專利名稱：電機和用于該電機的定子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于電機的定子以及一種具有定子和轉子的電機。
背景技術：
電機包括位置固定的定子和可相對于該定子運動的轉子。定子包括凹槽，電繞組能夠插入到所述凹槽中。這種電機通常具有一個或多個永久磁體，所述永久磁體各具有北極和南極。由此產生電機的齒槽力矩，所述齒槽力矩與電機的幾何形狀相關。齒槽力矩導致所不期望的噪聲和機械振動。此外，降低電機的能源利用率和效率。此外，齒槽力矩或者與其關聯(lián)的轉矩波動導致轉速的波動和控制中的問題。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，所述磁性引力導致具有轉子的角度相關性的可變的磁阻。轉矩波動是氣隙中磁通密度的較高次諧波的交互作用的結果，所述交互作用由轉子磁體和定子電流引起。在凸極轉子拓撲中，出現(xiàn)轉矩波動的附加的分量作為定子電流的磁通和轉子的磁導的較高次諧波之間的交互作用的結果。在工業(yè)應用中，存在對于具有小的轉矩波動和小的齒槽力矩的新式馬達的需求。轉矩波動和齒槽力矩例如應當小于額定轉矩的5%或0.5%。在文獻“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，在風力渦輪機中降低齒槽力矩。為此，考慮同樣的氣隙、極寬的影響和轉子的傾斜位置。然而這些方 案中的缺點是，效率的降低和/或制造成本的提高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提出一種電機和一種用于電機的轉子，其中在良好的效率和低制造耗費的情況下可以實現(xiàn)降低的齒槽力矩和更小的轉矩波動。所述目的通過獨立權利要求的特征來實現(xiàn)。改進形式和設計方案是從屬權利要求的主題。在一個實施方案中，用于電機的定子包括至少兩個分定子。分定子共同形成用于電機的定子。每個分定子包括用于容納繞組的凹槽。凹槽具有凹槽開口。至少一個第二分定子的凹槽的凹槽開口沿周向方向相對于第一分定子的凹槽的凹槽開口位置偏移。兩個分定子軸向地和/或在周向方向上彼此組合。 優(yōu)選地，凹槽開口朝向電機的氣隙定向。例如，第一分定子的凹槽的凹槽開口的對稱軸線沿著一個方向相對于凹槽的對稱軸線偏移第一角度，而設計:至少一個第二分定子的凹槽開口的對稱軸線相對于所述第二分定子的凹槽的對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矩曲線相應地偏移特定的角度。將定子分成多個分定子實現(xiàn)下述配置:在所述配置中，轉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?shù)南鄬ζ茖崿F(xiàn)使電機的總定子的齒槽力矩消失。這例如當分定子的齒槽力矩曲線相互偏移180°進而曲線完全地相互抵消時才是這種情況。與傾斜的轉子相反，所提出原理具有至少兩個分定子，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較低的耗費在批量生產中制造。因此得到低成本的實現(xiàn)方案。在此，電機的效率以及其它的性能參數(shù)基本上保持不變。在一個改進形式中，至少一個第二分定子的凹槽的凹槽開口相對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/或降低轉矩波動。在改進形式中除了凹槽開口的偏移之外，電機的定子被劃分成的分定子具有相同的結構和尤其相同的幾何形狀。特別是，構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償齒槽力矩。為此，在所述分定子的一個中能夠附加地設置有加深的凹槽。在周向方向上劃分定子時,例如能夠在一個分定子中沿著環(huán)周在定子的在橫截面中呈半圓形的區(qū)段中設計凹槽開口向右偏移，并且在相對置的半個區(qū)段中，也就是說在另一個分定子中能夠設計凹槽開口向左偏移絕對值相同的角度。

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


下面在多個實施例中根據(jù)附圖詳細闡明本發(fā)明。在此，相同的或者起相同作用的部分設有相同的附圖標記。圖中示出:圖1A示出根據(jù)所提出的原理的分轉子的第一實施例的展開圖；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分轉子；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中的所提出的原理的實施例；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中的實施方案的組合；圖6A示出具有可分的軛部的定子的實施例；圖6B示出具有左移的凹槽開口的定子的實施例；圖6C示出具有右移的凹槽開口的定子的實施例；圖6D沿著定子的周向方向示出·根據(jù)圖5B和5C的兩個分定子的組合。
