CN108736606A - 包括定子和转子的电机以及用于电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括定子和转子的电机以及用于电机的转子。为了提供如下电机，对于该电机在同时满足性能时限制空转电压，并且对于该电机尤其是在定子线圈主动短路的情况下防止转子中的磁体发生消磁，提出一种包括定子(10)和转子(11)的电机(100)，其中，转子(11)布置在定子(10)中，其中，在转子(11)与定子(10)之间布置有空气间隙(15)，其中，转子(11)具有至少一个磁体(19)，其中，转子(11)具有至少一个磁场导引器件(25,32)，且其中，该至少一个磁场导引器件(25,32)构造成用于削弱磁场(31)的径向分量和/或增强磁场(31)的切向分量。

Description

包括定子和转子的电机以及用于电机的转子

技术领域

本发明涉及一种包括定子和转子的电机，其中，该转子布置在定子中，其中，在转子与定子之间布置有空气间隙，其中，该转子具有至少一个磁体。此外，本发明涉及一种用于电机的转子。

背景技术

混合式电动车辆以及电动机动车具有用于产生驱动力的电机。在混合式电动车辆中，电机设置成用于支持内燃机。在电动车辆的情况下，内燃机通过电机而被代替。

由DE 10 2011 111 626 A1已知一种转子，该转子用于带有多个永磁体的电机，所述永磁体环绕地在转子的外周缘的区域中布置在相对应地成形出的留空部中。在此，永磁体借助于至少一个端侧的模压部而形状和/或力配合地保持在相应的留空部中。

由DE 10 2012 013 879 A1已知一种内转子马达，该内转子马达带有多极的定子和相对于该定子能转动地支承的转子板件组，其中，该转子板件组具有多个单个板件，其中央的空隙具有径向内部的第一区段，一轴被压入到所述第一区段中。

在用于电动车辆和混合式电动车辆的电机的开发过程中试图在同时减少活动材料(包含板件组、铜和磁体)的情况下提升功率密度。然而，在现在已知的带有减少的活动材料的电机的情况下不能在同时满足性能的情况下将在定子的线圈中感应出的空转电压充分地进行限制。此外，在已知的电机的情况下，在主动短路的情况下能够发生布置在转子中的永磁体的消磁。

在电机无负载地在空转状态下运行时，没有电功率由功率电子部件或车辆电池供应给定子的定子线圈。在此，与转子一同旋转的永磁体在定子线圈中感应出高电压。该空转电压(也被称为冷-电动马达-力)出于运行安全性的原因必须被限制。

此外，在确定的运行状态下可能必要的是，在定子线圈处引来主动的短路。与转子一同旋转的永磁体然后在定子线圈的线圈匝圈中感应出非常强的电流，该电流又构建磁反向场。该磁反向场能够反作用于永磁体并且使该永磁体消磁。该运行状态也被称为短路情况。

发明内容

本发明基于如下任务，即提供一种电机，对于该电机在同时满足性能的情况下使空转电压受限制。此外，本发明基于如下任务，即防止尤其是在定子线圈主动短路的情况下转子中的磁体发生消磁。

该任务通过提供如下电机来解决，该电机包括定子和转子，其中，转子布置在定子中，其中，在转子与定子之间布置有空气间隙，其中，转子具有至少一个磁体，并且其中，根据本发明设置成，该转子具有至少一个磁场导引器件，其中，至少一个磁场导引器件构造成用于削弱磁场的径向分量和/或增强磁场的切向分量。

