用于电动机器的转子以及具有转子的电动机器的制作方法

1.本发明涉及一种用于电动机器的转子。本发明还涉及一种具有这种转子的电动机器。本发明还涉及一种具有电动机器的车辆。


背景技术：

2.例如de 10 2006 021 489a1公开了一种具有定子和转子的电动机器。电动机器被设计为永磁同步电机，其中转子具有转子体，该转子体具有布置在该转子体的内部的永磁体和磁通屏障(flussbarrieren)。永磁体形成电动机器的磁极，其中在每个磁极的区域中布置有至少一个永磁体。
3.为了能够最佳地驱动电动机器，尤其重要的是，借助于传感器来检测转子的状态参量并且将其供应给电动机器的控制装置。迄今为止，很难为被指配给电动机器的转子并随转子一起转动的这种传感器供应足够的电能。
4.例如，电动机器的持续功率尤其受转子(尤其永磁同步电机中的磁体或异步电机中的笼)的最大允许温度的限制。在电动机器运行时，当前转子温度一般来说不是作为测量参量而已知的，而是借助于温度模型进行估算。这导致必须将与最大温度的安全距离规划在内，因此，由于这个安全距离，电动机器无法最佳地运行。如果超过最大温度，则存在电动机器过热和损坏的风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，进一步开发一种用于电动机器的转子以及一种电动机器。尤其应借助于该转子来改善电动机器的运行并且降低电动机器过热的风险。此外，该转子应是简单并且快速地可装配的。
6.根据本发明的用于电动机器的转子包括：至少一个传感器元件，所述至少一个传感器元件被配置成检测所述转子的状态参量；与所述至少一个传感器元件连接的信号处理单元，所述信号处理单元被配置成根据检测到的所述转子的状态参量生成测量数据并且将所述测量数据传输至控制装置；以及纳米发电机，所述纳米发电机被配置成根据至少一个环境参量生成电能并且给所述至少一个传感器元件以及所述信号处理单元供应电能。
7.换言之，电动机器的转子具有该至少一个传感器元件(任选地多个传感器元件)以及信号处理单元和纳米发电机。尤其，该至少一个传感器元件、信号处理单元、以及纳米发电机位置固定地或防旋转地与转子连接，即至少布置在转子上，尤其集成在转子中。
8.纳米发电机被配置成进行能量采集，即从环境获取电能。借助于能量采集，可以实现根据环境参量(例如环境温度、振动或流体流量)生成少量电能，以便给该至少一个传感器元件和信号处理单元供应电能。由此避免借由滑环或电池给该至少一个传感器元件和信号处理单元供应电能。
9.该至少一个传感器元件可以无中介地布置在转子上并且在那直接地检测转子的状态参量、尤其转子的温度，以降低电动机器过热的风险。该至少一个传感器元件适合用于
检测绝对温度并且适合用于检测温差。例如，转子的温度是转子的状态参量。例如，该至少一个传感器元件直接地或至少邻接地布置在状态参量的产生位置。该至少一个传感器元件与状态参量的产生位置之间的较短测量路径提高了测量准确性。
10.尤其，信号处理单元以无线的方式与控制装置连接以用于信号传输或数据传输。该至少一个传感器元件优选借由布线与信号处理单元连接以用于信号传输或数据传输。例如，控制装置布置在转子外部，然而布置在车辆内部。
11.根据本发明的一个优选的实施方式，纳米发电机布置在转子的端侧。尤其，该至少一个传感器元件布置在转子的端侧。例如，纳米发电机邻近该至少一个传感器元件布置，尤其布置在转子的在负载情况下特别强烈地变热的区域处。至少纳米发电机、任选地还有该至少一个传感器元件和信号处理装置布置在端侧是有利的，因为对转子的特性、尤其电动机器的电磁特性没有负面影并且简化无线电连接。此外，转子的端侧对于装配和维护而言都是特别易于触及的，由此可以简单并且快速地装配转子和其上布置的元件，即该至少一个传感器元件、信号处理单元和纳米发电机。
12.根据本发明的一个优选的实施方式，纳米发电机布置在转子的节段上。例如，纳米发电机被设计为大体上板状的，优选地被设计为矩形的并且布置在节段上，即在限定区域中并非环绕地布置在转子上。由此可以使纳米发电机构造紧凑地形成并且大体上在转子的较小区域上延伸。
13.根据本发明的一个替代性实施方式，纳米发电机环形环绕地布置在转子上。例如，纳米发电机被设计成盘状的并且具有外周和内周。因此，环形的纳米发电机是旋转对称的并且尤其在转子的端面上环绕地延伸。这种相对较大的纳米发电机提供相对较大的平面，该平面尤其可以借助于唯一的喷嘴(该喷嘴将冷却剂喷射到纳米发电机上)被环绕地冷却。
