具有改善的抗短路能力的电机

摘要

本发明涉及一种电机(1)，其具有第一和第二有源部分(2，3)。在第二有源部分(3)中布置有永磁体(8)。绕组系统(10)具有多个接点(11)。接点(11)经由相应的第一绕组系(U，V，W)互相地、经由相应的第二绕组系(U'，V'，W')与相接口(12)，并且经由相接口(12)相应地与供给的电压系统(13)连接。第一和第二绕组系(U，V，W，U'，V'，W')引入到第一有源部分(2)的槽(9)中，其与永磁体(8)为了产生电动力而电磁地共同起作用。第一绕组系(U，V，W)具有比第二绕组系(U'，V'，W')更少的槽数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，

其中，电机具有第一有源部分和第二有源部分，

其中，在第二有源部分中布置有永磁体，

其中，绕组系统具有多个接点，其中接点经由相应的第一绕组系互相地连接、并且经由相接口相应地与供给的电压系统连接，

其中，第一绕组系引入到第一有源部分的槽中并且与永磁体为了产生电动力电磁地共同起作用，

背景技术

这种电机是普遍已知的。特别是永磁激励的同步电机，其由三相的交流系统供给，并且其绕组系以三角形电路接线，并且如此地构造。

替选地，绕组系统也能够以星形电路接线。在这种情况下存在唯一的接点，其中接点经由多个第二绕组系和相应的相接口与供给的电压系统连接。在这种情况下第二绕组系引入到第一有源部分的槽中。

在永磁激励的同步电机作为用于电动车辆的牵引马达运行时，由电动车辆的生产商提供符合安全标准的要求。在异步电机的情况中，安全的状态通过脉冲锁(safe pulse off)作用。然而在同步电机中，这种措施基于永磁体的电感效应在绕组系统中没有导致安全状态。基于该原因，在永磁激励的同步电机中，在故障情况中，电机经由供应的逆变器接入到所谓的主动短路中。在主动短路中，电机的相接口全极地互相连接。电机由此可靠地转换到安全状态。相应的方式例如是在2014年发表的Heinz写的著作“用于混合动力车辆和电动车辆的电驱动技术”中的由H.等人所著“在永磁激励的同步电机中的功能安全性”。

在亚琛工业大学的T.Finken在2011年发表的论文“用于混合动力车辆和电动车辆的永磁激励同步电机的适宜行驶循环的设计”中说明，在主动短路期间通过在电机内部出现的瞬时的过程能够产生强烈的电磁场。该场能够如此强，使得其导致部分地或可能甚至完全地引起永磁体的退磁，并且由此持续地减少电机的效率和功率。特别地，在上述论文中描述，在对于退磁最不利的情况是最大的负d电流。在M.Meyer和J.在SPEEDAM 2006年发表的论文“用于对称同步短路的在永磁同步电机中的瞬时电流峰值(Transient Peak Currents in Permanent Magnet Synchronous Motors for Symmetrical Short Circuits)”中指出，这种情况恰恰在瞬时的过程期间在对称的短路时在标准点(Typenpunkt)中出现。

在现有技术中，退磁的问题主要通过第二有源部分的设计方案来专门解决。特别地，永磁体常常布置为V型，其中在其中布置有永磁体的气囊被特别地设计，以防止永磁体出现过高的电磁场。

发明内容

本发明的目的在于，如下地进一步改进上述类型的电机，即抵抗这种类型的退磁。

根据本发明，上述类型的电机如下地设计，

接点经由相应的第二绕组系与相接口连接，

第二绕组系也引入到第一有源部分(Aktivteil)的槽中，并且与永磁体为了产生电动力而电磁地共同起作用，并且

第一绕组系具有比第二绕组系更少的槽数(Lochzahl)。

具有所谓的结合的绕组系统(即，绕组系统，其中多个接点经由相应的第一绕组系互相地、经由相应的第二绕组系与相接口和经由相接口相应地与供应的电压系统连接)的电机是已知的。例如参见在2015年德累斯顿技术大学H.Kasten发表的论文“通过适宜组合绕组改进电机的运行特性”。然而在已知的绕组系统中，第一绕组系具有与第二绕组系相同的槽数(Lochzahl)。

然而，在基于有限元研究的框架中出乎意料地确定，在电机剩余功率数据不变时，永磁体的磁性负载在全极短路时通过根据本发明的电机设计方案能够下降10-20％。在相反的设计方案中，即在以下绕组系统中，其中第一绕组系具有比第二绕组系更高的槽数，与此相反在全极短路时没有发生磁性负载的减少。

优选地，第一绕组系的槽数与第二绕组系的槽数之比在1:1.25和1:4之间。特别优选地，在此比例在1:1.5和1:3之间。作为最优的比例证明为1:2。

如所提及的那样，根据本发明的电机的优点在全极短路时示出。优选地，开关装置也布置在相接口和供应的电压系统之间，借助于其使得相接口在与供应的电压系统分开时能够全极地互相短路。

理论上能够考虑的是，第一绕组系的数量大于第二绕组系的数量。然而，第一绕组系的数量通常等于第二绕组系的数量。

此外，在具体情况中可行的是，接点的数量大于3。例如能够是5。然而通常接点的数量等于3。

电机能够设计为线性驱动装置。然而，电机通常是旋转电机。在这种情况下，第一有源部分设计为定子，第二有源部分设计为电机的转子。

电机原则上能够以任何类型和方式使用。然而其优选应用为电动车辆特别是电动汽车的牵引马达。

附图说明

上述本发明的特征、特点和优点以及如何实现其的方式和方法结合以下根据附图详细阐述的实施例描述结合更清楚易懂。在此在示意性的附图中示出：

图1示出了穿过电机的纵截面，

图2示出了穿过图1的电机的横截面，

图3示出了的包括电能供应系统的图1的电机的绕组系统，

图4示出了替选的绕组系统，

图5示出了定子槽可行的槽配置，

图6示出了定子槽可行替选的槽配置，

图7示出了定子槽另外可行替选的槽配置，和

图8示出了电动车辆。

具体实施方式

根据图1，通常设有标号1的电机具有第一有源部分2和第二有源部分3。根据图1的图示，第二有源部分3设计为电机1的转子，其经由转子轴4和轴承5支承在电机1的壳体6中。由此第二有源部分3能够围绕转动轴线7旋转。与第二有源部分3为转子的设计方案相应地，第一有源部分2设计为电机1的定子。电机1同样设计为旋转电机。然而，其能够原则上同样设计为线性驱动装置。

根据图2，在第二有源部分3中布置永磁体8。永磁体8根据图2中的示意图V型地布置。然而，永磁体8的V型布置在本发明的框架中具有次级意义。第一有源部分2具有槽9。在槽9中布置绕组系统10的各个绕组系。

根据图3，电机1的绕组系统10设计为组合的星型三角绕组。绕组系统10因此也具有多个接点11。接点11经由相应的第一绕组系U，V，W互相连接。接点11此外还经由相应的第二绕组系U'，V'，W'与相接口12连接。经由相接口12，接点11相应地与供应的电压系统13连接。在相接口12和电压系统13之间布置有开关装置14。开关装置14由控制装置15控制。只要涉及到连接到相接口12，电压系统13就涉及多相的电压系统。在内部，电压系统13能够根据需求构造。例如其能够是电池。

根据图3，接点的数量为3。该数量一方面代表接点11的最小数量。同时该数量也代表最常见的设计方案。然而在一些情况中接点11的数量大于3。图4示出了用于具有五个接点11的设计方案的情况。此外，在根据图3的设计方案中，第一绕组系U，V，W的数量与第二绕组系U'，V'，W'的数量相同，如在图4中可见的是，该设计方案与接点11的数量无关。

