CN206611249U - 定子和电动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种定子和电动机，定子与由永磁体激励的电动机的转子相对布置，定子在圆周方向布置有多个磁极片段，各磁极片段包含具有轮齿片段的轮齿，直接相邻的各所述磁极片段的所述轮齿片段通过宽度为s的槽缝相互间隔开来，轮齿的所述轮齿片段在其朝向所述转子的各端面处具有至少两个宽度为b1的凹口，两个凹口中的每一个都具有在圆周方向上测量的、从凹口的中点到紧邻的各所述槽缝的中点的距离，该距离小于圆周方向上从所述凹口的中点到所述磁极片段的中点间的距离，能够获得凹口相对于所述定子的沟槽分布而言不等距的布置。本实用新型的方案克服了上述缺点并且在获得了高度的扭矩利用率的同时降低由永磁体激励的电动机的齿槽转矩。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种由永磁体激励的、具有低齿槽转矩的电动机的齿形结构，以及此类具有相应设计齿形的电动机。
背景技术
由于各种原因，电机中会出现引起不期望的扭矩波动的谐波。谐振分为由电激励的谐振和由磁激励的谐振，通过线圈的布置和馈电的类型能够引起并影响谐振。例如磁路中磁导的波动就会引起磁谐振。磁阻力归因于构造的不均匀性(背部区域的开槽和收缩)。
特别地，这种现象和机械传动的影响结合会干扰运动过程并且影响电机的调节精度和动力。
例如已知用于减小齿槽转矩的倾斜方法，作为用于减小电动机在常规工作中的齿槽转矩的方法。倾斜方法把定子磁极和转子磁极设计为倾斜的样式，因此定子具有沿着转子的轴向偏离的或位移的转动位置。为了实现在每个转动位置定子都具有相等的气隙量，此类构造中的定子磁极以180°的电子角度偏离或位移。
但是倾斜角度会对马达的效率产生影响。如果倾斜角度选得过大，磁通量的有效利用率就会降低，其会导致输出扭矩的降低。
此外在现有技术中已知，在轮齿的外轮廓处设计有用来降低齿槽转矩的附加的辅助沟槽或辅助开槽。为了消除出现在定子铁芯间的气隙区段中的磁阻的变化，在已知的现有技术中会在轮齿的外轮廓处添加辅助开槽。
在现有技术中已知的辅助沟槽处，在定子铁芯和附加的开槽间的气隙片段中出现的磁阻的变化是不均匀的，结果会出现这样的问题，其中附加的开槽虽然能够在一定程度上有效地降低齿槽转矩，但是不能达到令人满意的降低齿槽转矩的效果。现有技术中采用辅助沟槽的理论支撑如下，即辅助沟槽会产生附加的齿槽转矩，其额外地对于由沟槽引起的齿槽转矩来说是有相位推移的而且能够补偿由沟槽引起的齿槽转矩。因此这些辅助沟槽的宽度和深度应尽可能地与沟槽的宽度和深度相符，其中首要的是，相同的深度由构造决定是不可能实现的，其后果就是只能稍微降低齿槽转矩。
DE 28 23 208 C2中的描述为，在具有外置的永磁体的激励部分的同步电机中将切口引入极靴中，切口基于自身的磁性作用会降低脉冲转矩(Ruckmoment)，但是其中在实施过程中会对扭矩密度产生不利的影响，其结果会导致低的有效系数。
在US8664826B2中通过考虑了有效系数和扭矩密度的轮齿轮廓降低了扭矩波动。马达在此具有在轮齿表面并朝向气隙的凹槽。但是这样的表面同样会引起扭矩密度和有效系数的降低。
在现有技术建议的方法中，伴随降低齿槽转矩而来的是降低了对电机特性的利用。
尽管平滑的凹槽轮廓能够额外地获得好的使用特性，这对于需要消除齿槽转矩中大量谐波的马达来说也非有效手段。
实用新型内容
因此本实用新型的目的在于克服上述缺点并且在获得高度的扭矩利用率的同时降低由永磁体激励的电动机的齿槽转矩。
通过以下特征组合从而达到本目的。
