CN101060269A - 具有减小的齿槽效应的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有减小的齿槽效应的电机1。该电机的磁极3包括至少两个沿圆周相邻磁极的至少两个独立的组。磁极组之一中的圆周外磁极3之一被定义为处于其基准位置。如果所有磁极围绕第一或第二机身相等地沿圆周分隔开并且该一个圆周外磁极处于其基准位置，则每个其它磁极3的基准位置被定义为每个其它磁极所占据的位置。每个组中的圆周外磁极3中的至少一个位于其基准位置。每个组中的至少一个磁极3是移位的磁极并且处于从其基准位置移位的量不等于绕组槽的基准角度节距的整数倍的位置。该磁极3的移位使得齿槽效应显著减小。

Description

具有减小的齿槽效应的电机

技术领域

本发明涉及永磁交流旋转电机以及由这种电机表现出的齿槽转矩的最小化。本发明尤其涉及由于其磁极的移位而引起的具有减小的齿槽效应的电机。

背景技术

在电机的工作中所遇到的共同问题是齿槽效应(cogging)。齿槽效应是在电机的工作期间由于在气隙处的转子和定子的几何形状对磁通分布的影响以及转子和定子之间的力导致出现的非线性磁转矩。具体地讲，齿槽效应是由相对于定子具有更优的低势能位置的转子导致的，其中，转子和定子之间的引力最大并且对应的高势能位置位于该每个低势能位置之间。正是这些位置之间的势能差确定了齿槽转矩的幅度。

在电机工作期间齿槽效应会导致效率和可靠性降低，同时也会产生不希望的振动和噪声，并且在极端情况下会导致电机完全不能够工作。公知的是齿槽效应存在于定子、转子或转子和定子表现比较优秀的电机中。还公知该该效应也存在于磁极和绕组槽(winding slots)互相作用而导致对特定数目的绕组槽产生严重齿槽效应的感应电机中。齿槽效应在这样的一些电机中是特别显著的，所述电机具有许多绕组槽，该绕组槽的数目是磁极数的整数倍，并且该绕组槽和磁极都围绕它们形成于其上的机身的圆周均匀地分隔开。这是因为：由于这种电机的对称性，当一个磁极处于相对于绕组槽的其最低势能位置时，所有其它的磁极也会在其最低势能位置并且因此转子在相对于定子的最低可能势能位置。此外，这意味着：如果存在n个绕组槽，则转子具有相对于定子的n个低势能位置并且电机工作期间的齿槽效应频率将是转子的旋转频率和n的乘积。

典型的永磁电机形成为使得转子被可旋转地安装在定子中，磁极围绕转子的外表面的圆周均匀分隔开，并且绕组槽围绕定子的内表面的圆周均匀分隔开。然而，其它结构也是可行的。例如，转子被可旋转地安装在定子的外部。另外，磁极还可以固定到定子上而绕组槽形成在转子中。关于齿槽效应，根据这些结构中的任何一个的永磁电机的设计考虑基本相同。

通常，当决定电机中的绕组槽的数目时必须考虑的因素是公知的。例如，已知的是当电机具有多个绕组槽，该绕组槽的数目是磁极的整数倍时，虽然工作期间由电机的定子绕组所产生的磁动势(m.m.f.)将包含最少数目的谐波，但是工作期间电机仍会经历显著的齿槽效应。

已经提出并且以不同的成功程度实现了将齿槽效应最小化的许多方法。对于一些类型的电机，可以通过设置其数目不是磁极数的整数倍的多个绕组槽来将齿槽效应最小化。这样的绕组通常称作为包括“每极每相分数槽”并且对于本领域技术人员来讲是公知的。然而，在一些情况下，这不是优选的或者更加不可行。例如，在大型电机中，由于由绕组槽的数目的这种改变所导致的非同步磁通模式会不可避免地导致磁极的额外损失，所以对具有其数目不是磁极数的整数倍的不同数目的绕组槽的选择受到限制。这些损失会非常高甚至会使得该方法不可行。

减小齿槽效应的另一种方法是将磁楔结合在绕组槽中，但是该方法太昂贵。还可以使用“半封闭”绕组槽来减小齿槽效应，但是对于包括成形的线圈并且通常在大电机中常见的这些类型的绕组而言，这些类型的绕组能够导致不能够接受的高绕组成本。另外还提出了具有带有用于减小齿槽效应的特定形状的磁极的永磁电机。通常建议：这样来形成磁极的外表面，使得定子和磁极之间的气隙是不均匀的。

