用于电机的定子叠片和电机的制作方法

本发明涉及一种用于具有机械磁场减弱的电机譬如发电机或电动机的定子叠片或定子装置。此外，本发明涉及一种具有机械磁场减弱的电机，该电机具有根据本发明的定子叠片。

背景技术：

已知诸如具有永磁体励磁的同步电机的电机，其具有通过转子轴承装置围绕转子轴线可转动地支承的转子以及包围转子的定子。转子轴承装置具有例如两个滚动轴承，所述滚动轴承彼此间隔地设置。转子例如具有转子轴，在该转子轴上在也称为有源区的轴向子区域中设置有永磁体、尤其经由载体板设置。载体板例如经由挤压连接保持到转子轴上。定子例如具有电工钢片，该电工钢片设置有绕组并且沿着径向方向包围转子的轴向子区域。通过转子围绕转子轴线旋转，因此感生的电压Ui可引入定子的绕组中。同样，通过在定子的绕组中产生交变电压可以产生交变磁场，通过交变磁场可以引起转子的转动。

永磁体激励的机器由于有永磁体而具有恒定的励磁。感生的电压Ui的幅值与转子的转速、极对数以及磁链成比例。因此，感生的电压Ui根据下述等式可确定：

Ui＝ω*p*Ψ_PM

其中ω是转子的角速度，p是极对数和Ψ_PM是磁链。

为了实现电机的转子的特别高的转子速度，通常需要磁场减弱，以便不超过感生的电压Ui的最大值。在磁场减弱中，引起在定子与转子之间的电磁相互作用。在此情况下，在电磁场减弱与机械磁场减弱之间予以区分。

电磁场减弱例如可以通过在相电流中预设负的电流分量来实现。由此，励磁场的作用通过所注入的电流分量被部分补偿并且扩宽了转速范围。然而，注入的电流分量在具有在转子表面上安置的永磁体的电机中不能供转矩形成所用，但导致电枢电流提高并且因此导致电机承受强的热负荷。

机械磁场减弱例如可以通过使转子相对于定子轴向相对偏移来实现。通过转子相对定子的轴向偏移，转子的有源区譬如具有永磁体的区域与定子尤其定子的具有电工钢片和绕组的区域的重叠设计得可变。以此方式可以影响磁链并且可有目的地控制感生的电压Ui。

利用转子的有源区与定子的相对大的重叠可以实现相对高的磁链并且因此可以实现相对高的感生的电压或在负载下实现高的转矩。因此，利用转子的有源区与定子的相对小的重叠，可以实现相对低的磁链并且因此可以实现相对低的感生的电压。转子的这种轴向偏移根据转子转速或定子的绕组中的中间回路电压很有意义地被调节，其中转速或者中间回路电压的提高通常通过减小转子的有源区与定子的重叠来补偿。以此方式可以将感生的电压控制或调节到额定值。

这种电机具有如下缺点：随着转速上升，由于定子的反复磁化而在定子中出现铁耗(Eisenverluste:铁心损耗)，因为定子的反复磁化的频率与转子的转子转速成比例。铁耗由多个损耗成分组成，这些损耗成分部分线性地、二次方地或以大于1的指数地与反复磁化的频率相关。此外，铁耗与定子的构造譬如定子尺寸和定子材料有关。因此，这些铁耗在下文中称作比铁耗。具有相对小的比铁耗的定子只能非常耗费地制造并且因此造成制造上的特别高的成本。相反，成本低廉的定子具有较高的比铁耗并且尤其不适合较高的转子转速或只能有条件地适合较高的转子转速。已知的电机因此具有如下缺点：所述电机具有的比铁耗与制造成本的关系并不有利。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种定子叠片以及一种电机，它们至少部分没有上述的缺点。本发明的目的尤其是提出一种定子叠片以及一种电机，它们具有的比铁耗与制造成本的关系相较于现有技术中已知的定子或电机得以改善并且因此适合于使用在要求相对高的转子转速的设备中。

