CN111181270A - 用于电机的转子单元 - Google Patents

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CN111181270A CN201911099200.6A CN201911099200A CN111181270A CN 111181270 A CN111181270 A CN 111181270A CN 201911099200 A CN201911099200 A CN 201911099200A CN 111181270 A CN111181270 A CN 111181270A
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古斯塔沃·埃斯特韦斯·阿尔比里
卡尔-马丁·弗里奇
索斯藤·格列尔
克里斯托夫·施姆勒林格
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Abstract

一种用于电机的转子单元，具有至少一个转子支架和基本相同的多个转子段，其中转子段具有用于使转子支架穿过的至少一个凹口，其中在沿转子段的凹口的周向轮廓的周向方向上，设置有彼此间隔开的轴向槽部分，所述槽部分的数量至少对应于转子段的数量，其中转子支架包括引导部分，该引导部分接合在每个转子段的槽部分中，以便在转子支架和该转子段之间形成不可转动的连接，其中，通过选择转子段的、引导部分接合在其中的槽部分，可以选择转子段围绕转子支架的轴向轴线的离散的角度位置，其中转子段围绕转子支架的轴向轴线布置在不同的角度位置。

Description

用于电机的转子单元
技术领域
本发明涉及一种用于电机的转子单元，并且涉及这种电机。
背景技术
例如电动机和/或发电机的电机例如包括定子单元和转子单元的直流电机或同步电机，所述定子单元和转子单元相对于彼此可转动地安装。在车辆制造中，这种电机在大多数情况下被设计成定子单元产生随时间变化的磁场，该磁场作用在配备有永磁体的转子单元上。由此，能够将输送给定子单元的电能转换成转子单元的机械转动运动。为此，定子单元能够包括电线绕组或线圈，所述电线绕组或线圈通过控制装置适当地通电，以便产生随时间变化的磁场。还能够将转子单元设置为被机械地驱动并且产生随时间变化的磁场，该磁场在定子单元中感应出电流。这种永磁式励磁电机在车辆制造中被大量使用，并且例如能够被设计为伺服电动机。
从现有技术中已知，通过定子单元的磁场和转子单元的磁场的相互作用，会形成不希望的干扰磁场。这些干扰场导致齿槽转矩，该齿槽转矩作用在转子单元上，并导致转子单元的不规则的转动运动以及电机的使用寿命缩短。转子单元的所谓的偏斜能够阻碍这些齿槽转矩的产生，其中，转子单元包括多个转子段，所述转子段布置在具有轴向轴线的转子支架上，其中，转子段分别定向为围绕轴向轴线相对于彼此扭转或具有角度偏移。
由DE 10 2017 102 242 A1已知一种具有偏斜的转子单元，其中，各个转子段具有用于使转子支架穿过的凹口。凹口可以包括在直径上相对于彼此布置的两个连接部分，并分别能够接合在转子支架的楔形槽中。通过转子支架的这种构造，仅当采用不同的转子段时才可能形成转子单元的偏斜，其中在周向方向上连接部分的位置分别相对于永磁体的位置变化。由于各个转子段必须不同地形成并且需要单独的制造工具或需要对制造工具进行重新编程，所以这种构造成本较高。
DE 10 2015 007 138 A1提出采用相同的转子段，其中，转子段在周向方向上具有多个细长孔，其中，多个转子段的相应细长孔形成轴向凹口，螺钉元件分别引入该凹口，以便将转子段彼此连接并且连接到转子支架。在这种构造中，转子段能够在细长孔的尺寸范围内相对于彼此连续地扭转，使得转子单元的偏斜是可调节的。这种构造的缺点在于需要多个螺钉元件，这些螺钉元件在电机内不具有任何电磁作用并且增加电机的重量。另外，螺钉元件的分布影响转子单元的惯性矩。此外，螺钉元件导致制造成本的增加。这种具有细长孔的结构的另一缺点在于，各个转子段相对于彼此的扭转是连续发生的，并且需要相应的监控或调节，以便实现转子段之间的期望的扭转。
DE 10 2010 044 521 A1和DE 10 2008 020 778 A1设置了在周向方向上具有多个细长孔的转子段。这里也存在上述缺点。
