[發明專利]帶有鋸齒狀線圈的多極永久磁鐵勵磁的同步電機

無效

• 申請號: 200580041352.0
• 申請日: 2005-11-28
• 公開（公告）號: CN101069337A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 羅爾夫·沃爾默;霍爾格·申克;埃里克·博特;馬賽厄斯·布朗
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K21/16
• 分類號: H02K21/16;H02K1/27;H02K3/28;H02K3/487;H02K29/03;H02K3/18
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 任宇

技術領域

本發明涉及一種帶有轉子和定子的永久磁鐵勵磁的同步電機，該定子包含一個由鋸齒狀線圈構成的三相繞組系統。

背景技術

目前，這種永久磁鐵勵磁的同步電機以不同的實施方式應用。在DE?19961?760A1和在DE?101?24?415A1中說明了一些例子。在通常的電機類型中，低線圈數(例如為三)總是伴隨著低有效極對數(例如為一)出現。這類電機在定子的基本極對數的條件下被運行。已知的還有所謂的諧波電機，其中轉子的極對數對應于定子的基本極對數的整數倍。這種多極同步電機例如具有為四的有效極對數，其中不過總是還提供了更高的線圈數。于是通常是九或十二個線圈。

在該永久磁鐵勵磁的同步電機的設計中，特別注意到廉價的實現以及盡可能高的利用率。利用率被定義為單位結構空間內可以實現的轉矩。其它同樣決定性的標準涉及以高的(即，位于數百伏范圍內的)電壓運行的可能性，以及盡可能小的結構尺寸。盡管存在多個可供使用的變形，但是還沒有公知任何同等地考慮到所提到的要求的最佳的實施方式。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題是，提供一種上述類型的永久磁鐵勵磁的同步電機，其具有高的利用率并且可以低成本地制造。

按照本發明的永久磁鐵勵磁的同步電機是這樣一種永久磁鐵勵磁的同步電機，其中，

a)所述定子共具有三個或六個槽，在這些槽之間分別形成一個鋸齒，

b)在所述槽中共設置三個鋸齒狀線圈，這些鋸齒狀線圈中的每一個與三個繞組相中的一個相對應，

c)有效極對數被規定為四或五，以及

d)所述轉子具有以兩倍有效極對數在圓周上均勻分布的永久磁鐵。

由于與高的有效極對數組合的低的線圈數，按照本發明的同步電機顯著地偏離了迄今為止常見的電機概念，這些概念總是包含低線圈數與低有效極對數或者高線圈數與高有效極對數的組合。在本發明的范圍內公開了：如果多極設計規定有效極對數為四或五，則在對于三相的同步電機最可能小的線圈數為三的條件下，可以實現極其高的并且與公知的實施方式相比也明顯改善的利用率。由于低的線圈數而同樣低的槽數，連同鋸齒狀線圈的使用，有助于簡單和廉價地制造按照本發明的電機。此外，低槽數和由于鋸齒狀線圈而導致的小的線圈體允許極小的總尺寸。

優選地，所述定子共具有六個槽并且在這些槽的每一個中僅僅設置所述三個鋸齒狀線圈中的唯一一個的繞組。這樣，在圓周方向上被繞線的鋸齒與未被繞線的鋸齒交替。這種單層的鋸齒狀線圈分別包圍一個鋸齒，并且由一個未被繞線的鋸齒在結構上相互隔開。由此，形成了由結構決定的鋸齒狀線圈相互間的極其良好的電絕緣，而不必為此采用專門的絕緣材料。此外，帶有六個槽的該實施方式具有特別高的利用率。

在另一種變形中，所述被繞線的鋸齒的鋸齒寬度按照

0.75·b_M＜b_Z＜1.25·b_M

確定，其中，b_Z表示該被繞線的鋸齒的鋸齒寬度，而b_M表示所述永久磁鐵的磁鐵寬度。這樣，產生一種特別良好的磁通引導。定子和轉子之間的磁場耦合是極其有效率的。特別是，被繞線的鋸齒的鋸齒寬度基本上恰好與永久磁鐵的磁鐵寬度一樣。

此外，可以將所述鋸齒狀線圈設計為預制成型線圈。這點極大地簡化了加工。這種變形沒有在定子疊片鐵心上進行的對鋸齒的繞線，否則該繞組可能包含昂貴的并因此提高造價的穿線技術。此外，成型線圈的使用還帶來針對槽橫截面的極其高的銅槽填充，由此降低了線圈電阻并且提高了利用率。

另一種實施方式的特征在于，所述鋸齒狀線圈分別包括一個由多匝組成的繞組，并且這樣設計相應的繞組，使得相鄰的匝在運行期間處于僅僅稍微相互偏差的電位上。特別是，相鄰的匝之間的電位差為在兩個線圈引線之間所施加的電位的僅僅一小部分。也就是說，這樣首先也將與引線連接的第一匝在繞組內部與和另一條引線連接的最后一匝局部隔開地設置。由此，可以減小對于為了加工鋸齒狀線圈而采用的電導體進行電絕緣的花費，并且可以在槽中加入更高的銅比例。單個匝的精確放置特別良好地借助于對成型線圈的預制而實現。

優選地，所述槽分別具有一個被設計成朝向所述轉子并開口的側面，從而可以容易地植入特別是被設計為預制成型線圈的鋸齒狀線圈。此外，開口的槽帶來對無發送器(geberlos)的運行而言有利的感應特性。