该磁场导引器件也能够被称为磁场影响器件。

布置在定子中的转子在定子内部旋转，其中，在转子的外部包边与定子的内部包边之间布置有空气间隙。

径向方向从转子的转动轴线处向外朝着定子看这样指向。切向方向相应于转子的周缘方向、或转子的外部包边和定子的内部包边的周缘方向。

在转子中布置有至少一个磁体。通过削弱磁场尤其磁体的磁场的径向分量来限制空转电压，因为由磁体所产生的并且穿过定子线圈的线圈匝圈的磁场减少。

磁场的径向分量的削弱和/或磁场的切向分量的增强防止在短路情况下磁体发生消磁。在短路情况下，转子的旋转的磁体的磁场进入到定子的线圈中。通过在线圈中感应出的电流所构建的磁场、或磁反向场经由空气间隙进入到转子的外部包边中。磁场导引器件有利地如此构造，使得进入到转子的外部包边中的磁场的径向分量被削弱和/或进入到转子的外部包边中的磁场的切向分量被增强。由于磁场尤其磁反向场的分量的这种削弱和/或增强，该磁场尤其在转子的外部包边的区域中侧向地沿转子的周缘方向或沿切向方向转向并且仅在小的深度上进入到转子中。磁场尤其磁反向场的线由此在小的紧接着转子的外部包边的区域上闭合。尤其，所感应的磁场在短路情况下不再或仅仍以小的程度穿通磁体，从而基本上能够防止磁体发生消磁。在短路情况下，磁场、或危害转子中的磁体尤其永磁体的磁性场也被称为定子场。

本发明的一重要优点是磁阻和永磁体励磁原理的理想组合，用于在同时关于最大允许空转电压方面以及关于在短路情况下消磁危险的减少方面必要地优化板件截面的情况下实现高转矩和高功率机器。

有利地能够设置成，所述磁体是永磁体，并且所述磁场是永磁体的永久磁场和/或所述磁场是定子的定子场。

在本发明的说明书的范围内，所述磁场或者能够涉及由转子中的磁体、尤其是永磁体所产生的磁场或者能够涉及由定子或定子线圈在定子绕组短路情况下所产生的定子场、尤其是磁反向场，其中，该定子场在短路情况下通过与转子一同旋转的永磁体感应出。

另外有利地能够设置成，所述磁场导引器件构造成，通过削弱磁场、尤其是永久磁场的径向分量来减少在定子中、尤其是在定子的定子线圈中感应出的空转电压，和/或，优选当定子的定子线圈发生电短路时，通过削弱磁场、尤其是定子场的径向分量和/或增强磁场的切向分量来减少通过磁场、尤其是通过定子场对磁体的穿通，从而基本上避免了磁体发生消磁。

通过削弱尤其是布置在转子中的磁体的磁场的径向分量限制了磁流或穿通定子线圈的磁场，从而减少或限制了在空转情况下在定子线圈中感应出的电压。通过同时或替代地增强磁场尤其定子场的切向分量，避免了在短路情况下通过定子线圈中转动的转子所感应出的磁场对磁体尤其永磁体的消磁反作用。

优选地设置成，磁场导引器件构造成，当定子的一个定子线圈或多个定子线圈发生电短路时，使通过在一个定子线圈中或在多个定子线圈中感应出的电流所产生的定子场导引远离磁体尤其永磁体，其中，该定子场基本上局限于布置在磁体与空气间隙之间的转子电枢上。

优选地，在下面转子电枢理解为转子的沿径向方向看布置在磁体尤其永磁体与转子的外部包边之间的区域。

在此，至少一个磁体优选沿转子的切向方向、也就是说沿其周缘方向取向布置。在此，该至少一个磁体在俯视图中能够具有基本上矩形的设计方案。在磁体与转子的和空气间隙邻接的外部包边之间布置有尤其是由金属如铁或钢构成的转子电枢。磁场尤其定子场的径向分量的减少及其切向分量的增强(该磁场尤其定子场在主动短路情况下通过定子中的与转子一同旋转的磁体来产生并且经由空气间隙进入到转子的外部包边中)促使：磁场尤其定子场导引远离布置在转子中的磁体，从而使得磁场尤其定子场基本上局限于布置在磁体与空气间隙之间的转子电枢上。由此，磁场尤其定子场的一大部分磁流或磁性场导引远离磁体，从而防止发生消磁。

进一步优选地能够设置成，该至少一个磁体切向地在转子中布置或取向。

进一步有利地能够设置成，该磁场导引器件是留空部、尤其是空气空腔，其中，该留空部沿径向方向布置在磁体与转子的转动轴线之间，和/或，其中，该留空部沿转子的周缘方向看在端部侧布置在磁体处。

