本發(fā)明涉及一種用于具有機械磁場減弱的電機譬如發(fā)電機或電動機的定子疊片或定子裝置。此外，本發(fā)明涉及一種具有機械磁場減弱的電機，該電機具有根據(jù)本發(fā)明的定子疊片。

背景技術(shù)：

已知諸如具有永磁體勵磁的同步電機的電機，其具有通過轉(zhuǎn)子軸承裝置圍繞轉(zhuǎn)子軸線可轉(zhuǎn)動地支承的轉(zhuǎn)子以及包圍轉(zhuǎn)子的定子。轉(zhuǎn)子軸承裝置具有例如兩個滾動軸承，所述滾動軸承彼此間隔地設(shè)置。轉(zhuǎn)子例如具有轉(zhuǎn)子軸，在該轉(zhuǎn)子軸上在也稱為有源區(qū)的軸向子區(qū)域中設(shè)置有永磁體、尤其經(jīng)由載體板設(shè)置。載體板例如經(jīng)由擠壓連接保持到轉(zhuǎn)子軸上。定子例如具有電工鋼片，該電工鋼片設(shè)置有繞組并且沿著徑向方向包圍轉(zhuǎn)子的軸向子區(qū)域。通過轉(zhuǎn)子圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)，因此感生的電壓Ui可引入定子的繞組中。同樣，通過在定子的繞組中產(chǎn)生交變電壓可以產(chǎn)生交變磁場，通過交變磁場可以引起轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。

永磁體激勵的機器由于有永磁體而具有恒定的勵磁。感生的電壓Ui的幅值與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、極對數(shù)以及磁鏈成比例。因此，感生的電壓Ui根據(jù)下述等式可確定：

Ui＝ω*p*Ψ_PM

其中ω是轉(zhuǎn)子的角速度，p是極對數(shù)和Ψ_PM是磁鏈。

為了實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)子的特別高的轉(zhuǎn)子速度，通常需要磁場減弱，以便不超過感生的電壓Ui的最大值。在磁場減弱中，引起在定子與轉(zhuǎn)子之間的電磁相互作用。在此情況下，在電磁場減弱與機械磁場減弱之間予以區(qū)分。

電磁場減弱例如可以通過在相電流中預(yù)設(shè)負(fù)的電流分量來實現(xiàn)。由此，勵磁場的作用通過所注入的電流分量被部分補償并且擴寬了轉(zhuǎn)速范圍。然而，注入的電流分量在具有在轉(zhuǎn)子表面上安置的永磁體的電機中不能供轉(zhuǎn)矩形成所用，但導(dǎo)致電樞電流提高并且因此導(dǎo)致電機承受強的熱負(fù)荷。

機械磁場減弱例如可以通過使轉(zhuǎn)子相對于定子軸向相對偏移來實現(xiàn)。通過轉(zhuǎn)子相對定子的軸向偏移，轉(zhuǎn)子的有源區(qū)譬如具有永磁體的區(qū)域與定子尤其定子的具有電工鋼片和繞組的區(qū)域的重疊設(shè)計得可變。以此方式可以影響磁鏈并且可有目的地控制感生的電壓Ui。

利用轉(zhuǎn)子的有源區(qū)與定子的相對大的重疊可以實現(xiàn)相對高的磁鏈并且因此可以實現(xiàn)相對高的感生的電壓或在負(fù)載下實現(xiàn)高的轉(zhuǎn)矩。因此，利用轉(zhuǎn)子的有源區(qū)與定子的相對小的重疊，可以實現(xiàn)相對低的磁鏈并且因此可以實現(xiàn)相對低的感生的電壓。轉(zhuǎn)子的這種軸向偏移根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或定子的繞組中的中間回路電壓很有意義地被調(diào)節(jié)，其中轉(zhuǎn)速或者中間回路電壓的提高通常通過減小轉(zhuǎn)子的有源區(qū)與定子的重疊來補償。以此方式可以將感生的電壓控制或調(diào)節(jié)到額定值。

