專利名稱：具有圓周歪斜的轉(zhuǎn)子磁極和定子線圈的電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有非均勻轉(zhuǎn)子磁極模式和/或非均勻定子齒模式的電機(jī)。
背景技術(shù)：
根據(jù)圖1，常規(guī)電機(jī)100的轉(zhuǎn)子101包括沿轉(zhuǎn)子外圍均勻分割的多個磁性轉(zhuǎn)子磁極102。兩個相鄰的轉(zhuǎn)子磁極(中心線)之間的角距離被稱為磁極距103，并且它們都有相等的值α。類似地，常規(guī)電機(jī)100的定子110包括由定子槽112分隔的多個均勻分布的定子齒111。導(dǎo)體113在定子槽中延伸，兩個相鄰導(dǎo)體(中心線)之間的角距離被稱為線圈節(jié)距114。在根據(jù)圖I的常規(guī)電機(jī)中，導(dǎo)體從而按值β的均勻的線圈間距114隔開。永磁極的轉(zhuǎn)子具有由被稱為齒槽的周期性力矩所引起的轉(zhuǎn)矩脈動。齒槽產(chǎn)生自轉(zhuǎn)子和定子在最小磁阻位置對齊自身的傾向，并且即使在不帶電的機(jī)器中，這種現(xiàn)象也存在。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極移動到定子齒的邊緣上方時，齒槽效應(yīng)發(fā)生。齒槽的大小的是單獨(dú)的轉(zhuǎn)子磁極和定子齒之間的相互作用的總和，并且它取決于轉(zhuǎn)子磁極的數(shù)量和定子齒的數(shù)量之間的關(guān)系O以往通過調(diào)整轉(zhuǎn)子磁極來處理齒槽問題。例如在永磁電機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極包括在軸向方向上延伸的按行排列的多個磁體時，人們知道在圓周方向上關(guān)于彼此歪斜單個磁體。人們也知道塑造永久磁體，以便使定子齒邊緣上的移動更平滑。此外，眾所周知調(diào)整相鄰定子磁極的角距離使得距離變得不均勻。也可以將相應(yīng)的調(diào)整措施應(yīng)用于定子齒，但很多時候，調(diào)整轉(zhuǎn)子磁極在實(shí)踐中比調(diào)整定子齒更可行。US 4，751，416公開了在轉(zhuǎn)子上具有非均勻分布的磁極的永磁式電動機(jī)。磁極通過對應(yīng)于一部分定子槽距的角度布置，即，相鄰的定子齒邊緣之間的角距離。在US 4，751，416的一些實(shí)施例中，作用在轉(zhuǎn)子上的磁力是不平衡的，而在其他的實(shí)施例中，磁力平衡。在平衡的實(shí)施例中，磁極被有效地成對調(diào)整。US 6，285，104公開了永磁式電動機(jī)和在轉(zhuǎn)子上具有非均勻分布的磁極的同步磁阻電機(jī)。US 6，285，104還公開了具有非均勻分布的定子齒的定子。根據(jù)US 6，285，104的所有實(shí)施例，磁極和定子齒被移動使得作用在轉(zhuǎn)子上的磁力不平衡。不平衡的磁力顯然是不期望的，因為不平衡引起的振動可能會變強(qiáng)到令人無法接受。由于成對地調(diào)整轉(zhuǎn)子磁極的復(fù)雜性，從制造的角度來看，這樣的調(diào)整也是不期望的。因此，希望提供磁極的成對調(diào)整的磁平衡的替代。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的提供一種電機(jī)，其中以制造友好的方式解決了齒槽問題(cogging problem)。 本發(fā)明的另一個目的提供一種用于解決現(xiàn)有電機(jī)中的齒槽問題的方法。這些目的由根據(jù)所附權(quán)利要求I和6的裝置、以及根據(jù)所附權(quán)利要求14和15的方法來達(dá)到。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括nps個磁極段，nps是至少四的偶數(shù)。每個磁極段包括1^個磁極，np是大于一的整數(shù)。在每個磁極段之內(nèi)的相鄰的磁極按值Ci1的第一磁極距隔開。屬于不同的磁極段的相鄰的磁極在每個磁極段的一端按值α2的第二磁極距隔開，并且在每個磁極段的另一端按值α3的第三磁極距隔開。所有的值^^、^和α3各不相同。通過提供具有均勻磁極距的磁極段，并且通過偏離磁極段之間的磁極距，可以解決齒槽問 題，而不需要單獨(dú)地或成對地調(diào)整磁極。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述值Ci2小于所述值Q1，并且所述值％大于所述值α 10在組中以圓周地歪斜磁極的簡單方式來實(shí)現(xiàn)這一實(shí)施例，并且它提供優(yōu)選的齒槽特性。 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，磁極繞所述轉(zhuǎn)子的中心軸線以實(shí)質(zhì)上對稱的方式對齊。