本实用新型达到了制造一种电动机的目的，该电动机具有转子和具有特定的定子磁极形状的定子，定子磁极形状设置为沟槽不均匀地或不对称地分布在轮齿处，轮齿位于定子在圆周方向延伸的***，目的是为了借助这样的轮齿形状使电动机的齿槽转矩最小化。
在此根据本实用新型建议，由永磁体激励的电动机的定子与转子相对布置且在圆周方向布置有多个磁极片段，其中各磁极片段由具有轮齿片段的轮齿形成，其中直接相邻的各磁极片段的轮齿片段通过宽度为s的槽缝相互间隔开来，并且其中轮齿的轮齿片段在其朝向转子的各端面处具有至少两个宽度为b的凹口，并且两个凹口中的每一个都具有在圆周方向上测量的、从该凹口的中点到紧邻的各槽缝的中点的距离，该距离小于圆周方向上从该凹口的中点到磁极片段的中点间的距离，由此能够获得相对于定子的沟槽分布而言不等距的凹口布置。
一种定子，其与由永磁体激励的电动机的转子相对布置，所述定子在圆周方向布置有多个磁极片段，其中各所述磁极片段包含具有轮齿片段的轮齿，其中直接相邻的各所述磁极片段的所述轮齿片段通过宽度为s的槽缝相互间隔开来，其中所述轮齿的所述轮齿片段在其朝向所述转子的各端面处具有至少两个宽度为b1的凹口，并且两个所述凹口中的每一个都具有在圆周方向上测量的、从所述凹口的中点到紧邻的各所述槽缝的中点的距离，该距离小于圆周方向上从所述凹口的中点到所述磁极片段的中点间的距离，由此能够获得所述凹口相对于所述定子的沟槽分布而言不等距的布置。
特别地，对于轮齿的两个外侧的凹口的位置而言存在下述相互关系：
a≠b
a＝0…1/3(a+b/2)，
其中，各凹口的“a”为在圆周方向上测量的、从各凹口的中点MA到紧邻的所述槽缝N的中点MS的距离，且“b”为两个外侧的凹口间在圆周方向上测量的距离。
特别地，沟槽分布根据以下公式决定：
沟槽分布＝(2a+b)。
特别地，相对于槽缝N的宽度s来说凹口的宽度b的定义如下：
0.75s≤b≤2.5s。
特别地，凹口具有箱型的、梯形的或半圆柱型的截面形状。
特别地，凹口具有呈梯形的截面形状、基底、第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁的取向与基底呈角度ɑ，第二侧壁的取向与所述基底呈角度β。
特别地，角度ɑ的数值在45°到135°之间而角度β也同样介于45°和135°之间。
特别地，共有四个凹口，其中位于轮齿的轮齿片段处的两个在槽缝N的方向上各自位于外侧的凹口设置为具有截面积A1，而位于以上两者之间的两个凹口设置为具有截面积A2，其中在截面积之间存在下述条件：
A2＜0.25A1。
特别地，磁极片段相对于径向延伸的中轴呈轴对称设计。
一种电动机，其具有转子和根据本实用新型的定子且由永磁体激励，定子与转子之间的凹口之间的区域存在缝宽为g的气隙L，其与凹口的深度t存在下述关系：0.25g≤t≤1.3g。
在本实用新型的优选方案中可设置为，对于各个轮齿的两个凹口的位置来说存在下述相互关系：
a≠b
a＝0…1/3(a+b/2)
其中
a为在圆周方向上测量的、从各凹口的中点到紧邻的各槽缝的中点的距离且b为两个或两个外侧凹口间(两个以上凹口时)在圆周方向上测量的距离。
在本实用新型其它的可能的实施方案中，特别是在两个凹口设置在一个轮齿中的方案中，凹口设置为在圆周方向上等距布置，由此满足了a＝b的条件。与轮齿片段直接相邻的各磁极片段通过宽度为s的槽缝相互间隔开来，并且在轮齿的轮齿片段朝向转子的各端面处引入两个宽度为b的凹口，并且两个凹口中的每一个都具有在圆周方向上测量的、从该凹口的中点到紧邻的各槽缝的中点的距离，该距离小于或等于圆周方向上从该凹口的中点到磁极片段的中点间的距离的一半，当在圆周方向上测量的、从该凹口的中点到紧邻的各槽缝的中点的距离等于圆周方向上从该凹口的中点到磁极片段的中点间的距离的一半时，由此能够获得相对于定子的沟槽分布而言等距的凹口布置。
