專利名稱：電機(jī)和用于該電機(jī)的定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)的定子以及一種具有定子和轉(zhuǎn)子的電機(jī)。
背景技術(shù)：
電機(jī)包括位置固定的定子和可相對(duì)于該定子運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子。定子包括凹槽，電繞組能夠插入到所述凹槽中。這種電機(jī)通常具有一個(gè)或多個(gè)永久磁體，所述永久磁體各具有北極和南極。由此產(chǎn)生電機(jī)的齒槽力矩，所述齒槽力矩與電機(jī)的幾何形狀相關(guān)。齒槽力矩導(dǎo)致所不期望的噪聲和機(jī)械振動(dòng)。此外，降低電機(jī)的能源利用率和效率。此外，齒槽力矩或者與其關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的波動(dòng)和控制中的問題。最后，齒槽力矩由交互作用造成，即由磁體的磁通和定子幾何形狀之間的磁性引力造成，所述磁性引力導(dǎo)致具有轉(zhuǎn)子的角度相關(guān)性的可變的磁阻。轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是氣隙中磁通密度的較高次諧波的交互作用的結(jié)果，所述交互作用由轉(zhuǎn)子磁體和定子電流引起。在凸極轉(zhuǎn)子拓?fù)渲校霈F(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的附加的分量作為定子電流的磁通和轉(zhuǎn)子的磁導(dǎo)的較高次諧波之間的交互作用的結(jié)果。在工業(yè)應(yīng)用中，存在對(duì)于具有小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和小的齒槽力矩的新式馬達(dá)的需求。轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和齒槽力矩例如應(yīng)當(dāng)小于額定轉(zhuǎn)矩的5%或0.5%。在文獻(xiàn)“CoggingTorque Reduction in a Permanent Magnet Wind TurbineGenerator，^；.Mul jadi 和 J.Green, 21.American Society of Mechanical Engineers, WindEnergy Symposium, Reno, Nevada, 2002 年 I 月 14 日至 17 日，NREL/CP-500-30768 中提出，在風(fēng)力渦輪機(jī)中降低齒槽力矩。為此，考慮同樣的氣隙、極寬的影響和轉(zhuǎn)子的傾斜位置。然而這些方 案中的缺點(diǎn)是，效率的降低和/或制造成本的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種電機(jī)和一種用于電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其中在良好的效率和低制造耗費(fèi)的情況下可以實(shí)現(xiàn)降低的齒槽力矩和更小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。所述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)。改進(jìn)形式和設(shè)計(jì)方案是從屬權(quán)利要求的主題。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于電機(jī)的定子包括至少兩個(gè)分定子。分定子共同形成用于電機(jī)的定子。每個(gè)分定子包括用于容納繞組的凹槽。凹槽具有凹槽開口。至少一個(gè)第二分定子的凹槽的凹槽開口沿周向方向相對(duì)于第一分定子的凹槽的凹槽開口位置偏移。兩個(gè)分定子軸向地和/或在周向方向上彼此組合。 優(yōu)選地，凹槽開口朝向電機(jī)的氣隙定向。例如，第一分定子的凹槽的凹槽開口的對(duì)稱軸線沿著一個(gè)方向相對(duì)于凹槽的對(duì)稱軸線偏移第一角度，而設(shè)計(jì):至少一個(gè)第二分定子的凹槽開口的對(duì)稱軸線相對(duì)于所述第二分定子的凹槽的對(duì)稱軸線沿著相反方向偏移相同的或者不同的角度。