CN112438010A

CN112438010A - 电机

Info

Publication number: CN112438010A
Application number: CN201980049883.6A
Authority: CN
Inventors: M·维利格
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2021-03-02
Also published as: MX2021000964A; US20220352772A1; EP3830930A1; HUE062619T2; EP3830930B1; US11791681B2; DE102018212573A1; WO2020020882A1

Abstract

本发明涉及一种电机（1），该电机包括定子（10）和通过气隙与所述定子（10）分开的转子（20），其中所述转子（20）具有多个被固定在转子本体（22）上的壳状的磁段（30），并且其中所述磁段（20）沿着周边方向分别具有多个不同地被磁极化的区段（32、33、34），所述区段分别形成所述转子（20）的磁极，并且其中在所述磁段（30）的不同地被磁极化的区段（32、33、34）之间构造过渡带（36），其中在所述磁段中在朝向定子（10）的一侧上设置了空隙（40）。在此提出，所述过渡带（36）沿着转子（20）的轴向方向倾斜伸展地构造，并且所述过渡带（36）被构造在所述空隙（40）的区域中。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种电机，该电机包括定子和通过气隙与所述定子分开的转子。

背景技术

由DE 102015212165 A1已知包括定子和通过气隙与所述定子分开的转子的电机，其中所述转子具有壳状的磁段。所述磁段在此分别成对地对置地布置并且沿着周边方向分别具有多个不同地被磁极化的区段。所述不同地被磁极化的区段分别形成转子的磁极。此外，在朝向定子的一侧上设置了空隙，所述空隙用作极提升部（Polabhebungen）。

发明内容

所述按本发明的电机包括定子和尤其通过气隙与所述定子分开的转子，其中所述转子具有至少一个、尤其是多个被固定在转子本体上的壳状的磁段。所述磁段分别具有多个不同地被磁极化的区段。磁段的不同地被磁极化的区段沿着转子的周边方向来构造。所述不同地被磁极化的区段分别形成所述转子的磁极。

在所述磁段的不同地被磁极化的区段之间构造了过渡带，所述过渡带的突出之处在于，它们形成未被磁极化的结构、尤其是形成被弱磁极化的区段。所述过渡带在磁极化时尤其有意地没有被极化。因此，所述过渡带被构造为未被磁极化或者被弱磁极化的结构。

此外，所述磁段具有一个、尤其是至少两个空隙，所述空隙的突出之处尤其在于，所述磁段的相对于定子的间距在空隙的区域中被扩大和/或所述磁段的在空隙的区域中的厚度被最小化。所述空隙被设置在朝向定子的一侧上。

有利的是，所述过渡带以沿着转子的轴向方向倾斜伸展的方式来构造。尤其所述倾斜的走向的突出之处在于，在过渡带与轴向方向之间构造一角度。

此外有利的是，所述过渡带被构造在所述空隙的区域中。所述电机的按本发明的设计方案引起止动力矩、尤其是槽止动力矩的最小化并且与此相关联引起转矩波动性的最小化。此外，尤其也能够降低所感生的电压的非对称性。此外，能够使除基本级别（Grundordnung）外出现的止动力矩最小化。

通过在从属权利要求中所列举的措施而得出在独立权利要求中所说明的特征的有利的拓展方案和改进方案。

按照一种有利的拓展方案来规定，空隙沿着轴向方向在整个磁段的范围内延伸。所述空隙从磁段的上侧面一直延伸到下侧面并且反之亦然。

此外，有利的是，每个空隙沿着周边方向观察完全在过渡带的范围内延伸。每个过渡带完全被构造在空隙的区域中。此外，所述过渡带的倾斜的构造引起以下结果，即：两个通过所述过渡带来分开的、不同地被磁极化的区段同样至少部分地在磁段中被构造在空隙的区域中。

按照本发明的一种拓展方案，每个过渡带在所述空隙的整个宽度范围内延伸，在所述磁段的空隙的区域中构造了所述过渡带。

按照本发明的一种优选的拓展方案，所述空隙的尤其是切向的边缘区域沿着周边方向平行于轴向方向来伸展。

按照本发明的一种有利的实施方式来规定，一磁段的不同地被磁极化的区段相对于该磁段的比例为2n+1:1。产生了最小化的槽止动。此外，产生用于电机的成本优点。

按照本发明的一种有利的实施方式来规定，不同地被磁极化的区段的宽度相对于过渡带的宽度的比例在3与5之间、尤其在3.5与4.5之间。优选区段的宽度或者过渡带的宽度相当于从倾斜的延伸部开始沿着所述磁段的表面的垂直的伸展度。优选作为用于确定所述比例的尺度而使用最大可能的数值。

按照本发明的一种有利的实施方式来规定，所述区段的磁极化沿着周边方向交替地构造。沿着周边方向产生交替地被磁极化的极序（Polfolge）。优选所述交替地被磁极化的极序在所有磁段的范围内延伸。

按照本发明的一种优选的实施方式来规定，所述磁段在朝向定子的一侧上具有另外的、尤其是第二空隙。所述另外的空隙分别被构造在所述磁段的两个边缘区域、尤其是边缘带之一中。所述边缘区域是所述磁段的、沿着周边方向观察与所述边缘邻接的区域。因此涉及以下区域，所述区域在径向观察所述磁段时处于最右边和/或处于最左边。优选所述边缘区域的伸展度相应于另外的空隙的沿着周边方向的伸展度的1倍到2倍之间。

一种有利的拓展方案是，在所述另外的空隙的区域中分别构造了至少一个第二过渡带。所述第二过渡带尤其沿着轴向方向倾斜地伸展。所述第二过渡带代表着所述磁段的未被磁极化的区域。此外，所述第二过渡带的倾斜的构造引起以下结果，即：邻接的不同地被磁极化的区段同样至少部分地在磁段中被构造在所述空隙的区域中。按照一种拓展方案，所述第二过渡带能够被构造为三角形。优选第二过渡带在径向观察时被构造在所述空隙的右下区域中和左上区域中。所述第二过渡带被构造在磁段的对角对置的角中。所述第二过渡带有利地将小的被磁极化的区段与所述被磁极化的区段之一分开。

所述小的被磁极化的区段尤其被构造为三角形。所述小的被磁极化的区段被构造在所述磁段的角之一中。

本发明的一种特别有利的拓展方案是，所述另外的空隙沿着轴向方向在整个磁段的范围内延伸。所述另外的空隙从所述磁段的上侧面一直延伸到下侧面并且返之亦然。此外，有利的是，每个另外的空隙沿着周边方向观察完全在第二过渡带的范围内延伸。每个第二过渡带完全被构造在另外的空隙的区域中。

一种有利的拓展方案是，所述第二过渡带在周边气隙的范围内延伸，所述周边气隙在两个磁段之间沿着周边方向来构造。两个磁段的第二过渡带和所述周边气隙形成未被磁极化的区域，这相应于相邻的磁段的两个不同地被极化的区段之间的过渡带。

一种有利的实施方式是，所述过渡带彼此平行地伸展。优选一个或者所有磁段的所有过渡带相对于轴向方向具有相同的角度。

一种有利的拓展方案是，所述磁段在朝向定子的一侧上在所述空隙或者另外的空隙的区域中被构造为沿径向或者椭圆状凹入的结构。

按照本发明的一种优选的实施方式来规定，所述磁段在朝向定子的一侧上沿着周边方向看具有所述磁段的厚度朝磁段的边缘尤其切向地伸展的减小。优选所述气隙在磁段的边缘区域中扩展。优选所述磁段在边缘区域中被构造为沿径向或者椭圆状凹入的结构。优选至少一个磁段、尤其是所有磁段在径向观察的情况下具有所述气隙的、朝磁段的左边缘和右边缘的扩展结构。