另外一种用于将永磁电机中的齿槽转矩最小化的方法是使得磁体相对它们的传统布置变得倾斜。例如，日本专利2005-261188公开了一种具有减小的齿槽效应的电机，其中，磁体被倾斜从而这些磁体不与电机的轴平行。

美国专利4,713,569中公开了另外一种将齿槽转矩最小化的方法。该专利公开了一种具有永磁转子的AC电动机，该永磁转子包括多个磁极，该多个磁极根据电机中磁极的数目和定子极(绕组槽)的数目相对它们的基准位置进行角度上的移位。该磁极的基准位置是这样的位置，在该位置上这些磁极沿着圆周相等地分隔开。具体地讲，在根据此专利的电机中，每个磁极以不同的量从其基准位置移位，该不同的量都是由360°除以定子极(绕组槽)的数目和磁极的数目的乘积的整数倍，从而没有磁极从其基准位置移位大于定子极(绕组槽)的节距。在该说明书中给出的特定例子是一种AC电动机，该电动机具有带有8个磁极的永磁转子和带有24个极(绕组槽)的定子，其中，该磁极从其基准位置移位1.875°(360°/(24×8))的整数倍，从而没有两个极从它们的基准位置移位相同量，并且(标称)第八磁极以等于定子极(绕组槽)节距的量从其基准位置移位。

与具有均匀分隔开的磁极的传统电机相比较，美国专利4,713,569公开的转子结构能够充分减小齿槽转矩。然而，在多数情况下，由于该转子结构对其它设计考虑的影响，该转子结构并不优于传统结构。例如，这种结构导致围绕转子的磁极的定位完全不对称。如果该电机用于高速使用，则由于磁极布置在机械上不平衡，所以这种不对称性是不期望的。如果该电机是电动机，则这种完全不对称性还会导致由定子绕组产生的m.m.f.的显著谐波含量，或者如果该电机是发电机，则这种完全不对称性还会导致在定子绕组中产生的电动势(e.m.f.)波形的显著谐波含量。

由于如在美国专利4,713,569中所定义的第一个和最后一个磁极的间隔，所以该专利的定子结构也不是优选的。这是因为：这两个磁极之间的角度间隔显著小于带有均匀分隔开的磁极的传统电机。具体地讲，这两极之间的间隔比该均匀间隔所小的量等于绕组槽节距。根据形成这些磁极的磁体的角度宽度，这会导致一般所不期望的该两个磁极彼此接触并且碰撞，如后面所讨论。

最后，磁极定位的严格要求还会导致在根据美国专利4,713,569的电机的设计中的灵活性缺乏。即，响应于任何其它设计考虑，不能够改变磁极的位置。

发明内容

本发明提供了一种电机，所述电机包括：第一机身，其包括在其径向内表面上形成的沿圆周分隔开的多个绕组槽和沿圆周分隔开的多个磁极中的一种；第二机身，其位于所述第一机身之内并且包括在其径向外表面上形成的所述沿圆周分隔开的多个绕组槽和所述沿圆周分隔开的多个永磁极中的另一种；所述第一机身和所述第二机身之一是转子并且被可旋转地安装，并且所述第一机身和所述第二机身中的另一个是定子并且被可固定地安装；所述绕组槽具有基准角度节距，所述基准角度节距等于360°除以所述电机中的绕组槽的数目；所述磁极包括至少两个独立的组，每个组包括至少两个沿圆周相邻的磁极；每个磁极具有基准位置，其中，所述基准位置围绕其上形成所述磁极的机身的圆周相等地分隔开；每个组中的所述圆周外磁极中的至少一个位于其基准位置，以及每个组中的至少一个磁极是移位的磁极并且位于从其基准位置移位的量不等于所述绕组槽的所述基准角度节距的整数倍的位置。

磁极可以形成于定子上，绕组槽可以形成于转子中。然而，通常优选的是磁极形成于转子上而绕组槽形成于定子中。为了便于理解，以下关于根据本发明的电机的问题的讨论涉及具有该第二种布置的电机。然而，应该明白，还可以以第一种布置来构造根据本发明的电机，并且除非另外规定，则下面讨论可以一样地应用到这两种布置。

