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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen des hier beschriebenen Gegenstands betreffen allgemein Elektromotoren, und sie betreffen insbesondere Maschinen mit konzentrierten Wicklungen mit verringerter Drehmomentwelligkeit.
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HINTERGRUND
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Permanentmagnetmotoren können eine ungewünschte Drehmomentwelligkeit erzeugen, die zu nicht gewollten Vibrationen und Geräuschen führen kann. Herkömmliche Permanentmagnetmotoren schrägen beim Versuch zur Verringerung der Drehmomentwelligkeit entweder den Rotor oder den Stator ab. Das Abschrägen kann jedoch Herstellungskomplexität mit sich bringen und die Kosten erhöhen. Das Abschrägen kann auch ein Maschinendrehmoment und somit die Maschinenleistung verringern.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung für einen Motor bereitgestellt. Der Motor umfasst einen Stator, der eine Vielzahl von Zahnsegmenten enthält, die umlaufend angeordnet sind, um einen hohlen Kern zu schaffen, und einen Rotor, der im Inneren des hohlen Kerns drehbar angeordnet ist. Die Vielzahl von Zahnsegmenten definiert eine Vielzahl von Nutöffnungen, die mit einer Vielzahl von Nuten verbunden sind. Jede Nut der Vielzahl von Nuten weist eine Nutöffnung auf und mindestens eine Nutöffnung der Vielzahl von Nutöffnungen ist mit Bezug auf die Vielzahl von Nutöffnungen asymmetrisch.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine Vorrichtung für einen Motor zur Verwendung in einem Fahrzeug bereitgestellt. Der Motor umfasst eine Vielzahl von Zahnsegmenten, die umlaufend angeordnet sind, um einen hohlen Kern bereitzustellen, einen Rotor, der im Inneren des hohlen Kerns drehbar angeordnet ist, und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die im Rotor eingebettet sind. Jedes Zahnsegment enthält einen jeweiligen Zahn, der einen Satz von Statorwicklungen aufweist, die um seine Seitenwände herum angeordnet sind. Die Vielzahl von Zahnsegmenten definiert eine Vielzahl von Nutöffnungen, wobei jede Nutöffnung einer Wicklungsnut entspricht, die ausgestaltet ist, um ein Segment des Satzes von Statorwicklungen benachbarter Zähne unterzubringen. Eine erste Nutöffnung der Vielzahl von Nutöffnungen ist mit Bezug auf eine zweite Nutöffnung der Vielzahl von Nutöffnungen asymmetrisch.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Konstruktion eines Motors bereitgestellt, der eine Konstruktion mit konzentrierten Wicklungen aufweist. Das Verfahren umfasst, dass eine simulierte Drehmomentwelligkeit für eine Vielzahl von vorgeschlagenen Motoren mit verschiedenen Statornutöffnungskonfigurationen ermittelt wird und ein optimierter Motor aus der Vielzahl von vorgeschlagenen Motoren auf der Grundlage der simulierten Drehmomentwelligkeit identifiziert wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Vielzahl von Zahnsegmenten konstruiert wird, die ausgestaltet sind, um eine Vielzahl von Nutöffnungen zu definieren, die dem optimierten Motor entsprechen, wenn die Vielzahl von Zahnsegmenten umlaufend angeordnet ist, und dass die Vielzahl von Zähnen umlaufend angeordnet wird, um einen Stator zu bilden. Mindestens eine Nutöffnung der Vielzahl von Nutöffnungen ist mit Bezug auf die Vielzahl von Nutöffnungen asymmetrisch.
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Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form vorzustellen, die nachstehend in der genauen Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, um Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren und soll nicht als ein Hilfsmittel bei der Ermittlung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein vollständigeres Verständnis des Gegenstands kann durch Bezugnahme auf die genaue Beschreibung und die Ansprüche hergeleitet werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Figuren betrachtet wird, wobei gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren ähnliche Elemente bezeichnen.
