CN106357024B - 转子和电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电机的转子，所述转子包括主转子(2)，所述主转子能够绕纵轴(3)转动并且不具有永磁体，所述转子还具有辅助转子(5)，其包括至少一个轴向磁通转子(6)，所述轴向磁通转子也能够绕纵轴(3)转动并且在轴向上被布置为与主转子(2)相邻，其中所述轴向磁通转子(6)包括永磁体(8)。此外，本发明还提供一种具有转子(2、5)和定子(1)的电机。

Description

转子和电机

技术领域

本发明涉及一种用于电机的转子以及具有所述转子的电机。

背景技术

电机通常包括定子和以能够相对于所述定子移动的方式安装的转子。在电机转动的情况下，转子能够绕纵轴转动。

电机能够是工作的电动机或者发电机。

通常，两种类型的绕组能够用于径向磁通电机中的定子绕组，即齿集中式绕组和分布式绕组。齿集中式绕组的显著之处在于高效率、更短的绕组头、更低的生产成本和更高的槽填充率，而分布式绕组的优势在于更大的正弦磁动势以及由此例如在振动和运转噪声方面的更佳电机性能。

现今依旧广泛使用分布式绕组作为电动车辆中的驱动机。然而，由于分布式绕组和对大绕组头的关联需要，机器长度的三分之二通常都被提供用于绕组头，因此机器的整个轴向长度的仅三分之一保留为有效长度，即指的是用于产生转矩和功率的可用区域。

这不可避免地意味着，此种类型的机器不得不被评估为低效率机器，至少在对可用的安装空间的利用方面是低效率的。因此，这种机器的转子通常是具有永磁体的径向磁通转子。

发明内容

本发明所解决的问题在于提供一种例如适合于在电动车辆中使用的、用于电机的转子，由此更加有效地对可用的安装空间加以利用。

通过具有权利要求1的特征的、用于电机的转子来解决所述问题。实施例和有利的发展方案记载于从属权利要求中。

在一个实施例中提供了用于电机的转子。该转子包括能够绕纵轴转动的主转子和包括轴向磁通转子的辅助转子，所述轴向磁通转子也能够绕纵轴转动并且在轴向上被布置为与主转子相邻。主转子不具有永磁体。辅助转子包括至少一个永磁体。

根据所提出的原理，通过辅助转子对电机的转子(本文中将其指定为主转子)进行补充，所述辅助转子包括至少一个轴向磁通转子。辅助转子在轴向上被布置为直接地或者间接地与主转子相邻。

因此，转子区域中电机绕组头下方的先前未使用的区域被利用，使得转子的磁通密度明显增大。

主转子能够常规地被设计为例如径向磁通转子。

在优选的实施例中，辅助转子在每种情况下都包括一个轴向磁通转子，其轴向地布置在主转子的两侧，能够绕与主转子相同的轴转动并且在每种情况下都紧固在主转子上。

稍后更详细地解释例如具有永磁体或采用其它设计的辅助转子的和主转子的可能的配置。

辅助转子使得主转子的磁通密度被增大。稍后基于详细的示例性实施例以示例的方式解释实现增大的方式。

辅助转子的至少一个轴向磁通转子能够例如包括环形转子芯。在此，永磁体轴向地紧固在环形转子芯上并且沿轴向磁通转子的圆周分布。永磁体优选如此定向，使得在圆周方向上交替出现北极和南极。

在一个实施例中，其上紧固有永磁体的环形转子芯是铁芯。所述铁芯用作转子轭。

永磁体能够例如含有稀土或者铁氧体磁体。稀土实现了非常高的功率密度，而铁氧体磁体提供了更低成本的优势。通过在辅助转子中结合含有稀土的永磁体和含有铁氧体磁体的永磁体，允许以能够非常灵活地调节的方式设计机器，以满足在功率密度和成本方面的期望要求。