凹槽開口的偏移引起齒槽力矩的轉(zhuǎn)矩曲線相應(yīng)地偏移特定的角度。將定子分成多個(gè)分定子實(shí)現(xiàn)下述配置:在所述配置中，轉(zhuǎn)矩的齒槽力矩曲線本身借助分定子的凹槽開口的不同位置剛好相互抵消。換而言之，通過分定子的凹槽開口的適當(dāng)?shù)南鄬?duì)偏移實(shí)現(xiàn)使電機(jī)的總定子的齒槽力矩消失。這例如當(dāng)分定子的齒槽力矩曲線相互偏移180°進(jìn)而曲線完全地相互抵消時(shí)才是這種情況。與傾斜的轉(zhuǎn)子相反，所提出原理具有至少兩個(gè)分定子，定子在軸向方向上或者在周向方向上劃分成所述分定子，以及凹槽開口的偏移能夠以相對(duì)較低的耗費(fèi)在批量生產(chǎn)中制造。因此得到低成本的實(shí)現(xiàn)方案。在此，電機(jī)的效率以及其它的性能參數(shù)基本上保持不變。在一個(gè)改進(jìn)形式中，至少一個(gè)第二分定子的凹槽的凹槽開口相對(duì)于第一分定子的凹槽的凹槽開口沿軸向方向上或者沿周向方向偏移，使得分定子的齒槽力矩相互抵消，和/或降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。在改進(jìn)形式中除了凹槽開口的偏移之外，電機(jī)的定子被劃分成的分定子具有相同的結(jié)構(gòu)和尤其相同的幾何形狀。特別是，構(gòu)成在相鄰的凹槽之間的齒部具有同樣的極形和極寬，并且僅在凹槽開口的位置方面不同，所述凹槽開口配屬于不同的分定子。根據(jù)所提出原理提出軸向地補(bǔ)償齒槽力矩。為此，在所述分定子的一個(gè)中能夠附加地設(shè)置有加深的凹槽。在周向方向上劃分定子時(shí),例如能夠在一個(gè)分定子中沿著環(huán)周在定子的在橫截面中呈半圓形的區(qū)段中設(shè)計(jì)凹槽開口向右偏移，并且在相對(duì)置的半個(gè)區(qū)段中，也就是說在另一個(gè)分定子中能夠設(shè)計(jì)凹槽開口向左偏移絕對(duì)值相同的角度。

在另一個(gè)實(shí)施方式中設(shè)有電機(jī)，所述電機(jī)包括如前文所述的定子。轉(zhuǎn)子設(shè)置成可相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)地安裝。轉(zhuǎn)子能夠如在常規(guī)的電機(jī)中一樣構(gòu)成并且例如能夠包括永久磁體。 替選于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的電機(jī)，所提出的原理也能夠應(yīng)用在線性電機(jī)中，即線性馬達(dá)或者線性發(fā)電機(jī)。在該情況下，設(shè)有可沿著定子運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子。在線性電機(jī)中，凹槽開口不從對(duì)稱軸線或者中央位置偏移特定的角度，而是沿著轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方向從對(duì)稱軸線或者中央位置偏移特定的長度。電機(jī)例如包括下述類型中的一種:線性電機(jī)、軸流式電機(jī)、徑流式電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)。此外，電機(jī)還構(gòu)造有內(nèi)電樞或者構(gòu)造為具有外電樞的電機(jī)。轉(zhuǎn)子能夠被構(gòu)造為籠式轉(zhuǎn)子，或者在異步電機(jī)的情況下構(gòu)造為多層轉(zhuǎn)子。在同步電機(jī)的情況下，轉(zhuǎn)子能夠構(gòu)造為永磁轉(zhuǎn)子、具有內(nèi)埋磁體的轉(zhuǎn)子、饋電轉(zhuǎn)子，特別是全極轉(zhuǎn)子、凸極轉(zhuǎn)子、異極轉(zhuǎn)子或者同極轉(zhuǎn)子。


下面在多個(gè)實(shí)施例中根據(jù)附圖詳細(xì)闡明本發(fā)明。在此，相同的或者起相同作用的部分設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。圖中示出:圖1A示出根據(jù)所提出的原理的分轉(zhuǎn)子的第一實(shí)施例的展開圖；圖1B示出所屬的齒槽力矩曲線；
