專利名稱：轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減小的集中繞組電機(jī)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里描述的主題的各實(shí)施例總體上涉及電動(dòng)機(jī)，更具體地涉及具有減小的轉(zhuǎn)矩波 動(dòng)的集中繞組電機(jī)。
背景技術(shù)：
永磁電動(dòng)機(jī)可能產(chǎn)生不期望的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，該轉(zhuǎn)矩波動(dòng)可導(dǎo)致不期望的振動(dòng)和噪 聲。傳統(tǒng)的永磁電動(dòng)機(jī)使轉(zhuǎn)子或定子傾斜，以試圖減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。然而，傾斜可使制造復(fù)雜 且增加成本。傾斜還可能降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩，因此降低電機(jī)性能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于電動(dòng)機(jī)的裝置。該電動(dòng)機(jī)包括包括沿周向布置以 建立中空芯的多個(gè)齒段的定子和被可旋轉(zhuǎn)地布置在所述中空芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子。所述多個(gè)齒段限 定與多個(gè)槽相關(guān)的多個(gè)槽口。所述多個(gè)槽中的每個(gè)槽具有槽口，而所述多個(gè)槽口中的至少 一個(gè)槽口相對(duì)于所述多個(gè)槽口是對(duì)稱的。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于車輛中的電動(dòng)機(jī)的裝置。所述電動(dòng)機(jī)包括沿周 向布置以提供中空芯的多個(gè)齒段，被可旋轉(zhuǎn)地布置在所述中空芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子；和鑲嵌在所述 轉(zhuǎn)子中的多個(gè)永磁體。每個(gè)齒段包括相應(yīng)的齒，所述齒具有圍繞其側(cè)壁布置的一組定子繞 組。所述多個(gè)齒段限定多個(gè)槽口，其中每個(gè)槽口對(duì)應(yīng)于被配置為容納相鄰齒的所述一組定 子繞組的一段的繞組槽。所述多個(gè)槽口中的第一槽口相對(duì)于所述多個(gè)槽口的第二槽口是對(duì) 稱的。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種用于構(gòu)造具有集中繞組結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的方法。該方 法包括針對(duì)具有各種不同定子槽口結(jié)構(gòu)的多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)確定模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)；和基于 所述模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)從所述多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)中識(shí)別最佳電動(dòng)機(jī)。該方法進(jìn)一步包括構(gòu)造多 個(gè)齒段以及沿周向布置所述多個(gè)齒以形成定子，所述多個(gè)齒段被配置為當(dāng)所述多個(gè)齒段被 沿周向設(shè)置時(shí)限定與所述最佳電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的多個(gè)槽口。所述多個(gè)槽口中的至少一個(gè)槽口相 對(duì)于所述多個(gè)槽口是對(duì)稱的。方案1、一種電動(dòng)機(jī)，包括定子，所述定子包括沿周向布置以建立中空芯的多個(gè)齒段，其中所述多個(gè)齒段限定與多個(gè)槽相關(guān)聯(lián)的多個(gè)槽口，所述多個(gè)槽中的每個(gè)槽具有槽 口，并且所述多個(gè)槽口中的至少一個(gè)槽口相對(duì)于所述多個(gè)槽口是不對(duì)稱的；和可旋轉(zhuǎn)地布置在所述中空芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子。方案2、如方案1所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述多個(gè)槽口中的第一槽口具有第一寬度， 而所述多個(gè)槽口中的第二槽口具有第二寬度，所述第一寬度不同于所述第二寬度。