EP 2 451 049 A1提出了转子段能够由相同的多个转子层形成，以便例如减少涡流损耗，其中，各个转子段不同地形成，以便实现转子单元的偏斜。在此，各个转子层具有孔，可以将螺栓引入该孔中，以便将各个转子段保持在一起。各个转子段包括用于使转子支架穿过的凹口，其中，凹口包括三个舌片，每个舌片在凹口的周向方向上偏移120°，每个舌片都能够分别接合在转子支架的相应槽中。这种构造具有上面已经提到的缺点。
DE 10 2008 020 779 A1提供了一种在周向方向上具有多个细长孔的转子段，其中，细长孔可以具有被设计为使得固定装置在细长孔内不是连续地，而是逐步地或离散地移动的轮廓。由此简化了转子段一定角度的扭转，然而，由于必须使额外的螺钉元件穿过细长孔，因此仍然存在上述缺点。
DE 195 43 919 C1提供了一种方法，其中在塑料注塑成型操作的范围内，将转子段刚性地连接到转子支架。在此，不利的是使用塑料注塑成型操作增加了转子单元的制造成本。
发明内容
本发明的目的是提出一种开头提到的转子单元，该类型的转子单元能够以更简单和更节省成本的方式来制造。
根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于以下基本思想：采用基本相同的转子段，其中，通过转子段的槽部分能够选择各个转子段围绕转子支架的轴向轴线的离散的角度位置，以便形成转子单元的偏斜。
根据本发明的用于电机的转子单元，所述电机优选为电动机，设置至少一个转子支架和基本上相同的多个转子段。转子支架能够例如形成为空心轴和/或实心轴，其中，转子支架还可以包括相应的轴承单元。
术语“相同”是指在制造公差范围内，转子段基本上具有相同的几何构造。因此，能够用单个工具配置来制造转子单元所需的所有转子段，以便降低转子单元或电机的制造成本。
转子段能够包括基本相同的多个转子层，在转子层之间可以设置电绝缘层，以便使涡流损耗最小化。也可以在转子段之间设置电绝缘层。
转子段具有用于使转子支架穿过的至少一个凹口，其中，在沿凹口的周向轮廓的周向方向上，设置有彼此间隔开的轴向槽部分，轴向槽部分的数量至少对应于转子段的数量。轴向槽部分可以与引导部分互补地形成，以便形成形状配合连接。轴向槽部分可以包括轴向延伸的槽。
转子支架包括引导部分，所述引导部分接合在每个转子段的槽部分中，以便在所述转子支架和该转子段之间形成不可转动的连接。通过选择转子段的、引导部分接合在其中的槽部分，转子段围绕转子支架的轴向轴线的离散的角度位置是可选的。在此，转子段设置为围绕转子支架的轴向轴线布置在不同的角度位置。在制造公差内形成引导部分和相应的槽部分，而且使得能够在相应的槽部分和引导部分之间建立可拆卸的连接，其中在制造公差内，相应的槽部分和引导部分之间的间隙最小化，由此能够实现离散的角度位置。在此，制造公差能够选择为使得转子段能够在室温下定位在转子支架上，例如在0℃至30℃。
通过以下示例来说明形成转子单元的期望偏斜。示例性的转子单元包括五个转子段，使得每个转子段包括五个槽部分。转子支架的引导部分接合在第一转子段的第一槽部分中、第二转子段的第二槽部分中、第三转子段的第三槽部分中、第四转子段的第四槽部分中以及第五转子段的第五槽部分中。因此，针对每个转子段，引导部分仅与五个槽部分中的一个接合。因此，相同形成的转子段围绕转子支架的轴向轴线具有不同的角度位置，并形成转子单元的期望的偏斜。在此，转子段相对于转子支架的角度位置的选择是离散地、并且不是连续地进行的。该示例能够扩展到任意数量的N个转子段，每个转子段分别具有N个槽部分。
通过转子段的这种构造，能够省略具有相应连接元件的细长孔的使用，从而简化转子单元的制造，其中，还减少了电机的总重量和制造成本。
在根据本发明的解决方案的另一有利的实施例中，每两个直接相邻的转子段设置为围绕转子支架的轴向轴线相对彼此具有基本相同的部分角度偏移。当两个转子段的端面彼此相对时，两个转子段为直接相邻。
通过以下示例来说明转子单元的期望偏斜的设计。一种示例性转子单元包括五个转子段，其中在第一转子段和第二转子段之间设置有围绕转子支架的轴向轴线的部分角度偏移。在第二转子段和第三转子段之间、在第三转子段和第四转子段之间、在第四转子段和第五转子段之间分别设置有围绕转子支架的轴向轴线的部分角度偏移，其中，在制造公差范围内，所有直接相邻的转子段之间的部分角度偏移是相同的。