磁场导引器件或留空部沿径向方向在磁体与转子的转动轴线之间的布置减弱了由磁体、尤其是由永磁体所产生的磁场的径向分量。因此，产生了在空转状态下穿通定子线圈的线圈匝圈的磁场的削弱，由此限制了定子的线圈中的空转电压或冷-电动马达-力。

替代地或附加地，构造为留空部的磁场导引器件沿转子的周缘方向看能够在端部侧布置在至少一个磁体处。尤其当磁体几乎矩形地构造并且切向地、也就是说沿转子的周缘方向取向时，该磁体沿周缘方向看具有两个端部侧。留空部、尤其是所述空气空腔此时沿周缘方向看布置在磁体、尤其是永磁体的端部侧处。

能够设置有多个磁场导引器件，其中，多个磁场导引器件优选地作为留空部、进一步优选地作为空气空腔布置在转子中。

特别优选地，所述磁场导引器件、尤其是留空部、进一步尤其空气空腔沿径向方向看不布置在磁体与转子的外部包边之间。

通过留空部在磁体处的在端部侧的布置实现了沿径向方向看较宽地构造的转子电枢。在主动短路情况下经由空气间隙进入到转子中的尤其定子场的磁场线由于磁场导引器件的作用而改变线路到扩宽地设计的转子电枢中并且在转子电枢上闭合，从而这些磁场线不穿透或仅以小的程度穿透磁体。由此减小了磁体消磁的危险。

另外有利地能够设置成，磁体布置在磁体接纳部中，其中，磁体接纳部具有外轮廓，其中，磁场导引器件、尤其是留空部、进一步尤其是空气空腔、和磁体由该外轮廓包围。

磁体、尤其是所述永磁体优选布置在磁体接纳部中或布置在磁体凹口中。磁体接纳部进一步尤其是转子中的留空部。磁体接纳部通过外轮廓来限制或构造。特别有利地，留空部、尤其是空气空腔同样由外轮廓包围。这意味着：在磁体置入到磁体接纳部中的情况下，磁体接纳部具有较大的面积或较大的体积，其中，一部分体积不是通过磁体来填充，而是替代地构造为磁场导引器件或构造为留空部。尤其能够设置成，没有转子的材料处于磁体与留空部之间，也就是说，留空部的体积与布置在磁体接纳部中的磁体或永磁体处于直接接触。然而也能够考虑如下设计方案，在该设计方案中，转子的材料尤其以桥接部的形式布置在留空部与磁体之间。

进一步有利地能够设置成，磁场导引器件、尤其留空部是尤其切向的缝口，其中，该缝口优选与磁体邻接地布置并且通过磁体接纳部的径向的扩宽部构造，和/或，磁场导引器件、尤其留空部在端部侧与磁体邻接地布置，其中，磁场导引器件、尤其是留空部触角形地和/或四分之一圆形地和/或角形地构造并且从磁体的一端部侧出发沿周缘方向远离磁体指向并且朝着转子与定子之间的空气间隙指向。

该留空部优选作为尤其切向的缝口直接与磁体邻接地布置。也就是说，磁体接纳部的外轮廓如此构造，使得磁体接纳部沿径向方向看朝着转子转动轴线的方向稍微扩宽并且尤其具有与置入在外轮廓中的磁体相比更大的宽度。由此，形成大约切向的缝口、或空气空腔，该缝口或空气空腔直接布置在磁体处并且由磁体接纳部的外轮廓包围。

