CN110521095A - 具有能旋转的转子分段以减少磁通量的电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(1)，其具有定子(2)和能围绕轴线(A)转动的转子(3)。在此，转子(3)具有至少三个转子部件分段(4、5)，转子部件分段中的至少两个能够相对彼此地围绕轴线(A)旋转。此外，电机(1)包括用于使至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)相对旋转的旋转装置，其中旋转装置在高于电机(1)的转速的预设阈值的转速范围中使至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)如此相对彼此旋转，使得至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)的作用基本上完全抵消，并且电机(1)的总作用通过至少一个第三转子部件分段来确定。

Description

具有能旋转的转子分段以减少磁通量的电动机

技术领域

本发明涉及一种电机，其具有定子和可围绕轴线转动的转子。

背景技术

从DE 197 43 314 A1中已知一种电机，电机具有定子和转子，转子具有永磁体。

转子具有两个或更多个沿轴向分段的子转子，子转子可相对彼此移动或运动。根据电机的转速，通过子转子相对于彼此转动执行场减弱，使得子转子的极相对彼此移动。

然而，这种设计方案在电机的高转速范围中仅可受限制地使用，因为电机产生感生电压，感生电压必须借助相应高的电流来补偿，由此机器能够完全在该转速情况下运行，或者由此能够避免电子装置的损坏。

发明内容

因此，本发明的目的是：提出一种电机，该电机能够在高速或高转速情况下运行，而能够避免高的感生电压。

根据本发明，所述目的通过独立权利要求的特征来实现。其他有利的改进形式是从属权利要求的主题。

根据本发明，电机具有定子和能围绕轴线转动的转子。

优选地，转子具有至少三个转子部件分段，转子部件分段中的至少两个能够相对彼此地围绕轴线旋转。因此，不同地相对定位至少两个转子部件分段或者说至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段是可行的。

还有利的是：电机包括用于使至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段相对旋转的旋转装置。以该方式能够借助于旋转装置简单地实现转子部件分段的相对定位。

还有利的是：旋转装置在高于电机的转速的预设阈值的转速范围中使至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段如此相对彼此旋转，使得优选地至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段的作用基本上完全抵消。

优选地，因此，电机的总作用通过至少一个第三转子部件分段来确定。

由此，两个能相对彼此旋转的转子部件分段的磁性作用能够基本上抵消。此外，有利地，第三转子部件分段的优选具有第一和/或第二极(北极或南极)的第三磁性极装置能够确定电机在高于转速的预设阈值的工程设计。

表述“基本上”在本说明书中理解为：磁性极装置的磁场的完全抵消是不可能的，其中该磁性极装置包括第一或第二极或者南极或北极或者包括相反布置的极。代替地，能将“基本上”理解为：将极或磁性极装置所产生的磁场能够减小至其磁场强度的至少百分之50、优选减小至其磁场强度的超过百分之80。

此后，在高转速的情况下能够避免高的感生电压，从而能够防止在例如电驱动系统中的损坏。

再次换言之，有利的是：电机的旋转装置使至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段如此相对彼此旋转，使得有利地在超过电机的转速的预设阈值之后，第一转子部件分段的优选具有第一极(例如北极)的第一磁性极装置在轴线的方向上与第二转子部件分段的优选具有第二极(例如南极)的第二磁性极装置相对布置，优选至少部分地相对布置或有利地完全相对布置。“相对布置”的程度越高或两个不同极性的磁性极装置(关于面积)越多地相对布置，其产生的磁场的抵消就越高。

