电动旋转的机器的转子的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电动旋转的机器(9)的磁阻式转子(3)，该转子具有偶数数量的极(6)，其中磁阻式转子的极(6)的材料具有磁性结构各向异性，即在一个空间方向上具有比较小的磁阻，带有μr>20的相对磁导率和>1T的饱和极化度，并且在另外两个与其垂直的空间方向上具有比较高的磁阻，带有μr<1.6的相对磁导率。
【专利说明】电动旋转的机器的转子
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电动旋转的机器的转子和电动旋转的机器自身，其中转子具有与方向相关的不同的电感。
【背景技术】
[0002]在目前的电机结构中，例如利用软磁材料构造磁阻式转子，并且所述转子利用转子片中的气隙来组合，以便获得与方向相关的不同的磁电阻。因而在d轴和q轴中产生不同的电感并且因此引起在转子表面上的切向力。
[0003]在转子中的具有内置的磁体的永久励磁的机器中，在转子的软磁性的片中设置针对性的气隙，以便减少q-电感(q-1nduktivitaet)。
[0004]此时的缺点是，对于这种转子而言的制造花费相比较而言是很大的。这种电动旋转机器的效率相比较而言是很小的。
【发明内容】
[0005]由此引出本发明的目的，完成一种构造简单的转子、特别是磁阻式转子，其具有和永久励磁的同步电动机一样的电学和动力学属性。
[0006]所提出的目的通过具有偶数数量的极的电动旋转的机器的磁阻式转子来实现，其中磁阻式转子的极的材料具有磁性结构各向异性，该材料在一个空间方向上具有较小的磁阻，带有yr>20的相对磁导率和>1T的饱和极化度，并且在另外两个与其垂直的空间方向上具有较高的磁阻，其带有μ Kl.6的相对磁导率。
[0007]所提出的目的也通过永久励磁的转子借助于基本上在径向上布置的铁氧体磁铁来实现，所述铁氧体磁铁通过具有磁性结构各向异性的材料彼此分开，该材料在一个空间方向上具有较小的磁阻，带有yr>20的相对磁导率和>ιτ的饱和极化度，并且在另外两个与其垂直的空间方向上具有较高的磁阻，其带有μ r<l.6的相对磁导率。
[0008]所提出的目的也通过具有定子的电动旋转的机器来实现，所述转子具有产生磁场的绕组，在运行具有根据前述权利要求中任一项所述的转子的电动旋转的机器时，所述磁场产生电磁相互作用。
[0009]根据本发明，磁阻式转子现在配有具有磁性结构各向异性的材料。该材料在一个空间方向上具有很小的yr>20的磁阻和B>1T的饱和极化度。在另外两个与其垂直的空间方向上，其表现与空气类似并具有μΚ1.6。在这两个另外的空间方向上，存在相比较而言更大的磁阻。
[0010]这种结构导致了与永久励磁的同步机器的效率相类似的效率。在这种具有磁性结构各向异性的材料中不涉及完全意义上的形成对转子的独有激励的永磁体，而且通过结构各向异性，在一个空间方向上-其也可以是逐段地可修改的-以微小的磁阻引导由定子产生的磁通量。
[0011]由于不制造、特别是不励磁完全意义上的永磁体，降低了制造成本。
[0012]这种具有磁性结构各向异性的材料仅具有相比较而言很小的矫顽磁场强度(Koezitivfeldstaerke)。
[0013]有利地，在此主要使用钕-铁-硼，在特有的铸造方法中，其具有很小的、〈10kA/m的矫顽磁场强度。
[0014]这种材料的应用导致了在电动机器中的新的结构特征。现在可以定向地引导磁通量，这导致了很小的漏磁并且特别是相对于传统的磁阻式机器而言，提高了电动机的效率。在转子的结构中已经根据方向影响了或者调整了转子的电感。从而得到两极的、四极的、六极的、八极的或者更多极的转子。
[0015]在本发明的其他实施方式中，在具有内置的例如是径向布置的铁氧体磁铁的磁体的永久励磁的机器中，通过磁性结构各向异性降低了分流电感。这导致了相比较而言更高的电动机器的电流-转矩-特性的线性度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]本发明以及本发明的其他有利的设计方式从附图中得出；在此示出:
[0017]图1是材料的磁属性的原理图，
[0018]图2是两极的磁阻式转子，
[0019]图3是四极的磁阻式转子，
[0020]图4是具有内置磁体的永久励磁的机器的定子和转子，
[0021]图5是磁阻式机器的横截面
[0022]图6是具有带有原理性示出的力线走向(Feldlinienverlauf)的内置磁体的永久励磁机器的定子和转子，
[0023]图7是具有带有原理性示出的力线走向的磁阻式机器的横截面。
【具体实施方式】
[0024]图1以视图示出了所使用的基于钕-铁-硼的具有磁性结构各向异性的材料的磁属性。在此，通过磁场强度H施加磁通密度B。此时用“I”标注具有yr>20和具有很小磁阻的曲线。用“2”标注其他空间方向，其具有较高的磁阻。
[0025]图2示出了具有两个极6的磁阻式转子3，极通过极间隙5彼此分开。此时，用“7”标注具有很小磁阻的路线。在此，极6通过材料配合的连接方式与轴4和极间隙5相连。附加的或者替代性的，这种总体布置也可以通过在圆周方向上的轮箍8固定。