14.根据本发明的一个优选的实施方式，纳米发电机被设计为热偶元件。例如纳米发电机被设计为帕尔帖元件。相应地，一旦在纳米发电机的两个侧面之间产生温差，纳米发电机就产生电压。当转子升温时，纳米发电机的该纳米发电机借以紧固在转子上的侧面的升温高于纳米发电机的背离转子、尤其朝向环境的侧面。纳米发电机的这个向外示出的侧面因此比朝向转子的侧面更冷，因此纳米发电机产生电压，并且由此给该至少一个传感器元件以及信号传输装置供应电能。
15.根据本发明的一个优选的实施方式，冷却环布置在转子的端侧，其中冷却环至少部分地或完全地覆盖纳米发电机。冷却环应被理解为环形盘，该环形盘被配置成用于冷却纳米发电机的外表面，其方式为：纳米发电机的外表面的热量被更快地运走，其中冷却环的外表面大于纳米发电机的外表面。换言之，纳米发电机的背离转子、尤其朝向环境的侧面借由冷却环被大幅度冷却，以便产生相比于纳米发电机的该纳米发电机借以紧固在转子上的侧面而言更大的温差。由于温差更大，因此纳米发电机生成的电能更多。
16.根据本发明的一个优选的实施方式，所述纳米发电机或所述冷却环的背离所述转子的侧面被配置成至少部分地被冷却剂淋湿。冷却剂尤其被设计为例如油基或水基的冷却液。例如，冷却剂被设计为油。冷却剂被提供用于一方面吸收和导出热量，以及另一方面用于润滑与电动机器处于操作性连接的构件或部件，例如变速器或至少齿轮和/或轴承元件。油在许多电动机器中被用于冷却定子的绕组头，因此在电动机器的壳体中已经为此设置有至少一个或多个喷嘴。因此，纳米发电机的背离转子的侧面借助于冷却剂任选地通过冷却
环和冷却剂被主动冷却，以便产生相比于纳米发电机的该纳米发电机借以紧固在转子上的侧面而言更大的温差。由此，纳米发电机生成更多的电能。此外，冷却环实现：纳米发电机与其布置和设计无关地在整个旋转期间都受益于冷却性的油，而不是仅在油经过喷嘴的那一刻才受益。因此还可以减少被配置成用于冷却纳米发电机的喷嘴的数量，在最佳情况下减少到唯一的喷嘴。
17.根据本发明的相应实施方式，冷却环由热导率较好的材料形成，尤其由钢合金或铝合金或铜合金形成。例如，冷却环的热导率为至少40w/mk、优选至少150w/mk、更优选至少300w/mk、尤其至少380w/mk。在si系统中，热导率的单位是瓦特/米和开尔文(w/mk)。例如，可以借助于激光或光闪方法(lfa)来确定热导率。替代性地，可以借助于瞬态热桥法(transient-hot-bridge-methode，thb)来确定热导率。这两种方法是从现有技术已知的。
18.根据本发明的一个优选的实施方式，所述冷却环与所述信号处理单元间隔开地布置并且没有覆盖所述信号处理单元。由此，无线电特性和信号处理单元不受冷却环影响，因此不影响向控制装置传输测量数据。
19.根据本发明的一个优选的实施方式，所述冷却环具有肋结构。肋结构应被理解为多个肋，这些肋背离冷却环延伸并且增大冷却环的表面，由此提高冷却环的冷却潜力。
20.根据第一实施方式，所述肋结构具有在径向上从所述冷却环的内周向外周延伸的多个肋，所述肋在周向方向上均匀地彼此间隔开地形成。尤其，在径向上形成的肋在轴向方向上背离转子的端侧延伸。
21.根据第二实施方式，所述肋结构具有在周向方向上环绕形成的多个肋，所述肋在径向上均匀地彼此间隔开地形成。尤其，在径向上形成的肋在轴向方向上背离转子的端侧延伸。
22.根据本发明的一个优选的实施方式，该至少一个传感器元件集成在信号处理单元中。因此，该至少一个传感器元件和信号处理单元形成布置在转子上的唯一的部件。
23.根据本发明的电动机器包括用于冷却电动机器的冷却剂系统、用于控制电动机器的控制装置、以及定子和根据本发明的转子，其中冷却剂系统的至少一个喷嘴被配置成用于用冷却剂来冷却纳米发电机。尤其，电动机器的冷却剂系统还被配置成用于冷却纳米发电机的外表面，其中为此设置有至少一个或多个喷嘴。控制装置优选地布置在车辆中并且用于控制和调节电动机器。
24.本发明还涉及一种具有根据本发明的电动机器的车辆。尤其，车辆被设计为机动车辆(例如pkw，乘用机动车辆)，其中电动机器被配置为车辆的驱动机器，以便至少部分或完全电驱动车辆。因此，车辆优选地被设计为混合动力车辆或电动车辆。
附图说明
25.下面将根据附图详细阐述本发明的多个优选的实施方式，其中相同的元件设有相同的附图标记。在附图中：
26.图1示出具有根据本发明的电动机器的车辆的高度简化的示意性图示，
27.图2示出根据本发明的具有定子和转子的电动机器的高度简化的示意性截面图示，
28.图3示出根据图2的电动机器的本发明转子的高度简化的示意性立体图示，
