專利名稱：具有減少的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的永磁體勵(lì)磁的同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種7:joF茲體勵(lì)/磁的同步電才幾，該同步電初J殳計(jì)用于 三相運(yùn)4亍。該同步電才幾具有定子，在該定子中每個(gè)齒部由線圏繞 組圍繞，且該定子具有槽數(shù)q=l/2;以及轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子上設(shè)置了 永磁體，該永磁體具有沿圓周方向的4及隙和相關(guān)于軸向方向的斜面。
背景技術(shù)：
具有定子(該定子具有圍繞每個(gè)齒部的線圏繞組且該定子具有 槽數(shù)q=l/2)的三相的PM-同步電機(jī)(永》茲體勵(lì)磁的)具有轉(zhuǎn)矩波 動(dòng)，該轉(zhuǎn)矩波動(dòng)特別由定子場(chǎng)和轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第5和第7i皆波引起。在 此，槽數(shù)相當(dāng)于定子槽數(shù)N1的數(shù)量除以極2p的數(shù)量的三倍，也就 是說(shuō)q=Nl/ ( 3 x 2p )。當(dāng)轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第5諧波與定子場(chǎng)的第5諧波耦 合且同時(shí)這兩個(gè)場(chǎng)具有不同于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)凄t的另一個(gè)轉(zhuǎn)凄t時(shí)，則也例如 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
由于較簡(jiǎn)單的制造技術(shù)，在磁極之間的大的極隙是有意義的。 然而當(dāng)才及隙處于20%至42.9%的極3巨t p之間時(shí)，諧波以及進(jìn)而由此 引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩因此也特別大的。所以，迄今為止幾乎沒(méi)有具有在 該范圍中的極隙的機(jī)器是利用槽數(shù)q=l/2制造的。關(guān)于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，迄今為止通常采用下述措施來(lái)減少或消除轉(zhuǎn)子
的第5和第7諧波。這例如通過(guò)利用》茲體和/或磁體的傾殺+或分段來(lái) 對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行有目的的極覆蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)。
由出版物WO 2004/109894 A1 7>開(kāi)了 一種這才竽類型的永》茲體勵(lì) /磁的同步電才幾。通過(guò)一半的槽距0.5 x Tn的殺牛面或通過(guò)3/5 x Tn的 斜面而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第5諧波的完全的消除。在此，Tn稱為槽距。 在3/7 x丁n的斜面的情況下，消除了轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第7諧波。槽距Tn 的這種60%的斜面與85%的極覆蓋的組合不<又導(dǎo)致第5而且也導(dǎo)致 第7諧波的完全衰減或消除。3/7 x Tn的斜面與約80%的極覆蓋的 組合也不4又導(dǎo)致第5而且也導(dǎo)致第7諧波的完全衰減或消除。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，在小的總轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的情況下對(duì)具有 槽數(shù)q4/2的三相的PM-同步電機(jī)的制造技術(shù)加以簡(jiǎn)4匕和因此也擴(kuò) 大用于這種機(jī)器的設(shè)計(jì)自由度。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的永石茲體勵(lì)磁的同步 電才/L來(lái)實(shí)J見(jiàn)，該同步電枳/沒(méi)計(jì)用于三相運(yùn)4亍，該同步電才幾具有定 子，在該定子中每個(gè)齒部由線圏繞組圍繞，且該定子具有槽數(shù) q=l/2;以及轉(zhuǎn)子，在該轉(zhuǎn)子上設(shè)置了7JC磁體，該永磁體具有沿圓周 方向的才及隙和相關(guān)于軸向方向的斜面，其中才及隙和殺+面是這才羊確定 尺寸的，即由各自的定子場(chǎng)和轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第5和第7諧波所引起的振 動(dòng)轉(zhuǎn)矩相互減小。