CN103683777A - 带有铁氧体磁铁的永磁激励同步电机 - Google Patents

带有铁氧体磁铁的永磁激励同步电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种永磁激励同步电机（1），带有定子（2）和转子（3），定子具有布置在定子（2）的板叠槽（12）中的绕组***（8），其在板叠的端面上形成的绕组端部（9），转子与轴（4）抗扭连接，其中转子（3）具有轴向延伸过定子（2）的铁氧体磁铁（5），通过在永磁激励同步电机（1）运行时经过定子（2）和转子（3）之间的气隙（12）的电磁相互作用，实现沿着旋转方向（R）围绕旋转轴（A）的旋转，径向上在磁极（11）的相应的铁氧体磁铁（5）上，设置磁通集中元件（6），其将铁氧体磁铁（5）的磁力线束缚在定子（2）的板叠轴向长度上，设置固定元件（14）用于将磁通集中元件（6）保持和定位于磁极（11）的铁氧体磁铁（5）上。

Description

带有铁氧体磁铁的永磁激励同步电机
技术领域
本发明涉及一种永磁激励同步电机，其带有定子和转子，该定子具有布置在板叠的槽中的绕组***，其在板叠的端面上形成绕组端部，转子与轴抗扭地连接，其中转子具有铁氧体磁铁。
背景技术
为了在永磁激励同步电机中获得高气隙电感，优选地使用稀土磁铁。然而这是非常昂贵的，从而尝试转换使用价格低廉的铁氧体磁铁。在种情况下为了获得高气隙电感，使用了一些例如由EP0126997中已知的收集装置。这仅在转子具有相对较高的极数时才能实现足够的规模。
发明内容
以此为出发点，本发明的目的在于，在永磁激励同步电机的气隙中使用价格低廉的铁氧体磁铁的情况下获得足够高的气隙电感，其中，转子具有相对较小的极数。
该目的通过一种永磁激励同步电机来实现，其
-带有定子，定子包括布置在板叠的槽中的绕组***，其在板叠的端面上形成绕组端部，
-带有与轴抗扭地连接的转子，
-其中转子带有轴向延伸越过定子的端面的铁氧体磁铁，
-其中通过在永磁激励同步电机运行时经过定子和转子之间的气隙的电磁相互作用，实现沿着旋转方向围绕旋转轴的旋转，
-其中径向上在磁极的相应的铁氧体磁铁上，设置有磁通集中元件，其将铁氧体磁铁的磁力线束缚在定子的板叠的轴向长度上，
-其中设置有固定元件用于将磁通集中元件保持和定位在磁极的铁氧体磁铁上。
该目的同样可以通过按照以下步骤制造定子的方法来实现：
-将铁氧体磁铁固定在轴上，
-将磁通集中元件布置在铁氧体磁铁上，
-通过适当的固定元件，如金属套管（Blechhelsen）或玻璃纤维捆缚物（Glasfaserbandagen），将通过磁通集中元件和铁氧体磁铁形成的磁极固定在轴上。
该目的同样可以通过按照以下步骤制造定子的另一个的方法实现：
-制造单个的磁极，这些磁极具有至少一个铁氧体磁铁和径向上连接在其上的磁通集中元件，
-将磁极布置在轴上，
-通过适当的固定元件，如金属套管或玻璃纤维捆缚物，将磁极固定在轴上。
此时根据本发明铁氧体磁铁直接粘合在或通过其他方式固定在软磁回路上（einem weichmagnetischen Rueckschluss）、特别是轴上，其中将磁极轴向设计得比定子的板叠更长。因此通过一个或多个铁氧体磁体在轴向和/或旋转方向形成单磁极。
基本上此类转子可通过两种方式制造。
要么其径向地从轴开始逐层的构造，也就是首先将铁氧体磁铁固定、尤其是粘合在轴上。然后磁通集中元件径向地安装在相应的铁氧体磁铁上。紧接着用固定元件将该总板叠（Gesamtpakets）固定和定位。
第二种可能性是，首先逐个完成每一个磁极，并且然后将磁极固定在轴上。接着是也由上面已知的固定总板叠的制造步骤。
在以上所述的每个制造方式中出现的也是技术上必要的磁隙优选地在固定前或捆缚前以合适的材料完成。这些材料是非磁性（amagnetisch）并且不导电的。
通过径向布置在铁氧体磁铁上的磁通集中元件，将铁氧体磁铁的磁通集中或束缚在有效长度、也就是定子的板叠上，并且通过气隙向其传递。因此达到足够高的气隙电感，其特别在磁极与定子板叠的轴向长度的长度比>1.8时起到非常积极的效果。为了吸收转子装置的离心力，径向地在磁通集中元件上装配了固定元件。固定元件要么是轴向地施加在轴、铁氧体磁铁和磁通集中元件构成的装置上的非磁性的金属套管，或是玻璃纤维捆缚物。如果使用玻璃纤维捆缚物作为固定元件，需要设置附加的装置，其定义了用于捆缚物的限定的起点和终点。限定的起点和终点优选地处于永磁激励同步电机的气隙的轴向外部，也就是说，远离定子的板叠的端面。
对于基于齿谐波（nutharmonisch）的或其他的高次谐波形成的在定子的板叠区域中的涡流损耗，在此区域层状地（geblecht）设计。
为了优选地获得正弦的气隙场，磁通集中元件在表面上在旋转方向上这样配有一个轮廓，即在磁极中心的气隙比在磁极边缘的气隙小。这种优势不取决于磁通集中元件在定子的板叠区域是否一体地或层状地设计。
通过轴向的磁通集中，与所示的低漏磁的构造一起实现高气隙电感。因此只有转子变长，而定子的尺寸可以这样确定为与在使用高能量磁铁的情况下的尺寸一样。有利的是，磁通集中元件在其轴向上附加的长度中布置在定子的绕组端部之下，从而使机器在轴向上总体上基本没有变长。
通过磁通集中元件的外部轮廓的构造也降低了转矩波动，并且降低了定子的铁中的磁谐力波（Feldwellen）的振幅，这通过减小的磁滞损耗和涡流损耗导致相对较低的定子加热。
附图说明
本发明以及本发明的其他优选设计将根据原理上描述的实施例被详细描述，其中示出：
图1是永磁激励同步电机的纵剖面图，
图2是永磁激励同步电机的横截面图，
图3是永磁激励同步电机的磁极，
图4是永磁激励同步电机的横截面图。
具体实施方式
图1在原理性示图中的纵剖面中示出了带有定子2的永磁激励同步电机1，其中在定子2的板叠的槽12中嵌入有绕组***8，其在定子2的板叠的端面处构造绕组端部9。从气隙10径向向内间隔地存在转子3，其与轴4抗扭地连接，并且其在永磁激励同步电机1运转时沿着旋转方向R围绕旋转轴A运动。直接在软磁轴4上设置有优选为径向磁化的碗形铁氧体磁铁5。铁氧体磁铁5与轴4优选地粘合。
同样也可以使用方形的铁氧体磁铁5。然而其被定位在一个特殊的多边形布置的套管上，该套管又与轴4抗扭地连接。但是轴4也可以具有通过材料去除过程完成的平坦表面。
磁通集中元件6径向向外地连接每个通过一个或多个铁氧体磁铁5形成的磁极11，磁通集中元件设计为一体的，并且在气隙10的方向上引导、或集中或束缚磁通。
为了将每个磁极11的单个的磁通集中元件6与铁氧体磁铁5一起额外地固定，在转子3的径向外周向上设置了捆缚物14，其始点和终点优选地在锥形侧面上径向地布置在绕组端部9下方。
图2在横截面中示出了具有极距比例
Figure BDA0000380037910000051
的磁极11，其中磁极11具有接近于100%的磁极覆盖率。与此相应的，磁隙15狭窄地设计。磁隙15防止在相邻的磁极11之间的磁通“短接”，而并不“流”过电机1的气隙10或软磁轴4。
磁隙15要么是空的间隙，也就是只填充有空气，要么是填充非磁性的、不导电的材料。
磁隙15，也就是在相邻的两个磁极11之间的间隙径向地延伸，要么延伸至轴4，要么也只延伸至铁氧体磁铁5。在第一种情况下铁氧体磁铁5与其磁通集中元件6根据图2,3刚好形成极距角度α。因此在相邻的磁极11的铁氧体磁铁5之间同样是磁隙15。
在第二种情况下，相邻的磁极11的铁氧体磁铁根据图4直接彼此相邻地设置。因此在之后，在径向上看，磁隙15结束在铁氧体磁铁5的上表面处。由于磁铁的材料特性因而不会出现磁短路。
优选地，磁通集中元件6在气隙10的区域中沿旋转方向这样配有一个表面轮廓，即在磁极中心的气隙10小于在其磁极端部的气隙。由此形成正弦的气隙场。
为了减少涡流损耗，尤其是在气隙10的区域中的磁通集中元件6的表面附近区域中的涡流损耗，此区域-也如在图1中可以看出-层状地设计。层状部7镶入磁通集中元件6中以几毫米、优选的是从0.5至5毫米。
图3在细节图中示出了磁极11，其带有其极距比例α和定子2的绕组***8，其绕组***这样由齿线圈构成，即线圈分别包括一个齿13。
通过永磁激励同步电机1的根据本发明的构造，现在已经实现了在使用价格低廉的铁氧体磁铁5的情况下在气隙10中获得足够高的气隙电感。磁极11具有产生正弦气隙场的外部轮廓。由此一方面降低了转矩波动，并且另一方面降低了定子2的铁中的磁谐力波的振幅。此外，该构造是相对低漏磁的。此特征通过减小的磁滞损耗和涡流损耗导致较少的定子加热。
为了获得一个永磁激励同步电机1，根据本发明的转子3首先与轴4抗扭地连接，并且然后***定子2的孔中。轴4由未详细示出的轴承可旋转地保持住，其中轴承盖容纳轴承，并且固定在定子-对于无壳机器-上或壳体上。