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1 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Permanentmagnetmotors gemäß einer Ausführungsform;
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2 ist eine Querschnittsansicht eines Stators mit einer Wicklungskonstruktion mit segmentierten Zähnen, der zur Verwendung als Stator im Permanentmagnetmotor von 1 gemäß einer Ausführungsform geeignet ist;
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3 ist eine Querschnittsansicht eines Stators mit einer Wicklungskonstruktion mit eingesetzten Zähnen, der zur Verwendung als Stator im Permanentmagnetmotor von 1 geeignet ist; und
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4 ist ein Flussdiagramm eines Motorentwurfsprozesses gemäß einer Ausführungsform.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die folgende genaue Beschreibung ist rein veranschaulichender Natur und ist nicht dazu gedacht, die Ausführungsformen des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungsmöglichkeiten derartiger Ausführungsformen einzuschränken. Bei der Verwendung hierin bedeutet das Wort ”beispielhaft” ”als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Veranschaulichung dienend”. Jede hier als beispielhaft beschriebene Implementierung muss nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen aufgefasst werden. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem vorstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist.
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1 stellt eine Teilquerschnittsansicht eines Permanentmagnetmotors 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar. Die Ansicht von 1 repräsentiert 1/8 einer vollständigen Querschnittsansicht des Motors 100. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Motor 100 einen Stator 102 und einen Rotor 104, der im Stator 102 drehbar angeordnet ist. Der Motor 100 kann Teile verschiedener Kraftfahrzeugkomponenten bilden, wie zum Beispiel eine Antriebsmaschine für ein Brennstoffzellen- oder Elektrofahrzeug oder einen Motor/Generator für ein Hybridfahrzeug. Der Motor 100 kann auch bei Anwendungen verwendet werden, die nicht mit Kraftfahrzeugen in Verbindung stehen, wie etwa bei Endverbraucheranwendungen, medizinischen Instrumenten, Werkzeugen, usw.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 100 als eine Maschine mit konzentrierten Wicklungen realisiert, so dass der Stator 102 eine Vielzahl separater Zahnsegmente 105, 107, 109, 111 umfasst, die umlaufend angeordnet oder anderweitig arrangiert sind, wobei jedes einzelne Zahnsegment einen jeweiligen Zahn 106, 108, 110, 112 aufweist, der eine oder mehrere Phasen von Wicklungen aufweist, die um den Zahn 106, 108, 110, 112 herum angeordnet sind (z. B. gewickelt oder darüber geschoben). Zum Beispiel weist ein erster Zahn 108 einen ersten Satz von Wicklungen 114 auf, die um seine Seitenwände 116, 118 herum angeordnet sind, ein zweiter Zahn 110 weist einen zweiten Satz von Wicklungen 120 auf, die um seine Seitenwände 121, 122 herum angeordnet sind, und so weiter.
