用于电机的机器组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电机的机器组件（1），所述机器组件具有磁轭区域（4）和从所述磁轭区域（4）上延伸的组件齿（3），所述组件齿（3）如此彼此隔开，从而分别在所述组件齿（3）中的两个组件齿之间构成槽（2）；其中所述组件齿（3）具有齿杆部（31）和沿着延伸方向与所述磁轭区域（4）对置的齿顶（32），其中所述组件齿（3）中的至少一个组件齿的齿顶（32）沿着延伸方向具有一种齿顶高度（Z），该齿顶高度为在所述组件齿（3）之间的间距的至少0.25。
【专利说明】用于电机的机器组件
【技术领域】
[0001]本发明一般来说涉及电机的领域、尤其是能够缠绕的机器组件的、比如用于同步电机的定子装置以及类似组件的构造。此外，本发明涉及用于在运行中降低转矩波动性或者用于在安全很关键的应用情况中比如在用于机动车的转向系统中使用所述电机时降低定位力矩的措施。
【背景技术】
[0002]对于具有转向力支持功能的转向系统来说，一般使用电动的转向驱动装置，所述电动的转向驱动装置以机电的方式支持由驾驶员施加的转向运动。在这样的转向驱动装置产生影响时，向施加在轴上的支持力矩的、允许的转矩波动提出了很高的要求。
[0003]一般来说，在运行时在电机中由于高次谐波而出现交变力矩，所述交变力矩可能导致太高的转矩波动。此外，转向驱动装置通常作为电子换向的、具有永久磁体的机器来设置，对于所述电子换向的机器来说，由于永久磁体激励的激励磁场在定子绕组无电流时作为在运行中的转矩波动的补充也可能出现定位力矩。
[0004]在负荷下，由于在转子中的激励磁场的高次谐波以及在所述定子装置中的定子磁场而出现这样的交变力矩。其它的引起这样的交变力矩的原因是在具有被掩藏的永久磁体的转子上的磁阻力矩或者气隙的并非恒定的宽度。转矩波动性同样通过布置在所述定子装置中的定子齿的齿顶的饱和特性所引起。
[0005]从现有技术中知道不同的、用于避免这样的转矩波动性或者定位力矩的措施。因此，比如通过对于在定子齿的数目与转子极的数目之间的合适的比例的选择，可以实现转矩波动性及定位力矩的降低。
[0006]此外，在转子中并且/或者在定子装置中设置倾斜度的做法对转矩波动性的降低来说是有利的。但是，具有倾斜的定子装置或者倾斜的转子的电机的制造由制造技术的眼光看来引起巨大的开销，因为尤其对于转子来说需要昂贵的环形磁体。
[0007]此外，为了在所述气隙中形成磁场，所述转子极可以设有一种轮廓，该轮廓引起所述气隙中的磁场的、基本上正弦状的曲线，由此可以降低在所述气隙中的高次谐波份额并且由此可以降低在转矩中的波动。
【发明内容】
[0008]本发明的任务是，提供一种用于电机的机器组件，通过所述机器组件所述电机在运行中具有较小的转矩波动性或者在未通电的状态中具有较小的定位力矩。
[0009]该任务通过按权利要求1所述的、用于电机的机器组件并且通过按并列权利要求所述的电机得到解决。
[0010]其它的设计方案在从属权利要求中得到了说明。
[0011]按照第一方面，设置了一种用于电机的、具有磁轭区域和从所述磁轭区域上延伸的组件齿的机器组件，所述组件齿如此彼此隔开，从而分别在所述组件中的两个组件齿之间构成槽；
其中所述组件齿具有一齿杆部和一沿着延伸方向与所述磁轭区域对置的齿顶，
其中所述组件齿中的至少一个组件齿的齿顶沿着延伸方向具有一种齿顶高度，该齿顶高度为在所述组件齿之间的间距的至少0.25。