磁極的對稱對齊能夠?qū)崿F(xiàn)平衡的磁力，并且從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的振動自由操作。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)子沿不同的磁極段之間的界面被分成多個離散的分段。通過這一措施，轉(zhuǎn)子部件變小和變輕，并且從而易于處理。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所有的轉(zhuǎn)子分段具有實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)。這一條件假定沿轉(zhuǎn)子橫截面的對稱軸線將轉(zhuǎn)子分成分段，并且假定轉(zhuǎn)子是在軸向方向上對稱。通過提供具有相同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子分段，不相同的轉(zhuǎn)子部件的數(shù)目變少。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于電機(jī)的定子，所述定子包括η。,個線圈段，I^s是至少四的偶數(shù)。每個線圈段包括η。個導(dǎo)體，η。是大于一的整數(shù)。在每個線圈段之內(nèi)的相鄰的導(dǎo)體按值1^的第一線圈節(jié)距隔開。屬于不同的線圈段的相鄰的導(dǎo)體在每個線圈段的一端按值β 2的第二線圈節(jié)距隔開，并且在每個線圈段的另一端按值β 3的第三線圈節(jié)距(307)隔開。所有值βρ 02和β3各不相同。通過提供具有均勻線圈節(jié)距的線圈段，并且通過偏離線圈段之間的線圈節(jié)距，可以以簡單的方式解決齒槽問題。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述值β2小于所述值P1，并且所述值β3大于所述值β 10在組中以圓周地歪斜定子線圈的簡單方式來實(shí)現(xiàn)這一實(shí)施例，并且它提供優(yōu)選的齒槽特性。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述導(dǎo)體繞所述定子的中心軸線以實(shí)質(zhì)上對稱的方式對齊。導(dǎo)體的對稱對齊能夠?qū)崿F(xiàn)平衡的磁力，并且從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的振動自由操作。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述定子沿不同的線圈段之間的界面被分成多個離散的分段。通過這一措施，定部件變小和變輕，并且從而易于處理。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所有的定子分段具有實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)。這一條件假定沿定子橫截面的對稱軸線將轉(zhuǎn)子分成分段，并且假定定子是在軸向方向上對稱。通過提供具有相同結(jié)構(gòu)的定子分段，不相同的定子部件的數(shù)目變少。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，按第一線圈節(jié)距隔開的相鄰的導(dǎo)體被第一定子齒分隔，并且按第二線圈節(jié)距隔開的相鄰的導(dǎo)體被第二定子齒分隔，所述第二定子齒比所述第一定子齒窄，或者省略所述第二定子齒。調(diào)整定子齒的寬帶是圓周地歪斜定子線圈的簡單方式。通過省略定子齒，避免了制造不切實(shí)際地窄的定子齒。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，按第一線圈節(jié)距隔開的相鄰的導(dǎo)體被第一定子齒分隔，并且由第三線圈節(jié)距隔開的相鄰的導(dǎo)體被第三定子齒分隔，所述第三定子齒比所述第一定子齒寬。調(diào)整定子齒的寬帶是圓周地歪斜定子線圈的簡單方式。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于解決包括轉(zhuǎn)子的現(xiàn)有電機(jī)的齒槽問題的方法。所述方法包括以下步驟把轉(zhuǎn)子磁極之間的轉(zhuǎn)子分成多個徑向分段；從一個分段端移除一個轉(zhuǎn)子鐵扇區(qū)；在相對的分段端添加一個轉(zhuǎn)子鐵扇區(qū)；將修改后的分段組合在一起以形成轉(zhuǎn)子(200)。通過這一措施，可以以簡單的方式修改現(xiàn)有電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以解決齒槽問題。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種用于解決包括定子的現(xiàn)有電機(jī)的齒槽問題的方法。所述方法包括以下步驟把跨定子齒之間的定子分成多個徑向分段；從一個分段端移除一個定子鐵扇區(qū)；在相對的分段端添加一個定子鐵扇區(qū)；將修改后的分段組合在一起以形成定子。通過這一措施，可以以簡單的方式修改現(xiàn)有電機(jī)的定子，以解決齒槽問題。


