电机的制作方法与工艺

本发明涉及一种电机，其包括：定子，所述定子具有定子本体，所述定子本体具有绕该定子本体卷绕的定子绕组，所述定子绕组被配置成电力地形成围绕所述定子本体的内周设置的多个定子极；连接装置，该连接装置被配置为将所述定子绕组连接至交流(AC)电源或接收器；转子，该转子可旋转地设置在所述定子内并具有转子本体，所述转子本体包括相对于转子的旋转轴线轴向堆叠的相互电绝缘的环形板构成的层压组件，所述转子本体具有被容纳在该转子本体中的多个永磁体；以及密封转子和一空间的密封装置，所述空间在周向上围绕转子并将转子与定子分开，以用于防止来自电机周围的空气流到达转子和所述空间。这样的电机可以作为马达和/或发电机运行，但是本发明公开的内容将主要集中在其作为马达的运行。

背景技术：
通过利用多个永磁体来产生转子的磁通量而实现了一种称为永磁同步马达的同步马达。这种马达与感应马达相比具有更低的转子损耗，并因此具有更高的效率。与感应马达相比，在不牺牲性能的情况下，其还可以被构造成具有更高的极数，所以其可以具有更高的转矩能力。本发明特别适用于引言中限定的类型的马达形式的电机，以用于产生有轨车辆特别是铁轨车辆的牵引力，下面将主要讨论这种电机的这一应用，但并不是为了将本发明限制于此。在制动车辆时当然也可作为发电机运行的这种马达对于这种车辆来说是特别有利的，对于这种车辆而言，确定的马达的尺寸下的高转矩能力是重要的特征。冷却这种电机的冷却效率决定了当这种电机作为马达运行时的最大操作功率，以及在作为发电机运行的情况下可以由此被传输的最大功率，其中通常最关键的是永磁体的冷却。如果将永磁体的温度提升至超过一定水平，通常在200℃的范围内，则所述磁体将至少部分地被不可逆转地消磁，因此必须确保决不能达到这样的温度水平。此外，同样将在其正常操作下的电机的效率随着永磁体的温度的增加而略有下降，从而使得高效冷却成为重要特征。对于除永磁电机以外的其他类型的电机，冷却气流可穿过整个电机，即，到达定子、转子以及将所述转子和所述定子分开的空间。然而，由于灰尘，特别是由于永磁体的存在而到达所述转子并粘在其上的金属粉尘，可发生积垢和沾污，这是在前言中限定的类型的电机中存在所述密封装置的原因。特别是在这种电机被用于在有轨车辆中产生牵引力的情况下，这种马达位于严酷的环境中，在该环境中产生了诸如来自制动盘的金属粉尘的许多灰尘，这些灰尘可通过冷却空气到达所述转子并影响电机的正常运作。这种类型的已知电机通常具有用于通过借助冷却水循环来冷却定子本体而进行强制冷却的主冷却系统，然后通过将热量从转子传递出来至定子本体/外壳而通过冷却水循环来冷却所述转子。然而，这种强制冷却可能会失效，然后电机的电力将会被切断，但是当位于有轨车辆中时，该车辆将继续运行。这意味着电机仍将产生空载损耗，但该强制冷却不再运行，因此关键的是冷却所述转子以保护磁体免受高温。在这种类型的已知电机中，可以将叶轮连接至转子轴，以便即使在所述主冷却系统失效的情况下也产生冷却所述定子的冷却空气流。然而，这只会导致对转子的不良冷却及由此导致对转子的永磁体的不良冷却。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种在至少某些方面相对于这种已知电机得到改进的前言中限定的类型的电机。根据本发明的这一目的是通过提供如下这种电机而得到的，在这种电机中，转子本体板堆叠以形成：至少两个第一通道，所述第一通道在所述转子本体内部从所述转子本体的一个轴向端延伸到其相反的轴向端并且在这些轴向端的至少一个轴向端处在转子本体的端面中具有通向所述转子本体外部的开口；以及至少一个独立的第二通道，所述第二通道与每个第一通道相联，并通过在所述转子本体的周围开口而将相应的第一通道连接至在周向上围绕转子的所述空间，以便一旦所述转子旋转时将空气从所述第二通道甩出至所述空间，同时在冷却转子本体时形成从第一通道的所述开口流过转子本体并且流到第二通道的所述开口而进入所述空间中的空气流。由此在所述主冷却系统失效的情况下也将确保冷却空气流通过转子本体导致转子本体的高效冷却并且因而导致被容纳在其中的永磁体的高效冷却，这是因为只要转子正在转动并且马达产生损耗，空气就将继续流动。