同步电的制造方法
【专利摘要】一种同步电机，具有：带有定子绕组的定子；和转子，在该转子上形成有由永磁性材料制成的磁极，其中，每极都具有拱起的外轮廓、特别是朝径向外侧拱起的外轮廓，特别是其中，沿周向形成有2×p个单极，其中p是极对数。
【专利说明】同步电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种同步电机。
【背景技术】
[0002]已知的是,对于同步电机的转子使用冲压封装(stanzpaketiert)的、夕卜表面上设置有永磁体的叠片组。
【发明内容】
[0003]所以本发明的目的在于，设计一种易于调节的同步电机。
[0004]根据本发明，该目的在同步电机中根据权利要求1中所述特征来实现。
[0005]本发明中同步电机重要的特征是，该同步电机具有:带有定子绕组的定子；和转子，在转子上形成有由永磁性材料制成的极，其中，每极都具有拱起的外轮廓、特别是朝径向外侧拱起的外轮廓，特别是其中，沿周向形成有2Xp个极、特别是单极，其中，P是极对数。
[0006]其中的优点是，该永磁体极对中一极朝径向外侧，极对中另一极朝径向内侧磁化布置。另外，通过每极朝径向外侧拱起的设计可特别使齿槽转矩减小，并且因此形成一特别易于调节的电动机结构。
[0007]其中拱起部应理解为，相应的极沿周向从其第一极边缘直至其另一极边缘具有增大并随后又减小的外直径。其中，极的永磁性材料可以设计为一个整体并且因此可以设计为拱起且平滑弯曲。但这样一种弯曲成一个整体的永磁体复杂并且因此昂贵。可以替代性地由单一的永磁体实现该拱起的结构，其中该永磁体的重心和/或中点沿预想的拱起线布置。该线优选为一圆弧部段。因此在方形的永磁体中还设有拱起的预想的线，其连接每个永磁体的各至少一个边棱。这些线也优选是圆弧部段。
[0008]为了实现所述拱起部，永磁体的一外表面部段被布置于比同一极的沿周向直接相邻的永磁体的相应的外表面部段更大或更小的径向距离上，所以离散地实现了拱起部。
[0009]在一有利的实施方式中,相应极的外表面的包绕(umschreibende)的径向距离沿周向从该极的中心出发——特别是直至沿周向处在外侧的极边缘——减小，特别是其中，包绕的圆周是一不切割永磁体、而只是与之接触的圆周，也就是该圆周和相应永磁体只具有一个或两个交点。其中的优点是，因此能实现易于制造的圆形拱起部。
[0010]在一个有利的实施方式中，每极都具有两个或更多永磁体，特别是其中，该永磁体设计为相同，特别是其中，该永磁体分别设计为方形。其中的优点是，能实现特别简单的制造，这是因为方形永磁体的制造可简单且低成本地实现。为制造该极也就只需把该永磁体粘在该叠片组的相应设计为平坦的平面部段上，其中该叠片组的形状为:即使当该永磁体是方形的并且设计为相同时，也能实现该极的拱起部。
[0011]在一个有利的实施方式中，该永磁体布置在由单叠片堆叠而成的叠片组上，特别是其中，每个永磁体放置并连接在该叠片组的平坦的平面部段上，其中平面部分在堆叠方向上和与该堆叠方向相垂直的方向上延伸。其中优点为，能实现简单的制造。特别是可容易地实施该永磁体与该叠片组的粘结连接。
[0012]在一有利的实施方式中，该定子的定子槽数N1选择为满足以下不等式:a J5XN1古2XpXNm,其中，α ρ是极覆盖率(Polbedeckung),ρ是极对数,Nm是每极的永磁体数。其中优点是，可使齿槽和/或极槽减少。因此存在一减小的转矩波动，并且可更好地调节该同步电机。
[0013]在一有利的实施方式中，该拱起部具有拱起部半径Rpa,该拱起部半径比定子中的接纳空隙的半径Dn/2弯曲更强烈，因此特别是满足:Rpa<-S+Dn/2其中，δ是转子的最大外半径与定子中用于接纳转子的接纳空隙的最小内半径之间的气隙，和其中，Oil是定子中用于接纳转子的接纳空隙的直径。其中优点是，该极设计为拱起的，也就是比下述圆周弯曲更强烈:该圆周的中点在转子轴上，该圆周的半径与该极外表面的处于最大径向距离上的点相接触。
[0014]在一有利的实施方式中，极覆盖率满足:0.8 < αρ<0.85。其中的优点是，可再次减小该同步电机的齿槽转矩和转矩波动。
[0015]在一有利的实施方式中，在极与接纳空隙之间在极边缘上出现的最大气隙这样选择:2Χ δ ^ 5max^3X δ，特别是因此该拱起部在径向上的延伸长度小于气隙的两倍，但至少在一与该气隙距离对应的径向距离区域上延伸。其中的优点是，可再次减小齿槽转矩。
[0016]在一有利的实施方式中，该极在轴向方向上具有两个相同的部段，在该部段之间存在有沿周向的错位，该错位的错位角为180° /KGV(N1^Xp),其中，KGV表示最小公倍数，N1表示定子槽数，ρ表示极数。其中的优点是，可减小该同步电机的转矩波动和齿槽转矩。
[0017]在一有利的实施方式中，该叠片组的堆叠方向设计为轴向方向。其中的优点为，该平坦的连接平面可由粘合剂产生，它可以说紧抓住在堆叠方向上存在的粗糙面。以这种方式可以实现该连接的提高的紧固度。
