CN105391201A - 具有磁阻转子和永磁转子的机电机器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机电机器(1)的转子(3)，转子能够围绕轴线(5)转动，其中转子(3)由至少三个轴向依次布置的直接彼此邻接的部段I至III组成，其中转子(3)通过至少两个不同的转子子叠片组类型(9，10)形成。

Description

具有磁阻转子和永磁转子的机电机器

技术领域

本发明涉及一种机电机器的转子，转子能够围绕轴线转动，其中转子具有轴向依次布置的磁阻部段和永磁部段。此外，本发明涉及一种具有转子的机电机器和这种机器的应用。

背景技术

机电机器具有转子，经由转子将转矩传递到做功机器处或者经由转子例如在机电机器的发电机式运行中进行到电能的转换。在此不利的是：每个转子类型、即永磁激励的转子、电激励的转子、笼型电枢转子、磁阻转子具有以下缺点，即此外加大了利用做功机械的运行或者能量获取的难度。

因此至今为止实现了如下转子结构，其在转子叠片中存在磁铁并且附加地设有磁阻子叠片组。此外，在此不利的是，机电机器的相对过小的功率密度和相对过高的转矩波动。

发明内容

由此出发，本发明基于如下目的，实现一种机电机器的转子，该转子在机电机器的功率密度较高时确保了相对很小的转矩波动。

所提出的目的通过机电机器的如下转子实现，该转子能够围绕轴线转动，其中转子由至少三个轴向依次布置的直接彼此邻接的部段I至III组成，其中转子通过至少两个不同的转子子叠片组类型来形成。

现在，通过根据本发明的结构设置了至少三个直接依次布置的部段，该部段通过至少两个不同的转子子叠片组类型形成。因此能够实现机电机器中的一个转子子叠片组的优点而且实现了另一个转子子叠片组的优点。在此有利的是：转子子叠片组类型构造成磁阻叠片组和永磁叠片组。这实现相对很小的转矩波动并且根据应用类型确保了相对高的功率密度。转子子叠片组类型的这些部段的轴向长度能根据应用情况而变化，从而能够为应用者提供最佳的驱动方案。

有利地，将磁阻叠片组布置在两个永磁叠片组之间，其中由此永磁叠片组附加地起到轴向地固定磁阻叠片组的叠片的作用。

有利地，现在能够通过转子的根据本发明的原理来分别优化转子本身的每个部段。因此，总体上能够调用机电机器的更高的转矩和功率。附加地能够实现具有在永磁叠片组处的表面磁铁的构造和具有最高转速的绑带(Bandage)，并且因此由于该构造的很小电感能够在预设电压时确保最高的临界转矩。

为了附加地降低转矩波动，永磁叠片组划分成另外的能预设的次子叠片组，其中每个次子叠片组在圆周方向上相对于该永磁叠片组的前面的次子叠片组错开预设角度地布置，使得在该永磁叠片组的轴向长度上形成分级。

磁阻叠片组优选地通过该转子部件的叠片中的冲孔形成，在磁阻叠片组中形成了磁通闭锁。在此有利的是，尤其在转速更高时绑带从永磁叠片组开始也被引导经过该磁阻叠片组，以便能够吸收离心力负荷。

在有利的实施方式中，磁阻叠片组具有各向异性的软磁材料以代替该叠片组中的磁通闭锁，该软磁材料本身具有更高的强度并且同样具有磁阻效应。

在此，各向异性的软磁材料理解为：各向异性的软磁材料仅在一个空间方向上具有相对良好的磁导率(μ_r>20)并且在另一空间方向上具有相对差的磁导率(μ_r<5)。

为了也降低磁阻叠片组的转矩波动，磁阻叠片组以圆心角β倾斜。转子子叠片组的极数是相同的，这提高了整个驱动装置的效率。因为尽管优化了每个转子子叠片组本身，但是附加地使各个转子子叠片组相互协调。

同样地，转子子叠片组在圆周方向上彼此错开角度γ地布置，以便改进总电动机的转矩特性。该结构基于如下认知，在不同的转子角时使用不同的转子子叠片组类型的最大转矩。为了优化整个驱动装置的该转矩变化并且由该布置获得了最大的转矩，与此相关地将转子子叠片组类型相对彼此以角度γ错开。该角度γ与期望的运行性能相关。在应用电动机的优选的转动方向时，形成γ＝45°/p，其中p是极对数。因此，机电机器的要输出的转矩整体上被最大化。

这种具有根据本发明的转子的机电机器因此在最大转矩额度时具有很小的转矩波动并且进而具有更高的功率密度。因此，这种机电机器尤其适合于在电动车中的驱动装置或也适合于高速发电机。

附图说明

本发明以及本发明的另外的有利的设计方案从下面的实施例中得出。其中示出：

图1是机电机器的纵剖面图，

图2是根据本发明的转子，

图3是永磁叠片组的横截面图，

图4是磁阻叠片组的横截面图，

图5是永磁叠片组的透视图，

图6是磁阻叠片组的透视图，

图7是永磁叠片组和磁阻叠片组的布置，

图8和9是现有技术。

具体实施方式

图8示出了具有磁支持装置的磁阻电动机，其中在磁通闭锁14中布置有附加的永磁体12。

此外，图9示出了已知的转子类型，其中永磁体12的每个磁极形成V形布置并且通过其布置获得附加的磁阻支持装置。

图1以纵剖面示出了具有定子2的根据本发明的机电机器1的原理图，在定子中设有未详细示出的绕组***，绕组***在定子2的端面侧构成绕组头部7。

定子2布置在壳体18中。此外，图1示出具有三个直接轴向彼此邻接的部段的根据本发明的转子3，该部段定位在轴4上，其中轴4通过轴承6和相应的轴承端盖8保持。

在此，中央的部段具有磁阻叠片组9并且相邻的部段具有各一个永磁叠片组10。转子3具有用于固定叠片组9，10的绑带11。

图2示出转子3的稍微更加详细的视图，其中在此永磁叠片组10在其轴向伸展方面在图1中更小地实施。永磁叠片组10和磁阻叠片组9的分别不同的轴向伸展与相应的应用情况和所计划的机电机器1的运行性能相关。