因此，将有效地保护所述永磁体避免出现主冷却系统的这种失效。此外，所述转子本体的高效冷却意味着当电机作为马达运行时电机可在何种功率下操作以及在可能增加发电机功能的情况下由此能传输的功率。此外，为使该功率达到一定水平，可以将所述永磁体的温度水平保持在低于通过冷却定子而仅被间接冷却的转子本体的温度水平，这导致所述电机具有更高的效率。根据本发明的一个实施方式，所述第二通道相对于转子的所述旋转轴线大致沿径向地从相应的第一通道延伸到转子本体周围的开口。所述第二通道的这种延伸使得高效地产生了通过这些通道的空气流，并且由此该空气流还通过在转子转动时作用在存在于第二通道中的空气上的惯性作用力而流入与所述第二通道连接的所述第一通道中。根据本发明的另一实施方式，转子对于每个第一通道都包括多个第二通道，所述第二通道具有连接到第一通道上并沿着第一通道的延伸部分布的连接件。这样可以避免在转子的任何部分形成热区。根据本发明的另一实施方式，所述第二通道的所述连接件在相应的第一通道的延伸部上大致均匀地分布，这样只要转子转动就促进了整个转子的高效冷却。根据本发明的另一实施方式，所述第一通道相对于转子的所述旋转轴线大体上沿轴向延伸通过转子本体。第一通道的这种延伸的一个优点在于，这使得与延伸部相比通常更易于保证这些通道的存在将不会对转子内部的磁通量产生显著影响。此外，当通道具有直线延伸部时，通道内部的流量可以保持在高水平。根据本发明的另一实施方式，转子具有由所述永磁体限定并且围绕所述旋转轴线设置在转子本体中的多个极，所述第一通道相对于转子本体的截面延伸通过转子本体的使两个相邻的转子极分开的部分。这使得由所述第一通道的存在引起的转子内部的磁通量的扰动最小。根据本发明的另一实施方式，转子本体在每个使相邻的转子极分离的所述部分中均具有一个所述第一通道，如果所述转子本体所具有的所述第一通道的数量与转子极的数量相同，则是优选的。这使得转子高效冷却。转子极的数量通常为2个-24个或6个-12个，并且在特定的实施方式中是8个。根据本发明的另一实施方式，所述第一通道围绕转子的所述旋转轴线大致均匀地分布，这同样促进了转子的高效、均匀冷却。根据本发明的另一实施方式，所述第一通道中的至少一个通道在转子本体的两个轴向端处的转子本体的端面中具有通向所述转子本体的外部的开口。这意味着空气可以从转子的两侧被吸入所述第一通道，因此来自转子的两侧的空气可以被用来冷却所述转子，并由此流过所述转子的空气的温度可比空气来自转子的仅一端时更低。这同样促进了整个转子本体的高效冷却。根据本发明的另一实施方式，在所述转子本体端面上设有多个诸如翅片的突出部，这些突出部被配置成在转子转动时搅动空气进入所述第一通道。这种搅动行为将正面地影响空气流冷却转子。根据本发明的另一实施方式，所述转子由同样设计的多个所述板形成，所述板具有对于一个所述第一通道的至少一个通孔和从某位置延伸到所述板的边缘的至少一个狭缝，其中所述位置到板的中心的距离与所述通孔到板的中心的距离相同，并且所述板在相对于彼此绕该板的中心转动的同时被堆叠，以便确定所述第二通道的位置、数量以及截面。使用用于构造转子本体的这种同样设计的板将会对转子的生产成本具有正面影响。文中的“由同样设计的多个所述板形成”也允许使用具有不同外观的某些板，比如用于限定转子的相反端面的板。本发明还涉及一种用于有轨车辆电机的转子，其具有根据如上所限定的本发明的电机中的转子的特征。从以上描述中有轨车辆电机中的这种转子的优点清晰地显现了出来。本发明还涉及有轨车辆电机，所述转子能应用于该有轨车辆电机中。本发明还涉及一种用于有轨车辆的驱动装置，该驱动装置包括根据本发明的电机；以及根据本发明的电机在驱动装置中用于产生有轨车辆的牵引力的应用；以及有轨车辆，所述有轨车辆具有用于产生所述车辆的牵引力的驱动装置，所述驱动装置包括至少一个根据本发明的电机。同样地，从根据本发明的电机的不同实施方式的上述描述中，这种驱动装置、应用及车辆的有益特征和优点都清晰地显现了出来。本发明的另外的优点及有益特征将从下面的描述中显现。附图说明下面将参照附图详细描述作为例子引用的本发明的实施方式。