[发明专利]用于电动马达/发电机的优化的定子齿

说明书

本公开涉及用于电动马达/发电机的优化的定子齿。一种电动马达/发电机包括包围转子芯的定子芯，转子芯和定子芯分别由堆叠的环形层压片形成。定子芯层压片被构造为减小振动，并且每个定子芯层压片具有从环形的定子磁轭/背铁的根据径向向内延伸到磁通帽部的齿。每个齿被形成为具有间隔开一定间距的相对的横向边缘，所述间距在根部到磁通帽部之间变化，以建立齿的可变的齿刚度和预定的机械共振。相对的横向边缘均可被构造为具有线性的边缘轮廓或非线性的弯曲的边缘轮廓，并具有在根部和磁通帽部之间变化或减小的横向边缘间距和可变的齿刚度。

技术领域

本发明涉及用于被构造为马达和发电机的电机的定子设计。

背景技术

在具有一个或更多个电机或电动牵引马达/发电机(M/G)的混合动力电动车辆(HEV)中，一直在努力降低可能与各种运转模式相关联的噪声、振动和声振粗糙度(NVH)。在运转期间，M/G会产生噪声和振动，噪声和振动可传递到HEV的车身和车架，使HEV乘员感觉到声振粗糙度。已经试图降低M/G的这种声振粗糙度和潜在的噪声和振动，包括努力通过结构阻尼以及对M/G转子和定子部件(诸如，磁体、励磁线圈绕组和定子/转子齿)的多种调整来减轻扭矩波动和相关的谐波，这改变了这种噪声和振动的多个方面。

在无刷多相马达-发电机的设计中已知的实践是包括具有用线圈绕组激励的定子齿的定子。定子通常限定内部圆筒形开口，该开口容纳多齿式转子，多齿式转子包括布置在其外周以形成齿的永磁体。随着在以多相正弦电压激励被缠绕在定子齿上的定子线圈时产生磁通图案，定子和转子齿跨越小的圆筒形空气间隙相互作用。这种多相M/G的输出扭矩包括均匀的/基波扭矩分量和变化的/谐波扭矩分量。基波分量建立M/G的主扭矩输出。由于从空气间隙、定子和转子的磁响应产生的谐波磁通分布，因此谐波和变化的扭矩分量在扭矩输出中产生扭矩振荡和振动。电机的总扭矩输出是均匀的分量和变化的分量的组合，并包括称为扭矩波动的现象。扭矩波动在HEV传动系中引起速度振荡，其由于HEV的车身和车架中产生共振而引起振动和噪声。扭矩波动以多种频率发生，但在低车速下特别显著，这是因为较低的频率振动和噪声更难抑制。

传统的定子齿形状从根部到边缘的宽度是恒定的，并具有大体上为矩形的形状。一些人已经试图通过结合不同宽度的这种齿、修改齿的空气间隙面以具有不规则的起伏表面、改变在齿之间限定的槽的尺寸来改善电磁性能并降低NVH。这样的尝试旨在获得优化的反电动势(back-EMF)形状以及其它电磁特性，这降低了扭矩波动。尽管做出了这些努力，但M/G噪声和振动仍然存在并且仍然需要进一步降低所产生的剩余的声振粗糙度。

发明内容

本公开实现了改进定子机械性能和效率以及改进M/G的NVH的新能力，本公开旨在对M/G的传统的定子齿进行变型以具有改善的可变的横截面，该可变的横截面被调整以提高定子齿的机械刚度。已经发现可变的横截面提高刚度，还创造减轻重量的设计机会，实现新的定子线圈绕组布置，并通过实现刚度设计而提供改进的机械性能，使低频共振变成更高、更难察觉且更容易被抑制的频率。

此外，新的定子构造可以为反电动势、场衰弱和用于定子磁轭冷却的绕组封装的改进以及其它可能的改进提供额外的机会。更具体地，改进的定子构造实现了用于改进M/G定子的齿的结构拓扑和形状优化以降低和/或调节NVH特性的机会。

本公开旨在一种电动马达/发电机(M/G)，其包括容纳在环形的定子芯内的转子芯，环形的定子芯由多个堆叠的环形的定子磁轭叠片和/或层压片形成并包括所述多个堆叠的环形的定子磁轭叠片和/或层压片。定子堆中的每个叠片由薄的平面片材形成并包括多个齿，所述多个齿从环形的磁轭的根部向内径向地延伸到磁通帽部并朝向环形的定子磁轭叠片的中心。每个齿在其之间限定有间隙槽。每个齿和每个槽关于从定子芯旋转轴线垂直延伸的径向节距轴线对齐。每个齿形成有间隔开一定间距的相对的横向边缘。所述间距沿着节距轴线在所述根部和所述磁通帽部之间变化，这建立齿的可变的齿刚度和预定的机械共振。每个齿还被形成为具有关于径向节距轴线对称或非对称的相对的横向边缘。