电机

摘要

本发明涉及一种异步电机（1）、尤其感应机，所述异步电机包括：具有布置在定子轭（21）处的定子齿（22）的柱体的定子（2），其中所述定子轭（21）沿径向方向的轭高度（hy1）与定子槽（23）沿径向方向的槽高度（hn1）的比例在1.75到2.5之间；具有布置在转子轭处的转子极（42）的柱体的转子（4），所述转子极通过短路绕组限定在转子体（41）中，其中所述转子体（41）沿径向方向的轭高度与转子槽沿径向方向的槽高度的比例在2到2.75之间。

权利要求

1.异步电机（1），所述异步电机包括：

- 具有布置在定子轭（21）处的定子齿（22）的柱体的定子（2）；

- 具有布置在转子轭处的转子极（42）的柱体的转子（4），所述转子极通过短路绕组限定在转子体（41）中，其中所述定子轭（21）沿径向方向的轭高度（hy1）与定子槽（23）沿径向方向的槽高度（hn1）的比例在1.75到2.5之间，其中所述转子体（41）沿径向方向的轭高度与转子槽沿径向方向的槽高度的比例在2到

2.75之间。

2.按权利要求1所述的异步机（1），其中所述定子槽（23）的、与所述定子槽（23）的齿顶邻接的区域的槽宽度（nb1）与槽底部处的槽宽度（nb2）的比例在0.9到1.1之间。

3.按权利要求1或2所述的异步机（1），其中所述异步机构造为三相机。

4.按权利要求3所述的异步机（1），其中所述异步机包括多个三相系统，所述三相系统彼此以0°或者30°为幅度错开。

5.按权利要求1或2所述的异步机（1），其中所述短路绕组以铝、铜或者具有还更高的导电性的材料构造。

6.按权利要求1或2所述的异步机（1），其中所述转子体（21）通过利用冷却介质的四面冲刷来冷却。

7.按权利要求1所述的异步机（1），其中所述异步机是感应机。

8.按权利要求6所述的异步机（1），其中所述冷却介质是油或者空气。

说明书

电机

技术领域

[0001] 本发明涉及电机、尤其异步机。本发明尤其涉及用于提高在异步机的最大转速的情况下的功率的措施。

背景技术

[0002] 电机一般具有定子和转子。对于异步机而言，定子包括定子绕组，通过所述定子绕组产生环绕的定子磁场。所述环绕的定子磁场以下述转速运动，所述转速相当于操控的系统的基本频率和所述电机的极对数的商。

[0003] 与同步机不同的是，对于异步机而言，转子包括短路的导体。只要所述转子的机械转速与同步转速有偏差，那么穿过所述短路的导体的磁通量发生变化，从而使得在其中感应出电流。所感应的电流引起励磁磁场，所述励磁磁场与定子磁场相互作用并且由此产生转矩。

[0004] 异步马达相对于同步马达具有下述优点：不需要永磁体。因此，由于高可靠性和高效率，所述异步马达经常在行驶循环相关的领域中作为牵引马达用于电动马达形式运行的机动车、牵引机和类似机器。

[0005] 在公开文献US 8,154,167 B2中描述了一种高效率的异步机，所述异步机具有高的力矩密度和高的最大转速，其中定子轭厚度比定子齿长度大30%到70%之间，并且转子轭厚度比转子齿长度大30%到70%之间。

[0006] 公开文献EP 2 202 871 A2公开了一种具有定子的电机，其中定子轭厚度与定子齿宽度的比例至少能够为5：1，并且转子轭厚度与转子齿宽度的比例至少能够为5：1。

[0007] 异步马达由功能决定而需要在定子与转子之间良好的电磁耦合。没有通过定子和转子联结的磁通量的份额被称为漏损通量（Streufluss）并且降低了电机的能够达到的转矩。当所述电机在电压极限处并且以最大的转矩运行时，所述能够达到的转矩的降低特别高。这尤其对于牵引马达而言在高马达转速的情况下出现。于是磁通量的泄漏降低了在高转速的情况下能够达到的转矩，从而使得在例如存在剧烈的风阻的情况下或者在斜坡处不能保持高的车速或者延长了加速过程。

[0008] 因此，本发明的任务在于，提供一种电机，所述电机在高转速的情况下具有尽可能高的功率，而没有在其它运行区域中获得恶化的特性。

发明内容

[0009] 该任务通过根据权利要求1的异步机进行解决。

[0010] 其它设计方案在从属权利要求中给出。

[0011] 根据一方面规定了一种异步电机、尤其感应机，所述异步电机包括：

[0012] -具有布置在定子轭处的定子齿的柱体的定子；

[0013] - 具有布置在转子轭处的转子极的柱体的转子，所述转子极通过短路绕组（Kurzschlusswicklung）限定在转子体中，

[0014] 其中所述定子轭沿径向方向的轭高度与定子槽沿径向方向的槽高度的比例在1.75到2.5之间，并且/或者所述转子体沿径向方向的轭高度与转子槽沿径向方向的槽高度的比例在2到2.75之间。

[0015] 上述异步机以下述方式确定尺寸，使得在定子与转子之间实现特别好的电磁耦合。漏损通量尤其通过槽几何尺寸的设计得以显著降低。槽越短和越宽，那么槽泄漏越低。但是，如果槽变宽，那么降低了齿的横截面，所述齿应当导引磁通量。这可能导致在低转速的情况下的最大的转矩的降低。上述异步机与下述设计相对应，对于所述设计而言降低了槽泄漏，但是没有损害在低转速的情况下的最大的转矩。此外，通过上述设计给出的短的槽实现了轭宽度的提高，这又促使所述轭的磁卸载（magnetische Entlastung）。