這種電機具有如下缺點：隨著轉(zhuǎn)速上升，由于定子的反復(fù)磁化而在定子中出現(xiàn)鐵耗(Eisenverluste:鐵心損耗)，因為定子的反復(fù)磁化的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成比例。鐵耗由多個損耗成分組成，這些損耗成分部分線性地、二次方地或以大于1的指數(shù)地與反復(fù)磁化的頻率相關(guān)。此外，鐵耗與定子的構(gòu)造譬如定子尺寸和定子材料有關(guān)。因此，這些鐵耗在下文中稱作比鐵耗。具有相對小的比鐵耗的定子只能非常耗費地制造并且因此造成制造上的特別高的成本。相反，成本低廉的定子具有較高的比鐵耗并且尤其不適合較高的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或只能有條件地適合較高的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。已知的電機因此具有如下缺點：所述電機具有的比鐵耗與制造成本的關(guān)系并不有利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種定子疊片以及一種電機，它們至少部分沒有上述的缺點。本發(fā)明的目的尤其是提出一種定子疊片以及一種電機，它們具有的比鐵耗與制造成本的關(guān)系相較于現(xiàn)有技術(shù)中已知的定子或電機得以改善并且因此適合于使用在要求相對高的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的設(shè)備中。

上述目的通過權(quán)利要求來解決。該目的尤其通過具有獨立權(quán)利要求1的特征的定子疊片以及具有獨立權(quán)利要求10的特征的電機來解決。在此，從屬權(quán)利要求描述了根據(jù)本發(fā)明的定子疊片或根據(jù)本發(fā)明的電機的優(yōu)選的實施形式。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的通過用于具有機械磁場減弱的電機的定子疊片來解決，該定子疊片具有：第一定子區(qū)域，該第一定子區(qū)域具有第一繞組和第一電工鋼片，該第一電工鋼片用于提高第一繞組的磁通密度。該定子疊片具有第二定子區(qū)域，該第二定子區(qū)域具有第二繞組和第二電工鋼片，該第二電工鋼片用于提高第二繞組的磁通密度，其中第一電工鋼片和第二電工鋼片不同地構(gòu)成并且具有不同的比鐵耗。

定子疊片在本發(fā)明的意義下等同于多件式定子，該定子具有至少兩個不同地構(gòu)成的定子區(qū)域，其中至少定子區(qū)域的電工鋼片不同地構(gòu)成。因此，定子區(qū)域具有不同的比鐵耗。

電工鋼片用作用于由金屬線構(gòu)成的線圈或繞組的鐵心材料，用以產(chǎn)生磁場或通過感應(yīng)產(chǎn)生電流。由繞組產(chǎn)生的磁場可以通過電工鋼片來增強。通過電工鋼片的鐵磁特性提高線圈或這種繞組的磁導(dǎo)率并且因此提高線圈或這種繞組的磁通密度。根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語“電工鋼片”尤其理解為多個電工鋼片的堆疊，其中術(shù)語“板厚”指的是堆疊的各個電工鋼片的厚度。這種堆疊優(yōu)選具有電絕緣部，電絕緣部分別設(shè)置或構(gòu)成在兩個相鄰的電工鋼片之間。由此可以減小電工鋼片或堆疊中的渦流。

磁交變場在電工鋼片中引起持續(xù)的反復(fù)磁化。在電工鋼片的反復(fù)磁化中的磁化損耗也稱作鐵耗。在例如構(gòu)成為用于產(chǎn)生交變磁場的電機中出現(xiàn)鐵耗，由此降低了電機的效率。對于鐵耗的大小而言關(guān)鍵的是電工鋼片的構(gòu)造以及電工鋼片的反復(fù)磁化的頻率。根據(jù)本發(fā)明，電工鋼片不同地構(gòu)成，使得電工鋼片具有不同的比鐵耗。比鐵耗與定子的電工鋼片的構(gòu)造有關(guān)。鋼片厚度的增大導(dǎo)致渦流損耗的升高并且因此導(dǎo)致比鐵耗增大。鋼片厚度的縮小因此導(dǎo)致渦流損耗降低并因此導(dǎo)致比鐵耗減小。