在根据本发明的解决方案的有利的改进中，设置有第一转子段和末尾转子段，所述第一转子段仅具有一个直接相邻的转子段，所述末尾转子段仅具有一个直接相邻的转子段并且与第一转子段间隔开，其中在第一转子段和末尾转子段之间存在角度偏移，该角度偏移是所述部分角度偏移的倍数。由于在所有直接相邻的转子段之间的部分角度偏移是相同的，因此形成了转子单元的均匀偏斜，这导致转子单元的较安静的运行特性以及电机的更长寿命。
在根据本发明的解决方案的另一有利的实施例中，转子单元所应用于的电机具有定子单元，所述定子单元具有SN个定子槽，其中，角度偏移基本上为360°/SN。这种构造特别有利地阻碍了齿槽转矩的产生。
在根据本发明的解决方案的有利的改进中，设置有N个转子段，其中每个转子段P形成有磁极对。极对能够例如通过插入和/或埋入转子段中的适当的永磁体形成。转子单元设计为用于具有定子单元的电机，该定子单元具有SN个定子槽，其中转子段具有K个槽部分，其中K≥N。因为仅转子段围绕转子支架的轴向轴线的离散的角度位置是可能的，所以至少必须选择K＝N，以便实现转子单元的均匀偏斜。在k＝1至K的情况下，参考第k个槽部分，其中k＝1的槽部分在转子段的凹口的周向轮廓上形成参考点。由于转子段基本上相同地形成，因此每个转子段具有对应的k＝1至K的槽部分。在给定的转动方向上，参考点和第k个槽部分之间的角度间隔W(k)根据下式确定：
W(k)＝[(k-1)＊360°*{1/(SN＊N)+1/P}]mod360°。
转动方向也能够确定为顺时针方向或逆时针方向，其中在确定转动方向之后必须保持该转动方向。角度间隔W(k)描述了第k个槽部分在沿转子段的凹口的周向轮廓的周向方向上相对于参考点的位置。
在给定的转动方向上，第k+1个槽部分和第k个槽部分之间的角度差WD等于：WD＝360°*{1/((SN*N)+1/P}]。可以设置角度差WD的总和不是360°的倍数。
在根据本发明的解决方案的另一有利的实施例中，设置有N＝5个转子段，其中每个转子段形成P＝4个磁极对，其中，转子单元设计为用于具有定子单元的电机，所述定子单元具有SN＝48个定子槽，其中转子段包括K≥5个槽部分，其中k＝1至K，参考第k个槽部分，其中k＝1的槽部分在转子段的凹口的周向轮廓上形成参考点，其中在给定的转动方向上，第k+1个槽部分和第k个槽部分之间的角度差WD为：
WD＝360°*{1/(SN*N)+1/P}＝915°。
根据本发明的转子单元的这种构造在车辆制造中提供了广泛的应用，使得具有这种转子单元的电机能够被大量制造和使用。
在根据本发明的解决方案的有利的改进中，每个转子段包括基本相同的多个转子层，以便减小涡流损耗。
在根据本发明的解决方案的另一有利的实施例中，每个转子段包括用于容纳磁性元件的容纳区域。用于形成转子段的磁极的容纳区域可以形成为例如V形和/或双V形。
在根据本发明的解决方案的有利的改进中，引导部分具有在转子支架上的纵向槽，定位销元件引入该纵向槽中，所述定位销元件接合在转子段的相应的槽部分中。定位销元件能够基本上对应于纵向槽的长度，其中也可以想到多个定位销元件，其基本上对应于转子段的长度。通过使用定位销元件，能够容易且经济地制造引导部分。
此外，本发明涉及一种具有定子单元的电机，所述定子单元具有定子槽，其中设置有根据本发明的转子单元，其中，所述转子单元和所述定子单元安装为相对于彼此可转动。
电机例如能够设计为直流电机或同步电机。定子单元能够设置为产生随时间变化的磁场，该磁场作用在配备有永磁体的转子单元上。由此，能够将输送给定子单元的电能转换成转子单元的机械转动运动。为此，定子单元能够包括电线绕组或线圈，所述电线绕组或线圈通过控制装置适当地通电，以便产生随时间变化的磁场。还能够将转子单元设置为被机械驱动并且产生随时间变化的磁场，该磁场在定子单元中感应出电流。
本发明的其他重要特征和优点可以从从属权利要求、附图以及通过附图从相关的附图说明中获得。
应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，上面提到的并且仍将在下文中解释的特征不仅可以用于以下所述的组合中，而且还可以用于其他组合中，或者单独使用。