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2 stellt eine konzentrierte Wicklungskonstruktion mit segmentierten Zähnen eines Stators 200 dar, der eine Vielzahl von Zahnsegmenten 202 umfasst, die umlaufend angeordnet ist, um den Stator 200 zu bilden, und 3 stellt eine Wicklungskonstruktion mit eingesetzten Zähnen eines Stators 300 dar, der eine Vielzahl von Zähnen 302 umfasst, die in Nuten in einem Statorkern 304 derart eingesetzt ist, dass die Zähne umlaufend angeordnet sind, um den Stator 300 zu bilden. Es wird angemerkt, dass 1 eine Wicklungskonstruktion mit segmentierten Zähnen des Stators 102 darstellt, bei der die Zähne 106, 108, 110, 112 zusammen eine allgemein zylindrische Gestalt bilden, die einen hohlen Kern aufweist, wenn sie umlaufend angeordnet sind, um den Stator 102 zu bilden, der keinen separaten Statorkern aufweist. Es ist jedoch festzustellen, dass der hier beschriebene Gegenstand auch für eine Maschine mit konzentrierten Wicklungen mit einer Konstruktion [engl. concentration] mit eingesetzten Zähnen implementiert sein kann, bei der die einzelnen Zähne in einen Statorkern eingesetzt sind, wie in der Technik verstanden wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, bilden die Seitenwände benachbarter Zähne 106, 108, 110, 112 eine Vielzahl von Wicklungsnuten 124, 126, 128, wenn die Zähne 106, 108, 110, 112 umlaufend angeordnet sind. Jede der Wicklungsnuten 124, 126, 128 weist eine jeweilige Nutöffnung 130, 132, 134 auf. Wie nachstehend in weiterem Detail erörtert wird, sind die Stellen und/oder die Breiten der Nutöffnungen 130, 132, 134 mit Bezug auf die Nuten 124, 126, 128 auf eine Weise eingestellt, die eine Drehmomentwelligkeit des Motors 100 verringert. Es wird angemerkt, dass die Statorwicklungen aufgrund der Konstruktion mit konzentrierten Wicklungen (z. B. der Konstruktion mit segmentierten Zähnen oder der Konstruktion mit eingesetzten Zähnen) in den Wicklungsnuten 124, 126, 128a priori festgelegt sind, das heißt, dass die eine oder die mehreren Phasen (oder Sätze) von Statorwicklungen, die um jeden Zahn 106, 108, 110, 112 herum angeordnet sind, um den Zahn 106, 108, 110, 112 herum angeordnet werden (z. B. gewickelt oder darüber geschoben), bevor die Zahnsegmente 105, 107, 109, 111 umlaufend angeordnet werden, um den Stator 102 zu bilden. Die Wicklungsnuten 124, 126, 128 beherbergen somit Segmente der Statorwicklungen der Zähne benachbart zu der jeweiligen Wicklungsnut oder entsprechen diesen anderweitig, aber die Wicklungsnuten und/oder die Nutöffnungen werden nicht verwendet, um die Statorwicklungen in den Stator 102 einzuführen oder die Statorwicklungen anderweitig um den Stator 102 herum zu wickeln (z. B. um die Zähne 106, 108, 110, 112 herum). Wie in 1 gezeigt ist, beherbergt die Nut 126 beispielsweise ein Segment der Statorwicklungen 114 um den Zahn 108 herum und ein Segment der Statorwicklungen 120 um den Zahn 110 herum oder entspricht diesen anderweitig, aber die Nutöffnung 132 wird nicht verwendet, um die Statorwicklungen 114, 120 in die Nut 126 hinein zu wickeln und/oder diese dort einzuführen.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird jede Nutöffnung 130, 132, 134 durch Spitzen 143, 147, 149, 151, 153 des benachbarten Paars von Zähnen definiert, welche die jeweilige Nut 124, 126, 128 bilden. In dieser Hinsicht kann jeder Zahn 106, 108, 110, 112 eine oder mehrere Spitzen (eine Zahnspitze) enthalten, die eine Seitenwand 144, 148, 150, 152, 154, 156 einer jeweiligen Nutöffnung 130, 132, 134 benachbart zu dem jeweiligen Zahn 106, 108, 110, 112 definieren. Bei der Verwendung hierin soll eine ”Zahnspitze” so verstanden werden, dass sie einen Abschnitt eines Zahns bezeichnet, der sich in der Nähe des Rotors 104 befindet und im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Mittelachse einer jeweiligen Nut verläuft, um eine Seitenwand der jeweiligen Nutöffnung zu definieren, oder mit anderen Worten einen Abschnitt des Zahns in der Nähe des Rotors 104, der sich umlaufend davon weg zu einer jeweiligen Seitenwand des Zahns erstreckt.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist eine erste Nutöffnung 130 beispielsweise durch eine erste Zahnspitzenseitenwand 144 und eine zweiten Zahnspitzenseitenwand 148 definiert und die erste Nut 124 ist durch eine erste Körperseitenwand 146 und eine zweite Körperseitenwand 116 definiert. In dieser Hinsicht verläuft die erste Zahnspitze 143 umlaufend von der Körperseitenwand 146 von Zahn 106 weg zu der ersten Nut 124 hin, das heißt in eine Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zu der Mittelachse 158 der Nut 124, wobei die erste Zahnspitzenseitenwand 144 im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse 158 der Nut 124 ausgerichtet ist. Auf ähnliche Weise verläuft die zweite Zahnspitze 147 umlaufend von der Körperseitenwand 116 von Zahn 108 zu der ersten Nut 124, das heißt in einer Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zu der Mittelachse 158 der Nut 124, wobei die zweite Zahnspitzenseitenwand 148 im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse 158 der Nut 124 ausgerichtet ist. Eine zweite Nutöffnung 132 der zweiten Nut 126 ist durch eine dritte Zahnspitzenseitenwand 150 und eine vierte Zahnspitzenseitenwand 152 definiert und die zweite Nut 126 ist durch eine dritte Körperseitenwand 118 und eine vierte Körperseitenwand 121 definiert. In dieser Hinsicht verläuft die dritte Zahnspitze 149 umlaufend von der Seitenwand 118 von Zahn 108 und die vierte Zahnspitze 151 verläuft umlaufend von der Körperseitenwand 121 von Zahn 110 auf eine ähnliche Weise, wie vorstehend im Hinblick auf die erste Nutöffnung 130 beschrieben wurde. Die dritte Nutöffnung 134 ist auf ähnliche Weise definiert, jedoch ist die dritte Nutöffnung 134 der dritten Nut 128 wie gezeigt durch eine fünfte Zahnspitzenseitenwand 154 und eine Körperseitenwand 156 des Zahns 112 definiert, das heißt, der Zahn 112 enthält keine Zahnspitze zum Schaffen einer Seitenwand 156 der dritten Nutöffnung 134. Es wird angemerkt, dass der Zahn 112 bei alternativen Ausführungsformen eine Zahnspitze enthalten kann, um die Seitenwand 156 der dritten Nutöffnung 134 auf ähnliche Weise wie vorstehend dargelegt zu definieren. Wie nachstehend genauer beschrieben ist, sind die Zähne 106, 108, 110, 112 derart ausgestaltet, dass die Seitenwände 144, 148, 150, 152, 154, 156 Nutöffnungen 130, 132, 134 mit Bezug auf die Nuten 124, 126, 128 auf eine Weise definieren, die die Drehmomentwelligkeit des Motors 100 verringert.
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Der Rotor 104 enthält einen Rotorkern 136, der gebildet wird, indem eine Vielzahl magnetischer Stahlschichtbleche gestapelt wird, die zusammen die Gestalt eines Zylinders bilden, wenn sie gestapelt sind. Der Rotorkern 136 ist im hohlen Kern des Stators 102 angeordnet, wobei er vom Statorkern 102 um eine vorbestimmte Distanz derart beabstandet ist, dass zwischen dem Stator 102 und dem Rotorkern 136 ein Spalt 138 gebildet wird Der Rotorkern 136 trägt eine Vielzahl von Permanentmagneten 140, die in den Rotorkern 136 eingebettet sind. Es wird angemerkt, dass die Anordnung und/oder Ausrichtung der Permanentmagnete 140 in der Praxis in Abhängigkeit von den Bedürfnissen einer speziellen Anwendung variieren wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Permanentmagnete 140 als Selten-Erden-Magnete, wie etwa Neodym-Eisen-Bor-Magnete oder Samarium-Kobalt-Magnete realisiert, obwohl für andere Ausführungsformen in Übereinstimmung mit Entwurfsanforderungen Keramik- und Alnico-Magnete verwendet werden können. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Drehwelle 142 in eine hohle Region eingeführt, die am Mittelpunkt des Rotors 104 ausgebildet ist, und dreht sich zusammen mit dem Rotor 104. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Drehwelle 142 die Kraftfahrzeugantriebswelle für ein Fahrzeug.
