阅读说明：本技术 具有可转动的磁杆的永磁激励式电动机 (Permanent magnet motor with rotatable magnet bar ) 是由 卡斯滕·安格里克 沃尔夫冈·雷克 马蒂亚斯·格拉曼 彼得·施瓦纳曼 米里亚姆·恩格勒 于 2018-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电机(20)的转子(1)。转子(1)包括：-转子主体(10),-旋转轴线(D),该旋转轴线在轴向(X)上延伸并且转子主体(10)可围绕该旋转轴线旋转,-外侧面(AM),外侧面限定转子主体(10),-至少一个极组件(2、3、4、5、6、7、8、9),以及-用于至少一个极组件(2-9)的运动机构,-运动机构如此构造,使得所述至少一个极组件(2-9)可围绕转动轴线(A)运动,转动轴线基本平行于转子(1)的旋转轴线(D),由此,至少一个极组件(2-9)除了围绕转子(1)的旋转轴线(D)转动,也可围绕其转动轴线(A)运动。本发明还涉及具有转子(1)和定子(21)的电机(20)。(The invention relates to a rotor (1) of an electric machine (20). A rotor (1) comprises: -a rotor body (10), -an axis of rotation (D) which extends in an axial direction (X) and about which the rotor body (10) is rotatable, -an outer side face (AM) which defines the rotor body (10), -at least one pole assembly (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), and-a movement mechanism for the at least one pole assembly (2-9), -the movement mechanism being configured such that the at least one pole assembly (2-9) is movable about a rotational axis (a) which is substantially parallel to the axis of rotation (D) of the rotor (1), whereby the at least one pole assembly (2-9) is movable about its rotational axis (a) in addition to the rotational axis (D) of the rotor (1). The invention also relates to an electric machine (20) having a rotor (1) and a stator (21).)

具有可转动的磁杆的永磁激励式电动机

技术领域

本发明涉及一种电机的转子，并且涉及具有转子和包围该转子的定子的电机。

背景技术

例如电动机或电机的设计始终是不同要求的折中。尤其在永磁激励式电动机中，转子的磁场由于转子的设计方案而在运行中不可改变，因此例如在电流激励的同步电机中，不能调节至最优化的运行点。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是提供电机的转子以及具有转子和定子的电机，其实现了优选永磁激励式电机、尤其在转子中的切换可能性，从而能够运行点最优化地调节转子磁通。

根据本发明，该技术问题通过独立权利要求的特征解决。其他的有利的改进方案是从属权利要求的对象。

根据本发明，在本发明的第一主题中，电机的转子包括：

-转子主体，

-旋转轴线，该旋转轴线在轴向上延伸并且转子或者说转子主体可围绕该旋转轴线旋转，

-外侧面，外侧面优选限定转子主体，以及

-至少一个极组件。

有利地，涉及构造成内转子式电机或外转子式电机的转子。

优选至少一个极组件布置在转子主体上或转子主体内侧。因此，至少一个极组件随转子主体运动或者说旋转，从而二者有利地一起围绕转子的旋转轴线进行旋转。

优选转子、尤其转子主体包括用于至少一个极组件的运动机构。

有利地，运动机构如此构造，使得至少一个极组件可围绕转动轴线运动，转动轴线优选基本平行于转子的旋转轴线。由此，至少一个极组件除了围绕转子的旋转轴线转动，也可围绕至少一个极组件的转动轴线运动。换句话说，借助运动机构可实现至少一个极组件相对于转子主体的运动，由此最终可实现至少一个极组件和转子主体的相对定位。

在本说明书中，“基本平行”优选理解为，至少一个极组件的转动轴线位于直径为0.05-10mm的平行于转子的旋转轴线的圆柱体内。

也为有利的是，在本说明书中，“基本平行”理解为，转子的旋转轴线位于直径0.05-10mm的平行于至少一个极组件的转动轴线的圆柱体内。

此外优选的是，运动机构包括用于使至少一个极组件运动的致动器。

有利地，运动机构包括可液压或气压运行的致动器或电致动器、尤其电动机。因此可以通过简单的方式使至少一个极组件相对于转子主体运动。

也有利的是，运动机构具有用于至少一个极组件的至少一个锁止装置。因此，可简单地限制或固定或确定至少一个极组件相对于转子主体的相对位置。

优选至少一个锁止装置类似于外钳制动器地构造，其有利地从外侧作用到至少一个极组件上，以限定至少一个极组件的运动。

此外有利的是，至少一个锁止装置包括不同的调节位置。因此可在至少一个极组件和转子主体之间实现不同的相对位置。调节位置优选是至少一个极组件相对于转子主体的可预先确定的位置。