圖2A示出根據(jù)所提出的原理的示例的兩個(gè)分轉(zhuǎn)子；圖2B示出所屬于圖2A的齒槽力矩曲線；圖3示出圖1B和圖2B中齒槽力矩曲線的組合；圖4A示出在具有第一分定子的電機(jī)中的所提出的原理的實(shí)施例；圖4B示出圖4A的視圖，然而具有第二分定子，以及圖5沿著周向方向示出圖4A和圖4B中的實(shí)施方案的組合；圖6A示出具有可分的軛部的定子的實(shí)施例；圖6B示出具有左移的凹槽開口的定子的實(shí)施例；圖6C示出具有右移的凹槽開口的定子的實(shí)施例；圖6D沿著定子的周向方向示出·根據(jù)圖5B和5C的兩個(gè)分定子的組合。
具體實(shí)施例方式圖1A以橫截面的斷面分別示出定子I和轉(zhuǎn)子2的展開圖。在定子I和轉(zhuǎn)子2之間設(shè)有氣隙。定子I具有多個(gè)并排設(shè)置的凹槽3，在所述凹槽之間形成齒部4。凹槽具有方形的橫截面并且各具有一個(gè)凹槽開口 5。凹槽開口 5朝氣隙定向，也就是朝向轉(zhuǎn)子定向。凹槽開口具有比凹槽本身更小的寬度，使得凹槽朝向氣隙變細(xì)。凹槽3具有對(duì)稱軸線A，同樣凹槽開口也具有對(duì)稱軸線B。這些在橫截面中可被識(shí)別為是軸線的對(duì)稱線，實(shí)際上是空間伸展的電機(jī)的對(duì)稱平面。認(rèn)識(shí)到的是，所有的凹槽開口 5具有對(duì)稱軸線B，所述對(duì)稱軸線相對(duì)于凹槽3本身的對(duì)稱軸線A向右偏移角度αχ1。由于展開的視圖而將角度示為距離。換而言之，凹槽開口不是設(shè)置在凹槽的朝向氣隙的一側(cè)的中央，而是相對(duì)于之偏移角度αχι。轉(zhuǎn)子2基本上設(shè)置為與定子I平行，并且具有永磁體形式的北極和南極，所述轉(zhuǎn)子的磁化通過箭頭來示出。根據(jù)圖1B中的轉(zhuǎn)矩曲線立即知道:通過右移凹槽開口也實(shí)現(xiàn)右移所屬的齒槽力矩曲線。在此，常規(guī)的電機(jī)是其中凹槽開口的對(duì)稱軸線B和凹槽的對(duì)稱軸線A重合的電機(jī)，也就是說，在常規(guī)的電機(jī)中凹槽開口沒有從凹槽的中央移出。在常規(guī)的電機(jī)中，圖1A中的角度為零。如圖2Α中示出，這同樣適用于在凹槽開口左移的情況下。在此，凹槽開口 5的對(duì)稱軸線B相對(duì)于凹槽3的對(duì)稱軸線A向左偏移,更確切地說向左偏移角度α Χ2。這適用于根據(jù)圖2的定子的所有凹槽開口。圖1A和2Α的凹槽的凹槽開口的偏移角度絕對(duì)值相同，然而指向相反。除此之外，圖1A和2Α的分定子的結(jié)構(gòu)和幾何形狀相同。如按照根據(jù)圖2Β的所屬的齒槽力矩曲線變得明顯的是，凹槽開口的對(duì)稱軸線的左移進(jìn)而凹槽開口從中央左移也引起所屬的齒槽力矩曲線的左移。當(dāng)現(xiàn)在例如將圖1A和圖2Α中的定子彼此組合成唯一的定子結(jié)構(gòu)時(shí)，更確切地說例如使得電機(jī)的軸向長度的一半相當(dāng)于根據(jù)圖1A的定子，以及另一半相當(dāng)于根據(jù)圖2Α的定子，因此能夠?qū)⒄麄€(gè)定子的所引起的齒槽力矩減小到零。例如，偏移角度αχι和αΧ2根據(jù)馬達(dá)設(shè)計(jì)而能夠選擇為是相同的或不同的。如根據(jù)圖3示出，對(duì)于凹槽開口的預(yù)設(shè)的偏移角度而言，電機(jī)轉(zhuǎn)子的第一部分和第二部分的齒槽力矩分量能夠以在電學(xué)上相對(duì)彼此偏移180°。在該情況下，完全消除整個(gè)定子的或者整個(gè)電機(jī)的所產(chǎn)生的齒槽力矩。圖4A和4B以另一實(shí)施例中示出相應(yīng)的分定子，所述分定子在軸向上彼此組合成總定子。如圖4中示出，在軸向長度的一部分中，凹槽開口向右偏移。如在圖4B中示出，在定子的軸向長度的另一部分中，凹槽開口相對(duì)于凹槽中央向左偏移。因此知道，在圖4A中凹槽開口從凹槽中央中全部向右偏移角度αχι，或者換而言之以順時(shí)針方向偏移，而圖4Β示出按照絕對(duì)值以相同的角度然而以相反的方向向左偏移。換而言之，在圖4Β中凹槽開口以數(shù)學(xué)上的正方向，即逆時(shí)針方向偏移。這種類型的定子結(jié)構(gòu)也稱作具有離散的凹槽開口的定子結(jié)構(gòu)。