代替常规的、例如以平面方式构造的永磁体，这些永磁体能够被设计为V形。

所提出的、用于电机的转子的原理能够有利地用于电动车辆中的驱动机。例如，发电机的工作对于制动能量恢复而言当然无论如何都没有问题。

机器的另一个示例性期望用途是机动车辆交流发电机。其通常包括具有励磁绕组的爪极转子。在此同样地，至少一个辅助转子用于增大主转子的磁通密度。如果辅助转子的轴向磁通转子包括其上轴向地紧固有永磁体的环形转子芯，那么将侧面齿部布置在永磁体之间是有利的。这样的齿部被称为主转子齿部，并且在每种情况下都在几何上朝向后者。

在从属权利要求中提供了所提出的原理的进一步的细节和配置。

附图说明

图1示出了根据所提出的原理的电机的局部横截面的示例性实施例，

图2示出了根据所提出的原理的、包括两个轴向磁通转子的辅助转子的示例性透视图，

图3示出了轴向磁通转子的永磁体的磁化的示例性实施例的示例，

图4示出了轴向磁通转子的部件的磁通路径的示例，

图5示出了具有永磁体的、根据所提出的原理的转子的示例性实施例的透视图，

图6和图7示出了在根据所提出的原理的转子的生产过程中的两个连续步骤的示例，

图8示出了根据所提出的原理的转子的示例性实施例，

图9A示出了根据所提出的原理的电机的示例性实施例的多个透视图，其中图9A示出了定子和根据图7的转子，

图9B示出了定子和组装好的根据图8的转子，和

图9C还示出了具有定子绕组的定子；

图10A至10C示出了具有V形磁体的主转子的可行实施例，

图11A和11B分别示出了辅助转子的部件的示例性实施例，

图12A和12B示出了具有V形磁体的转子在组装前和组装后的实施例，

图13A和13B示出了具有定子和转子的电机的实施例，

图14A和14B示出了在组装辅助转子之前和之后，根据所提出的原理的示例性电机，

图15A和15B示出了在组装辅助转子之前和之后，具有集中式绕组的根据所提出的原理的电机的实施例，

图16示出了用于爪极电机的辅助转子的示例性实施例，

图17示出了组装前的爪极电机的主转子和辅助转子的示例，

图18示出了组装后的图17的实施例，

图19示出了处于未绕状态的图18的转子，

图20以示例的方式解释了磁通路径，

图21以另一示例的方式解释了磁通路径，

图22示出了根据所提出的原理的爪极电机的实施例的示例性部段，和

图23和24以图表的方式解释了磁通链，其中在图23的转子中具有铁氧体磁体并且在图24的转子中具有钕磁体。

具体实施方式

图1借助于穿过机器轴线的一段横截面的方式示出了根据所提出的原理的电机的示例性实施例。电机包括定子1和主转子2。主转子2以能够相对于定子1绕轴3转动的方式安装。绕组头4在每种情况下都从定子1轴向地突出，例如，倘使是分布式绕组的话其能够达到显著的轴向尺寸。辅助转子5布置在所述绕组头4之下，所述辅助转子5在轴向上布置在主转子的两侧并且具有至少一个轴向磁通转子。

辅助转子的轴向磁通转子以不可转动的方式连接到主转子，并且也绕轴3转动。

换言之，主转子2基本上具有与机器的定子1相同的轴向延伸。在径向投影中，主转子2布置在定子1之下。辅助转子5具有与定子1的绕组的绕组头4的延伸基本上相对应的轴向延伸。因此，在径向投影中，辅助转子5布置绕组头4之下。

辅助转子5用于增大主转子2的磁通量。

当主转子2优选设计为如在常规机器中的径向磁通转子时，辅助转子5包括至少一个轴向磁通转子。

主转子和辅助转子牢固地彼此连接，由此持续以相同的转矩运转并且相对于彼此具有相同的角度。

所提出的原理使用在电机的绕组头4之下的通常未利用的安装空间，由此产生特别紧凑的结构。另外的优点在于，与常规机器相比磁通量明显增大。

针对所提出的另外措施，即针对辅助转子的生产耗费是非常低的。这意味着能够经济有效地运用用于电机的转子的所提出的原理。

图2示出了辅助转子5的示例性实施例。

辅助转子5包括两个轴向磁通转子6，其每个又包括在其上轴向地紧固有永磁体8的环形转子芯7。该环形转子芯7在每种情况下都被设计为铁芯。

在本示例中，所提出的环形转子芯7具有基本上矩形的横截面。在圆周方向上交替地配置为北极和南极的永磁体8被紧固在轴向磁通转子5的转子芯7的、面向主转子2的每一侧。所述永磁体8具有几何尺寸延伸，其在每种情况下在径向和圆周方向上都比在轴向方向上明显更大。永磁体8具有平面设计。

