同步電的制造方法
【專利摘要】一種同步電機(jī)，具有：帶有定子繞組的定子；和轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子上形成有由永磁性材料制成的磁極，其中，每極都具有拱起的外輪廓、特別是朝徑向外側(cè)拱起的外輪廓，特別是其中，沿周向形成有2×p個(gè)單極，其中p是極對(duì)數(shù)。
【專利說明】同步電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同步電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的是,對(duì)于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子使用沖壓封裝(stanzpaketiert)的、夕卜表面上設(shè)置有永磁體的疊片組。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]所以本發(fā)明的目的在于，設(shè)計(jì)一種易于調(diào)節(jié)的同步電機(jī)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明，該目的在同步電機(jī)中根據(jù)權(quán)利要求1中所述特征來實(shí)現(xiàn)。
[0005]本發(fā)明中同步電機(jī)重要的特征是，該同步電機(jī)具有:帶有定子繞組的定子；和轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子上形成有由永磁性材料制成的極，其中，每極都具有拱起的外輪廓、特別是朝徑向外側(cè)拱起的外輪廓，特別是其中，沿周向形成有2Xp個(gè)極、特別是單極，其中，P是極對(duì)數(shù)。
[0006]其中的優(yōu)點(diǎn)是，該永磁體極對(duì)中一極朝徑向外側(cè)，極對(duì)中另一極朝徑向內(nèi)側(cè)磁化布置。另外，通過每極朝徑向外側(cè)拱起的設(shè)計(jì)可特別使齒槽轉(zhuǎn)矩減小，并且因此形成一特別易于調(diào)節(jié)的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。
[0007]其中拱起部應(yīng)理解為，相應(yīng)的極沿周向從其第一極邊緣直至其另一極邊緣具有增大并隨后又減小的外直徑。其中，極的永磁性材料可以設(shè)計(jì)為一個(gè)整體并且因此可以設(shè)計(jì)為拱起且平滑彎曲。但這樣一種彎曲成一個(gè)整體的永磁體復(fù)雜并且因此昂貴。可以替代性地由單一的永磁體實(shí)現(xiàn)該拱起的結(jié)構(gòu)，其中該永磁體的重心和/或中點(diǎn)沿預(yù)想的拱起線布置。該線優(yōu)選為一圓弧部段。因此在方形的永磁體中還設(shè)有拱起的預(yù)想的線，其連接每個(gè)永磁體的各至少一個(gè)邊棱。這些線也優(yōu)選是圓弧部段。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)所述拱起部，永磁體的一外表面部段被布置于比同一極的沿周向直接相鄰的永磁體的相應(yīng)的外表面部段更大或更小的徑向距離上，所以離散地實(shí)現(xiàn)了拱起部。
[0009]在一有利的實(shí)施方式中,相應(yīng)極的外表面的包繞(umschreibende)的徑向距離沿周向從該極的中心出發(fā)——特別是直至沿周向處在外側(cè)的極邊緣——減小，特別是其中，包繞的圓周是一不切割永磁體、而只是與之接觸的圓周，也就是該圓周和相應(yīng)永磁體只具有一個(gè)或兩個(gè)交點(diǎn)。其中的優(yōu)點(diǎn)是，因此能實(shí)現(xiàn)易于制造的圓形拱起部。
[0010]在一個(gè)有利的實(shí)施方式中，每極都具有兩個(gè)或更多永磁體，特別是其中，該永磁體設(shè)計(jì)為相同，特別是其中，該永磁體分別設(shè)計(jì)為方形。其中的優(yōu)點(diǎn)是，能實(shí)現(xiàn)特別簡單的制造，這是因?yàn)榉叫斡来朋w的制造可簡單且低成本地實(shí)現(xiàn)。為制造該極也就只需把該永磁體粘在該疊片組的相應(yīng)設(shè)計(jì)為平坦的平面部段上，其中該疊片組的形狀為:即使當(dāng)該永磁體是方形的并且設(shè)計(jì)為相同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)該極的拱起部。
[0011]在一個(gè)有利的實(shí)施方式中，該永磁體布置在由單疊片堆疊而成的疊片組上，特別是其中，每個(gè)永磁體放置并連接在該疊片組的平坦的平面部段上，其中平面部分在堆疊方向上和與該堆疊方向相垂直的方向上延伸。其中優(yōu)點(diǎn)為，能實(shí)現(xiàn)簡單的制造。特別是可容易地實(shí)施該永磁體與該疊片組的粘結(jié)連接。
[0012]在一有利的實(shí)施方式中，該定子的定子槽數(shù)N1選擇為滿足以下不等式:a J5XN1古2XpXNm,其中，α ρ是極覆蓋率(Polbedeckung),ρ是極對(duì)數(shù),Nm是每極的永磁體數(shù)。其中優(yōu)點(diǎn)是，可使齒槽和/或極槽減少。因此存在一減小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，并且可更好地調(diào)節(jié)該同步電機(jī)。
[0013]在一有利的實(shí)施方式中，該拱起部具有拱起部半徑Rpa,該拱起部半徑比定子中的接納空隙的半徑Dn/2彎曲更強(qiáng)烈，因此特別是滿足:Rpa<-S+Dn/2其中，δ是轉(zhuǎn)子的最大外半徑與定子中用于接納轉(zhuǎn)子的接納空隙的最小內(nèi)半徑之間的氣隙，和其中，Oil是定子中用于接納轉(zhuǎn)子的接納空隙的直徑。其中優(yōu)點(diǎn)是，該極設(shè)計(jì)為拱起的，也就是比下述圓周彎曲更強(qiáng)烈:該圓周的中點(diǎn)在轉(zhuǎn)子軸上，該圓周的半徑與該極外表面的處于最大徑向距離上的點(diǎn)相接觸。
[0014]在一有利的實(shí)施方式中，極覆蓋率滿足:0.8 < αρ<0.85。其中的優(yōu)點(diǎn)是，可再次減小該同步電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
[0015]在一有利的實(shí)施方式中，在極與接納空隙之間在極邊緣上出現(xiàn)的最大氣隙這樣選擇:2Χ δ ^ 5max^3X δ，特別是因此該拱起部在徑向上的延伸長度小于氣隙的兩倍，但至少在一與該氣隙距離對(duì)應(yīng)的徑向距離區(qū)域上延伸。其中的優(yōu)點(diǎn)是，可再次減小齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0016]在一有利的實(shí)施方式中，該極在軸向方向上具有兩個(gè)相同的部段，在該部段之間存在有沿周向的錯(cuò)位，該錯(cuò)位的錯(cuò)位角為180° /KGV(N1^Xp),其中，KGV表示最小公倍數(shù)，N1表示定子槽數(shù)，ρ表示極數(shù)。其中的優(yōu)點(diǎn)是，可減小該同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0017]在一有利的實(shí)施方式中，該疊片組的堆疊方向設(shè)計(jì)為軸向方向。其中的優(yōu)點(diǎn)為，該平坦的連接平面可由粘合劑產(chǎn)生，它可以說緊抓住在堆疊方向上存在的粗糙面。以這種方式可以實(shí)現(xiàn)該連接的提高的緊固度。
[0018]在一有利的實(shí)施方式中，該極在軸向方向上具有連續(xù)的或離散的近似的傾斜角。其中的優(yōu)點(diǎn)是，可使該同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和齒槽轉(zhuǎn)矩減小并且因此可再次改善該同步電機(jī)的可調(diào)節(jié)性。
[0019]由從屬權(quán)利要求給出其它優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明并不限于權(quán)利要求的特征組合。對(duì)專業(yè)技術(shù)人員來說，特別能由所提出的任務(wù)和/或通過與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比而提出的任務(wù)而得出權(quán)利要求的和/或單個(gè)權(quán)利要求特征的和/或說明書所述特征的和/或附圖的其它合理的特征組合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]現(xiàn)在根據(jù)示意圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在圖1中展示了一同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其中可在居中布置的空隙9中接納的轉(zhuǎn)子軸被遮住。
[0022] 在可插入空隙9中的轉(zhuǎn)子軸上布置有疊片組7，該疊片組由連接的、優(yōu)選為沖壓封裝和/或焊接連接的單疊片組成。
[0023]在該疊片組7的外周上布置有永磁體(1、2、3、4、5、6)，其中，由多個(gè)永磁體(1、2、3、4、5、6)構(gòu)成一磁極。在圖1中每極都具有六個(gè)永磁體(1、2、3、4、5、6)。
[0024]在周向上在各極之間分別布置有空缺。
[0025]借助一極的多體式設(shè)計(jì)，也就是說每一極都分別具有六個(gè)永磁體(1、2、3、4、5、6)，可使渦流損耗降低。
[0026]該永磁體(1、2、3、4、5、6)在徑向方向上磁化。
[0027]每極都具有一最大外半徑，該最大外半徑沿周向居中設(shè)置在該極的角度范圍中。
[0028]極的外半徑從最大外半徑的周向位置向相應(yīng)與極相鄰的空缺減小。該極的外包絡(luò)線也就沿周向在兩側(cè)設(shè)計(jì)為拱起的。
[0029]在此，各極分別由六個(gè)粘接在疊片組上的單一的永磁體組成。每個(gè)永磁體在此形成為方形并粘接于疊片組7的分別為其設(shè)置的平坦的外表面上。該疊片組7的徑向外表面也就在該極所在區(qū)域中在如下橫截面中設(shè)計(jì)為多邊形:在該橫截面中截面的法線對(duì)準(zhǔn)軸向方向，其中在多邊形的各平坦區(qū)域中粘接面在軸向方向上延伸。 [0030]每極永磁體數(shù)為Nm = 6。轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子周向上具有極對(duì)數(shù)ρ = 3、也就是具有2Xp=6個(gè)單極。
