用于电机的叠片铁芯的制作方法

1.本发明涉及一种叠片铁芯，该叠片铁芯用于具有在转子与定子之间的气隙的旋转电机的转子和/或定子，叠片铁芯具有在叠片铁芯的圆周方向上并列布置的齿和布置在气隙侧的覆盖单元，齿限制槽以用于容纳至少一个形成至少一个绕组的电导体，覆盖单元在径向方向上限制槽，其中，覆盖单元在相应的槽的区域中具有至少一个渐缩区域，在渐缩区域中覆盖单元的材料在叠片铁芯的径向方向上要比覆盖单元邻接渐缩区域的区域处的材料更薄。此外，本发明还涉及用于旋转电机的定子以及用于旋转机器的转子。最后，本发明涉及具有定子和能够旋转安装地布置在定子的开口中的转子的旋转电机，其中，定子与转子通过气隙间隔开来。


背景技术：

2.对此，通用的电机、转子和定子以及叠片铁芯基本上在现有技术中是广泛已知的，使得对此不需要单独进行书面核实。旋转电机是在马达运行中将电能转换为机械能、特别是动能和/或在发电机运行中将机械能转换为电能的装置。运动通常是由转子相对于定子实施的旋转运动。通常将定子(区别于转子)布置为旋转固定的，这就是说，旋转运动是转子相对于定子的旋转运动。
3.在旋转电机中，固定件通常被设置作为定子，定子通常提供基本圆形的开口以用于容纳作为转子构造的转动件。在开口处，围绕转子的旋转轴能旋转安装地布置转子，其中，气隙构造在转子与定子之间。旋转轴通常也对应转子或电机或定子的纵轴。
4.在电机的预定的运行中借助于磁通量连接定子和转子，因此在马达运行中产生力效应、即转矩，力效应驱动转子相对定子旋转。在发电机运行中，传输给转子的机械能以旋转或转矩的形式转换为电能。为此目的，定子和转子通常分别具有由电流流过的绕组。在定子或转子中也能够通过永磁铁形成绕组或通过这种永磁铁补充绕组。
5.通常类型的旋转电机例如是旋转磁场电机，旋转磁场电机连接至多相的、特别是三相的电交流电压网络处，例如异步电机、同步电机、具有鼠笼的同步电机或类似物，也或是直流电机、如并联电机或串联电机或类似物。
6.通常旋转电机的转子和/或定子具有叠片铁芯。叠片铁芯通常由铁磁的导磁材料组成，使得能良好地引导磁通量。叠片铁芯通常由多个单独的、彼此电绝缘的铁磁的金属片组成。然而叠片铁芯还能够由其他的铁磁材料形成，例如铁氧体或类似物。根据使用目的，如果使用金属片，金属片还能够被称为发电机钢板、马达板、变压器板或类似物。这种金属片由标准化检测，例如en 10106、en 10107或类似标准。
7.叠片铁芯在气隙侧在圆周方向上形成轴向的齿，在电机预定的运行中该圆周方向与转子的旋转方向一致并且该圆周方向横向于纵向方向，齿通常基本上在纵向方向上延伸，也就是说，齿通常基本平行于转子的旋转轴延伸。由此，齿形成槽，槽用于容纳至少一个绕组的至少一个转子。磁通量的至少一个部分能够通过至少一个绕组提供，该磁通量对于旋转电机的预定的运行是必需的。
8.具有这种槽的电机例如由us 2011/210 692 a1、由de 10 2014 111 239 a1、由us 2004/212 256 a1以及由de 10 2016 114 569 a1已知。在此，提到的申请也示出槽的不同的成型设计。
9.定子通常吸收与转子转矩相关的反作用力并且支撑在支撑部上，定子旋转固定地固定在支撑部处。能够通过基座或类似物形成该支撑。
10.因此，叠片铁芯表示为由铁磁材料制成的并且因此能磁化的、优选分层构建的主体。此外，叠片铁芯的目的还在于，引导或聚集与至少一个电流流过的绕组相关的磁通量。
11.根据旋转电机的结构，能够在转子侧和定子侧设置叠片铁芯。在定子侧和转子侧设置叠片铁芯的组合也是可行的。
