CN114665682A - 他励电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种他励电机(1)，尤其是一种他励同步马达(3)，其具有定子(6)和转子(4)，该转子能够围绕在轴向方向(5)上延伸的旋转轴线(7)相对于定子(6)旋转。电机(1)的简化结构和增加的转速通过以下得出：经由轴向引导穿过转子(4)的空心圆柱形的芯子(8)的初级绕组(9)和围绕芯子(8)缠绕的次级绕组(10)将电流无刷传输到转子(4)上。本发明还涉及电机(1)在机动车辆(23)中的使用以及具有这种电机(1)的机动车辆(23)。

Description

他励电机

技术领域

本发明涉及一种具有定子和转子以及可磁化芯子的他励电机，尤其是同步电机。本发明还涉及这种电机在机动车辆中的使用以及具有这种电机的机动车辆。

背景技术

他励电机，尤其是他励同步电机(例如他励同步电动机)在各种应用中(例如在机动车辆中)的使用是已知的。这种机器具有定子以及与定子同轴设置的转子，并且该转子能够围绕旋转轴线相对于定子旋转。在电机运行期间，转子围绕旋转轴线旋转。在他励电机的情况下，提供有到到转子的电流传输，以便对转子(尤其是安装在转子处的线圈)供电。

已知的是，为此使用集电环。在这种情况下，在运行期间并因此在转子旋转期间，至少一个电刷在相关联的集电环上磨擦并且以这种方式确保所需电流的传输。这种电机的缺点是由电刷在集电环上的磨擦造成的磨损。此外，在运行期间以这种方式会产生灰尘，该灰尘能够导致电机的故障或至少限制运行。尤其是出于该原因，限制了以高转速运行的电机的可能性。

为了避免集电环的问题，从现有技术，例如从CH 705 833 B1已知，所需电流经由旋转的变压器传输到转子。为此，在定子处和在转子处分别安装相关联的绕组和变压器芯子。这导致他励电机的复杂构造。

从DE 101 07 577 A1已知一种具有旋转的变压器的他励电机。在该电机的情况下，安装在定子处的芯子连同相关联的绕组与安装在转子处的芯子连同相关联的绕组轴向相对地设置。这导致他励电机的复杂结构。

方便地，变压器的芯子是可磁化的。由于其有利的磁化，在这种情况下特别使用了铁氧体。铁氧体是亚铁磁的并且具有非常低的电导率。然而，铁氧体通常也是陶瓷材料，从而具有限制相关联电机的可能的转速的机械特性。

发明内容

因此，本发明涉及的目的是，为开头提到的类型的他励电机以及具有这种电机的机动车辆提出改进的或至少不同的实施例，其特征尤其在于提高的可能转速和/或简化的结构。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的主题解决。有利的实施方案是从属权利要求的主题。

本发明基于以下一般构思：在他励电机的情况下，尤其是在他励同步电机的情况下，使用电流互感器的原理将电流非接触地传输到电机的转子，而不是现有技术中使用的旋转变压器。在这种情况下，转子设置在定子内部并且与可磁化芯子抗扭地连接。芯子因此设置在转子内部。因此，可磁化芯子以这种方式在其径向延伸方面受到限制，即具有减小的直径。这会导致在运行期间作用到芯子上的离心力减小。因此，避免或至少减少了对芯子的损坏。因此，芯子和转子能够以增加的转速运行。在这种情况下，电机的转速对应于转子围绕旋转轴线的旋转速度。

根据本发明的构思，他励电机(尤其是同步马达)具有转子以及定子。转子和定子彼此同轴设置。转子能够围绕在轴向方向上延伸的旋转轴线相对于定子旋转。转子设置在定子的径向内部从而设置在定子中。根据本发明，转子具有空心圆柱形的芯子，该芯子是可磁化的并且是空心圆柱形的。根据本发明，电机的初级绕组轴向地引导穿过空心圆柱形的芯子。在运行期间电流流过初级绕组，该电流在下文中也称为初级电流。电机还具有围绕芯子缠绕的次级绕组。次级绕组的绕组围绕芯子，使得在运行期间经由初级绕组并因此经由初级电流在次级绕组中感应出电流，该电流在下文中也称为次级电流。电机还具有电子器件，用该电子器件分流次级电流。为此，电子器件以相应的方式连接到次级绕组。