上述目的通过权利要求来解决。该目的尤其通过具有独立权利要求1的特征的定子叠片以及具有独立权利要求10的特征的电机来解决。在此，从属权利要求描述了根据本发明的定子叠片或根据本发明的电机的优选的实施形式。

根据本发明的第一方面，该目的通过用于具有机械磁场减弱的电机的定子叠片来解决，该定子叠片具有：第一定子区域，该第一定子区域具有第一绕组和第一电工钢片，该第一电工钢片用于提高第一绕组的磁通密度。该定子叠片具有第二定子区域，该第二定子区域具有第二绕组和第二电工钢片，该第二电工钢片用于提高第二绕组的磁通密度，其中第一电工钢片和第二电工钢片不同地构成并且具有不同的比铁耗。

定子叠片在本发明的意义下等同于多件式定子，该定子具有至少两个不同地构成的定子区域，其中至少定子区域的电工钢片不同地构成。因此，定子区域具有不同的比铁耗。

电工钢片用作用于由金属线构成的线圈或绕组的铁心材料，用以产生磁场或通过感应产生电流。由绕组产生的磁场可以通过电工钢片来增强。通过电工钢片的铁磁特性提高线圈或这种绕组的磁导率并且因此提高线圈或这种绕组的磁通密度。根据本发明，术语“电工钢片”尤其理解为多个电工钢片的堆叠，其中术语“板厚”指的是堆叠的各个电工钢片的厚度。这种堆叠优选具有电绝缘部，电绝缘部分别设置或构成在两个相邻的电工钢片之间。由此可以减小电工钢片或堆叠中的涡流。

磁交变场在电工钢片中引起持续的反复磁化。在电工钢片的反复磁化中的磁化损耗也称作铁耗。在例如构成为用于产生交变磁场的电机中出现铁耗，由此降低了电机的效率。对于铁耗的大小而言关键的是电工钢片的构造以及电工钢片的反复磁化的频率。根据本发明，电工钢片不同地构成，使得电工钢片具有不同的比铁耗。比铁耗与定子的电工钢片的构造有关。钢片厚度的增大导致涡流损耗的升高并且因此导致比铁耗增大。钢片厚度的缩小因此导致涡流损耗降低并因此导致比铁耗减小。

根据本发明的定子叠片相对于传统定子具有如下优点：电机的定子成本与铁耗的关系得以改善。定子叠片在此可以设置在电机上，使得电机的轴向上可偏移的转子轴的有源部分在转速比较低时(在该转速情况下在两个定子区域中铁耗方面的差异就效率而言并不是决定性的)沿着径向方向具有与两个定子区域的重叠。在较高的转速时(在该转速情况下第一定子区域与第二定子区域相比会造成明显更高的铁耗)，转子轴可偏移到使得有源部分与第一定子区域的重叠比与第二定子区域的重叠更大。优选地，定子叠片构成为使得在较高的转速情况下可以实现第一定子区域和转子轴的有源部分没有重叠。由于第一定子区域可以相比于第二定子区域更为成本有利地制造，根据本发明的定子叠片具有根据第二定子区域构成的等大的定子的显著更低的制造成本。由于在较高转速时有源部分与第一定子区域未重叠或与第一定子区域只有小的重叠，在高转速的情况下不会出现由第一定子区域造成的超比例的高铁耗。因此，定子叠片在高转速情况下与明显更昂贵的等大的定子一样，该定子根据第二定子叠片构成。换言之，根据本发明的定子叠片在制造成本明显减小的情况下具有定子成本明显密集和适于高转速的优点。