12.齿通常在转子或定子的纵向上延伸。虽然转子或定子的纵轴通常平行于转子的旋转轴，齿的延伸的定向也能够偏离转子的旋转轴的定向或纵向方向，例如在倾斜的实施例中。
13.叠片铁芯通常具有布置在气隙侧的覆盖单元，覆盖单元在径向方向上的气隙侧限制通过齿形成的槽。由此可行的是，例如在转子中，在旋转电机的预定的运行中，固定和/或类似地安置布置在槽中的电导体。
14.由此在槽的区域中在气隙侧能够实现相对于叠片铁芯的磁导率减小的磁导率，因此改进了旋转电机的功能。
15.通常覆盖单元在相应的槽的区域中具有至少一个渐缩区域，在渐缩区域中覆盖单元的材料(该材料通常对应于叠片铁芯的材料)在叠片铁芯的径向方向上要比在覆盖单元的邻接渐缩区域的区域处的材料更薄。由此能够实现，当应引导相应的磁通量时，在旋转电机的预定的运行中在渐缩区域处覆盖单元的材料首先陷入饱和。这能够用于提高旋转电机的效果。
16.特别在异步电机中示出，在预定的运行中能够设置不期望的转矩波动。为了减小不期望的转矩波动，通常设置，倾斜地构造由齿形成的槽，以便由此能够实现更好的转矩波动值或减小的转矩波动。
17.此外，转矩波动值还能够取决于转子的或定子的通过至少一个绕组形成的极的数量和设计。在旋转电机或异步电机的预定的运行中，通过槽的倾斜能够减小转矩波动值。然而倾斜有如下缺点，即通过倾斜表现出转矩损耗，转矩损耗例如能够在大约3％至大约5％。
18.此外，槽的倾斜还能够导致，在异步电机中在弱磁区域中减小极限转矩。由此得出，例如能够相应地减小极限功率和因此减小加速性能。


技术实现要素：

19.本发明基于以下目的，在旋转电机的预定的运行中减小转矩波动，并且优选地不取决于槽的倾斜。
20.根据独立权利要求随本发明提出叠片铁芯、定子、转子以及旋转电机作为解决方案。
21.有利的改进方案通过从属权利要求的特征得出。
22.涉及通用的叠片铁芯，随本发明特别提出，在相应的槽的区域中构造至少两个在叠片铁芯的圆周方向上彼此间隔的渐缩区域。
23.涉及通用的定子，特别提出，根据本发明定子具有叠片铁芯。
24.涉及通用的转子，特别提出，根据本发明转子具有叠片铁芯。
25.关于通用的旋转电机，特别提出，根据本发明构造定子和/或转子。
26.此外，本发明基于考虑，即转矩波动能够取决于渐缩区域的数量。在现有技术中对于相应的槽之一分别设置唯一的渐缩区域。然而，由此能够在旋转电机的预定的运行中得出大的转矩波动。由此根据本发明，从现在起为相应的槽设置至少两个彼此间隔的渐缩区域，能够相应地减小转矩波动。因此，在没有必要的槽的倾斜的情况下，能够实现转矩波动的减小。这能够很大程度上避免与倾斜相关的缺点，特别是在涉及旋转电机、特别是异步电机的有效功率方面。根据叠片铁芯的结构，当然也能够为每个槽设置多于两个的彼此间隔的渐缩区域。通过渐缩区域的数量能够相应地进一步减小转矩波动。
27.覆盖单元能够布置在齿的径向的外侧处。在此能够设置，覆盖单元完全覆盖在气隙的方向上的齿。特别地，能够在气隙的方向上完全通过覆盖单元的成型设计得到槽的形状。换句话说，仅能将覆盖单元布置在槽的径向的外侧。这表示，在气隙的方向上仅能通过覆盖单元限制槽。
28.尽管根据本发明不再必需设置倾斜，当然本发明仍然还是能够结合该倾斜，以便例如能够实现另外的特别的技术效果。总之利用本发明能够实现，能够改进旋转电机的负荷能力或有效功率。
29.优选地，渐缩区域在槽的圆周方向和纵向延伸方向上延伸。优选地，渐缩区域的尺寸在圆周方向上小于相应的槽的宽度。
30.因此，覆盖单元的渐缩区域是优选在相应的槽的纵向延伸方向上延伸的区域，并且在该区域中在纵向延伸方向上和在径向方向上提供的材料截面小于在圆周方向上直接毗邻的区域。
