CN111602327A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转电机(1)，具有定子(2)和能够围绕旋转轴线(6)相对于定子(2)旋转的转子(4)。转子(4)具有环形的反应元件(5)，其沿反应元件圆周(11)围绕旋转轴线(6)延伸，并且具有多个沿着反应元件圆周(11)连续地布置的可磁化区域(25)，其中，在两个相邻的可磁化区域(25)之间分别布置有非磁性区域(23)。定子(2)具有至少一个两个有源部件部段(7、9)中的部段对(3)，使得反应元件圆周(11)的圆弧在两个部段之间延伸，其中，每个部段对(3)的第一有源部件部段(7)具有多个圆弧走势连续地布置的电磁体(13)，并且部段对(3)的第二有源部件部段(9)具有多个沿圆弧周向连续地布置的永磁体(21)。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种旋转电机。

背景技术

旋转电机具有定子和能够相对于定子绕旋转轴线旋转的转子。定子和/或转子具有用于产生磁场的磁体。磁体是电磁体和/或永磁体，并且通常沿着围绕旋转轴线的圆布置在定子和/或转子上。在大型旋转电机的情况下，也就是说在这些圆具有大半径的情况下，相应地需要多的和/或大的磁体。这导致这种机器的磁体装配的高成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转电机，该旋转电机尤其在磁体装配的成本方面得到了改善。

该目的通过权利要求1的特征实现。

本发明的有利设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的旋转电机具有定子和能够相对于定子绕旋转轴线旋转的转子。转子具有环形的反应元件，该反应元件沿着围绕旋转轴线的反应元件圆周延伸并且具有沿着反应元件圆周连续地布置的多个可磁化区域，其中，在两个相邻的可磁化区域之间分别布置有一个非磁性区域。定子具有两个有源部件部段的至少一个部段对，反应元件圆周的圆弧在两个有源部件部段之间延伸。每个部段对的第一有源部件部段具有沿圆弧走向连续地布置的多个电磁体，并且部段对的第二有源部件部段具有沿圆弧走向连续地布置的多个永磁体。

在根据本发明的旋转电机中，仅定子具有有源的磁性部件、即电磁体和永磁体，而转子没有这种磁性部件并且只具有带有可磁化区域的反应元件。

另外，相互作用的电磁体和永磁体布置在反应元件的不同侧面上。通过电磁体和永磁体的这种布置，永磁体不会减小用于定子的有源部件中的电磁体的绕组线圈的安装空间。通过优化绕组线圈在其中延伸的槽的槽几何形状，这能够改善电磁体的绕组线圈的几何布置，并进而与电磁体和永磁体布置在电机的同一有源部件中相比，能够改善磁回路和电机的效率。

此外，由于永磁体与电磁体间隔开地布置在反应元件的另一侧面上，因此永磁体不会由于电磁体而显著升温。由此，改进了电机的效率，因为通过永磁体的加热而产生的损失被降低了，或者与电磁体和永磁体布置在机器的同一有源部件中的情况相比，为了达到期望的效率使用低成本的永磁体，例如使用具有相对较轻的稀土的永磁体。

与将电磁体和永磁体布置在反应元件的同一侧面上相比，将电磁体和永磁体布置在反应元件的不同侧面上还减小了定子在反应元件上的吸引力。由此，减轻了反应元件的轴承的负荷，或者与将电磁体和永磁体布置在反应元件的同一侧面上相比，能够使用反应元件的低成本的支承。

此外，电磁体和永磁体布置在有源部件部段中，有源部件部段分别仅布置在反应元件圆周的圆弧区域中，也就是说仅布置在反应元件圆周的部分区域中。由此，定子能够模块化地装配有源部件部段，有源部件部段的数量和布置方式能够灵活地适应于电机的相应要求。特别地，通常不沿反应元件的整个圆周来布置电磁体和永磁体，因此，与沿反应元件的整个圆周布置磁体相比，磁体的数量和定子的磁体装配的成本也能够降低。

本发明的一个设计方案提出：每个部段对的有源部件部段布置在反应元件的关于反应元件圆周径向对置的侧面处。与例如将有源部件部段布置在反应元件的关于旋转轴线的轴向上对置的侧面处相比，本发明的设计方案通常能够实现转子与待被电机驱动的元件的更简单的耦合，因为有源部件部段在反应元件的径向对置的侧面处的布置实现了反应元件与待驱动元件的直接轴向连接。

本发明的另一设计方案提出：定子具有多个部段对，它们沿着反应元件圆周以彼此等距地间隔开的方式布置。本发明的该设计方案使得有源部件部段在反应元件上的作用比一个段部对或多个部段对例如在反应元件圆周的仅一个区域中的布置更均匀。

本发明的另一设计方案提出：定子具有偶数个部段对，每两个相邻的部段对的第一有源部件部段布置在反应元件的不同侧。换句话说，本发明的设计方案提出：第一有源部件部段沿着反应元件圆周交替地布置在反应元件的不同侧，并且第二有源部件部段同样沿着反应元件圆周交替地布置在反应元件的不同侧。由此，抵消了有源部件部段在反应元件上的吸引力，这还减轻了反应元件的支承的负荷。

本发明的另一个设计方案提供了一种用于将反应元件支承在定子上的轴承装置。由此，能够通过轴承装置调节和遵守反应元件与定子的有源部件之间的很小的气隙，由此，通过有源部件能够有利地在反应元件上施加很高的转矩。

本发明的另一设计方案提出：反应元件以在垂直于旋转轴线的平面中相对于定子移动的方式被支承。换句话说，本发明的该设计方案提出：反应元件不仅绕旋转轴线可旋转地、而且可滑动地支承在垂直于旋转轴线的平面中，例如通过前述轴承装置也能够实现该平面中的小位移。由此，能够有利地补偿制造公差和反应元件和/或有源部件的取决于热的膨胀变化。

本发明的另一个设计方案提处了一种冷却装置，用于冷却全部第一有源部件部段和/或全部第二有源部件部段。由此，这能够有利地减少由于有源部件部段的电磁体和/或永磁体的升温而引起的损耗，从而提高电机的效率。

本发明的另一种设计方案提出：每个第二有源部件部段的两个相邻的永磁体具有相反的磁极。由此，能够有利地通过永磁体来实现磁驱动。

本发明的另一设计方案提出：每个部段对的第一有源部件部段的每个电磁体与部段对的第二有源部件部段的两个相邻的永磁体相对置。由此，有利地使第二有源部件的永磁体的布置适应于第一有源部件的电磁体的布置。

本发明的另一设计方案提出：每个部段对的第一有源部件部段具有十二个电磁体。例如，在此，反应元件在每个部段对的区域中具有十七个或十九个可磁化区域。在第一有源部件部段中的十二个电磁体的布置以及在这十二个电磁体的区域中的反应元件的十七或十九个可磁化区域的布置令人惊喜地被证明是特别有效的。

本发明的另一设计方案提出：利用三相电流系统对每个部段对的第一有源部件部段的电磁体馈电，其中，每个电磁体被分配电流系统的一相。有利地，这能够实现使用三相电流系统来运行电机。在此，例如电流系统的每相的电磁体在此形成每两个相邻的具有相互不同的磁极的电磁体的磁体对，在每相的两个磁体对之间分别存在其他两相中的每一个的一个磁体对，并且相互不同的相的两个相邻的电磁体具有相同的磁极。在此，电流系统的相的电磁体理解为分配给该相的电磁体。已经证明，电磁体的相和其极性的前述分配是特别有利的。

本发明的另一设计方案提出：反应元件的非磁性区域由陶瓷材料制成。由于陶瓷材料的磁特性和机械特性，其特别适合用于制造反应元件的非磁性区域。

本发明的另一设计方案提出：反应元件的可磁化区域由软磁性材料制成。软磁性材料能够很容易地在磁场中被磁化，并且因此特别有利地用于制造反应元件的可磁化区域。

附图说明

结合以下结合附图更详细解释的实施例的描述，能够更清楚地理解本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方法和方式。图中示出：

图1示出了旋转电机的第一实施例的截面图，该截面图具有垂直于电机旋转轴线的截面；

图2示出了两个有源部件部段的部段对和旋转电机的反应元件的截面图；

图3示出了旋转电机的两个有源部件部段的部段对和反应元件的立体图；

图4示出了旋转电机的第一有源部件的截面图；

图5示出了旋转电机的第二设计方案的截面图，该截面图具有截面，电机的旋转轴线位于该截面中。

在图中，对应的部分设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意性地示出了旋转电机1的第一实施例。电机1具有定子2和能够相对于定子2围绕旋转轴线6旋转的转子4。图1示出了具有垂直于旋转轴线6的截面的截面图。

转子4具有环形的反应元件5，反应元件沿着反应元件圆周11围绕旋转轴线6延伸。

定子2具有三个沿着反应元件圆周11等距间隔开地布置的每两个有源部件部段7、9的部段对3。每个部段对3的两个有源部件部段7、9布置在反应元件5的相对于反应元件圆周11径向对置的侧面上，使得反应元件圆周11的圆弧在两个有源部件部段7、9之间延伸。

图2和图3分别示出了图1中所示的旋转电机1的部段对3和反应元件5的一部分。在此，图2示出了截面图，图3示出了立体图。

每个部段对3的第一有源部件部段7具有多个电磁体13，电磁体沿着反应元件圆周11的在该部段对3的两个有源部件部段7、9之间延伸的圆弧连续地布置。电磁体13分别具有电绕组的绕组线圈15。第一有源部件7还具有有源部件叠片组17，该有源部件叠片组具有朝向第二有源部件部段9的齿18和在齿18之间延伸的凹槽19，其中，绕组线圈15缠绕在每个齿18上，使得两个电磁体13的绕组线圈15延伸穿过每个凹槽19。在其他实施例中，替代只具有一个有源部件叠片组，第一有源部件部段7能够对于各一个电磁体13或对于多个电磁体13具有多个有源部件叠片组17。

每个部段对3的第二有源部件部段9具有多个沿着圆弧延伸部在永磁体载体20上连续地布置的永磁体21，其中，部段对3的第一有源部件部段7的每个电磁体13与第二有源部件部段9的两个相邻的永磁体21相对置。每个第二有源部件部段7的每两个相邻的永磁体21具有相反的磁极。

第一有源部件部段7分别布置在反应元件5的背离旋转轴线6的一侧，并且第二有源部件部段9分别布置在反应元件5的朝向旋转轴线6的一侧。

反应元件5具有多个非磁性区域23和多个可磁化区域25。非磁性区域23和可磁化区域25沿着反应元件圆周11交替地布置，使得非磁性区域23被布置在每两相邻的可磁化区域25之间，并且可磁化区域25被布置在每两相邻的非磁性区域23之间。

非磁性区域23分别由非磁性材料制成，例如由陶瓷材料或由纤维增强的合成材料制成。

可磁化区域25各自至少部分地由可磁化材料制成，例如由软磁性材料制成。优选地，可磁化区域25分别具有由电工钢片组成的叠片组。

可磁化区域25沿着反应元件圆周11的延伸例如为非磁性区域23的延伸的80％至120％之间。

图4示出了第一有源部件部段7的截面图。利用三相电流系统为第一有源部件部段7的电磁体13馈电，其中，每个电磁体13配属于电流系统的一相U、V、W。在此，电流系统的每相U、V、W的电磁体13形成由各两个相邻的具有不同磁极的电磁体13构成的磁体对，在每相U、V、W的两个磁体对之间分别有另外两相U、V、W中的每一相的一个磁体对，并且彼此不同的相U、V、W的每两个相邻的电磁体13具有相同的磁极。

在图2至图4所示的实施例中，每个第一有源部件部段7具有十二个电磁体13，并且每个第二有源部件部段9具有二十四个永磁体21。反应元件5在部段对3的区域中具有十七个可磁化区域25。在其他实施例中，部段对3能够具有不同数量的电磁体13和永磁体21，并且反应元件5在部段对3的区域中能够具有不同数量的可磁化区域25和非磁性区域23。此外，在其他实施例中，能够设置电磁体13与相U、V、W与图4不同的分配。

但是，已经证明特别有利的是：如果第一有源部件部段7具有十二个电磁体13，第二有源部件部段9具有二十四个永磁体21，反应元件5在部段对3的区域中具有十七个或十九个可磁化区域25，并且电磁体13如在图4中那样配属给相U、V、W。

图5示出了旋转电机1的第二实施例。电机1具有定子2和相对于定子2围绕旋转轴线6可旋转的转子4。图5示出了具有旋转轴线6位于其中的截面的截面图。

转子4具有环形的反应元件5，反应元件沿着反应元件圆周11围绕旋转轴线3延伸，并且像图1至图4中描述的实施例的反应元件5那样构造。

定子2具有多个沿着反应元件圆周11彼此间隔开地布置的两个有源部件部段7、9的部段对3。每个部段对3的两个有源部件部段7、9在反应元件5的相对于反应元件圆周11径向对置的侧面上布置在部段载体27，使得反应元件圆周11的圆弧在两个有源部件部段7、9之间延伸。每个部段对3的两个有源部件部段7、9像图1至图4中描述的实施例的有源部件部段7、9那样构造，其中，另一方面，每个部段对3的第一有源部件部段7具有电磁体13，并且第二有源部件部段9具有永磁体21。

然而，与根据图1至图4描述的实施例不同，图5中所示的实施例的第一有源部件部段7分别布置在反应元件5的朝向旋转轴线6的侧面上，并且第二有源部件部段9分别布置在反应元件5的背离旋转轴线6的侧面上。此外，该实施例的定子2具有偶数个部段对3，其中，每两个部段对3相对于反应元件圆周11径向对置。

电机1还具有冷却装置29，该冷却装置用于冷却有源部件部段7、9。冷却装置29具有冷却剂回路，在冷却剂回路中，冷却剂(例如冷却水)在冷却管31中借助于泵35从冷却剂贮存器33被引导至有源部件7、9并且从有源部件7、9被引导回到冷却剂贮存器33中。

此外，电机1具有用于将反应元件5支承在定子2上的轴承装置37。轴承装置37具有例如滑动轴承或滚动轴承，反应元件5的朝向旋转轴线6的侧面和背离旋转轴线6的侧面利用滑动轴承或滚动轴承分别支承在定子2上。此外，反应元件5能够通过轴承装置37相对于定子2可滑动地安装在垂直于旋转轴线6的平面中。

转子4与由支承轴承41围绕旋转轴线可旋转地支承的驱动台39连接，例如望远镜、转台、风力发电塔或飞轮能够通过该驱动台与电机1一起旋转。在此，转子4和转台6例如通过弹簧元件43以可在垂直于旋转轴线6的平面内相对彼此移动的方式被支承，弹簧元件各自能够在关于反应元件圆周11的径向方向上发生弹性形变，并且将反应元件5与驱动台39连接。

根据图1至图5描述的电机1的实施例能够以不同的方式进行改变。例如，根据图1至4描述的实施例也能够具有像根据图5描述的实施例的冷却装置29和/或轴承装置37。此外，部段对3的两个有源部件部段7、9也能够代替在关于反应元件11的径向方向上而在另一方向上相对置。例如，部段对3中的两个有源部件部段7、9能够在关于旋转轴线6的轴向方向上相对置，使得两个有源部件部段布置在反应元件圆周11延伸的平面的不同的侧面上。此外，定子2能够具有偶数个部段对3，其中，每两个相邻的部段对3的第一有源部件部段7布置在反应元件5的不同侧面上。

