CN104979976A - 具有永磁激励的内定子的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(1)，具有：外定子(2)；内定子(10)，该内定子相对于外定子(2)同心地布置在外定子(2)的内部；以及转子(7)，该转子相对于外定子(2)和内定子(10)同心地布置在外定子(2)和内定子(10)之间并且能够相对于外定子(2)和内定子(10)移动，其中，外定子(2)具有多个绕组(3)，内定子(10)具有多个永磁体(12)，并且定子(7)包括承载件(8)，该承载件由非磁性材料形成并且具有多个空隙，在这些空隙中布置有各一个软磁区段(9)。

Description

具有永磁激励的内定子的电机

技术领域

本发明涉及一种电机，具有：外定子；内定子，该内定子相对于外定子同心地布置在外定子的内部；以及转子，该转子相对于外定子和内定子同心地布置在外定子和内定子之间并且能够相对于外定子和内定子移动。

背景技术

当前的关注点在于一种电机，其设计为同步电机，尤其设计成三相交流同步电机。这种类型的三相交流同步电机可以例如作为电动机或者发电机来运行并且总是获得更多的意义。在此，三相交流同步电机在现有技术中是已知的。此外还公开了一种电机，其具有内定子和外定子，转子设置在二者之间。

在永磁激励的三相交流同步电机中，永磁体设置在转子上。永磁体具有缺点，即其具有受限的应用温度。出于该原因而应用了具有稀土的加强的磁铁，其相对于通常应用的永磁体具有更高的应用温度。稀土磁铁的缺点在于其较高的价格。转子或者永磁体例如通过水冷实现的冷却必须以较高的成本实现。

为此，EP 2 528 207 A1描述了一种电机，其具有第一定子，该定子包括磁性件，其设计成形成预定数量的磁极对。此外，该电机包括第二定子，其与第一定子通过气隙隔开。此外，电机具有转子，该转子布置在气隙中。

此外，DE 10 2011 012 454 A1描述一种具有处于内部的定子和处于外部的定子的电机。此外，该电机包括转子，该转子具有永磁体，其布置在处于内部的定子和处于外部的定子之间。此外，在相应的定子和转子之间的气隙中可以布置圆柱形的管或者间隙管。因此，通过冷却介质可以实现对处于内部的定子和处于外部的定子的直接冷却，而冷却介质不会进入到转子腔中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开头所述类型的电机，其成本低廉并且能够高效地运行。

该目的通过具有权利要求1所述的特征的电机实现。本发明的优选的改进方案是从属权利要求的内容。

根据本发明的电机包括：外定子；内定子，该内定子相对于外定子同心地布置在外定子的内部；以及转子，该转子相对于外定子和内定子同心地布置在外定子和内定子之间并且能够相对于外定子和内定子移动，其中，外定子具有多个绕组，内定子具有多个永磁体，并且定子包括承载件，承载件由磁性材料形成并且具有多个空隙，在这些空隙中布置有各一个软磁区段，其中，电机具有用于冷却内定子的永磁体的第一冷却装置。

该电机尤其设计成三相交流同步电机并且可以作为电动机或者发电机使用。该电机包括外定子，该外定子包括多个绕组。为此目的，外定子具有相应的槽，这些绕组布置在槽中。在外定子的内部设置有转子，该转子例如能够与轴抗扭地连接。转子又包括承载件，该承载件由非磁性材料形成。非磁性材料通常不会受到磁场的影响。在承载件中置入有多个软磁的扇段。最后，电机包括内定子，其具有多个永磁体。由此提供了一种永磁激励的三相交流同步电机，其中永磁体布置在内定子上并且因此在电机运行时是不移动的。因此，与将永磁体布置在转子上的情况相比，在电机运行时产生的热量能够更简单地从永磁体上排导出去。

电机具有用于冷却内定子的第一冷却装置。因此，在电机运行时产生的热量能够可靠地从内定子的永磁体上排导出去。通过这种方式能够阻止永磁体被消磁。因此可以应用具有较小的矫顽磁场强度的磁铁。这又意味着能够应用具有较小份额的稀土的永磁体。通过这种方式可以提高剩磁并且降低成本。