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Wenn sich der Rotor 104 im Betrieb über die Drehwelle 142 mit Bezug auf den Stator 102 bewegt, werden die Permanentmagnete 140 an den Wicklungen 114, 120 vorbei bewegt und dadurch wird eine Spannung in die Wicklungen 114, 120 durch elektromagnetische Induktion induziert, wie in der Technik verstanden wird. Wenn hingegen ein Strom an die Wicklungen 114, 120, beispielsweise durch eine (nicht gezeigte) Batterie, geliefert wird, wird von den Statorwicklungen (z. B. den Wicklungen 114, 120) folglich ein Magnetfeld erzeugt, das mit den Permanentmagneten 140 im Rotor 104 derart interagiert, dass sich der Rotor 104 und die daran angebrachte Drehwelle 142 drehen, um eine Drehantriebskraft zu erzeugen.
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Wieder mit Bezug auf die Nutöffnungen 130, 132, 134 wird für jede der Nuten 124, 126, 128 eine Drehmomentwelligkeit und ein Nutrasten im Motor 100 vorwiegend durch die Nutungseffekte zwischen dem Rotor 104 (z. B. den Nuten oder Räumen zwischen den Permanentmagneten 140) und den Statornuten 124, 126, 128 und den Nutöffnungen 130, 132, 134 verursacht, wie in der Technik verstanden wird. Die Drehmomentwelligkeit aufgrund der Interaktion zwischen den Rotormagneten 140 und einer speziellen Statornut 124, 126, 128 und den Nutöffnungen 130, 132, 134 kann entweder positive oder negative Werte aufweisen. Diesbezüglich sind, wie nachstehend genauer beschrieben ist, bei einer beispielhaften Ausführungsform die Stellen der Nutöffnungen 130, 132, 134 relativ zu den Nuten 124, 126, 128 auf eine Weise verstellt, die dazu tendiert, die positiven und negativen Drehmomentwelligkeitswerte zu mitteln und dadurch eine Drehmomentwelligkeit zu verringern. In Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen weist der Motor 100 daher mindestens eine Nutöffnung 130, 132, 134 auf, die zum Mittelpunkt ihrer jeweiligen Nut 124, 126, 128 versetzt ist, oder mit anderen Worten ist die Mittelachse der Nutöffnung zu der Mittelachse ihrer jeweiligen Nut versetzt oder anderweitig nicht damit ausgerichtet.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist beispielsweise die erste Nutöffnung 130 der ersten Nut 124 eine Mittelachse 164 auf, die zu der Mittelachse 158 der ersten Nut 124 versetzt ist (oder nicht mit dieser ausgerichtet ist), die zweite Nutöffnung 132 der zweiten Nut 126 weist eine Mittelachse 166 auf, die mit der Mittelachse 160 der zweiten Nut 126 ausgerichtet ist, und die dritte Nutöffnung 134 weist eine Mittelachse 168 auf, die zu der Mittelachse 162 der dritten Nut 128 versetzt ist, allerdings im Vergleich mit der ersten Nutöffnung 130 bei einer anderen Relativposition. In dieser Hinsicht sind bei der veranschaulichten Ausführungsform die Nuten 124, 126, 128 symmetrisch angeordnet, wobei die Nutöffnungen 130, 132, 134 asymmetrisch angeordnet sind, das heißt, die Distanz in Umfangsrichtung zwischen der Mittelachse 158 der ersten Nut 124 und der Mittelachse 160 der zweiten Nut 126 ist gleich der Distanz in Umfangsrichtung zwischen der Mittelachse 160 der zweiten Nut 126 und der Mittelachse 162 der dritten Nut 128, während die Distanz in Umfangsrichtung zwischen der Mittelachse 164 der ersten Nutöffnung 130 und der Mittelachse 166 der zweiten Nutöffnung 132 verschieden von der Distanz in Umfangsrichtung zwischen der Mittelachse 166 der zweiten Nutöffnung 132 und der Mittelachse 168 der dritten Nutöffnung 134 ist.
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Zudem kann die Breite oder Größe der Nutöffnungen 130, 132, 134, das heißt die Breite des Spalts oder des Raums zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden für jede jeweilige Nut 124, 126, 128 verschieden sein. Zum Beispiel kann die erste Nutöffnung 130 eine Breite aufweisen, die gleich der Distanz zwischen den Seitenwänden 144, 148 ist, die anders als die Breite der zweiten Nutöffnung 132 (d. h. die Distanz zwischen den Seitenwänden 150, 152) und/oder die Breite der dritten Nutöffnung 134 (d. h. die Distanz zwischen den Seitenwänden 154, 156) ist. Somit kann jede Nut des Stators 102 eine jeweilige Nutöffnung mit einer Breite oder Größe aufweisen, die im Vergleich zu den anderen Nuten einzigartig ist, zusätzlich dazu, dass sie eine Nutöffnung aufweist, die zu der Mittelachse ihrer jeweiligen Nut versetzt ist. Mit anderen Worten ist mindestens eine Nutöffnung 130, 132, 134 des Stators 102 mit Bezug auf die verbleibenden Nutöffnungen 130, 132, 134 asymmetrisch entweder im Hinblick auf ihre Platzierung mit Bezug auf ihre jeweilige Nut 124, 126, 128 und/oder im Hinblick auf die Breite oder Größe der Nutöffnung 130, 132, 134 im Vergleich zu den anderen Nutöffnungen 130, 132, 134.
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Es versteht sich, dass 1 eine zu Erläuterungszwecken vereinfachte Darstellung des Motors 100 ist und nicht dazu gedacht ist, den Umfang oder die Anwendbarkeit des hier beschriebenen Gegenstands in irgendeiner Weise einzuschränken. Obwohl 1 eine beispielhafte Anordnung von Nutöffnungen 130, 132, 134 darstellt, können praktische Ausführungsformen daher zahlreiche mögliche Anordnungen von Nutöffnungen verwenden, ohne von dem Umfang des hier beschriebenen Gegenstands abzuweichen.
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Mit Bezug nun auf 4 wird bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Motorentwurfsprozess 400 ausgeführt, um einen Motor zu erhalten, der eine optimierte Positionierung von Nutöffnungen aufweist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beginnt der Motorentwurfsprozess 400, indem eine simulierte Drehmomentwelligkeit und eine mittlere Drehmomentausgabe für eine Vielzahl von vorgeschlagenen Motoren ermittelt wird, wobei jeder vorgeschlagene Motor eine Nutöffnungskonfiguration aufweist, die im Vergleich zu den verbleibenden vorgeschlagenen Motoren einzigartig ist (Aufgabe 402). In dieser Hinsicht enthält jeder vorgeschlagene Motor eine andere Anordnung oder Kombination von Nutöffnungspositionen mit Bezug auf ihre zugehörigen Nuten und/oder eine andere Kombination von Breiten der Nutöffnungen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden die simulierte Drehmomentwelligkeit und die simulierte Drehmomentausgabe erhalten, indem Statornut- und/oder Nutöffnungspositionen sowie die Breiten der Nutöffnungen unter Verwendung von Simulationswerkzeugen der Analyse finiter Elemente (FEA-Simulationswerkzeuge) für eine Anzahl von Entwurfsdurchläufen der Statornuten und/oder der Statornutöffnungen variiert werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform fährt der Motorentwurfsprozess 400 fort, indem ein optimierter Motor aus der Vielzahl von vorgeschlagenen Motoren auf der Grundlage der Drehmomentwelligkeit und der mittleren Drehmomentausgabe identifiziert wird, das heißt, der vorgeschlagene Motor mit optimierten Nutöffnungspositionen und/oder -breiten (Aufgabe 404). In dieser Hinsicht ist es wünschenswert, die Drehmomentwelligkeit zu verringern ohne die mittlere Drehmomentausgabe des Motors wesentlich zu verringern. Ein ”optimierter” Permanentmagnetmotor ist folglich einer, bei dem die Drehmomentwelligkeit im größtmöglichen