CN116325435A - 电动旋转机器的转子以及电动旋转机器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动旋转机器、特别是轴向通量型机器的转子、以及配备有该转子的电动旋转机器、特别是轴向通量型机器。该电动旋转机器、特别是轴向通量型机器的转子(10)包括多个磁体(12)以及用于固定磁体(12)的磁体承载件(13),磁体(12)通过该磁体承载件相对于转子(10)的毂(14)定位在周缘上,其中,磁体承载件(13)比磁体(12)径向向外延伸得更远,并且该磁体承载件在磁体(12)定位的周缘处具有第一轴向宽度(16),并且在磁体(12)的径向外侧形成加宽部分(20),该加宽部分具有大于第一轴向宽度(16)的第二轴向宽度(22)。使用本文提出的转子以及配备有该转子的电动旋转机器,可以提供以简单且成本有效的方式保证高效和低磨损操作的装置。
Description
技术领域
本发明涉及电动旋转机器的转子、特别是轴向通量型机器的转子,以及配备有该转子的电动旋转机器、特别是轴向通量型机器。
背景技术
从现有技术已知电动传动系。这种电动传动系包括用于能量存储、能量转换和能量传输的部件。能量转换部件包括电动机器,例如轴流式机器。从现有技术已知具有一个或更多个定子以及一个或更多个转子的各种设计。
轴向通量型机器,也被称为横向通量型机器,是一种马达或发电机,其中转子与定子之间的磁通量实现为平行于转子的旋转轴线。电动轴向通量型机器的其他名称还有无刷DC马达、永久励磁同步马达或盘式马达。
这种轴向通量型机器可以被设计成在转子和/或定子的布置方面不同的类型,并且例如在作为用于车辆的牵引机器时,可以具有不同的特殊特征和优点。
在轴向通量型机器的常规实施方式中,除了毂之外,转子基本上被设计为扁平盘,其宽度由所安装的磁体的宽度确定。
对于高功率密度,希望保持定子与转子之间的轴向距离较小。
图1示出了常规轴向通量型机器的实施方式。该轴向通量型机器包括轴向布置在转子10两侧的2个定子1,每个定子具有定子芯部2以及在该定子芯部上轴向对准的绕组3。
转子10布置在轴5上,以用于使转子10围绕旋转轴线6旋转。定子1也布置成与旋转轴线6同轴。在相应的定子1与转子10之间轴向地形成有间隙4。转子10包括由磁体承载件13保持的多个磁体12。
在电动机器的操作期间,绕组与电动机器的其他部件的铁之间的电磁耦合导致转子10的磁体12上的力变化,这可能导致转子10的变形和/或磨损或疲劳行为。定子1与转子10之间的间隙4被设计成大到使得尽管转子10变形,在转子10与定子1之间也不会发生碰撞。然而,这降低了相关轴流式机器可以操作的功率密度。
WO 2020/065488 A1公开了一种电磁轴向通量型机器的转子,该转子具有本体,其包括与旋转轴线同心的内部毂。该本体还包括径向支柱,所述径向支柱延伸至形成转子的外部圆形边沿的外部环箍。在两个相邻支柱之间限定的每个空间中,磁体结构包括多个磁体。该本体由包含由树脂结合的纤维的复合材料的多个堆叠层形成。
发明内容
由此出发,本发明的目的是提供一种电动旋转机器的转子、特别是轴流式机器的转子,以及配备有该转子的电动旋转机器,其以简单、成本有效的设计确保了高效且低磨损的操作。
该目的通过根据权利要求1所述的电动旋转机器的转子以及根据权利要求9所述的根据本发明的电动旋转机器来实现。在从属权利要求2至8中列举了电动旋转机器的转子的有利实施方式。在从属权利要求10中详述了电动旋转机器的有利实施方式。
权利要求的特征可以以任何技术上有用的方式进行组合,其中,包括本发明的补充实施方式的以下描述的说明以及来自附图的特征也可以被查阅以用于此目的。
结合本发明,术语“轴向”、“径向”和周向方向始终是参考电动旋转机器的旋转轴线而言的。