优选的是，电机具有用于冷却外定子的第二冷却装置。通过第二冷却装置可以阻止外定子的绕组在电机运行时过热并且由此可能造成损害。通过这种方式允许电机可靠地运行。

此外，当第一冷却装置和/或第二冷却装置具有多个冷却管，该冷却管由冷却液体穿流时是有利的。例如水或者水-乙二醇混合物可以作为冷却液体使用。相应的冷却管可以简单和廉价地制造。在该设计方案中，冷却管布置在内定子和/或外定子的铁板叠中。第一冷却装置和/或第二冷却装置的冷却管可以例如穿过相应的孔，这些孔被置入到相应的铁板叠中。这种类型的冷却管简单和廉价地制造。

此外被指出有利的是，冷却管沿着电机的轴向方向在周向上均匀分布地布置。通过冷却管的这种类型的布置，在电机运行中不仅在内定子中而且在外定子中产生的热量都可以被均匀地排导出去。

在一个设计方案中，内定子的永磁体由铁氧体形成。铁氧体的应用具有一个优点，即能够提供用于内定子的成本低廉的永磁体。

在一个可替换的设计方案中，内定子的永磁体包含铁钕硼。内定子的这种类型的、具有铁、钕和/或硼的永磁体的特征在于高的抗高温性能。

在另外的设计方案中，转子设计成罐状的。转子的这种类型的设计方案具有优点，即由此能够提供具有较小的惯性的转子。通过这种方式能够提供具有高的动态性能的电机或电动机。

在另外的设计方案中，转子与轴连接，该轴设计成空心轴。尤其对于这种情况，即电机应用于机床的情况，通过应用空心轴可以实现机场的灵活的设计方案。

附图说明

现在根据附图对本发明进一步说明。图中示出：

图1以横截面示出了根据第一实施例的根据本发明的电机；

图2以纵截面示出了根据图1的电机；

图3以横截面示出了根据第二实施例的根据本发明的电机；

图4以纵截面示出了根据图3的电机；

图5示出了电机的内定子的永磁体基于温度的磁铁质量变化的图表。

具体实施方式

接下来进一步示出的实施例展示出了本发明的优选实施例。

图1以横截面示出了电机1的第一实施例的视图。电机1包括外定子2。该外定子2具有铁板叠4，其具有多个齿5，在齿之间具有多个槽6。在槽6中置入有相应的绕组3。绕组3通常与未在此示出的三相交流电网电连接。在外定子2的内部设置有转子7。该转子7在此相对于内定子2同心地布置。转子7具有承载件8，其由非磁性材料形成。承载件8具有多个空隙，在空隙中分别置入有软磁的扇段9。此外，电机1具有内定子10。该内定子10同心地布置在转子7的内部。内定子10包括铁板叠11，其具有多个间隙，在该间隙中分别布置有永磁体12。永磁体12可以例如包含铁钕硼。

在本实施例中，外定子2或者外定子的绕组3具有磁极对数量pw＝4。内定子10或者内定子的永磁体12具有磁极对数量pm＝6。转子7当前具有十个软磁区段9。因此，转子的磁极对数量为pr＝10。在此，向外作用的磁极对数量与转子的磁极对数量一致。通常，电机1的磁极对数量可以根据接下来的公式组合：

pr＝|pm+/-pw|

图2以纵截面示出了根据图1的电机。在此可以看到，转子7设计成罐装的。罐装的转子7与轴13抗扭地连接。此外，在图2中看到电机的壳体14。该壳体14在驱动侧具有第一法兰15。壳体14在从动侧具有第二法兰16。在第一法兰15和轴13之间设置有第一轴承17，其例如设计成球轴承。此外，电机1具有支承件18，内定子10保持在该支承件上。在支承件18和转子7之间设置有第二轴承件19，其同样可以设计成球轴承。

图3以横截面示出了根据另一实施例的根据本发明的电机1。在图3中示出的电机1与根据图1的电机的区别在于，电机1具有用于冷却内定子10的第一冷却装置20。该第一冷却装置2-包括多个冷却管21，其布置在内定子12的铁板叠11的内部。冷却管21在内定子12的周向方向上均匀分布地布置。冷却管21沿着电机1的轴向方向延伸。永磁体12能够通过第一冷却装置20冷却。在根据图3的电机1中，永磁体12例如可以由铁氧体制成。

此外，电机1包括第二冷却装置22。第二冷却装置22也包括多个冷却管23，这些冷却管沿着电机的轴向方向延伸。第二冷却装置22的冷却管23也沿着外定子2的周向方向均匀分布地布置。冷却管21，23可以由冷却介质、尤其是冷却液体穿流。外定子2的绕组3可以通过第二冷却装置冷却。通过第一冷却装置可以将电机1运行时产生的热量从内定子10处排导出去。通过这种方式阻止了永磁体9过热以及进而造成的消磁。