[0012]上述机器组件的构思在于，避免用于高次谐波力矩的份额，所述份额由于齿顶中的磁饱和而可能在所述机器组件的组件齿中出现。这一点尤其通过以下方式来实现，所述齿顶依照传统与齿杆部相比具有较小的、横向于所述磁通量的走向的横截面，所述齿顶设有扩大的横截面，从而可以在所有运行状态中避免在组件齿中出现磁饱和。通过所述扩大的齿顶，在用所述机器组件构成的电机的运行情况中不产生饱和或者仅仅产生较小的饱和，从而可以消除或者降低取决于饱和的、对所述力矩波动性的影响。
[0013]此外，可以将在所述组件齿之间的间距定义为在所述组件齿的中心线之间的间距，或者定义为在所述槽的中心线之间的间距。
[0014]可以规定，所述齿顶具有一倾斜区域和一顶端区域，其中所述倾斜区域直接连接到所述齿杆部上并且转入到所述顶端区域中。
[0015]尤其可以在所述倾斜区域与所述齿杆部之间设置处于110°与130°之间的角度。
[0016]按照一种实施方式，可以在所述齿杆部与通过所述磁轭区域形成的槽底之间设置处于80°与100°或者110°与130°之间的角度。
[0017]所述机器组件可以构造为用于旋转的电机的定子装置，并且具有用于接纳转子装置的内部空隙，其中所述组件齿从所述磁轭区域在径向上向里延伸。
[0018]此外，所述齿顶高度与所述在组件齿之间的间距之间的比例最大可以为0.4。
[0019]按照另一方面，设置了一种具有一构造为定子装置的上述机器组件以及一转子装置的电机，其中所述转子装置具有转子极，所述转子极的极轮廓具有正弦轮廓。
[0020]按照另一方面，设置了一种具有一构造为定子装置的上述机器组件和一转子装置的电机，其中所述转子装置具有转子极，并且其中所述组件齿的数目与所述转子极的数目之间的比例为3:2。
[0021]此外，所述组件齿可以分别用由绕组线构成的线圈来缠绕，其中两个具有相同数目的并排布置的绕组线的绕组层连接到两个具有在数目上增加了一的绕组线的绕组层上。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下面借助于附图对实施方式进行详细解释。附图示出:
图1是电机的定子装置的横截面图示；
图2是具有图1的定子装置的一个定子齿的截取部分的横截面图示；
图3是用于关于齿顶高度相对于齿节距的比例来示出所述转矩波动性的图表；
图4是电机的示意性的横截面图示；并且图5是经过绕线的定子装置的截取部分连同定子齿的特定的配置的横截面图示。
【具体实施方式】
[0023]图1示出了柱筒状的定子装置I (机器组件)的、横向于轴向方向的横截面图示。所述定子装置I具有一柱筒状的磁性的磁轭区域4 (磁轭)，十二个均匀地彼此隔开的并且尤其同样地构成的定子齿3 (组件齿)从所述磁轭区域4上向里伸出。所述定子装置I优选作为叠片组沿着轴向方向(垂直于图样平面)被堆放。在所述定子齿3之间有用于接纳定子绕圈(未示出)的槽2。
[0024]所述磁轭区域4基本上圆筒状地围绕着一内部空隙5来布置，在所述内部空隙中可以接纳转子(未示出)。各个定子齿3从所述磁轭区域4沿着径向方向R向里朝所述内部空隙5的方向伸出。
[0025]在图2中放大示出了所述定子齿3之一。所述定子齿3分别具有一齿杆部31和一齿顶32。所述齿顶32连接到所述齿杆部31的、与所述磁轭区域对置的端部上。所述齿顶32基本上在径向上朝所述内部空隙5的方向延续了所述齿杆部31，其中所述齿顶32沿着(垂直于所述径向方向R的)相切的方向T (圆周方向)相对于所述齿杆部31得到了加宽。在所述齿顶32的、与磁轭区域4对置的端部上，所述齿顶32具有一种轮廓36，该轮廓与圆筒状的内部空隙5相匹配。尤其所述轮廓36圆弓状凹入地设有一种半径，该半径相当于所述内部空隙5的半径。