设想通常优选的是：将根据本发明的电机构建为第一机身是定子，第二机身是转子。即，该转子被可旋转地安装在该定子中。然而，应该明白，在其中该转子是第一机身并且可旋转地安装在作为定子的第二机身外部的根据本发明的电机也是一样可行的并且在一些应用中会更好。除非另外规定，下面讨论可以一样地应用到任何一种结构。

每个磁极组中磁极的数目的定义以及单独的磁极是移位的磁极还是在其基准位置上的圆周外磁极都可以是任意的。在本发明的一些实施例中，包含在每个磁极组中的磁极的数目是直接明确的，例如，是否每个磁极组包含相同数目的磁极并且以相同模式来移位每个组中的磁极。如果每个组中的磁极的数目是明确的，则通过任意地将任何单独磁极定义为圆周外磁极，作为该定义的结果，所有其它磁极的特性将被自动地定义。例如，如果每个组内有8个磁极并且每个组具有相同的移位模式，则通过将任意单一的磁极定义为在其基准位置上的圆周外磁极，则根据相对那个磁极的所有其它磁极的位置也就定义了该所有其它磁极的特性。

此外，如上所述，根据本发明的每个电机具有进行移位的多个磁极，并且可以具有不进行移位并且不是圆周外磁极的多个磁极。这些“非移位”磁极位于它们的基准位置。虽然每个磁极的基准位置的定义是非常任意的，但是能够帮助理解根据本发明的电机的设计。能够以下面的方式来进一步理解每个磁极的基准位置。可以认为是通过采用其磁极围绕其圆周相等地分隔开的传统电机的转子设计并且沿圆周移位一些磁极来形成根据本发明的任何电机的设计。在那个传统电机中每个磁极所占据的位置是其基准位置。即，该基准位置围绕形成这些磁极的机身的圆周相等地分隔开。没有占据它们的基准位置的磁极是移位的磁极。这样，能够简单地定义移位的磁极、磁极组和每个磁极的基准位置。

任何对象的节距被定义为两个相邻沿圆周分隔开的对象上的等效点的角度或线性圆周间隔。因此，绕组槽节距被定义为两个相邻绕组槽上的等效点之间的圆周间隔。如果电机具有径向对称的绕组槽，则线性绕组槽节距可以定义为围绕其中形成绕组槽的机身的表面而测量的两个相邻绕组槽的槽中心线之间的圆周间隔。该绕组槽节距还可以表达为角度，如果以弧度来进行表达，该角度等于线性绕组槽节距除以其中形成绕组槽的机身的半径。当以度来表达时，绕组槽的基准角度节距等于360°除以包含在电机中的绕组槽的数目，当以弧度表达时，绕组槽的基准角度节距等于2π除以该绕组槽的数目。

优选的是，每个绕组槽相同并均匀地分隔开。即，它们的实际节距等于它们的基准节距。然而，具有不相同和/或不均匀分隔开的绕组槽的电机也是可行的。非均匀分隔开的绕组槽的存在会以与传统电机大体相同的方式影响根据本发明的电机的工作和性能，这一点对本领域技术人员是显而易见的。由于绕组槽的定位会影响根据本发明的电机的工作，所以当定义根据本发明的电机中的磁极的移位模式时，需要将这个问题和在该说明书中描述的其它设计考虑一起进行考虑。

根据本发明的电机通常具有多个绕组槽，该多个绕组槽的数目是磁极数的整数倍。然而，对于一些根据本发明的电机，可以通过具有其数目不是磁极数的整数倍的多个绕组槽即“每极每相分数槽”绕组来进一步减小齿槽效应。然而，如前面所讨论的，由于由“每极每相分数槽”绕组产生的非同步磁通模式会不可避免地导致磁极中的额外损失，所以通常这样的设计不是优选的或者甚至不可能。