將參考附圖更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)，其在轉(zhuǎn)子中具有均勻的磁極距，在定子中具有均勻 的線圈節(jié)距；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子；以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的定子。
具體實(shí)施例方式參照圖2，示出了用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子200，其包括四個磁極段201。每個磁極段201包括四個磁極202，在每個磁極段201之內(nèi)的相鄰的磁極202按值a i的第一磁極距彼此隔開，a i = 22. 5°。屬于不同的磁極段201的相鄰的磁極202在每個磁極段201的一端按值α 2的第二磁極距隔開，α 2 = 20°，并且在每個磁極段201的另一端按值α 3的第三磁極距隔開，Q3 = 25°。因此可以認(rèn)為與圖I的均勻分布的磁極102相比，在每個第二磁極段201內(nèi)的所有磁極202被順時針移位通過I. 25°的角度，而在剩余磁極段201內(nèi)的所有磁極202被逆時針移位通過系統(tǒng)的角度。根據(jù)圖2的轉(zhuǎn)子200可以沿著不同磁極段201之間的界面被分成四個離散的分段。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了包括相等地隔開的磁極202的四個轉(zhuǎn)子分段。實(shí)際上，當(dāng)沿著轉(zhuǎn)子橫截面的對稱軸進(jìn)行分割時，所得的相鄰轉(zhuǎn)子分段成為鏡像圖像。這意味著只要轉(zhuǎn)子分段在軸向方向上對稱，則所有的轉(zhuǎn)子分段成為相同的結(jié)構(gòu)。從制造的角度來看，將將轉(zhuǎn)子200組合在一起而不使用具有均勻磁極距203的相同的分段而是調(diào)整單獨(dú)地調(diào)整每個磁極，這是非常有利的。將轉(zhuǎn)子200分割成分段的附加優(yōu)點(diǎn)在于單獨(dú)的電機(jī)部件的大小變得更小，并且從而更易于處理和運(yùn)輸。從圖I的常規(guī)轉(zhuǎn)子101開始，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子200通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)把轉(zhuǎn)子磁極102之間的常規(guī)轉(zhuǎn)子101分成四個相同的分段；在兩個相對分割的界面處，從每個分段端移除I. 25。轉(zhuǎn)子鐵扇區(qū)；在兩個剩余分割的界面處，向每個分段端添加I. 25。轉(zhuǎn)子鐵扇區(qū)；將修改的分段組合在一起以形成根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子200。當(dāng)然，移除的和添加的轉(zhuǎn)子鐵扇區(qū)的大小可以根據(jù)主題轉(zhuǎn)子的配置而變化。參照圖3，示出了用于電機(jī)的定子300，其包括四個線圈段301。每個線圈段301包括在定子槽303延伸的限定在定子齒304之間的十二個導(dǎo)體302。這些十二個導(dǎo)體302代表在三個電相中的線圈，每相兩個線圈，每個線圈包括從定子300的第一軸向端延伸到定子的第二軸向端的第一導(dǎo)體302，并且每個線圈還包括從定子300的第二軸向端延伸到定子的第一軸向端的第二導(dǎo)體302。在實(shí)踐中，每個線圈由在兩個不同的定子槽303中延伸的單個環(huán)組成，但為了描述本發(fā)明的目的，位于不同定子槽303中的單個環(huán)的部件被認(rèn)為是單獨(dú)的導(dǎo)體302。在本示例中，在每個線圈段301內(nèi)的相鄰的導(dǎo)體302按值的第一線圈節(jié)距305彼此隔開，P1 = 7.5°。屬于不同線圈段301的相鄰的導(dǎo)體302在每個線圈段301的一端按值β 2的第二線圈節(jié)距306隔開，β 2 = 5°，并且在每個線圈段301的另一端按值β 3的第三線圈節(jié)距307隔開，β3= 10°。