根据本发明的一个优选的实施形式，第一电工钢片与第二电工钢片相比具有更大的厚度。钢片厚度是沿着轴向方向的延伸。优选地，第一电工钢片的厚度为第二电工钢片的厚度的两倍至三倍。在电机运行时在具有更大的钢片厚度的电工钢片中与在由相同材料构成的具有较小的钢片厚度的电工钢片中相比感生更高的涡流。此外，具有更大的钢片厚度的电工钢片通常与由相同材料构成的具有较小的钢片厚度的电工钢片相比具有更高的极化。这尤其具有如下优点：以成本低廉的方式可以在低转速时实现电压的改善的感生。

优选地，第一电工钢片具有与第二电工钢片不同的材料。这例如意味着：第一电工钢片具有第一材料而第二电工钢片具有第二材料。在此，第一材料优选比第二材料成本更低廉。其他材料意味着，例如第一电工钢片与第二电工钢片相比具有不同的合金或由其他金属形成。优选地，第一材料与第二材料相比成本更低廉。用于电工钢片的优选材料是硅铁，其中主要成分是铁并且硅含量在1.5％与4％之间。可以设定：该材料具有铝成分。借助不同的材料可以实现电工钢片的不同导电性。这具有其他优点：利用简单手段可以通过使用成本低廉的材料来减小定子叠片的制造成本。

在此优选的是，第一电工钢片与第二电工钢片相比具有更低的合金化程度(Legierungsgrad：添加剂含量)。优选地，第二电工钢片与第一电工钢片相比具有更高的硅含量和/或铝含量。具有更低的合金化程度的材料与具有较高的合金化程度的材料相比可成本更为低廉地制造。因此，以有利的方式以及以简单的手段可以减小定子叠片的制造成本。

优选地，第一电工钢片与第二电工钢片具有更高的导电性。相比于具有更高的导电性的电工钢片，利用具有更低的导电性的电工钢片优选在高转速的情况下可以实现按比例更低的涡流损耗。

根据本发明优选的是，第一定子区域沿着轴向方向设置在第二定子区域旁。尤其优选地，第一定子区域直接设置在第二定子区域旁，使得在第一定子区域和第二定子区域之间没有间隙构成。沿着轴向方向表示沿着电机的定子轴线的方向。因此，通过转子轴的偏移可以实现使得转子轴的有源区在第一位置中具有与第一定子区域和第二定子区域的重叠、而与在第一位置中相比在第二位置中具有与第一定子区域的较小的重叠，优选在与第二定子区域的重叠保持不变或基本上保持不变的情况下。这具有如下优点：根据本发明的定子叠片代替传统定子可以用于电机，而电机的构造不必显著地改变。由此，可以以简单的方式减小电机的制造成本。

在本发明的一种有利的设计方案中，第一定子区域沿着轴向方向设置在两个第二定子区域之间。该布置也可以称作夹心布置并且尤其适合于具有分体式转子轴的电机，所述转子轴沿着轴向方向可以彼此远离或彼此聚拢地运动。

优选地，第一绕组和第二绕组构成为共同绕组的不同区域。共同绕组因此是如下绕组，该绕组在第一电工钢片和第二电工钢片之上延伸。优选地，根据传统定子的绕组构成共同绕组，该传统定子代替第一电工钢片和第二电工钢片具有共同的电工钢片。这具有如下优点：简化定子叠片的制造。

在本发明的一个优选的实施形式中，第一定子区域具有第一轴向长度而第二定子区域具有第二轴向长度，其中第一轴向长度在第二轴向长度与三倍第二轴向长度之间。第一定子区域占定子叠片的较大的比例具有如下优点：减小了定子叠片的制造成本，因为第一定子区域与第二定子区域相比可成本更为低廉地制造。

根据本发明的第二方面，该目的根据本发明通过具有机械磁场减弱的电机来解决，其中电机具有带有转子轴线的转子轴。在转子轴上设置有至少一个磁体。此外，该电机具有根据本发明的定子叠片。

电机例如构成为电动机和/或发电机。机械磁场减弱优选通过转子轴沿着转子轴线(Rotorwellenachse)的方向运动或偏移来实现。可替选地也可以设定，定子沿着转子轴线的方向轴向运动或偏移。