斜面在軸向投影中相關(guān)于40%至57.2%的極距在 圓周方向上具有一斜面角度。為了隨后盡可能地抵消第5和第7諧 波引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩，相關(guān)于極距的極隙應(yīng)處于20%至42.9%的范圍 中。根據(jù)一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例，取決于極隙/極距的比例plbpt的 殺牛面角度/才及3巨的比侈J schdpt適用于以下7^式SChdpt= - 0.75 x pldpt + 72.2%。 一旦斜面角度和極隙滿足該函數(shù)，就可期待才展動(dòng)轉(zhuǎn)矩的幾 乎完全的補(bǔ)償。
然而取決于極隙/極距的比例pldpt的斜面角度/才及距的比例 schdpt也可處于-0.75 x pldpt + 72.2%和-0.75 x pldpt + 72.2%畫(huà)10%之
間的范圍中。由此限定了一公差帶，在該7>差帶中第5和第7諧波 的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩絕大部分得到補(bǔ)償，從而總是可以期待非常小的轉(zhuǎn)矩波 動(dòng)，也就是說(shuō)高質(zhì)量的PM-同步電機(jī)。
通過(guò)該同步電才幾能夠以有利的方式應(yīng)用相對(duì)大的才及隙，也就是 說(shuō)保持小的極覆蓋(pole coverage)和因此保持轉(zhuǎn)矩波動(dòng)盡可能小。
優(yōu)選地，由各自的定子場(chǎng)和轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第5和第7諧波所引起的 振動(dòng)轉(zhuǎn)矩基本上4皮此4氐消。因此以幾乎最佳的方式充分利用該實(shí)際 情況，即由第5諧波所引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)于該由第7諧波所引起 的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)地指向。
同步電才幾的轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)才及對(duì)數(shù)可以與定子基礎(chǔ)極對(duì)凄t詩(shī)目符。
此外，為了斜面，永/F茲體可在圓周方向上分段。由此可成本低 廉地在轉(zhuǎn)子上實(shí)現(xiàn)永磁體的斜面。


以下4艮據(jù)附圖更詳細(xì)i也i兌明本發(fā)明，附圖示出
圖1示出了穿過(guò)具有十二極的定子和八才及的轉(zhuǎn)子的PM-同步電 才幾的4黃截面圖；圖2示出了圖1的》丈大的局部圖3示出了在根據(jù)本發(fā)明的六極的轉(zhuǎn)子上的俯視圖4示出了圖3的壽爭(zhēng)子的正面一見(jiàn)圖5示出了用來(lái)描《會(huì)耳又決于殺牛面和4及隙的PM-同步電才幾的擴(kuò)大 的應(yīng)用范圍的圖表。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)描述的實(shí)施例描繪了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例。
在圖1中以才黃截面圖示出了 PM-同步電才幾。定子1具有十二個(gè) 極2。在定子1的內(nèi)部中的轉(zhuǎn)子3具有八個(gè)極，這些才及在該視圖中 由八個(gè)永磁體4代表。
圖2示出了圖1的》文大的局部圖。在此又可辨i只出定子1具有 其齒部2和轉(zhuǎn)子3具有其永磁體4。定子1的齒部2由未進(jìn)一步示 出的線圈繞組5纏繞。然而特別地由圖2也可識(shí)別出才及隙pl。該極 隙可通過(guò)沿圓周方向的角度來(lái)量化。
根據(jù)本發(fā)明為了減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，除了特別地確定才及隙的尺寸之 外也要使磁體進(jìn)行特定的傾斜或分段。磁體的這種分段在圖3中借 助六極的轉(zhuǎn)子示出。也就是說(shuō)，本發(fā)明不局限于根據(jù)圖l和2的八 極的轉(zhuǎn)子，而是可應(yīng)用任意極數(shù)的轉(zhuǎn)子。
圖3的轉(zhuǎn)子13的縱向側(cè)視圖示出了多個(gè)單一》茲體14，這些,茲 體在軸向方向i殳置成為傾殺+的磁體4亍。該》茲體行4皮it匕之間具有一定 的距離，該距離與極隙pl相符。在這種情況下，極隙pl約為極距 t。的30%。后者描述了在圓周方向上相鄰的兩個(gè)永》茲體17之間的角度。極隙pl與圓周方向上的角尺寸相符，該角尺寸由在圓周方向 上相鄰的兩個(gè)7JOf茲體14的3巨離纟合出。