具體實施例方式圖1A以橫截面的斷面分別示出定子I和轉子2的展開圖。在定子I和轉子2之間設有氣隙。定子I具有多個并排設置的凹槽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凹槽開口 5。凹槽開口 5朝氣隙定向，也就是朝向轉子定向。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。凹槽3具有對稱軸線A，同樣凹槽開口也具有對稱軸線B。這些在橫截面中可被識別為是軸線的對稱線，實際上是空間伸展的電機的對稱平面。認識到的是，所有的凹槽開口 5具有對稱軸線B，所述對稱軸線相對于凹槽3本身的對稱軸線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，凹槽開口不是設置在凹槽的朝向氣隙的一側的中央，而是相對于之偏移角度αχι。轉子2基本上設置為與定子I平行，并且具有永磁體形式的北極和南極，所述轉子的磁化通過箭頭來示出。根據(jù)圖1B中的轉矩曲線立即知道:通過右移凹槽開口也實現(xiàn)右移所屬的齒槽力矩曲線。在此，常規(guī)的電機是其中凹槽開口的對稱軸線B和凹槽的對稱軸線A重合的電機，也就是說，在常規(guī)的電機中凹槽開口沒有從凹槽的中央移出。在常規(guī)的電機中，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的對稱軸線B相對于凹槽3的對稱軸線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值相同，然而指向相反。除此之外，圖1A和2Α的分定子的結構和幾何形狀相同。如按照根據(jù)圖2Β的所屬的齒槽力矩曲線變得明顯的是，凹槽開口的對稱軸線的左移進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構時，更確切地說例如使得電機的軸向長度的一半相當于根據(jù)圖1A的定子，以及另一半相當于根據(jù)圖2Α的定子，因此能夠將整個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)馬達設計而能夠選擇為是相同的或不同的。如根據(jù)圖3示出，對于凹槽開口的預設的偏移角度而言，電機轉子的第一部分和第二部分的齒槽力矩分量能夠以在電學上相對彼此偏移180°。在該情況下，完全消除整個定子的或者整個電機的所產生的齒槽力矩。圖4A和4B以另一實施例中示出相應的分定子，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針方向偏移，而圖4Β示出按照絕對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)學上的正方向，即逆時針方向偏移。這種類型的定子結構也稱作具有離散的凹槽開口的定子結構。在電機的兩個半部中，也就是說在第一分定子和第二分定子中，所述定子結構能夠用相同的層壓板來制造。替選地，也能夠將多個或者甚至任意多個分定子沿軸向方向依次相互組合，由此自然增加制造耗費。如果執(zhí)行超過邊界(Grenziibergang),能夠實現(xiàn)具有連續(xù)變化的凹槽開口的定子拓撲。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，定子能夠在每個板平面中均借助一件式的板來實現(xiàn)。替選地，每個板平面也能夠設有兩個或更多的板，并且在制造時彼此組合。

這也是一種可簡單制造的實現(xiàn)方案。在該情況下，定子芯僅由軸向方向上的層壓結構組成。在電機的最低對稱性的一個半部中，凹槽開口向右偏移，并且在最低對稱性的第二半部中，凹槽開口向左偏移。相對于圖4Α和4Β中的實施方案,根據(jù)圖5的實施方案具有如下優(yōu)點，即在軸向方向上凹槽開口是恒定的，這還進一步簡化定子的纏繞。顯然能夠應用多于兩個的、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的分定子組成。如圖5中以一個實例示出，在沿周向方向劃分定子時，限制因素在此是指電機的最低對稱性。根據(jù)圖4Α和4Β的實施方案和根據(jù)圖5的實施方案的特征在于，齒槽力矩和轉矩波動能夠借助簡單的措施顯著地降低。相對于常規(guī)的定子結構，生產成本基本相同。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造，所述模塊化構造引起尤其有利的安裝和制造中的低成本。對于具有集中的繞組拓撲結構的電機而言，當定子芯借助于單獨的部件如下文中所描述的模塊化地構成時，能夠減少定子的制造成本。這以具有十二個齒部和十個極的電機的實例來闡明。如圖6Α中示出，首先構造單個的定子部件，所述定子部件包括齒部和半個軛部。在下一個步驟中，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來標記。如圖6Α的下半部圖中示出，兩個合起來的具有如上半部圖所示的結構和繞組的定子部件在軛部側彼此組合。通過如圖6B中示出的定子模塊的安裝來制造完整的定子。已經分別成對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，那么得到一個類似的實施方案，如圖4A和4B中具有在該處所描述的優(yōu)點。替選地，如圖6D中示出，類似于根據(jù)圖5的實施方案也能夠沿周向方向進行分定子的組合。在根據(jù)圖6D的實施方案中，也能夠使用多于兩個的、不同的凹槽開口角度來偏移凹槽開口，這產生相應數(shù)量的分定子。在此，電機的定子的最低對稱性是受限的。如根據(jù)實施例明顯看出的是，所提出的原理允許實現(xiàn)定子以及如下具有定子的電機，所述電機引起降低或者完全地抵消齒槽力矩并且同時能夠以較低的耗費來制造并且實現(xiàn)良好的效率。所提出的定子拓撲能夠用于全部類型的已知的電機，例如異步電機，永磁體(PM)激勵的同步電機，無刷直流PM電機，轉換磁阻電機、同步磁阻電機、直流電機等。此外使用轉子極數(shù)和定子凹槽數(shù)的不同的組合是可行的且有意義的。附圖標記列表I 定子2 轉子3 凹槽 4 齒部5 凹槽開口6 分定子7 分定子A 槽的對稱軸線B 凹槽開口的對稱軸線αχι偏移角αχ2偏移角
權利要求
1.用于電機的定子，所述定子(I)包括: 第一分定子(6)和至少一個第二分定子(7)，所述第一分定子和所述至少一個第二分定子分別具有用于容納繞組的凹槽(3)， 其中所述至少一個第二分定子(7)的所述凹槽的凹槽開口(5)相對于所述第一分定子(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)權利要求1所述的定子，其中所述至少一個第二分定子(7)的所述凹槽的所述凹槽開口(5)相對于所述第一分定子(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償和/或降低轉矩波動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的定子，其中除了所述凹槽開口(5)的偏移之外，至少兩個所述分定子(6，7 )具有相同的結構，特別是相同的幾何結構。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的定子，其中至少兩個所述分定子(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有不同深度的凹槽。
6.根據(jù)權利要 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能夠分開的軛部。
7.電機，所述電機具有根據(jù)權利要求1至6之一所述的定子以及還包括: 相對于定子(I)能夠旋轉地安裝的轉子(2)。
8.根據(jù)權利要求7所述的電機，其中所述電機包括下述類型中的一種:線性電機、軸流式電機、徑流式電機、異步電機、同步電機。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的電機，所述電機構造為具有內電樞的電機或構造為具有外電樞的電機。
10.根據(jù)權利要求7至9之一所述的電機，其中所述轉子(2)是下述類型中的一種:籠式轉子、在異步電機的情況下是多層轉子或者在同步電機的情況下是永磁轉子、具有內埋磁體的轉子或者饋電轉子，特別是全極轉子、凸極轉子、異極轉子、同極轉子。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于電機的定子，所述定子包括至少兩個分定子，所述分定子分別具有用于容納繞組的凹槽。兩個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。兩個分定子軸向地和/或在周向方向上相互組合。
文檔編號H02K29/03GK103250326SQ201180037255
公開日2013年8月14日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權日2010年7月29日
發(fā)明者居拉庫克·達亞庫 申請人:菲艾姆股份有限公司