附图说明
在附图中示出了本发明的优选示例性实施例，并且在下面的说明中对其进行详细说明，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
其中，分别示意性地示出：
图1是根据本发明的转子单元的立体图，
图2是图1的转子单元的侧视图，
图3是根据本发明的转子支架和根据本发明的转子段的立体图，
图4是根据本发明的、具有布置的转子段的转子支架的立体图，
图5是根据本发明的转子段的端面的视图，
图6是根据本发明的电机的端面的视图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的转子单元1的立体图，其中转子单元1包括布置在转子支架3上的基本相同的五个转子段4。为此，转子段4分别具有用于使转子支架3穿过的至少一个凹口5。在图2中，示出了图1中的转子单元1的侧视图。
转子支架3至少部分地形成为空心轴并且包括轴向轴线9，该轴向轴线基本上平行于转子支架3的纵向延伸定向。转子段4沿该轴向轴线9布置，其中，在第一转子段10上设置有第一平衡盘19，在末尾转子段11上设置有第二平衡盘20。第一平衡盘19和第二平衡盘20能够用于抵消转子单元1的不平衡。
通过将引导部分8接合在各个转子段4的槽部分7中，在转子段4和转子支架3之间建立了不可转动的连接。如图3和图4所示，引导部分8可以包括纵向槽17，该纵向槽至少部分地沿转子支架3的外表面延伸，其中在该纵向槽17中能够插入定位销元件18，所述定位销元件在纵向槽17与转子段4的相应槽部分7之间形成形状配合连接。如图3中所示，定位销元件18能够具有基本对应于转子段4的长度的长度。
在各个转子段4之间，以及在第一转子段10和第一平衡盘19之间，以及在末尾转子段11和第二平衡盘20之间，可以分别设置绝缘盘21，该绝缘盘可以由基本上电绝缘的材料形成。
通过选择转子段4的槽部分7(引导部分8接合在槽部分中)，能够选择转子段4的围绕转子支架3的轴向轴线9的离散的角度位置，其中，为了实现转子单元1的偏斜，转子段4围绕转子支架3的轴向轴线9布置在不同的角度位置。
在图5中，示出了根据本发明的转子段4的端面的视图。转子段4的端面具有环形的盘形轮廓。转子段4包括用于容纳磁性元件16的多个容纳区域15。在该示例性实施例中，磁性元件16布置成双V形，从而形成四个极对。
在图1至图4所示的转子段4的安装位置中，转子支架3的轴向轴线9基本上穿过凹口5的区域的形心。在图5中，轴向轴线9平行于绘图平面的法向量延伸。因为在该示例性实施例中，转子单元1包括五个转子段4，所以凹口5具有提供五个槽部分的周向轮廓6。
在该示例性示例中，第一槽部分71形成参考点，并且在以下考虑中的转动方向14总是固定为顺时针方向。在第一槽部分71和第二槽部分72之间，沿周向轮廓6设置有角度差221。在第二槽部分72和第三槽部分73之间，沿周向轮廓6设置有角度差222。在第三槽部分73和第四槽部分74之间，沿周向轮廓6设置有角度差223。在第四槽部分74和第五槽部分75之间，沿周向轮廓6设置有角度差224。角度差221、222、223、224基本上具有相同的角度差值，其中在该实施例中，角度差值为91.5°。在该示例性实施例中，角度差之和为366°，因此不是360°的倍数。
按照转动方向14沿周向轮廓6，第二槽部分72相对于参考点(第一槽部分71)的角度间隔为91.5°。按照转动方向14沿周向轮廓6，第三槽部分73相对于参考点(第一槽部分71)的角度间隔为183°。按照转动方向14沿周向轮廓6，第四槽部分74相对于参考点(第一槽部分71)的角度间隔为274.5°。按照转动方向14沿周向轮廓6，第五槽部分75相对于参考点(第一槽部分71)的角度间隔为6°。
在图6中，示出了根据本发明的电机2的前视图。电机2包括具有定子槽13的定子单元12，其中仅示出了定子单元12的一部分。根据本发明的转子单元1或每个转子段4被安装为使得能够相对于定子单元12执行相对转动运动。

Claims (10)

1.一种用于电机(2)的转子单元(1)，
-具有至少一个转子支架(3)和基本相同的多个转子段(4)，