Ausmaß verringert ist, ohne dass das mittlere Drehmoment in nicht akzeptabler Weise abgesenkt ist. Beispielsweise soll bei einer Ausführungsform die mittlere Drehmomentausgabe mit Bezug auf den ursprünglichen Motor nicht um mehr als 4% abnehmen (z. B. einen nicht optimierten Motor mit einheitlichen und/oder symmetrischen Nutöffnungen, die mit den jeweiligen Wicklungsnuten zentriert sind). In dieser Hinsicht kann es in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung möglich sein, eine FEA zu verwenden, um einen Entwurfsdurchlauf zu identifizieren, der die mittlere Drehmomentwelligkeit verringert, während eine mittlere Drehmomentausgabe beibehalten wird, die in etwa gleich der ursprünglichen Drehmomentausgabe des nicht optimierten Motors ist. Als Folge wird mit Hilfe eines Variierens der Breiten und/oder der Positionierung der Nutöffnungen 130, 132, 134 mit Bezug auf die Nuten 124, 126, 128 die Drehmomentwelligkeit des Motors 100 verringert, ohne das Ausgabedrehmoment des Motors 100 zu beeinträchtigen.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform fährt der Motorentwurfprozess 400 fort, indem eine Vielzahl von Zahnsegmenten für den Stator des optimierten Motors auf der Grundlage des identifizierten Entwurfdurchlaufs konstruiert wird (Aufgabe 406). In dieser Hinsicht wird mindestens ein Zahnsegment mit einem Zahn konstruiert, der eine oder mehrere Zahnspitzen aufweist, so dass die Vielzahl von Zahnsegmenten die Vielzahl von Nutöffnungen entsprechend dem identifizierten Entwurfsdurchlauf für den optimierten Motor definiert, wenn die Zahnsegmente umlaufend angeordnet sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform fährt der Motorentwurfprozess 400 fort, indem die Zähne der Vielzahl von Zahnsegmenten mit dem einen oder den mehreren Sätzen von Statorwicklungen umwickelt werden, die dem jeweiligen Zahn und/oder der jeweiligen Wicklungsnut für den speziellen Entwurfdurchlauf entsprechen (Aufgabe 408). Nach dem Umwickeln jedes Zahns fährt der Motorentwurfsprozess 400 fort, indem die Zahnsegmente umlaufend angeordnet werden, was dazu führt, dass der Stator des optimierten Motors einen hohlen Kern aufweist (Aufgabe 410). In dieser Hinsicht können die Zahnsegmente umlaufend angeordnet werden und dann um den Umfang der Zahnsegmente herum verbunden werden (z. B. für die Wicklungskonstruktion mit segmentierten Zähnen von 2) oder in Nuten eines Statorkerns eingesetzt werden (z. B. für die Wicklungskonstruktion mit eingesetzten Zähnen von 3). Der Rotor und/oder die Rotorwelle können anschließend im hohlen Kern angeordnet werden, der durch die Vielzahl von Zähnen definiert ist, und eine Spannung und/oder ein Strom kann an den Satz von Statorwicklungen angelegt werden, die um die Vielzahl von Zähnen herum angeordnet sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Drehung des Rotors und/oder der Rotorwelle bewirkt, wie in der Technik verstanden wird. In dieser Hinsicht erzeugen der Rotor und/oder die Rotorwelle ein Drehmoment mit verringerter Welligkeit in Ansprechen auf die Spannung und/oder den Strom, die bzw. der an die Statorwicklungen angelegt wird.
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Obwohl mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschreiben sind, nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung des beanspruchten Gegenstands in irgendeiner Weise einzuschränken. Stattdessen wird die vorstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beschriebenen Ausführungsform oder Ausführungsformen bereitstellen. Es ist zu verstehen, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist, welcher bekannte Äquivalente und Äquivalente, die zum Zeitpunkt des Einreichens dieser Patentanmeldung vorhersehbar sind, enthält.