在電機(jī)的兩個(gè)半部中，也就是說在第一分定子和第二分定子中，所述定子結(jié)構(gòu)能夠用相同的層壓板來制造。替選地，也能夠?qū)⒍鄠€(gè)或者甚至任意多個(gè)分定子沿軸向方向依次相互組合，由此自然增加制造耗費(fèi)。如果執(zhí)行超過邊界(Grenziibergang),能夠?qū)崿F(xiàn)具有連續(xù)變化的凹槽開口的定子拓?fù)?。與圖4Α和4Β相反，圖5沒有示出在軸向上的分定子的組合，而是示出在周向方向上的分定子的組合。在此，定子的基本圓形的橫截面被分成兩個(gè)同樣大小的半部，即上半部6和下半部7。因此在圖5的上半部圖中，類似于圖4Α，設(shè)有帶有將凹槽開口右移角度αχι的分定子6，而在下半部圖中設(shè)有帶有將凹槽開口向左偏移的、即向左偏移角度αχ2的分定子7。一般而言，如在根據(jù)圖5的橫截面中示例地示出，定子能夠在每個(gè)板平面中均借助一件式的板來實(shí)現(xiàn)。替選地，每個(gè)板平面也能夠設(shè)有兩個(gè)或更多的板，并且在制造時(shí)彼此組合。

這也是一種可簡(jiǎn)單制造的實(shí)現(xiàn)方案。在該情況下，定子芯僅由軸向方向上的層壓結(jié)構(gòu)組成。在電機(jī)的最低對(duì)稱性的一個(gè)半部中，凹槽開口向右偏移，并且在最低對(duì)稱性的第二半部中，凹槽開口向左偏移。相對(duì)于圖4Α和4Β中的實(shí)施方案,根據(jù)圖5的實(shí)施方案具有如下優(yōu)點(diǎn)，即在軸向方向上凹槽開口是恒定的，這還進(jìn)一步簡(jiǎn)化定子的纏繞。顯然能夠應(yīng)用多于兩個(gè)的、不同的離散的凹槽開口角度，也就是說，定子能夠由多于兩個(gè)的分定子組成。如圖5中以一個(gè)實(shí)例示出，在沿周向方向劃分定子時(shí)，限制因素在此是指電機(jī)的最低對(duì)稱性。根據(jù)圖4Α和4Β的實(shí)施方案和根據(jù)圖5的實(shí)施方案的特征在于，齒槽力矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)能夠借助簡(jiǎn)單的措施顯著地降低。相對(duì)于常規(guī)的定子結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)成本基本相同。圖6Α至6D示出根據(jù)所提出的原理的定子的示例性的模塊化構(gòu)造，所述模塊化構(gòu)造引起尤其有利的安裝和制造中的低成本。對(duì)于具有集中的繞組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電機(jī)而言，當(dāng)定子芯借助于單獨(dú)的部件如下文中所描述的模塊化地構(gòu)成時(shí)，能夠減少定子的制造成本。這以具有十二個(gè)齒部和十個(gè)極的電機(jī)的實(shí)例來闡明。如圖6Α中示出，首先構(gòu)造單個(gè)的定子部件，所述定子部件包括齒部和半個(gè)軛部。在下一個(gè)步驟中，如在圖6Α中同樣在上半部圖中可見，將集中的繞組圍繞定子齒部纏繞。繞組在橫截面中通過X來標(biāo)記。如圖6Α的下半部圖中示出，兩個(gè)合起來的具有如上半部圖所示的結(jié)構(gòu)和繞組的定子部件在軛部側(cè)彼此組合。通過如圖6B中示出的定子模塊的安裝來制造完整的定子。已經(jīng)分別成對(duì)地組合的定子部件借助于其它非磁性的部分安裝成定子。在圖6A和6B的實(shí)例中得到具有左移的凹槽開口的分定子。如圖6C中示出，以類似的方式能夠通過模塊化制造方法實(shí)現(xiàn)具有向右偏移的凹槽開口的定子的配置。如果將根據(jù)圖6B和6C的實(shí)施方案作為分定子沿軸向方向組合成總定子，那么得到一個(gè)類似的實(shí)施方案，如圖4A和4B中具有在該處所描述的優(yōu)點(diǎn)。替選地，如圖6D中示出，類似于根據(jù)圖5的實(shí)施方案也能夠沿周向方向進(jìn)行分定子的組合。在根據(jù)圖6D的實(shí)施方案中，也能夠使用多于兩個(gè)的、不同的凹槽開口角度來偏移凹槽開口，這產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的分定子。在此，電機(jī)的定子的最低對(duì)稱性是受限的。