本发明涉及一种电动旋转机器的转子、特别是轴向通量型机器的转子,该转子包括多个磁体以及用于固定磁体的磁体承载件,磁体通过磁体承载件相对于转子的毂定位在周缘上。磁体承载件比磁体径向向外延伸得更远,并且磁体承载件在磁体定位的周缘处具有第一轴向宽度。在磁体的径向外侧,转子形成有加宽部分,该加宽部分具有大于第一轴向宽度的第二轴向宽度。
因此,根据本发明的转子被设计成所谓的“I型布置结构”,即具有形成为基本上扁平的盘作为磁体承载件。
其上布置有磁体的周缘由圆环表面限定,该圆环表面在径向内侧和外侧上由内周缘和外周缘定界。
第一轴向宽度可以由磁体承载件自身的轴向边界表面之间的距离或者布置在该周缘上的磁体之间的距离来限定。
由于转子的大致圆形形状,加宽部分也被设计成圆环形状。加宽部分也可以称为桶形环。
例如,第二轴向宽度可以达到第一轴向宽度的1.5倍。
由于加宽部分,磁体承载件在径向外侧部上具有增加的几何惯性矩,其结果是可以抵消由回转力引起的变形。换句话说,磁体承载件在其径向外侧部上被加宽部分加强,使得即使回转力作用在磁体承载件的径向外侧部上,磁体承载件也不会经受较小程度的轴向变形。这使得可以保持转子与相邻定子之间的间隙非常小,使得作用在定子与转子之间的磁场的区域可以用于功率密度最高的电动旋转机器的操作。因此,加宽部分有助于提高电动旋转机器的效率。
此外,加宽部分导致材料集中于转子的径向外侧部,这也导致转子在径向方向上的增强或加强,使得特别是由磁体在磁体承载件上施加的离心力也可以被加宽部分吸收,并且因此转子抵抗离心力的整体强度增加。
特别地,加宽部分可以被设计成相对于转子的中央平面是轴对称的,该中央平面垂直于转子的旋转轴线延伸。
中央平面是延伸穿过转子和可能的磁体的轴向中心的平面。在转子和磁体布置结构轴对称的情况下,垂直于旋转轴线对准的对称轴线在该中央平面中延伸。
这在转子的横截面中在加宽部分的区域中产生T形部,其中,T形部的中央腹板在该中央平面中延伸。
在一个实施方式中,提供的是,磁体承载件基本上由非导电材料制成。
特别地,提供的是,磁体承载件完全由非导电材料制成。磁体承载件可以由玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料制成。
磁体承载件可以由上述纤维卷绕而成,并且利用相应的基体材料增强,或者磁体承载件已经由相应的纤维材料制成的垫生产成,这些纤维材料在成形后根据需要利用基体材料增强。
相同的材料和制造工艺也可以用于生产该加宽部分。在磁体承载件的特殊实施方式中,磁体承载件包括作为整体部件的加宽部分。在这种情况下,加宽部分已经在将相应的纤维与磁体承载件的其余部件一起进行卷绕期间产生,或者已经在由相应的纤维材料与磁体承载件的其余部件一起形成垫期间产生。
这同样适用于加宽部分,该加宽部分可以是磁体承载件的整体部件。
另一有利实施方式提供的是,转子在至少一个轴向侧上具有至少一个覆盖元件,所述覆盖元件基本上轴向地覆盖磁体。
这种覆盖元件也可以被称为覆盖层。特别地,转子可以在两个轴向侧上具有至少一个覆盖元件。
这种覆盖元件可以具有圆环形状,或者在轴向侧上设置有若干个覆盖元件,这些覆盖元件中的每个覆盖元件被设计成圆环部段的形式,并且这些覆盖元件一起形成圆环。
例如,覆盖元件或多个覆盖元件可以在一个轴向侧上覆盖转子的所有磁体。
为了不在转子中或转子上产生任何额外的电磁损耗,覆盖元件可以由非导电材料制成。
覆盖元件可以材料结合至磁体和/或磁体承载件。特别地,覆盖元件可以借助于结合部结合至磁体承载件和/或磁体承载件的磁体。这在轴向方向上产生了轴向非常坚硬的夹层结构,该夹层结构抵消了转子的轴向变形。
在转子的一个实施方式中,提供的是,覆盖元件轴向地支承至少一个磁体。
这意味着由一个或更多个磁体作用的轴向力至少部分地被覆盖元件吸收。在该实施方式中,覆盖元件以及覆盖元件与磁体承载件的机械连接件必须被设计成具有相应的足够的轴向稳定性,以承受来自至少一个磁体的轴向载荷。