31.总之，优选地，渐缩区域能够基本被构造成为相同的。然而，根据机器结构或叠片铁芯的结构也能够设置，至少两个渐缩区域被构造成为彼此偏离的。由此，在旋转电机的预定的运行中，根据需要能够有针对性地影响磁通量。
32.因此，本发明实现，即在不必须干涉旋转电机的外部机械尺寸的情况下，能够减小转矩波动或同时相应地提高旋转电机的有效功率。
33.覆盖单元能够与齿构造为一体式的。但是覆盖单元也能够被构造作为单独的部件并且优选地固定在气隙侧的相应的齿处。例如通过设置覆盖单元的元件用于相应的齿并且能够将该元件布置在气隙侧处，因此覆盖单元例如能够被构造成为具有多个部分的。为此目的，能够设置，在安装至少一个绕组之后，将覆盖单元固定在齿的气隙侧处，例如借助于螺栓连接、粘合连接、焊接连接和/或类似手段。
34.此外还提出，覆盖单元在相应的槽的相应的槽壁的区域中分别具有至少两个渐缩区域中的至少一个，该槽壁径向地并且在叠片铁芯的纵向方向上延伸。由此，渐缩区域布置在相应的槽的相应的槽壁的区域中并且彼此遥远地间隔开。由此，仅利用两个渐缩区域能够实现转矩波动的特别有利的降低。当然也能够根据结构设置另外的渐缩区域。
35.一个改进方案提出，覆盖单元在气隙侧对于每个槽都具有槽隙，槽隙在相应的槽的纵向延伸方向上延伸，其中，优选地，覆盖单元在圆周方向上在槽的宽度中心处具有相应的槽的槽隙。优选地，覆盖单元在气隙侧为每个槽提供槽隙，槽隙在相应的槽的纵向延伸方
向上延伸。槽隙能够被构造成为另外的气隙并且随后优选地与电机的气隙相连接。其次，还能够将非铁磁材料至少部分地布置在槽隙中。优选地，渐缩区域不仅在槽的圆周方向和纵向延伸方向上延伸，而是特别在槽隙的方向上、特别是优选平行于槽隙的方向上延伸。
36.由此能够实现，本发明的效果能够基本不取决于转子相对于定子的旋转方向。当根据本发明的覆盖单元被布置在转子处时能被证明是特别有利的。但是当将覆盖单元布置在定子中时，也能够由此得出该优点。此外，覆盖单元能够以这种方式，相对于其自身在相应的齿的其中之一上的定位对称地构造，特别是当覆盖单元被构造成多个部分时。
37.此外还提出，通过覆盖单元的角形轮廓构造渐缩区域。角形轮廓使能够简单和低成本地制造覆盖单元。
38.此外还提出，通过覆盖单元的弯曲的轮廓构造渐缩区域。弯曲的例如能够是具有恒定或可变半径等的曲率。弯曲的轮廓当然也能够以与角形轮廓相结合的方式来构造。弯曲的轮廓使能够特别是改进覆盖单元的机械负荷能力或强度。特别是能够改进覆盖单元的稳定性，使得当正好在转子中使用时，能够实现高的负荷能力。
39.此外还提出，在相应的槽的渐缩区域的区域中，覆盖单元的材料在叠片铁芯的径向方向上要比在用于槽的槽隙的区域中的材料更薄。由此能够实现，在用于覆盖单元的基本均匀的材料中，在槽隙的区域中基于磁通量的作用相对于渐缩改进材料的饱和。通过这种结构能够实现，饱和首先出现在渐缩的区域中。总之，由此能够进一步改进转矩波动的降低。
40.此外还提出，覆盖单元的材料至少在相应的渐缩区域的区域中具有比齿更小的铁磁导率。基本上，覆盖单元整体上当然能够具有比齿更小的铁磁导率。由此，能够通过叠片铁芯进一步优化磁通量的导向。此外，针对覆盖单元能够使用材料，该材料仅在比齿的材料具有更大的磁通量密度时示出饱和效应。由此，能够在覆盖单元的区域中减小损耗。
