用于轴向通量电动机器的混合转子的制作方法

本发明涉及一种转子、轴向通量电动机器和混合电动或电动飞行器。

背景技术：

电动机器将电能转换成机械能，或反之亦然，从而使其操作原理基于由容纳在结构中的线圈生成的磁场的电磁相互作用。电动机器通常由至少一个定子和至少一个转子组成。

典型地，电动机器被设计和构造成使用径向通量分布，其中转子和定子在它们之间具有小的径向空气间隙。在轴向通量电动机器中，绕组能够根据所需的设计直径改变它们的几何布置，使其有可能显著地减小由机器占据的总体积。

轴向通量电动机器具有它们的磁体的特定定位，所述磁体在平行于线圈的平面中，这允许在较小的旋转体积上创建磁场的通量，从而导致惯性扭矩和转子的质量的减小。

与直接驱动机器（径向通量电动机器）的电流生成相比，轴向通量电动机器改进了效率、尺寸、可靠性和成本效益。

涉及高速的、基于磁阻的轴向通量转子设计的结构和电磁问题（特别是在极之间的桥区中）是归因于极段之间的桥中的离心力的高应力集中，这限制了最大速度。通过在极之间的较厚的桥能够遇到这个问题。然而，增加桥厚度也减小了结构负载，但是也使其成为较好的通量载体，并且因此减小了极与极间隙之间的磁阻上的差，并且随后减小了机器的功率。

在“ieee工业应用会刊（ieeetransactionsonindustryapplications）”中，由kevingrace等人发表的期刊论文“碳纤维卷绕的同步磁阻牵引电机的设计和测试（designandtestingofacarbon-fiber-wrappedsynchronousreluctancetractionmotor）”（2018）通过利用碳纤维增强塑料材料卷绕转子来为径向通量磁阻机器解决了类似问题。这种方法帮助减小极之间的桥，但不完全消除它们，并且还由相对薄的碳纤维增强塑料套筒的强度限制。

专利no.us6803694b2提出了由高强度非晶态金属制成的转子，但不提供用于高速应用的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的是要改进用于轴向通量的基于磁阻的电动机器的转子设计的现有技术。

为了实现该目的，本发明提供了一种转子、轴向通量电动机器和混合电动或电动飞机。本发明由独立权利要求的特征给出。

在从属权利要求中提供了有利的实施例。本发明的另外的特征、应用可能和优点由以下描述产生。

根据本发明，该目的通过包括具有高磁导率的第一材料和具有低磁导率的第二材料的转子来实现，所述第一材料与第二材料以交替顺序布置，在之间具有两个材料的界面区域。

本发明要求保护一种轴向通量电动机器的转子，包括第一材料的第一区段和第二材料的第二区段，其中（whereas）第一区段和第二区段以交替顺序和环形状布置。转子的特征在于第三区段，其在第一和第二区段之间形成界面区域或重叠地带，其中第三区段包括第一材料和第二材料，以此种方式使得第一区段和第二区段力适应（force-fitted）地连接。

根据所述转子的另外的实施例，第一材料具有高于10⁴hm^-1的最大磁导率μr，并且第二材料具有低于10¹hm^-1的磁导率μr。

根据所述转子的另外的实施例，第一材料是具有超过1gpa的高拉伸强度（σmax）的非晶态金属。这具有材料的高结构强度的优点。

根据所述转子的另外的实施例，第二材料是具有超过1gpa的拉伸强度σmax的结构材料。第二材料能够是例如碳纤维增强塑料（cfrp）或任何“薄层片”复合物。这具有材料的高结构强度和低磁导率的优点。

根据所述转子的另外的实施例，第一材料和第二材料的拉伸强度σmax和拉伸模量ey相差小于20%。这导致第一材料的机械性质，其类似于第二材料的机械性质（例如：热延伸系数和杨氏模量）/位于第二材料的机械性质的近场中。

根据所述转子的另外的实施例，第一材料以带状条布置在第一区段中，其形成磁转子极，第二区段中的第二材料形成极间隙，并且第一材料和第二材料以交错层压件或层/层片布置在第三区段中。

第一区段的带状条能够由非传导性粘合剂的层分离。

第二区段用于确保磁阻上的差，从而导致归因于增加的凸出比和较高的可能操作速度的较高的可能机器扭矩，从而导致机器的较高的功率密度。能够通过在第二区段中应用轻质材料来减小转子重量，其能够形成极间隙。

第三区段用于为摩擦接合的连接提供足够的接触表面以维持切向负载，其由高旋转速度下的离心力引起。第三区段还用作极和极间隙/第一区段和第二区段之间的负载承载、低渗透结构，其具有通过交错材料片与极材料和极间隙材料/第一材料和第二材料的摩擦接合的连接。扭矩波动能够通过调整界面区域中的磁性质来解决。

本发明进一步要求保护具有根据本发明的转子的轴向通量电动机器。这具有更为功率密集的电动机器的优点，所述电动机器在较难通过常规解决方案以其它方式实现的速度下工作。此外，能够在较高机器功率下降低非晶态金属质量，这导致较低的材料成本。

根据另外的实施例，轴向通量电动机器是基于磁阻的机器。

本发明还要求保护具有根据本发明的轴向通量电动机器的混合电动或电动飞机。在高功率密度是关键的无论何处（例如在海运或汽车工业中），其它应用是可能的。

根据另外的实施例，飞行器是飞机。

本发明的另外的益处和优点将在通过适当参考附图来仔细阅读详细描述之后变得显而易见。

附图说明

图1示出了转子的前视图，

图2示出了基于磁阻的电动机器的横截面侧视图，以及

图3示出了具有电动机器的飞机。

具体实施方式

图1示出了具有第一区段1、第二区段2和第三区段3的转子4。第一区段1由第一材料构成，第二区段2由第二材料构成，并且第三区段3由第一和第二材料构成，以此种方式使得第一区段和第二区段力适应地连接。第一区段1和第二区段2以交替顺序和环形状布置。第三区段3在第一区段1和第二区段2之间形成界面区域或重叠地带。

第一材料具有高磁导率μr（在10⁵的范围内，但是高于10⁴hm^-1），并且第二材料具有低磁导率μr（在1的范围内，但是低于10¹hm^-1）。此外，第一材料是具有超过1gpa的拉伸强度（σmax）的非晶态金属。这具有材料的高结构强度的优点。

第二材料是具有超过1gpa的拉伸强度σmax的结构材料。第二材料能够是例如碳纤维增强塑料（cfrp）或任何“薄层片”复合物。这具有材料的高结构强度和无铁磁性的优点。

第一材料以带状条布置在第一区段中，其形成磁转子极，第二区段中的第二材料形成极间隙，并且第一材料和第二材料在第三区段中以交错层压件或层/层片布置。

图2示出了具有转子4、两个定子8和旋转轴线9的基于磁阻的机器5。转子4布置在两个定子8之间并且围绕轴线9旋转。根据图1的设计制作转子。

图3示出了飞机6，其具有根据图2的基于磁阻的电动机器5（作为电动机器的示例）。电动机器5驱动螺旋桨7。飞机6是对于飞行器的示例。

虽然已经关于如上文所提及的本发明的（多个）优选实施例解释了本发明，但是要理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，能够做出许多其它可能的修改和变型。因此，设想的是，所附的权利要求或多个权利要求将覆盖落入本发明的真实范围内的此类修改和变型。