还有利的是：至少三个转子部件分段分别包括：具有第一极(例如北极或南极)的第一磁性极装置和具有第二极(例如南极或北极)的第二磁性极装置。

在此有利的是：第一磁性极装置和第二磁性极装置在转子的周向上交替布置。

优选地，每个磁性极装置、尤其第一磁性极装置和/或第二磁性极装置具有至少两个磁性体。

有利地，磁性体在转子中构成V形布置方式或辐条式布置方式。以该方式能够在转子之内引导磁通量。

还可行的是：磁性体中的至少一个或至少两个相对于转子的径向倾斜。

也能够提出：磁性体中的至少一个与转子的径向围成+/-10至+/-60度之间的、优选+/-20和+/-50度之间的、更优选+/-35和+/-45度之间的角度。

此外，优选的是：第一转子部件分段的具有第一极(例如北极)的第一磁性极装置沿轴线的方向与第二转子部件分段的具有第二极(例如南极)的第二磁性极装置相对布置。以该方式能够使相反的磁性极或极装置相互抵消，由此在转速高的情况下能够避免高的感生电压。

优选地，在第一磁性极装置和第二磁性极装置之间，贯通面集中沿轴线的方向的磁通量并且有利地基本上禁止沿穿过定子的方向的磁通量。因此，能够避免高的感生电压。

还优选的是：至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段具有相同的宽度。因此，如果磁体或极的大小和/或强度类似地构造，那么能够以简单的方式补偿这两者的磁力。因此也能够避免机械不平衡。

还有利的是：旋转装置具有能开关的电磁体，电磁体优选如此执行旋转，使得至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段中的一个沿轴线的方向偏移，优选随后以预设的角度旋转，并且有利地随后沿相反于偏移的方向复位。以该方式能够借助于旋转装置执行简单的开关过程。

还有利的是：旋转装置使至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段在低于电机的转速的预设阈值的转速范围中如此相对彼此旋转，使得优选至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段的作用不基本上完全抵消。由此，两个能相对彼此旋转的转子部件分段的作用或磁性作用能够基本上不完全地抵消。此外，在这种情况下，有利的是：电机的总作用通过至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段且通过至少一个第三转子部件分段来确定。

还有利的是：旋转装置以预设的分级或无级地执行至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段的相对旋转。以该方式能够实现各个转子部件分段彼此间多样的磁性定位情形。

下面，以不同的表述来表达上述发明构思。

该构思优选地(简化地描述)涉及具有转子中的磁体的电机，该电机能够在高转速情况下简单地运行。

相对于其他电动机拓扑(异步电动机、他励电动机、磁阻电动机)，包括转子中的磁体的、常规的电动机具有的缺点是：在高转速情况下形成极其高的感生电压。

然而，在包括转子中的磁体的电机中，必须将相对高的电流单独地用于：在高转速情况下补偿高的感生电压。换言之，在上面描述的配置情况下，需要在高转速情况下以场减弱的方式运行电动机。

此外，在故障情况下，在高转速情况下会形成不允许的高电压，该电压会导致电驱动系统中的损坏或其他参与车载网络的系统的损坏。

因此，根据本发明，电机具有定子和能围绕轴线转动的转子，其中，转子优选具有至少三个转子部件分段，有利地，转子部件分段中的至少两个能够相对彼此地围绕轴线旋转。

在此有利的是：电机包括用于使至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段相对旋转的旋转装置。

优选地，旋转装置在高于电机的转速的预设阈值的转速范围中使至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段如此相对彼此旋转，使得优选地至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段的作用基本上完全抵消，并且电机的总作用通过至少一个第三转子部件分段来确定。

若此时例如一个转子部件分段相对于另一转子部件分段精确地偏移一个极，则优选地场线不再在定子之上的径向的和切向的路径之上闭合，而是其大部分沿轴向或沿电机的轴线/旋转轴线的方向在转子之内闭合。

因此，能够显著地减小定子的磁通势，由此将感生电压降低到可靠的值，由此又能够实现安全的状态。

仅部分地交叠布置优选地引起：用于场减弱的电流能够减小，这提高了驱动系统的效率。

下面描述本发明的一些优选的特征：

-优选地沿轴向或沿轴线/旋转轴线的方向偏转径向磁通，并且随之减弱场；由此通过这种方式优选得到具有3D磁通引导的电动机或电机；

-优选地，通过适合的机构或通过旋转装置，优选例如借助于一种磁制动器使转子部件分段相互旋转；换言之，优选的是：能开关的磁体或旋转装置将一转子部件分段沿旋转轴线的方向从另一转子部件分段拉动一段距离，所述一转子部件分段优选转动期望的角度，并且使其优选快速返回到转子上。