也有利的是，至少一个锁止装置包括至少一个第一调节位置和第二调节位置。以这种方式可实现在转子主体和极组件之间的至少两个不同的相对位置。

优选地，在一个调节位置中，在极组件的第一极主体元件与外侧面之间的间距小于极组件的第二极主体元件与外侧面之间的间距。在本文中有利的是，至少一个极组件由优选具有磁性的北极和南极的第一极主体元件和优选具有磁性的南极和北极的第二极主体元件组成。

在本说明书中，“间距”优选理解为转子或者说其转子主体的侧面和极主体元件或至少一个极组件之间的最短连接部或者说连接线。在这种情况下，有利的是，最短的连接线在径向上延伸。

此外可设置成，运动机构布置在转子或者说转子主体的旋转轴线和至少一个极组件之间，至少一个极组件优选在径向上与旋转轴线间隔开。因此，可使运动机构上的向心加速度保持得很小。

优选地，运动机构布置在转子主体的外侧面和至少一个极组件之间，至少一个极组件优选在径向上与外侧面间隔开。该布置可利用运动机构的向心加速度，以便例如向运动机构供给能量，从而该能量使至少一个极组件从一调节位置移动或者说进入另一调节位置中。

也有利的是，运动机构构造成空心圆柱体，以在其内侧容纳至少一个极组件。换句话说，有利的是，运动机构构造成在转子主体内侧的孔或容纳部等，从而可在孔/容纳部内布置至少一个极组件。

换句话说，有利的是，转子主体包括针对每个极组件的孔，孔至少部分地构成运动机构。

优选地，运动机构包括自身的旋转轴线、尤其转动轴线。转动轴线优选是这样的轴线，运动机构关于该轴线旋转对称。

再次换句话说，优选的是，运动机构关于其转动轴线对称、尤其旋转对称。以这种方式，例如极组件可借助运动机构转动。

有利地，运动机构包括轴承单元，至少一个极组件可借助轴承单元自由旋转。换句话说，优选的是，运动机构包括滚动轴承或滑动轴承，其确保至少一个极组件的旋转、优选安装在运动机构上或运动机构内的旋转。

再次换句话说，有利的是，至少一个极组件或者说其极主体元件可以完全地、可变地转动，从而可以实现连续的调节。因此，至少一个极组件或者说极主体元件可以全部同时地、或分别地、或成组地转动。该转动可以设置成间断地(即，例如在精确的两个位置间)进行，或者连续地或以限定的中间阶段地进行。尽可能高的灵活性实现了相应更好的可调节能力，但是也需要相应的致动。

此外有利的是，运动机构包括轴承单元，至少一个极组件的至少一个磁性的和/或可磁化的和/或非磁性的极主体元件可以可旋转地容纳在轴承单元中。因此由至少一个极主体元件构成的至少一个极组件可相对于转子主体旋转。

此外优选的是，至少一个极组件包括磁极和/或可磁化的极。因此，至少一个极组件可构造成磁性的。

优选地，至少一个极组件包括第一极和/或第二极。有利地，极为磁极。

有利地，至少一个极组件包括至少一个磁性的极主体元件、尤其永磁体和/或可磁化的和/或非磁性的极主体元件。

有利地，至少一个极主体元件构成极组件。

也有利的是，至少一个磁性的和/或可磁化的极主体元件构造成方形的、优选杆状的。

优选地，至少一个极组件构造成可旋转的杆件。

也有利的是，多个极主体元件依次成排地或者说呈杆状地构成至少一个极组件。

也有利的是，多个极主体元件共同形成至少一个极组件的横截面形状或横截面。

优选地，至少一个极组件包括圆形的横截面。

也有利的是，至少一个极组件由至少两个极主体元件构成，极主体元件优选构成至少一个极组件的造型的一半、尤其横截面和/或纵截面的造型的一半。

此外有利的是，至少一个极组件具有对称构造的造型，造型的几何中心与其质量重心重合，从而能够围绕转动轴线旋转。

还有利的是，至少一个极组件包括转动轴线，该转动轴线优选基本平行于旋转轴线。

此外，至少三个极组件可构成V形布置或辐条形布置。

有利地，至少三个极组件具有相对于转子或者说转子主体的外侧面的不同间距，其中，仅相对于外侧面的间距最小的两个极组件可以围绕其转动轴线运动。因此可降低极组件的数量以及用于实现运动机构的技术成本。

也可设置成，转子或者说其转子主体包括至少一个磁通屏障。至少一个磁通屏障可阻挡磁通量，从而减小漏磁。

优选地，至少一个磁通屏障布置在两个极组件之间。

有利地，至少一个磁通屏障在径向和/或周向上延伸。

至少一个磁通屏障有利地构造成气隙或塑料件。

本发明的第二主题包括具有转子和定子的电机。

需要明确指出的是，转子的在第一主题中提出的特征可单独地或彼此结合地应用在电机中。

换句话说，如上述在本发明的第一主题中提及的关于转子的特征在此也可在本发明的第二主题中与其他特征相结合。

有利地，电机包括转子、优选具有根据第一主题的特征的转子和包围该转子的定子。

有利地，转子和定子彼此在径向上间隔开，从而在二者之间形成气隙。

也有利的是，电机包括旋转轴线，转子可围绕旋转轴线旋转，其中，优选转子具有转子主体以及有利地具有外侧面，外侧面限定转子或者说其转子主体。

有利地，转子包括至少一个极组件和用于至少一个极组件的运动机构。

也有利的是，至少一个极组件包括磁性的和/或可磁化的极。

优选运动机构如此构造，使得至少一个极组件可围绕运动机构的转动轴线运动，运动机构的转动轴线优选基本平行于转子的旋转轴线。由此极组件的磁极和/或可磁化的极可相对于定子以及相对于转子或者说其转子主体旋转。

此外有利的是，定子包括用于产生磁场的至少一个定子极组件。

优选地，运动机构具有用于至少一个极组件的至少一个锁止装置。

也有利的是，锁止装置包括至少一个第一调节位置和第二调节位置，其中，优选在第一调节位置中，至少一个极组件的第一极朝向定子。

有利地，在第二调节位置中，至少一个极组件的第二极朝向定子。

此外优选地，在可确定的时间间隔内，可由至少一个定子极组件产生相对转子的至少一个极组件的电磁场的反向电磁场。以这种方式，优选在释放第一调节位置中的至少一个锁止装置后，可相应于由电磁场产生的力实现极组件的旋转，由此至少一个极组件可旋转到第二调节位置中且随后锁止。

下面以另一表述补充阐述上述发明构思。

该构思简单来说优选涉及电机的具有运动机构的转子，运动机构有利地如此构造，使得至少一个极组件可围绕转动轴线运动，转动轴线基本平行于转子的旋转轴线，由此至少一个极组件除了可围绕转子的旋转轴线转动，也可围绕其转动轴线运动。

在此，本发明构思优选解决的技术问题是，在永磁激励式电动机的转子中提供切换可能性，从而可以运行点最优化地调节转子磁通。

由此可有利地实现以下目的：

-优选在故障情况下(例如在48V系统中，紧急地在电动机中以弱磁的强度运行时)，将感应电压降低到允许的最大电压；

-优选对于电动机在高转速情况下的运行，通过降低有效的转子磁通降低电动机损耗(因此需要更少的弱磁电流，由此优选地一方面降低铜损耗并且在电子部件中形成更少的无效功率需求，另一方面优选地也降低在电动机板中的磁滞损耗)；

-优选在运行中切换极对数量(这实现了更高的运行频率和损耗更低的运行)。

为了实现上述目的有利的是，电动机或电机的磁体或极组件实施成可旋转的杆件。相应地，所有磁体或极组件可分别根据需要通过旋转来定向。

优选地，通过相应地产生定子场和/或优选通过机械装置或者说运动机构进行定向。

在此优选将磁体或极组件或其极主体元件构造成可旋转的杆件。可以将所有的磁体实施成可旋转的，或者也可以将特定数量的磁体实施成可旋转的。

在极组件的V形布置的情况下，例如有利的是，仅在气隙附近的磁体或极组件实施成可旋转的。

还优选的是，磁杆或极组件完全由磁性材料构成，或构造成多件式，其中优选地一部分由矩形的磁体构成，一部分由软磁材料构成以及一部分由空气和/或非磁性材料、例如塑料构成，塑料此时可用作磁通屏障。这具有的优点是，可在极组件内最优化地引导磁通量，以及可避免或降低磁场线的短接(漏磁)。

此外有利的是，在一种实施方式中，磁杆或极组件可以任意数量分布在转子或其转子主体的转子表面附近或侧面附近。

该实施方式此时优选类似于异步电机的功能。磁体或极组件或其极主体元件此时能够根据施加的定子场自动定向。因此优选取消转子位置感应系统的偏移角度的获知。

此外，根据对定子的操控也可生成任意的极对数量。此外在故障情况下(操控失效)，磁杆可自定向并且有利地在转子中产生磁短接。因此优选地，即使在高转速情况下也不再感应出电压并且电动机持续地处于可靠状态下。

也有利的是，磁杆或极主体元件或极组件如同永磁激励式电动机已知地定向，即例如布置成V形。在此也可通过定子影响磁杆的定向。

替代地，也可设置机械装置或者说运动机构，以使磁杆或极组件有针对性地转动。磁杆可以全部同时地、或分别地、或成组地转动。

该转动可设置成间断地(即，例如在精确的两个位置间)进行，或者连续地或以限定的中间阶段地进行。尽可能高的灵活性实现了相应更好的可调节能力，但是也需要相应的致动。

已知磁体在存在的磁场内转动会需要非常高的力。因为需要致动杆件或极组件在转子直径内的转动，必须注意尽可能降低该力。

在本文中有利的是，参考在该时间点设置的定子场等待有利的转子位置；替代地，也可有针对性地产生定子场(例如通过叠加)，定子场可降低所需的转动力。

也有利的是，通过定子场使杆件或极组件转动，然后例如借助制动器机械锁止。

此外也可通过分别操控产生非对称的布置、例如沿优先方向。

附图说明

下面根据实施例结合附图详细阐述本发明。在此示意性地示出了：

图1示出了根据第一实施例的根据本发明的转子的剖视图；

图2至图4示出了根据第一实施例的根据本发明的电机的剖视图；

图5示出了根据第二实施例的根据本发明的电机的剖视图；以及

图6至图8示出了具有根据第二实施例的转子的根据第一实施例的根据本发明的电机的剖视图。

在下面的描述中相同的部件使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了根据第一实施例的根据本发明的转子1的剖视图。

具体而言，图1示出了构造成内转子式电机20的转子1。

在此，转子1具有转子主体10和旋转轴线D，旋转轴线沿轴向延伸且转子1或转子主体10可围绕旋转轴线旋转。

此外，转子1具有外侧面AM，外侧面限定转子1或转子主体10。

转子1还具有不同的极组件2、3、4、5、6、7、8、9，其中，每个极组件2-9具有磁极N、S或者说第一极N和第二极S。

在这种情况下，每个极组件2-9或者说极组件2-9中的每个极由磁极主体元件或永磁体构成。

根据图1，每个极组件2-9或其极主体元件构造成杆状并且具有圆形横截面。杆形状在此沿旋转轴线D的方向延伸。

在这种情况下，每两个极主体元件N、S构成一个极组件2-9，其中，极主体元件大约构成极组件2-9的造型的一半。

换句话说，每个极组件2-9具有对称构造的造型，其几何结构中心和其质量重心重合，从而能够围绕相应的极组件的转动轴线旋转。

在此，转动轴线A基本平行于旋转轴线D。

极组件2至5以及6至9分别形成V形布置，其中，极组件2/3和4/5以及6/7和8/9具有相对于转子1的外侧面AM的不同间距。

由此极组件2、5、6、9比极组件3、4、7、8更靠近侧面AM。

转子1也具有用于极组件2、5、6和9的运动机构，其中，运动机构如此构造，使得极组件2、5、6和9可围绕转动轴线A运动，转动轴线基本平行于转子1的旋转轴线D。由此，极组件2、5、6、9除了围绕转子1的旋转轴线D转动，也可围绕其转动轴线A运动或转动。

再次换句话说，仅相对于外侧面AM的间距最小的两个极组件2、5和6、9可围绕其转动轴线A运动。

虽然没有具体示出，但是运动机构包括用于使极组件2、5、6、9运动的致动器，其中，运动机构可包括能液压或气压运行的致动器或电致动器、尤其电动机。

运动机构(未示出)也布置在旋转轴线D和极组件2、5、6、9之间，极组件2、5、6、9在径向R上与旋转轴线D间隔开。由此可使运动机构上的向心加速度保持得很小，从而致动器的操作相比于运动机构在侧面AM和极组件2、5、6、9之间的布置方式需要更小的力。