优选地，该切向缝口具有沿周缘方向看8mm至13mm、优选9mm至12mm、进一步优选10mm至11mm的长度，尤其优选地，该切向缝口具有10.5mm的长度。

此外优选地，该切向缝口沿径向方向看具有0.2mm至1mm、进一步优选0.3mm至0.7mm、尤其优选0.4mm至0.6mm、完全特别优选0.5mm的宽度。

此外，该一个留空部或多个留空部能够在端部侧与磁体邻接地布置并且尤其沿径向方向看不布置在磁体与转子的包边之间。在此，留空部几乎触角形地和/或四分之一圆形地和/或角形地构造。这意味着：该一个留空部或多个留空部沿周缘方向看布置在磁体的一个端部侧或多个端部侧处，并且首先沿周缘方向以伸延远离磁体的方式构造。在留空部的进一步的伸延中，该留空部沿径向方向向外弯曲，从而该留空部通向转子的外部包边。由此，构造有该留空部的几乎触角形的、四分之一圆形的或还有角形的轮廓。在此，该留空部通过磁体接纳部的外轮廓的相应的构造来形成。

通过磁体的端部侧处的留空部的四分之一圆形的、角形的或触角形的构造可行的是，使转子电枢、也就是说转子的布置在磁体与转子的外部包边之间的份额(或部分，即Anteil)构造得较强或构造有较大的径向宽度，从而使得在定子的线圈匝圈中感应出的磁场尤其定子场的场线在主动短路的情况下经由空气间隙进入到转子的外部包边中并且能够借助于磁场导引器件导入到经扩宽的转子电枢中。由此，所述磁场线优选主要在转子电枢中闭合，而不会穿入到磁体、或永磁体中。

优选地能够设置成，在布置在转子中的尤其切向取向的磁体与转子的外部包边之间布置的转子电枢沿径向方向看具有转子半径的1%至10%、优选3%至7%、尤其优选4%至5%、完全特别优选4.0%至4.2%的宽度。

此外，优选地能够设置成，空转电压被限制于低于1kV、优选地限制于低于900V、尤其优选地限制于低于800V。

此外，能够有利地设置成，在短路情况下感应到定子的定子线圈的线圈匝圈中的至少800A、优选至少1000A、尤其优选至少2000A、完全特别优选至少3000A的电流基本上防止磁体尤其永磁体发生消磁。

有利地能够设置成，尤其是触角形的和/或四分之一圆形的和/或角形的磁场导引器件、尤其是留空部构造成，使定子场的场线转向并且在磁体的外部闭合。

优选地能够设置成，沿转子的周缘方向看，该磁体和优选触角形的和/或四分之一圆形的和/或角形的磁场导引器件、尤其留空部遮盖了由定子的一极所覆盖的角度尤其中点角度的20%至60%、优选30%至50%、尤其优选35%至45%。

该中点角度是从转子转动轴线看出来定子所覆盖的角度。

另外有利地能够设置成，在转子中布置有三个磁体，其中，第一磁体切向地取向，并且其中，第二磁体和第三磁体彼此呈V形状地取向。

本发明所基于的任务的另一解决方案在于提供一种用于前述电机的转子。

附图说明

下面根据附图更详细地阐释本发明。其中：

图1示出朝带有磁场导引器件的第一设计方案的电机的局部的一俯视图，以及

图2示出朝带有磁场导引器件的第二设计方案的电机的局部的另一俯视图。

附图标记列表

100 电机

10 定子

11 转子

12 极组件

13 外部包边

14 内部包边

15 空气间隙

16 定子线圈

17 线圈匝圈

18 转子板件

19 第一磁体

20 第二磁体

21 第三磁体

22 转动轴线

23 第一端部侧

24 第二端部侧

25 磁场导引器件

26 空气空腔

27 外轮廓

28 磁体接纳部

29 转子电枢

30 磁场线

31 磁场

32 磁场导引器件

33 空气空腔

34 切向缝口

35 角度

36 中点角度

37 长度

38 宽度

39 桥接部

40 宽度

41 长度。

具体实施方式

图1示出朝带有定子10和转子11的电机100的局部的俯视图。所示出的是电机100的单个的极组件12。完整的电机100具有十个极组件12。转子11布置在定子10中，其中，空气间隙15处于转子11的外部包边13与定子10的内部包边14之间。在定子10中布置有定子线圈16，该定子线圈带有多个线圈匝圈17。在转子板件18中布置有三个磁体19,20,21，其中，第一磁体19沿切向方向、也就是说几乎平行于转子11的外部包边14布置。第二磁体20和第三磁体21几乎沿径向方向布置，其中，第二磁体20和第三磁体21彼此呈V形状地取向。