29.图4示出根据第二实施例的本发明转子的高度简化的示意性立体图示，
30.图5示出根据第三实施例的本发明的转子的高度简化的示意性立体图示，以及
31.图6示出根据第四实施例的本发明的转子的高度简化的示意性立体图示。
具体实施方式
32.根据图1，车辆100包括根据本发明的电动机器2，该电动机器被配置成用于驱动车辆100。为此，电动机器2具有驱动作用，例如借由轴17并且任选地借由其他的部件与车辆100的驱动车轮20相连接。此外，电动机器2由布置在车辆100中的控制装置5操控并且驱动。尤其，控制装置5用于在运行期间保护电动机器2以防过热，其方式为：电动机器2的最大功率尤其与转子1的当前测量到的温度相适配。为此，控制装置5以传输信号的方式与电动机器2连接。
33.图2示出电动机器2，该电动机器具有用于冷却电动机器2的冷却剂系统10、用于控制电动机器2的控制装置5、以及定子11和转子1。在定子11与转子1之间形成有气隙18。转子1与转子轴14防旋转地连接。在电动机器2的壳体13中配置有用于用冷却剂8来冷却纳米发电机6的冷却剂系统10的喷嘴12。纳米发电机6布置在转子1的端侧。除了纳米发电机6，传感器元件3和信号处理单元4也固定地布置在转子1的端侧。喷嘴12将冷却剂8喷射至转子1的端侧，尤其喷射在转子1的布置有纳米发电机6的区域中。
34.在图3中放大地并且立体地展示了根据图2的电动机器2的转子1。图3示出转子1的两个端侧中的一个端侧，其中展示了纳米发电机6、传感器元件3和信号处理单元4在端侧的布置。在此，传感器元件3集成在信号处理单元4中，并且因此布置在信号处理单元4内。因此，传感器元件3和信号处理单元4形成单元。此外，多个磁体15布置在转子1的叠片组中，并且在转子1的叠片组形成中央的凹陷16。两个磁体15各自形成磁极，其中在此在转子1上形成总共六个磁极。在此省略了转子轴，并且因此未展示。
35.传感器元件3检测转子1上的温度作为转子1的状态参量并且将该状态参量传输给信号处理单元4。任选地，在转子1上可以布置有多个传感器元件3，这些传感器元件例如检测转子1的不同状态参量。信号处理单元4根据检测到的转子1的状态参量生成测量数据并且将这些测量数据传输至安装在车辆100中的控制装置5。根据图2，控制装置5通过无线的方式、例如经由无线电与转子1上的信号处理装置4连接，并且被配置成在考虑驾驶员的要求以及电动机器2的运行参数(尤其转子1的运行参数或状态参量)的情况下操控电动机器2。
36.为了给传感器元件3和信号处理单元4供应电能，进行能量采集，其中纳米发电机6在此被设计为热偶元件并且根据纳米发电机6的两侧之间的温差来产生电能。当转子1升温时，纳米发电机6的该纳米发电机6借以紧固在转子1上的侧面的升温高于纳米发电机6的背离转子1并且朝向环境的侧面。纳米发电机6的这个向外示出的侧面在此借由来自冷却剂系统10的喷嘴12的冷却剂8被主动冷却，因此增大了纳米发电机6的外侧面与内侧面之间的温差并且由此也增大了纳米发电机6产生的电压。纳米发电机6布置在转子1的端侧的节段上，并且因此并非完全环绕地在转子1的端侧延伸。在此，纳米发电机6被设计为矩形的且特别紧凑的。纳米发电机6借由第一电导线19.1和第二电导线19.2与信号处理单元4和其中布置的传感器元件3连接。
37.根据图4的转子1的实施方式与根据图3的转子1的实施方式的不同之处在于：纳米发电机6仅具有不同的形状，即环形围绕地在转子1上形成。因此，参考根据图3的转子1的之前描述的第一实施方式。环形围绕地在转子1上形成的纳米发电机6具有以下优点：在转子1的整个旋转期间，来自唯一的喷嘴12的冷却剂8都连续地冷却纳米发电机6的朝外的侧面，而不是仅在旋转时冷却剂经过喷嘴12时才进行冷却。环形的纳米发电机6具有外周和内周，并且与中央的凹陷16共轴地布置。
38.根据图5的转子1的实施方式与根据图3的转子1的实施方式的不同之处在于，冷却环7布置在转子1的端侧，尤其其方式为：冷却环7完全覆盖纳米发电机6。因此，纳米发电机6在图5中无法看到，然而与根据图3的纳米发电机6设计相同并且布置相同。因此，参考根据图3的转子1的之前描述的第一实施方式。冷却环7环形围绕地在转子1上形成，并且与转子1和纳米发电机6固定地连接。在此，冷却环7由如下的铝合金形成，该铝合金针对转子1的最大转速的足够强度与较好热导率之间形成较好折衷以便更好地冷却纳米发电机6的向外朝向的侧面。