[0018]在一有利的实施方式中，该极在轴向方向上具有连续的或离散的近似的倾斜角。其中的优点是，可使该同步电机的转矩波动和齿槽转矩减小并且因此可再次改善该同步电机的可调节性。
[0019]由从属权利要求给出其它优点。本发明并不限于权利要求的特征组合。对专业技术人员来说，特别能由所提出的任务和/或通过与现有技术对比而提出的任务而得出权利要求的和/或单个权利要求特征的和/或说明书所述特征的和/或附图的其它合理的特征组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]现在根据示意图对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
[0021]在图1中展示了一同步电机的转子，其中可在居中布置的空隙9中接纳的转子轴被遮住。
[0022] 在可插入空隙9中的转子轴上布置有叠片组7，该叠片组由连接的、优选为冲压封装和/或焊接连接的单叠片组成。
[0023]在该叠片组7的外周上布置有永磁体(1、2、3、4、5、6)，其中，由多个永磁体(1、2、3、4、5、6)构成一磁极。在图1中每极都具有六个永磁体(1、2、3、4、5、6)。
[0024]在周向上在各极之间分别布置有空缺。
[0025]借助一极的多体式设计，也就是说每一极都分别具有六个永磁体(1、2、3、4、5、6)，可使涡流损耗降低。
[0026]该永磁体(1、2、3、4、5、6)在径向方向上磁化。
[0027]每极都具有一最大外半径，该最大外半径沿周向居中设置在该极的角度范围中。
[0028]极的外半径从最大外半径的周向位置向相应与极相邻的空缺减小。该极的外包络线也就沿周向在两侧设计为拱起的。
[0029]在此，各极分别由六个粘接在叠片组上的单一的永磁体组成。每个永磁体在此形成为方形并粘接于叠片组7的分别为其设置的平坦的外表面上。该叠片组7的径向外表面也就在该极所在区域中在如下横截面中设计为多边形:在该横截面中截面的法线对准轴向方向，其中在多边形的各平坦区域中粘接面在轴向方向上延伸。 [0030]每极永磁体数为Nm = 6。转子在转子周向上具有极对数ρ = 3、也就是具有2Xp=6个单极。
[0031]定子槽数N1选择为满足以下不等式:
[0032]α pXNl 关 2XpXNM。
[0033]因此齿槽转矩会尽可能小。
[0034]该转子布置在定子中，其中，在定子中接纳转子的空隙具有一直径Dn。在该空隙与该转子之间至少存在一气隙S。该气隙在该极的最大半径处最小，即在该处具有值δ。
[0035]包绕拱起部的半径Rpa这样选择:
[0036]Rpa < - δ+Dn/2。
[0037]极的该拱起部、即弯曲线，沿周向比该转子的外周弯曲得更强烈。所以外半径沿周向从该极的中心向极边缘减小。
[0038]所以该气隙δ在紧邻空缺的极边缘的范围中具有一最大值δ_。
[0039]在满足以下尺寸条件时能得到特别低的齿槽转矩:
[0040]0.8 ≤ α ρ ≤ 0.85 并且
[0041]2Χ δ ≤ δ.χ ≤ 3Χ δ。
[0042]借助于根据本发明的结构，可以将总是同样设计的方形永磁体用作永磁体，并因此可用一种简单的方式制造该转子。
[0043]叠片组7具有关于转子轴居中布置的用于接纳该转子轴的空隙9以及用于减少转动惯量的空隙8，其中该空隙8沿周向布置相对各极居中布置并且沿周向彼此之间分别均匀间隔。
[0044]在该转子的叠片组中设有沿周向均匀地彼此间隔的、用于减小转动惯量的空隙
(8)，空隙在径向方向上的最大伸展分别布置在相应极沿周向的确定的中心处，其中，极数与空隙(8)的数量相同，其中，空隙(8)沿周向的径向伸展关于相应的沿周向确定的极中心对称，其中，相应空隙(8)的横截面对应于倒圆角的三角形。因此不仅会使转动惯量而且也使磁通量实现一有利的走向。[0045]在其它根据本发明的实施例中，为了进一步减小齿槽转矩，在轴向方向上设计有转子的一种相同结构，其沿周向有一错位。其中，有利地选择错位角为180° /KGV(N1^Xp)的极错位，其中，KGV表示最小公倍数，特别是N1和极数的最小公倍数。在改进方案中也可轴向间隔地设置有其它的结构，其可能在彼此之间具有相应的错位角或者也能实现具有连续倾斜角的对应结构。在离散的设计方案中，每个轴向后续区域都沿周向相对于其轴向在前区域以转过一错位角的方式布置。
[0046]附图标记列表:
[0047]1第一极的永磁体
[0048]2第二极的永磁体
[0049]3第三极的永磁体
[0050]4第四极的永磁体
[0051]5第五极的永磁体
[0052]6第六极的永磁体
[0053]7叠片组
[0054]8用于减小转动惯量的空隙
[0055]9用于接纳转子轴的空隙
[0056]Rpa包绕极拱起部的半径
[0057]δ 气隙
[0058]δ —最大气隙
[0059]Nm每极的永磁体数
[0060]ρ极对数
[0061]N1定子槽数
[0062]α ρ极覆盖率
【权利要求】