在圖3中還可以辨識(shí)出，即在軸向方向上相鄰的兩個(gè)永》茲體14 沿圓周方向偏移了一個(gè)分段角度a。在本實(shí)施例中，在凄t量為五個(gè) 的永磁體沿轉(zhuǎn)子13的軸線的情況下給出在分段角度"=5.4°時(shí)的斜 面角度為27°。如果例如八個(gè)永磁體14沿著轉(zhuǎn)子13的軸線設(shè)置， 那么例如給出在分段角度0^=3.25°時(shí)的斜面角度為26° 。
在圖4中以正面一見(jiàn)圖示出圖3的轉(zhuǎn)子。在該視圖中，永^茲體14 的分段在其角尺寸中是可良好地辨識(shí)出的。在該視圖中，也就是永 磁體14的傾斜或分段沿軸向方向投影到垂直于軸線的平面上。因 此可以辨識(shí)出在兩個(gè)軸向相鄰的7lof茲體14之間的分革殳角度a。此
外，角度(3表征了極距Tp。
在現(xiàn)有才支術(shù)中這樣來(lái)確定斜面和4及隙的尺寸，即"i皆波和特別是 轉(zhuǎn)子的第5和第7諧波要盡可能的小。如果通過(guò)二維的圖表描繪， 那么在該圖表中縱坐標(biāo)代表相關(guān)于極距的斜面和橫坐標(biāo)代表相關(guān) 于極距的極隙，因此只能利用區(qū)域A。在該區(qū)域中，相對(duì)的極隙是 比較小的且基本上在20%以下。
然而本發(fā)明的目的在于，不消除單個(gè)的諧力波，而是通過(guò)合適 的措施來(lái)使用轉(zhuǎn)子場(chǎng)的大的諧波用來(lái)使單個(gè)的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩相互減小。 此外目的在于，即第5諧波的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ms和第7諧波的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩 M7的值具有盡可能相同的振幅，^旦具有相反的方向(相位移動(dòng) 180°)。定子場(chǎng)和轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第5諧波導(dǎo)致的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩具有如由第7諧 波而引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩一樣的頻率。該頻率相當(dāng)于電基頻的六倍。
在此示出的PM-同步電機(jī)的定子通常具有Nl個(gè)沖曹和齒部。圍 繞著每個(gè)齒部纏繞一個(gè)線圈。繞組系統(tǒng)的基礎(chǔ)極對(duì)數(shù)是PGW并且槽
8數(shù)為q=l/2。轉(zhuǎn)子3或13在轉(zhuǎn)子表面上裝S己有永》茲體4或14。使永 磁體4， 14這樣磁化，即轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)極對(duì)凄t與定子基礎(chǔ)才及只于數(shù)相同， 也就是說(shuō)PGR=PGW。然而在各個(gè)磁極之間允許一極隙，該極隙在極 3巨的20%至42.9%之間。耳又決于才及隙的寬度，只于4爭(zhēng)子3， 13上的7Jc 石茲體4， 14分,殳或傾斜。
在圖5中示出了區(qū)域B，該區(qū)域?qū)τ谏鲜龅臉O隙范圍造成了非 常小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。所以在該區(qū)域中可選出在40%至57.2%之間的相 對(duì)斜面。在該區(qū)域B中相應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的基本思想減去第5和第 7諧波的才展動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在此，振動(dòng)轉(zhuǎn)矩也就基本上具有相同的值且才氐 消，這是因?yàn)槠涫窍鄬?duì)指向的。
兩個(gè)振動(dòng)轉(zhuǎn)矩在穿過(guò)區(qū)域B的特殊的曲線上完全4氐消。取決于 相對(duì)才及隙pldpt (才及隙/才及3巨)給出了相對(duì)斜面schdpt (在牛面/才及距) 的函數(shù)在理i侖上振動(dòng)轉(zhuǎn)矩充分補(bǔ)償?shù)那闆r下可通過(guò)下列的線性函 數(shù)近似化
Schdpt = -0.75 x pldpt+ 72.2%
該線性函凄t在圖5中在區(qū)域B內(nèi)部通過(guò)直線f化標(biāo)示。此外在
區(qū)域B中可給出公差帶，在該公差帶中轉(zhuǎn)矩波動(dòng)還是足夠良好的， 這是因?yàn)橄鄳?yīng)的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大程度上得到補(bǔ)償。該公差帶T在區(qū)域
