专利名称：同步电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁同步电机和一种抑制谐波的方法。
背景技术：
与用电激励的同步电机相比，借助永磁体来激励转子的永磁同步电机具有多方面的优点。举例而言，永磁同步电机的转子不需要进行电连接。在本文中，能量密度高的永磁体，即磁通量密度与场强之积大的永磁体证明是优于能量较低的永磁体的。此外，永磁体不仅可具有一相对于气隙的平面排列，而且还可定位在一种集中式配置(磁通量集中)中。
永磁同步电机中会出现不利的摆动转矩。如EP 0 545 060 B1针对常规电动机所述，永磁同步电机的一转子或一定子斜扭一槽距会减少转矩。为减少会导致摆动转矩出现的止动转矩，具有常规线圈的永磁同步电机中一般会进行一槽距的斜扭，其中，常规线圈指的是用牵入工艺制成的线圈。
在具有锯齿状绕组线圈的永磁同步电机中，例如可通过磁体的特别造型来减少摆动转矩。其缺点在于，磁体的特别造型会导致成本提高。
一三相永磁同步电机的定子的绕组和这个同步电机的转子的设计方案决定了这个同步电机也会有电动势(EMF)谐波。所述EMF谐波涉及的是定子与转子之间的一气隙中的磁场强度分布。EMF谐波会导致摆动转矩的出现。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可以简单的方式减少摆动转矩或止动转矩的永磁同步电机。如果能在不将例如永磁体斜扭的情况下实现这种减少，是有利的。
这个目的的解决方案通过一种具有权利要求1所述特征的方法而达成。另一解决方案通过一种具有权利要求3所述特征的永磁同步电机而达成。从属权利要求2和4至6公开的是本发明的其他有利改进方案。
在一永磁同步电机中抑制谐波的方法是借助一绕组图和永磁同步电机的一转子的永磁体的一几何形状来减少谐波。其中，永磁同步电机具有一定子与一转子，其中，所述定子优选的具有一三相初级绕组，所述转子具有复数个永磁体。所述绕组图用于减少一一次谐波，所述磁体几何形状用于减少一二次谐波。磁体几何形状涉及的例如是永磁体的形状和/或永磁体的位置(例如永磁体的斜扭)和/或转子被磁性材料(即永磁体)覆盖的程度。
可为这种方法建构一种相应的永磁同步电机。
一可实现本发明的目的的永磁同步电机具有一定子与一转子。所述定子具有一三相初级绕组，所述转子具有复数个永磁体。此外，所述定子具有39个齿，所述转子具有8个磁极。
借助上述实施形式可使永磁同步电机有利地具有高利用率和高功率因数。当永磁同步电机具有一如图2所示的绕组图时，可特别实现上述情况。借助本发明的永磁同步电机，可通过一由定子中一定数量的槽与转子的特定极数构成的特定组合来减少止动转矩。特别通过绕组设计可减少止动转矩。转子的极数(＝磁极数)表示有效极数。根据本发明，有效极数为八。
此外，在本发明的同步电机中无需在定子和/或转子中实施斜扭和/或分级(阶梯式斜扭)来减少止动转矩，这是因为通过同步电机的构造就可达到减小转矩波动的目的。不实施斜扭和/或分级可降低制造永磁同步电机的复杂度。
借助定子的一通流绕组可形成一气隙磁场的频谱。在观测气隙磁场的这一频谱时，可在360度的圆周上区分谐波磁场和一基础磁场。
本发明的永磁同步电机的基极对的数量pg为pg＝1。基极对的数量pg的定义是pg是对气隙磁场进行傅立叶分析得出极对的数量的最小值。有效极对的数量pn由转子极对的数量得出，其结果为4，这是因为转子具有4个磁极对。
对于永磁同步电机而言，由此产生了对一四次谐波的利用。例如可借助傅立叶分析来测定电机气隙中的场强分布的基波和谐波。
根据一有利改进方案，定子绕组的实施方式为，特别具有干扰效应的谐波，例如五次(5pn)和七次(7pn)谐波，只具有一很小的幅值。五次和七次谐波之所以不利的原因是其具有相反的旋转方向，且其会分别通过转子转速导致六次谐波的转矩波动。
转子磁场的五次和七次谐波以转子频率旋转。定子磁场的5pn以转子频率的1/5相反于转子旋转方向旋转，定子磁场的7pn以转子频率的1/7在转子的旋转方向上旋转。转子每旋转一周，定子和转子磁场的5pn和7pn相遇6pn次，并产生6pn/转子旋转一周的转矩波动。
为达到特别在同步电机中减少五次和七次谐波的目的，迄今为止的做法是通过36个槽来缩短绕组节距。缩短绕组节距的方案也复杂，并且本发明的永磁同步电机无需采用这种方案。
根据另一有利改进方案，永磁同步电机的定子具有39个槽，其中，三个槽不绕线。根据永磁同步电机的一有利改进方案，所述的三个不绕线的槽用于冷却永磁同步电机。借助这几个槽例如可引导一冷却介质。根据一实施方案，为此在所述槽中还具有附加的冷却通道。所述冷却介质为气态或液态。所述的不绕线的槽也可例如用于容纳一热管或一冷却喷口，或具有一相应的冷却装置。作为有利的实施例，这三个槽大致对称地分布在定子中。