在本实用新型的其它有利方案中设置为，沟槽分布由以下内容决定：沟槽分布＝(2a+b)。
此外有利的是，相对于槽缝宽度s来说凹口宽度b的定义如下：0.75s≤b≤2.5s。
作为轮齿片段的端面的凹口的形状可设置不同的形状。优选的是，凹口具有箱型的、梯形的或半圆柱型的截面形状。
此外有利的是，当凹口的截面形状呈梯形时，两个侧壁中的一个的取向与梯形凹口的基底呈角度ɑ，而两个侧壁中的另一个的取向与梯形凹口的基底呈角度β。在第一方案中也可设置为，角度ɑ和β一样大。
此外可有利地设置为，角度ɑ的数值在45°到135°之间而角度β也同样介于45°和135°之间。
在本实用新型的其它有利方案中也可设置为，共有四个凹口，位于轮齿的轮齿片段处的两个各自位于外侧的凹口设置为具有截面积A1，而位于以上两者之间的两个凹口设置为具有截面积A2，其中在截面积之间存在下述条件或相互关系：0＜A2＜0.25A1。
在本实用新型的同样有利的方案中也可设置为，磁极片段相对于径向穿过各磁极片段延伸的中轴呈轴对称设计。
本实用新型的另一方面涉及一种由永磁体激励的电动机，其具有前述的定子和转子，其中在定子与转子之间的凹口之间的区域存在缝宽为g的气隙，其与凹口深度t存在下述关系：0.25g≤t≤1.3g。
本实用新型的方案克服了上述缺点并且在获得了高度的扭矩利用率的同时降低由永磁体激励的电动机的齿槽转矩。
附图说明
接下来基于图示和本实用新型的优选实施例的说明书进一步阐述本实用新型的其它有利的改进方案。
其中：
图1示出了穿过电动机的部分视图，该电动机具有根据本实用新型的定子；
图2a～2d示例性地示出了磁极片段的轮齿的实施方案；
图3a～3d示例性地示出了磁极片段的轮齿的其它实施方案；
图4a～4d示例性地示出了磁极片段的轮齿的其它实施方案并且
图5a～5d示例性地示出了磁极片段的轮齿中的凹口的实施方案。
接下来将基于图1～5d进一步阐述本实用新型，其中相同的标号指代的是结构和/或功能相同的特征。
具体实施方式
图1示出了由永磁体激励的电动机的区段，其具有定子1和转子2。定子1具有多个布置在圆周方向的磁极片段10，各磁极片段由具有齿颈(Zahnhals)11a和轮齿片段12的轮齿11组成。此处示出的定子设计为外部开槽的定子，其中在相邻的轮齿片段12之间设计有沟槽，围绕沟槽布置有转子2。在已知绕线技术中槽缝用于实现磁极片段10的绕线。因而各直接相邻的磁极片段10在轮齿片段12的侧翼12a和12b之间的圆周方向上通过宽度为s的槽缝N彼此相隔开来。沟槽的数量和间隔距离由沟槽分布情况决定。
轮齿11的轮齿片段12朝向转子2的各端面13处具有两个在圆周方向上测得的宽度为b1的凹口20。
两个箱型凹口20中的每一个都具有距离a，距离a同样是在圆周方向上测量的、从该凹口20的中点MA到紧邻的各槽缝N的中点MS的距离，该距离小于圆周方向上从该凹口20的中点MA到磁极片段10的中点MP间的距离，由此能够获得凹口20相对于定子1的沟槽分布而言不等距的布置。由图1可明确看出，相较磁极片段的中点而言，凹口20的位置从而更靠近槽缝。
此外，在前述的轮齿片段12的两个凹口20之间再引入两个凹口30。位于内侧的凹口30的截面积A2小于向沟槽方向错位的凹口20的截面积A1，其中在本案例中截面积A2大概是截面积A1的20％。
在定子1与转子2之间的凹口20之间的区域存在缝宽为g的气隙L。
图2a～4d示例性地示出了前述磁极片段10的轮齿11中的凹口20、30的实施方案。在实施例中，各凹口20、30的数量、位置、形状以及各尺寸都是变化的。对所有实施例来说相同的是，凹口20总是相对于定子的沟槽分布而言不等距地布置在轮齿片段12中。在图3c～4d示出的实施例中，各有四个凹口20、30安置在轮齿片段12中，其中总是有两个凹口具有相同的形状和大小且只有位于内侧的、可选的凹口30是变化的。在图2a～3b中，外侧的凹口20是变化的。