41.改进方案提出，在通过叠片铁芯的轴向的横截面中，通过假想的三角形的两个边限制相应的槽，其中，假想的三角形的另外的、第三边的角与相应的槽的气隙侧的角相一致，并且假想的三角形的高平行于并且局部相同于相应的槽的几何径向重心线在轴向的横截面中延伸，并且其中，假想的三角形的顶点指向远离气隙的方向。优选地，根据等腰形成假想的三角形。在这种情况下优选地设置，在通过叠片铁芯的轴向的横截面中，通过假想的等腰三角形的等长的腰限制相应的槽，其中，假想的三角形的底边的角与相应的槽的气隙侧的角相一致并且假想的三角形的高平行于并且局部相同于相应槽的几何径向重心线在轴向横截面中延伸并且其中，假想的三角形的顶点指向远离气隙的方向。换句话说，通过假想的三角形的两边或腰限制朝向气隙的相应的槽。在此，三角形的邻接三角形第三边或底边的角特别与相应的槽的最靠近气隙的角相一致。在本文中，一致能够表示为全等的或位置相同的。在等腰的假想的三角形的情况下，第三边对应底边。能够通过叠片铁芯、特别是覆盖单元提供在三角形的两边或腰处的边界。这种形式实现了磁通量通过叠片铁芯的特别良好的传导。
42.改进方案提出，在通过叠片铁芯、特别是覆盖单元的轴向的横截面中，相应的槽的气隙侧的边界成v形并且相应的槽的径向扩展朝向v形边界的边缘增加。特别地能够通过假想的三角形的两个边或腰构造v形边界。因此，也能由此实现通过叠片铁芯的磁通量的特别良好的传导。
43.改进方案提出，部分地或完全地通过覆盖单元提供在假想的三角形处的边界或相应的槽的气隙侧的边界。因此，在有些实施方式中，仅能够部分地通过覆盖单元和附加部分地通过叠片铁芯的其他的元件提供相应的边界。在其他实施方式中，完全地通过覆盖单元提供相应的边界。由此磁通量的传导能够分别有利地适配于个别情况。
44.根据改进方案提出，在通过叠片铁芯的轴向的横截面中，在相应的槽的区域中至少近似地按照三角形来设计覆盖单元，可选地通过在径向和轴向方向上对齐的槽隙中断该三角形，其中，三角形的边至少基本平行于叠片铁芯的圆周方向延伸并且三角形的两个其他的边指向相应的槽。换句话说，三角形(按照该三角形形成覆盖单元)能够通过槽隙被中断或被分开。因此，上述三角形能够由两个通过槽隙间隔的较小的三角形组成。在上述含义中至少基本平行于圆周方向表示，三角形的定向具有尽可能平行于圆周方向的定向。然而基于圆周方向的曲率，这仅是近似可行的。例如能够在三角形的区域中按照接收方向的平均定向来定向三角形相应的边。这里描述的三角形能够对应上述假想的三角形、特别是关于假想三角形的位置和方位。通过覆盖单元的在此所述的形式能够更好地传导磁通量。
45.有利地，三角形能够是等腰三角形，根据该三角形在相应的槽的区域中设计覆盖单元。在这种情况下等腰三角形的底边平行于叠片铁芯的圆周方向延伸，并且三角形的两腰指向相应的槽，其中特别地，槽隙平行于并且局部重合于三角形的高延伸。因此，在等腰三角形的情况下，该三角形也能够对应上述假想的三角形、特别是关于该三角形的位置和方位。改进方案基于的认知为，对称的、在等腰三角形的情况下或在个别情况下非对称的设计方案能够导致磁通量的改进的传导。
46.针对根据本发明的叠片铁芯给出的优点和效果同样地也适用于根据本发明的定子、根据本发明的转子以及根据本发明的电机，反之亦然。
附图说明
47.另外的优点、作用和特征根据附图由实施例的以下描述得出。在附图中相同的附图标记表示相同的特征和功能。
48.附图示出：
49.图1示出沿旋转的电机的转子的旋转轴的旋转电机的示意性剖面图，相对于定子能旋转地安装该转子；
50.图2示出根据转子的叠片铁芯的第一设计方案，根据图1在横向于旋转轴的径向方向上的旋转电机的示意性剖面图的截面；
51.图3示出根据转子的叠片铁芯的第二设计方案，根据图1和图2在横向于旋转轴的径向方向上的旋转电机的示意性剖面图；
52.图4示出根据转子的叠片铁芯的第一设计方案，在预定的运行中，具有用于描述磁通量的磁场线的如图2的示意性剖面图；