方案3、如方案1所述的電動(dòng)機(jī)，所述多個(gè)槽中的第一槽具有第一槽口，其中所述 第一槽口的中心軸線沒有與所述第一槽的中心軸線對(duì)準(zhǔn)。方案4、如方案1所述的電動(dòng)機(jī)，所述定子具有集中繞組結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)齒段中的每個(gè)齒段包括齒，所述齒具有在沿周向布置所述多個(gè)齒段之前圍繞所述齒布置的一組 定子繞組。方案5、如方案4所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述定子具有分段齒繞組結(jié)構(gòu)。方案6、如方案4所述的電動(dòng)機(jī)，所述定子具有插入式繞組結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)齒 段中的每個(gè)齒段被插入到定子芯中以形成所述定子。方案7、如方案1所述的電動(dòng)機(jī)，所述多個(gè)槽包括具有第一槽口的第一槽、具有第 二槽口的第二槽和具有第三槽口的第三槽，所述第二槽與所述第一槽相鄰，而所述第三槽 與所述第二槽相鄰，其中所述第一槽口與所述第二槽口隔開第一距離；所述第二槽口與所述第三槽口隔開第二距離；并且所述第一距離不同于所述第二距離。方案8、如方案7所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述第一槽與所述第二槽隔開第二距離，而 所述第二槽與所述第三槽隔開第四距離，其中所述第三距離等于所述第四距離。方案9、如方案1所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子適于被聯(lián)接到車輛的軸。方案10、一種用于車輛的電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)包括沿周向布置以提供中空芯的多個(gè)齒段，每個(gè)齒段包括相應(yīng)的齒，所述齒具有圍繞 其側(cè)壁布置的一組定子繞組；其中所述多個(gè)齒段限定多個(gè)槽口，每個(gè)槽口對(duì)應(yīng)于被配置為容納相鄰齒的一組定子繞 組的一段的繞組槽；并且所述多個(gè)槽口中的第一槽口相對(duì)于所述多個(gè)槽口中的第二槽口是不對(duì)稱的；可旋轉(zhuǎn)地布置在所述中空芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子；和鑲嵌在所述轉(zhuǎn)子中的多個(gè)永磁體。方案11、如方案10所述的電動(dòng)機(jī)，所述第一槽口對(duì)應(yīng)于第一繞組槽，其中所述第 一槽口的中心軸線從所述第一繞組槽的中心軸線偏移第一距離。方案12、如方案11所述的電動(dòng)機(jī)，所述第二槽口對(duì)應(yīng)于第二繞組槽，其中所述第 二槽口的中心軸線從所述第二繞組槽的中心軸線偏移第二距離，并且所述第二距離不等于 所述第一距離。方案13、如方案10所述的電動(dòng)機(jī)，所述第一槽口的寬度不等于所述第二槽口的寬度。方案14、如方案10所述的電動(dòng)機(jī)，所述第一槽口對(duì)應(yīng)于第一繞組槽，而所述第二 槽口對(duì)應(yīng)于第二繞組槽，并且所述多個(gè)槽口中的第三槽口對(duì)應(yīng)于第三繞組槽，其中所述第一槽口與所述第二槽口隔開第一距離；所述第二槽口與所述第三槽口隔開第二距離；并且所述第一距離不同于所述第二距離。方案15、如方案14所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述第一繞組槽與所述第二繞組槽隔開第三距離；所述第二繞組槽與所述第三繞組槽隔開第四距離；并且所述第三距離等于所述第四距離。方案16、一種用于構(gòu)造具有集中繞組結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括
針對(duì)具有各種不同定子槽口配置的多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)確定模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)；基于所述模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)從所述多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)中識(shí)別最佳電動(dòng)機(jī)； 構(gòu)造多個(gè)齒段，所述多個(gè)齒段被配置為當(dāng)所述多個(gè)齒段被沿周向設(shè)置時(shí)限定與所 述最佳電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的多個(gè)槽口，其中所述多個(gè)槽口中的至少一個(gè)槽口相對(duì)于所述多個(gè)槽口 是不對(duì)稱的；和沿周向布置所述多個(gè)齒段以形成定子。