在替代实施例中可能有永磁体的其它的几何形状。

通过基本上沿径向直线延伸的空气隙将每个轴向磁通转子的永磁体8彼此间隔开。转子芯7与永磁体8在外径和内径两者上齐平地终止，从而导致永磁体8在轴向投影中几乎为梯形的几何形状。

根据图2的实施例阐明了与实现根据所提出的原理的辅助转子5相关联的最小限度的耗费。

图3和图4以示例性实施例的方式解释了辅助转子的磁通路径和其磁体的磁化方向。

具体地说，图3示出了根据图2的实施例的转子芯7，在其上，如在图2中已描述的，永磁体8在轴向上沿圆周在南极和北极之间交替变化。根据其取向，永磁体8相应地被交替指定为北极N和南极S。对于一对永磁体8，以箭头示出由永磁体产生的磁通路径。

图4通过示例的方式示出了转子中的磁通路径。磁通从永磁体8轴向地延伸到主转子中，然后通过空气隙径向地延伸到定子(在此未示出)。如在常规机器中的一样，定子中的磁通从一个极延伸到相邻的极。在辅助转子中，磁通通过铁轭7从一个磁极到相邻的磁极闭合。

图5示出了根据所提出的原理的、用于电机的转子的示例性实施例，其包括主转子2和辅助转子5，所述辅助转子包括彼此相对的两个轴向磁通转子。主转子和辅助转子的相关连的磁化以箭头示出。换言之，继而三维地产生对转子磁极的激励。始终利用主转子2的永磁体产生转矩。辅助转子5被提供以增大磁通密度，进而增大转矩。

铁氧体磁体或者含有稀土的磁体能够用作永磁体。

含有稀土的磁体能够用于主转子和辅助转子，从而产生超大功率密度，但是成本也更高。

在另一个实施例中，主转子2包括稀土磁体，而铁氧体磁体用于辅助转子的永磁体。反过来的情况当然也是可行的，从而以平均成本产生大功率密度。

例如，NdFeB钕铁硼或者SmCo钐钴能够被用作用于磁体的稀土。

替代地，铁氧体磁体能够用在主转子和辅助转子中，从而产生平均的到高的功率密度和低成本。

在与图1至5所示的示例性实施例不同的情况中，还能够使用不同的转子设计，其中辅助转子5仅包括一个轴向磁通转子，其布置在主转子2的一侧上。

图6至图8基于示例性实施例示出了根据所提出的原理的、用于电机的转子的生产中的各个步骤。

图6示出了主转子2，其在此被设计为径向磁通转子。出于此目的，永磁体9被设计为基本上为二维的磁体，其主要在径向和轴向延伸，而在圆周方向仅有很小的厚度。永磁体9沿圆周分布。转子的铁芯布置在永磁体9之间。轴向磁通转子的永磁体8附接到主转子2的两侧(即在轴向上)的端面上，并且尤其直接地附接到主转子的侧面磁极表面上。用作转子磁轭的、基本为环形的铁芯7附接到轴向磁通转子的这些磁体9中的每个的后侧。这示出于图7中。

图8示出了组装好的转子，其包括具有产生径向磁通的永磁体9的主转子和具有两个轴向磁通转子的辅助转子，在所述轴向磁通转子的每一个之间都布置有环形铁芯7和永磁体8。

图9A至9C示出了具有定子1和根据所提出的原理的转子的电机的示例性实施例，所述转子包括主转子2和辅助转子5，所述辅助转子包括彼此相对的两个轴向磁通转子5。

从根据图7的转子(本文中没有描述)出发，图9A还示出了具有槽的定子1，所述槽之后能够容纳绕组。显而易见的是，定子1的轴向延伸与主转子2的轴向延伸相对应。如图9B中的组装形式所示，辅助转子5的轴向磁通转子布置在主转子2的两个端面上。