[0026]按所述齿顶32的几何上的构造，如果在设有所述定子装置I的电机运行时由于定子磁场和激励磁场的叠加而在所述齿顶32中出现饱和，则可能产生转矩波动性。
[0027]在图3中，关于所述齿顶的高度(齿顶高度Z)的、相对于齿节距ZT的比例Z/ZT绘示出相对的转矩波动性AM的曲线。所述齿顶高度Z作为在从所述齿杆部31到齿顶32、也就是从所述齿顶32的、沿着径向方向与一种位置相对应的始端-在该位置上在径向上向里出现或者开始所述定子齿3的加宽部-直至所述齿顶32的、与磁轭区域4对置的端部的、过渡区的径向位置之间的长度来产生。所述齿节距ZT相当于在所述中心线MS (穿过所述定子齿3的对称线)之间的相切的间距。所述齿节距ZT基本上相当于所述槽节距NT，所述槽节距通过在所述槽2的中心线丽之间的相切的间距来定义。
[0028]在图3中可以看出，大约在齿顶高度Z与齿节距ZT之间的比例为0.33时产生所述转矩波动性的最小值。由此，有利的是，所述由齿顶高度Z相对于齿节距ZT构成的比例Z/ZT大约处于在0.25与0.40之间的范围内。尤其齿顶高度Z与齿节距ZT之间的、0.3与0.37的比例是有利的。
[0029]所述齿顶32可以设有一顶端区域33和一倾斜区域34。所述倾斜区域34直接连接到所述齿杆部31的、与磁轭区域4对置的端部上，并且斜向于所述径向方向R并且斜向于所述相切的方向T 一直伸展到所述齿顶32的完全的相切的宽度。所述倾斜区域34比如可以以一种大约与齿顶高度Z的30到70%相当的高度连接到所述齿杆部31的端部上。所述顶端齿顶区域33连接到所述倾斜区域34的、在径向上里面的端部上，该顶端齿顶区域33一直延伸到定子齿3的、在径向上里面的端部。
[0030]所述顶端齿顶区域33具有端面35，所述端面沿着在所述定子装置I中的相切的方向T以一定的间距彼此对置。所述端面35之间的间距代表着所述槽2的槽开口 21。
[0031]所述扩大的齿顶高度Z引起具有非常坚实的齿顶32的、紧凑的齿形状，所述紧凑的齿形状令人惊讶地很好地适合于降低转矩波动性。由此也可以在没有倾斜度的情况下构造具有槽2和极的数目的、3:2的比例的电机，所述电机满足很高的、关于转矩波动性的降低的要求。原则上，由此也可以在转矩波动性很关键的应用情况中、比如在转向系统的转向驱动装置中设置这样的电机。
[0032]在图4中示范性地示出了一种电机的横截面图示,所述电机具有一如在图1中示出的那样的定子装置I和一布置在所述内部空隙5中的、设有八个转子极7的转子装置6。所述转子极7具有极轮廓，所述极轮廓具有在所述转子装置6的外表面与所述内部空隙5的朝向极边缘的内表面之间的气隙的放大部，也就是两个转子极7之间的区域的、沿着相切的方向T的放大部。所述转子极7比如可以被设置为具有正弦极轮廓或者所谓的矫正器轮廓(Richterkontur)的正弦极。
[0033]此外，所述转子装置6具有用于接纳永久磁体的空穴8。如所示出的那样，所述空穴8可以被设置在每第二个转子极7中，也就是说被设置在串联极装置中。
[0034]在图5中，作为定子齿3的实例示出了一个具有倾斜区域34的定子齿，所述倾斜区域34相对于所述齿杆部31的、处于相切的方向T中的外边缘具有120°的角度。一般来说，可以在所述倾斜区域34与所述齿杆部31之间设置一处于110°与130°之间的角度。同时，槽底(Nutbasis )22相对于所述齿杆部31的、处于相切的方向T中的外边缘具有90 °的角度。一般来说，可以在所述齿杆部31与通过所述磁轭4形成的槽底22之间设置一处于80与100°之间或者110与130°之间的角度。
