用于电动机器的转子以及具有转子的电动机器的制作方法

1.本发明涉及一种用于电动机器的转子。本发明还涉及一种具有这种转子的电动机器。


背景技术：

2.例如de 10 2006 021 489 a1公开了一种具有定子和转子的电动机器。电动机器被设计为永磁同步电机，其中转子具有转子体，该转子体具有布置在该转子体的内部的永磁体和磁通屏障(flussbarrieren)。永磁体形成电动机器的磁极，其中在每个磁极的区域中布置有至少一个永磁体。
3.为了能够最佳地驱动电动机器，尤其重要的是，借助于传感器来检测转子的状态参量并且将其供应给电动机器的控制装置。迄今为止，很难为被指配给电动机器的转子并随转子一起转动的这种传感器供应足够的电能。
4.例如，电动机器的持续功率尤其受转子(尤其永磁同步电机中的磁体或异步电机中的笼)的最大允许温度的限制。在电动机器运行时，当前转子温度一般来说不是作为测量参量而已知的，而是借助于温度模型进行估算。这导致必须将与最大温度的安全距离规划在内，因此，由于这个安全距离，电动机器无法最佳地运行。如果超过最大温度，则存在电动机器过热和损坏的风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，进一步开发一种用于电动机器的转子以及一种电动机器。尤其应借助于该转子来改善电动机器的运行并且降低电动机器过热的风险。此外，该转子应是简单并且快速地可装配的。
6.根据本发明的用于电动机器的转子包括：至少一个传感器元件，所述至少一个传感器元件被配置成检测所述转子的至少一个状态参量；与所述至少一个传感器元件连接的信号处理单元，所述信号处理单元被配置成根据检测到的所述转子的状态参量生成测量数据并且将所述测量数据传输至控制装置；以及至少一个感应线圈，所述至少一个感应线圈具有至少一个电导体并且至少间接地布置在所述转子的端侧，并且被配置成从在所述电动机器运行期间相对于所述转子旋转或随时间变化的端部杂散磁场生成电能。
7.换言之，电动机器的转子具有该至少一个传感器元件(任选地多个传感器元件)以及信号处理单元和带有该至少一个电导体的该至少一个感应线圈。该至少一个传感器元件、信号处理单元、以及该至少一个感应线圈尤其位置固定地与转子连接并且因此与转子一起转动。
8.优选地，所述至少一个感应线圈被配置成给所述信号处理单元和/或所述至少一个传感器元件供应电能。因此，要么给该信号处理单元供应电能，要么给该至少一个传感器元件供应电能，要么给该信号处理单元和该至少一个传感器元件供应电能。
9.借助于该至少一个感应线圈，在电动机器运行时可以实现，从相对于转子旋转的
端部杂散磁场获得电能，其方式为：该至少一个感应线圈在转子旋转时被变化的端部杂散场通过，由此在该至少一个感应线圈中产生电流或电压，该电压被用于给防旋转地布置在转子上并且与转子一起转动的该至少一个传感器元件和/或信号处理装置供应电能。因此，可以省去用于给随转子转动的部件供应电能的滑环和电池，由此可以简单并且快速地装配转子。该至少一个感应线圈布置在转子的端侧是特别有利的，因为该至少一个感应线圈由此不与转子的活动部分接合。
10.端部杂散磁场在转子的两个端侧上形成并且具有从定子向转子延伸的场力线。从磁性角度看，磁路中的场力线平行于气隙中的场力线。由此得出，在端部杂散场中包含了相同的谐波，这些谐波还存在于气隙场中。然而，端部杂散场中的场力线的几何方向与气隙场中的场力线的方向不同。气隙场中的场力线大体上沿垂直于转子轴线的平面延伸，而端部杂散场中的场力线具有轴向分量。端部杂散场的谐波根据时间和空间阶数至少部分以与转子旋转不同的转速转动。由此得出，从转子的端侧上的某点观察，存在随时间变化的场强。由此，在位于端部杂散场中并且与转子机械固定连接的感应线圈中产生电压。因此，可以借由感应线圈生成电能。
11.该至少一个传感器元件可以无中介地布置在转子上并且在那直接地检测转子的状态参量、尤其转子的温度，以降低电动机器过热的风险。该至少一个传感器元件适合用于检测绝对温度并且适合用于检测温差。例如，转子的温度是转子的状态参量。例如，该至少一个传感器元件直接地或至少邻接地布置在状态参量的产生位置。该至少一个传感器元件与状态参量的产生位置之间的较短测量路径提高了测量准确性。
12.优选地，至少在该至少一个感应线圈与要供应能量的元件之间借助于布线进行电能传输。在第一实施方式中，感应线圈可以借助于布线与该至少一个传感器元件连接。替代性地，感应线圈可以借助于布线与信号处理单元连接。替代性地，感应线圈可以与信号处理单元共同布置在电路板上。替代性地，感应线圈可以与传感器共同布置在电路板上。
13.尤其，信号处理单元以无线的方式与控制装置连接以用于信号传输或数据传输。该至少一个传感器元件优选借由布线与信号处理单元连接以用于信号传输或数据传输。例如，控制装置布置在转子外部，然而布置在车辆内部。
14.根据本发明的一个优选的实施方式，所述感应线圈的线圈宽度与所述端部杂散磁场的谐波的空间阶数相调谐。尤其，感应线圈在转子上的位置和感应线圈的宽度(即感应线圈的出线导体区段与回线导体区段之间的距离)与端部杂散磁场的谐波的大量存在的阶数相调谐。端部杂散磁场的谐波的这些阶数不与转子同步运动并且引起随时间变化的磁场，该磁场特别好地适用于借助感应线圈产生电能。相对于转子运动的端部杂散场的谐波例如通过被通电的定子绕组在槽中的离散分布而产生，或者通过在定子槽与定子齿之间变换时周向方向上的定子磁导特性变换、结合转子的磁特性和磁激励而产生。
15.根据本发明的一个优选的实施方式，感应线圈的轴线与转子的旋转轴线大体上平行地形成。换言之，感应线圈和转子是大体上彼此轴线平行地布置的。
16.在一个优选的实施方式中，出线导体是感应线圈的线圈导体的如下区段，该区段在转子端侧大体上在径向上从内向外或从外向内的方向上引导。优选地，回线导体是线圈导体的另外的区段，该另外的区段在转子端侧大体上在从内向外或从外向内的方向上引导。
17.谐波的空间阶数将端面分成圆弧段，其中每个圆弧段与一个空间周期长度相对应。在下文中，谐波长被理解为如此限定的圆弧段在周向方向上的延伸尺寸。换言之，转子端侧的谐波长与围绕转子轴线的极坐标系的角度相对应。在此，出线导体与回线导体之间的距离大致与要切割的谐波的一半波长相对应。如果感应线圈具有多个匝，则平均距离例如大致与要切割的谐波的一半波长相对应。例如，出线导体与回线导体的平均距离是要切割的谐波的波长的0.3倍至0.7倍。优选地，要切割的谐波的空间阶数与定子的槽数相调谐。优选地，如下选择要切割的谐波的空间阶数，使其与每个磁极对的槽数量加一或减一相等。
18.根据本发明的一个优选的实施方式，信号处理单元至少间接地布置在转子的端侧。替代性地或补充地，该至少一个传感器元件优选至少间接地布置在转子的端侧。部件至少间接地布置在转子上应理解为，该部件可以要么无中介地(即直接地)布置在转子上)，要么借由唯一的另外的部件(即间接地借由该另外的部件)布置在转子上。
19.例如，该至少一个传感器元件布置在转子的在电动机器负载情况下特别强烈地变热的区域中。至少信号处理单元、任选地还有该至少一个传感器元件至少间接地布置在端侧是有利的，因为对转子的特性、尤其电动机器的电磁特性没有负面影响。此外，转子的端侧对于装配和维护而言都是特别易于触及的，由此可以简单并且快速地装配转子和其上布置的元件。
20.根据本发明的一个优选的实施方式，该至少一个传感器元件集成在信号处理单元中。因此，该至少一个传感器元件和信号处理单元形成布置在转子上的唯一的部件。
21.根据本发明的一个优选的实施方式，该至少一个传感器元件布置在转子的内部。换言之，该至少一个传感器元件不是布置在转子的表面上，而是布置在转子的凹部中。尤其，该至少一个传感器元件布置在转子的内部，使得状态参量的产生位置紧靠传感器元件。