图5a～5b示例性地示出了凹口20的多种形状，其中图5a示出了具有相同的角度ɑ和β的梯形凹口。梯形截面形状是这样形成的，侧壁20a与基底20b围成角度ɑ，第二侧壁20c和基底20b围成角度β。有棱角的形状能够消除齿槽转矩中的大量谐波。
在图5b的梯形造型中ɑ和β选取了不同的角度。
在图5c和5d中的两个实施例中都示出了倒角的凹口。
Claims (10)
1.一种定子(1)，其特征在于，其与由永磁体激励的电动机的转子(2)相对布置，所述定子在圆周方向布置有多个磁极片段(10)，其中各所述磁极片段(10)包含具有轮齿片段(12)的轮齿(11)，其中直接相邻的各所述磁极片段(10)的所述轮齿片段(12)通过宽度为s的槽缝(N)相互间隔开来，其中所述轮齿(11)的所述轮齿片段(12)在其朝向所述转子(2)的各端面(13)处具有至少两个宽度为b1的凹口(20)，并且两个所述凹口(20)中的每一个都具有在圆周方向上测量的、从所述凹口(20)的中点(MA)到紧邻的各所述槽缝(N)的中点(MS)的距离，该距离小于圆周方向上从所述凹口(20)的中点(MA)到所述磁极片段(10)的中点(MP)间的距离，由此能够获得所述凹口(20)相对于所述定子(1)的沟槽分布而言不等距的布置。
2.根据权利要求1所述的定子(1)，其特征在于，对于轮齿(11)的两个外侧的凹口(20)的位置而言存在下述相互关系：
a≠b
a＝0…1/3(a+b/2)，
其中，各凹口(20)的“a”为在圆周方向上测量的、从各凹口(20)的中点(MA)到紧邻的所述槽缝(N)的中点(MS)的距离，且“b”为两个外侧的凹口(20)间在圆周方向上测量的距离。
3.根据权利要求1或2所述的定子(1)，其特征在于，所述沟槽分布根据以下公式决定：
沟槽分布＝(2a+b)。
4.根据前述权利要求1或2所述的定子(1)，其特征在于，相对于所述槽缝(N)的宽度s来说所述凹口(20)的宽度b的定义如下：
0.75s≤b≤2.5s。
5.根据前述权利要求1或2所述的定子(1)，其特征在于，所述凹口(20、30)具有箱型的、梯形的或半圆柱型的截面形状。
6.根据权利要求5所述的定子(1)，其特征在于，所述凹口(20)具有呈梯形的截面形状、基底(20b)、第一侧壁(20a)和第二侧壁(20c)，所述第一侧壁(20a)的取向与所述基底(20b)呈角度ɑ，所述第二侧壁(20c)的取向与所述基底(20b)呈角度β。
7.根据权利要求6所述的定子(1)，其特征在于，角度ɑ的数值在45°到135°之间而角度β也同样介于45°和135°之间。
8.根据前述权利要求1或2所述的定子(1)，其特征在于，共有四个凹口(20、30)，其中位于所述轮齿(11)的所述轮齿片段(12)处的两个在所述槽缝(N)的方向上各自位于外侧的凹口(20)设置为具有截面积A1，而位于以上两者之间的两个凹口(30)设置为具有截面积A2，其中在截面积之间存在下述条件：
A2＜0.25A1。
9.根据前述权利要求1或2所述的定子(1)，其特征在于，所述磁极片段(10)相对于径向延伸的中轴(14)呈轴对称设计。
10.一种电动机，其特征在于，其是具有转子(2)和根据权利要求1～9中任一项所述的定子(1)的由永磁体激励的电动机，在所述定子(1)与所述转子(2)之间的所述凹口(20)之间的区域存在缝宽为g的气隙(L)，其与所述凹口(20)的深度t存在下述关系：0.25g≤t≤1.3g。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |