專利名稱：電機(jī)定子及其疊片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子。本發(fā)明尤其適用于開關(guān)磁阻電機(jī)(SR)(但并非排他性的)。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)可被布置成作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。這些各種類型的電機(jī)典型地具有用電工鋼片制成的定子疊片。這些定子疊片除了包括一些為便于制造和/或組裝的小鍵槽或開口處，其外緣形狀基本上為圓形(這也構(gòu)成了與定子軸垂直的外緣形狀)。徑向內(nèi)緣形狀限定了與形成沿軸向延伸的定子，并被安裝在機(jī)身內(nèi)。
還已知一種總體上為長方形外緣形狀的疊片。它們常用在所謂的“無機(jī)身”結(jié)構(gòu)內(nèi)，在這種結(jié)構(gòu)內(nèi)定子背鐵相對(duì)較厚的的拐角處用來承受螺栓或其它夾緊結(jié)構(gòu)以將疊片固定在一起。
在某些類型的電機(jī)，例如開關(guān)磁阻電機(jī)內(nèi)，采用的齒數(shù)相對(duì)較少，這些齒通常被稱為定子極。典型地，每一定子極受一個(gè)線圈的影響，而這一線圈是連接為一組或多組以形成電機(jī)的相的數(shù)個(gè)線圈中的一個(gè)。極數(shù)和形成一相的一組線圈數(shù)的選擇是機(jī)器設(shè)計(jì)的兩個(gè)參數(shù)。例如，一臺(tái)有四個(gè)定子極的SR電機(jī)可被接成兩相，每相有兩個(gè)線圈，如

圖1所示；或者一臺(tái)有十二個(gè)定子極的SR電機(jī)可被接成三相，每相有四個(gè)線圈，如圖2所示。
對(duì)物體施加沖擊力或周期性力可激起機(jī)械共振。共振的振幅決定于激發(fā)力的頻率和大小及其施加的位置，以及材料和結(jié)構(gòu)尺寸。
形狀規(guī)則的物體具有類型明確的共振，通常共振時(shí)具有一定的振動(dòng)頻率范圍。物體上在特定頻率下振幅為零的點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)(nodes)。振幅最大的點(diǎn)叫做腹點(diǎn)(anti-nodes)。
盡管在降低聲學(xué)噪音領(lǐng)域已知可將物體做成不規(guī)則形狀以使共振效應(yīng)最小，但對(duì)于通常形狀的電機(jī)疊片卻很少有或沒有機(jī)會(huì)這樣做。
當(dāng)SR電機(jī)的相繞組被勵(lì)磁時(shí)，(除了所期望的產(chǎn)生力矩的力以外)將產(chǎn)生一作用為將帶電的定子極拉向機(jī)器中心的力。這具有使定子極端面所在的概念園變形的效果。因而，各相的依次帶電(按任何特定運(yùn)行模式期望的順序)對(duì)疊片結(jié)構(gòu)施加一周期性的徑向作用力。這具有使疊片周期地變形的效果，從而引起產(chǎn)生噪音的共振。
本發(fā)明的目的就是提供一種降低產(chǎn)生噪音的振動(dòng)傾向的定子外緣及用于定子的疊片形狀。
根據(jù)本發(fā)明提供一種用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子，該定子包括限定一外環(huán)及從該環(huán)徑向向內(nèi)伸出并部分限定關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子空間的定子極的物體。該環(huán)具有與旋轉(zhuǎn)軸垂直的非圓外形且至少部分極相對(duì)于所述軸按角度對(duì)中，從而按一定角度在徑向位于環(huán)的最厚部位與最薄部位之間以避免極與定子環(huán)的振動(dòng)腹點(diǎn)重合。
振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可能存在于環(huán)相對(duì)最厚的部位，而具有最大振幅及頻率范圍的腹點(diǎn)則出現(xiàn)在環(huán)的相對(duì)最薄的部位附近。通過使要處于中心極的位置離開腹點(diǎn)，就具有降低傾向于產(chǎn)生噪音的力的效果。
理想地，該外緣形狀具有一通過所述軸的對(duì)稱線，定子一極按中線偏離該對(duì)稱線一角度。該偏移角理想地約為定子極間距角的四分之一。理想地，這條定子極借以偏移的對(duì)稱線與該環(huán)相對(duì)于所述軸徑向最薄的部位一致。
盡管本發(fā)明尤其適用于諸如正方形外形這樣的簡單形狀和四極或八極，它也同樣與任何其它數(shù)目的定子極和相有關(guān)。例如其外形可以為正方形或六角形。六角形外形可用于三相、六極電機(jī)，而正方形外形可用于兩相、四極電機(jī)?？傊?，規(guī)則的4n個(gè)側(cè)面(n為整數(shù))的形狀可方便地用于n相或2n極的電機(jī)。但是多邊形外形的側(cè)面越多，其形狀也就越接近于圓形。本發(fā)明沒必要限制為規(guī)則的側(cè)面布置。