从具有定子1和根据所提出的原理的、包括主转子和辅助转子的示例性转子的电机出发，图9C还示出了具有***式定子绕组的定子1。显而易见的是，该定子绕组具有在定子1的两个端面上的绕组头4，每个绕组头的轴向延伸都大致对应于在主转子2的两侧上的辅助转子5的轴向延伸。

原则上，图9C中的图示对应于图1中所示的示意性横截面，其中轴3未绘制于图9A至9C中。

在下文中基于另外的示例描述根据所提出的原理的替代转子的拓扑结构。

图10A至10C中的实施例示出了具有以埋入的方式布置为V形的磁体的主转子的实施例。

与图6至图8中的实施例中的图示不同，例如，图10A示出了既非径向也非轴向定向的永磁体，其仅具有在圆周方向上的小的延伸，而是在主转子21的横截面中以V形布置的永磁体。

图10B示出了图10A的、具有V形配置的磁体的主转子21的透视图。

图10C也示出了图10A的主转子21。其中以阴影线表示V形磁体外部的径向表面。后者构成了主转子和轴向地附接在端面上的辅助转子的轴向磁通转子的磁体8之间的接触面。

辅助转子的所述磁体绘制于图11A中，且精确地调整至与图10C的阴影状的接触面齐平。在图11A中它们以附图标记81表示。

图11B示出了附接到环形轭71的辅助转子81的所述永磁体81。

图12A示出了已描述的具有被埋入的V形磁体的主转子21和合适的辅助转子的先前也已描述的轴向磁通转子，所述辅助转子包括相应调整的永磁体81和在机器两侧上的转子轭71。

图12B示出了图12A的实施例，但是是在根据所提出的原理的转子的示例性实施例的组装状态下示出的。

类似于图9A至9C，图13A、13B、14A和14B示出了一种电机，所述电机包括已解释的定子1和***其中的具有线圈头部4的线圈，然而在此，仅针对具有被埋入主转子21中的V形磁体的转子和根据图11A至12B的调节到其的辅助转子。为了避免重复，在此不再对结构进行描述。图14B示出了完全组装状态下的电机。

尽管示出的所有实施例的前述定子绕组各自具有分布式绕组，但是根据图15A和15B的如下图示的实施例示出了具有用于集中式绕组的定子的电机的实施例。

具有用于容纳集中式绕组的槽的定子在图15A中配有附图标记11。齿集中式绕组13的线圈绕齿部12布置，所述齿部各自在定子11的相邻的槽之间形成。因此，这样的齿集中式绕组包括缠绕在定子11的每个齿部周围的多个单独的线圈。所述定子11与主转子21相互作用，该主转子在本示例中具有被埋入的V形磁体，并且以上对其已经进行了描述。定子11与主转子21具有相同的轴向延伸。

从图15A中的实施例出发，图15B示出了具有另外的组装好的辅助转子的主转子，其包括对应于图11A至图14B的实施例的两个轴向磁通转子，因此在此不再重新说明。根据图15A和15B的电机包括在定子中的十二个槽和在转子中的八个极。

例如在图15B中所示的集中式绕组中的绕组头比例如在图14B中所示的分布式绕组中的绕组头短。尤其是在轴向非常紧凑的机器中，绕组头的轴向延伸仍是不能忽视的，因此，在增大的磁通量的情况下，所提出的更好地对空间加以利用的原理在此具有积极作用。

从根据图1的所提出的原理的原理图出发，随后的图16示出了对所提出的原理、在爪极转子中的另一个有利应用，即例如用在常规的机动车辆交流发电机中。之所以被命名爪极转子，是由于来自两个转子半部的爪交替互锁并且因此在南北极交替磁化。

此时，图16示出了辅助转子51，如在前述示例性实施例中也已基本上提供的，其包括两个轴向磁通转子，所述两个轴向磁通转子每个都具有环形铁芯72和布置在端面上并且彼此相对的的永磁体8。然而，例如在根据图3的实施例中，在圆周方向上的永磁体8之间的距离更大，以便允许侧面齿部73隔在永磁体之间。