[0031]定子槽數(shù)N1選擇為滿足以下不等式:
[0032]α pXNl 關(guān) 2XpXNM。
[0033]因此齒槽轉(zhuǎn)矩會(huì)盡可能小。
[0034]該轉(zhuǎn)子布置在定子中，其中，在定子中接納轉(zhuǎn)子的空隙具有一直徑Dn。在該空隙與該轉(zhuǎn)子之間至少存在一氣隙S。該氣隙在該極的最大半徑處最小，即在該處具有值δ。
[0035]包繞拱起部的半徑Rpa這樣選擇:
[0036]Rpa < - δ+Dn/2。
[0037]極的該拱起部、即彎曲線，沿周向比該轉(zhuǎn)子的外周彎曲得更強(qiáng)烈。所以外半徑沿周向從該極的中心向極邊緣減小。
[0038]所以該氣隙δ在緊鄰空缺的極邊緣的范圍中具有一最大值δ_。
[0039]在滿足以下尺寸條件時(shí)能得到特別低的齒槽轉(zhuǎn)矩:
[0040]0.8 ≤ α ρ ≤ 0.85 并且
[0041]2Χ δ ≤ δ.χ ≤ 3Χ δ。
[0042]借助于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以將總是同樣設(shè)計(jì)的方形永磁體用作永磁體，并因此可用一種簡單的方式制造該轉(zhuǎn)子。
[0043]疊片組7具有關(guān)于轉(zhuǎn)子軸居中布置的用于接納該轉(zhuǎn)子軸的空隙9以及用于減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的空隙8，其中該空隙8沿周向布置相對(duì)各極居中布置并且沿周向彼此之間分別均勻間隔。
[0044]在該轉(zhuǎn)子的疊片組中設(shè)有沿周向均勻地彼此間隔的、用于減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的空隙
(8)，空隙在徑向方向上的最大伸展分別布置在相應(yīng)極沿周向的確定的中心處，其中，極數(shù)與空隙(8)的數(shù)量相同，其中，空隙(8)沿周向的徑向伸展關(guān)于相應(yīng)的沿周向確定的極中心對(duì)稱，其中，相應(yīng)空隙(8)的橫截面對(duì)應(yīng)于倒圓角的三角形。因此不僅會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而且也使磁通量實(shí)現(xiàn)一有利的走向。[0045]在其它根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，為了進(jìn)一步減小齒槽轉(zhuǎn)矩，在軸向方向上設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)子的一種相同結(jié)構(gòu)，其沿周向有一錯(cuò)位。其中，有利地選擇錯(cuò)位角為180° /KGV(N1^Xp)的極錯(cuò)位，其中，KGV表示最小公倍數(shù)，特別是N1和極數(shù)的最小公倍數(shù)。在改進(jìn)方案中也可軸向間隔地設(shè)置有其它的結(jié)構(gòu)，其可能在彼此之間具有相應(yīng)的錯(cuò)位角或者也能實(shí)現(xiàn)具有連續(xù)傾斜角的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)。在離散的設(shè)計(jì)方案中，每個(gè)軸向后續(xù)區(qū)域都沿周向相對(duì)于其軸向在前區(qū)域以轉(zhuǎn)過一錯(cuò)位角的方式布置。
[0046]附圖標(biāo)記列表:
[0047]1第一極的永磁體
[0048]2第二極的永磁體
[0049]3第三極的永磁體
[0050]4第四極的永磁體
[0051]5第五極的永磁體
[0052]6第六極的永磁體
[0053]7疊片組
[0054]8用于減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的空隙
[0055]9用于接納轉(zhuǎn)子軸的空隙
[0056]Rpa包繞極拱起部的半徑
[0057]δ 氣隙
[0058]δ —最大氣隙
[0059]Nm每極的永磁體數(shù)
[0060]ρ極對(duì)數(shù)
[0061]N1定子槽數(shù)
[0062]α ρ極覆蓋率
【權(quán)利要求】