如根據(jù)實(shí)施例明顯看出的是，所提出的原理允許實(shí)現(xiàn)定子以及如下具有定子的電機(jī)，所述電機(jī)引起降低或者完全地抵消齒槽力矩并且同時(shí)能夠以較低的耗費(fèi)來制造并且實(shí)現(xiàn)良好的效率。所提出的定子拓?fù)淠軌蛴糜谌款愋偷囊阎碾姍C(jī)，例如異步電機(jī)，永磁體(PM)激勵(lì)的同步電機(jī)，無刷直流PM電機(jī)，轉(zhuǎn)換磁阻電機(jī)、同步磁阻電機(jī)、直流電機(jī)等。此外使用轉(zhuǎn)子極數(shù)和定子凹槽數(shù)的不同的組合是可行的且有意義的。附圖標(biāo)記列表I 定子2 轉(zhuǎn)子3 凹槽 4 齒部5 凹槽開口6 分定子7 分定子A 槽的對(duì)稱軸線B 凹槽開口的對(duì)稱軸線αχι偏移角αχ2偏移角
權(quán)利要求
1.用于電機(jī)的定子，所述定子(I)包括: 第一分定子(6)和至少一個(gè)第二分定子(7)，所述第一分定子和所述至少一個(gè)第二分定子分別具有用于容納繞組的凹槽(3)， 其中所述至少一個(gè)第二分定子(7)的所述凹槽的凹槽開口(5)相對(duì)于所述第一分定子(6)的所述凹槽的凹槽開口沿周向方向偏移，并且 兩個(gè)所述分定子在軸向上和/或在周向方向上彼此組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子，其中所述至少一個(gè)第二分定子(7)的所述凹槽的所述凹槽開口(5)相對(duì)于所述第一分定子(6)的所述凹槽的所述凹槽開口沿周向方向偏移成，使得所述分定子的齒槽力矩相互補(bǔ)償和/或降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定子，其中除了所述凹槽開口(5)的偏移之外，至少兩個(gè)所述分定子(6，7 )具有相同的結(jié)構(gòu)，特別是相同的幾何結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定子，其中至少兩個(gè)所述分定子(6，7)在相鄰的凹槽之間具有極齒，所述極齒具有相同的極形和極寬，然而具有相互偏移的凹槽開口(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的定子，其中所述分定子(6，7)在軸向方向上組合并且設(shè)有不同深度的凹槽。
6.根據(jù)權(quán)利要 求1至4之一所述的定子，其中所述分定子(6，7)在周向方向上組合并且所述定子具有至少一個(gè)能夠分開的軛部。
7.電機(jī)，所述電機(jī)具有根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的定子以及還包括: 相對(duì)于定子(I)能夠旋轉(zhuǎn)地安裝的轉(zhuǎn)子(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其中所述電機(jī)包括下述類型中的一種:線性電機(jī)、軸流式電機(jī)、徑流式電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電機(jī)，所述電機(jī)構(gòu)造為具有內(nèi)電樞的電機(jī)或構(gòu)造為具有外電樞的電機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子(2)是下述類型中的一種:籠式轉(zhuǎn)子、在異步電機(jī)的情況下是多層轉(zhuǎn)子或者在同步電機(jī)的情況下是永磁轉(zhuǎn)子、具有內(nèi)埋磁體的轉(zhuǎn)子或者饋電轉(zhuǎn)子，特別是全極轉(zhuǎn)子、凸極轉(zhuǎn)子、異極轉(zhuǎn)子、同極轉(zhuǎn)子。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于電機(jī)的定子，所述定子包括至少兩個(gè)分定子，所述分定子分別具有用于容納繞組的凹槽。兩個(gè)分定子的凹槽開口在周向方向上相互偏移。此外還提出一種具有定子的電機(jī)。兩個(gè)分定子軸向地和/或在周向方向上相互組合。
文檔編號(hào)H02K29/03GK103250326SQ201180037255
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
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