根據(jù)本發(fā)明的定子疊片相對于傳統(tǒng)定子具有如下優(yōu)點：電機的定子成本與鐵耗的關(guān)系得以改善。定子疊片在此可以設(shè)置在電機上，使得電機的軸向上可偏移的轉(zhuǎn)子軸的有源部分在轉(zhuǎn)速比較低時(在該轉(zhuǎn)速情況下在兩個定子區(qū)域中鐵耗方面的差異就效率而言并不是決定性的)沿著徑向方向具有與兩個定子區(qū)域的重疊。在較高的轉(zhuǎn)速時(在該轉(zhuǎn)速情況下第一定子區(qū)域與第二定子區(qū)域相比會造成明顯更高的鐵耗)，轉(zhuǎn)子軸可偏移到使得有源部分與第一定子區(qū)域的重疊比與第二定子區(qū)域的重疊更大。優(yōu)選地，定子疊片構(gòu)成為使得在較高的轉(zhuǎn)速情況下可以實現(xiàn)第一定子區(qū)域和轉(zhuǎn)子軸的有源部分沒有重疊。由于第一定子區(qū)域可以相比于第二定子區(qū)域更為成本有利地制造，根據(jù)本發(fā)明的定子疊片具有根據(jù)第二定子區(qū)域構(gòu)成的等大的定子的顯著更低的制造成本。由于在較高轉(zhuǎn)速時有源部分與第一定子區(qū)域未重疊或與第一定子區(qū)域只有小的重疊，在高轉(zhuǎn)速的情況下不會出現(xiàn)由第一定子區(qū)域造成的超比例的高鐵耗。因此，定子疊片在高轉(zhuǎn)速情況下與明顯更昂貴的等大的定子一樣，該定子根據(jù)第二定子疊片構(gòu)成。換言之，根據(jù)本發(fā)明的定子疊片在制造成本明顯減小的情況下具有定子成本明顯密集和適于高轉(zhuǎn)速的優(yōu)點。

根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式，第一電工鋼片與第二電工鋼片相比具有更大的厚度。鋼片厚度是沿著軸向方向的延伸。優(yōu)選地，第一電工鋼片的厚度為第二電工鋼片的厚度的兩倍至三倍。在電機運行時在具有更大的鋼片厚度的電工鋼片中與在由相同材料構(gòu)成的具有較小的鋼片厚度的電工鋼片中相比感生更高的渦流。此外，具有更大的鋼片厚度的電工鋼片通常與由相同材料構(gòu)成的具有較小的鋼片厚度的電工鋼片相比具有更高的極化。這尤其具有如下優(yōu)點：以成本低廉的方式可以在低轉(zhuǎn)速時實現(xiàn)電壓的改善的感生。

優(yōu)選地，第一電工鋼片具有與第二電工鋼片不同的材料。這例如意味著：第一電工鋼片具有第一材料而第二電工鋼片具有第二材料。在此，第一材料優(yōu)選比第二材料成本更低廉。其他材料意味著，例如第一電工鋼片與第二電工鋼片相比具有不同的合金或由其他金屬形成。優(yōu)選地，第一材料與第二材料相比成本更低廉。用于電工鋼片的優(yōu)選材料是硅鐵，其中主要成分是鐵并且硅含量在1.5％與4％之間。可以設(shè)定：該材料具有鋁成分。借助不同的材料可以實現(xiàn)電工鋼片的不同導(dǎo)電性。這具有其他優(yōu)點：利用簡單手段可以通過使用成本低廉的材料來減小定子疊片的制造成本。

在此優(yōu)選的是，第一電工鋼片與第二電工鋼片相比具有更低的合金化程度(Legierungsgrad：添加劑含量)。優(yōu)選地，第二電工鋼片與第一電工鋼片相比具有更高的硅含量和/或鋁含量。具有更低的合金化程度的材料與具有較高的合金化程度的材料相比可成本更為低廉地制造。因此，以有利的方式以及以簡單的手段可以減小定子疊片的制造成本。

