[发明专利]多相电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相电机，更为具体地，涉及可用作马达或发电机的电机的定子设计。

背景技术

在传统无刷多相马达-发电机的设计中使用具有设置在其周边的永磁体的转子和围绕永磁体的具有多定子磁极的定子是众所周知的实践。当以多相正弦电压向缠绕在定子上的定子线圈充能时，形成磁通量流型(magnetic fluxflow pattern)。

多相电机的输出扭矩包含不变扭矩分量和变化扭矩分量。变化扭矩分量由于定子和转子中的谐波磁通量分布而形成。电机的总扭矩输出为不变扭矩分量和变化扭矩分量的叠加，其导致了被称为扭矩脉动(torque ripple)的现象。这种扭矩脉动导致传动系速度振荡，其会导致车辆振动和噪音，因为电机与车身和底盘结构共振。扭矩脉动的现象在低车速时特别明显。

被转让给本发明的受让人的美国专利6,867,524描述了电机中的扭矩脉动问题的一个解决方案。该方案包括将电机转子成型为多个节段。这些节段包含堆叠的可渗透性金属叠片，其具有周边开口用于容纳永磁体。当磁极移动越过定子磁极时，磁体的磁通量场与通过多相电压充能的定子电绕组的磁通量场相互作用。节段相对于转子的几何轴线彼此倾斜，这样各个节段的磁极产生的扭矩脉动将趋向于去除相邻磁极的扭矩脉动效应，使得组合的独立扭矩脉动分量将被削弱。

发明内容

本发明提供了一种扭矩脉动问题的可选的解决方案。其包含用于电机的定子，其中改变定子的物理特性以减少前文所述的扭矩脉动效应。本发明的定子可包含多个围绕转子周边的金属叠片(例如多孔含铁叠片)，在定子和转子之间有气隙。

与电机现有定子构造的情况相同，本发明的定子具有容纳定子线圈绕组的大体径向的槽，其中，槽被设置为具有关键的沿着周边的间隔。绕组可被设置为形成多个磁极的线圈组。

本发明的定子中定子槽的数目和电机相位的数目将确定电机的工作特性。例如，其有效地降低了较高的扭矩脉动分量，例如使用已知的电机转子时滞技术(skewing technique)无法有效削弱的第24阶扭矩脉动。

尽管这里公开的本发明的实施例为三相电机，但是本发明可用于具有不同数目相位的电机。其可用在具有永磁体转子的电机中。本发明的范围不受特定设计的限制。出于说明本发明选定实施例的示例的目的而选择本说明书中的设计。

传统电机可具有具有用于容纳定子绕组的径向槽的定子，定子围绕转子，在定子和转子之间具有气隙。两个相邻槽之间的电角度(槽距)(θ)、定子线圈绕组之间的电角度位移(γ)、和线圈节距(δ)对于给定的定子设计和几何形状是固定的。相反，本发明的设计去除了已知设计对θ、γ和δ值的约束。在本发明的情况下，θ、γ和δ值可为与定子的物理限制和尺寸相一致的任意大小。

本发明公开了一种多相电机，具有围绕转子的环形定子，在定子和转子之间具有气隙；定子具有定子槽限定的朝向转子向内延伸的定子齿；定子线圈绕组处于定子槽中用于形成与转子的通量流型互相作用的定子通量流型；定子齿具有至少两种弧厚从而削弱转子扭矩脉动。

本发明还公开了一种用于多相电机的定子，该定子包含定子体，具有位于其内周上在其几何中心轴的方向延伸的内槽，该槽具有多个弧厚，该定子体的内周围绕转子，槽容纳定子线圈绕组，从而削弱了转子扭矩脉动。

本发明还公开了一种用于多相电机的定子，该定子包含定子体，具有位于其围绕转子的内周上的内槽；以及位于槽中的定子线圈绕组，第一对相邻槽的槽距不同于第二对相邻槽的槽距，从而削弱了转子扭矩脉动。

附图说明

图1为具有径向延伸的传统内槽的定子的正等轴测图。

图2为图1的定子的正等轴测图，其中示出了定子的电绕组。

图3为图1中示出的传统定子的单个叠片的平面图。

图4为本发明第一实施例的定子的单个叠片的平面图，其中定子槽的角间距不均匀，由定子槽限定的一个定子齿的厚度与相邻定子齿的厚度不同。

图5为根据本发明第二实施例的定子的单个叠片的示意图，其中定子齿具有三种不同的厚度。

图6为显示了具有传统定子构造的电机的多个转子位置的扭矩脉动的图表。

图7为具有传统定子的电机中由图6中示出的扭矩脉动所导致的马达转速波动时间表。

图8为传统定子的示意图，其中齿距或槽距一致，且定子具有24个槽、4个磁极和4个线圈组，仅出于示出目的而将槽显示为展开形式。

图9为具有24个槽、4个磁极和两个线圈组的传统定子的槽的展开示图。