图17示出了这样的齿部73是如何分别地调整到爪极电机的主转子22的。如图17中示例性示出的所述主转子22是常规的爪极转子。主转子22具有在圆周方向上缠绕的单个励磁线圈82(如在图20至22中示例性示出的)。在图17的实施例的组装之后，如图18所示，环形铁芯72的齿部73被直接组装在爪极转子的侧面表面上，并且在那里调整至与沿主转子22的外圆周的转子齿部齐平。

为了更好地理解，在图19中重新绘制了在未缠绕状态下，主转子22的齿部被分配到辅助转子的侧面布置的齿部73或者永磁体8。箭头示出了永磁体8的磁化方向。

图20示出了具有定子1和根据图16至图19的示例性实施例的爪极转子的电机的示例性实施例的透视图的一部分。转子和定子之间的永磁体的磁通路径被绘制为虚线，其中箭头表示磁通方向。显而易见的是，磁体的磁通密度的主要分量仅轴向地并且在圆周方向流过转子区域。轴向转子部件的磁通路径长度比常规的爪极转子的磁通路径长度短超过50％。因此，由这样的部件所产生的空气隙中的磁通密度比常规的爪极转子的磁通密度更加有效。换言之，将辅助转子添加在爪极电机中显著地增大了空气隙中的磁通密度。

图21示出了基于爪极电机根据所提出的原理的转子中的永磁体的磁通路径，其中为了能够更好地观察，在图20中省略了定子1。

图22示出了用于汽车的、根据所提出的原理的爪极电机的示例。图22的实施例中的机器具有50毫米的有效长度、16个极、在定子中的48个槽、三个电相位和设计为用于5A的直流电流的励磁绕组。仅示出了大约1/8的几何结构的部分。定子绕组未示出。

在随后的图23和图24中，分别针对图23中的硬铁氧体磁体和图24中的钕磁体，一方面对于如爪极电机的、根据所提出的原理的机器、另一方面对于常规的爪极电机，基于转子磁场绘制了随时间变化的磁通链。

显而易见的是，具有铁氧体磁体的、根据所提出的原理的爪极转子中的磁通量增大了约60％。而在使用钕磁体时，所述增幅为150％

因此，在避免铜耗时，能够获得明显的优势。

附图标记列表：

1 定子

2 主转子

3 轴

4 绕组头

5 辅助转子

6 轴向磁通转子

7 转子芯

8 永磁体

9 永磁体

11 定子

12 定子齿部

13 线圈

21 主转子

22 爪极主转子

51 辅助转子

71 转子芯

72 转子芯

73 辅助转子的转子齿部

81 永磁体

82 励磁绕组

Claims (7)

1.一种电机，包括：

定子；和

转子，包括：

主转子，其能够绕纵轴转动并且不具有永磁体，所述主转子配置为爪极转子，所述爪极转子的两个转子半部的爪交替互锁并且因此在南北极交替磁化；和

辅助转子，其包括两个轴向磁通转子，其中所述轴向磁通转子均能够绕纵轴转动，在轴向上布置为与主转子相邻，并且具有环形铁芯和布置在环形铁芯的端面上的永磁体，环形铁芯的齿部被直接组装在爪极转子的侧面表面上，与布置在环形铁芯的端面上的永磁体交替间隔开，并且在那里调整至与沿主转子的外圆周的转子齿部齐平，所述两个轴向磁通转子中的永磁体的磁化方向是相同的，并且

其中所述主转子包括在圆周方向上缠绕的单个励磁线圈，并且具有与电机的定子大致相同的轴向延伸。

2.如权利要求1所述的电机，其中对于所述轴向磁通转子中的每个，所述永磁体轴向地紧固在环形铁芯上并且沿环形铁芯的圆周分布。

3.如权利要求2所述的电机，其中所述永磁体含有稀土。

4.如权利要求2所述的电机，其中所述永磁体包括铁氧体磁体。

5.如权利要求1或2所述的电机，其中所述轴向磁通转子彼此相对地布置。

6.如权利要求1所述的电机，其中所述辅助转子的永磁体均侧面地紧固在主转子上。

7.如权利要求1所述的电机，其中存在所述定子的绕组的绕组头，并且其中所述辅助转子的轴向延伸对应于所述绕组头的轴向延伸。

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