图1是示出本发明所涉及的类型的电机的定子和转子的非常示意性的侧视图；图2是本发明所涉及的类型的电机的透视图；图3示出了根据图2的电机的纵剖面视图；图4是示出了板的侧视图，所述板用于形成根据本发明的第一实施方式的电机的转子本体；图5是根据本发明的所述第一实施方式的电机的一部分的局部截面透视图；图6是图5中所示的电机的一部分的放大视图，以及图7是根据本发明的第二实施方式的电机的转子的轴向端部部分的非常简化的透视图。具体实施方式图1以轴向端视图示意性地示出了本发明所涉及的类型的有轨车辆电机的某些主要部分，其在专利文献EP2264860中更详细地被公开。这种电机具有定子1，所述定子具有定子本体2，所述定子本体具有定子绕组(未图示)，所述定子绕组绕所述定子本体卷绕并且被配置成电力地产生围绕所述定子本体的内周设置的多个定子极。所述定子绕组被容纳在定子本体中的径向槽3中，并且在所述定子本体的整个长度上延伸。48个槽以这种方式围绕定子本体2的内周均匀地分布，使得在如图1所示的实施方式的四极电机的情况下，12个所述槽属于一个定子极。槽的总数量以及每个极的槽的数量当然可以是任何其他能想到的数量。所述电机还包括转子4，所述转子具有转子本体5，与定子本体一样，所述转子本体由相对于所述转子的旋转轴线6轴向堆叠的相互电绝缘的磁性钢环形板构成的层压组件制成，以用于使这些本体中的涡流损耗保持在低水平。转子本体5相对于转子轴7不可旋转地连接到该转子轴，所述转子轴将可以通过齿轮箱连接至车辆的轮轴。所述转子本体5包括平行于转子本体的所述旋转轴线6延伸的多个纵向槽8、9。图1示出了转子的每个极是如何布置有两个具有较小截面的槽8和两个具有较大截面的槽9这四个这种槽的。作为许多可能性中的一个的说明性示例，在该情况下，槽9具有大约10×55mm的矩形截面以及大约300mm的长度。在此具有10×13mm的截面以及37mm的长度的永磁体10以永磁体组的形式设置在每个所述槽中，所述永磁体组在一层中、一个平面中、在所述槽的横向和纵向方向上并排地设置，其中设置在同一槽中的永磁体具有相同的磁极方向，该磁极方向大致垂直于由所述组形成的所述一层，在图1中为两个槽8、9标示了这些磁体的北极侧N和南极侧S。八个永磁体以端到端的关系沿纵向方向设置在每个这样的永磁体组中，两个永磁体在槽8的横向方向上并排地设置，四个永磁体在槽9的横向方向上并排设置。所述电机还具有配置成将定子绕组连接至交流电源或交流接收器的连接装置，所述交流电源或交流接收器在本方案中为示意性示出的车辆14的柴油发电机或交流电源线。然而，可以想到任何类型的交流电源，并且交流电可通过逆变器很好地产生，该逆变器连接至位于其另一侧的直流电压电源并且例如按照脉冲宽度调制模式被控制。图2中的齿轮箱15示出了用于电机的例如转换器的控制设备，所述交流电源在此通过齿轮箱16示出。本发明公开的内容中的“交流接收器”是指在发电机模式中运行的电机的情况。图3示出了根据本发明的电机中的转子的另一种可能的表现形式，永磁体10与图1不同地被设置为在转子本体的外周被埋置在转子本体中。这种电机具有被配置成产生用于冷却电机的部件的空气流的装置，这种装置包括具有叶片18的叶轮17，所述叶片在定子本体的一端19固定到转子轴7上，以产生相对于转子的旋转轴线大致轴向地朝向定子本体的另一端20的空气流。所述电机具有用于引导由叶轮17产生的空气流的装置，并且其包括密封转子和一空间22的装置21，所述空间在周向上围绕转子4并将转子与定子分开，以用于防止来自电机周围的空气流到达转子和所述空间。所述装置21与风扇壳体23一起引导所述冷却空气流流向定子绕组端匝24、25以用于冷却所述定子绕组端匝。所述电机还可具有用于在定子中循环水的未图示的主冷却系统，这意味着所述转子因而也将通过从转子到定子的传热而被冷却。然而，这种强制冷却操作可能失效，而同时其中设有电机的车辆仍在运行中并且由于在旋转的转子中永磁体的存在而导致所述电机仍然产生空载损耗。至关重要的是使永磁体的温度永远不会达到磁体将开始不可逆地消磁的温度水平。这种临界温度水平通常为200℃，在这种情况下的目标是确保：无论用于强制冷却的所述系统在任何操作条件(例如环境温度或转子的实际转速)下发生失效，一旦发生这种失效，永磁体的温度都绝不会超过180℃。