因此可以認(rèn)為與圖I的均勻分布的導(dǎo)體113相比，在每個第二線圈段301內(nèi)的所有導(dǎo)體302被順時針移動通過I. 25°的角度，而在剩余線圈段301內(nèi)的所有導(dǎo)體302被逆時針移動通過相同的角度。在實(shí)踐中，這種移動導(dǎo)致在線圈段301之間的每個第二界面處的較窄的定子齒304，以及在線圈段301之間的在剩余界面處的相應(yīng)地較寬的定子齒304。在圖3中，較窄的齒304已被完全省略。應(yīng)選擇在每個線圈段301內(nèi)的導(dǎo)體302的數(shù)目使得屬于相同線圈的所有導(dǎo)體302在相同的線圈段301之內(nèi)。以這種方式，沒有線圈穿過兩個線圈段301之間的界面，并且可 以容易地沿線圈段界面把定子300分成離散的分段。在本示例中，定子300也可以包括8個線圈段301，每個線圈段具有6個導(dǎo)體302，即每相一個線圈。將定子300分割成若干離散的分段使得單獨(dú)的電機(jī)部件的大小變得更小，并且從而更易于處理和運(yùn)輸。與轉(zhuǎn)子200一樣，沿著定子橫截面的對稱軸分割定子300，只要定子300在軸線方向上對稱，則所得的定子分段的結(jié)構(gòu)成為相同的。在優(yōu)選的實(shí)施例中，沿著不同線圈段301之間的界面把定子300分成多個分段。從圖I的常規(guī)定子110開始，根據(jù)本發(fā)明的定子300通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)把跨定子齒111的定子110分成四個相同的分段；在兩個相對分割的界面處，從每個分段端移除I. 25°定子鐵扇區(qū)；在兩個剩余分割的界面處，向每個分段端添加I. 25°定子鐵扇區(qū)；將修改的分段組合在一起以形成根據(jù)本發(fā)明的定子200。由于移除了定子鐵，剩余的定子齒可能變得非常窄。在某些情形下，例如圖3所示的情形，可以省略這些窄齒304。當(dāng)然，移除的和添加的定子鐵扇區(qū)的大小可以根據(jù)主題定子的配置而變化。注意到根據(jù)以上描述通過移動轉(zhuǎn)子磁極202和通過移動定子線圈都可以實(shí)現(xiàn)減小齒槽的相同的效果。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子200可以與具有均勻?qū)w分布的常規(guī)定子110 —起使用，并且根據(jù)本發(fā)明的定子300可以與具有均勻磁極分布的常規(guī)轉(zhuǎn)子101—起使用。此外，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子200可以與根據(jù)本發(fā)明的定子300 —起使用。在這種組合中，轉(zhuǎn)子200和定子300分別具有非均勻分布的磁極202和導(dǎo)體302。此外，磁極段的數(shù)目可以不同于線圈段的數(shù)目。本發(fā)明不限于以上所示的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)然可以在由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)以各種方式對它們進(jìn)行修改。因此，本發(fā)明不限于永磁式電機(jī)，而是可以應(yīng)用于電勵磁電機(jī)或者磁阻電機(jī)。此外，磁極段201和線圈段301的數(shù)目以及對應(yīng)的段的數(shù)目不限于上述示例中所提及的那些，而實(shí)際上很多時候有利地可以大于段的數(shù)目。
權(quán)利要求
1.一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子(200)，所述轉(zhuǎn)子(200)包括nps個磁極段(201)，nps是至少為四的偶數(shù)，每個磁極段(201)包括np個磁極(202)，\是大于一的整數(shù)，在每個磁極段(201)之內(nèi)的相鄰的磁極(202)按值Ci1的第一磁極距(203)隔開， 其特征在于屬于不同的磁極段(201)的相鄰的磁極(202)在每個磁極段(201)的一端按值Q2的第二磁極距(204)隔開，并且在每個磁極段(201)的另一端按值Ci3的第三磁極距(205)隔開，所述值αι、％和Ci3互不相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子(200)，其中，所述值Ci2小于所述值Ci1，并且所述值Ci3大于所述值α 10
