具有减小转矩脉动的转子构造的旋转电机

摘要

本发明主要涉及一种旋转电机，其特别是用于机动车辆，所述旋转电机包括：‑定子，该定子包括主体和绕组，所述主体设有齿，所述齿限定狭槽，并且所述绕组被容纳在该定子主体的狭槽中；‑转子(12)，其包括主体(21)和磁极(22)，所述磁极由永磁体(23)形成，其特征在于‑两个连续的极角，每个极角对应于磁极(22)的圆周范围，或者‑两个连续的双极角(A0‑A4)，每个双极角对应于两个相邻磁极(22)的圆周范围‑相对于彼此呈现角度差，该角度差取决于与字子节距相关的角度偏移参数(δ)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有减小转矩脉动的转子构造的旋转电机。本发明特别有利地但不排它性地应用于机动车辆中使用的旋转电机。

背景技术

旋转电机以已知的方式包括定子和与轴成一体转子。转子可以与驱动轴和/或从动轴成一体，并且可以属于呈交流发电机、电动机或可以两种模式运行的可逆机器形式的旋转电机。

转子包括由金属板的堆叠形成的主体，这些金属板通过适当固定系统被保持为成组形式。转子包括由永磁体形成的磁极，所述永磁体容纳到设置在转子本体中的腔内。

此外，转子装配在壳体中，该壳体构造成用以使转子轴例如借助于滚子轴承旋转。定子包括设有多个齿的主体，所述多个齿限定凹口，并且包括插入在定子凹口中的绕组。绕组例如从覆盖有搪瓷的连续导线获得，或者从彼此通过焊接相连的呈销形式的导电元件获得。

在包括至少一组三相绕组的定子与设有以嵌入磁体形成的磁极的转子结合使用的情形中，观察到不利于电机性能的转矩脉动。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种尤其是用于机动车辆的旋转电机来有效地消除该缺点，该旋转电机包括：

-定子，其包括：主体，在主体上设有齿，所述齿界定凹口；和绕组，其容纳在定子主体的凹口中；

-转子，其包括主体和由永磁体形成的磁极，

其特征在于：

-两个连续的极角，每个极角对应于所述磁极的圆周范围；或

-两个连续的双极角，每个双极角分别对应于两个相邻磁极的圆周范围，

-具有彼此之间的角度差，所述角度差取决于与定子节距相关的角度偏移参数。

由于引入了两个极角之间或两个连续的双极角之间的角度差，本发明使得可以补偿转子磁场的失真(转子偏斜)的影响，从而减小转矩脉动，并且没有尤其与磁通泄漏问题有关的技术限制。本发明还具有不过度增加开发时间的优点，因为计算和模拟可以在两个维度上进行。

根据一个实施例，所述角度偏移参数被限制在定子节距的0.5至1.5倍之间。

根据一个实施例，双极角由以下等式定义：

Ax＝360/P-δ/2+x*δ/(P-1)

-x是双极角的序号，即限制在0和P-1之间的整数；

-P为成对磁极的数目；

-δ是所述角度偏移参数。

根据一个实施例，极角由以下等式定义：

Ax’＝180/P-δ/2+x*δ/(2P-1)