附图说明

实施例在附图中示出并且在以下描述中进行详细解释。其中：

图1示出了按本发明的电机的定子及转子的立体视图；

图2示出了磁段的的立体视图；

图3示出了磁段的剖视图；

图4示出了所述电机的定子及转子的、在没有定子线圈的情况下的立体视图；

图5a关于由现有技术已知的电动马达的旋转角示出了所感生的电压的变化曲线；并且

图5b关于按本发明的电机的旋转角示出了所感生的电压的变化曲线。

具体实施方式

按本发明的电机1包括定子10和转子20。在图1中示出了按本发明的电机1的定子10和转子20。电机1的另外的组件、像比如轴或者车桥、操控电子装置及壳体件由于简明原因而未示出。

所述电机1尤其是用于驱动通风机、优选用来对机动车的驱动组件进行冷却的通风机的电动马达。所述电机1也能够用于驱动尤其是机动车的HVAC系统中的通风机。

所述转子20同心地包围定子10。所述转子20在图1中相对于定子10示例性地在径向上在外部来构造。所述转子20以能相对于定子10旋转的方式来构造。按照图1的电机示例性地被构造为外转子马达。

按照一种拓展方案，所述电机1也能够被构造为内转子，其中所述转子同心地被定子所包围。

所述定子10具有空心柱筒形的基础元件12。所述基础元件12形成定子10的磁性的接地元件。所述定子10包括多根、在这里尤其是18根定子齿14。所述定子齿14在基础元件12的周边范围内等距地布置。所述定子齿14在径向上从基础元件12伸出。在所述定子齿14之间沿着周边方向构造了槽。各根定子齿14彼此不接触。所述槽等距分布地构造。优选在所述定子齿14之间能够产生流经基础元件12的磁通量。

每根定子齿14具有齿杆部16以及齿顶18。绕组形成定子线圈70，至少一根定子线圈被卷绕在齿杆部16上。每个定子线圈70在端侧一方面被齿顶18所固持并且另一方面被基础元件12所固持。通过齿顶18和/或基础元件12来防止所述定子线圈的沿着或者反向于径向方向的运动。定子线圈70分别一半地填充与定子齿14相邻的槽。

所述空心柱筒形的基础元件12和所述定子齿14由许多在轴向上先后排列的、彼此贴靠的磁钢叠片所组成。所述磁钢叠片尤其借助于冲压叠装来结合在一起。

借助于尤其通过操控电子装置给定子线圈进行的合适的通电来产生旋转磁场，所述旋转磁场带动转子20。为了进行通电而使用电桥、尤其是由电开关、尤其是MOSFET或者晶体管构成的B6电桥。

所述转子20具有转子本体22。该转子本体22具有磁性的接地元件24和连接元件26。所述连接元件26将接地元件24与轴接纳部28连接起来。

所述磁性的接地元件24尤其也被称为接地轭，其示例性地在图1中被构造为空心柱筒形。所述接地元件24通过至少一个连接元件26与轴接纳部28共同起作用。所述磁性的接地元件24和所述连接元件26形成柱筒罐（Zylindertopf）。所述柱筒罐的外侧面通过接地元件24来形成。所述柱筒罐底部通过连接元件26来形成。所述连接元件26尤其被构造为平坦的、优选片状的底部或者具有至少一根辐条，所述辐条将所述空心柱筒状的接地元件24与所述轴接纳部28连接起来。优选所述连接元件26具有连贯地伸展的空隙、尤其是孔或者缝隙，其比如降低转子20的重量或者改进空气循环或者对不平衡度进行补偿。

此外，所述转子20具有多个磁段30。按照图1的转子20示例性地承载四个磁段30。所述磁段30尤其被构造为永久磁段或者永磁体。所述磁段30被构造为壳状。所述磁段的外周边与转子本体22的内周边相匹配。

所述磁段尤其以其径向上处于外面的周边贴靠在转子本体22的内周边上。所述转子本体22和磁段尤其借助于熔焊、粘合、钎焊、插接、螺纹或者铆接连接等等来彼此连接。

优选所述磁段30具有尤其至少两个支承点。所述支承点沿着轴向方向延伸。在所述支承点与所述转子本体22之间构造有胶粘剂。

所述磁段30在周边范围内等距地布置。在两个沿着周边方向相邻的磁段之间构造了周边气隙60。所述周边气隙60的数目相应于磁段30的数目。所述磁段的外周边径向凹入地构造。优选所述磁段30的基本形状基本上相应于空心柱筒的截取部分。

在所述磁段30与所述齿顶18之间构造了气隙。

在图2中示出了所述磁段30的立体视图。所述磁段30根据其在基体22上的布置来示出。所述电机1的另外的组件为简明起见而未示出。所述磁段30沿着周边方向分别具有多个不同地被磁极化的区段32、33、34。所述区段的极化如此进行，从而沿着周边方向沿着朝向定子的表面构造极序、也就是北-南-北等等。

优选电机1的所有磁段30的形状是相同的。仅仅在所述磁段的各个区段极化的情况下存在着磁段30之间的区别。

所述不同地被磁极化的区段32、33、34分别形成转子20的磁极。所述转子20的极相对于磁段30的比例为：

2n+1:1；

其中n代表着自然数。每个磁段30比如尤其沿着周边方向具有3、5、7、9、11等等个不同地被磁极化的区段32、33、34。所述极序沿着周边方向是北-南-北或者南-北-南。尤其对于在四个磁段30上具有十二个极的电机1来说，该电机产生北-南-北、南-北-南、北-南-北和南-北-南的极序。

永磁体分别拥有北极和南极。所述区段32、33、34如此被极化，从而在沿着径向方向处于外面的表面上、也就是在背向定子的表面上构造了对极。如果比如所述区段32在朝向定子的一侧上具有磁性的正极，那么磁负极就处于背向的一侧上。

所述磁段30中的每个磁段在所述磁段30的、沿着周边方向彼此对置的端部上具有边缘。“所述磁段的边缘”沿着径向方向观察是指所述磁段30的左边的端部和右边的端部。所述磁段30的边缘区域与所述边缘邻接。

所述沿着周边方向观察处于外部的区段32、34基本上被构造得一样大。所述区段32、34分别与一磁段的边缘邻接。所述外部的区段分别部分地被构造在所述磁段30的边缘区域中。优选在每个边缘区域中构造了一磁段30。

所述关于周边方向处于两个处于外面的区段之间的区段33下面被称为处于里面的区段。处于里面的区段是以下区段，所述区段不与所述边缘邻接或者一直伸展到所述边缘。所有处于里面的区段33同样被构造得一样大。但是，在按照图1的构造中，只有一个处于里面的区段33。

“一样大”尤其是指，它们覆盖相同的表面、尤其是所述磁段30的内周边的表面。“磁段的内周边的表面”是指磁段30的、朝向电机1的定子10的面。

在所述不同地被极化的区段32、33、34之间构造了过渡带36。所述过渡带36被构造为未磁极化的结构。尤其所述过渡带不是有意地被磁极化。尽管如此，它们一般具有较弱的磁极化的结构。在理想情况下，所述过渡带36被构造为未被磁极化的结构。所述过渡带36没有永磁体的特性。所述过渡带未被永磁化。所述过渡带也形成极过渡。

优选所述过渡带没有形成被磁极化的区段32、33、34的北极与南极之间的过渡。

过渡带的宽度37具有相对于区段的宽度35的、处于1:3与1:5之间的比例。所述宽度相当于从倾斜的延伸部开始沿着磁段30的表面的垂直的伸展度。

所述磁性的过渡带36尤其形成区段33、33、34之间的分开部。所述过渡带36沿着转子20的轴向方向倾斜地、尤其是交叉地构造。所述过渡带36相对于电机1的轴向方向倾斜地伸展。在所述过渡带36与所述轴向方向之间构造了角度alpha。所述角度alpha尤其为18到20度、优选大约19度。所述角度alpha取决于倾斜角。所述倾斜角尤其为11到13度、优选大约11.8度。所述倾斜角取决于电机1的拓扑结构。优选所述角度alpha取决于电机1的拓扑结构。

所述转子20的轴向方向z平行于所述轴来伸展。优选所述区段32、33、34沿着轴向方向彼此搭接。磁段30的第一过渡带36彼此平行地伸展。磁段30的第一过渡带36在该磁段30的整个轴向伸展度的范围内延伸。所述第一过渡带沿着径向方向连贯地构造。

在图3中示出了按照图1和图2的磁段30的剖视图。所述磁段30同样具有三个区段32、33、34。在所述第一过渡带36的区域中构造了空隙40。所述空隙40被构造在磁段30的朝向定子的一侧上。所述空隙40尤其形成极提升部。所述第一过渡带36在空隙40的区域中伸展。优选所述过渡带36完全被构造在磁段30的空隙40的区域中。

按照一种拓展方案，所述空隙至少在第一过渡带的一部分的范围内延伸。

在图3中示出了具有三个不同地被磁极化的区段32、33、34的磁段30。所述区段32、33、34部分地被构造在空隙40的区域中。尤其按所述第一过渡带36的斜度产生两个相邻的区段的、沿着轴向方向的搭接。

按照本发明的一种可选的拓展方案，所述两个沿着周边方向处于外面的区段32、34具有朝磁段30的边缘切向地稍许扩展的轮廓。所述稍许扩展的轮廓通向所述磁段30的沿径向或椭圆状凹入地构造的边缘区域。此外，所述磁段30的厚度以切向于磁段30的边缘减小的方式来构造。所述磁段30优选沿着周边方向观察在其中心处被构造得最厚。优选所述磁段在内部的区段33的区域中最厚。

在图4中示出了所述电机1的定子10及转子20的、在没有定子线圈70的情况下的立体视图。所述空隙40沿着转子20的轴向方向在整个磁段30的范围内延伸。

所述空隙40的边缘区域 42平行于所述转子20的轴向方向来构造。沿着周边方向，每个空隙40至少在过渡带36的沿着周边方向的伸展度的范围内延伸。

按照一种拓展方案，所述空隙40的沿着周边方向的延伸度相当于所述磁段30的、在两个空隙40之间构造的部分44的沿着周边方向的延伸度。所述空隙40的、沿着转子20的一个磁段30、尤其是所有磁段30的周边方向的延伸度是相同的。所述磁段30的、在两个空隙40之间构成的部分44的沿着周边方向的延伸度是相同的。

按照一种拓展方案，所述磁段30的所有无空隙40或者另外的空隙50的部分的、沿着周边方向的延伸度基本上是相同的。

所述磁段30的、在空隙40的区域中的厚度比在空隙之间的部分44中小。

在所述空隙40的区域中，所述磁段凹入地构造。这一点示例性地在图3中示出。在空隙40的区域中，所述磁段30尤其被构造为沿径向或者椭圆状凹入的结构。所述空隙40形成极提升部。

区段32、33、34的宽度与过渡带的宽度之间的比例在3和5比1之间。

所有磁段30的区段32、33、34的磁极化沿着周边方向相互交替。

按照本发明的一种拓展方案，所述磁段30具有另外的空隙50。在图4中示出了所述具有附图标记50的另外的空隙。所述另外的空隙50被构造在磁段30的边缘区域中。

所述另外的空隙50被构造在磁段30的朝向定子10的一侧上。所述另外的空隙50引起转子20与定子10之间的气隙的扩展。所述另外的空隙50在磁段30的整个轴向的伸展度的范围内延伸，其中所述空隙被构造在该磁段中。所述另外的空隙50的边缘区域52平行于轴向方向来伸展。在所述另外的空隙50的区域中，所述磁段30具有比在无空隙44的区域中小的厚度。

在所述另外的空隙50的区域中，所述磁段30具有沿径向或者椭圆状凹入的构造。所述沿径向凹入的构造的半径比空隙40的半径小、尤其是小了

。

所述空隙40和所述另外的空隙50形成极提升部。

在所述另外的空隙50的区域中构造了第二过渡带38。所述第二过渡带38以沿着轴向方向倾斜伸展的方式来构造。所述第二过渡带38尤其具有三角形的形状。尤其每个另外的空隙50构造了另外的过渡带38。