磁极的基准角度节距被定义为360°除以电机中的磁极的数目。

由于根据本发明的电机中的移位的磁极的存在会影响转子相对于定子的相对位置的势能，所以会导致齿槽效应减小。具体地讲，将磁极进行移位会减小转子相对于定子的最高和最低势能位置之间的势能差的幅度。这是因为：当磁极没有围绕转子的圆周被均匀地分隔开时，当任意一个单独磁极在其相对于绕组槽的最低可能势能位置时，任何其它的磁极会在相对于绕组槽的较高势能位置，该任何其它的磁极相对于那个单独磁极从其基准位置被移位不是绕组槽节距的整数倍的量。这意味着：与其磁极按照绕组槽节距的整数倍被均匀分隔开的转子的等效位置相比较，在那个位置上的转子的全部势能会增加。把等效论应用到转子的高势能位置。即，移位的磁极的存在降低了转子相对于定子的高势能位置的能量。

转子相对于定子的低势能位置的能量的增加以及高势能位置的能量的降低导致齿槽转矩的减小。齿槽转矩的减小的幅度取决于在任何电机中使用的磁极的特定移位模式，但是该幅度可以是显著的。由于一些磁极的移位会导致转子相对于定子的低势能位置和高势能位置的数目增加，所以磁极的移位还导致了齿槽效应频率的增加。

还必需考虑的多个额外因素也会影响减小齿槽效应时磁极的移位的效果。这些因素包括相对于绕组槽节距的每个磁极的宽度以及绕组槽开口与绕组槽节距的比率。这些参数通过由绕组槽导致的磁导变化来影响磁极的m.m.f模式的排列，这会反过来影响低势能位置和高势能位置的能量的幅度。存在普遍使用并且本领域技术人员知道其效果的多种形状的绕组槽。

理论上，尽管如在根据美国专利4,713,569的电机中一样，如果将每个磁极移位小于绕组槽节距的量以及移位不同量则可以实现最小齿槽转矩，但是由于前面所讨论的原因，这种模式不是优选的。这里定义的磁极的移位通常是优选的，这是因为：可以使得更加容易地构建定子或转子，并且根据本申请的移位模式可以足够简单地使对电机的性能进行容易地建模和分析。如果围绕转子或定子的磁极的移位太复杂，则工作期间电机的性能的计算机分析即使理论上可以，也会变得十分困难。如果不能够容易地分析出电机的性能，则很难修改响应于诸如电压波形谐波的其它考虑的设计。

如果根据本发明的电机用于高速使用，则优选的是：磁极布置不会导致转子的机械不平衡。这可以通过使形成磁极的磁体以关于其轴线具有至少双重旋转对称的模式来围绕该定子移位而得到保证。实现这种对称的一个方法是使得转子在每个组中的磁极的数目相同并且每个组内的磁极的移位模式相同，如下面在移位模式中所公开。

由于带有旋转对称移位模式的磁极的转子通常结构相对简单，所以它们也是优选的。此外，以旋转对称方式将磁极移位使得能够满足其它设计考虑，诸如谐波产生的最小化和特性的可预言性，同时使得能够实现齿槽效应水平的显著减小。这些其它设计考虑的重要性意味着：当在根据本发明的电机(例如大型低速电机)的设计中机械平衡不是重要问题时，磁极的旋转对称移位通常是优选的。

电机中的磁极的移位不仅仅影响齿槽转矩还影响多个其它设计考虑。因此，根据本发明的任何电机的磁极移位模式的选择通常需要在齿槽转矩减小与这些其它设计考虑之间折衷。如果该电机是发电机则这些考虑的例子是在定子绕组中产生的e.m.f.波形的谐波含量，如果该电机是电动机则这些考虑的例子是在定子绕组中产生的m.m.f.的谐波含量，以及这些考虑的例子是电机结构的成本和复杂度。

作为这些设计考虑的例子，下面的讨论涉及影响在发电机的绕组中产生的e.m.f.波形的问题。

当发电机的磁极和绕组槽均匀地分隔开时，如传统发电机一样，在发电机的工作期间由转子产生的圆周m.m.f.模式只包含基本磁极数频率及其奇次谐波。然而，如果绕组槽均匀地分隔开而磁极并没有均匀地分隔开，这在根据本发明的电机中是可行的，则还会出现其它频率。这会导致由子谐波频率及其多重子谐波频率产生的定子绕组中的电压波形的严重失真。然而，如下面所讨论的，可以连接根据本发明的电机中的定子绕组相来使得消除或最小化不希望的频率的基本部分。

