一种特别地用于汽车驱动的电流激发同步电动机制造技术

本发明专利技术公开一种专门用于汽车驱动的电流激发同步电动机（１）。该电动机由定子（２）和带激发器线圈（７）的转子（３）组成，转子（３）具有至少二个转子极（４），每个转子极（４）具有一个激发器线圈（７）。本发明专利技术的主要特征是有至少一个选择性磁通屏障设置在每个转子极（４）中，特别是沿转子极（４）的主轴（４Ａ）以径向槽（８）的形式，用于增加电流激发同步电动机（１）的磁阻力矩。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电流激发同步电动机，特别地适用于汽车驱动。
技术介绍
回顾 自上世纪九十年代以来，汽车制造商和设计人员越来越致力于开发混合驱动型轿 车、跑车和商务车。混合驱动将电动机(并且可选择地具有飞轮)与内燃机结合。如果小 型内燃机仅用于为主电力驱动产生动力(范围扩大)，那么使用术语串联混合。 几年来，因为电池技术显示了巨大进步，所以电动汽车(BEVs)也正在经历复兴。 对于以电力为主要驱动的电动车的要求 在汽车是由电动机提供主要推动动力的情况下，或在电动机是唯一驱动单元的情 况下，动力输出被期望在效率尽可能高的情况下在宽的速度范围和宽的负荷范围内出现。 电动汽车中使用的电动机主要类型 根据现有技术，在此将异步电动机(ASM)、特殊设计的永磁同步电动机(PSM)和开 关磁阻电动机(SRM)区别开。永磁同步电动机(PSM)的优选设计以磁体在转子内部的位置 (内部永磁式电动机IPM)为基础。 开关磁阻电动机(SRM)DE-A-10207267的专利公开了一种具有转子的磁阻电动机，转子由多个层次式部 件构成，层次式部件通过无磁连接元件连接而构成为一个单元。连接元件起到流动屏障的 作用。通常，无磁连接元件比标准钢的连接元件更昂贵，或者为了获得与钢相同的强度值， 无磁连接元件不得不被制成更大尺寸。 同步磁阻电动机(SyR) DE-A-10004175公开一种具有连续流动屏障的同步磁阻电动机。 同步磁阻电动机(SyR)由三相电流运转并且具有与异步电动机相似的定子，由于其设计简约、操作稳健(无转子线圈或磁体)，在实践中适用于具有直径从150毫米到400毫米的定子的节约型工业驱动。缺点在于，与其他电动机类型相比，转矩密度相对较低并且功率因数低，很难用于汽车中，并且因而限于固定应用。 正弦波电动机 根据早期研究结果(参考www. brusa. biz "Antriebsentwicklung《驱动发展》" 的最终研究报告)，正弦波机械的优点在于其在转动角度之上恒定的扭矩输出，并且相对于 方波电动机具有低的发展自谐波磁场的噪音。这也表明其自身从电源(电池或电动机变换 器)吸收稳定动力。 如果电动机变换器直接地从电池(电池链)获得能量，那么方波电动机情况下的 谐波磁场会产生更迭载荷，其导致电池的内部磁阻额外损耗。因为正弦波电动机无谐波磁 场，因此可在转动角度之上获得恒定能量，对供能电池的内部磁阻也不会造成额外损耗。 对于在其中电动机变换器直接地从电池获得能量的主驱动系统的狭窄的选择中，根据现有技术，具有正弦曲线气隙磁场分布的类型，例如异步电动机(ASM)和内部永磁式 同步电动机(IPM)，因而特别地适用。 电流激发同步电动机 众所周知，电流激发同步电动机(CSM)具有与其他正弦波电动机相比类似的定 子。但是，该转子设置有明显的极(不突出极或凸极)，直流电流过的转子线圈与其同位。 在电流激发同步电动机中，在转子中的激发器能量因而必须从外面供给。大型机器中，传输 可以以非接触方式(通过变压器)进行。在用于汽车驱动的小型电动机的情况下，电动机 具有直径从150毫米到400毫米的定子，并且在需要大动态范围转子电流调节的情况下，传 输通过电刷和滑环进行。因此，CSM和直流电动机(DCM)属于电刷式电动机，其中，能量传 输通过电刷到转子进行。 所有同步电动机的基本特性 所有同步电动机的转子都与定子电流的场同步地旋转。如果转子不能以定子频率 旋转，或者定子磁场不适应转子位置，那么转子和定子磁场的异步叠加仅产生钟摆式力矩。 当将其用于汽车驱动时，所有类型的同步电动机原则上都需要通过转子位置控制的频率变 换器。 传统电流激发同步电动机的基本特性 在带动态激发的情况下，电流激发同步电动机能够获得2. 5倍的公称力矩约30秒 并且达到4倍公称力矩约5秒。在它们的短期力矩的情况下，该电动机大多优于同尺寸的 永磁式同步电动机。当与具有埋式磁体的同步电动机(IPM电动机)比较时，差异特别地明 显。在埋式磁体同步电动机中，磁体被插入到转子薄片槽中。 CSM电动机通过电刷传递能量 根据流行观点，通常不考虑电刷式电动机，因为这种技术很难在创新产品市场占 有一席之地，原因是机械电刷易损，使用寿命有限。 由于常规性偏见，往往在直流电动机(DCM)的转换器和电流激发同步电动机 (CSM)的相当的滑环之间没有加以足够的区分。同时，对于直流电动机(DCM)，整个电动机 能量是通过转换器传输到转子上的，被传到电流激发同步电动机(CSM)滑环上的激发器能 量仅在整个电动机能量为低一位数的百分比范围内。在电流激发同步电动机(CSM)的情况 下，如在用于汽车驱动的全部其他同步电动机的情况下，有效的电动机能量通过频率变换 器传输到定子。 根据现有技术的电流激发同步电动机(CSM)的缺点 在没有激发(紧急扭矩)的情况下运行的电流激发同步电动机的扭矩只能由磁阻 产生。磁阻是无因次变量，由纵轴线Ld的感应系数与横轴线Lq的感应系数的比决定。在 凸极式电动机中，Ld >> Lq， Ld是纵轴线感应系数，主要有空气隙决定；Lq是横轴线感应 系数，主要由极的几何位置决定。 在传统凸极式电动机中，如果在电流激发同步电动机中，激发失败，只能获得大约 公称力矩1/4的力矩，并且在不突出极电动机的情况下，根本不能获得力矩。这会导致在一 定条件下的危险的驱动情形。 紧急运行特性差或不能进行紧急运行，这就是为什么那些本领域技术人员相信电 流激发同步电动机(CSM)本质上仍不能满足汽车驱动(参见例如上文引用的最终研究报告)。
技术实现思路
通过增加磁阻来提高紧急运行性能 本专利技术的目的是提供一种改进的技术方案，借此，关于电流激发同步电动机(CSM)的现有技术中的缺点可以被显著地减少或者消除。电流激发同步电动机将被进一步改进，从而能够产生足够扭矩用于在不激发的紧急情况下驱动汽车。因此本专利技术的目的是在没有被在电流激发同步电动机(CSM)中的电流(磁阻力矩)激发的情况下，显著地增加扭矩。 本专利技术的一个主要特征是至少有一个可选择性磁通屏障，特别是径向槽的形式，沿转子极的主轴线设置，用于增加在每个转子极中的磁阻力矩。根据进一步改进，转子极优选地是凸极形式。 根据权利要求l的磁通屏障增加了在q轴线(正交轴线)中的磁通线的磁性阻抗，并且因此实现磁阻的增加。 根据本专利技术的成果的有利的进一步改进在从属权项要求中说明。 改良CSM电动机技术前提 与
技术介绍
不同，传统电流激发同步电动机被用作启动点，并且目的是进一步发展它用于汽车驱动。根据本专利技术所述，专利技术以下面重要发现为基础和先决条件，这些基础和条件对于增强电流激发同步电动机紧急条件下的运行能力至关重要。 沿主轴或转子极的d轴线的磁屏障； 它可极大降低横轴线(Lq)的感应系数； 但是主轴线(Ld)的感应系数仍处于最初的高位值，结果， 极大增加了 Ld/Lq的比值，产生磁阻，并且扭矩被增加几倍，例如在没有激发的情况下，因数为4。 降低了对关键原材料的要求 经过在这一领域的长期应用和冲破上述偏见后，公认电流激发同步电动机为汽车生产商提供了技术上更有利的可能性，用于保护生产商使其免受对于高性能磁性材料和所谓稀有磁体(REE磁体)的价格依赖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流激发同步电动机（１），特别适用于汽车驱动，包括定子（２）和转子（３），所述转子（３）具有至少二个转子极（４），每个转子极具有一个激发器线圈（７），其中至少一个选择性磁通屏障，特别地以径向槽（８）的形式沿转子极（４）的主轴（４Ａ）设置在每个转子极中用于增加所述同步电动机的磁阻力矩。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺马陶，
申请(专利权)人：布鲁萨电子公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]