22.根据本发明的一个优选的实施方式，该至少一个感应线圈布置在电路板上。这个实施方式不仅特别容易装配，而且优化生产。电路板应被理解为印刷电路板，即具有两个相对较大的端面的扁平的元件，其中这些端面中的一个端面被设计成用于布置在转子上，并且另一个端面被设计成用于容纳感应线圈。例如，导体布置在电路板的端侧并且与电路板固定连接，以便在电路板上形成感应线圈。优选地，电路板布置在转子的端侧并且直接与转子接触。例如，电路板借助于粘合剂固定在转子的端侧。因此，在转子的端侧与电路板的指向转子的端侧之间不存在另外的部件，而是任选地仅布置有粘合剂。粘合剂可以点状地、至少部分面状地或全面地施加在转子与电路板之间。例如，电路板是刚性地或者至少部分柔性地且部分刚性地、尤其半柔性地形成的。刚性的电路板提供如下优点：即使在转子的转速较高的情况下也能保持较高的强度和形状稳定性。
23.根据本发明的一个优选的实施方式，信号处理单元集成在电路板中。因此，信号处理单元是电路板的固定组成部分。通过集成来节省单独的部件。
24.根据本发明的一个优选的实施方式，该至少一个感应线圈的导体集成在电路板中，即是电路板的固定组成部分。尤其，该至少一个感应线圈的导体被印刷到电路板上。通过集成来节省单独的部件。优选地，所述至少一个感应线圈的导体具有在径向方向上形成的多个齿。例如，导体的齿被设计为矩形并且均匀分布。例如，导体所具有的齿的数量与要切割的谐波的波长相等。齿在周向方向上环绕布置在邻接电路板的外周的区域中。
25.根据本发明的电动机器包括用于控制电动机器的控制装置以及定子和根据本发
明的转子。在定子与转子之间形成有气隙。控制装置优选地布置在车辆中并且用于控制和调节电动机器。
26.本发明还涉及一种具有根据本发明的电动机器的车辆。尤其，车辆被设计为机动车辆(例如pkw，乘用机动车辆)，其中电动机器被配置为车辆的驱动机器，以便至少部分或完全电驱动车辆。因此，车辆优选地被设计为混合动力车辆或电动车辆。
附图说明
27.下面将根据附图详细阐述本发明的多个优选的实施方式，其中相同的元件设有相同的附图标记。在附图中：
28.图1示出具有根据本发明的电动机器的车辆的高度简化的示意性图示，
29.图2示出根据本发明的具有定子和转子的电动机器的高度简化的示意性纵截面图示，
30.图3示出根据图2的本发明的电动机器的一部分的高度简化的示意性细节图示，
31.图4示出根据图2和图3的转子的高度简化的示意性侧视图，
32.图5示出根据第二实施例的转子的高度简化的示意性纵截面图示，以及
33.图6示出根据第三实施例的转子的高度简化的示意性侧视图。
具体实施方式
34.根据图1，车辆100包括根据本发明的电动机器2，该电动机器被配置成用于驱动车辆100。为此，电动机器2具有驱动作用，例如借由轴17并且任选地借由其他的部件与车辆100的驱动车轮20相连接。此外，电动机器2由布置在车辆100中的控制装置5操控并且驱动。尤其，控制装置5用于在运行期间保护电动机器2以防过热，其方式为：电动机器2的最大功率尤其与转子1的当前测量到的温度相适配。为此，控制装置5以传输信号的方式与电动机器2连接。
35.图2示出电动机器2，该电动机器具有用于控制电动机器2的控制装置5以及定子11和转子1。在定子11与转子1之间形成有气隙18。转子1与转子轴14防旋转地连接。在电动机器2的壳体13中，在转子1的端侧布置有具有传感器元件3的信号处理单元4。传感器元件3集成在信号处理单元4中。替代性地，传感器元件3可以布置在转子1的内部。此外，感应线圈7布置在转子1的端侧并且被配置成用于生成电能，以便给传感器元件3以及信号处理单元4供应电能。感应线圈7的轴线a与转子1的旋转轴线b大体上平行地形成。定子11具有被设计为定子叠片组的定子体以及多个被定子体容纳的线圈以及在两侧从定子11轴向伸出的绕组头16。转子1具有被设计为转子叠片组的转子体和布置在转子体的内部的多个永磁体。
36.传感器元件3检测转子1上的温度作为转子1的状态参量并且将该状态参量传输给信号处理单元4。任选地，在转子1上可以布置有多个传感器元件3，这些传感器元件例如检测转子1的不同状态参量。信号处理单元4根据检测到的转子1的状态参量生成测量数据并且将这些测量数据传输至安装在车辆100中的控制装置5。控制装置5通过无线的方式、例如经由无线电与转子1上的信号处理装置4连接，并且被配置成在考虑驾驶员的要求以及电动机器2的运行参数(尤其转子1的运行参数或状态参量)的情况下操控电动机器2。
37.图3示出图2的电动机器2的放大的部分。转子1可旋转地布置在定子11的内部，其
中在定子11与转子1之间形成有气隙18。在气隙18中，在定子11的内周表面与转子1的外周表面之间形成磁场15。此外，还在端侧形成从定子11到转子1的端部杂散磁场12。感应线圈7在转子1的端侧上的参量(特别是在周向方向上的线圈宽度)与端部杂散磁场12的谐波的空间阶数相调谐。感应线圈7在电动机器2运行时、即在转子1转动时从相对于转子1旋转的谐波端部杂散磁场12产生电能，并且将该电能供应给传感器元件3和信号处理单元4。端部杂散磁场的谐波的这些阶数不与转子1同步运动并且引起随时间变化的磁场，该磁场特别好地适用于借助感应线圈产生电能。替代性地，可以布置有用于从相对于转子1旋转的端部杂散磁场12生成电能的另外的感应线圈7。
38.图4示出根据图2和图3的转子1的端侧。省略了定子。感应线圈7的线圈宽度6还与端部杂散磁场12的谐波的空间阶数相调谐。线圈宽度6给出在感应线圈7的导体8的相反的导体区段之间的径向距离。信号处理单元4直接布置在转子1的端侧，其中传感器元件3集成在信号处理单元4中。感应线圈7借由电导线19与信号处理单元4和集成在其中的传感器元件3相连接。为了将交流电流转换成直流电流并且为传感器元件3提供直流电流，信号处理单元4例如具有未详细展示、然而通常已知的谐振电路、整流器、以及电容器。
39.在图5中展示了转子1的第二实施方式。在此，感应线圈7布置在电路板10上，其中电路板10布置在转子1的端侧并且直接与转子1接触。电路板10与转子1之间的粘合剂将电路板10固定在转子1的端侧。在此，电路板10覆盖转子1的整个端面。信号处理单元4集成在电路板10中，并且传感器元件3布置在转子1的内部。信号处理单元4、传感器元件3、以及感应线圈7借由电导线19相互操作性连接。
40.图6示出转子1的第三实施方式，其中在此仅能够看到布置在该转子上的电路板10的端侧。与根据图5的电路板10不同，根据转子1的第三实施方式，感应线圈7的导体8集成在电路板10(在此被设计为印刷的导体线路)中。导体8是在周向方向上环绕且不重叠地在邻接电路板10的外周的区域中蜿蜒状地形成的。通过导体8的蜿蜒形状，在径向方向上形成多个矩形的齿9。所有的齿9被设计为相同的并且均匀环绕分布。信号处理单元4与传感器元件3一起集成在电路板10中。信号处理单元4和感应线圈7借由电导线19相互操作性连接。
41.附图标记清单
[0042]1ꢀꢀꢀꢀꢀ
转子
[0043]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
电动机器
[0044]3ꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器元件
[0045]4ꢀꢀꢀꢀꢀ
信号处理单元
[0046]5ꢀꢀꢀꢀꢀ
控制装置
[0047]6ꢀꢀꢀꢀꢀ
线圈宽度
[0048]7ꢀꢀꢀꢀꢀ
感应线圈
[0049]8ꢀꢀꢀꢀꢀ
电导体
[0050]9ꢀꢀꢀꢀꢀ
齿
[0051]
10
ꢀꢀꢀꢀ
电路板
[0052]
11
ꢀꢀꢀꢀ
定子
[0053]
12
ꢀꢀꢀꢀ
端部杂散场
[0054]
13
ꢀꢀꢀꢀ
壳体
[0055]
14
ꢀꢀꢀꢀ
转子轴
[0056]
15
ꢀꢀꢀꢀ
气隙中的磁场
[0057]
16
ꢀꢀꢀꢀ
绕组头
[0058]
17
ꢀꢀꢀꢀ
轴
[0059]
18
ꢀꢀꢀꢀ
气隙
[0060]
19
ꢀꢀꢀꢀ
电导线
[0061]
20
ꢀꢀꢀꢀ
驱动车轮
[0062]
100
ꢀꢀꢀ
车辆
[0063]aꢀꢀꢀꢀꢀ
感应线圈的轴线
[0064]bꢀꢀꢀꢀꢀ
转子的旋转轴线