根据本发明的永磁同步电机的另一有利实施方式，转子基本上的77％至87％具有由磁性材料构成的覆层。所述磁性材料基本为永磁体。因此，转子结构设计为，由磁性材料构成的覆层占极距的77％至87％。优选值约为80％。
根据永磁同步电机的另一有利实施方案，定子的绕组图所采取的设计使得七次谐波被大幅削减，几乎为0。根据这种绕组图，定子具有编号为1至39的39个槽。对所述槽绕线，从而可用相U、V和W进行三相馈电。绕组线圈具有一第一绕组方向与一第二绕组方向，其中a)在相U充填槽39、4、5、9、10、14、19、24、25、28、29和34(即绕线)，其中，在槽39和4中以第一绕组方向构成相U的一第一线圈，在槽5和9中以第二绕组方向构成相U的一第二线圈，在槽10和14中以第一绕组方向41构成相U的一第三线圈，在槽19和24中以第一绕组方向41构成相U的一第四线圈，在槽25和28中以第二绕组方向42构成相U的一第五线圈，以及在槽29和34中以第一绕组方向41构成相U的一第六线圈，以及b)在相V充填槽13、17、18、22、23、27、32、37、38、2、3和8，其中，在槽13和17中以第一绕组方向41构成相V的一第一线圈，在槽18和22中以第二绕组方向42构成相V的一第二线圈，在槽23和27中以第一绕组方向41构成相V的一第三线圈，在槽32和37中以第一绕组方向41构成相V的一第四线圈，在槽38和2中以第二绕组方向42构成相V的一第五线圈，以及在槽3和8中以第一绕组方向41构成相V的一第六线圈，以及c)在相W充填槽26、30、31、35、36、1、6、11、12、15、16和21，其中，在槽26和30中以第一绕组方向41构成相W的一第一线圈，在槽31和35中以第二绕组方向42构成相W的一第二线圈，在槽36和1中以第一绕组方向41构成相W的一第三线圈，在槽6和11中以第一绕组方向41构成相W的一第四线圈，在槽12和15中以第二绕组方向42构成相W的一第五线圈，以及在槽16和21中以第一绕组方向41构成相W的一第六线圈，以及槽7、20和33无绕组充填物。也就是说，槽7、20和33未被占用。
由于无需斜扭转子的永磁体或定子的槽，由此可产生多方面的优点，例如-不再存在由斜扭系数造成的利用损耗，-可用廉价的直永磁体代替昂贵的斜永磁体，-如果根据当前技术水平必须斜扭定子的槽，应用本发明后就可使用廉价和/或快捷的制造方法来建构槽和进行绕线，-在无需斜扭的情况下，可简化用于为转子配备永磁体和/或用于磁化磁性原料的生产方法，-更易于实现生产过程的自动化，-由于三个槽不绕线，因此定子槽的绕线更加简单，-不绕线的槽中可放置例如用于测量温度的传感器(例如温度传感器)。
在本发明的永磁同步电机中，可附加实施能进一步改善谐波响应和转矩波动的措施，如斜扭转子上的永磁体，和/或斜扭定子中的绕组，和/或相应的分级，和/或缩短绕组节距。借助上述附加措施还可减少其他非期望的谐波，从而借此改进永磁同步电机。在此情况下，每个措施例如可用于减少一其他谐波和用于改善谐波响应。
此外，永磁同步电机还可设计为存在许多孔，其中孔数q＝13/8。孔数q表示的是，一个相的绕组在每一极上被分配给多少个槽，因此q就是每一极和每一相上的槽数。
为达到借助定子齿来减少转子永磁体的止动转矩的目的，槽数和极数需要被选择为最小公倍数尽可能高。
根据永磁同步电机的另一改进方案，永磁体的边缘区域被压凹，从而在永磁体边缘的上方产生一较大的气隙。
在本发明中，利用两种或者两种以上的组合方式和一特定绕组图的应用来抑制七次谐波是有利的，所述方式例如为极数的选择和槽数的选择，其可通过共同作用来产生较小的止动效果(止动转矩)。此外，通过选择一有利的磁体几何形状和/或磁体宽度，还可抑制五次谐波。在使用举例而言的80％的极覆层的情况下，还通过使用一有利的磁体轮廓来实现对五次谐波的抑制。特别的，磁场的几何形状涉及转子的极上由磁性材料构成的覆层。也可对绕组图和/或磁体几何形状进行改动，以至于通过改动可抑制其他谐波，该其他谐波不同于所例举的谐波。
下面借助附图以实施例形式对本发明和本发明的有利改进方案作进一步说明，其中图1为一永磁同步电机的构造图；图2为一绕组图；图3为一具有39个槽的定子的一叠片(Blechschnitt)示意图，其中，三个槽不绕线；图4为极距的一磁覆层图；以及图5为一永磁同步电机的横截面示意图。
具体实施例方式
图1显示的是一永磁同步电机51，其具有一定子53与一转子55。转子55具有永磁体57。所述定子具有复数个线圈59，其中，用虚线表示线圈59在呈叠片状的定子53内缠绕的路线。借助线圈59构成一绕组。复数个线圈59构成绕组端部61。永磁同步电机51用于驱动一轴63。