1.一種同步電機(jī)，具有:帶有定子繞組的定子；和轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子上形成有由永磁性材料制成的磁極， 其特征在于， 每極都具有拱起的、特別是包繞該永磁性材料的外輪廓、特別是朝徑向外側(cè)拱起的外輪廓， 特別是其中，該極在拱起的外輪廓范圍內(nèi)具有與圓周角相關(guān)的徑向距離的局部最大值，特別是其中每極都具有最大徑向距離，該最大徑向距離比在兩個(gè)沿周向最接近的極之間在圓周角范圍中的轉(zhuǎn)子最大徑向距離大， 特別是其中，沿周向形成有2Xp個(gè)極、特別是單極，其中，P是極對(duì)數(shù)。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 相應(yīng)極的包繞外半徑、特別是拱起半徑沿周向從極的中心出發(fā)——特別是直至沿周向處在外側(cè)的極邊緣——減小， 特別是其中，包繞半徑是一不切割永磁體、而只是與之接觸的半徑，也就是該半徑和相應(yīng)永磁體只具有一個(gè)或兩個(gè)交點(diǎn)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 每極都具有兩個(gè)或更多永磁體， 特別是其中，所有極的所有永磁體設(shè)計(jì)有相同的幾何結(jié)構(gòu)， 特別是其中，所述永磁體只在磁化上有區(qū)別，也就是被不同地磁化， 和/或其中，永磁體分別設(shè)計(jì)為方形。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 所述永磁體布置在由單疊片堆疊而成的疊片組上，特別是其中，每個(gè)永磁體放置并連接在該疊片組的平坦的平面部段上，其中平面部分在堆疊方向上和與該堆疊方向相垂直的方向上延伸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 所述定子的定子槽數(shù)N1選擇為滿足以下不等式: σ PXN1 ≠ 2XpXNM, 其中，αρ是極覆蓋率， P是極對(duì)數(shù)， NM是每極的永磁體數(shù)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 拱起部具有拱起部半徑Rpa，所述拱起部半徑比定子中的接納空隙的半徑Dn/2小，特別是該拱起部比定子中的接納空隙彎曲更強(qiáng)烈， 因此特別是滿足:
Rpa < - δ +Di1/2,其中，S是轉(zhuǎn)子的最大外半徑與定子中用于接納轉(zhuǎn)子的接納空隙的最小內(nèi)半徑之間的氣隙，和其中，Dil是定子中用于接納轉(zhuǎn)子的接納空隙的直徑。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 極覆蓋率滿足:0Κ≤α P≤0.85。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 在極與接納空隙之間在極邊緣上出現(xiàn)的最大氣隙這樣選擇: 2Χ δ ≤ δ.≤ 3X δ， 特別是因此該拱起部在徑向上的延伸長度小于氣隙的兩倍。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 所述極在軸向方向上具有兩個(gè)相同的部段，在所述部段之間存在有沿周向的錯(cuò)位，該錯(cuò)位的錯(cuò)位角為180° /KGV(N1, 2χρ), 其中，KGV表示最小公倍數(shù)，N1表示定子槽數(shù)，P表示極數(shù)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 所述疊片組的堆疊方向設(shè)計(jì)為軸向方向。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 所述極在軸向方向上具有連續(xù)的或離散的近似的傾斜角。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 轉(zhuǎn)子橫截面的多極展開的第一非平凡的、不為零的次數(shù)與該轉(zhuǎn)子的極數(shù)相對(duì)應(yīng)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 轉(zhuǎn)子橫截面的多極展開的第一非平凡的、不為零的次數(shù)與該轉(zhuǎn)子的極數(shù)相對(duì)應(yīng)， 和/或，轉(zhuǎn)子的第一非平凡的、不為零的更高的磁性多極轉(zhuǎn)矩與該轉(zhuǎn)子的極數(shù)相對(duì)應(yīng)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 轉(zhuǎn)子外輪廓的徑向距離是圓周角的非常數(shù)的周期函數(shù)，其中，該函數(shù)的局部最大值與轉(zhuǎn)子周向上的極數(shù)相對(duì)應(yīng)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的同步電機(jī)， 其特征在于， 在所述轉(zhuǎn)子的疊片組中設(shè)有用于減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的、沿周向彼此均勻間隔的空隙(8)， 特別是所述空隙在徑向方向上的最大伸展分別布置在相應(yīng)的極沿周向的確定的中心處， 特別是其中，極數(shù)與空隙(8)的數(shù)量相同， 特別是其中，空隙(8)沿周向的徑向伸展關(guān)于相應(yīng)的沿周向確定的極中心對(duì)稱，特別是其中，相應(yīng)空隙(8)的橫 截面對(duì)應(yīng)于倒圓角的三角形。
【文檔編號(hào)】H02K29/03GK103918160SQ201280029872
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】H·內(nèi)斯特勒 申請(qǐng)人:索尤若驅(qū)動(dòng)有限及兩合公司