53.图5示出根据转子的叠片铁芯的第二设计方案，在预定的运行中，具有用于描述磁通量的磁场线的如图3的示意性剖面图；和
54.图6示出用于转子的叠片铁芯的第三设计方案的如图3的示意性剖面图。
具体实施方式
55.图1在示意性剖面图中示出异步电机10作为旋转电机，该异步电机被构造用于连接至三相交流电压网并且该异步电机具有布置为旋转固定的定子12。定子12具有未示出的中央通孔，在中央通孔中围绕旋转轴30能旋转安装地布置转子14。
56.此外，定子12还具有叠片定子铁芯34，在叠片定子铁芯中，通过叠片定子铁芯34的在圆周方向56上布置的齿22来构造槽26，槽基本上平行于旋转轴30延伸。在替换的设计方案中，齿也能够被布置成倾斜的。
57.电导体36示意性示出地布置在槽26中。电导体36形成定子绕组。因此，定子绕组布置在叠片定子铁芯34中。在图1中能够看到经由叠片定子铁芯34的纵向侧从定子绕组突出的绕组头18。图1中的截面是上述沿转子14的旋转轴30的纵剖面，上述转子被构造为鼠笼式转子并且将转子布置在叠片定子铁芯34的未示出的通孔中。
58.转子14能旋转地布置在异步电机10中并且经由未进一步示出的轴承，相对于定子12将转子能够旋转地固定在其位置处，该轴承例如能够通过轴承盖来构造。在安装好的状态中，在定子12与转子14之间构造有气隙20。
59.转子14在异步电机10的预定的运行中能够围绕旋转轴30旋转。
60.转子14具有叠片转子铁芯16，叠片转子铁芯包括表示未进一步示出的转子绕组的电导体38。上述电导体38被构造为杆，杆在叠片转子铁芯16的前侧端部处借助于短路环28短路。由此电导体38彼此电耦合，以便形成笼子。
61.此外，转子14还具有转子轴40，转子轴用作与旋转的机械装置的机械连接。旋转的机械装置能够具有任意的功能，例如用于工业机器、电驱动车辆和/或类似物的驱动功能。此外，机械装置当然还能够是内燃机、风轮和/或类似物。根据运行类型，能够将以旋转运动或转矩形式的机械能输送至鼠笼式转子14，使得异步电机10能够在发电机模式中运行。然而，异步电机也能够通过在异步电机处连接的供电网络获取电能并经由转子14和转子轴40在马达运行中提供转矩。
62.图2在横向于旋转轴30的示意性截面图中示出了相对于定子12能旋转安装的转子14的截面。能够看出，定子12包括叠片定子铁芯34，叠片定子铁芯在圆周方向56上提供齿22，齿形成定子侧的槽26，电导体36布置在槽中。该附图仅是示意性的。电导体36能够通过多个单导体形成，能够根据需要构造单导体，例如构造为杆状的、带状的和/或类似的。也能够相应地构造导体36的横截面。
63.由图2能够看出，这基本上同样也适用于转子14。转子14包括叠片转子铁芯16，叠片转子铁芯在圆周方向56上提供转子侧的齿24，齿构成转子侧的槽32。电导体38布置在转子侧的槽32中。电导体38同样能够如电导体36一样构造在定子侧上。
64.如由图2能够看出，叠片转子铁芯16在气隙侧具有覆盖单元42，上述覆盖单元由分离的各个覆盖元件形成。覆盖单元42在径向方向上限制槽32。同时，覆盖单元42为每个槽32提供相应的槽隙44，同样地，上述槽隙如气隙20一样被构造为气隙并且与气隙20连接。槽隙44在相应的槽32的纵向延伸方向上延伸。上述纵向延伸方向平行于旋转轴30。然而，在替换的设计方案中，能够设置有倾斜部。
65.覆盖单元42在相应的槽32的区域中具有渐缩区域46，在渐缩区域中覆盖单元42的材料在叠片铁芯16的径向方向上要比在邻接渐缩区域46的区域48中的材料更薄。图4在基
于图2的示意性附图中对于转子14根据磁场线58示出，在异步电机10的预定运行中在转子14中磁通量如何构造。能够看出，特别高的磁通量密度出现在槽隙44的区域中。磁通量浓度导致通常所不期望的转矩波动的形成。