可以以一个或更多个并联电路来连接电机中的定子绕组相，在该并联电路中将线圈连接来使得在定子绕组中产生的e.m.f.波形的谐波含量最小化。例如，如果根据本发明的发电机的磁极的所选移位模式是每个包含相同数目的磁极并且每个具有相同移位模式的多个磁极组，则优选的是，将定子绕组相连接来使得每个电路中串联的绕组极的组数等于每个磁极组中的磁极的数目或其倍数。定子绕组相的这种连接确保在定子绕组中产生的e.m.f.波形只包含基本极数频率及其整数次谐波。

此外，由于移位的磁极会导致它们的m.m.f.模式中的偶次谐波，所以优选的是使用具有100％节距的定子线圈，即它们的两端位于彼此以磁极的基准角度节距而分隔开的绕组槽中的线圈，这是因为：这些线圈会确保在定子绕组中产生的e.m.f.波形不会包含基本极数频率的偶次谐波。

星型连接的3相定子绕组的使用会确保：在定子电流中没有基本极数频率的第三谐波及其整数倍次谐波(3n倍次谐波)，并且带有这样连接的定子绕组的发电机在其线电压波形中没有3n倍次谐波。该特定绕组仅仅作为例子给出。本领域技术人员已知并且容易理解具有不同数目的相的绕组以及不同绕组结构对的e.m.f.谐波的影响。

另一种选择是，将定子线圈定位于磁极的2/3的基准角度节距处，如同某些形式的交错(或交替)绕组的特定形式一样，也会消除定子e.m.f.中的3n倍谐波的产生，所述交错(或交替)绕组的特定形式可以在M.G.Say所著的“Alternating Current Machines”中获得，并且被本领域技术人员所公知。然而，这样使得定子线圈定位于磁极的基准角度节距的2/3处会导致电机的额定功率减小，并且通常对于带有很多个磁极的大型电机的应用来讲，用于消除3n倍次谐波的交错形式的绕组是不实际的。

这样，当工作时根据本发明的发电机会在定子绕组中产生只包含基本极数频率及其第五、第七、第十一、第十三次等谐波的e.m.f波形，该根据本发明的发电机具有一种磁极移位模式并且具有移位100％节距的定子线圈、星型连接3相定子绕组和定子线圈，其中，对于所述移位模式，存在多个磁极组，每个组包含相同数目的磁极和相同的移位模式；所述移位100％节距的定子线圈、星型连接3相定子绕组和定子线圈被连接来使得每个电路中串联的绕组极的组数等于每个磁极组中磁极的数目或者是其整数倍。

应该明白，用于控制在定子绕组中产生的e.m.f.波形中的谐波的定子绕组相的数目和连接以及定子线圈的移位节距的以上讨论不是穷举的，并且包含来只作为根据本发明的发电机的特定设计中的考虑的例子。连接定子绕组相以及对定子线圈定节距从而使在发电机的定子绕组中产生的e.m.f.波形中的非期望谐波被最小化，该方法是公知的，并且本领域技术人员可以容易地将其应用到本发明。此外，还应该明白：尽管上面部分讨论了在根据本发明的发电机的定子绕组中产生的e.m.f.波形中的非期望谐波的最小化，但是对于由根据本发明的电动机中的定子绕组产生的非期望的m.m.f.谐波的最小化，该设计考虑是完全相当的。本领域技术人员能够立即将以上讨论的方法应用到根据本发明的电动机从而以相似方式将不期望的m.m.f.谐波最小化。

此外，尽管使用上述方法可能会消除在根据本发明的发电机中产生的e.m.f.波形和由根据本发明的电动机所产生的m.m.f.中的非期望的谐波含量的基本部分，但是仍然需要选择产生大于可能的最小值的齿槽转矩的磁极移位模式以实现可接受的谐波含量。由于能够通过下面公开的相对简单的磁极移位模式实现可接受的齿槽效应的减小，所以当前这是可行的。这些模式不会将齿槽转矩减小到可能的绝对最小值，但是可以使得齿槽转矩显著较小，并且对于其它设计考虑来讲也是可以接受的。然而，应该理解，在一些情况下，需要进一步减小齿槽效应的水平，所以其它的移位模式会是优选的。例如，包含较大磁极组或具有包含不同数目的极的组的移位模式可以是优选的，并且根据本发明这些布置是一样可行的。

