同步电机制造技术

一种永磁激励的同步电机（５１），其具有一定子（５３）与一动子（５５），其中，所述定子（５３）优选地具有一三相交流绕组，所述动子（５５）具有永磁体（５７）。所述定子（５３）具有２１个槽（１－２１），所述动子（５５）具有４个磁极（３９）。所述定子（５３）的槽的绕线方案为，借助一绕组的绕线型设计来抑制一次谐波，借助一磁体几何形状来抑制二次谐波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种永磁同步电机和一种抑制谐波的方法。
技术介绍
与用电激励的同步电机相比，借助永磁体来激励动子的永磁同步电机具有多方面的优点。举例而言，永磁同步电机的动子不需要进行任何电连接。其中，能量密度高的永磁体，即磁通密度与场强之积很大的永磁体证明是优于能量较低的永磁体的。同样众所周知地，永磁体不仅可相对于气隙平面地排布，还可通过一种连接结构(joint configuration)(磁通集中)的形式进行定位。永磁同步电机中会出现不利的摆动转矩(oscillating torque)。如EP 0545060 B1针对传统电动机所述，斜扭永磁同步电机的一动子或一定子例如一槽距，可以导致转矩的减少。为减少会导致摆动转矩出现的止动转矩(coggingtorques)，具有传统线圈的永磁同步电机中一般会进行一槽距的斜扭，其中，传统线圈指的是用牵引(pulling-in)工艺制成的线圈。在具有锯齿状线圈的永磁同步电机中，例如可通过磁体的特殊形状来减少摆动转矩。其缺点在于，磁体的特殊形状会导致成本提高。一三相永磁同步电机的定子的绕组和这个同步电机的动子的构造决定了这个同步电机也会有EMF谐波(electromotive force harmonics)。所述EMF谐波影响定子与动子之间的一气隙中的磁场分布。EMF谐波会导致摆动转矩的出现。
技术实现思路
因此，本专利技术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。这种减少的实现没有使用任何斜扭，例如永磁体，是非常有利的。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公开的是本专利技术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结构(windingconfiguration)和永磁同步电机的一动子的永磁体的一磁体几何形状来减少谐波。其中，永磁同步电机具有一定子与一动子，其中，所述定子优选地具有一三相绕组，所述动子具有永磁体。所述绕组结构用于减少一次谐波，所述磁体几何形状用于减少二次谐波。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/或动子的由磁性材料(即永磁体)构成的覆层的尺寸。可为这种方法建构一种相应的永磁同步电机。一可实现本专利技术的目的的永磁同步电机具有一定子与一动子。所述定子具有一三相绕组，所述动子具有永磁体。此外，所述定子具有21个齿，所述动子具有4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。特别是当永磁同步电机具有一如图2所示的绕组结构时，可实现上述情况。根据本专利技术，永磁同步电机因此可通过由定子中一定数量的槽和动子上一定的极数构成的特定组合来减少止动力矩。特别通过绕组方案可减少止动力矩。动子的极数(＝磁极数)表示有效极数。根据本专利技术，有效极数为四。此外，在本专利技术的同步电机中无需在定子和/或动子中实施斜扭和/或分级(阶梯式斜扭)来减少止动转矩，这是因为通过动子和定子的设计就可达到减小转矩波动(torque ripple)的目的。上述无需借助斜扭和/或分级的可能性可降低永磁同步电机结构的复杂性。借助在定子绕组中通过电流可产生一个气隙场的频谱。在分析气隙场的这一频谱时，可在360度的圆周上区分谐波场和一基础场。本专利技术的永磁同步电机的基极对数(number of basic pole pairs)为pg＝1。基极对数pg的定义是pg是对气隙场进行傅立叶分析得出的最小极对数。有效极对数pn由动子的极对数得出，其结果为2，这是因为动子具有2个磁极对。对于永磁同步电机而言，由此产生了对一二次谐波的利用。例如可借助傅立叶分析来确定电机气隙中的磁场分布的基波和谐波。根据一有利的改进方案，定子绕组的设计方式为，尤其是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，且其会通过动子转速导致六次谐波的转矩波动(torque fluctuations)。动子场的五次和七次谐波以动子频率旋转。定子磁场5pn以1/5动子频率相反于动子旋转方向旋转，定子磁场7pn以1/7动子频率在动子的旋转方向上旋转。动子每旋转一周，具有5pn和7pn的定子和动子磁场就相遇6pn次，并产生6pn/动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18个槽来缩短绕组节距(short-pitched)。缩短绕组节距很复杂，本专利技术的永磁同步电机无需采用这种方案。根据另一有利设计方案，永磁同步电机的定子具有21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使冷却介质通过。根据一实施方案，为此还在所述槽中设置了附加的冷却通道。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。这三个槽优选地对称地分布在定子中。根据本专利技术的永磁同步电机的进一步的实施方式，动子的75％至85％由磁性材料覆盖。所述磁性材料基本为永磁体。因此，动子结构设计为，由磁性材料构成的覆层占极距的75％至85％。根据永磁同步电机的进一步实施方式，定子的绕组结构所采取的设计使得七次谐波被大幅削减至趋近于0。根据这种绕组结构，定子具有编号为1至21的21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)借助相U填充槽1、6、7、11、12和17，其中，在槽1和6中以第一绕组方向构成相U的一第一线圈，在槽7和11中以第二绕组方向构成相U的一第二线圈，以及在槽12和17中以第一绕组方向构成相U的一第三线圈，以及b)借助相V填充槽8、13、14、18、19和3，其中，在槽8和13中以第一绕组方向构成相V的一第一线圈，在槽14和18中以第二绕组方向构成相V的一第二线圈，以及在槽19和3中以第一绕组方向构成相V的一第三线圈，以及c)借助相W填充槽15、20、21、4、5和10，其中，在槽15和20中以第一绕组方向构成相W的一第一线圈，在槽21和4中以第二绕组方向构成相W的一第二线圈，以及在槽5和10中以第一绕组方向构成相W的一第三线圈。槽2、9和16中不填充绕组(即未被占用)，其可例如用于冷却永磁同步电机。由于无需斜扭动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，-如果根据现有技术必须斜扭定子的槽，从现在开始就可使用廉价和/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向动子装设永磁体和/或用于磁化磁性原料的生产工具，-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)。在本专利技术的永磁同步电机中，可附加实施能进一步改善谐波特性和转矩波动的措施，如斜扭动子上的永磁体，和/或斜扭定子中的绕组，和/或相应分级，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，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
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）与一动子（５５），其中，所述定子（５３）优选地具有一三相绕组，所述动子（５５）具有永磁体（５７），其特征在于，借助一绕组结构抑制一一次谐波，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磁体宽度和／或极覆层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2004-9-15 10 2004 044 700.41.一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)与一动子(55)，其中，所述定子(53)优选地具有一三相绕组，所述动子(55)具有永磁体(57)，其特征在于，借助一绕组结构抑制一一次谐波，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磁体宽度和/或极覆层。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)与一动子(55)，其中，所述定子(53)优选地具有一三相绕组，所述动子(55)具有永磁体(57)，其特征在于，所述定子(53)具有21个槽(1-21)，所述动子(55)具有4个磁极(39)。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(2，9，16)。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，所述动子(55)的75％至85％被磁性材料(57)覆盖。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...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫沃尔默，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[]