已经提及并且同时适用于第一绕组系U，V，W和第二绕组系U'，V'，W'地，绕组系U，V，W、U'，V'，W'引入到第一有源部分2的槽9中。在电机1的正常运行中，控制装置15如下地控制开关装置14，即相接口12中的一个相应地经由开关装置14与电压系统13连接。在这种运行状态中，绕组系U，V，W、U'，V'，W'以普遍已知的方式方法与用于产生电动力的永磁体8电磁地共同作用。然而在确定的运行状态、特别是导致电接触保护的运行状态中，相接口12经由开关装置14与电压系统13分开。同时相接口12例如经由开关装置14的共同的接触片16全极地互相短路。在这种运行状态下，绕组系U，V，W、U'，V'，W'与永磁体8共同起作用。然而这种短路能够如已经实施地那样导致永磁体8的退磁。为了减少永磁体8的这种退磁的危险，绕组系U，V，W、U'，V'，W'以特殊的、具有创造性的方式划分到槽9上。图5到图7示出了用于三相的绕组系统10的(即具有三个接点11的绕组系统10)多个可行的设计方案。然而，该设计方案以相似的方式也能够在具有多于三个接点11的绕组系统10中实现。

相应于图5中的图示，在每两个第二绕组系U'，V'，W'之后分别跟随一个第一绕组系U，V，W。在根据图5的设计方案中，第一绕组系U，V，W的槽数与第二绕组系U'，V'，W'的槽数之比因此为1:2。

根据图5的设计方案能够最简单地实现。特别地，在三相绕组系统10中仅仅需要18个、36个、54个、...槽19，以实现将绕组系U，V，W、U'，V'，W'1:1地映射到槽9上。然而其他的设计方案也是可行的。例如可行的是，利用多个绕组系U，V，W、U'，V'，W'占据单个的槽9。

图6示出了另外可行的设计方案。在根据图6的设计方案中，在每三个第二绕组系U'，V'，W'后分别跟随一个第一绕组系U，V，W。在根据图6的设计方案中，第一绕组系U，V，W的槽数与第二绕组系U'，V'，W'的槽数之比因此为1:3。在根据图7的设计方案中，在三相绕组系统10中需要24个、48个、72个、...槽9，以将绕组系U，V，W、U'，V'，W'1:1地映射到槽9上。

图7示出了另外可行的设计方案。在根据图7的设计方案中，在每三个第二绕组系U'，V'，W'后分别跟随两个第一绕组系U，V，W。在根据图7的设计方案中，第一绕组系U，V，W的槽数与第二绕组系U'，V'，W'的槽数之比因此为1:1.5。在根据图6的设计方案中，在三相绕组系统10中需要30个、60个、90个、...槽9，以将绕组系U，V，W、U'，V'，W'1:1地映射到槽9上。

在第一绕组系U，V，W的槽数与第二绕组系U'，V'，W'的槽数之间也能够实现更大的差。然而通常，第一绕组系U，V，W的槽数与第二绕组系U'，V'，W'的槽数之比应在1:1.25和1:4之间。然而在任何情况下，第一绕组系U，V，W具有比第二绕组系U'，V'，W'更少的槽数。

图8示出了根据本发明的电机1的优选的应用。特别地，图8示出了电动车辆17，即电动汽车。根据本发明的电机根据图8作为电动车辆17的牵引马达使用。

总之，本发明因此涉及以下事实：

电机1具有第一和第二有源部分2，3。在第二有源部分3中布置有永磁体8。绕组系统10具有多个接点11。接点11经由相应的第一绕组系U，V，W互相地、经由相应的第二绕组系U'，V'，W'与相接口12，并且经由相接口12相应地与供给的电压系统13连接。第一和第二绕组系U，V，W，U'，V'，W'引入到第一有源部分2的槽9中。其与永磁体8为了产生电动力而电磁地共同起作用。第一绕组系U，V，W具有比第二绕组系U'，V'，W'更少的槽数。

本发明具有重要优点，即在电极1的功率数据不改变时，在全极地短路的情况下实现永磁体8的明显更低的磁性负荷，并且因此明显减低了退磁的相应危险。因此，能够使用具有更低的抗退磁能力的永磁体8。这能够根据实际情况导致显著的成本节约。

尽管在细节上通过优选的实施例详细地阐述和说明了本发明，但本发明并不局限于所公开的实例。并且本领域技术人员能够由此推导出其他的变体，而不偏离本发明的保护范围。