-x是极角的序号，即限制在0至2P-1之间的整数；

-P为成对磁极的数目；

-δ是所述角度偏移参数。

根据一个实施例，当根据转子的圆周沿给定行进方向进行时，所述双极角或所述极角的序号增加。

根据一个实施例，每个磁极由两个永磁体形成，所述永磁体具有”V”形的形式。

根据一个实施例，每个磁极由永磁体形成，所述永磁体相对于转子的轴线正交放射状地定向。

根据一个实施例，每个磁极和每个相的凹口的数目在1到3之间。

根据一个实施例，成对磁极的数目在3和10之间。

根据一个实施例，绕组包括的相的数目在3和6之间。

附图说明

通过阅读以下描述并审阅所附的附图，将会更好地理解本发明。这些附图仅以举例说明的方式提供，绝不是限制本发明。

图1是根据本发明的旋转电机的横截面图。

图2示出了属于根据本发明的旋转电机的转子。

图3a和3b分别示出了对于具有3对磁极和5对磁极的转子在两个连续的双极角之间的角偏移的引入。

图4a和4b分别示出了对于具有3对磁极和5对磁极的转子在两个连续的极角之间的角偏移的引入。

图5a至5c分别示出了对于一对磁极中的极角偏移和角度偏移根据角度偏移参数的转矩脉动、转矩和总谐波失真的发展。

图5d是分别从常规转子和在两个连续极角之间具有角度偏移的转子获得的电机的空载电压的图形表示。

图6示出了根据本发明的转子的变型实施例，该转子设置有正交放射状定向的磁体。

图7a和7b是示出随机选择的角度偏移参数的引入的视图。

具体实施方式

相同、相似或类同的元件在附图之间保留相同的附图标记。

图1示出了一种旋转电机10，该旋转电机10包括绕制的定子11，该定子11可以是多相的，并且同轴地围绕具有旋转轴线X的转子12。定子11和转子12通过气隙彼此分离开，所述气隙在转子11的外周和定子11的内周之间延伸。

更具体地，定子11包括主体14和由叉示意性表示的绕组15。定子主体14由扁平金属板的轴向堆叠组成。主体14包括沿角度方向规则分布的齿17。这些齿17界定凹口18，使得每个凹口18由两个连续的齿17界定。凹口18在轴向上开放到主体14的轴向端面中。凹口18也在径向上朝向主体14的内部开放。

定子11在齿17的自由端一侧上具有齿根20。每个齿根20在对应的齿17的两侧上沿圆周方向延伸。

容纳在凹口18中的绕组15例如从覆盖有搪瓷的连续导线获得，或者从通过焊接彼此相连的呈销形式的导电元件获得。

绕组15包括的相的数目在3至6之间。每个磁极和每个相中凹口18的数目优选地严格大于1且等于或小于3。

另外，如图2所示，具有轴线X的转子12的主体21由扁平金属板的轴向堆叠形成，以便减小福柯电流(Foucault current)。主体21由磁性材料制成。

转子12还包括由至少两个永磁体23形成的磁极22，所述永磁体的横截面限定”V”形形式。这些磁体23布置在相应的腔25的内部。

“呈”V”形形式”是指这样的事实，即在横截面中，磁极22中的两磁体23的至少一个组件的纵向轴线X1彼此之间形成非零角度。在这种情况下，与磁极22相关联的腔25彼此不同。作为变型，腔25可以在”V”的尖端处彼此接合。

永磁体23可以由铁氧体或稀土金属制成，这取决于应用和机器所需的功率。作为变型，永磁体23可以具有不同等级，以便降低成本。

在图3a和3b的实施例中，双极角Ax各自对应于两个相邻磁极22的圆周范围，两个连续的双极角Ax彼此之间具有角度差，该角度差取决于与定子节距相关的角度偏移参数。

角Ax在磁极的两个对称轴线X2之间测量，所述两个对称轴线通过磁极22彼此分离开。

定子节距缩写为“sp(槽节距)”，定义为等于360除以定子11的齿17的数目。所述角度偏移参数δ被限制为定子节距sp的0.5到1.5倍之间。因此，图1显示了参数δ，参数δ的值分别是定子节距的一半(δ＝0.5sp)、定子节距sp(δ＝sp)和定子节距的1.5倍(δ＝1.5sp)。

在这种情况下，双极角Ax由以下等式定义：

Ax＝360/P-δ/2+x*δ/(P-1)

-x是双极角的序号，即介于0和P-1之间的整数；

-P是转子12的成对磁极22的数目，特别是可在3和10之间；

-δ是角度偏移参数。

当根据转子12的圆周沿给定的行进方向S1进行时，双极角Ax的序号x增加。例如，选择第一角度A0，其x等于0，在行进方向S1上延续的第二角度A1对应于x等于1，在行进方向S1上延续的第三角度A2对应于x等于2，依此类推，直到最终角度A(P-1)对应于x等于P-1。行进方向S1可以选择为沿顺时针方向或逆时针方向。

图3a示出了具有三对磁极(P＝3)的转子12的实施例，而图1和3b示出了具有五对磁极(P＝5)的转子12的实施例。因此，第一角度A0的值为360/P-δ/2，最终角度A(P-1)的值为360/P-δ/2，中间角度Ax以取决于角度偏移参数δ的机械角度而变化，即以x*δ/(P-1)的值变化。