方案17、如方案16所述的方法，進(jìn)一步包括在沿周向布置所述多個(gè)齒段以形成所 述定子之前，圍繞所述多個(gè)齒段的每個(gè)齒布置相應(yīng)的一組定子繞組。方案18、如方案16所述的方法，其中確定模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)包括針對(duì)具有各種不同定子槽口配置的所述多個(gè)被建議電動(dòng) 機(jī)執(zhí)行有限元分析；并且識(shí)別所述最佳電動(dòng)機(jī)包括從所述有限元分析中識(shí)別具有最小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的迭代。方案19、如方案16所述的方法，進(jìn)一步包括針對(duì)具有各種不同定子槽口配置的所 述多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)確定模擬轉(zhuǎn)矩輸出，其中識(shí)別最佳電動(dòng)機(jī)包括基于所述模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng) 和所述模擬轉(zhuǎn)矩輸出識(shí)別最佳電動(dòng)機(jī)。方案20、如方案19所述的方法，進(jìn)一步包括針對(duì)具有各種不同定子槽口配置的所 述多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)執(zhí)行有限元分析，以獲得用于多個(gè)設(shè)計(jì)迭代的模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和模擬轉(zhuǎn) 矩輸出，其中識(shí)別最佳電動(dòng)機(jī)包括在所述多個(gè)設(shè)計(jì)迭代中識(shí)別具有減小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和轉(zhuǎn)矩輸 出減量最小的設(shè)計(jì)迭代。本發(fā)明內(nèi)容被提供為以簡(jiǎn)化的形式引入概念的選擇，這將在下面的詳細(xì)說明中進(jìn) 一步描述。本發(fā)明內(nèi)容并非旨在識(shí)別要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不是用于 輔助確定要求保護(hù)的主題的范圍。


通過參照詳細(xì)說明書和權(quán)利要求且結(jié)合下面的附圖考慮，可對(duì)本發(fā)明的主題進(jìn)行 更全面的理解，其中相似的附圖標(biāo)記在所有附圖中指代相似的元件。圖1為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的永磁電動(dòng)機(jī)的局部剖視圖；圖2為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的適于用作圖1的永磁電動(dòng)機(jī)中的定子的具有分段齒繞組 結(jié)構(gòu)的定子的剖視圖；圖3為適于用作圖1的永磁電動(dòng)機(jī)中的定子的具有插入齒繞組結(jié)構(gòu)的定子的剖視 圖；和圖4為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面的詳細(xì)說明本質(zhì)上僅為描繪性的，并非旨在限制本發(fā)明主題的各實(shí)施例或者 這些實(shí)施例的應(yīng)用和使用。如這里所使用的那樣，詞語“示例性”的含義是“用作示例、例子 或例證”。這里作為示例性描述的任何實(shí)施方式不是必須被解釋為優(yōu)于其它實(shí)施方式或者 比其它實(shí)施方式更有利。并且，在前面的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或下面的具體實(shí)施方式
中給出的任何明示或隱含的理論并不是用于限制本發(fā)明的。圖1示出根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的永磁電動(dòng)機(jī)100的局部剖視圖。圖1的視圖表 示出電動(dòng)機(jī)100的整個(gè)剖視圖的1/8。在示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)100包括定子102和可旋 轉(zhuǎn)地布置在定子102內(nèi)的轉(zhuǎn)子104。電動(dòng)機(jī)100可形成各種汽車部件的部分，例如燃料電池 或電動(dòng)車輛的牽引電機(jī)或混合動(dòng)力車輛的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)100還可用在與電動(dòng)機(jī) 車輛無關(guān)的應(yīng)用中，例如家具、醫(yī)療器械、工具等。