Claims (10)

1.一种永磁激励同步电机（1）
-带有定子（2），所述定子具有布置在所述定子（2）的板叠的槽（12）中的绕组***（8），所述绕组***在所述板叠的端面上形成绕组端部（9），
-带有转子（3），所述转子与轴（4）抗扭地连接，
-其中所述转子（3）带有轴向延伸越过所述定子（2）的所述端面的铁氧体磁铁（5），
-其中通过在所述永磁激励同步电机（1）运行时经过所述定子（2）和所述转子（3）之间的气隙（10）的电磁相互作用，实现沿着旋转方向（R）围绕旋转轴（A）的旋转，
-其中径向上在磁极（11）的相应的所述铁氧体磁铁（5）上，设置有磁通集中元件（6），所述磁通集中元件将所述铁氧体磁铁（5）的磁力线束缚在所述定子（2）的所述板叠的轴向长度上，
-其中设置有固定元件（14）用于将所述磁通集中元件（6）保持和定位在所述磁极（11）的所述铁氧体磁铁（5）上。
2.根据权利要求1所述的永磁激励同步电机（1），其特征在于，在所述旋转方向（R）上观察的所述磁通集中元件在所述气隙（10）的区域中的轮廓这样构成，即形成正弦的气隙场，在所述气隙场中，位于磁极中心中的所述气隙（10）具有小于在所述磁极（11）的边缘处的径向的扩展部。
3.根据前述权利要求中任一项所述的永磁激励同步电机（1），其特征在于，所述磁通集中元件（6）在所述气隙（10）的区域中层状地设计。
4.根据前述权利要求中任一项所述的永磁激励同步电机（1），其特征在于，所述固定元件设计为非磁性的金属套管。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的永磁激励同步电机（1），其特征在于，所述固定元件设计为玻璃纤维捆缚物，其中在尤其是所述磁通集中元件（6）的锥形段中设置有设计用于将所述捆缚物固定在始端和末端的装置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的永磁激励同步电机（1），其特征在于，通过一个或多个所述铁氧体磁铁（5）形成的磁极（11）的所述轴向长度相当于所述定子（2）的所述板叠的所述轴向长度的大约1.8倍。
7.根据前述权利要求中任一项所述的永磁激励同步电机（1），其特征在于，所述铁氧体磁铁（5）通过使所述铁氧体磁铁（5）的内半径相应于所述轴（4）的外半径而设计为碗形。
8.根据权利要求7所述的永磁激励同步电机（1），其特征在于，所述铁氧体磁铁（5）具有基本上径向的磁化。
9.一种用于制造根据权利要求1所述的转子（3）的方法，其特征在于以下步骤：
-将铁氧体磁铁（5）固定在轴（4）上，
-将磁通集中元件（6）布置在所述铁氧体磁铁上，
-通过适当的固定元件，如金属套管或玻璃纤维捆缚物，将通过所述磁通集中元件（6）和所述铁氧体磁铁（5）形成的磁极（11）固定在所述轴（4）上。
10.一种用于制造根据权利要求1所述的转子（3）的方法，其特征在于以下步骤：
-制造单个的磁极（11），所述磁极具有至少一个铁氧体磁铁（5）和径向上连接在所述铁氧体磁铁上的磁通集中元件（6），
-将所述磁极（11）布置在轴（4）上，
-通过适当的固定元件，如金属套管或玻璃纤维捆缚物，将所述磁极（11）固定在所述轴（4）上。
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