磁体承载件的材料特别可以是碳纤维增强塑料。覆盖元件的材料特别可以是玻璃纤维增强塑料。
然而,对于更高的要求,也可以使用聚(对亚苯基-2,6-苯并双噁唑)、所谓的PBO或芳族聚酰胺纤维。
由于高弹性模量,碳纤维增强塑料的使用对于T形加宽部分特别有利。
工件的这种组合使得能够成本有效地生产转子,并且转子相对于回转力、离心力以及如果合适的话轴向作用力具有足够的稳定性。
根据另一方面,本发明涉及一种电动旋转机器,特别是轴向通量型机器,其具有根据本发明的转子以及具有绕组或线圈的至少一个定子,所述定子布置成轴向邻近于转子。由定子在绕组布置结构的周缘上形成的轴向定子端面与转子的中央平面之间的第一轴向距离小于加宽部分的面向相应定子的轴向端面与转子的中央平面之间的第二轴向距离。
特别地,电动旋转机器可以被设计成使得在定子与转子的磁体之间轴向形成的间隙至少在径向和沿轴向方向的区域中被加宽部分覆盖。
在电动旋转机器的一个实施方式中,该电动旋转机器具有两个轴向相对的定子,其中,转子布置在这两个定子之间,提供的是,加宽部分至少在位于转子与轴向相邻的定子之间的轴向两侧的间隙上方的区域中在两侧轴向延伸。
附图说明
下面参照示出了优选实施方式的附图针对重要的技术背景对上面描述的本发明进行详细说明。本发明绝不受纯示意性附图的限制,其中,应注意的是,附图中所示出的实施方式并不限于所示的尺寸。在附图中:
图1:以截面图描绘了常规设计的轴流式机器,
图2:描绘了根据本发明设计的轴流式机器的局部截面,以及
图3:以立体图描绘了根据本发明设计的轴流式机器的转子。
具体实施方式
已经详细地讨论了图1,以解释现有技术。
图2示出了根据本发明设计的轴流式机器的局部截面。该轴流式机器包括与旋转轴线6同轴对准的转子10、以及与该转子10轴向相邻的两个定子1。定子1形成有相应的定子芯部2以及轴向地布置在定子芯部上的绕组3或线圈,定子芯部与绕组或线圈在转子10的方向上对准。
在两个定子1的绕组3与转子10之间设置有轴向间隙4。
转子10通过该转子的毂14坐置在轴5上。转子10的磁体承载件13固定地连接至毂14,其中,在此处所示出的实施方式中,多个磁体12布置成分布在周缘上方。在该区域中,转子具有第一轴向宽度16,该第一轴向宽度基本上由磁体12的轴向宽度限定。
磁体承载件13比磁体12径向向外延伸得更远。在转子10的径向外侧部上,这形成了加宽部分20,该加宽部分也可以被称为桶形环或卡箍。在本文所示出的实施方式中,加宽部分20在所示出的截面中具有T形部21,其中,T形部21的中央腹板位于转子10的中央平面11中,此处所示出的截面的对称轴线也在该中央平面中延伸。
由定子1在绕组布置结构的周缘上形成的轴向定子端面与转子10的中央平面11之间的第一轴向距离17小于加宽部分20的面向相应定子1的轴向端面与转子10的中央平面11之间的第二轴向距离18。
加宽部分20布置在转子10的径向外侧部上意味着转子10在该区域中具有第二轴向宽度22,该第二轴向宽度显著大于第一轴向宽度16。加宽部分20使转子10在径向外部区域中在轴向方向上具有更高的刚度。此外,由于该区域中的加宽部分20,更多的材料可用于吸收出现的离心力。
特别是如从图3可以看出,转子10在其轴向侧中的每个轴向侧上具有至少一个覆盖元件30,该覆盖元件既覆盖磁体12并且又能够至少部分地吸收由磁体12轴向施加的力。以这种方式,覆盖元件30在轴向方向上支承磁体12。
覆盖元件30特别地在转子10的径向外部区域中材料结合至磁体12和/或加宽部分20,例如通过胶合结合至该磁体和/或加宽部分。这由覆盖元件30和磁体12产生了轴向刚性夹层结构。图3示出了在此处所示出的覆盖元件30的部段上的若干个点的示例,在这些点上可以形成结合部31。
