具有最小化扭矩波动的构造的旋转电机的制作方法

本发明涉及具有最小化扭矩波动的构造的旋转电机。本发明具有特别地有利的、但不是唯一的应用，其具有能够以交流发电机模式和电动机(motor)模式运行的高功率的可逆电机。

背景技术：

以已知的方式，旋转电机包括定子和与轴成一体的转子。转子可以与驱动轴和/或从动轴成一体，并且能够属于交流发电机、电动机或可以在两种模式下运行的可逆机形式的旋转电机。

定子装配在壳体中，壳体构造成例如借助于轴承旋转所述轴。定子包括主体，该主体设置有限定凹口(notch)的多个齿，以及插入定子的凹口中的绕组。绕组例如由覆盖有瓷漆的连续导线或者由通过焊接彼此连接的引脚形式的导电元件获得。替代地，电机的相由单独的线圈形成，每个线圈围绕定子齿缠绕。以星形或三角形形式连接的相包括连接到电控制模块的输出端。

此外，转子包括由借助于合适的固定系统以组形式保持在一起的一堆板片形成的主体。转子包括例如由收容在空腔中的永磁体形成的磁极，每个永磁体由两个相邻的转子齿限定。

在电机的平均扭矩附近观察到所提供的扭矩的变化。转矩的该变化由转子和定子之间的相互作用引起，并且特别地取决于电机的磁饱和。扭矩的该变化引起噪声的问题，特别是当电机借助于齿轮耦连到外部元件时。

技术实现要素：

本发明的目的是通过提出一种特别是用于机动车辆的旋转电机来消除这个缺点，该旋转电机包括：

-定子，包括设置有限定多个凹口的多个定子齿的定子主体，以及插入所述凹口中的定子绕组；

-转子，具有旋转轴线并且包括限定空腔的多个转子齿，永磁体被收容在所述空腔中，所述转子包括一组磁极，其特征在于，所述转子容纳在具有外半径的回转圆筒中，每个转子齿包括：

-经过所述转子的旋转轴线的对称轴线；

-与所述定子的内周相反的外面，在相对于所述旋转轴线径向的平面上；

-所述外面具有圆弧形式的曲率，圆弧由以下限定：

-位于所述对称轴线上的中心；

-第一点，该第一点位于所述对称轴线和以所述旋转轴线为中心的圆之间的交点处，并且其半径为所述外半径；和

-第二点，该第二点位于经过转子的所述旋转轴线的轴线上，并且相对于所述对称轴线形成360°除以等于磁极数的两倍的数的角度；

所述第二点位于与所述转子的所述旋转轴线相距一距离处，该距离等于所述外半径减去容差；以及

所述容差和所述外半径之间的比值在0.015至0.07的范围内。

该类型的比值的限定使得可以获得由电机供给的扭矩和相应的该扭矩波动水平之间的最佳兼顾。由此，本发明使得可以改进旋转电机的磁性和声性能。

根据一个实施例，所述旋转电机每极包括若干凹口，每相等于0.5。

根据一个实施例，所述定子包括等于360°除以定子齿数的定子齿距，以及在相对于转子旋转轴线是径向的平面上，转子齿开度等于每个经过旋转轴线的两个直线和外面的正径向端部之间的角度，以及以度表示的转子齿开度除以以度表示的所述定子齿距的比值在0.8至1.2的范围内。

该类型的比值的限定使得可以获得由所述电机供给的扭矩和相应的扭矩波动水平之间的最佳兼顾。

根据一个实施例，以mm表示的所述定子的内直径和转子极对的数目之间的比值在12至22的范围内，特别地在13至21的范围内，例如在14至20的范围内。

该类型的比值的限定使得可以获得由电机供给的扭矩和相应的扭矩波动水平之间的最佳兼顾。

根据一个实施例，定子在定子齿的自由端侧上设置有齿根，每个齿根在相应的定子齿的两侧上周向地延伸。

根据一个实施例，每个齿根根据以转子的旋转轴线为中心的圆弧周向地延伸。

根据一个实施例，转子包括由轴向的一堆磁板形成的主体。

根据一个实施例，转子主体包括中心芯体。

根据一个实施例，在正交于转子的旋转轴线的平面上，每个转子齿包括整个具有恒定宽度的第一部分，该第一部分从中心芯体获得，延伸一在与轴向x相反的方向上加宽的第二部分，并且以保持唇部结束。出人意料地，电机的该特别构造，与前述比值中的至少一个结合，使得可以进一步减小扭矩波动。