1.一种同步电机，具有:带有定子绕组的定子；和转子，在转子上形成有由永磁性材料制成的磁极， 其特征在于， 每极都具有拱起的、特别是包绕该永磁性材料的外轮廓、特别是朝径向外侧拱起的外轮廓， 特别是其中，该极在拱起的外轮廓范围内具有与圆周角相关的径向距离的局部最大值，特别是其中每极都具有最大径向距离，该最大径向距离比在两个沿周向最接近的极之间在圆周角范围中的转子最大径向距离大， 特别是其中，沿周向形成有2Xp个极、特别是单极，其中，P是极对数。
2.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 相应极的包绕外半径、特别是拱起半径沿周向从极的中心出发——特别是直至沿周向处在外侧的极边缘——减小， 特别是其中，包绕半径是一不切割永磁体、而只是与之接触的半径，也就是该半径和相应永磁体只具有一个或两个交点。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 每极都具有两个或更多永磁体， 特别是其中，所有极的所有永磁体设计有相同的几何结构， 特别是其中，所述永磁体只在磁化上有区别，也就是被不同地磁化， 和/或其中，永磁体分别设计为方形。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 所述永磁体布置在由单叠片堆叠而成的叠片组上，特别是其中，每个永磁体放置并连接在该叠片组的平坦的平面部段上，其中平面部分在堆叠方向上和与该堆叠方向相垂直的方向上延伸。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 所述定子的定子槽数N1选择为满足以下不等式: σ PXN1 ≠ 2XpXNM, 其中，αρ是极覆盖率， P是极对数， NM是每极的永磁体数。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 拱起部具有拱起部半径Rpa，所述拱起部半径比定子中的接纳空隙的半径Dn/2小，特别是该拱起部比定子中的接纳空隙弯曲更强烈， 因此特别是满足:
Rpa < - δ +Di1/2,其中，S是转子的最大外半径与定子中用于接纳转子的接纳空隙的最小内半径之间的气隙，和其中，Dil是定子中用于接纳转子的接纳空隙的直径。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 极覆盖率满足:0Κ≤α P≤0.85。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 在极与接纳空隙之间在极边缘上出现的最大气隙这样选择: 2Χ δ ≤ δ.≤ 3X δ， 特别是因此该拱起部在径向上的延伸长度小于气隙的两倍。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 所述极在轴向方向上具有两个相同的部段，在所述部段之间存在有沿周向的错位，该错位的错位角为180° /KGV(N1, 2χρ), 其中，KGV表示最小公倍数，N1表示定子槽数，P表示极数。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 所述叠片组的堆叠方向设计为轴向方向。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 所述极在轴向方向上具有连续的或离散的近似的倾斜角。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 转子横截面的多极展开的第一非平凡的、不为零的次数与该转子的极数相对应。
13.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 转子横截面的多极展开的第一非平凡的、不为零的次数与该转子的极数相对应， 和/或，转子的第一非平凡的、不为零的更高的磁性多极转矩与该转子的极数相对应。
14.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 转子外轮廓的径向距离是圆周角的非常数的周期函数，其中，该函数的局部最大值与转子周向上的极数相对应。
15.根据前述权利要求中至少一项所述的同步电机， 其特征在于， 在所述转子的叠片组中设有用于减小转动惯量的、沿周向彼此均匀间隔的空隙(8)， 特别是所述空隙在径向方向上的最大伸展分别布置在相应的极沿周向的确定的中心处， 特别是其中，极数与空隙(8)的数量相同， 特别是其中，空隙(8)沿周向的径向伸展关于相应的沿周向确定的极中心对称，特别是其中，相应空隙(8)的横 截面对应于倒圆角的三角形。
【文档编号】H02K29/03GK103918160SQ201280029872
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年5月8日 优先权日:2011年6月17日
【发明者】H·内斯特勒 申请人:索尤若驱动有限及两合公司