這種定子可用于具有與極相連的被布置為用來激勵(lì)各極的繞組的開關(guān)磁組電機(jī)上。定子繞組可布置成使得極性相反的定子極分布在環(huán)的徑向最薄部分的相對(duì)的兩側(cè)。這對(duì)于四或八定子極電機(jī)更有利。更具體地，這種優(yōu)點(diǎn)在一兩相電機(jī)上得以實(shí)現(xiàn)。
理想地，定子由多層疊片組成。
本發(fā)明延伸至提供如上所述外緣形狀和確定如上所述定子極的疊片。
此外，本發(fā)明延伸至具有上面確定的定子的電機(jī)，例如開關(guān)磁組電機(jī)。
偏移至少一個(gè)定子極的目的之一是使得環(huán)與定子極的相應(yīng)對(duì)稱性不規(guī)則以減小共振時(shí)的振幅。
本發(fā)明可按多種方式付諸實(shí)施，現(xiàn)在我們通過參照下述附圖舉例對(duì)其中的一些進(jìn)行介紹。
圖1為兩相開關(guān)磁組電機(jī)按現(xiàn)有技術(shù)的定子的橫截面圖；圖2為三相開關(guān)磁組電機(jī)按現(xiàn)有技術(shù)的定子的橫截面圖，其中僅表示出了一相繞組；圖3為根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)磁組電機(jī)的橫截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的定子的一替代實(shí)施例橫截面圖。
參照?qǐng)D3，一開關(guān)磁組電機(jī)(可被布置成按發(fā)電機(jī)或按電動(dòng)機(jī)運(yùn)行)包括定子10和轉(zhuǎn)子12。定子10由多片電工鋼片疊片組成。定子在垂直于轉(zhuǎn)子12旋轉(zhuǎn)軸平面上的橫截面形狀包括等角度相間的四個(gè)定子極14，它們從背鐵16的徑向外環(huán)沿徑向向內(nèi)伸出。定子的外緣形狀為正方形，其中心與布置有極14的徑向內(nèi)端面18的概念圓的軸17重合。定子極14的根部與背鐵16的環(huán)的部分相接，確定了一個(gè)圓心也與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸重合的圓20。
轉(zhuǎn)子確定了兩上等角度相間的轉(zhuǎn)子極22，它們繞著定子極面18的軸17旋轉(zhuǎn)。背鐵16的環(huán)外形為長方形，它相對(duì)于極14伸出的圓20有相對(duì)較厚的部分和相對(duì)較薄的部分。當(dāng)定子極相對(duì)于定子的外緣形狀對(duì)稱布置時(shí)(如圖1所示)，定子極受拉的起橢圓化作用的(ovalising)力的位置一致。在按現(xiàn)有技術(shù)的布置中，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)容易發(fā)生明顯的共振，在此情況下存在相對(duì)較小的起橢圓化作用的力所引起的振幅就使得這種工況能引起注意。
在圖3中每一定子極14的角軸偏離對(duì)稱位置四分之一極間距角θ。因而激勵(lì)力的位置與定子外形不對(duì)稱，即定子極的角度位置被移到定子背鐵的最厚和最薄的徑向延伸之間外，避免了所有低次諧波振動(dòng)幅值減小了。
當(dāng)定子的外緣形狀基本為正方形時(shí)可以將本發(fā)明用于有任意數(shù)量相的定子上，對(duì)于定子極每一相數(shù)都有一個(gè)介于背鐵相鄰的最厚和最薄位置間的最優(yōu)的角位置。
圖4表示一具有正方形外緣形狀的八極電機(jī)定子24。定子極26偏離相當(dāng)于通過中心17的對(duì)稱線的背鐵最薄位置θ/4角度。
類似地，在相數(shù)大于二且外緣形狀多于四個(gè)側(cè)面時(shí)也可應(yīng)用本明，這時(shí)要將每一定子極置于偏離背鐵最薄部們?chǔ)?4角度處。例如，具有六角形外緣形狀的三極電機(jī)將把每一定子極置于介于座鐵相對(duì)的較厚和較薄位置之間，即偏移θ/4角度。
當(dāng)一定的極數(shù)和相數(shù)組合與一定的外緣形狀一起應(yīng)用時(shí)，例如有四極或八極和基本為正方形外緣形狀的兩相電機(jī)，本發(fā)明還有進(jìn)一步的益處。在圖3和圖4中，定子的背鐵的部分截面比其它部分明顯地窄。當(dāng)電機(jī)一相被勵(lì)磁時(shí)在這些截面產(chǎn)生的磁通密度要比其它截面高。這通常被認(rèn)為是設(shè)計(jì)一個(gè)限制方面。但通過將相繞組與電源按特定的極性相連，就有機(jī)會(huì)減少這一不足。
圖3的極14A周圍的線圈(未示出)被接在電源上以產(chǎn)生一“北”極，而極14B周圍的線圈產(chǎn)生一“南”極。然后對(duì)極14C和14D的連接就有一個(gè)選擇?？梢詫O14C接成產(chǎn)生“北”極，于是極14D為“南”極，因而在定子背鐵窄處相對(duì)側(cè)產(chǎn)生類似極性。作為替代，可以將極14C接成產(chǎn)生“南”極，于是極14D為“北”極，因而在窄處相對(duì)側(cè)產(chǎn)生類似極性。如果電機(jī)按后者方式相連并按在兩相同時(shí)存在磁通的勵(lì)磁主式運(yùn)行，因而就在窄部產(chǎn)生較低磁通密度的磁通波形。這就使得對(duì)勵(lì)磁的需求和鐵損都比電機(jī)按前種方式連接時(shí)為低。