图2显示的是涉及一永磁同步电机的绕组图，该永磁同步电机可运载一三相电流的三个相U、V、W。永磁同步电机的定子的绕组图涉及的是一具有39个槽的定子。这39个槽用1至39来表示。图2中未作图示的是具有8个极(磁极)的相关转子，即4个极对。根据图2所示的绕组图，定子具有18个线圈，其中，根据图2所示，三个相U、V、W中的任一个相均具有6个线圈。图2所示的绕组具有一星点70。如果三次谐波没有消除，星形电路就特别有利。在三次谐波无关紧要的情况下可以这样改动绕组图，即存在一在此未作图示的三角形电路。借助槽1至39的绕线构成复数个线圈。该复数个线圈具有不同的绕组方向44，其中，用箭头表示绕组方向44。图2显示了一第一绕组方向41与一第二绕组方向42。
为相U充填槽39、4、5、9、10、14、19、24、25、28、29和34(即绕线)，其中，在槽39和4中以第一绕组方向41构成相U的一第一线圈，在槽5和9中以第二绕组方向42构成相U的一第二线圈，在槽10和14中以第一绕组方向41构成相U的一第三线圈，在槽19和24中以第一绕组方向41构成相U的一第四线圈，在槽25和28中以第二绕组42方向构成相U的一第五线圈，以及在槽29和34中以第一绕组方向41构成相U的一第六线圈。
为相V充填槽13、17、18、22、23、27、32、37、38、2、3和8(即绕线)，其中，在槽13和17中以第一绕组方向41构成相V的一第一线圈，在槽18和22中以第二绕组方向42构成相V的一第二线圈，在槽23和27中以第一绕组方向41构成相V的一第三线圈，在槽32和37中以第一绕组方向41构成相V的一第四线圈，在槽38和2中以第二绕组方向42构成相V的一第五线圈，以及在槽3和8中以第一绕组方向41构成相V的一第六线圈。
为相W充填槽26、30、31、35、36、1、6、11、12、15、16和21，其中，在槽26和30中以第一绕组方向41构成相W的一第一线圈，在槽31和35中以第二绕组方向42构成相W的一第二线圈，在槽36和1中以第一绕组方向41构成相W的一第三线圈，在槽6和11中以第一绕组方向41构成相W的一第四线圈，在槽12和15中以第二绕组方向42构成相W的一第五线圈，以及在槽16和21中以第一绕组方向41构成相W的一第六线圈。
槽7、20和33无绕组充填物，即其未被占用。
图3显示的是一具有39个槽(1至39)和同样数量的齿65的定子的一叠片(Blechschnitt)72的示意图。槽7、20和33用于容纳一冷却通道34。
图4显示的是转子55的横截面。此外还显示了一极距78的一磁覆层76。转子55具有8个极79。极79由永磁体57构成。永磁体57安装在一支架75上。支架75位于轴63上。在图4中，每个极上的磁覆层76约占极距78的80％。
图5为一永磁同步电机51的一横截面示意图。图5显示的是在各相U、V和W槽被绕线占用的情况。也就是说，所涉及的是一三相永磁同步电机。其中，三个槽40未被占用。未被占用的槽40中例如可插入可向电动机调控装置68提供信号的磁场传感器66。转子55具有8个极79(磁极)。图2所示的绕组图可用于一如图5所示的永磁同步电机。其优点在于，借此可为可用波提供高磁场幅值，并可为五次和七次谐波提供相对于可用波低磁场幅值。
一根据图2和图5构建的永磁同步电机特别具有以下绕组系数
其中，第一栏表示极对个数p，第二栏表示绕组系数。绕组系数的计算方法为ξsp:=|Σi=0k(ai·ej·φi,p)Σi=0kai|]]>
k+1表示一个相上被占用的槽的数量。绕组系数为累计导线电压的矢量值总和与导线电压绝对值总和的比值。
矢量ai表示导线电压的电压矢量的幅值。
矢量Φi表示电压矢量的角，其中，矢量wi表示的是包括一前向导线或一回路导线。
幅值a:=111111111111]]>机械槽角α:=046.1583.0792.307129.23138.46175.38221.53267.69276.92304.61313.84]]>φl,p:=(αl·p·π180)+wl]]>w:=0π00ππ0π00ππ]]>具有前向导线＝0以及回路导线＝π其中K＝11j:=-1]]>p＝1..100l＝0..k
权利要求
1.一种在一永磁同步电机(51)中抑制谐波的方法，所述永磁同步电机具有一定子(53)与一转子(55)，其中，所述定子(53)优选的具有一个三相初级绕组，所述转子(55)具有复数个永磁体(57)，其特征在于，借助一绕组图抑制一一次谐波，借助一磁体几何形状抑制一二次谐波，其中，所述磁体几何形状特别涉及一磁体宽度和/或一极覆层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用一根据权利要求3至6中任一项权利要求所述的永磁同步电机。