运动机构也构造成空心圆柱体，以在其内侧容纳极组件2、5、6、9。

在此，运动机构具有自身的旋转轴线或者说转动轴线，其中，运动机构构造成关于其转动轴线A旋转对称。

具体来说，运动机构具有轴承单元，极组件2、5、6、9借助轴承单元可自由旋转。轴承单元可为滚动轴承，滚动轴承可旋转地容纳极组件2、5、6、9的磁极主体元件。

在上下文中如此理解可自由旋转，即，极组件2、5、6、9或其极主体元件可以完全地、可变地转动，从而能够连续地调节转子1或电机20。

极组件2、5、6、9或其极主体元件也可全部同时地、或分别地、或成组地转动。该转动可设置成间断地(即，例如在准确的两个位置中)进行或连续地或以限定的中间阶段地进行。尽可能高的灵活性实现了相应更好的可调节能力，但是也需要相应的致动。

代替致动器，运动机构可具有针对每个极组件2、5、6和9的锁止装置(未示出)，锁止机构类似于外钳制动器地构造且从外侧作用到极组件2、5、6和9上，以限定其运动。

锁止装置包括不同的调节位置，从而例如在一调节位置中，在极组件2、5、6、9的第一极主体元件N与外侧面AM之间的间距比在极组件2、5、6、9的第二极主体元件S与外侧面AM之间的间距更小。

图2至图4示出了根据第一实施例的根据本发明的电机20的剖视图。

具体而言，示出了具有如上所述的转子1和定子21的电机20，定子包围转子1。

转子1和定子21彼此在径向R上间隔开，从而在二者之间形成气隙，其中，电机20包括旋转轴线D，转子1可围绕该旋转轴线旋转。

此外，如所述地，转子1具有转子主体10和外侧面AM，外侧面限定转子1或转子主体10。

此外，转子1包括不同的极组件2-9和用于极组件2、5、6、9的运动机构，其中，每个极组件2-9包括磁极N、S。

在此，运动机构也如此构造，使得极组件2、5、6、9可围绕运动机构的转动轴线A运动，该转动轴线基本平行于转子1的旋转轴线D。由此构造极组件2、5、6、9的磁极N、S可相对于定子21以及相对于转子1旋转。

此外图2示出了，定子21包括多个定子极组件22以产生磁场。

在本实施例中，运动机构具有用于极组件2、5、6、9的锁止装置，其中，锁止装置包括多个调节位置。

在此，在图2至图4以及图6至图8中示出了极组件2、5、6、9的第一极N以及第二极S相对于定子21的不同定向的调节位置。

为了使极组件2、5、6、9从一个调节位置转移到另一调节位置中，在运行电机20时，在特定的时间间隔内，由多个定子极组件22产生相对转子1的极组件2、5、6、9的电磁场的反向电磁场。

由此，例如在释放第一调节位置中的锁止装置后，能够相应于由电磁场产生的力实现极组件2、5、6、9的旋转，由此极组件2、5、6、9旋转，然后在第二调节位置处可借助锁止装置锁止。

图5示出了根据第二实施例的根据本发明的电机20的剖视图。

在比较根据图2至图4的电机20和根据图5的电机时，明显的是，在图2至图4中定子齿分别用简化示出的线圈线缠绕。

而在根据图5的第二实施例中，不同的定子齿通过定子极组件的线圈线缠绕。

图6至图8示出了具有根据第二实施例的转子1的根据第一实施例的根据本发明的电机20的剖视图。

相对于根据图1至图5的转子1，在图6至图8中的转子1具有磁通屏障S1、S2、S3，磁通屏障布置在两个极组件5、6或4、5、6、7之间。

在这种情况下磁通屏障S1沿周向U延伸，而磁通屏障S2、S3沿径向R延伸。

附图标记列表

1 转子

2 极组件

3 极组件

4 极组件

5 极组件

6 极组件

7 极组件

8 极组件

9 极组件

10 转子主体

20 电机

21 定子

22 定子极组件

A 运动机构的转动轴线以及极组件的转动轴线

AM 外侧面

D 旋转轴线

N 第一/磁极

R 径向

S 第二/磁极

T 切向

U 周向

X 轴向