按照本发明的一种拓展方案，在第二过渡带38与磁段30的角之间的角中构造了被磁极化的区段39。这样的区段39同样被构造在所述磁段的对角对置的角中。

在图2中两个第二过渡带38示例性地分别被构造在磁段30的边缘区域中。

所述磁段30通过周边气隙60来彼此分开。两个通过周边气隙来彼此分开的磁段30的、彼此相邻的第二过渡带38在周边气隙的范围内形成另外的过渡带37。所述另外的过渡带37部分地在两个磁段30的范围内并且在周边气隙60的范围内延伸。根据过渡带36，所述另外的过渡带37同样将两个不同地被磁极化的区段、比如根据图2将区段34、32a分开。

在图5a中示出了由现有技术已知的电动马达的所感生的电压。沿着图表的x方向示出了以度为单位的旋转角。沿着y方向示出了所感生的电压。转矩波动性、尤其是Electric torque ripple ETR（电转矩波动）取决于所感生的电压。

相对于此，在图5b中示出了按本发明的电机1的所感生的电压。顶点区域中的波动性不存在。

总之，相对于在现有技术中已知的电动马达，用按本发明的电机1能够将止动力矩降低50%及更多。

Claims

1.电机（1），包括定子（10）和通过气隙与所述定子（10）分开的转子（20），其中所述转子（20）具有多个被固定在转子本体（22）上的壳状的磁段（30），并且其中所述磁段（30）沿着周边方向分别具有多个不同地被磁极化的区段（32、33、34），所述区段分别形成所述转子（20）的磁极，并且其中在所述磁段（30）的不同地被磁极化的区段（32、33、34）之间构造过渡带（36），其中在所述磁段中在朝向定子（10）的一侧上设置了空隙（40），其特征在于，所述过渡带（36）以沿着转子（20）的轴向方向倾斜伸展的方式来构造，并且所述过渡带（36）被构造在所述空隙（40）的区域中。

2.根据前一项权利要求所述的电机（1），其特征在于，空隙（40）沿着轴向方向在整个磁段（30）的范围内并且沿着周边方向完全在过渡带（36）的范围内延伸。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，所述空隙（40）的边缘区域（42）沿着周边方向平行于轴向方向来伸展。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，磁段（30）的不同地被磁极化的区段（32、33、34）相对于该磁段的比例为2n+1:1。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，区段（32、33、34）的宽度相对于过渡带的宽度的比例在2与2.5之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，所述区段（32、33、34）的磁极化沿着周边方向交替地构造。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，所述磁段（30）在朝向定子（10）的一侧上具有另外的空隙（50），并且沿着周边方向看在所述磁段（30）的两个边缘区域之一中分别构造了另外的空隙（50）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，在所述另外的空隙（50）的区域中分别构造了至少一个第二过渡带（38），所述第二过渡带尤其沿着轴向方向倾斜地伸展。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，所述另外的空隙（50）沿着轴向方向在整个磁段（30）的范围内并且沿着周边方向完全在第二过渡带（38）的范围内延伸。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，所述第二过渡带（38）在沿着周边方向在两个磁段（30）之间构造的周边气隙（60）的范围内延伸，并且就这样形成相邻的磁段（30）的两个不同地被磁极化的区段（34、32a）之间的过渡带。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，所述过渡带（36）彼此平行地伸展。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，所述磁段（30）在朝向定子（10）的一侧上在所述空隙（40）或者另外的空隙（50）的区域中被构造为沿径向或者椭圆状凹入的结构。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电机（1），其特征在于，所述磁段（30）在朝向定子（10）的一侧上沿着周边方向看具有所述气隙的、朝所述磁段（30）的边缘尤其切向地伸展的扩展结构，所述扩展结构尤其被构造为沿径向或者椭圆状凹入的结构。