B中向上由函數(shù)fnn限定并且該函數(shù)fiin達(dá)到10%-點(diǎn)。也就是說(shuō)，公
差帶T向下由直線-0.75 x pldpt + 72.2。/。-10。/。限定。根據(jù)圖3的實(shí) 施例的轉(zhuǎn)子處于上述限制的公差帶T中。它的相對(duì)4及隙pldpt也就 為30%并且它的相對(duì)殺+面角度為45% =27° /60° ，該相對(duì)殺牛面角度通 過(guò)分段而近似。因此，具有圖3的轉(zhuǎn)子的同步電機(jī)具有比較小的轉(zhuǎn)
矩波動(dòng)?？偟目梢源_定，即通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)相同大小的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩 的相互抵消來(lái)實(shí)現(xiàn)小的總轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。因此擴(kuò)大了設(shè)計(jì)所述機(jī)器類型
的i殳計(jì)自由度。所以，那些盡管在大的才及隙(例如pldpt=30%)情 況下還產(chǎn)生小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的轉(zhuǎn)子也是可能的。該具有大的極隙的轉(zhuǎn) 子的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于其需要較少的磁性材料且也可以更簡(jiǎn)單地磁化。
權(quán)利要求
1.一種永磁體勵(lì)磁的同步電機(jī)，所述同步電機(jī)設(shè)計(jì)用于三相運(yùn)行，所述同步電機(jī)具有-定子(1)，在所述定子中每個(gè)齒部都由線圈繞組(5)圍繞，且所述定子具有槽數(shù)q＝1/2，以及-轉(zhuǎn)子(3，13)，在所述轉(zhuǎn)子上設(shè)置有永磁體(4，14)，所述永磁體具有沿圓周方向的極隙(pl)和相關(guān)于軸向方向的斜面，其中-所述極隙(pl)和所述斜面是這樣確定尺寸的，即由各自的定子場(chǎng)和轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第5和第7諧波所引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩相互減小，-所述斜面在軸向投影中相關(guān)于40％至57.2％的極距在圓周方向上具有一斜面角度，-相關(guān)于所述極距的所述極隙(pl)處于20％至42.9％的范圍中，其特征在于，-以下公式適用于取決于極隙/極距的比例plbpt的斜面角度/極距的比例schdptschdpt＝-0.75×pldpt+72.2％，或-取決于極隙/極距的比例pldpt的斜面角度/極距的比例schdpt處于0.75×pldpt+72.2％至0.75×pldpt+72％-10％之間的范圍中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電機(jī)，其中由各自的所述定子場(chǎng)和所 述轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第5和第7諧波所引起的所述振動(dòng)轉(zhuǎn)矩基本上得到補(bǔ)償。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)極對(duì)數(shù)與定 子基礎(chǔ)纟及對(duì)lt相符。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的同步電機(jī)，其中為了所述斜面所述永磁體(4， 14)在圓周方向上分l殳。
全文摘要
在設(shè)計(jì)具有槽數(shù)q＝1/2的三相PN-同步電機(jī)時(shí)的設(shè)計(jì)自由度在很小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的情況下趨于增長(zhǎng)。因此，提出了一種相應(yīng)的同步電機(jī)，在該同步電機(jī)中，轉(zhuǎn)子的永磁體的極隙和斜面是這樣確定尺寸的，即由各自的定子場(chǎng)和轉(zhuǎn)子場(chǎng)的第5和第7諧波所引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩相互減小。特別地，斜面可以根據(jù)極隙這樣地選擇，即各個(gè)振動(dòng)轉(zhuǎn)矩絕大部分地抵消。由此得出了最小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K21/16GK101615833SQ20091015029
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者烏多·加斯曼, 羅爾夫·福爾默, 邁克爾·察斯特羅 申請(qǐng)人:西門子公司