[发明专利]最佳地分配定子和转子之间的电损失的异步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种例如形式为异步电动机或发电机的异步电机。

背景技术

已研发若干电机，以便在将来例如能电驱动电动车或混合动力车辆，或使车辆的动能能够回收成为电能。在此，电机或被用作电动机，或被用作发电机。

现在已进一步研发了尤其使用在车辆中的各种电机。尤其努力优化使用在车辆中的异步电机。首先对未来的公路车辆而言，异步电机在此一方面应当尽可能小和轻，另一方面则应当在有尽量高的功率输出且有很高的可供使用的最大扭矩时具有很高的效率。

异步电机具有作为主要构件的定子和转子。和在其它的电机中类似的是，在定子中安装有一个或多个绕组，借助它们可以在定子中产生一个旋转的磁场。但与许多其它类型的电机相反的是，在能相对定子旋转的转子上不设任何形式为永磁体或从外部供电的电磁体的磁体。取而代之的是，转子包含通常被短路的导体，导体有时也被称为被动的转子。由定子产生的转动的磁场以一个所谓的同步转速旋转，该同步转速对应由供电的系统的基本频率f₁和极对数p的商f₁/p。一旦转子的机械的转速不同于同步转速，那么转子就经历了磁流的变化。由此在短路的转子导体中感应出电流。通过在定子的旋转的磁场和转子电流之间的一种交互促成了在定子和转子之间形成的扭矩。

有时也被称为感应电动机的异步电机的一个示例，在EP 2 202 781 A2中被说明。

发明内容

按本发明的异步电机的实施形式此外能更好地适用在电动机动车或电混合动力车中。本发明的实施形式尤其实现了一种异步电机，它与传统的异步电机相比实现了在同时很高的扭矩密度下更高的持久扭矩。

建议了一种异步电机，其具有转子和包围转子的定子。定子在此具有定子外径D1a。定子具有有定子轭高hy1的外置的定子轭。此外，定子具有多个从定子轭起径向向内突出的、有定子齿高hz1和平均的定子齿宽bmz1的齿。定子在相邻的定子齿之间具有布置在定子槽中的定子线圈元件。转子具有转子外径D2a。转子具有有转子轭高hy2的内置的转子轭，多个从转子轭起径向向外突出的、有转子齿高hz2和平均的转子齿宽bmz2的转子齿，以及多个分别在相邻的转子齿之间布置在转子槽中的转子线圈元件。该异步电机的出众之处在于三个相互配合的特征：第一，异步电机的极对数是3；第二，这样选择转子外径D2a与定子外径D1a的比，使得它在0.7和0.9之间，优选在0.7和0.8之间；第三，这样选择定子齿高hz1和转子齿高hz2的比，使得它在0.3和0.6之间。

在此所建议的异步电机的实施形式此外可以被视作基于下面所说明的思想和认知。

此外，异步电机在车辆中基于其高度的可靠性和其高效率被使用在行驶循环相关的领域中。为了在此能在需要时暂时提供很高的扭矩密度，借助设置在定子中的绕组产生合适的、变化的磁场，以便在设置在转子内的短路的导体中感应出很高的转子电流。

不过基于在短路的导体内的不能忽视的电阻，由于很高的转子电流也导致了转子内的很高的电损失。因为这些电损失被输出给转子以及在这个转子中导致了变热，所以转子的温度在很高的扭矩输出或功率输出下剧烈升高。惟有用巨大的附加耗费以及与之相关的附加的成本才能促成转子的主动的直接的冷却。如果没有这种冷却，那么转子随时都会到达极限温度，在极限温度下可能会开始让转子的部件受损。例如材料的机械强度典型地随温度下降，因而在过高的温度下无法确保转子的机械的稳定性。在超过极限温度的情况下就会出现裂缝以及在极端情况下出现部件的机械损毁。因此一旦转子温度接近极限温度，就必须限制由电机提供的扭矩，也就是说，车辆控制装置要求发动机不再输出完整的扭矩。

现在，在此所建议的异步电机的基本思想在于，将在异步电机中出现的电磁损失至少部分从转子转移到定子中，因为定子通常能更为简单和有效地被冷却。

为了促成这一点，采取前不久提到的以及要求的措施。这些措施的细节和它们的可能的效果以及相互作用在接下来被说明。

第一，异步电机以及尤其是它的定子被这样构造和控制，使得异步电机具有极对数为3。

极对数p是旋转的电机内的磁极对的数量。在p=1的最小配置中，电机仅具有极对，也就是说一个磁北极和一个磁南极。转子在由定子促成的磁场换极时转动了180°。有极对数p=3的电机被这样构造和控制，使得产生沿定子的圆周交替布置的三个磁北极和三个磁南极。因此转子在磁场换极时仅转动了60°。