[0016] 鉴于上述认识，由此在定子的轭高度与槽高度之间就1.75到2.5之间的比例而言得出折衷，并且/或者转子中的轭高度与槽高度的比例在2到2.75之间得出折衷。由此相对于传统的几何尺寸以高达50%为幅度实现了对异步机的漏损指数的降低。

[0017] 能够规定，所述定子槽的、与所述定子槽的齿顶邻接的区域的槽宽度与槽底部处的槽宽度的比例在0.9到1.1之间。

[0018] 根据一种实施方式，所述异步机能够构造为三相机。

[0019] 所述异步机尤其能够包括多个三相系统，所述三相系统彼此以0°或者30°为幅度错开。

[0020] 所述短路绕组能够以铝、铜或者具有还更高的导电性的材料构造。

[0021] 此外，所述转子体能够通过利用冷却介质、尤其油或者空气的四面冲刷（Ümspülen）来冷却。

附图说明

[0022] 实施方式在下文中借助于附图进行进一步阐释。其中：

[0023] 图1示出了具有在高转速的情况下改善的功率的异步机的横截面图；

[0024] 图2示出了图1的异步机的截取区段，以用于展示转子和定子的尺寸；并且[0025] 图3示出了图1的异步机的另一截取区段图连同定子槽的尺寸的示图。

具体实施方式

[0026] 图1示出了旋转的电机1的横截面图，所述电机具有定子2，所述定子构造为外定子。所述电机构造为异步机、尤其感应机。

[0027] 所述定子2是圆柱体的并且具有柱体的定子轭21和连接到所述定子轭21处的定子齿22。所述定子齿22从所述定子轭21向内伸出并且如此限定了圆柱体的内空隙3。

[0028] 定子槽23以适合的方式设有（未示出的）定子线圈24，所述定子槽在所述定子齿22之间形成，所述定子线圈在相应的电操控时能够产生环绕的定子磁场。

[0029] 在所述圆柱体的内空隙3中设置有基本上圆柱体的、形式为内转子的转子4。所述转子具有转子体41。所述转子体41具有转子极42，所述转子极设置在短路绕组43之间，所述短路绕组在所述转子体41中嵌入在转子槽44中。所述短路绕组43能够例如通过注入（Eingießen）直接嵌入到所述转子体中或者放入到所述转子体41的转子槽44中。所述转子绕组也能够被插入。

[0030] 异步机由功能所决定而需要在定子2与转子4之间良好的电磁耦合。由于漏损通量、也就是说没有通过定子2和转子2联结的磁通量降低了机器的转矩。当所述机器在电压极限处并且以最大的转矩运行时，那么尤其出现所述转矩的降低。这通过牵引机、尤其在高马达转速的情况下实现。

[0031] 在低转速的情况下，所述最大转矩被用于转子的材料的热极限和磁极限限制，而在高转速的情况下，所述最大转矩几乎仅被磁泄漏限制。原则上困难的是，通过电机的电磁设计来影响布置在轴向的端部处的绕组头的区域中的磁泄漏和短路环中的磁泄漏。此外，场泄漏能够作为对整个磁泄漏的贡献以下述方式降低：定子槽和转子槽的数量足够大。

[0032] 对磁泄漏的另一贡献为槽泄漏，所述槽泄漏能够通过对所述定子2和所述转子4的槽几何尺寸的适合的适配得以降低。尤其已经确认：定子槽23越短和越宽，那么所述槽泄漏越低。同样的情况也适用于转子槽或者所述短路绕组43的横截面的尺寸。

[0033] 但是，宽的槽具有下述缺点：形成所述槽的齿的宽度变小，所述齿应当导引磁通量，由此限制了通量并且限制了在低转速的情况下的最大的转矩。但是有利的是，短的槽实现了轭宽度的提高，这促使所述轭的磁卸载。

[0034] 尤其已经确认：由于特别低的磁泄漏能够在下述情况下实现特别低的槽泄漏，而不会对所述最大的转矩产生值得注意的限制，在所述情况下所述定子轭21的轭高度hy1相对于所述定子槽23的径向槽高度hn1在1.75到2.5之间、优选在2到2.25之间。

[0035] 此外，所述转子体41沿径向方向的轭高度hy2与所述转子槽沿径向方向的槽高度hn2的、在2到2.75之间优选在2.2到2.5之间的比例同样能够引起特别低的槽磁泄漏。所述转子槽的槽高度hn2基本上与短路绕组43在所述转子4中的径向宽度相对应。

[0036] 用于所述定子2和所述转子4的以上设计的组合尤其实现了具有显著降低的槽泄漏的异步马达。

[0037] 沿径向方向短的定子槽23引起了可用的槽面积降低。这能够通过提高槽充填度、也就是说提高处于定子槽22中的导体横截面与定子槽22的总横截面积的比例的份额来补偿。设有定子线圈的定子槽22的槽壁25尤其基本上平行地布置。由此能够提高定子槽22的槽充填度并且由此能够补偿下述损耗的提高，所述损耗可能由于定子槽22的较短的径向的槽长度而出现。

[0038] 定子槽的、直接在定子齿22的齿顶26处的槽宽度nb1与在槽底部处的槽宽度nb2的比例尤其应当在0.9到1.1之间。

[0039] 所述异步机1尤其能够构造为三相机。此外能够设置多个三相系统，所述三相系统彼此以0°或者30°为幅度错开。如果单个功率变换器（Leistungsumrichter）不能提供所需要的电流，那么多个三相系统是有意义的。