附图说明

下面，根据实施例结合所属的附图详细阐述本发明。附图示意性地示出：

图1示出具有转子和定子的电机的局部的立体剖视图；

图2以相对于图1错开的视角示出出具有转子和定子的电机的局部的立体剖视图；

图3示出图1和图2的前部的转子部件分段的俯视图；和

图4示出图1和图2的后部的转子部件分段的俯视图。

在下面的描述中，相同的部件使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出出具有转子3和定子2的电机1的局部的立体剖视图。

具体地，图1示出具有定子2和转子3的电机1，转子能够围绕轴线A转动。

在此，转子3具有三个转子部件分段，仅示出三个转子部件分段中的两个转子部件分段4、5，第三转子部件分段与转子部件分段4连接或者与转子部件分段5连接。

两个转子部件分段4、5能够相对彼此地围绕轴线A旋转。

旋转装置(未示出)用于使两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5相对旋转。

该旋转装置在高于电机1的转速的预设阈值的转速范围中使两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5如此相对彼此旋转，使得两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5的作用基本上完全抵消并且电机1的总作用通过第三转子部件分段(未示出)来确定。

此外，图1示出，转子部件分段4、5、但是还有未示出的第三转子部件分段分别具有：具有第一极N的第一磁性极装置6和具有第二极S的第二磁性极装置7。在此，第一磁性极装置6和第二磁性极装置7沿转子3或者说转子部件分段4、5的周向U交替布置。

再次以不同的方式表达或更确切地描述上述事实：旋转装置(未示出)能够使两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5相对彼此旋转。

更确切地说，转子部件分段4、5能够如此由旋转装置旋转，使得在超过电机1的转速的预设阈值之后，第一转子部件分段4的具有第一极N的第一磁性极装置6与第二转子部件分段5的具有第二极S的第二磁性极装置7沿轴线A的方向相对布置。

以该方式，两个转子部件分段4、5的磁性作用基本上抵消，并且第三转子部件分段(未示出)的具有第一或第二极N、S的第三磁性极装置(未示出)确定电机1的工程设计。

尽管在图1中未示出，然而旋转装置具有能开关的电磁体，该电磁体如此执行旋转，使得两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5中的一个沿轴线A的方向偏移，随后旋转预设的角度并且沿相反于偏移的方向返回。

如图1明确示出，磁性极装置6、7中的每一个具有两个磁性体6A、6B或7A、7B。磁性体在转子3中形成V形布置方式。

换言之，磁性体6A、6B或7A、7B相对于转子3的径向R倾斜。

关于这种倾斜，需保持：磁性体6A、6B；7A、7B中的每一个与转子3的径向R围成+/-39和+/-41度之间的角度。

如图1还示出：两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5具有相同的宽度B。

图2类似图1地示出具有转子3和定子2的电机1的局部的立体剖视图，然而以相对于图1偏移的视角示出。

关于该另外的实施方案，为了避免不必要的重复参考图1的实施方式，其在此可类似地应用。

因此，下面仅进行同样涉及图1的补充。

因此，图1和图2示出定子2，该定子具有用于绕组的多个槽8或凹陷部以及多样的齿9或磁通引导部。

图3示出前部的转子部件分段或者说由图1和图2的转子部件分段5的俯视图，而图4示出后部的转子部件分段或者说同样在图1和图2中可见的转子部件分段4的俯视图。

关于该另外的实施方案，为了避免不必要的重复参考图1和图2的实施方式，其在此可类似地应用于图3和图4。

因此，下面仅进行同样涉及图1和图2的补充。

因此，图3和图4示出：第一转子部件分段4的具有第一极N的第一磁性极装置6沿轴线A的方向分别与第二转子部件分段4的具有第二极S的第二磁性极装置7相对布置。

结果，在第一磁性极装置6和第二磁性极装置7之间分别形成贯通面，该贯通面集中了沿轴线A的方向的磁通量。由此，基本上禁止沿经过定子2的方向的磁通量。

显然也可行的是：旋转装置(未示出)使两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5在低于电机1的转速的预设阈值的转速范围中如此相对彼此旋转，使得两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5的磁性作用不基本上完全抵消。

