[发明专利]同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及具有18个定子齿和14个转子极的电机，特别为在电动助力转向器中使用。

背景技术

在为汽车应用中具有电机支持的转向系统中的电力驱动中要求在轴上产生的驱动转矩的波动尽可能小。通常为这种应用使用永久磁铁激励的电子换向的同步电动机，因为这种电机由于它的功率密度、它的效率和它的调节可能性而具有优点。

但是在电子换向的同步电动机中通过谐波产生所谓的谐波转矩，其能够导致转矩的强烈波动。因此必须如此构成这样的驱动装置，使得尽可能减少该谐波，或者它们对于转矩变化的影响尽可能小。此外在这种同步电机中不仅在有负载的情况下出现转矩波动，而且在没有电流的定子绕组的情况下也出现，这称为止动转矩。特别在小的电机中由于空间情况不可能在电枢内放入精细分布的绕组来产生理想的正弦形的气隙磁场。因此在小的电机中必须考虑气隙中相应的谐波。因此当通过电极的制造使得谐波尽可能不对转矩作用是有利的。

此外希望减小这种电机的故障可能性，并且在故障情况下例如在绕组短路的情况下保持产生的止动转矩比较小。止动转矩的产生是因为与电气激励的电机不同在永久磁铁激励的电机中不能切断磁场的缘故。

在电机中经常提供3/2拓扑结构的定子绕组，其中单个定子线圈不重叠，也就是说定子线圈以无交叉的定子绕组的形式设置。3/2拓扑结构规定，面对转子的每一极对(两个磁极)存在三个定子槽，例如具有9个定子齿和6个转子极的电机或者12个定子齿和8个转子极的电机。然而这种结构具有转矩波动显著的缺点，这种波动通常仅能通过花费很大的附加措施减小(例如倾斜、展宽气隙、附加槽)，由此大大减小电机的功率密度。此外由此提高对于加工过程的容差的灵敏度。

此外已知具有18个定子齿和8个转子极的电机，然而它具有下面的缺点，即它具有分布的绕组，其中在绕组端部不同相的线圈绕组交叉，并且在定子槽内存在不同相的线圈边。因此在绕组端部内和在槽内可能发生不同相之间的短路。这能够导致不允许的高止动转矩，这在转向驱动机构中必须避免。从该理由出发，在这种电机中经常提供星型结点分开。另外可以选择的方案是给星型结点电路提供多个星型结点。

此外已知具有12个定子齿和10个转子极的电机，其与具有12个定子齿和8个转子极的电机相比能够实现较小的止动转矩，然而与具有18个定子齿和8个转子极的电机相比仅能实现较低的转矩质量。此外这种拓扑结构对于加工容差具有显著的灵敏度。

本发明的任务在于提供一种电机，其具有小的止动转矩(Rastmomente)、小的转矩波动性和高的防故障性。

发明内容

该任务通过根据权利要求1的电机解决。

另外有利的结构在从属权利要求中给出。

根据第一方面提供一种电机。该电机包括具有14个转子极的转子，该转子可围绕中心轴旋转地设置，该电机还包括具有18个定子齿的定子，这些定子齿在径向对于中心轴由定子在转子的方向上伸出。每一个定子齿由仅围绕其中一个定子齿的定子线圈围绕。

在使用具有18个定子齿和14个转子极的电机的拓扑结构的情况下，当绕组作为无交叉的单齿绕组实现时意外地有非常小的止动转矩和低的转矩波动性。无交叉的单齿绕组的提供另外提供特别的优点，即提高防止分配给不同相的定子线圈之间短路的安全性。

根据一种实施方式，可以把每一个定子线圈分配给三相中的一相，其中每三个给一相分配的定子绕组构成一个线圈组，其中每一个线圈组用由分配给同一相的两个彼此相邻的定子线圈组成的定子线圈对和一个不与该定子线圈对相邻的单个的定子线圈构成，其中在该定子线圈对和该单个的定子线圈之间提供三个定子齿，其上设置分配给另外的相的定子线圈。

一相的定子绕组的这种设置使得能够显著减小转矩波动。对于转矩波动，转子的外表面和定子齿朝向它的表面之间的气隙中的谐波负有责任。转矩波动通过不与相数的倍数相对应的阶的转子谐波和定子谐波的共同作用引起。特别干扰的是具有6倍或者12倍极对数目的转矩波动，亦即在本情况下具有42和84的机械的阶。它们从定子电流的基波振荡与电动力的5/7次或者11/13谐波振荡的叠加产生。在上面建议的电机的拓扑结构与作为单齿线圈构造的定子线圈的接线的结合导致为5/7或者11/13谐波的绕组系数(由所研究的谐波引起的电动力与总电动力的比)较小，使得42和84的机械的阶的转矩波动尽可能小。同时保证基波绕组系数尽可能大，以便实现大的功率密度。

此外可以把两个给同一相分配的线圈组在定子中相对设置，特别是同一相的一个或者多个线圈组的彼此相邻的定子线圈的绕线方向不同。