在示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)100被實(shí)現(xiàn)為集中繞組電機(jī)，使得定子102包括被布置 或以其它方式沿周向設(shè)置的多個(gè)分離的齒段105、107、109、111，每個(gè)獨(dú)立的齒段具有各自 的齒106、108、110、112，這些齒具有一個(gè)或多個(gè)相位的繞組，而這些繞組圍繞(例如纏繞或 圍繞滑動(dòng))齒106、108、110、112布置。例如，第一齒108具有繞其側(cè)壁116、118布置的第 一組繞組114，第二齒110具有繞其側(cè)壁121、122布置的第二組繞組120，等等。圖2示出定子200的分段齒集中繞組結(jié)構(gòu)，其包括沿周向設(shè)置的多個(gè)齒段202，以 形成定子200，圖3示出定子300的插入齒繞組結(jié)構(gòu)，其包括被插入在定子芯304的槽中的 多個(gè)齒302，使得齒沿周向被設(shè)置以形成定子300。應(yīng)該注意到，圖1示出定子102的分段 齒繞組結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)齒106、108、110、112被沿周向設(shè)置以形成不具有獨(dú)立的定子芯的定子 102時(shí)，齒106、108、110、112 —起形成具有中空芯的基本圓柱形狀。然而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，這里 描述的主題還可被實(shí)施用于具有插入齒集中結(jié)構(gòu)的集中繞組電機(jī)，其中獨(dú)立的齒被插入定 子芯中，如本領(lǐng)域?qū)?huì)認(rèn)識(shí)到的那樣。如圖1所示，當(dāng)齒106、108、110、112被沿周向設(shè)置時(shí)，相鄰齒106、108、110、112的 側(cè)壁形成多介繞組槽124、126、128。繞組槽124、126、128中的每一個(gè)具有各自的槽口 130、 132、134。如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的那樣，槽口 130、132、134相對(duì)于槽124、126、128的位置 和/或?qū)挾纫詼p小電動(dòng)機(jī)100的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方式被調(diào)節(jié)。應(yīng)該注意到，由于集中繞組結(jié)構(gòu) (例如分段齒結(jié)構(gòu)或插入齒結(jié)構(gòu))，定子繞組被預(yù)先布置在繞組槽124、126、128內(nèi)，也就是 說，在沿周向設(shè)置齒段105、107、109、111以形成定子102之前，被繞每個(gè)齒106、108、110、 112布置的一個(gè)或多個(gè)相位(或組)的定子繞組被繞(例如纏繞或滑動(dòng)圍繞)齒106、108、 110、112布置。因此，繞組槽124、126、128容納或以其它方式對(duì)應(yīng)于與相應(yīng)繞組槽相鄰的齒 的定子繞組的各段，但是繞組槽和/或槽口不被用于將定子繞組插入到定子102中或者用 于以其他方式圍繞定子102(例如圍繞齒106、108、110、112)纏繞定子繞組。例如，如圖1 所示，槽126容納或以其他方式對(duì)應(yīng)于繞齒108的定子繞組114的一段和繞齒110的定子 繞組120的一段，但槽口 132不被用于將定子繞組114、120纏繞和/或插入到槽126中。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)槽口 130、132、134被形成各個(gè)槽124、126、128的相鄰一 對(duì)齒的末稍143、147、149、151、153所限定。在這一點(diǎn)上，每個(gè)齒106、108、110、112可包括 一個(gè)或多個(gè)末稍(或齒稍)，該一個(gè)或多個(gè)末稍限定與各個(gè)齒106、108、110、112相鄰的各個(gè) 槽口 130、132、134的側(cè)壁144、148、150、152、154、156。如這里所使用的那樣，齒稍應(yīng)該被理 解為指的是齒的靠近轉(zhuǎn)子104且與相應(yīng)槽的中心軸線基本垂直地延伸以限定相應(yīng)槽口的 側(cè)壁的一部分，或者換句話說，指的是齒的靠近轉(zhuǎn)子104且沿周向延伸以形成該齒的相應(yīng) 側(cè)壁的部分。例如，如圖1所示，第一槽口 130由第一齒末梢側(cè)壁144和第二齒末梢側(cè)壁148限 定，而第一槽124由第一主體側(cè)壁146和第二主體側(cè)壁116限定。在這一點(diǎn)上，第一齒末梢143從齒106的主體側(cè)壁146沿周向朝向第一槽124延伸，也就是說，沿著基本垂直于槽124 的中心軸線158的方向延伸，其中第一齒末梢側(cè)壁144被對(duì)準(zhǔn)為基本平行于槽124的中心 軸線158。以相似的方式，第二齒末梢147從齒108的主體側(cè)壁116沿周向朝向第一槽124 延伸，也就是說，沿著基本垂直于槽124的中心軸線158的方向延伸，其中第二齒末梢側(cè)壁 148被對(duì)準(zhǔn)為基本平行于槽124的中心軸線158。第二槽126的第二槽口 132由第三齒末梢 側(cè)壁150和第四齒末梢側(cè)壁152限定，并且第二槽126由第三主體側(cè)壁118和第四主體側(cè) 壁121限定。在這一點(diǎn)上，以與上面針對(duì)第一槽口 130描述的相似的方式，第三齒末梢149 從齒108的側(cè)壁118沿周向延伸，而第四齒末梢151從齒110的主體側(cè)壁121沿周向延伸。 然而，如圖所示，第三槽口 134被類似地限定，第三槽128的第三槽口 134由第五齒末梢側(cè) 壁154和齒112的主體側(cè)壁156限定，也就是說，齒112不包括用于建立第三槽口 134的側(cè) 壁156的齒末梢。應(yīng)該注意到，在可替代實(shí)施例中，齒112可包括齒末梢，以與上述類似的 方式限定第三槽口 134的側(cè)壁156。如下面更詳細(xì)描述的那樣，齒106、108、110、112被配置 為使側(cè)壁144、148、150、152、154、156以減小電動(dòng)機(jī)100的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方式相對(duì)于槽124、 126,128 限定槽口 130、132、134。轉(zhuǎn)子104包括通過堆疊多個(gè)磁鋼疊片而形成的轉(zhuǎn)子芯136，多個(gè)磁鋼疊片在被堆 疊時(shí)一起形成圓柱形狀。轉(zhuǎn)子芯136布置在定子102的中空芯中，同時(shí)與定子芯102隔開 預(yù)定距離，使得在定子102和轉(zhuǎn)子芯136之間形成間隙138。轉(zhuǎn)子芯136支撐被鑲嵌到轉(zhuǎn)子 芯136內(nèi)的多個(gè)永磁體140。應(yīng)該注意到，在實(shí)踐中，永磁體140的設(shè)置和/或排列將根據(jù) 特定應(yīng)用的需要而變化。在示例性實(shí)施例中，永磁體140被實(shí)現(xiàn)為稀土磁體，例如釹鐵硼或 釤鈷磁體，但根據(jù)設(shè)計(jì)要求陶瓷和鋁鎳鈷合金磁體也可用于其它實(shí)施例。在示例性實(shí)施例 中，旋轉(zhuǎn)軸142被插入形成在轉(zhuǎn)子104的中心處的中空區(qū)域中，并且與轉(zhuǎn)子104 —起旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)軸142包括用于車輛的汽車驅(qū)動(dòng)軸。在操作期間，當(dāng)轉(zhuǎn)子104通過旋轉(zhuǎn)軸142相對(duì)于定子102移動(dòng)時(shí)，永磁體140被移 動(dòng)經(jīng)過繞組114、120，因此電壓通過電磁感應(yīng)被感應(yīng)在繞組114、120中，如本領(lǐng)域認(rèn)識(shí)到的 那樣。相反，如果電流例如被電池(未示出)供應(yīng)到繞組114、120，則定子繞組(例如繞組 114、120)隨后產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子104中的永磁體140相互作用，使得轉(zhuǎn)子104和附接 的旋轉(zhuǎn)軸142旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。再次轉(zhuǎn)到每個(gè)槽124、126、128的槽口 130、132、134，電動(dòng)機(jī)100中的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和嚙 合主要由轉(zhuǎn)子104與定子槽124、126、128和槽口 130、132、134之間的齒槽效應(yīng)(例如永磁 體140之間的槽或空間)引起，如本領(lǐng)域認(rèn)識(shí)到的那樣。由于轉(zhuǎn)子磁體140與特定定子槽 124、126、128以及槽口 130、132、134之間的交互作用導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)可以具有正值或者負(fù) 值。在這一點(diǎn)上，如下面更詳細(xì)描述的那樣，在示例性實(shí)施例中，槽口 130、132、134相對(duì)于 槽124、126、128的位置以傾向于使正轉(zhuǎn)矩波動(dòng)值和負(fù)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)值平均化并因此減小轉(zhuǎn)矩 波動(dòng)的方式被調(diào)節(jié)。因此，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，電動(dòng)機(jī)100具有至少一個(gè)中心偏離其對(duì) 應(yīng)的槽124、126、128的中心的槽口 130、132、134，或者換句話說，該槽口的中心軸線從其對(duì) 應(yīng)槽的中心軸線偏移或以其它方式不與其對(duì)應(yīng)槽的中心軸線對(duì)準(zhǔn)。