66.现在图3如图2，在示意性附图中示出覆盖单元42的设计，该设计能够减小根据图2的设计方案的转矩波动。下面仅阐述根据图3的设计方案相对于根据图2的设计方案的区别。
67.由图3能够看出，覆盖单元42相对于根据图2的覆盖单元42设计有所不同。根据图3的覆盖单元42即——区别于根据图2的覆盖单元42——从现在起对于相应槽32的区域，分别提供两个在叠片铁芯16的圆周方向56上彼此间隔的渐缩区域50、52。另外的结构的特征基本上对应已经在图2中阐述的内容，出于该原因，还附加参考了与此相关的解释。
68.通过覆盖单元42的设计能够实现，从现在起为每个槽32提供两个渐缩区域50、52，使得在异步电机10的预定运行中，磁通量也相应地改变。这根据图5示意性地示出。
69.由图5能够看出，从现在起磁通量集中在覆盖单元42的两个渐缩区域50、52处。由此施加有高磁通密度的区域的数量提高，因此能够整体减小转矩波动。这还表明，通过渐缩区域的数量的进一步提高，对于相应的槽32仍能够进一步减小转矩波动。
70.在图3中，通过覆盖单元42的角形的设计实现该渐缩区域50、52。图6如图3，在示意性附图中示出了替换的设计方案，在该设计方案中渐缩区域50、52具有圆形的轮廓。由此能够实现磁通量改进的稳定性和磁通量必要时改进的导向性。然而，效果基本上能够与根据图3的设计方案的效果相媲美，出于该原因，还参考了这方面相应的实施例。
71.下面的表格描述了用于预定的异步电机的比较值。
72.[0073][0074]
在以上表格中描述了两种运行状态的对比，这两种运行状态通过根据本发明的异步电机和根据现有技术的异步电机的相应的转速彼此区分。在表格中使用的缩略语如下列出：
[0075]
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转速
[0076]
i1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定子电流
[0077]
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转差率
[0078]
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输出转矩
[0079]
pv_solid
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
欧姆损耗
[0080]
pv_fe
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
铁损耗
[0081]
m_wellss
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转矩波动(峰值
‑
峰值)
[0082]
i2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转子电流(峰值
‑
峰值)
[0083]
转差率指的是转子频率与定子频率之比。
[0084]
由表格能够看出，在不需要增大异步电机外部尺寸的情况下，能够通过根据本发明的叠片铁芯增大异步电机的有效功率。由此在相同的结构尺寸的情况下，能够实现异步电机的改进的有效功率。尽管该图表仅针对示例性的异步电机示出该事实，在其他的电机中也能够通过本发明实现相应的优点。
[0085]
在附图中示出的实施例仅用作本发明的解释并且不应旨在限制本发明。