根据本发明的电动机的一组优选实施例具有多个8磁极组，每个组包含相同的移位模式。

该移位模式提供了相对简单的一种转子结构，使得齿槽效应显著减小，并且优选地与带有8极或其倍数极的并联电路的定子绕组结合使用。包含在以这种方式形成的转子中的磁极组的优选移位模式如下：

每个组内的磁极编号	1	2	3	4	5	6	7	8
									从基准位置(基准角度绕组槽节距)顺时针移位	0	1/4	1/2	3/4	3/4	1/2	1/4	0

对于其磁极根据这种模式进行移位的转子，其的磁极没有移位并且处于它们的基准位置上。这些磁极中的3/4是移位的磁极，并且其中的的磁极从它们的基准位置移位了基准角度绕组槽节距(即，绕组槽的基准角度节距)的，另一的磁极移位了基准角度绕组槽节距的，最后的的磁极移位了基准角度绕组槽节距的3/4。因此，与磁极围绕圆周均匀分隔开的电机相比较而言，该移位模式将转子和定子之间的优选低势能位置的数目增加到4倍。这导致了齿槽效应频率的四重增加。然而，更加重要的是，这种移位模式还导致了当转子相对于定子在其低势能位置和高势能位置时转子和定子之间的引力的幅度差的显著减小。当根据本发明的其磁极根据上面模式进行移位的电机工作时，这会导致齿槽转矩的幅度的充分和显著减小。

这种移位模式的有限元分析示出：它对包含均匀分隔的绕组槽并且每磁极3个绕组槽的电机特别有效，该种电机具有其为基准角度磁极节距(即，磁极的基准角度节距)的宽度的3/4的磁极，并且具有其圆周宽度是基准角度绕组槽节距的的绕组槽开口。

这种移位模式可以理解为：每个磁极在相同方向上从其标称基准位置移位根据下面公式的量。

$D=\frac{2(p-1)}{N}$

其中，D＝从基准位置的极的角度位移(以绕组槽节距表示)；

N＝组中磁极的数目；

P＝从最近相邻极计数的组内的磁极编号。

(可以对照图1来理解8磁极组的p值，图1示出了在根据本发明的电机中的8磁极组中的每个磁极的p值。)

这个公式可以应用到包含至少4个磁极的任何磁极组。它提供了一种移位模式，该移位模式包括：围绕每个组的极的角度移位的递增，然后再等量递减回到零。因为如果与磁极宽度的恰当选择相结合则等量递减之前的角度间隔的递增可以确保磁极的充分隔开，所以角度间隔递增然后再等量递减是优选的。

相邻磁极之间所需的角度间隔取决于每个电机的特定设计。通常，主要通过控制相邻极之间的磁通泄漏的需要来确定所需间隔。即，为了将相邻极之间的磁通泄漏保持在可接受的设计参数范围内，通常将相邻磁极进行充分隔开是优选的。然而，要理解的是能够构建根据本发明的包含彼此接触或彼此接近的相邻磁极对的电机。

用于将磁极安装到转子表面的固定器也会影响它们的角度分隔，从而会影响磁极的移位模式的选择。

由于通过以上考虑来确定根据本发明的磁极的最小间隔，所以这些考虑会有助于确定相对其基准位置任何单独磁极的最大移位。尽管以上公式所定义的以上移位模式需要没有磁极移位超过基准角度绕组槽节距，但是应该明白，只要保持了磁极的最小期望的角度间隔，则包含移位超过这个量的磁极的移位模式是可行的。例如，在根据本发明的电机中，通过设置包含12个或更多个磁极的组的磁极的移位模式，可以使得磁极移位超过基准角度绕组槽节距，而不会使两个相邻磁极之间的最小分隔减小小于基准角度绕组槽节距的1/4，如在下面的移位模式中所示。

每个组内的磁极编号	1	2	3	4	5	6
							从基准位置顺时针移位(角度绕组槽节距)	0	1/4	1/2	3/4	1	5/4

每个组内的磁极编号	7	8	9	10	11	12
							从基准位置顺时针移位(角度绕组槽节距)	5/4	1	3/4	1/2	1/4	0

另一种选择是，可以利用包含除开8个磁极以外的并且根据上述公式进行移位的磁极组，从而满足如前面所讨论的根据本发明的电机的特定实施例的设计考虑。例如，为了具有满足的线圈结构，在定子绕组中的每个并联路径中具有10个极是必需的。在这种情况下，磁极模式可以如下：

