尽可能小地波动的扭矩的方向上的折衷。在q＝2时实现具有同时适度的扭矩平滑的制造方面的最佳情况。

根据本发明的同步电机例如可以以具有适合于其的定子的圆柱形转子形式的转子或者盘式转子形式的转子形成。首先，下面更详细地解释具有圆柱形转子的变体。

根据本发明的同步电机的另一实施方案，所述至少一个的转子形成为具有旋转轴的圆柱形转子，并且所述至少一个的定子形成用于在至少一个的转子中产生径向定向的磁旋转场，其中该至少一个的转子在第一轴向区域中具有永磁体，所述永磁体以预定的角度范围设置在所述至少一个的转子的周面上并且在所述至少一个的转子的轴向方向上延伸，其中至少一个的转子的永磁体在径向中或其反向中磁化，并且在至少一个的转子的永磁体之间分别设置磁通引导区域，其在径向方向上形成与至少一个的定子的磁通引导区域的空隙。同步电机的这种结构使得可以以特别简单的方式提供额外的永磁体，其布置在转子中并用于增加磁通引导区域中的磁通密度。已经发现，利用同步电机的这种变体，可以这样实现改进的性能，即，沿轴向延伸的永磁体的宽度大约是永磁体厚度的两倍。

优选地，在该实施方案中，磁通引导区域垂直于转子的旋转轴线层叠形成。

根据符合本发明的同步电机的另一实施方案，在定子中设置具有永磁体的分布式角度区域，其向着转子的方向或与其相反地磁化并且与定子的磁通引导区域相邻地布置。通过这些与定子的磁通引导区域相邻设置的永磁体，实现了磁旋转场在磁通区域上的进一步磁通量集中，并且漏磁通减小。这有助于增加同步电机的转矩。

前述实施例可以这样进一步改进，即至少一个的转子具有至少两个轴向区域，其中在至少一个第一轴向区域中，在周向方向中的预定的角度区域内设置有在轴向方向上延伸并且在径向方向上或者其反向上磁化的永磁体并且在永磁体之间分别设置磁通引导区域，其中在至少一个第二轴向区域中，在周向方向中的预定的角度区域内设置有在轴向方向上延伸并且在径向方向上或者其反向上磁化的永磁体并且在永磁体之间分别设置磁通引导区域，其中该永磁体的磁化方向与安置在第一轴向区域中的永磁体的磁化方向相反，并且至少一个的第二轴向区域的永磁体安置在周向方向中的如下角度区域内，在这些角度区域内，在第一轴向区域内设置有磁通引导区域，其中，该至少一个的转子的轴向区域的磁通引导区域形成与至少一个的定子的空隙。

通过在转子中使用多个轴向区域，实现了可以通过例如布置在转子中的永磁体在两个轴向区域中利用额外的磁通量。利用该实施方案，可以同时改善根据本发明的同步电机的同步和转矩。为此，第一和第二轴向区域具有永磁体的角度区域优选分别彼此旋转偏移恰好磁通引导区域的角度区域，以便实现最佳同步和最大扭矩。

可以这样实现对最后说明的两个变体的进一步改进，即，至少一个另外的永磁体设置在至少一个另外的轴向区域中，该轴向区域在轴向方向上直接邻接第一或第二轴向区域和/或布置在第一和第二轴向区域之间，所述永磁体沿轴向磁化，使得在第一或第二轴向区域的磁通引导区域中产生与永磁体的磁化方向相反的磁通量，其中，旋转轴由非铁磁材料构成，并且该至少一个的另外的轴向区域选择性地形成为盘形。以这种方式可以实现，额外的磁通量可以通过转子的相应轴向区域的磁通引导区域以简单的方式引导，并且可以有助于在磁通引导区域中将磁通密度提高到最大2.4T。通过由非铁磁材料，例如不可磁化的不锈钢组成的旋转轴改善了通过转子轴向区域的磁通引导区域对磁通量的引导，因为通过该旋转轴很大程度上抑制了永磁体磁通线的短接。如上所述，盘形和轴向磁化的永磁体在两个相应形成的转子轴向区域之间的布置实现了漏磁通的显著降低并实现了使用所产生的盘形永磁体的磁通量来增加转子的第一和第二轴向区域的磁通引导区域中的磁通密度。优选地，所述至少一个的附加永磁体是稀土永磁体，例如包含钕的永磁体。