3.一种永磁同步电机(51)，其具有一定子(53)与一转子(55)，其中，所述定子(53)优选的具有一个三相初级绕组，所述转子(55)具有复数个永磁体(57)，其特征在于，所述定子(53)具有39个槽(1-39)，所述转子(55)具有8个磁极(79)。
4.根据权利要求3所述的永磁同步电机(51)，其特征在于，所述定子(53)具有三个不绕线的槽(7，20，33)。
5.根据权利要求3或4所述的永磁同步电机(51)，其特征在于，所述转子(55)的77％至87％具有由磁性材料(57)构成的一覆层。
6.根据权利要求3至5中任一项权利要求所述的永磁同步电机(51)，其特征在于，所述具有槽(1至39)的定子(53)在三个相上被复数个线圈缠绕，所述的三个相为相(U)、相(V)与相(W)，其中，用于绕组的所述线圈具有一第一绕组方向(41)与一第二绕组方向(42)，其中a)为所述相(U)充填所述槽(39，4，5，9，10，14，19，24，25，28，29和34)，其中，在所述槽(39)和(4)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(U)的一第一线圈，在所述槽(5)和(9)中以所述第二绕组方向(42)构成所述相(U)的一第二线圈，在所述槽(10)和(14)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(U)的一第三线圈，在所述槽(19)和(24)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(U)的一第四线圈，在所述槽(25)和(28)中以所述第二绕组(42)方向构成所述相(U)的一第五线圈，以及在所述槽(29)和(34)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(U)的一第六线圈，以及b)为所述相(V)充填所述槽(13，17，18，22，23，27，32，37，38，2，3和8)，其中，在所述槽(13)和(17)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(V)的一第一线圈，在所述槽(18)和(22)中以所述第二绕组方向(42)构成所述相(V)的一第二线圈，在所述槽(23)和(27)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(V)的一第三线圈，在所述槽(32)和(37)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(V)的一第四线圈，在所述槽(38)和(2)中以所述第二绕组方向(42)构成所述相(V)的一第五线圈，以及在所述槽(3)和(8)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(V)的一第六线圈，以及c)为所述相(W)充填所述槽(26，30，31，35，36，1，6，11，12，15，16和21)，其中，在所述槽(26)和(30)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(W)的一第一线圈，在所述槽(31)和(35)中以所述第二绕组方向(42)构成所述相(W)的一第二线圈，在所述槽(36)和(1)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(W)的一第三线圈，在所述槽(6)和(11)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(W)的一第四线圈，在所述槽(12)和(15)中以所述第二绕组方向(42)构成所述相(W)的一第五线圈，以及在所述槽(16)和(21)中以所述第一绕组方向(41)构成所述相(W)的一第六线圈，以及所述槽(7，20和33)无绕组充填。
全文摘要
本发明涉及一种永励同步电机(51)和一种抑制谐波的方法。一永励同步电机(51)具有一定子(53)与一转子(55)，其中，所述定子(53)特定而言具有一三相绕组，所述转子(55)具有永磁体(57)。所述定子(53)具有39个槽(1至39)，所述转子(55)具有8个磁极(79)。所述定子(53)的槽的绕线方案为，借助一绕组图抑制一一次谐波，借助一磁体几何形状抑制一二次谐波。
文档编号H02K1/27GK101019296SQ200580030978
公开日2007年8月15日 申请日期2005年9月9日 优先权日2004年9月15日
发明者罗尔夫·沃尔默, 马库斯·普拉滕, 霍尔格·申克 申请人:西门子公司