电机尤其是他励的、所谓的无刷的电机(优选地同步电机)。优选地，电机是他励同步电动机。

初级绕组方便地与次级绕组间隔开。初级绕组还方便地与芯子间隔开。

轴向地引导穿过芯子的初级绕组至少在轴向地引导穿过芯子的部段上轴向地延伸。尤其是在运行期间初级绕组在该部段轴向经过。

上述提出的方向与轴向方向有关，并因此与转子的旋转轴线有关。相应地，径向方向横向于轴向方向延伸或者横向于轴向方向径向地延伸。周向方向围绕轴向方向或环绕轴向方向延伸。

转子的部件在运行期间围绕旋转轴线一起旋转。这意味着芯子和次级绕组在运行期间围绕旋转轴线旋转。

相反地，优选的是，初级绕组相对于定子旋转固定，即不随转子旋转。这导致了简化的结构和更稳定的磁场，尤其是在芯子中更稳定的磁通量。为了旋转固定的布置初级绕组，能够设想到的是将初级绕组安装在转子处，尤其是将其固定在转子处。

在这种情况下，电机能够用于任何应用。尤其考虑电机在机动车辆中的使用。在此，电机(尤其是同步电动机)能够用于驱动机动车辆和/或调节机动车辆的调节元件。

在此应当理解的是，电机的相应的应用以及具有该电机的机动车辆分别同时属于本发明的范围。

电机的电子器件用于对电机的安装在转子处的部件供电，尤其是进行控制。特别地，电子器件经由次级电流对安装在转子处的至少一个线圈供电。

优选的实施例是，其中转子在径向内部具有空心轴，初级绕组轴向地引导穿过该空心轴。因此，芯子与空心轴分离并且设置在空心轴的径向外部并且与空心轴旋转固定。在这种情况下，转子被有利地安装成使得它能够通过空心轴围绕旋转轴线旋转。因此，能够将芯子设计得更简单。此外，这导致芯子的径向延伸减小，从而导致径向方向上更少得芯子材料。因此，即使在旋转速度增加的情况下，转子(尤其是芯子)也是机械稳定的，从而能够以增加的转速运行。无需直接安置芯子也使得简化了芯子的设计并且降低了芯子的机械负载，从而电机能够又以增加的转速运行。

原则上能够任意设计芯子与空心轴的旋转固定连接。有利地，芯子在空心轴的径向外部与空心轴直接旋转固定连接。特别地，芯子在芯子的径向内部在空心轴的径向外侧固定在空心轴处。这例如通过配合、材料配合连接和/或形状配合连接来实现。

在优选实施例中，转子在芯子径向外部具有空心圆柱形的旋转体。因此，旋转体与芯子分离并且与芯子旋转固定连接。以这种方式，芯子径向向外地机械稳定，使得转子整体上能够以增加的旋转速度运行。

原则上能够任意设计芯子与旋转体的旋转固定连接。有利地，芯子在旋转体的径向内部与旋转体直接旋转固定连接。特别地，芯子在芯子的径向外部、在旋转体的径向内部固定在旋转体处。这例如通过配合、材料配合连接和/或形状配合连接来实现。

特别优选的是，转子既具有空心轴又具有旋转体。因此，芯子径向地设置在旋转体与空心轴之间。这导致了芯子显著的机械稳定性，使得能够提高转子的旋转速度并因此提高电机的转速。

证明有利的实施例是，其中空心轴和旋转体机械施加于芯子。因此，芯子是径向地机械稳定的和预应力的。这导致了在运行期间由出现的离心力对芯子造成的影响的降低。因此，转子能够以增加的旋转速度运行。

芯子尤其是亚铁磁的芯子。特别地，芯子是铁氧体。特别优选的是，芯子是软亚铁磁的。因此，芯子尤其能够是软磁的铁氧体。因此能够特别简单地磁化芯子从而能够以简化的方式感应次级电流。这导致了电机的更有效的运行。

芯子能够例如由EPCOS N27、

等制造。

与空心轴和/或旋转体相比，芯子具有更弱的机械性能，尤其是更低的抗压强度和/或抗拉强度。

空心轴能够由金属或金属合金制造，例如，由铝或钢制造。

原则上，次级绕组能够以任何方式围绕芯子缠绕，只要以初级电流在次级绕组中感应出次级电流。

有利地，次级绕组横向于芯子的周向方向延伸。这尤其意味着次级绕组围绕芯子的径向外侧和轴向外侧延伸。这实现了在感应次级电流时效率的增加，从而导致了电机的效率的增加。

初级绕组和次级绕组的匝数原则上能够是任意的。在此，次级绕组和/或初级绕组的匝数变化使得能够调整初级电流与次级电流之间的比率。

当初级绕组的匝数为一时是有利的。这导致了电机的简化的结构。

当次级绕组的匝数为一时是有利的。由于次级电流与次级绕组匝数成反比关系，因此能够感应出具有增加的电流强度的次级电流。

电机有利地具有能够从电机中突出的输出轴。如果电机设计为马达，则借助于输出轴分流转矩。在这种情况下，输出轴与转子驱动连接。原则上，为此输出轴能够与转子直接旋转固定地连接。特别地，输出轴能够对应于转子。