优选地，至少一个的盘形永磁体的面对应于相邻的第一或第二轴向区域的磁通引导区域的出/入面的面，使得磁通引导区域的磁化强度几乎加倍至高达2.4T。另外，盘形永磁体的厚度优选为转子和定子之间的空隙的10至30倍，优选为空隙的20倍。这对减少漏磁通有积极作用。

根据具有圆柱形转子的符合本发明的同步电机的另一替代设计方案，在转子的至少一个第一或/和第二轴向区域中设置永磁体，该永磁体设计为在径向方向上磁化的圆柱形套筒或管，其中套筒状或管状永磁体具有比转子本身小的半径，并且在与转子的周面上布置的永磁体的磁化方向相反的径向方向上被磁化，其中转子的旋转轴选择性包括铁磁材料。类似于先前说明的实施例，在该替代设计方案中，通过在径向方向上磁化的套筒状或管状永磁体产生额外的磁通量，这导致转子的磁通引导区域中的磁通密度增加。如果套筒状或管状永磁体直接布置在旋转轴上，则旋转轴必须由铁磁材料制成，以实现磁通返回。但是也可以想到使用铁磁套筒来将套筒状或管状永磁体布置在由非铁磁材料制成的旋转轴上。

套筒状或管状永磁体的周面优选在面向外的一侧上具有尺寸基本上与轴向区段的磁通引导区域的面积相同的表面。管状或套筒状永磁体的厚度优选为转子和定子之间的空隙，即相应定子和相应转子的磁通引导区域的距离的大约10-30倍，优选为20倍，以减少漏磁通。

根据另一设计方案可以这样改进该实施形式，即，至少一个的转子的相应轴向区域通过宽度为d的间隙在轴向方向上彼此隔开布置。间隙的宽度d优选为相应转子和定子之间的空隙的10至30倍，优选为空隙的20倍。该措施用于减少轴向区域向内部永磁体的的漏磁通。

在下文中说明具有至少一个形成为盘式转子的转子的实施形式。

同步电机的该有利设计方案通过以下方式实现，即，至少一个的转子设计为盘式转子并且具有多个角度区域，其中设置有永磁体，其中永磁体在轴向方向上磁化并且在径向方向上在转子盘上延伸，至少一个的定子的绕组具有在轴向方向上指向的绕组面法线，使得至少一个的定子产生具有指向轴向的磁极的磁旋转场，以及设置有至少一个附加的永磁体，其在轴向中磁化并且在盘式转子的区域中提供磁通量，其中旋转轴和同步电机沿轴向延伸的壳套由非铁磁材料形成，并且该至少一个的盘式转子和至少一个的定子布置在两个在径向延伸的磁通引导板之间，该磁通引导板设置用于附加永磁体的磁通量的磁通引导。

盘式转子可以制造得特别紧凑，并因此具有有利的结构形式。通过在转子盘上沿径向延伸的永磁体的布置，可以在盘式转子上实现磁活性材料的高密度。通过附加设置的永磁体，类似于前面的实施形式，在磁通引导区域中产生额外的磁通量，该磁通量朝向与永磁体的磁化方向相反。这里，包围至少一个的盘式转子和至少一个的定子的磁通引导板非常有效地将由附加永磁体产生的磁通量引入盘式转子的径向平面中并导致盘式转子的磁通引导区域中磁通量密度的显著增加，直至所用材料的饱和极限。由此实现了扭矩的显著增加。通过使旋转轴和同步电机在轴向上延伸的壳套由非铁磁材料制成，实现了在具有盘式转子的同步电机中的磁通导向方面，不通过壳体或通过旋转轴发生磁通引回，并且附加永磁体的几乎所有磁通量穿过一个或多个盘式转子的径向表面。为了充分利用附加永磁体的磁场，将其通过磁通引导板耦合入盘式转子的径向平面，在所述磁通引导板之间布置有至少一个的盘式转子和至少一个的定子。优选地，磁通引导板以这样的方式设计，使得附加永磁体的附加磁场向外几乎完全得以屏蔽。例如，这可以通过以下方式实现，即，磁通引导板具有垂直于旋转轴的截面，该截面覆盖永磁体的截面。优选地，磁通引导板直接连接到附加的永磁体。

根据另一设计方案，优选在至少一个盘式转子上设置分别指向相反的轴向的永磁体，其中永磁体的磁化方向相同，并且永磁体在盘式转子上布置在在轴向上分别彼此相对的角度区域中，其中至少一个的盘式转子分别沿轴向布置在两个定子之间，并且两个定子具有相同布置的绕组，这些绕组提供磁旋转场的相同相位。在同步电机的这种配置中，可以进一步增加磁性啮合材料的密度。结果，可以以几乎相同的总尺寸实现扭矩两倍的提高。

可以这样实现扭矩进一步的两倍增加，即，在旋转轴上设置有至少两个构造为盘式转子的转子，其具有所属的定子并且在轴向上彼此间隔设置。

如果根据同步电机的另一设计方案，至少一个的附加永磁体相对于旋转轴径向对称地延伸，选择性直到同步电机的壳套，则提供了在轴承载荷和同步方面进一步优化的同步电机。

附图说明

在下文中，根据实施例结合附图更详细地说明本发明。图中

图1示出了根据本发明的同步电机的转子的第一实施例的示意性透视图，

图2示出了图1的实施例的示意剖视图，

图3示出了根据本发明另一实施例的定子的剖视图，

图4示出了根据本发明的同步电机的另一实施例的转子的透视图，

图5示出了图4的实施例的示意剖视图，

图6示出了根据本发明的同步电机的另一实施例的径向平面剖视图，

图7示出了图6的实施例的轴向剖视图。

具体实施方式

在图1中，转子1以根据本发明的同步电机的第一实施例的圆柱形转子的形式示出。转子1布置在旋转轴2上并且具有带有永磁体3,3'的区域，永磁体3,3'面向至少一个的定子布置，其在图1中未示出，并且在转子上沿圆周方向分布布置在角度区域中。另外，在转子1上，在永磁体3,3'之间设置有磁通引导区域4,4'，其用于将磁通量引入或引出转子1。磁通引导区域4,4'由铁磁的，优选软磁材料制成。优选地，磁通引导区域形成为层叠齿。在该实施例中，磁通引导区域垂直于旋转轴层叠。未在图1中示出的定子具有n个凹槽，其中缠绕有多相，优选三相绕组。利用具有极数2p≥4的多相绕组，定子产生具有2p₂个磁极的磁旋转场，在本实施例中，磁极指向径向。

在一个优选实施例中，这里也未示出，磁旋转场的极数2p₂是凹槽数n的两倍，并且转子的磁极数2p₃是差值2p₂-2p。由此实现了同步电机的优化工作范围，其特征在于减少了转子的运动和高扭矩。

根据本发明，在本实施例中设置附加的永磁体5,5'。在图1所示的实施例中，转子中的附加永磁体以两个盘形永磁体5,5'的形式设置。永磁体5,5'的磁通量至少部分地由转子1引导。这使得磁通引导区域4,4'中的磁通量与转子的永磁体3,3'的磁化方向相反，由此，在转子1的磁通引导区域4,4'中，除了由永磁体3,3'产生的磁通量之外，还引导有额外的磁通量，这导致磁通引导区域4,4'中的磁通密度显著增加。目前存在于磁通引导区域4,4'中的磁通密度最大大约是永磁体3,3'的磁化强度1.4T。通过磁通引导区域4,4'中的额外引导的磁通量，磁通密度可以增加到磁通引导区域的铁磁材料，优选软磁材料的饱和区域。由此，同步电机的可用扭矩显著增加。

图2中示出了图1的实施例的沿轴线II-II的轴向截面。这里示意性地示出了旋转轴2，以及附加的、在这种情况下是盘形的永磁体5，5'。如图1中也可见，转子1例如被分成五个轴向区域6,7,8,9,10。如图1同样示出的，设计为圆柱形转子的转子1具有布置在转子周面上沿圆周方向的预定角度区域内的永磁体3,3'(图2中未示出3')，其在转子1的轴向方向上延伸。在本示例性实施例中，永磁体3,3'以及磁通引导区域4,4'完全在相应的轴向区域6,8或10上延伸。

在图2中，由于截面图，仅示出了轴向区域6和10沿相同方向，这里例如径向向外磁化的永磁体3。除了磁通线之外，还示出了由定子产生的磁旋转场(B场)的磁化方向。磁旋转场的磁通方向以及磁通引导区域在轴向区域6中指向转子1方向的磁通线4a与永磁体3的径向向外指向的磁化相反，在此该磁化通过磁通线3a表示。在轴向区域6,8和10中，外部施加的磁旋转场和在磁通引导区域4和4'的区域中由磁通线4a表示的磁通量叠加。在永磁体3,3'的区域中，只要不超过永磁体的矫顽力，外部磁场就不会穿透。这也是外部施加的磁旋转场(B场)的磁通密度的极限。

然而，由定子从外部施加的磁旋转场通过额外产生的永磁体5,5'的磁通量而在磁通引导区域4,4'中被放大，并且可以在磁通引导区域中具有最高为磁通引导区域的材料的饱和范围的值。例如，这里最高为2.4T。在磁通引导区域处存在的高磁通密度导致相应更高的力，利用这些力使这些区域跟随磁旋转场。由此，这导致电动机的扭矩显著增加。

如图1和2所示，还设置有第二轴向区域8，其中也设置有沿轴向延伸的永磁体3'，所述永磁体3'径向磁化并且沿圆周方向布置在预定的角度区域中。在本实施例中设计为层叠齿的磁通引导区域4'同样在其间延伸。第二轴向区域8的永磁体3'在与第一轴向区域6的永磁体3相反的方向上磁化。如图2所示，这确保了由附加的盘形永磁体5,5'产生的磁通量可以在径向方向上从轴向区域8穿出，并且仍然指向与周面的永磁体3'的磁化相反的方向。通过分别与永磁体3,3'相对地指向的磁通方向实现磁通线到磁通引导区域4,4'的清晰边界，并且额外提高了磁通密度。

结果，可获得显著更高的扭矩。永磁体3优选地具有这样的横截面形状，其宽度b是其高度h的两倍，并且在整个轴向区域6,8,10上延伸。由此，可以实现所产生的永磁体磁场的有利磁通分布。例如，磁场在这种几何形状中具有较低的漏磁通。

在先前描述的转子的设计方案变体中，旋转轴优选是非铁磁性的，以便最小化由于漏磁通引起的可能损失。选择性地，轴向区域6中的磁通引导区域4的总进入面积与盘形永磁体5的面积相同，从而通过由永磁体5在轴向区域6中额外感应的磁通量而在磁通引导区域4中产生相同的磁通线密度。这也适用于轴向区域8，其可以设计为轴向区域6和10的大约两倍长，因为其由两个附加的永磁体5,5'的磁通量穿过。

在图3中以示意性剖视图示出了定子11的一个结合图1和2中所示的实施例有利的设计方案。优选由软磁的并选择性层叠的钢制成的定子11具有n个凹槽12，其中布置有多相，优选三相绕组。在凹槽之间分别布置有由软磁钢制成的磁通引导区域13，其用于将由定子11产生的磁旋转场的磁通线引导到转子中。为了在定子中也获得磁通线在这些磁通引导区域上的集中，在图3所示的实施形式中，在定子中布置有附加的永磁体14，其将磁旋转场的磁通线限制在磁通引导区域13的区域上并因此有助于避免漏磁通。

在图4中，以透视示意图示出了圆柱形转子形式的转子1的另一设计方案。在图4的实施例中，设置两个轴向区域15,16，其具有沿轴向方向延伸并且以预定的角度区域布置在转子1的周面上的永磁体3,3'。在如图4所示的实施例中，这些轴向区域也布置成使得永磁体分别相对于彼此偏转，使得在角度区域内，在轴向区域15中例如设置永磁体3，在轴向区域16中设置磁通引导区域4'。另外，永磁体3,3'的磁化方向彼此相反。

与图1和图2中的实施例不同，在根据图4以及5的实施例中，附加的永磁体17设计为在径向中磁化的套筒状或管状永磁体17,18。套筒状或管状永磁体17,18具有比转子1小的直径，并因此完全被磁通引导区域4,4'的层叠包围。根据本发明，套筒形或管形永磁体17,18的磁化方向与所属轴向区域15,16的永磁体的磁化方向相反地构造，使得在磁通引导区域4和4'中产生分别与永磁体3,3'的磁化方向相反的磁通量。如上所述，通过该措施可以在磁通引导区域的区域中实现更高的磁通密度。磁通引导区域中的磁通密度可以提高到2.4特斯拉，并由此在运行具有相同参数，例如绕组电流的同步电机时，可以实现显著更高的转矩。

在图5中以示意性剖视图额外示出了图4的实施例。在图5所示的实施例中，套筒状或管状永磁体17,18直接安装在旋转轴2上。在这种情况下，旋转轴2应由铁磁材料组成，以便以最简单的方式实现磁回路。为了避免漏磁通，套筒状或管状永磁体17,18的厚度M以及两个轴向区域15,16之间的距离D应该是转子和定子之间的空隙的10至30倍，优选20倍。由此可以减少漏磁通。

另外，在图6和7中，示出了根据本发明的同步电机的另一替代设计方案。这里，转子形成为盘式转子19,19'并且具有多个角度区域，其中布置有永磁体20，这些永磁体20径向向内延伸。永磁体20沿轴向磁化。在本实施例中，每个盘式转子19,19'在转子护套的两侧具有永磁体20，即指向两个轴向方向。

至少一个的定子26在图6中的实施例中示出的三相绕组21具有指向轴向方向的绕组面法线，使得该至少一个的定子26产生具有指向轴向的磁极的磁旋转场。在盘式转子19的永磁体20之间设置有磁通引导区域22，其具有铁磁性、优选软磁性材料并且特别是以层叠形式形成。盘式转子19,19'和所属的定子26的磁通引导区域优选地沿轴向层叠。

此外，设置至少一个永磁体23，其优选地在同步电机的整个壳体上延伸。其在轴向上磁化并在盘式转子19,19'的区域中产生额外的磁通量。附加永磁体23的磁通线通过由铁磁或软磁材料制成的磁通引导板25以尽可能小的漏磁通耦合至在盘式转子19,19'的径向平面中。永磁体的磁通线在图7中示出。永磁体23优选地形成为相对于旋转轴2径向对称，以便在磁通引导区域中实现均匀的磁通密度增加。

旋转轴2和沿轴向延伸的壳套20由非铁磁材料制成。由此确保了由附加永磁体23产生的磁通量尽可能强地流过盘式转子19并且不通过旋转轴2或壳套20闭合。

优选地，如图7所示，两个定子26分别与盘式转子19相对应，两个定子具有相同的绕组21，并且可以提供旋转磁场的相同相位。由此，盘式转子19,19'的通流量可以提高，因此也可以提高同步电机的转矩。

如图7中可见，两个盘式转子19,19'以轴向间隔布置在旋转轴2上。每个盘式转子19,19'分别对应于两个定子26。

在图6中，示出了永磁体23，其额外在盘式转子19,19'中提供磁通量。优选地，该至少一个的附加永磁体23构造成相对于旋转轴径向对称，并且选择性地延伸到同步电机的壳套20。永磁体23优选具有与旋转轴2垂直的、与盘式转子19,19'的磁通引导区域相同的横截面。永磁体23提供给盘式转子19,19'的额外磁通量可以通过横截面影响。

图6和图7中所示的同步电机由于使用具有分别布置在两侧的永磁体20和定子26的两个盘式转子19,19'，而具有特别高的磁性啮合材料密度，由此同步电机的转矩与相似的整体尺寸相比几乎增加了4倍。

Claims (15)

1.同步电机，

-具有至少一个具有多相、优选三相绕组(21)的定子(11,26)，所述绕组的极数2p≥4，其中极数是极对数p的两倍，并且所述绕组(21)布置在至少一个的定子中的n个凹槽(12)中并且形成用于产生磁旋转场，

-具有设置在至少一个的定子的凹槽(12)之间的磁通引导区域(13)，其用于引导磁旋转场，所述磁通引导区域包括铁磁的材料，

-具有至少一个布置在旋转轴上的转子(1,19,19’)，所述转子相对于至少一个定子形成空隙并可旋转地布置并且有着具有永磁体(3,3’，20)的区域，所述永磁体面向至少一个的定子(11,26)并且相对于转子的旋转方向，均匀分布地布置在圆周方向中的角度区域中，

-其中所述永磁体(3,3’，20)在至少一个的定子(13)的磁通引导区域的方向上或在与其相反的方向上被磁化，

-至少一个的转子(1)具有布置在永磁体(3,3’，20)之间的磁通引导区域(4,4’，22)，其用于将磁通量引出或引入所述至少一个的转子(1,19)，

-其中至少一个的转子(1,19)的磁通引导区域(4,4’)具有铁磁材料，

其特征在于，

设置至少一个附加的永磁体(5,5’，17,18,23)，其产生的磁通量至少部分地由转子(1)的磁通引导区域(4,4’，22)引导，其中转子的磁通引导区域(4,4’，22)中的附加永磁体(5,5’，17,18,23)的磁通量具有与转子的永磁体的磁化方向相反的方向，其中选择性地，磁旋转场的磁极数2p₂是凹槽数n的两倍，并且对于所述至少一个的转子(1)的磁极的极数2p₃，2p₃＝2p₂-2p成立。

2.根据权利要求1所述的同步电机，

其特征在于，

至少一个的定子(11,26)的绕组(21)配置为三相电流绕组。

3.根据权利要求1或2所述的同步电机，

其特征在于，

至少一个的定子和/或转子中的磁通引导区域(4,4’，13，22)是层叠设计。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的同步电机，

其特征在于，

所述定子(11，26)绕组的孔数q至少为1.5。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的同步电机，

其特征在于，

所述至少一个的转子(1)形成为安置在旋转轴上的圆柱形转子，并且所述至少一个的定子(11)形成用于在所述至少一个的转子(1)中产生径向定向的磁旋转场，其中所述至少一个的转子在第一轴向区域(6，8，10)中具有永磁体(3，3’)，所述永磁体以预定的角度范围设置在所述至少一个的转子(1)的周面上并且在所述至少一个的转子(1)的轴向方向上延伸，其中所述至少一个的转子(1)的永磁体(3，3’)在径向中或其反向中磁化，并且在所述至少一个的转子的永磁体(3，3’)之间分别设置磁通引导区域(4，4’)，其在径向方向上形成与所述至少一个的定子(11)的磁通引导区域的空隙。

6.根据权利要求5所述的同步电机，

其特征在于，

在至少一个定子(11，26)中设置具有永磁体(14)的均匀分布的角度区域，所述永磁体在所述至少一个的转子(1)的方向上或与其相反的方向上磁化并且分别与所述至少一个的定子(11，26)的磁通引导区域(13)相邻地布置。

7.根据权利要求5或6所述的同步电机，

其特征在于，

所述至少一个的转子(1)具有至少两个轴向区域(6，8，10)，其中在至少一个第一轴向区域(6，8，10)中，在周向方向中的预定的角度区域内设置有在轴向方向上延伸并且在径向方向上或者其反向上磁化的永磁体(3，3’)并且在永磁体(3，3’)之间分别设置磁通引导区域(4，4’)，并且在至少一个第二轴向区域(6，8，10)中，在周向方向中的预定的角度区域内设置有在轴向方向上延伸并且在径向方向上或者其反向上磁化的永磁体(3，3’)并且在永磁体(3，3’)之间分别设置磁通引导区域(4，4’)，其中第一轴向区域(6，8，10)中的永磁体(3，3’)的磁化方向与安置在第二轴向区域(6，8，10)中的永磁体(3，3’)的磁化方向相反，并且所述至少一个的第二轴向区域(6，8，10)的永磁体(3，3’)安置在周向方向中的角度区域内，在该角度区域内，在第一轴向区域中设置有磁通引导区域(4，4’)，其中，所述至少一个的转子的轴向区域的磁通引导区域与至少一个的定子形成空隙。

8.根据权利要求5至7中任意一项所述的同步电机，

其特征在于，

至少一个额外的永磁体(5，5’)设置在所述至少一个的转子(1)的至少一个另外的轴向区域(7，9)中，所述轴向区域在轴向方向上直接邻接第一或第二轴向区域(6，8，10)和/或布置在具有径向磁化的永磁体(3，3’)的第一和第二轴向区域(6，8，10)之间，设置至少一个额外的永磁体(5，5’)，所述永磁体沿轴向磁化，使得在至少一个的转子(1)的第一和/或第二轴向区域(6，8，10)的磁通引导区域(4，4’)中产生与相应轴向区域(6，8，10)的永磁体(3，3’)的磁化方向相反的磁通量，其中，旋转轴由非铁磁材料构成，并且所述至少一个的另外的轴向区域(7，9)选择性地形成为盘形。

9.根据权利要求5至7中任意一项所述的同步电机，

其特征在于，

在至少一个的转子的至少一个第一或/和第二轴向区域(15，16)中设置至少一个永磁体(17，18)，所述永磁体设计为在径向方向上磁化的圆柱形套筒或管，其中套筒状或管状的所述永磁体(17，18)具有比所述至少一个的转子(1)本身更小的外部半径，并且在与所述至少一个的转子的周面上布置的永磁体(3,3’)的磁化方向相反的径向方向上被磁化，其中旋转轴(2)选择性包括铁磁材料。

10.根据权利要求9所述的同步电机，

其特征在于，

所述转子的轴向区域(15，16)通过宽度为d的间隙(D)在轴向方向上彼此隔开布置。

11.根据权利要求1至5中任意一项所述的同步电机，

其特征在于，

至少一个的转子设计为盘式转子(19，19’)并且具有多个角度区域，在这些角度区域中设置有永磁体(20)，其中所述永磁体(20)在轴向方向上磁化并且在径向方向上在转子盘(19，19’)上延伸，至少一个的定子的绕组(21)具有在轴向方向上指向的绕组面法线，使得所述至少一个的定子(26)产生具有指向轴向的磁极的磁旋转场，以及设置有至少一个附加的永磁体(23)，其在轴向中磁化并且在盘式转子(19，19’)的区域中提供磁通量，其中旋转轴(2)和所述同步电机沿轴向延伸的壳套(24)由非铁磁材料形成，并且所述至少一个的盘式转子和至少一个的定子布置在两个在径向上延伸的、由铁磁材料制成的磁通引导板(25)之间，所述磁通引导板设置用于附加永磁体的磁通量的磁通引导。

12.根据权利要求11所述的同步电机，

其特征在于，

所述至少一个的定子(26)和至少一个的转子(19，19’)的磁通引导区域具有在轴向中层叠的铁磁性材料。

13.根据权利要求11或12所述的同步电机，

其特征在于，

在至少一个盘式转子(19，19’)上设置分别指向相反的轴向的永磁体(20)，其中所述永磁体(20)的磁化方向相同，并且所述永磁体(20)在所述盘式转子(19，19’)上布置在盘式转子的在轴向上分别彼此相对的角度区域中，其中所述至少一个的盘式转子分别沿轴向布置在两个定子(26)之间，并且两个定子(26)具有相同布置的绕组(21)，这些绕组提供磁旋转场的相同相位。

14.根据权利要求11至13中任意一项所述的同步电机，

其特征在于，

在旋转轴(2)上设置有至少两个构造为盘式转子(19，19’)的转子，其具有所属的定子(26)并且在轴向上彼此间隔设置。

15.根据权利要求11至14中任意一项所述的同步电机，

其特征在于，

至少一个的附加永磁体(23)相对于旋转轴(2)径向对称地延伸，选择性直到同步电机的壳套(24)。