转子11能转动地围绕垂直于图像平面伸延的转动轴线22支承。磁场导引器件25布置在第一磁体19的第一端部侧23和第二端部侧24处，该磁场导引器件构造为几乎四分之一圆形地或触角形地或角形地构造的空气空腔26。空气空腔26从第一端部侧23和第二端部侧24首先切向地沿转子11的周缘方向延伸，并且然后沿空气间隙15的方向朝着转子11的外部包边13弯曲。空气空腔26由磁体接纳部28的外轮廓27包围，其中，第一磁体19也布置和保持在磁体接纳部28中。通过四分之一圆形地、触角形地或角形地向外伸延的空气空腔26，转子电枢29沿径向方向看扩宽地构造。

在图1中示出如下运行状态，该运行状态相应于定子线圈16的主动短路。也就是说，在所示出的短路情况下，没有由外部电池提供的电流流动通过定子线圈16的线圈匝圈17。此外，在图1中示出磁场线30，这些磁场线呈现在短路情况下由旋转的磁体19,20,21感应出的磁场31。在此，与转子11在短路情况下一同旋转的磁体19,20,21在定子线圈16的线圈匝圈17中感应出感应电流。该感应电流产生感应的磁场31，该磁场的磁场线30经由空气间隙15以及经由转子11的外部包边13进入到转子11的转子板件18中。在此，构造为空气空腔26的磁场器件25使磁场31的切向的、也就是说沿着转子11的外部包边13指向的分量增强，并且如有可能使磁场31的径向分量削弱。转子电枢29中的、也就是说第一磁体19与转子11的外部包边13之间的磁场31与沿径向方向看较宽构造的转子电枢29一起转向，从而使得磁场线30在转子电枢29的区域中闭合。由此促使，仅少量的磁场线30进入到第一磁体19中，所述磁场线否则可能会将第一磁体19消磁。如所示出的，磁场线31在第一磁体19内部仅具有小的密度。

沿径向方向看，在第一磁体19与转子11的转动轴线22之间布置有另外的磁场器件32，该另外的磁场器件同样构造为空气空腔33。在此，空气空腔33由磁体接纳部28的外轮廓27围成并且直接与第一磁体19邻接。尤其，空气空腔33构造为切向缝口34，也就是说构造为沿转子11的外部包边13的方向伸延的缝口。在未示出的空转状态下，切向缝口34的作用在于：从第一磁体19中出来的且径向于转子11的转动轴线22伸延的磁场线31在切向缝口34的区域中被减弱。在电机100未负载且同时转子11继续转动的情况下，这种减弱减少了定子10中的或定子线圈16中的磁流。由此，定子线圈16的线圈匝圈17中的空转电压或电磁力受限制。

沿周缘方向、也就是说沿着转子11的外部包边13看，磁场导引器件25或构造为四分之一圆形的、触角形的或角形的留空部与第一磁体19一起在如下角度35上延伸，该角度大约相应于定子10的所示出极组件12的中点角度36的41%。

构造为切向缝口34的空气空腔33具有沿周缘方向大约10.5mm的长度37以及沿径向方向看0.5mm的宽度38。

在图2中示出本发明的另一设计方案。图2中所示出的电机100同样包括转子11和定子10。然而，与图1中所示出的电机100相对，触角形地、四分之一圆形地或角形地构造的空气空腔26或构造为切向缝口34的空气空腔33不直接布置在第一磁体19处，也就是说，不由磁体接纳部28的外轮廓27包围。在切向缝口34或空气空腔26之间布置有桥接部39，该桥接部将空气空腔26和33与磁体接纳部28或布置在磁体接纳部28中的第一磁体19隔开。在图2中所示出的电机100的情况下，空气空腔26同样触角形地、四分之一圆形地或角形地构造并且在端部侧布置在第一磁体19的第一端部侧23和第二端部侧24处，从而该空气空腔首先朝着外部包边13的方向伸延远离第一磁体19并且然后定子10的方向朝着外部包边13弯曲。切向缝口34同样沿径向方向看布置在转子11的转动轴线22与第一磁体19之间。