39.冷却环7具有外周和内周，并且与中央的凹陷16共轴地布置。此外，冷却环7与信号处理单元4间隔开地布置并且没有覆盖该信号处理单元。此外，冷却环7具有肋结构9，其中肋结构9具有在径向上从冷却环7的内周向外周延伸的多个肋9.1，这些肋在周向方向上均匀地彼此间隔开地形成。通过肋结构9增大冷却环7的表面并且由此还提高冷却潜力。
40.根据图6的转子1的实施方式与根据图5的转子1的实施方式的不同之处仅在于：冷却环7具有不同的肋结构9。因此，参考根据图5的转子1的之前描述的第三实施方式并且参考在那里对图3的参考。冷却环7的肋结构9由在周向方向上环绕形成的多个肋9.2形成，这些肋在径向上均匀地彼此间隔开地形成。这些肋9.2中的每个肋构成闭合的圆。环绕形成的肋9.2与中央的凹陷16共轴地布置。
41.在转子1的替代性的、在此未展示的实施方式中，冷却环7被设计为没有肋结构的。因此，冷却环7具有大体上光滑的表面、而不是冷却肋。这种冷却环7在形式和布置上大致与根据图4的纳米发电机6相对应。
42.附图标记清单
[0043]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转子
[0044]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电动机器
[0045]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
传感器元件
[0046]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
信号处理单元
[0047]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制装置
[0048]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
纳米发电机
[0049]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却环
[0050]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却剂
[0051]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
肋结构
[0052]
9.1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
径向延伸的肋
[0053]
9.2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
环绕的肋
[0054]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却剂系统
[0055]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定子
[0056]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
喷嘴
[0057]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
壳体
[0058]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转子轴
[0059]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁体
[0060]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹陷
[0061]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
轴
[0062]
18
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气隙
[0063]
19.1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一电导线
[0064]
19.2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二电导线
[0065]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
驱动车轮
[0066]
100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
车辆。