优选地，旋转轴与转子径向地间隔开并且经由变速器与转子驱动连接。转子的旋转经由变速器传递到输出轴上。

优选的是空心轴以在下文中也称为驱动部段的部段轴向突出于芯子。在这种情况下，输出轴与空心轴径向地间隔开并且经由变速器与空心轴机械连接，使得空心轴与输出轴驱动连接。这导致了电机的紧凑的结构和转子，尤其是空心轴的简化安置。

原则上，电子器件能够任意设置。优选的实施例是，其中电子器件与芯子轴向地间隔开。在此空心轴(尤其是具有驱动部段的空心轴)能够轴向地引导穿过电子器件。

本发明进一步的重要特征和优点将从从属权利要求、附图和附图说明中获得。

可以理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，上文所述的特征和下文将要说明的特征不仅能够以各自指定的组合使用，还能够以其他组合或单独使用。

附图说明

在附图中示出了本发明的优选实施例，并将在下文的描述中进行详细说明，其中相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的零件。

以下分别示意性示出了：

图1示出了穿过他励电机的截面图，

图2示出了另一个实施例中的电机的等距的、局部透视示图，

图3示出了具有电机的机动车辆的极简示图。

具体实施方式

他励电机1(如其在图1至3中可见)尤其设计成他励同步电机2，优选设计成他励同步马达3。电机1具有转子4，该转子在轴向方向5上延伸并且能够相对于电机1的定子6围绕在轴向方向5上延伸的旋转轴线7旋转。在这种情况下，转子4设置在定子6的径向内部。定子6与转子4径向地间隔开。

转子4具有可磁化的空心圆柱形的芯子8。芯子8优选是铁氧体，尤其优选是软磁的铁氧体。电机1具有初级绕组9，该初级绕组轴向地引导穿过空心圆柱形的芯子8。在所示的示例中，初级绕组9的匝数为一。初级绕组9在此至少在引导穿过芯子8的部段上轴向地延伸。

电机1还具有次级绕组10，该次级绕组在图1和图2中由虚线表示。次级绕组10围绕芯子8缠绕。在这种情况下，在所示的实施例中，次级绕组10横向于芯子8的周向方向11缠绕。因此，次级绕组10围绕芯子8的径向外侧12和轴向外侧13缠绕。在所示的实施例中，次级绕组10的匝数为一。

上述提出的方向与轴向方向5有关，并因此与转子4的旋转轴线7有关。相应地，径向方向横向于轴向方向5延伸或者横向于轴向方向5径向地延伸。周向方向11围绕轴向方向5或环绕轴向方向5延伸。

在运行期间，初级绕组9由初级电流流过。因此经由芯子8在次级绕组10中感应出次级电流。该次级电流供应给电机1的电子器件14，尤其是供应给转子4的电子器件。在图1和2所示的实施例中，这通过次级绕组10的端侧与电子器件14的电连接来进行。电子器件14能够以供应的次级电流为转子4的线圈(未示出)供电并进行控制，以例如产生转子4的恒定磁场。

尤其从图1中能够看出，初级绕组9相对于定子6旋转固定。因此初级绕组9不随转子4旋转。为此，初级绕组9在转子4的外部固定在定子6处。相反地，芯子8和次级绕组10与转子4一起旋转。

在所示的实施例中，转子4具有旋转体15，该旋转体在芯子8的径向外部设置在芯子8处并且与芯子8旋转固定地连接。因此，芯子8通过旋转体15径向向外稳定。以这种方式，电机1能够以增加的转速运行，即转子4能够以增加的旋转速度运行。旋转体15有利地在径向外部平坦地邻靠在芯子8处并且例如通过配合与芯子8旋转固定地连接。

在图1的实施例中，转子4还具有空心轴16，该空心轴在芯子8的径向内部设置在芯子8处。芯子8因此径向地设置在空心轴16与旋转体15之间。因此，芯子8在两侧径向稳定从而能够以增加的旋转速度运行，使得电机1整体上能够以增加的转速运行。空心轴16优选地在芯子8的径向内部邻靠在芯子8处并且例如通过配合与芯子8旋转固定地连接。优选地，芯部8由空心轴16和旋转体15径向机械地作用。

在图1所示的实施例中，空心轴16在两侧从芯子8轴向突出，在两侧不仅轴向突出于芯子8而且轴向突出于旋转体16。在这种情况下，转子4借助于轴承17经由空心轴16围绕旋转轴线7可旋转地安装。此外，在图1所示的实施例中，空心轴16轴向地引导穿过电子器件14。

图1所示的实施例的空心轴16具有轴向突出的输出部段18，该输出部段18经由变速箱19与电机1的输出轴20驱动连接。在这种情况下，输出轴20设置成相对于空心轴16径向偏移并且经由至少一个轴承17围绕平行于旋转轴线7并与其径向间隔开的旋转轴线21可旋转地安置。

尤其从图1中能够看出，初级绕组19引导穿过整个转子4并且在两侧从转子4轴向突出。在这种情况下，初级绕组9通过连接部段22在定子6的径向内部安装在定子处。尤其从图1中能够看出，次级绕组10在此在芯子8的径向远离初级绕组9的连接部段22的区域中围绕芯子8缠绕。这导致了次级绕组10中不期望的感应和/或涡流减少，从而导致次级绕组10中次级电流的改进的感应。

在所示的示例中，电子器件14与芯子8轴向地间隔开以及与旋转体15轴向地间隔开。

转子4和定子6设置在电机1的壳体(未示出)中。在此，轴承17和定子6相对于壳体旋转固定，尤其是固定在壳体处。

从图3中能够看出，电机1，尤其是同步马达3，例如用在机动车辆23中。在机动车辆23中，电机1能够用于驱动机动车辆23。为此，电机1，尤其是转子4，以合适的方式与机动车辆23的至少一个车轮24机械连接。

Claims (13)

1.一种他励电机(1)，尤其是同步马达(3)，

-具有定子(6)和与所述定子(6)同轴设置的转子(4)，

-其中，所述转子(4)能够围绕在轴向方向(5)上延伸的旋转轴线(7)相对于所述定子(6)旋转，

-其中，所述转子(4)具有可磁化的空心圆柱形的芯子(8)，

其特征在于，

-所述转子(4)设置在所述定子(6)中，

-所述电机(1)具有初级绕组(9)，所述初级绕组轴向地引导穿过所述芯子(8)，

-所述初级绕组(9)在运行期间由初级电流流过，

-所述电机具有次级绕组(10)，所述次级绕组围绕所述芯子(8)缠绕成使得在运行期间在所述次级绕组(10)中经由所述初级绕组(9)感应出次级电流，

-具有电子器件(14)，所述电子器件与所述次级绕组(10)连接以用于分流所述次级电流。

2.根据权利要求1所述的电机，

其特征在于，

-所述转子(4)在径向内部具有空心轴(16)，所述初级绕组(9)径向地引导穿过所述空心轴，

-所述空心轴(16)围绕所述旋转轴线(7)可旋转地安置。

3.根据权利要求1或2所述的电机，

其特征在于，

所述转子(4)在所述芯子(8)的径向外部具有空心圆柱形的旋转体(15)。

4.根据权利要求2和3所述的电机，

其特征在于，

所述空心轴(16)和所述旋转体(15)径向地作用于所述芯子(8)。

5.根据权利要求1至4之一所述的电机，

其特征在于，

所述次级绕组(10)横向于所述芯子(8)的围绕所述轴向方向(5)延伸的周向方向(11)围绕所述芯子(8)缠绕。

6.根据权利要求1至5之一所述的电机，

其特征在于，

所述初级绕组(9)相对于所述定子(6)旋转固定。

7.根据权利要求1至6之一所述的电机，

其特征在于，

所述芯子(8)是软亚铁磁的。

8.根据权利要求1至7之一所述的电机，

其特征在于，

所述初级绕组(9)的匝数为一。

9.根据权利要求1至8之一所述的电机，

其特征在于，

所述次级绕组(9)的匝数为一。

10.根据权利要求2至9之一所述的电机，其特征在于，

-所述空心轴(16)以驱动部段(18)轴向突出于所述芯子(8)，

-所述电机(1)具有从所述电机(1)中突出的输出轴(20)，

-所述输出轴(20)与所述空心轴(16)径向地间隔开，

-变速箱(19)将所述空心轴(16)的所述驱动部段(18)与所述输出轴(20)机械连接。

11.一种利用根据权利要求1至10之一所述的电机(1)来驱动机动车辆(23)的的用途。

12.一种利用根据权利要求1至10之一所述的电机(1)来调节机动车辆(23)中的调节元件的用途。

13.一种具有根据权利要求1至10之一所述的电机(1)的机动车辆(23)，所述电机用于驱动所述机动车辆(23)和/或用于调节所述机动车辆(23)的调节元件。

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