每个组内的磁极编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											从基准位置顺时针移位(角度绕组槽节距)	0	1/5	2/5	3/5	4/5	4/5	3/5	2/5	1/5	0

然而，应该明白，非上述定义的那些移位模式的其它移位模式也是可行的。具体地讲，根据本发明的也满足线圈结构需要的其它移位模式也是可行的。此外，还应该明白，上述的移位模式仅仅是作为例子而给出并且该上述的移位模式并不限于此。几乎无限数目的移位模式是可行的，并且尽管在本说明书中没有明确地考虑到这些移位模式，但是在根据本发明的电机的结构中这些移位模式也是一样可行的。

磁极的任何移位模式的效力将取决于其中结合了该移位模式的特定电机的特定结构和工作。预计能够使用例如有限元技术的本领域技术人员公知的传统技术来查找任何给定电机的优选移位模式。然而，由于以上讨论的设计考虑，当前设想：通常优选的是根据本发明的电机具有一种磁极组，该种磁极组中的每个组包含相同数目的磁极并且具有在组内相同的磁极移位模式，并且在每个并联路径中连接的绕组极的组数或者等于每个组中磁极的数目或者是每个组中磁极的数目的整数倍。

根据本发明的电机还可以包括用于减小齿槽效应的其它特性。例如，可以将磁极倾斜从而使得它们不与转子的轴平行，或者可以将磁极形成一定形状来减小齿槽效应。

根据本发明的电机可以是发电机也可以是电动机，并且它们可用于各种目的。本发明的一个优选实施例是如下所述的一种低速大直径发电机，该发电机具有112个磁极和336个绕组槽。

附图说明

图1示出了8磁极组中的每个磁极的值p；

图2是传统结构的低速大直径发电机的部分截面图；

图3是图2的一部分的特写示图；

图4是根据本发明的低速大直径发电机的部分截面图，该发电机基本上与图1和图2所示的传统发电机的结构相同；以及

图5是图4的发电机的一部分的示意图。

具体实施方式

图2和图3示出了低速大直径发电机的典型传统结构。转子2具有围绕其外缘4而安装的112个磁极3。磁极3彼此相等地分隔开，从而它们围绕缘4的圆周相等地分隔开。即，每个磁极3定位在它们的基准位置，并且基准角度磁极节距是3.21°(360°/112)。转子2被可旋转地安装在定子5中，并且在定子5的内表面和磁极3的外表面8之间形成有气隙7。定子5包含336个相等地分隔开的绕组槽6，这些绕组槽6形成于定子5的内表面，即每磁极3个绕组槽。这等于1.07°的基准角度绕组槽节距Sp，即磁极节距的三分之一。每个绕组槽6包含定子绕组(未示出)的一部分，并且该绕组槽还围绕定子5的内表面的圆周相等地分隔开。从图3可以看出，绕组槽6的宽度大约是绕组槽节距Sp的宽度的一半，并且磁极3的宽度大约是磁极节距的宽度的4/5。

从图4和图5可以看出，根据本发明的低速大直径发电机基本上与图2和图3所示的传统发电机的结构相同，只不过磁极具有大约等于2.25个绕组槽节距的角度宽度以及磁极3的一些被移位而不在它们的基准位置。具体地讲，112个磁极3位于14个相同的8磁极组中，并且每个组中的每个磁极3在顺时钟方向上从其基准位置在角度上移位根据下面公式的量：

$D=\frac{2(p-1)}{N}$

其中，D＝从基准位置的极的角度位移(以绕组槽节距表示)；

N＝组中磁极的数目；以及

P＝从最近相邻的极计数的组内的磁极编号。

极3a是其组内的第一极，并且因此位于其基准位置。即，当N＝8以及P＝1时，D＝0。极3b是组内的第二极(N＝8，P＝2)并且极3c(N＝8，P＝3)是第三极，从而它们从它们的基准位置分别移位绕组槽节距Sp的1/4和绕组槽节距Sp的1/2。