在图3的实施例中，在外定子2中的绕组***具有磁极对数量pw＝5。由内定子10的永磁体12的数量获得用于内定子10的磁极对数量pm＝12。在考虑到以上公式的情况下，转子7的向外作用的磁极对数量为pr＝17。

图4以横截面示出了根据图3的电机1。在此可以看到，电机1的轴3在本实施例中设计成空心轴。此外，电机1在此具有第一轴承件24和第二轴承件25。第一轴承件24布置在第一法兰15和转子7之间。第二轴承件25布置在第二法兰16和转子7之间。轴承件24，25尤其可以设计成球轴承。

图5示出了图表26，其中，在横坐标上示出了矫顽磁场强度Hc并且在纵坐标上示出了剩磁Br。在横坐标上当前例如以kA/m示出了矫顽磁场强度Hc的值。此外，在纵坐标上例如示出了剩磁Br。此外，虚线27表示矫顽磁场强度Hc的最小值。通过图表26示出了剩磁Br、矫顽磁场强度Hc和温度的关系。当前，示出了用于永磁体12的矫顽磁场强度Hc和剩磁Br之间关系的直线28，该永磁体由铁钕硼制成。

这种具有较高的剩磁的磁铁质量具有较高份额的重稀土。在此，点29示出了具有高的矫顽磁场强度Hc和低剩磁Br的第一材料。当在电机1中的温度例如被提高到130°上时，第一材料的矫顽磁场强度Hc和和剩磁Br随着第一材料的温度系数发生变化。对于矫顽磁场强度Hc和剩磁Br的关系而言适用于通过直线30描述的关系。

当现在永磁体12通过第一冷却装置20利用冷却液体，例如水进行冷却并且因此例如仅仅被加热到醉倒40°的温度时，可以应用具有较小的矫顽磁场强度Hc的材料。这在当前通过直线31表明。当在该种情况中应用当前通过点32表明的第二材料时，该材料具有高的剩磁Br和小的矫顽磁场强度Hc，这一方面具有优点，即剩磁Br被明显地例如提高20％。这在当前通过箭头33示出。另一方面的优点在于，不必为永磁体12使用过多的昂贵的稀土。第一和第二材料的选择由以下要求得出，即用于矫顽磁场强度Hc的、通过线27示出的最小值不被超过，因为否则的话在电机1运行时也可能导致消磁。

Claims (9)

1.一种电机(1)具有

外定子(2)；

内定子(10)，所述内定子相对于所述外定子(2)同心地布置在所述外定子(2)的内部；以及

转子(7)，所述转子相对于所述外定子(2)和所述内定子(10)同心地布置在所述外定子(2)和所述内定子(10)之间并且能够相对于所述外定子(2)和所述内定子(10)移动，其中，

所述外定子(2)具有多个绕组(3)，

所述内定子(10)具有多个永磁体(12)，并且

所述定子(7)包括承载件(8)，所述承载件由非磁性材料形成并且具有多个空隙，在这些所述空隙中布置有各一个软磁区段(9)，

其特征在于，

所述电机(1)具有用于冷却所述内定子(10)的所述永磁体(12)的第一冷却装置(20)。

2.根据权利要求1所述的电机(1)，其特征在于，所述电机(1)具有用于冷却所述外定子(2)的第二冷却装置(22)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电机(1)，其特征在于，所述第一冷却装置(20)和/或所述第二冷却装置(22)具有多个冷却管(21，23)，所述冷却管由冷却液穿流经过。

4.根据权利要求3所述的电机(1)，其特征在于，所述冷却管(21，23)布置在所述内定子(10)和/或所述外定子(2)的铁板叠(4，11)中。

5.根据权利要求3或4所述的电机(1)，其特征在于，所述冷却管(21，23)沿着所述电机(1)的轴向方向在周向上均匀分布地布置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电机(1)，其特征在于，所述内定子(10)的所述永磁体(12)由铁氧体形成。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的电机(1)，其特征在于，所述内定子(10)的所述永磁体(12)包含铁钕硼。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电机(1)，其特征在于，所述转子(7)设计成罐状的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电机(1)，其特征在于，所述转子(7)与轴(13)连接，所述轴设计成空心轴。