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的轉(zhuǎn)子(200)，其中，所述磁極(202)繞所述轉(zhuǎn)子(200)的中心軸線以實(shí)質(zhì)上對稱的方式對齊。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的轉(zhuǎn)子(200)，其中，所述轉(zhuǎn)子(200)沿不同的磁極段(201)之間的界面被分成多個離散的分段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子(200)，其中，所有的轉(zhuǎn)子分段具有實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)。
6.一種用于電機(jī)的定子(300)，所述定子(300)包括11。3個線圈段(301)，11。3是至少為四的偶數(shù)，每個線圈段(301)包括η。個導(dǎo)體(302)，η。是大于一的整數(shù)，在每個線圈段(301)之內(nèi)的相鄰的導(dǎo)體(302)按值P1的第一線圈節(jié)距(305)隔開， 其特征在于屬于不同的線圈段(301)的相鄰的導(dǎo)體(302)在每個線圈段(301)的一端按值@2的第二線圈節(jié)距(306)隔開，并且在每個線圈段(301)的另一端按值β3的第三線圈節(jié)距(307)隔開，所述值βρ 02和β3互不相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的定子(300)，其中，所述值β2小于所述值P1，并且所述值β3大于所述值β !O
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的定子(300)，其中，所述導(dǎo)體(302)繞所述定子(300)的中心軸線以實(shí)質(zhì)上對稱的方式對齊。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求6-8任一項所述的定子(300)，其中，所述定子(300)沿不同的線圈段(301)之間的界面被分成多個離散的分段。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的定子(300)，其中，所有的定子分段具有實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求6-10任一項所述的定子(300)，其中，按第一線圈節(jié)距(305)隔開的所述相鄰的導(dǎo)體(302)被第一定子齒(304)分隔，并且按第二線圈節(jié)距(306)隔開的所述相鄰的導(dǎo)體(302)被第二定子齒(304)分隔，所述第二定子齒(304)比所述第一定子齒(304)窄，或者省略所述第二定子齒(304)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求6-11任一項所述的定子(300)，其中，按第一線圈節(jié)距(305)隔開的所述相鄰的導(dǎo)體(302)被第一定子齒(304)分隔，并且由第三線圈節(jié)距(307)隔開的所述相鄰的導(dǎo)體(302)被第三定子齒(304)分隔，所述第三定子齒(304)比所述第一定子齒(304)寬。
13.—種包括根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的轉(zhuǎn)子(200)和根據(jù)權(quán)利要求6-12任一項所述的定子(300)的電機(jī)。
14.一種用于解決包括轉(zhuǎn)子的現(xiàn)有電機(jī)的齒槽問題的方法，所述方法包括以下步驟 -把轉(zhuǎn)子磁極(202)之間的轉(zhuǎn)子分成多個徑向分段； -從分段端移除轉(zhuǎn)子鐵扇區(qū)；-在相對的分段端添加轉(zhuǎn)子鐵扇區(qū)；-將修改后的所述分段組合在一起以形成轉(zhuǎn)子(200)。
15.一種用于解決包括定子的現(xiàn)有電機(jī)的齒槽問題的方法，所述方法包括以下步驟-把跨定子齒(304)之間的定子分成多個徑向分段；-從分段端移除定子鐵扇區(qū)；-在相對的分段端添加定子鐵扇區(qū)；-將修改后的所述分段組合在一起以形成定子(300)。
全文摘要
為了解決齒槽問題，一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子200包括多個磁極段201，在每個磁極段201之內(nèi)的相鄰的磁極202按第一均勻磁極距203隔開。屬于不同的磁極段201的相鄰的磁極202在每個磁極段201的一端按第二(更小的)磁極距204隔開，并且在每個磁極段201的另一端按第三(更大的)磁極距205隔開?？商鎿Q地，可以在電機(jī)的定子300中進(jìn)行線圈節(jié)距305、306和307的相應(yīng)調(diào)整。
文檔編號H02K15/00GK102884714SQ201080066192
公開日2013年1月16日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者R·欽, J·曼特雷 申請人:Abb研究有限公司