尽管已经通过优选的实施例详细地示出和描述了本发明，但是本发明不受公开的实例的限制，并且本领域技术人员能够在不脱离本发明的保护范围的情况下从中得出其他变体方案。

Claims (15)

1.一种旋转电机(1)，具有定子(2)和能够围绕旋转轴线(6)相对于所述定子(2)旋转的转子(4)，其中，

-所述转子(4)具有环形的反应元件(5)，所述反应元件沿着反应元件圆周(11)围绕所述旋转轴线(6)延伸，并且所述反应元件具有沿着所述反应元件圆周(11)连续地布置的多个可磁化区域(25)，其中，在两个相邻的所述可磁化区域(25)之间各布置有一个非磁性区域(23)，

-并且所述定子(2)具有至少一个部段对(3)，所述部段对包括两个有源部件部段(7、9)，所述反应元件圆周(11)的圆弧在所述两个有源部件部段之间延伸，其中，每个所述部段对(3)的第一有源部件部段(7)具有沿着圆弧走势连续地布置的多个电磁体(13)，并且所述部段对(3)的第二有源部件部段(9)具有沿着圆弧走势连续地布置的多个永磁体(21)。

2.根据权利要求1所述的旋转电机(1)，其特征在于，每个所述部段对(3)的有源部件部段(7、9)布置在所述反应元件(5)的关于所述反应元件圆周(11)径向对置的侧面处。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机(1)，其特征在于，所述定子(2)具有多个所述部段对(3)，所述部段对沿着所述反应元件圆周(11)以彼此等距地间隔开的方式布置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，所述定子(2)具有偶数个所述部段对(3)，并且每两个相邻的所述部段对(3)的所述第一有源部件部段(7)布置在所述反应元件(5)的不同侧。

5.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，设置有轴承装置(37)，所述轴承装置用于将所述反应元件(5)支承在所述定子(2)上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，所述反应元件(5)以可在垂直于所述旋转轴线(6)的平面中相对于所述定子(2)移动的方式被支承。

7.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，设置有冷却装置(29)，所述冷却装置用于冷却全部所述第一有源部件部段(7)和/或全部所述第二有源部件部段(9)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，每个所述第二有源部件部段(9)的每两个相邻的所述永磁体(13)具有相反的磁极。

9.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，每个所述部段对(3)的所述第一有源部件部段(7)的每个电磁体(13)与所述部段对(3)的所述第二有源部件部段(9)的相邻的两个所述永磁体(21)相对置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，每个所述部段对(3)的所述第一有源部件部段(7)具有十二个电磁体(13)。

11.根据权利要求10所述的旋转电机(1)，其特征在于，所述反应元件(5)在每个所述部段对(3)的区域中具有十七个或十九个可磁化区域(25)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，利用三相电流系统为每个所述部段对(3)的所述第一有源部件部段(7)的所述电磁体(13)馈电，其中，每个所述电磁体(13)配属于所述电流系统的一相(U，V，W)。

13.根据权利要求12所述的旋转电机(1)，其特征在于，所述电流系统的每相的所述电磁体(13)形成由各两个相邻的具有彼此不同的磁极的所述电磁体(13)构成的磁体对，并且在每相(U，V，W)的两个磁体对之间分别设有其他两相(U，V，W)中的每一相的一个磁体对，并且彼此不同的相(U，V，W)的每两个相邻的所述电磁体(13)具有相同的磁极。

14.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，所述反应元件(5)的所述非磁性区域(23)由陶瓷材料制成。

15.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机(1)，其特征在于，所述反应元件(5)的所述可磁化区域(25)由软磁性材料制成。

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