与结合根据本发明的定子叠片所描述的相同优点适用于电机。

附图说明

下面借助附图详细进一步描述本发明。在附图中分别示意性示出：

图1以侧视图示出了根据本发明的电机的第一实施例，其中转子轴设置在第一位置中；

图2以侧视图示出了图1中的电机，其中转子轴设置在第二位置中；

图3以侧视图示出了根据本发明的具有两个转子轴区段的电机的第二实施例，所述转子轴区段设置在第一位置中；以及

图4以侧视图示出了图3中的电机，其中转子轴区段分别设置在第二位置中。

具体实施方式

图1以侧视图示出了根据本发明的电机2的第一实施形式。电机2具有第一实施形式的转子轴7，该转子轴具有转子轴线8，转子轴线的端部区域分别通过轴承11可转动地支承在未示出的壳体上。在转子轴7的中间区域上设置有具有磁体9的载体板10，其中载体板10在圆周上包围转子轴7。转子轴7的中间区域因此构成为有源区。在该图示中，绘出了转子轴7在第一位置中。第一位置尤其设定用于电机的定子以及用于低转速。

包围转子轴7地设置第一实施形式的根据本发明的定子叠片1，该定子叠片剖切地示出。定子叠片1具有：第一定子区域3，第一定子区域具有第一电工钢片4和未示出的第一绕组；以及第二定子区域5，第二定子区域具有第二电工钢片6和未示出的第二绕组。第一定子区域3和第二定子区域5沿着定子轴线8的方向彼此紧靠地设置。第一定子区域3根据成本低廉的定子构成，该定子尤其在高转速的情况下具有高的比铁耗。第二定子区域5根据成本高的定子构成，该定子尤其在高转速的情况下具有比较低的比铁耗。在第一位置中，磁体9或转子轴7的有源区完全设置在定子叠片1内，使得在绕组中有限定的电流的情况下可以实现最大的转矩，至少对于低的转速而言。

在图2中绘出了图1中的电机2，其中转子轴7沿着运动方向B从第一位置运动到第二位置中。在第二位置中，磁体部分地设置在第二定子区域5中而部分地设置在定子叠片1之外。磁体9的可忽略不计的部分还设置在第一定子区域3内。优选地，在第二位置中不再有磁体9设置在第一定子区域3之内，例如在最大运行转速的情况下。第二位置尤其设定用于在较高的转速情况下电机2的运行，在该较高的转速下第一定子区域3与第二定子区域5相比会引起明显更高的铁耗。图3示出了根据本发明的电机2的第二实施形式的侧视图。电机2具有第二实施形式的转子轴7，转子轴具有转子轴线8，其中转子轴7在第二实施形式中两体式地分成优选等长的转子轴线区段7a。转子轴区段7a的彼此背离的端部区域分别经由轴承11可转动地支承在未示出的壳体上。在转子轴区段7a的彼此朝向的端部区域上分别设置具有磁体9的载体板10，其中载体板10在圆周上包围相应的转子轴区段7a。转子轴区段7a的彼此朝向的端部区域因此构成为有源区。在该图示中，绘出了转子轴区段在第一位置中。

在图4中绘出了图1中的电机2，其中转子轴区段7a沿着运动方向B或B'从第一位置彼此远离地运动到第二位置中。在第二位置中，磁体部分地设置在第二定子区域5中和部分地设置在定子叠片1之外。磁体9的可忽略不计的部分还设置在第一定子区域3之内。优选地，在第二位置中不再有磁体9设置在第一定子区域3之内。

附图标记列表

1 定子叠片

2 电机

3 第一定子区域

4 第一电工钢片

5 第二定子区域

6 第二电工钢片

7 转子轴

8 转子轴线

9 磁体

10 载体板

11 轴承

B 运动方向