[發明專利]具有低質量結構的磁性活躍部件的電機

有效

• 申請號: 201280035696.0
• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN103931080B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 澤利科·賈杰蒂克;格哈德·馬切爾科
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K1/04
• 分類號: H02K1/04;H02K1/20;H02K1/02;H02K1/06;H02K1/14;H02K7/18
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,李慧

技術領域

本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的電機、一種根據權利要求12的前序部分所述的磁極部件、一種行駛工具和一種風力發電設備以及根據權利要求15的前序部分所述的方法。

背景技術

根據權利要求1的前序部分所述的電機能夠用作驅動電機或發電機。越來越多地將電機用作驅動電機的理由是：對于常規的內燃機而言，由于化石燃料稀少而必須尋找代替物。在此，作為化石燃料的替代物使用再生能源。因為，再生能源在時間上和位置上不是可持續提供的，必須將可再生能量轉換成可運輸且可存儲的能量形式。在此，作為能量形式使用電能。借助于作為發電機工作的電機能夠從再生能源中來獲取電能，借助于導線來運輸、在電池中緩存并且借助于具有高效率的發動機轉化能動能。在此，發電機固定在承載結構中，所述承載結構必須經受住再生能源的自然力。發動機必須是高效的，但是也能夠有效地使用在移動應用中。對于將電機用作為發電機或發動機，期望盡可能高的功率密度，因為希望相對于電機質量盡可能高的可輸出的功率。因此發電機的質量越小，就能夠越低廉地制造承載機座。在如行駛工具中的移動應用中的發動機中，能夠通過較小的運動的質量塊節約能量進而成本有利地運行行駛工具。

為此，至今為止在電機的磁性活躍部件中通過優化金屬板截面幾何形狀和選擇金屬板的適當的材料，實現以通常不令人滿意的程度降低質量。

因此，在雜志“antriebstechnik（驅動技術）5/2011”第68-70頁中由作者Brand、Stahel和Vezzini描述了一種高功率永磁發動機，其中在定子和轉子中使用由鈷鐵材料制成的金屬板。該文章主要描述對于更高轉距的期望，與具有2.03特斯拉的由硅鐵材料制成的金屬板相比，所述期望借助由具有2.35特斯拉飽和極化的由鈷鐵合金制成的金屬板來實現。在此，最大轉矩能夠提高22%。在該文章的最后一段中討論：代替提高最大轉矩，能夠在最大轉矩相同的情況下降低發動機的體積進而降低發動機的重量。

盡管上述文章描述了鈷鐵合金由于重量降低而已經在近十年使用在航空工業中，然而通過使用鈷鐵合金實現的重量降低對應于多種應用而言還不是足夠的。

發明內容

因此，本發明的目的在于，改進電機，使得在電機的性能相同的情況下實現進一步降低磁性活躍部件的質量。該目的通過具有根據權利要求1的特征的電機來實現。

根據本發明的電機包括：

-第一磁極，所述第一磁極具有多個層的布置，所述布置包括具有總體積V_a的磁性活躍層；

-第二磁極，其中第一磁極和第二磁極能夠彼此相對運動，和

-氣隙，所述氣隙在平行于這些層中的一個層的方向上從第一磁極的對氣隙限界的端部到第二磁極的對氣隙限界的端部具有長度l_S；

-作為在電流回路和磁回路之間的耦合元件的電導體，

其中在運行時刻，磁回路包括第一磁極、具有長度l_S的氣隙和第二磁極，它們被共同的有效磁通量穿流以用于電機械能量轉換，其中布置包括具有總體積V_i的磁性非活躍層，所述磁性非活躍層具有小于磁性活躍層的平均質量密度，并且在磁性非活躍層和磁性活躍層的布置中基本上通過重復周期p來給定序列，所述周期具有確定的一系列的磁性活躍層和磁性非活躍層，其中通過方程

k=Va/（Va+Vi）限定的空間分量k滿足條件0.5≤k≤0.8。

電機包括第一磁極。磁極、尤其是第一磁極或第二磁極是在其周圍環境中磁場強度尤其高的位置。這由此來實現，即磁極包括永磁體或包括比磁極周圍導磁更好的材料來實現。因此優選地，第一磁極或者還有第二磁極包括鐵磁材料、例如鐵、鈷、鎳或鐵氧體，以便在磁極中集中磁場。鐵磁材料的相對磁導率明顯大于1。鐵氧體例如具有為4的相對磁導率。優選地使用鐵的原因在于：鐵具有大于300的相對磁導率。通常，對于磁極應用具有特殊特性的鐵材料、例如鐵硅合金或鐵鈷合金。此外，磁極能夠借助于通電的線圈來產生。

第一磁極包括多個層的布置，所述布置包括磁性活躍層。磁性活躍層理解為包括鐵磁材料的層。層中的布置是有利的，以便在磁通量快速改變的情況下在第一磁極或也在第二磁極中避免渦流損耗。

因為通過電機能夠進行電機械能量轉換，所以電機包括至少一個第一和第二磁極，這些所述磁極能夠彼此相對運動并且通過氣隙間隔開。

此外需要至少一個電導體作為存在于電流回路和磁回路之間的耦合元件。