在图4a和4b的实施例中，极角Ax′分别对应于磁极22的圆周范围，两个连续的极角Ax′相对于彼此具有角度差，该角度差取决于与定子节距sp相关联的角度偏移参数δ。角度Ax′是在两个相邻磁极22的两个连续的对称轴线X2之间测量。

在这种情况下，极角Ax'由以下等式定义：

Ax′＝180/P-δ/2+x*δ/(P-1)

-x是极角的序号，即在0至2P-1之间的整数；

-P是成对磁极22的数目；

-δ是所述角度偏移参数。

当沿着转子12的圆周沿给定的行进方向S1进行时，极角Ax'的序号x增大。例如，选择第一角度A0'，其x等于0，在行进方向S1上延续的第二角度A1'对应于x＝1，在行进方向S1上延续的第三角度A2'对应于x等于2，依此类推，直到最终角度对应于x＝2P-1。行进方向S1可以沿顺时针方向或逆时针方向选择。

图5a至5c分别示出了对于一对磁极中的极角偏移(参见曲线C1)或角度偏移(参见曲线C2)取决于偏移参数δ的转矩脉动Tr、转矩T和总谐波失真THD的发展。这些曲线已经针对具有三对磁极、54个凹口和具有销的双三相绕组且1000rpm下有最大转矩的机器获得。应当注意，值δ＝0对应于具有对称磁极的常规转子。

可以看出，从角度偏移参数值δ＝0.5sp开始，在转矩脉动降低Tr和总谐波失真THD方面的改进是显着的。

图5d还示出，利用根据本发明的转子12获得的空载电压比利用常规转子12获得的空载电压更规则(参见曲线C0)。

图6示出了根据本发明的转子12的变型实施例，该转子12设有正交放射状地定向的磁体23。因此，在横截面中，磁体23的纵向轴线X1相对于转子12的轴线X正交放射状地定向。

作为变体，每个磁极由两个永磁体和相对于转子12的轴线X正交放射状地定向的附加磁体形成，该两个永磁体限定横截面为”V”形的形式。

作为变体，每个磁极由两个永磁体和两个另外永磁体形成，所述两个永磁体的横截面限定“V”形形式，并且所述两个另外永磁体的横截面限定另一“V”形形式，该另一“V”形形式被叠盖在第一”V”形形式中，即在横截面中，极22的四个磁体23中的至少一个组件的纵向轴线X1彼此之间形成非零角度。

在图6中的转子12的情况下，转矩脉动Tr从11％下降到小于4％，但所提供的转矩(未示出)并没有显着降低。与没有角度偏移(δ＝0)的初始值(未示出)相比，总谐波失真THD减小一半。

图7a和7b是示出随机选择的极角Ax的引入的视图。从下表中可以明显看出，随机分布也使得可以获得电机的性能水平的提高：

情况1基于图7a的角度分布，情况2基于图7b的角度分布。可以使用在0.5*sp和1.5*sp之间变化的不同偏移角度值来实现所述随机分布。情况1和情况2是通过选择角度偏移参数δ＝1.5sp并根据转子12的周长随机改变角度的序号而获得。因此，可以使用上述等式，使得可以通过根据行进方向S1使序号x与一随机角度结合来定义角度Ax和Ax'。

在图7a中，预先定义的极角A'x是随机选择的，使得角度A'0、A'1、A'2、A'3、A'4和A'5在转子的圆周上随机分布。根据行进方向S1，这些角度依次为A'0、A'1、A'2、A'3、A'4和A'5。

在图7b中，极角A'x的随机分布被设置为使得，根据行进方向S2，该角度依次为A'0、A'5、A'1、A'4、A'3、A'2。

应当注意，本发明可以独立于转子12的旋转方向来实施。此外，获得的结果是相同的，而与旋转电机10的运行模式无关，即不管是以电动机模式或以发电机模式运行。

应当理解，上述描述仅是通过示例的方式提供的，并且不限制本发明的范围，通过以任何其他等同方式替换不同要素也不会构成对本发明的偏离。

另外，本发明的不同特性、变型和/或实施例可以根据不同组合彼此关联，只要它们不是不兼容或相互排斥即可。