因此，电机1的总作用通过两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5和通过第三转子部件分段(未示出)来确定。

此外，需要注意的是：旋转装置能够以预设的分级或无级地执行两个能相对彼此旋转的转子部件分段4、5的相对旋转。

附图标记列表

1 电机

2 定子

3 转子

4 第一转子部件分段

5 第二转子部件分段

6 第一磁性极装置

6A 磁性体

6B 磁性体

7 第二磁性极装置

7A 磁性体

7B 磁性体

8 用于绕组的槽/凹陷部

9 定子的齿/磁通引导部

A 轴线/旋转轴线

B 宽度

N 第一极

S 第二极

R 径向

U 周向

Claims (10)

1.电机(1)，其具有：

-定子(2)；

-能围绕轴线(A)转动的转子(3)；

-其中，所述转子(3)具有至少三个转子部件分段(4、5)，所述转子部件分段中的至少两个(4、5)能够相对彼此地围绕所述轴线(A)旋转；和

-用于使所述至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)相对旋转的旋转装置，

-其中，所述旋转装置在高于所述电机(1)的转速的预设阈值的转速范围中使所述至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)如此相对彼此旋转，使得所述至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)的作用基本上完全抵消，并且所述电机(1)的总作用通过至少一个第三转子部件分段来确定。

2.根据权利要求1所述的电机(1)，

-其中，所述至少三个转子部件分段(4、5)分别包括：具有第一极(N)的第一磁性极装置(6)和具有第二极(S)的第二磁性极装置(7)，所述第一磁性极装置和第二磁性极装置在所述转子(3)的周向上交替布置。

3.根据权利要求2所述的电机(1)，

-其中，每个磁性极装置(6，7)、尤其所述第一磁性极装置(6)和/或所述第二磁性极装置(7)具有至少两个磁性体(6A、6B；7A、7B)，所述磁性体在所述转子(3)中构成V形布置方式或辐条式布置方式。

4.根据权利要求3所述的电机(1)，

-其中，所述磁性体(6A、6B；7A、7B)中的至少一个或至少两个相对于所述转子(3)的径向(R)倾斜。

5.根据权利要求3或4所述的电机(1)，

-其中，所述磁性体(6A、6B；7A、7B)中的至少一个与所述转子(3)的径向(R)围成+/-10至+/-60度之间的、优选+/-20和+/-50度之间的、更优选+/-35和+/-45度之间的角度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机(1)，

-其中，第一转子部件分段(4)的具有第一极(N)的第一磁性极装置(6)沿所述轴线(A)的方向与第二转子部件分段(5)的具有第二极(S)的第二磁性极装置(7)相对布置，并且

-其中，优选地，在所述第一磁性极装置(6)和所述第二磁性极装置(7)之间，贯通面集中沿所述轴线(A)的方向的磁通量并且基本上禁止沿穿过所述定子(2)的方向的磁通量。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电机(1)，

-其中，所述至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)具有相同的宽度(B)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电机(1)，

-其中，所述旋转装置具有能开关的电磁体，所述电磁体如此执行旋转，使得所述至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)中的一个沿所述轴线(A)的方向偏移，以便旋转预设的角度，并且沿相反于所述偏移的方向复位。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电机(1)，

-其中，所述旋转装置使所述至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)在低于所述电机(1)的转速的预设阈值的转速范围中如此相对彼此旋转，使得所述至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)的作用不基本上完全抵消，并且所述电机(1)的总作用通过所述至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)且通过所述至少一个第三转子部件分段来确定。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电机(1)，

-其中，所述旋转装置以预设的分级或无级地执行所述至少两个能相对彼此旋转的转子部件分段(4、5)的相对旋转。