例如，如圖1所示，第一槽124的第一槽口 130具有從第一槽124的中心軸線158 偏移(或不對(duì)準(zhǔn))的中心軸線164，第二槽126的第二槽口 132具有與第二槽126的中心軸 線160對(duì)準(zhǔn)的中心軸線166，而第三槽口 134具有從第三槽128的中心軸線162偏移的中心軸線168，但與第一槽口 130相比其處于不同的相對(duì)位置。在這一點(diǎn)上，在所描繪的實(shí)施例中，槽124、126、128對(duì)稱設(shè)置，而槽口 130、132、134不對(duì)稱地設(shè)置，也就是說，第一槽124 的中心軸線158和第二槽126的中心軸線160之間的周向距離等于第二槽126的中心軸線 160與第三槽128的中心軸線162之間的周向距離，而第一槽口 130的中心軸線164和第二 槽口 132的中心軸線166之間的周向距離不同于第二槽口 132的中心軸線166與第三槽口 134的中心軸線168之間的周向距離另外，槽口 130、132、134的寬度或尺寸，也就是相對(duì)側(cè)壁之間的間隙或空間的寬 度，可針對(duì)每個(gè)相應(yīng)槽124、126、128是不同的，例如，第一槽口 130的寬度可與側(cè)壁144、148 之間的距離相等且與第二槽口 132的寬度(即側(cè)壁150、152之間的距離)不同和/或與 第三槽口 134的寬度(即側(cè)壁154、156之間的距離)不同。因此，定子102的每個(gè)槽除了 具有從其對(duì)應(yīng)槽的中心軸線偏移的槽口之外，還可具有寬度或尺寸與其它槽不同的對(duì)應(yīng)槽 口。換句話說，定子102的至少一個(gè)槽口 130、132、134在相對(duì)于其對(duì)應(yīng)槽124、126、128的 位置方面和/或與其他槽口 130、132、134相比在槽口 130、132、134的寬度或尺寸方面相對(duì) 于剩余的槽口 130、132、134是不對(duì)稱的。應(yīng)該理解的是，圖1為用于解釋目的的電動(dòng)機(jī)100的簡(jiǎn)化示圖，并且不傾向于以任 何方式限制這里描述的主題的范圍或應(yīng)用。因此，盡管圖1示出槽口 130、132、134的示例 性設(shè)置，實(shí)際的實(shí)施例可采用槽口的多種可能設(shè)置，這并不脫離這里描述的主題的范圍?，F(xiàn)在參見圖4，在示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程400被執(zhí)行，以獲得具有最佳 槽口定位的電動(dòng)機(jī)。在示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程400通過針對(duì)多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī) 確定模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和平均轉(zhuǎn)矩輸出而開始，每個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)具有與其它被建議電動(dòng)機(jī)不 同的槽口配置(任務(wù)402)。在這一點(diǎn)上，每個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)包括相對(duì)于其相關(guān)槽的不同的 設(shè)置或槽口位置的組合和/或不同的槽口寬度組合。在示例性實(shí)施例中，通過針對(duì)定子槽 和/或定子槽口的大量設(shè)計(jì)迭代使用有限元分析(FEA)模擬工具來改變定子槽和/或槽口 位置以及槽口寬度，獲得模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和模擬轉(zhuǎn)矩輸出。在示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過 程400繼續(xù)，具體是基于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和平均轉(zhuǎn)矩輸出，從多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)中識(shí)別最佳電動(dòng) 機(jī)，也就是具有最佳的槽口位置和/寬度的被建議電動(dòng)機(jī)(任務(wù)404)。在這一點(diǎn)上，期望減 小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，而基本上不減小電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩輸出。