[0035]由此可以实现所述定子装置I的定子齿3的良好的可缠绕性，因为在所述槽2中产生(具有圆形的横截面的)绕组线的良好的层构造。所述绕组线9接合到一个处于其下面的、也就是朝所述齿杆部31的方向的层上，其中在相应两个具有相同数目的绕组线9的绕组层的后面所述用于两个另外的绕组层的绕组线9的数目分别增加了一根绕组线。
[0036]因为一般来说由于所述更厚的齿顶32而降低了用于接纳相应的线圈的槽横截面，所以通过在所述齿杆部31与所述倾斜区域34之间设置一种合适的角度这种方式可以实现通过具有圆形的横截面的绕组线9进行的最佳的槽填充效果。
【权利要求】
1.用于电机的机器组件(1)，具有磁轭区域(4)和从所述磁轭区域(4)上延伸的组件齿(3)，所述组件齿如此彼此隔开，从而分别在所述组件(3)中的两个组件齿之间构成槽(2)； 其中所述组件齿(3)具有齿杆部(31)和沿着延伸方向与所述磁轭区域(4)对置的齿顶(32)， 其中所述组件齿(3)中的至少一个组件齿的齿顶(32)沿着延伸方向具有一种齿顶高度(Z)，该齿顶高度为在所述组件齿(3)之间的间距的至少0.25。
2.按权利要求1所述的机器组件(I)，其中所述组件齿(3)之间的间距被定义为所述组件齿(3)的中心线(MS)之间的间距或者被定义为所述槽(2)的中心线(MN)之间的间距。
3.按权利要求1或2所述的机器组件(1)，其中所述齿顶(32)具有倾斜区域(34)和顶端区域(33)，其中所述倾斜区域(34)直接连接到所述齿杆部(31)上并且转入到所述顶端区域(33)中。
4.按权利要求3所述的机器组件(1)，其中在所述倾斜区域(34)与所述齿杆部(31)之间设置了处于110°与130°之间的角度。
5.按权利要求1到4中任一项所述的机器组件(1)，其中在所述齿杆部(31)与通过所述磁轭区域(4)形成的槽底(22)之间设置了处于80与100°之间或者110与130°之间的角度。
6.按权利要求1到5中任一项所述的机器组件(I)，其中所述机器组件(I)构造为用于旋转的电机的定子装置并且具有用于接纳转子装置(6)的内部空隙(5)，其中所述组件齿(3 )从所述磁轭区域(4 )沿径向向里延伸。
7.按权利要求1到6中任一项所述的机器组件(I)，其中所述齿顶高度(Z)与在所述组件齿(3)之间的间距的比例最大为0.4。
8.电机，具有按权利要求1到7中任一项所述的、构造为定子装置的机器组件(I)以及转子装置(6)，其中所述转子装置(6)具有转子极(7)，所述转子极的极轮廓具有正弦轮廓。
9.电机，具有按权利要求1到7中任一项所述的、构造为定子装置的机器组件(I)以及转子装置(6)，其中所述转子装置(6)具有转子极(7)，其中所述组件齿(3)的数目与所述转子极(7)的数目之间的比例为3:2。
10.按权利要求8或9中任一项所述的电机，其中所述组件齿(3)分别用由绕组线(9)构成的线圈来缠绕，其中两个具有相同数目的、并排布置的绕组线(9)的绕组层连接两个具有在数目上增加了一的绕组线(9)的绕组层。
【文档编号】H02K1/14GK104426255SQ201410419989
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】K.罗伊特林格, T.汉泽尔, M.海德, M-O.波佩斯库, J.弗里德里希 申请人:罗伯特·博世有限公司