图4示出了所述环形板26的表现形式，该环形板用于通过轴向地堆叠到其他这样设计或类似设计的板上而形成转子本体。其示出了所述板是如何设置有用于容纳永磁体的槽8’、9’并由此限定围绕转子的圆周均匀分布的八个转子极27的。板26在各个部分29中均设有通孔28，所述通孔使用于相邻的转子极的多个槽分开。8个这些通孔中的两个28’和28”连接至延伸到板的外周的狭缝30。通过将同样设计的这些板堆叠并同时将它们相对于彼此偶尔地转动nx45°，其中n＝1、2、3、4、5、6或7，将获得具有第一通道31和第二通道32的转子，其中所述第一通道相对于转子的所述旋转轴线轴向地延伸，所述第二通道通过在转子本体的边缘处开口而将相应的第一通道连接至周向地围绕所述转子的所述空间22。这种堆叠优选被实施为，使得所提供的第一通道的数量与第二通道的数量大致相同，并且第二通道沿相应的第一通道的纵向延伸部并由此沿转子的纵向延伸部均匀地分布。每个第一通道优选在转子本体的两个轴向端处的转子本体的端面中具有通向所述转子本体的外部的开口33。由这种板26形成并在图5和图6中示出的转子的典型尺寸如下。转子的直径为359mm，第一通道的截面为12x20mm，第二通道的直径为5mm，并且沿第一通道的延伸部的相邻的第二通道之间的距离为15mm。具有所述第一通道和第二通道的所述转子的设计对转子的冷却产生如下影响。只要转子转动，存在于所述第一通道31和所述第二通道32中的空气将通过离心力被从第二通道32甩出至所述空间22，同时产生从第一通道的所述开口33流过转子本体并流到第二通道的开口35而进入该空间中的空气流。空气将由此接收来自转子的热量，并将该热量传递给围绕转子的定子外壳，同时在所述空间22内朝向所述端面34运动，在所述端面处所述空气将再次被吸入到第一通道中，以继续冷却转子本体。因此，这种冷却作用不需要任何电力供应或任何控制设备的准确操作，而是只要转子转动并且所述永磁体产生加热转子的空载损耗，就将确保该冷却作用。由于冷却发生在转子内部的相对于转子的旋转轴线在纵向上和横向上几乎均匀分布的位置处，因此该冷却将会是高效的。所述第二通道的开口35优选具有使通道与转子外周表面连接的圆形延伸部，该圆形延伸部用于增加流出转子的空气流。图7中非常示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的电机中的从转子的一个轴向端观察的所述转子的一部分。用于形成转子的堆叠的板26’的厚度未按比例示出，事实上其要比转子的其他尺寸薄。示出了该转子的第一通道31’是如何具有直径典型地为10-15mm数量级的圆形截面的。翅片36形式的多个突出部设置在转子本体端面34’上并被配置成在转子转动时搅动空气进入所述第一通道31’。这导致接近转子的所述端面的空气的混合，并由此使得从转子传到流过所述通道用于冷却转子的空气的热量的传递更高效。这种突出部可具有与图7中所示的明显不同的形状，甚至可以由螺钉头形成。当提供根据本发明的具有第一通道和第二通道的转子时，在确定尺寸、密度以及这些通道的位置时必须考虑如下因素。这些通道的增大的截面面积增加了空气在所述通道中的流量，并由此增加了该空气流的冷却效果。这种增大的截面的另一个积极效果是使转子的重量更轻。然而，为了实现转子内的最高效的磁通，需要将所述截面面积保持为尽可能小。因此，当设置所述通道考虑这些因素时找到最佳折衷成为一个目标。当然，本发明不会以任何形式被限制为如上所述的实施方式，相反，在不偏离如所附的权利要求书中所限定的本发明的范围的情况下，所述实施方式的许多可能的修改对本领域技术人员来说也是显见的。对于具有非常短的转子的电机来说，具有仅在转子本体的一个端面开口并在其另一个端面封闭的所述第一通道通常就足够了。每个第一通道则均可具有少至一个或两个与其连接的第二通道。第一通道和第二通道的数量可以是任意的，并且第一通道的数量可以是例如转子极数量的一半或两倍。在转子较长的情况下，第二通道在转子的中间区域(轴向观察)比在靠近其端部处以更高的密度设置可能是有利的，以便在中间区域有更多的空气流出转子并沿着转子的周围流入所述空间中以与其进行热交换。