因此，“最佳的”永磁體電動(dòng)機(jī)是轉(zhuǎn) 矩波動(dòng)被減小到最大程度而沒有不可接受地降低平均轉(zhuǎn)矩的永磁體電動(dòng)機(jī)。例如，在一個(gè) 實(shí)施例中，平均轉(zhuǎn)矩輸出相對(duì)于原始電動(dòng)機(jī)(例如具有相對(duì)于相應(yīng)繞組槽居中定位的均勻 和/或?qū)ΨQ的槽口的非最佳電動(dòng)機(jī))不應(yīng)該被減小4%以上。在這一點(diǎn)上，根據(jù)特定應(yīng)用， 可以使用FEA識(shí)別減小平均轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的設(shè)計(jì)迭代，而同時(shí)維持與非最佳電動(dòng)機(jī)的原始轉(zhuǎn)矩 輸出大致相等的平均轉(zhuǎn)矩輸出。結(jié)果是，通過改變槽口 130、132、134相對(duì)于槽124、126、128 的寬度和/或定位，電動(dòng)機(jī)100的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)被減小，而沒有損害電動(dòng)機(jī)100的輸出轉(zhuǎn)矩。在示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程400繼續(xù)，具體是基于識(shí)別出的設(shè)計(jì)迭代為 最佳電動(dòng)機(jī)的定子構(gòu)造多個(gè)齒段(任務(wù)406)。在這一點(diǎn)上，至少一個(gè)齒段被構(gòu)造為具有一 個(gè)或多個(gè)齒末梢的齒，使得當(dāng)齒段被沿周向設(shè)置時(shí)，多個(gè)齒段限定對(duì)應(yīng)于針對(duì)最佳電動(dòng)機(jī) 識(shí)別的設(shè)計(jì)迭代的多個(gè)槽口。在示例性實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程400繼續(xù)，具體是針對(duì)該 特定設(shè)計(jì)迭代通過對(duì)應(yīng)于相應(yīng)齒和/或繞組槽的一組或多組定子繞組纏繞多個(gè)齒段的齒 (任務(wù)408)。在纏繞每個(gè)齒之后，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程400繼續(xù)，具體是沿周向設(shè)置齒段，從而導(dǎo)致最佳電動(dòng)機(jī)的具有中空芯的定子(任務(wù)410)。在這一點(diǎn)上，齒段可沿周向被設(shè)置，然后 圍繞齒段(例如用于圖2的分段齒繞組結(jié)構(gòu))的周界粘接或插入到定子芯(例如用于圖3 的插入式齒繞組結(jié)構(gòu))的槽中。轉(zhuǎn)子和/或轉(zhuǎn)子軸可隨后布置在由多個(gè)齒限定的中空芯中， 并且施加到圍繞多個(gè)齒設(shè)置的成組的定子繞組上的電壓和/或電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)導(dǎo)致 轉(zhuǎn)子和/或轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，如本領(lǐng)域認(rèn)識(shí)到的那樣。在這一點(diǎn)上，轉(zhuǎn)子和/或轉(zhuǎn)子軸響應(yīng)于施 加到定子繞組上的電壓和/或電流而產(chǎn)生波動(dòng)減小的轉(zhuǎn)矩。 盡管在前面的詳細(xì)說明中已經(jīng)呈現(xiàn)了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，還存 在大量的變型。還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，這里描述的實(shí)施例或多個(gè)實(shí)施例不傾向于以任何方式限制 要求保護(hù)的主題的范圍、應(yīng)用或配置。相反，前面的詳細(xì)說明將向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實(shí)施 所描述的實(shí)施例或多個(gè)實(shí)施例的便捷途徑。應(yīng)該理解的是，在不脫離權(quán)利要求限定的范圍 (包括在遞交本專利申請(qǐng)時(shí)已知的等同物和可預(yù)見的等同物)的情況下，可對(duì)元件的功能 和設(shè)置進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)，包括定子，所述定子包括沿周向布置以建立中空芯的多個(gè)齒段，其中 所述多個(gè)齒段限定與多個(gè)槽相關(guān)聯(lián)的多個(gè)槽口，所述多個(gè)槽中的每個(gè)槽具有槽口，并 且所述多個(gè)槽口中的至少一個(gè)槽口相對(duì)于所述多個(gè)槽口是不對(duì)稱的；和 可旋轉(zhuǎn)地布置在所述中空芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述多個(gè)槽口中的第一槽口具有第一寬度，而所 述多個(gè)槽口中的第二槽口具有第二寬度，所述第一寬度不同于所述第二寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，所述多個(gè)槽中的第一槽具有第一槽口，其中所述第一 槽口的中心軸線沒有與所述第一槽的中心軸線對(duì)準(zhǔn)。