在磁场导引器件25,32的图2中所示出的设计方案方面有利的是，由于桥接部39而在带有较高转速的电机中提供转子11的改善的离心力强度。

在图1和2这两个图中，切向地布置的第一磁体19在关于空转电压维持和主动短路特性方面优化的磁体接纳部28中具有4mm至4.25mm的宽度40和12.4mm的长度41。

Claims (10)

1.电机(100)，包括定子(10)和转子(11)，其中，所述转子(11)布置在所述定子(10)中，其中，在转子(11)与定子(10)之间布置有空气间隙(15)，其中，所述转子(11)具有至少一个磁体(19)，其特征在于，所述转子(11)具有至少一个磁场导引器件(25,32)，其中，所述至少一个磁场导引器件(25,32)构造成用于削弱磁场(31)的径向分量和/或增强磁场(31)的切向分量。

2.根据权利要求1所述的电机(100)，其特征在于，所述磁体(19)是永磁体，并且所述磁场(31)是所述永磁体的永久磁场和/或所述磁场(31)是所述定子(10)的定子场。

3.根据权利要求1或2所述的电机(100)，其特征在于，所述磁场导引器件(25,32)构造成，通过所述削弱所述磁场(31)、尤其是所述永久磁场的径向分量来减少在所述定子(10)中、尤其是在所述定子(10)的定子线圈(16)中感应出的空转电压，和/或，优选当所述定子(10)的定子线圈(16)发生电短路时，通过削弱所述磁场(31)、尤其是所述定子场的径向分量和/或增强所述磁场(31)的切向分量来减少通过所述磁场(31)、尤其是通过所述定子场对所述磁体(19)的穿通，从而基本上避免了所述磁体(19)发生消磁。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电机(100)，其特征在于，所述磁场导引器件(25,32)构造成，当所述定子(10)的一个定子线圈(16)或多个定子线圈(16)发生电短路时，使通过在所述一个定子线圈(16)中或在所述多个定子线圈(16)中感应出的电流所产生的定子场导引远离所述磁体(19)、尤其是所述永磁体(19)，其中，所述定子场基本上局限于布置在所述磁体(19)与所述空气间隙(15)之间的转子电枢(29)上。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电机(100)，其特征在于，所述至少一个磁体(19)切向地在所述转子(11)中布置或取向。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电机(100)，其特征在于，所述磁场导引器件(25,32)是留空部、尤其是空气空腔(26、33)，其中，所述留空部沿径向方向布置在所述磁体(19)与所述转子(11)的转动轴线(22)之间，和/或，其中，所述留空部沿所述转子(11)的周缘方向看布置在所述磁体(19)处端部侧。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电机(100)，其特征在于，所述磁体(19)布置在磁体接纳部(28)中，其中，所述磁体接纳部(28)具有外轮廓(27)，其中，所述磁场导引器件(25,32)、尤其所述留空部、进一步尤其所述空气空腔(26、33)、和所述磁体(19)由所述外轮廓(27)包围。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电机(100)，其特征在于，所述磁场导引器件(25,32)、尤其所述留空部是尤其切向的缝口(34)，其中，所述缝口(34)优选与所述磁体(19)邻接地布置并且通过所述磁体接纳部(28)的径向的扩宽部构造，和/或磁场导引器件(25,32)尤其所述留空部与所述磁体(19)邻接地布置在端部侧，其中，所述磁场导引器件(25,32)尤其所述留空部触角形地和/或四分之一圆形地和/或角形地构造并且从所述磁体(19)的一端部侧(23、24)出发沿周缘方向远离所述磁体(19)指向并且朝着转子(11)与定子(10)之间的空气间隙指向。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电机(100)，其特征在于，尤其触角形的和/或四分之一圆形的和/或角形的磁场导引器件(25,32)、尤其所述留空部构造成，使定子场的场线转向并且在所述磁体(19)的外部闭合。

10.转子(11)，用于根据前述权利要求1至9中任一项所述的电机(100)。