[0026]图3示出了具有四个极6的磁阻式转子3，所述极通过极间隙5彼此分开。此时，用“7”标注具有很小磁阻的路线。在此，极6通过材料配合的连接方式与轴4和极间隙5相连。附加的或者替代性的，这种总体布置也可以通过在圆周方向上的轮箍8固定。
[0027]这种磁阻式转子3的极间隙5在此优选地由非磁性的材料制成。
[0028]图4示出了具有定子和布置在定子的槽10中的绕组系统11的电动旋转的机器9的横截面。槽10指向电动旋转的机器9的气隙15。该机器9的转子具有径向布置的铁氧体磁铁13，该铁氧体磁铁的力线在铁氧体磁铁13的内部切线地延伸(见图6)。在圆周方向上考虑通过区段14使该铁氧体磁铁13彼此分开。在这种实施方式中，在圆周方向上在铁氧体层13之间布置区段14，并且通过区段在气隙15的区域内至少部分呈切线地覆盖或包围铁氧体磁体13的方式来保持区段。该覆盖部20在气隙15的区域内也适用于引导通量。区段14具有结构各向异的材料，以便通过磁性结构各向异性支持通过铁氧体磁铁13引起的转子的励磁。
[0029]图5示出了其他的电动机9，其具有包括作为外置区段的四个极6的磁阻式转子。在通电的定子的绕组11和磁阻式转子3之间出现电磁相互作用，其在输出转矩时磁阻式电机置于旋转态。此时优选地，对于电磁相互作用有决定意义的是朝向气隙15的极6的部段。因此，在这种实施方式中，轴4被其上固定了极6的钢套管包围。由结构各向异的材料制成的极6定位在所述钢套管上，其通过力连接或者材料配合-例如通过粘合-与钢套管16相连。
[0030]极6此时可以准确地定位在空心轴上或在空心轴处，其例如至少部分地布置在电机的运行单元中或者控制元件中。
[0031]极6由结构各向异的材料制成，此时每个极都实施为一体的。在其他的实施方式中，极6分别由多个部件构成。此时极6的彼此邻接的部件的邻接面布置成与轴平行的或者与轴垂直的。
[0032]图6示出了根据图4的电动旋转的机器9，其中示出了原理上的定子片中的力线走向、转子的区段14和铁氧体磁铁13。在铁氧体磁铁13之间的区段14中，由于所设置的区段14的材料的磁性结构各向异性，力线接近径向地且平行地延伸，其具有通过“7”标注的从优磁化方向，因为在那里存在由材料决定的很小的磁阻。力线在铁氧体磁铁13的内部成切线的延伸。通过优化的力线走向实现了相比较而言更高度的电动旋转的机器9的充分利用度。
[0033]图6中仅对轴4加以阴影并且绕组系统11以方格绘制并强调。在定子片中的线、在铁氧体磁铁13中的线和在区段14中的径向线代表了磁场力线。
[0034]图7示出了根据图5的电动旋转的机器9，其中示出在定子片中的和在布置在钢套管16上的转子的极6中的原理上的磁场力线走向。在极6中的力线相对于轴21近似切线地延伸，并且在本实施方式中平行于其上布置了极6的钢套管16的相应的边。
[0035]在图7中仅对轴4和钢套管16加以阴影，并且绕组系统以方格绘制并强调。定子片中的线和具有其从优磁化方向“7”的极6中的线代表了磁场力线。
[0036]具有上述转子的电动旋转的机器9在其充分利用度和其运行属性上表现与具有稀土磁铁的永久励磁的同步机器相同。
[0037]此类的具有上述转子的电动旋转的机器9适用于机床的驱动装置和车辆技术中的、例如在轨道车辆中、电动自行车中和电动车中的驱动装置。
【权利要求】
1.一种电动旋转的机器(9)的磁阻式转子，所述磁阻式转子具有偶数数量的极(6)，其中，所述磁阻式转子的所述极(6)的材料具有磁性结构各向异性，所述材料在一个空间方向上具有比较小的磁阻，带有yr>20的相对磁导率和>1T的饱和极化度，并且在另外两个与这个空间方向相垂直的空间方向上具有比较高的磁阻,带有μ r〈l.6的相对磁导率。
2.根据权利要求1所述的磁阻式转子，其特征在于，具有较小的矫顽磁场强度H〈10kA/m的铁磁材料用作所述极￠)的材料。
3.根据权利要求2所述的磁阻式转子，其特征在于，基于钕-铁-硼的材料混合体用作所述极(6)的材料。
4.一种使用基本上在径向上布置的铁氧体磁铁(13)的永久励磁的转子，所述铁氧体磁铁由具有磁性结构各向异性的材料彼此分开，所述材料在一个空间方向上具有较小的磁阻，带有μ r>20的相对磁导率和>1T的饱和极化度，并且在另外两个与这个空间方向相垂直的空间方向上具有较高的磁阻，带有μ r<l.6的相对磁导率。
5.一种具有定子的、电动旋转的机器(9)，所述定子具有产生磁场的绕组系统(11)，在运行具有根据前述权利要求中任一项所述的转子的电动旋转的所述机器时，所述磁场产生电磁相互作用。
6.一种对具有根据前述权利要求1至4中任一项所述的转子的、根据权利要求5所述的电动旋转的机器(9)的应用，所述机器用作机床的驱动装置和车辆技术中的驱动装置。
【文档编号】H02K1/22GK104377854SQ201410406407
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】罗尔夫·福尔默 申请人:西门子公司