4.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，所述定子具有集中繞組結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)齒段中的 每個(gè)齒段包括齒，所述齒具有在沿周向布置所述多個(gè)齒段之前圍繞所述齒布置的一組定子 繞組。
5.如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述定子具有分段齒繞組結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)，所述定子具有插入式繞組結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)齒段中 的每個(gè)齒段被插入到定子芯中以形成所述定子。
7.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，所述多個(gè)槽包括具有第一槽口的第一槽、具有第二槽 口的第二槽和具有第三槽口的第三槽，所述第二槽與所述第一槽相鄰，而所述第三槽與所 述第二槽相鄰，其中所述第一槽口與所述第二槽口隔開第一距離； 所述第二槽口與所述第三槽口隔開第二距離；并且 所述第一距離不同于所述第二距離。
8.如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述第一槽與所述第二槽隔開第二距離，而所述 第二槽與所述第三槽隔開第四距離，其中所述第三距離等于所述第四距離。
9.一種用于車輛的電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)包括沿周向布置以提供中空芯的多個(gè)齒段，每個(gè)齒段包括相應(yīng)的齒，所述齒具有圍繞其側(cè) 壁布置的一組定子繞組；其中所述多個(gè)齒段限定多個(gè)槽口，每個(gè)槽口對(duì)應(yīng)于被配置為容納相鄰齒的一組定子繞組的 一段的繞組槽；并且所述多個(gè)槽口中的第一槽口相對(duì)于所述多個(gè)槽口中的第二槽口是不對(duì)稱的； 可旋轉(zhuǎn)地布置在所述中空芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子；和 鑲嵌在所述轉(zhuǎn)子中的多個(gè)永磁體。
10.一種用于構(gòu)造具有集中繞組結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括針對(duì)具有各種不同定子槽口配置的多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)確定模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)； 基于所述模擬轉(zhuǎn)矩波動(dòng)從所述多個(gè)被建議電動(dòng)機(jī)中識(shí)別最佳電動(dòng)機(jī)； 構(gòu)造多個(gè)齒段，所述多個(gè)齒段被配置為當(dāng)所述多個(gè)齒段被沿周向設(shè)置時(shí)限定與所述最 佳電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的多個(gè)槽口，其中所述多個(gè)槽口中的至少一個(gè)槽口相對(duì)于所述多個(gè)槽口是不 對(duì)稱的；和沿周向布置所述多個(gè)齒段以形成定子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，其用于具有集中繞組結(jié)構(gòu)和減小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)包括包括沿周向布置以建立中空芯的多個(gè)齒段的定子和可旋轉(zhuǎn)地布置在所述中空芯內(nèi)的轉(zhuǎn)子。所述多個(gè)齒段限定與多個(gè)槽相關(guān)聯(lián)的多個(gè)槽口。所述多個(gè)槽中的每個(gè)槽具有槽口，而所述多個(gè)槽口中的至少一個(gè)槽口相對(duì)于所述多個(gè)槽口是不對(duì)稱的。
文檔編號(hào)H02K21/02GK101997373SQ201010254439
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者E·L·凱澤, K·M·拉曼, M·D·拉巴, P·J·薩瓦吉安 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司