图5示出了根据本发明的电机的磁极3的整个组。两个端极3a和3h位于它们的基准位置，同时中间的六个极3b到3g从其基准位置以一定变化量移位到其基准位置的右侧。极3b和3g从其基准位置移位绕组槽节距Sp的1/4，极3c和3f从其基准位置移位绕组槽节距Sp的1/2，极3d和3e从其基准位置移位绕组槽节距Sp的3/4。

Claims (26)

1.一种电机，其包括：第一机身，其具有在其径向内表面上形成的沿圆周分隔开的多个绕组槽和沿圆周分隔开的多个磁极中的一种；和第二机身，其位于所述第一机身之内并且具有在其径向外表面上形成的所述沿圆周分隔开的多个绕组槽和所述沿圆周分隔开的多个磁极中的另一种，所述第一机身和所述第二机身之一是转子并且被可旋转地安装，并且所述第一机身和所述第二机身中的另一个是定子并且被固定地安装，所述绕组槽具有基准角度节距，所述基准角度节距等于360°除以所述电机中的绕组槽的数目；

所述磁极包括至少两个独立的组，每个组包括至少两个沿圆周相邻的磁极；

每个磁极具有基准位置，其中，所述基准位置围绕其上形成所述磁极的机身的圆周相等地分隔开；

每个组中的圆周外磁极中的至少一个位于其基准位置；以及

每个组中的至少一个磁极是移位的磁极并且位于从其基准位置移位的量不等于所述绕组槽的所述基准角度节距的整数倍的位置。

2.如权利要求1所述的电机，其中，所述定子具有绕组槽，所述转子具有磁极。

3.如权利要求1或2所述的电机，其中，所述第一机身是定子，所述第二机身是转子。

4.如权利要求1或2所述的电机，其中，所述第一机身是转子，所述第二机身是定子。

5.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，没有磁极从其基准位置移位超过所述绕组槽的基准角度节距。

6.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，没有两个相邻磁极彼此接触或彼此碰撞。

7.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，将所述磁极进行移位来使得它们的圆周定位关于所述转子的旋转轴具有至少双重旋转对称性。

8.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，在每个组中有至少四个磁极。

9.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，每个组中的圆周外磁极都位于它们的基准位置。

10.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，在每个组中有偶数个磁极。

11.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，每个组包含相同数目的磁极。

12.如权利要求11所述的电机，其中，以多个并联电路来连接所述电机的绕组相，使得每个电路中串联的绕组极的组数等于每个磁极组中的磁极的数目或是该磁极数目的整数倍。

13.如权利要求11或12所述的电机，其中，每个组包括8个磁极。

14.如权利要求11到13中的任何一个所述的电机，其中，每个磁极组中的每个移位的磁极移位的量与所有其它磁极组中的等效磁极位移的量相同。

15.如权利要求14所述的电机，其中，所述每个组中的移位的磁极从它们的基准位置移位根据下面公式的角度量，

$D=\frac{2(p-1)}{N}$

其中，

D＝磁极p的角度移位(以绕组槽节距表示)，

p＝从最近的相邻磁极组开始计数的组内的磁极编号，

N＝组内的磁极的数目。

16.如上述的任何一个权利要求所述的电机，其中，所述绕组槽沿圆周均匀地分隔开。

17.如上述任何一个权利要求所述的电机，还包括绕组线圈，所述绕组线圈的角度节距等于所述磁极的基准角度节距。

18.如权利要求1到16中的任何一个所述的电机，还包括绕组线圈，所述绕组线圈的节距等于所述磁极的基准角度节距的2/3。

19.如权利要求12所述的电机，其中，所述绕组槽的数目等于所述磁极的数目和所述绕组相的数目的乘积的整数倍。

20.如权利要求19所述的电机，其中，绕组槽的数目是磁极数的3倍。

21.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，形成所述磁极的每个磁体的角度宽度基本上是所述绕组槽的基准角度节距的2倍。

22.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，在所述转子和所述定子之间的气隙处的每个绕组槽宽度基本上等于所述基准绕组槽节距的一半。

23.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，每个磁极基本上与所述转子的旋转轴平行。

24.如权利要求1到22中的任何一个所述的电机，其中，每个磁极相对于所述转子的旋转轴倾斜。

25.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，磁槽楔结合在所述绕组槽中。

26.如上述任何一个权利要求所述的电机，其中，以一种方式这样来形成每个磁极的外表面，使得所述转子和所述定子之间的气隙不均匀。

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