-其中，转子段(4)具有用于使所述转子支架(3)穿过的至少一个凹口(5)，
-其中，在沿转子段(4)的凹口(5)的周向轮廓(6)的周向方向上，设置有彼此间隔开的轴向的槽部分(7)，所述槽部分的数量至少对应于所述转子段(4)的数量，
-其中，所述转子支架(3)包括引导部分(8)，所述引导部分接合在每个转子段(4)的槽部分(7)中，以便在所述转子支架(3)和该转子段(4)之间形成不可转动的连接，
-其中，通过选择转子段(4)的、所述引导部分(8)接合在其中的槽部分(7)，能够选择所述转子段(4)围绕所述转子支架(3)的轴向轴线(9)的离散的角度位置，
-其中，所述转子段(4)围绕所述转子支架(3)的轴向轴线(9)布置在不同的角度位置。
2.根据权利要求1所述的转子单元(1)，其特征在于，每两个直接相邻的转子段(4)围绕所述转子支架(3)的轴向轴线(9)相对彼此具有基本相同的部分角度偏移。
3.根据权利要求2所述的转子单元(1)，其特征在于，
-设置有第一转子段(10)，所述第一转子段仅具有一个直接相邻的转子段(4)，
-设置有末尾转子段(11)，所述末尾转子段仅具有一个直接相邻的转子段(4)并且所述末尾转子段与所述第一转子段(10)间隔开，
-其中在所述第一转子段和所述末尾转子段之间存在角度偏移，所述角度偏移是部分角度偏移的倍数。
4.根据权利要求3所述的转子单元(1)，其特征在于，
-所述转子单元(1)形成为用于具有定子单元(12)的电机(2)，所述定子单元具有SN个定子槽(13)，
-角度偏移基本上为360°/SN。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转子单元(1),其特征在于，
-设置有N个转子段(4)，
-每个转子段(4)形成P个磁极对，
-其中所述转子单元(1)设计为用于具有定子单元(12)的电机(2)，所述定子单元具有SN个定子槽(13)，
-转子段(4)具有K个槽部分(7)，其中K≥N，
-其中k＝1至K表示第k个槽部分(7)，
-其中k＝1的槽部分(7)在所述转子段(4)的凹口(5)的周向轮廓(6)上形成参考点，
-其中，在给定的转动方向上，参考点和第k个槽部分(7)之间的角度间隔W(k)根据下式确定：
W(k)＝[(k-1)＊360°＊{1/(SN＊N)+1/P}]mod 360°。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转子单元(1),其特征在于，
-设置有N＝5个转子段(4)，
-每个转子段(4)形成P＝4个磁极对，
-其中所述转子单元(1)设计为用于具有定子单元(12)的电机(2)，所述定子单元具有SN＝48个定子槽(13)，
-所述转子段(4)包括K≥5个槽部分，
-其中k＝1至K表示第k个槽部分(7)，
-其中k＝1的槽部分(7)在所述转子段(4)的凹口(5)的周向轮廓(6)上形成参考点，
-其中，在给定的转动方向(14)上，第k+1个槽部分(7)和第k个槽部分(7)之间的角度差WD为：
WD＝360°＊{1/(SN＊N)+1/P}＝91.5°。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转子单元(1)，其特征在于，每个转子段(4)包括基本相同的多个转子层。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转子单元(1)，其特征在于，每个转子段(4)包括用于容纳磁性元件(16)的容纳区域(15)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转子单元(1)，其特征在于，所述引导部分(8)具有在所述转子支架(3)上的纵向槽(17)，定位销元件(18)被引入所述纵向槽中，并且所述定位销元件接合在转子段(4)的相应的槽部分(7)中。
10.一种电机(2)，特别是电动机和/或发电机，
-具有带有定子槽(13)的定子单元(12)，
-具有根据权利要求1至9中任一项所述的转子单元(1)，
-其中所述转子单元(1)和所述定子单元(12)安装为相对彼此可转动。
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