優(yōu)選地，第一電工鋼片與第二電工鋼片具有更高的導(dǎo)電性。相比于具有更高的導(dǎo)電性的電工鋼片，利用具有更低的導(dǎo)電性的電工鋼片優(yōu)選在高轉(zhuǎn)速的情況下可以實現(xiàn)按比例更低的渦流損耗。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的是，第一定子區(qū)域沿著軸向方向設(shè)置在第二定子區(qū)域旁。尤其優(yōu)選地，第一定子區(qū)域直接設(shè)置在第二定子區(qū)域旁，使得在第一定子區(qū)域和第二定子區(qū)域之間沒有間隙構(gòu)成。沿著軸向方向表示沿著電機的定子軸線的方向。因此，通過轉(zhuǎn)子軸的偏移可以實現(xiàn)使得轉(zhuǎn)子軸的有源區(qū)在第一位置中具有與第一定子區(qū)域和第二定子區(qū)域的重疊、而與在第一位置中相比在第二位置中具有與第一定子區(qū)域的較小的重疊，優(yōu)選在與第二定子區(qū)域的重疊保持不變或基本上保持不變的情況下。這具有如下優(yōu)點：根據(jù)本發(fā)明的定子疊片代替?zhèn)鹘y(tǒng)定子可以用于電機，而電機的構(gòu)造不必顯著地改變。由此，可以以簡單的方式減小電機的制造成本。

在本發(fā)明的一種有利的設(shè)計方案中，第一定子區(qū)域沿著軸向方向設(shè)置在兩個第二定子區(qū)域之間。該布置也可以稱作夾心布置并且尤其適合于具有分體式轉(zhuǎn)子軸的電機，所述轉(zhuǎn)子軸沿著軸向方向可以彼此遠離或彼此聚攏地運動。

優(yōu)選地，第一繞組和第二繞組構(gòu)成為共同繞組的不同區(qū)域。共同繞組因此是如下繞組，該繞組在第一電工鋼片和第二電工鋼片之上延伸。優(yōu)選地，根據(jù)傳統(tǒng)定子的繞組構(gòu)成共同繞組，該傳統(tǒng)定子代替第一電工鋼片和第二電工鋼片具有共同的電工鋼片。這具有如下優(yōu)點：簡化定子疊片的制造。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施形式中，第一定子區(qū)域具有第一軸向長度而第二定子區(qū)域具有第二軸向長度，其中第一軸向長度在第二軸向長度與三倍第二軸向長度之間。第一定子區(qū)域占定子疊片的較大的比例具有如下優(yōu)點：減小了定子疊片的制造成本，因為第一定子區(qū)域與第二定子區(qū)域相比可成本更為低廉地制造。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該目的根據(jù)本發(fā)明通過具有機械磁場減弱的電機來解決，其中電機具有帶有轉(zhuǎn)子軸線的轉(zhuǎn)子軸。在轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有至少一個磁體。此外，該電機具有根據(jù)本發(fā)明的定子疊片。

電機例如構(gòu)成為電動機和/或發(fā)電機。機械磁場減弱優(yōu)選通過轉(zhuǎn)子軸沿著轉(zhuǎn)子軸線(Rotorwellenachse)的方向運動或偏移來實現(xiàn)?？商孢x地也可以設(shè)定，定子沿著轉(zhuǎn)子軸線的方向軸向運動或偏移。

與結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的定子疊片所描述的相同優(yōu)點適用于電機。

附圖說明

下面借助附圖詳細進一步描述本發(fā)明。在附圖中分別示意性示出：

圖1以側(cè)視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的電機的第一實施例，其中轉(zhuǎn)子軸設(shè)置在第一位置中；

圖2以側(cè)視圖示出了圖1中的電機，其中轉(zhuǎn)子軸設(shè)置在第二位置中；

圖3以側(cè)視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的具有兩個轉(zhuǎn)子軸區(qū)段的電機的第二實施例，所述轉(zhuǎn)子軸區(qū)段設(shè)置在第一位置中；以及

圖4以側(cè)視圖示出了圖3中的電機，其中轉(zhuǎn)子軸區(qū)段分別設(shè)置在第二位置中。

具體實施方式

圖1以側(cè)視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的電機2的第一實施形式。電機2具有第一實施形式的轉(zhuǎn)子軸7，該轉(zhuǎn)子軸具有轉(zhuǎn)子軸線8，轉(zhuǎn)子軸線的端部區(qū)域分別通過軸承11可轉(zhuǎn)動地支承在未示出的殼體上。在轉(zhuǎn)子軸7的中間區(qū)域上設(shè)置有具有磁體9的載體板10，其中載體板10在圓周上包圍轉(zhuǎn)子軸7。轉(zhuǎn)子軸7的中間區(qū)域因此構(gòu)成為有源區(qū)。在該圖示中，繪出了轉(zhuǎn)子軸7在第一位置中。第一位置尤其設(shè)定用于電機的定子以及用于低轉(zhuǎn)速。