由于磁体承载件13和相应的压力元件30两者都可以由纤维增强的塑料部件比如玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料制成,并且毂14可以特别地制成为金属部件,因此在此处所示出的转子10的实施方式中设想借助于螺纹连接件15实现毂14与磁体承载件13和/或覆盖元件30之间的固定的机械连接。
利用本文所提出的转子以及配备有该转子的电动旋转机器,可以获得以简单且成本有效的方式确保高效且低磨损操作的装置。
附图标记列表
1 定子
2 定子芯部
3 绕组
4 间隙
5 轴
6 旋转轴线
10 转子
11 中央平面
12 磁体
13 磁体承载件
14 毂
15 螺纹连接件
16 第一轴向宽度
17 第一轴向距离
18 第二轴向距离
20 加宽部分
21 T形部
22 第二轴向宽度
30 覆盖元件
31 结合部。
Claims (10)
1.一种电动旋转机器、特别是轴向通量型机器的转子(10),所述转子包括多个磁体(12)以及用于固定所述磁体(12)的磁体承载件(13),所述磁体(12)通过所述磁体承载件相对于所述转子(10)的毂(14)定位在周缘上,其中,所述磁体承载件(13)比所述磁体(12)径向向外延伸得更远,并且所述磁体承载件在所述磁体(12)定位的周缘处具有第一轴向宽度(16)并且在所述磁体(12)的径向外侧形成加宽部分(20),所述加宽部分具有大于所述第一轴向宽度(16)的第二轴向宽度(22)。
2.根据权利要求1所述的电动旋转机器的转子(10),其特征在于,所述加宽部分(20)被设计成相对于所述转子(10)的中央平面(11)是轴对称的,所述中央平面垂直于所述转子(10)的旋转轴线(6)延伸。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的电动旋转机器的转子(10),其特征在于,所述磁体承载件(13)基本上由非导电材料制成。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电动旋转机器的转子(10),其特征在于,所述转子(10)在至少一个轴向侧上具有至少一个覆盖元件(30),所述覆盖元件基本上轴向覆盖所述磁体(12)。
5.根据权利要求4所述的电动旋转机器的转子(10),其特征在于,所述覆盖元件(30)由非导电材料制成。
6.根据权利要求4和5中的任一项所述的电动旋转机器的转子(10),其特征在于,所述覆盖元件(30)材料结合至所述磁体(12)和/或所述磁体承载件(13)。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的电动旋转机器的转子,其特征在于,所述覆盖元件(30)轴向地支承至少一个磁体(12)。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的电动旋转机器的转子,其特征在于,所述磁体承载件(13)的材料是碳纤维增强塑料,并且所述覆盖元件(30)的材料是玻璃纤维增强塑料。
9.一种电动旋转机器、特别是轴向通量型机器,包括根据权利要求1至8中的任一项所述的转子(10)以及具有绕组(3)的至少一个定子(1),所述定子布置成轴向邻近于所述转子(10),其中,由所述定子(1)在所述绕组布置结构的周缘上形成的轴向定子端面与所述转子(10)的所述中央平面(11)之间的第一轴向距离(17)小于所述加宽部分(20)的面向相应定子(1)的轴向端面与所述转子(10)的所述中央平面(11)之间的第二轴向距离(18)。
10.根据权利要求9所述的电动旋转机器,其特征在于,在所述定子(1)与所述转子(10)的所述磁体(12)之间轴向形成的间隙(4)至少在径向和沿着轴向方向的区域中被所述加宽部分(20)覆盖。
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