通過舉例已介紹了本發(fā)明的各種實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可進(jìn)行多種變更而不背離本發(fā)明。相應(yīng)地，上面所介紹的幾種實(shí)施例僅為舉例的方式而不是限制的目的。本發(fā)明僅受下面的權(quán)利要求書的精神和范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子，該定子包括限定一外環(huán)及從該環(huán)徑向向內(nèi)伸出并部分確定關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子空間的定子極的物體，該環(huán)具有與所述軸垂直的非圓外緣形狀且至少部分極相對(duì)于所述軸按角度布置，從而按一定角度在徑向介于環(huán)的最厚部位與最薄部位之間以避免極與定子環(huán)的振動(dòng)腹點(diǎn)重合。
2.如權(quán)利要求1所述的定子，其中，該外緣形狀具有一通過所述軸的對(duì)稱線，定子的至少一極偏離該對(duì)稱線一角度。
3.如權(quán)利要求2所述的定子，其中，這條定子極借以偏移的對(duì)稱線與該環(huán)相對(duì)于所述軸徑向最薄的部位一致。
4.如權(quán)利要求1所述的定子，其中，外緣形狀為正方形。
5.如權(quán)利要求4所述的定子，包括有四極。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的定子，其中外緣形狀為六角形。
7.如權(quán)利要求6所述的定子，包括有六極。
8.如權(quán)利要求1、2或3所述的定子，其中外緣形狀有與極數(shù)相同的側(cè)面數(shù)。
9.一種包括轉(zhuǎn)子和定子的電機(jī)，該定子包括限定一外環(huán)及從該環(huán)向內(nèi)徑向伸出并部分確定對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)空間的多個(gè)定子極的物體，該環(huán)具有與所述軸垂直的非圓外緣形狀且至少部分極相對(duì)于所述軸按角度布置，從而按一定角度在徑向介于環(huán)的最厚部位與最薄部位之間以避免極與定子環(huán)的振動(dòng)腹點(diǎn)重合。
10.如權(quán)利要求9所述的電機(jī)，其中外緣形狀具有一通過所述軸的對(duì)稱線，定子的至少一極偏離該對(duì)稱線一角度。
11.如權(quán)利要求10所述的電機(jī)，其中定子極借以偏移的對(duì)稱線與該環(huán)相對(duì)于所述軸徑向最薄的的部位一致。
12.如權(quán)利要求9所述的電機(jī)，包括確定n相的相繞組，其外緣形狀有2n個(gè)側(cè)面和2n個(gè)極(n為整數(shù))。
13.如權(quán)利要求9、10、11或12所述的電機(jī)，包括定子繞組，電機(jī)被布置和構(gòu)造為作為磁阻電機(jī)運(yùn)行。
14.如權(quán)利要求13所述的電機(jī)，其中極性相反的定子極位于環(huán)的最薄處的相對(duì)兩側(cè)。
15.用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子的疊片，該疊片包括確定一外環(huán)及從該環(huán)向內(nèi)徑向伸出并部分確定對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子空間的多個(gè)定子極的鐵磁體，該環(huán)具有與所述軸垂直的非圓外緣形狀且至少部分極相對(duì)于所述軸按角度布置，從而按一定角度在徑向介于環(huán)的最厚部位與最薄部位之間以避免極外形與環(huán)的振動(dòng)腹點(diǎn)重合。
16如權(quán)利要求15所述的疊片，其中外緣形狀具有一通過所述軸的對(duì)稱線，定子的至少一極，偏離該對(duì)稱線一角度。
17.如權(quán)利要求16所述的疊片，其中極借以偏移的對(duì)稱線與該環(huán)相對(duì)于所述軸徑向最薄的部位一致。
18.如權(quán)利要求15、16或17所述的疊片，其中外緣形狀有n個(gè)側(cè)面和n極外形(n為整數(shù))。
全文摘要
一種用于電機(jī)，尤其是開關(guān)磁阻電機(jī)的定子，具有非圓的外緣形狀和一組按等角度相間的定子極，這些定子極按角度布置在環(huán)的徑向最厚和最薄處之間以避免這些極與外環(huán)的振動(dòng)腹點(diǎn)重合。在一特定實(shí)施例中該外緣形狀為正方形，且定子極從由正方形的中心按適當(dāng)角度畫至一對(duì)相對(duì)側(cè)面的對(duì)稱線處偏移一個(gè)角度。
文檔編號(hào)H02K29/00GK1129860SQ9511611
公開日1996年8月28日 申請(qǐng)日期1995年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月16日
發(fā)明者諾曼·尼爾森·富爾頓 申請(qǐng)人:開關(guān)磁阻驅(qū)動(dòng)有限公司