包圍轉(zhuǎn)子軸7地設(shè)置第一實施形式的根據(jù)本發(fā)明的定子疊片1，該定子疊片剖切地示出。定子疊片1具有：第一定子區(qū)域3，第一定子區(qū)域具有第一電工鋼片4和未示出的第一繞組；以及第二定子區(qū)域5，第二定子區(qū)域具有第二電工鋼片6和未示出的第二繞組。第一定子區(qū)域3和第二定子區(qū)域5沿著定子軸線8的方向彼此緊靠地設(shè)置。第一定子區(qū)域3根據(jù)成本低廉的定子構(gòu)成，該定子尤其在高轉(zhuǎn)速的情況下具有高的比鐵耗。第二定子區(qū)域5根據(jù)成本高的定子構(gòu)成，該定子尤其在高轉(zhuǎn)速的情況下具有比較低的比鐵耗。在第一位置中，磁體9或轉(zhuǎn)子軸7的有源區(qū)完全設(shè)置在定子疊片1內(nèi)，使得在繞組中有限定的電流的情況下可以實現(xiàn)最大的轉(zhuǎn)矩，至少對于低的轉(zhuǎn)速而言。

在圖2中繪出了圖1中的電機2，其中轉(zhuǎn)子軸7沿著運動方向B從第一位置運動到第二位置中。在第二位置中，磁體部分地設(shè)置在第二定子區(qū)域5中而部分地設(shè)置在定子疊片1之外。磁體9的可忽略不計的部分還設(shè)置在第一定子區(qū)域3內(nèi)。優(yōu)選地，在第二位置中不再有磁體9設(shè)置在第一定子區(qū)域3之內(nèi)，例如在最大運行轉(zhuǎn)速的情況下。第二位置尤其設(shè)定用于在較高的轉(zhuǎn)速情況下電機2的運行，在該較高的轉(zhuǎn)速下第一定子區(qū)域3與第二定子區(qū)域5相比會引起明顯更高的鐵耗。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的電機2的第二實施形式的側(cè)視圖。電機2具有第二實施形式的轉(zhuǎn)子軸7，轉(zhuǎn)子軸具有轉(zhuǎn)子軸線8，其中轉(zhuǎn)子軸7在第二實施形式中兩體式地分成優(yōu)選等長的轉(zhuǎn)子軸線區(qū)段7a。轉(zhuǎn)子軸區(qū)段7a的彼此背離的端部區(qū)域分別經(jīng)由軸承11可轉(zhuǎn)動地支承在未示出的殼體上。在轉(zhuǎn)子軸區(qū)段7a的彼此朝向的端部區(qū)域上分別設(shè)置具有磁體9的載體板10，其中載體板10在圓周上包圍相應(yīng)的轉(zhuǎn)子軸區(qū)段7a。轉(zhuǎn)子軸區(qū)段7a的彼此朝向的端部區(qū)域因此構(gòu)成為有源區(qū)。在該圖示中，繪出了轉(zhuǎn)子軸區(qū)段在第一位置中。

在圖4中繪出了圖1中的電機2，其中轉(zhuǎn)子軸區(qū)段7a沿著運動方向B或B'從第一位置彼此遠離地運動到第二位置中。在第二位置中，磁體部分地設(shè)置在第二定子區(qū)域5中和部分地設(shè)置在定子疊片1之外。磁體9的可忽略不計的部分還設(shè)置在第一定子區(qū)域3之內(nèi)。優(yōu)選地，在第二位置中不再有磁體9設(shè)置在第一定子區(qū)域3之內(nèi)。

附圖標(biāo)記列表

1 定子疊片

2 電機

3 第一定子區(qū)域

4 第一電工鋼片

5 第二定子區(qū)域

6 第二電工鋼片

7 轉(zhuǎn)子軸

8 轉(zhuǎn)子軸線

9 磁體

10 載體板

11 軸承

B 運動方向