图3示出了永磁叠片组10的原理横截面图，永磁叠片组构成为四极的并且极分别由永磁铁12形成，永磁铁构成为碗形的。永磁叠片组10的叠片组13径向向内地连接。该叠片组13抗扭地固定在轴4上。

该实施方式中和其他实施方式中的永磁叠片组10的永磁铁12也能够不同地实施。在此方形的、仅在一侧上是弧形的和梯形的永磁铁12也是适合的。此外，能够实施具有表面磁铁或埋入式磁铁的永磁叠片组10。

图4示出了具有叠片15中的冲孔的磁阻叠片组9，冲孔形成了磁通闭锁并进而引起磁阻力矩。该横截面图还示出，磁阻叠片组9构成为四极的并且叠片组15定位在轴4上。当然，磁阻叠片组9也能够实施成六极、八极、十极或更多极的。

图5示出具有其次子叠片组17的永磁叠片组10，次子叠片组分别相对于彼此形成错位角α。错位角与定子2的槽数量相关。原则上适用关系式

α＝360°/N1/k，

其中，k是该永磁叠片组10的次子叠片组的数量并且N1是定子槽的数量。

该结构进一步降低了整个驱动装置的转矩波动。次子叠片组17的永磁铁12在圆周方向上观察通过极间隙16彼此分开。

图6示出磁阻叠片组9的透视图，磁阻叠片组在其轴向延伸上具有斜度β。该斜度β是可选的并且能够用于进一步降低转矩波动。同样适用关系式

β＝360°/N1，

其中N1是定子槽的数量。

此外，在该处应见到磁通闭锁14，磁通闭锁在这种情况下实施为空隙或冲孔并且进而没有配备其他的材料。因此，相应的叠片组的惯性并且进而转子3的惯性变得相对很小。完全能够设想，磁阻叠片组9的磁通闭锁也由相对应的无磁材料填充。

图7以彼此叠置的布置示出不同的转子子叠片组的取向，在视图上方示出四极的永磁叠片组10并且在视图下方示出四极的磁阻叠片组9。其中在极的取向之间的角度γ与机电机器1的期望的运行性能相关。该角度γ能够在对总驱动装置进行优化时来调节并且由此计算：

γ＝45°/p

其中p是极对数。因此，机电机器的转矩能够被最大化。

这以根据图1的结构来示出，即现在从左向右观察首先布置永磁叠片组10，此后以角度+γ(顺时针方向)错位地布置磁阻叠片组9并且随后又以该角度向回、即-γ(逆时针方向)将另一永磁叠片组10定位在轴4上。

这种布置尤其适合作为用于电动车辆的驱动装置，因为在功率密度高时能够以简单的方式和方法而设置很小的转矩波动。同样，该机电机器1也设置用于高转速范围中的应用，因为理想地且相对简单地能够在整个转子3上施加绑带，该绑带此时不仅将永磁叠片组10的永磁铁而且还有磁阻叠片组9的磁通闭锁或各向异性的软磁材料装配在一起。

Claims (13)

1.一种机电机器(1)的转子(3)，所述转子能够围绕轴线(5)转动，其中，所述转子(3)由至少三个轴向依次布置的直接彼此邻接的部段I至III组成，其中所述转子(3)通过至少两个不同的转子子叠片组类型(9，10)来形成。

2.根据权利要求1所述的转子(3)，其特征在于，所述转子子叠片组类型是磁阻叠片组(9)和永磁叠片组(10)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的转子(3)，其特征在于，在两个永磁叠片组之间布置磁阻叠片组(9)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转子(3)，其特征在于，所述永磁叠片组(10)具有外置的永磁体(12)。

5.根据权利要求4所述的转子(3)，其特征在于，所述永磁叠片组(10)具有另外的次子叠片组(17)，使得在相应的所述永磁叠片组(10)的轴向长度上产生具有能预设的角度的分级。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转子(3)，其特征在于，所述磁阻叠片组(9)在该磁阻叠片组的叠片组(15)的内部具有留空部，以便产生磁通闭锁。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的转子(3)，其特征在于，所述磁阻叠片组(9)具有各向异性的软磁材料。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转子(3)，其特征在于，所述磁阻叠片组(9)以圆心角β倾斜。

9.根据前述权利要求中任一项所述的转子(3)，其特征在于，所述转子子叠片组(9，10)的极数等于四。

10.根据前述权利要求中任一项所述的转子(3)，其特征在于，各个所述部段I至III的所述转子子叠片组(9，10)分别以角度γ彼此错开地设置。

11.根据前述权利要求中任一项所述的转子(3)，其特征在于，通过轴向直接邻接的所述永磁叠片组(10)实现所述磁阻叠片组(9)的轴向固定。

12.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的转子(3)的机电机器。

13.一种具有根据权利要求12所述的机电机器(1)的电动车或高速发电机。