根据一个实施例，所述定子绕组由一组线圈形成，每个线圈围绕定子齿缠绕。

根据一个实施例，所述转子被装配在轴上。

根据一个实施例，所述定子主体和所述转子每个都由一组板形成。

根据一个实施例，极对的数目等于五。

根据一个实施例，极对的数目等于六。

根据一个实施例，所述定子主体的内直径在60毫米至115毫米的范围内。

根据一个实施例，所述定子主体的内直径在70毫米至100毫米的范围内。

根据一个实施例，所述定子主体的外径在100毫米至150毫米的范围内。

根据一个实施例，其中容纳所述转子的回转圆柱的所述外半径基本上等于34毫米。

根据一个实施例，转子齿开度是大约24°。

根据一个实施例，定子齿开度是大约20°。

根据一个实施例，所述永磁体每个都具有位于所述旋转轴线的侧面上的倾斜端。

根据一个实施例，转子是通量集中型的。

附图说明

本发明通过阅读以下描述并查看附图将被更好地理解。这些附图完全为了说明而提供，但绝不是限制本发明。

图1示出根据本发明的旋转电机的横截面的视图；

图2a到2c是根据本发明的转子的局部视图，其示出用于执行与比值的计算有关的角度和长度的某些测量的方式；

图3是示出根据本发明的为转子齿的圆弧形式的曲率的转子的局部视图；

图4示出分别针对定子的两个外径值的根据本发明的根据第一比值的波动水平的发展的图示；

图5是针对根据本发明的第二比值的不同的值获得的波动水平的值的图示；

图6是分别针对定子的两个外径值的根据本发明的根据第三比值的波动水平的发展的图示。

具体实施方式

相同、相似或类似的元件从一个图到另一个图保持相同的标记。

图1示出了旋转电机10，其包括具有旋转轴线x并且被设计成装配在轴12上的转子11。可以是多相的缠绕定子15围绕转子11，转子11的外周和定子15的内周之间存在间隙l1(参照图2c)。该定子15固定在壳体上，该壳体构造成支撑经由球轴承和/或滚针轴承旋转的轴12。

更具体地，定子15包括主体16和绕组17。定子主体16由轴向的一堆平板组成。主体16包括齿20，其在头部21的内周上规则地成角度地分布。这些齿20界定凹口24，使得每个凹口24由两个连续的齿20界定。头部21因此对应于主体16的实心外环部分，其在凹口24的基部和定子15的外周之间延伸。

凹口24轴向地开口到主体16的轴向端面中。凹口24也朝向主体16的内部径向地开口。

定子15在齿20的自由端侧上设置有齿根25。每个齿根25在相应的齿20的两侧上周向延伸。每个齿根25根据以旋转轴x为中心的圆弧周向地延伸。

为了获得绕组17，通过每个缠绕在齿20上的线圈28形成多个相。每个线圈28由覆盖有诸如瓷漆的电绝缘材料的层的导电线形成。根据一个实施例，线圈绝缘体可以插入在每个线圈28和相应的齿20之间。

此外，转子11包括由轴向的一堆平板形成的主体31，以便减小傅科(foucault)电流。主体31由铁磁材料制成。例如通过迫使肋状轴12位于设置在芯体33中的转子的中心开口32内，主体31可以以不同的方式旋转地连接到旋转电机的轴12。

转子11包括空腔36，该空腔36被设计成接收形成磁极的永磁体37。每个空腔36从一个轴向端面到另一个轴向端面地穿过主体31，并且在转子11的外周侧上开口。在此情况下，每个空腔36由从转子的中心芯体33获得的两个相邻齿40界定。作为变型，空腔36可以是盲的。为了确保磁体37在空腔36中的径向保持，齿40在其自由端各包括在齿40的两侧上周向延伸的保持唇部41。

每个磁体37具有带有两个倾斜角的平行六面体形式。磁体37因此在其端部之一处具有减小的截面，使得具有标记44的该端部具有梯形形状。磁体37的倾斜端位于转子11的内周侧上，即轴x侧上。作为变型，倾斜端可以位于相对侧上，即在空气间隙l1侧上。

为了使空腔36具有与磁体37互补的形状，每个转子齿40包括总体上具有恒定宽度的第一部分401，该第一部分401由芯体33获得，该芯体33延伸一第二部分402，该第二部分402在与轴线x相反的方向上加宽并终止于保持唇部41。每个齿40包括外面42，在此情况下对应于唇部41的外面，与定子15的内周相反地定位。

磁体37优选地由铁氧体制成。然而，作为变型，它们可以由稀土制成，这取决于应用和电机10所需的功率。作为变型，磁体37可以具有不同的等级，以便降低成本。例如，在每个空腔36中，铁氧体磁体37和更强大但更昂贵的稀土磁体相关联。根据所需的功率，某些空腔36也可以留空。转子11是磁通集中型的，即与位于两个连续的凹口(notch)中的磁体37相反的侧向面具有相同的极性。

优选地，电机10每极具有多个凹口，每相等于0.5。

定子齿距a1被限定为等于360°除以定子齿20的数量(参见图2b)。此外，在相对于轴线x径向的平面pi_r上，转子11的转子齿开度a2等于每个经过旋转轴线x的两条直线d1和d2和对应的齿40的外面42的正径向端(参见图2a)之间的角度。如从图4的曲线图可以看出的，为了使扭矩波动(ond_c)最小化，以度表示的转子齿开度a2除以以度表示的定子齿距a1的比值r1，即r1＝a2/a1，位于在0.8至1.2的范围pi1内。扭矩波动ond_c等于最大和最小扭矩之间的容差除以由电机10提供的平均扭矩的比值。应当注意到，图4中的曲线c1已经针对定子的外径l8等于104mm得以获得，曲线c2已经针对定子的外径l8等于150mm得以获得。

此外，比值r2被限定为等于以mm表示的定子的内直径l2除以转子极对p的数量，即r2＝l2/p。如在图5中可以看出的，优选比值r2位于在12至22的范围内，特别是在13至21的范围内，例如在14至20的范围pi2中。应当注意到，针对定子的内直径在73mm和100mm之间并且针对转子极对的数量等于5或6，已经获得图5上的点。

如图3所示，转子11容纳在具有外半径l3的回转圆柱cyl中。此外，每个转子齿40包括经过转子11的旋转轴线x的对称轴线y。在相对于轴线x径向的平面p1_r上，对应于纸的平面，每个齿40的外面42具有圆弧形式的曲率。每个转子齿40具有相对于对称轴线y对称的两个圆弧。

每个圆弧由位于对称轴线y上的中心o1、位于对称轴线y和以旋转轴线x为中心的圆c之间的交点处的第一点p1(其半径为圆柱cyl的外半径l3)以及位于经过旋转轴线x的轴线z上的第二点p2，所限定。轴线z相对于对称轴线y形成预定角度。该预定角度等于360°除以等于极数的两倍的数。该预定角度可以具有相对于上述值等于差不多5％的值。第二点p2位于与轴线x距离一定距离处，该距离等于外半径l3减去容差l5。

如可从图6看出的，间隙l5和外半径l3之间的比值r3位于在0.015至0.07的范围pi3内。应当注意到，图6中的曲线c3已经是针对定子的外径l8等于104mm获得的，并且曲线c4已经是针对定子的外径l8等于150mm获得的。

不同比值r1，r2，r3的优选范围彼此独立地对电机10的性能有影响。然而，值得注意的是，具有三个比值的电机将具有最佳的磁性和机械性能。

根据一个实施例，转子齿开度a2为大约24°。定子齿开度a3约为20°。极对数p等于五。

在对应于在唇部41的端部之间测量的正径向尺寸l6的转子极的顶部处的宽度为大约14mm。对应于所测量的正径向尺寸l7的唇部41下方的宽度为大约10mm。

间隙l5约为1mm。空气间隙l1约为0.4mm。收容转子11的回转圆柱的外半径l3基本上等于34mm。

比值r1约为1。比值r2约为13。比值r3约为3％。

此外，定子主体16的内直径l2在60mm至115mm的范围内。在特定示例中，内直径l2可以是73mm。定子主体16的外径l8在100mm至150mm的范围内。在特定示例中，外径l8可以是104mm。

“大约”意味着位于这样的范围内的值：该值的下限值指示减去该值的10％，并且该值的上限指示加上该值的10％。

应当认识到，前面的描述仅仅是作为示例提供的，并且不限制本发明的范围，与其的背离不会由任何其它等同替换不同的元件而构成。