專利名稱：永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機的定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機的定子。
背景技術(shù)：
在永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機中，例如在永久勵磁的發(fā)電機或永久勵磁的電動機中，特別是電機停止?fàn)顟B(tài)下的齒槽力矩為臨界設(shè)計值。同時，齒槽力矩的振幅必須盡量保持最小狀態(tài)。除此之外，還應(yīng)使出現(xiàn)在荷載狀態(tài)下的擺錘力矩保持在盡可能小的水平上。特別是在直接驅(qū)動的、永久勵磁的風(fēng)力發(fā)電機中，應(yīng)使靜止?fàn)顟B(tài)下出現(xiàn)的齒槽力矩以及在風(fēng)力發(fā)電機運行時出現(xiàn)的擺錘力矩保持在盡可能小的水平上。為了使擺錘力矩最小化，目前主要使用以下方法·使得布置在電機的轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵傾斜， 使得電機的定子中的電導(dǎo)體傾斜，·將轉(zhuǎn)子的永久磁鐵從極中心移開。然而，上述已知的方法在制造技術(shù)方面費用高昂。特別是在大型電機中，定子通常配備所謂的雙層繞組，偶爾也配備單層繞組。為了使線圈寬度相同，習(xí)慣上，特別是在雙層繞組中，使齒和槽的寬度在定子的圓周上具有均勻的槽分布寬度，其中，所有齒和槽的寬度是統(tǒng)一的。而在具有三層或具有多個桶式線圈(Fa^ spulen)的單層繞組中，則通過對處在一個線圈組中的線圈的布置，在每個線圈組中形成一個所謂的雙倍極距，使每個線圈組中有一個所謂的極偶。在每個線圈組后面，在定子的圓周處都有一個其中未布置有線圈的區(qū)域。利用這種布置方式的特點，能改變定子圓周上的槽分布寬度，同時，線圈的寬度不必是不同的。使用這種方式能減小出現(xiàn)的齒槽力矩和擺錘力矩并改進磁感應(yīng)曲線(繞組因數(shù))的形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，減小在永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機中出現(xiàn)的齒槽力矩和/或擺錘力矩。本發(fā)明的目的通過一種永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機的定子來實現(xiàn)，其中，定子具有多個沿定子的軸向方向延伸的齒和槽，其中，沿定子的圓周布置有線圈組，其中，線圈組分別具有至少三個線圈，這些線圈沿圓周方向布置在直接彼此順次布置的槽中，其中，所有槽具有統(tǒng)一的槽寬度NB，其中，未布置在線圈組中間并且未布置在兩個沿定子的圓周方向直接彼此順次布置的線圈組之間的齒具有統(tǒng)一的齒寬度ZB，其中，在第一線圈組中間布置有第一中間齒，第一中間齒具有第一中間齒寬度MB,其中，定子具有第二線圈組,第一線圈組和第二線圈組沿圓周方向直接彼此順次布置，其中，在第一線圈組和第二線圈組之間布置有第一邊緣齒，第一邊緣齒具有第一邊緣齒寬度RB,其中，第一邊緣齒寬度RB基本上為RB=a · ZB，并且第一中間齒寬度MB基本上為MB= (2-a) · ZB，其中，因數(shù)a大于O且小于I。本發(fā)明的有利的設(shè)計方案由從屬權(quán)利要求中得出。
經(jīng)證實，因數(shù)a大于O且最大為O. 35是有利的。當(dāng)因數(shù)a大于O且最大為O. 35時，能使齒槽力矩和/或擺錘力矩特別顯著地減小。另外，經(jīng)證實，如果邊緣齒寬度和中間齒寬度在其余的線圈組中設(shè)計為與對于第一線圈組而言相應(yīng)地相同，則是有利的，其中，因數(shù)a在所有線圈組中是相同的，或者因數(shù)a在至少兩個線圈組中不同。如果因數(shù)a在所有線圈組中是相同的，則總體布局就會非常對稱，并且齒槽力矩和/或擺錘力矩會特別顯著地減小。如果因數(shù)a不統(tǒng)一，則能使定子的制造變得非常簡單。 此外，永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機可以例如是發(fā)電機或電動機，其中，發(fā)電機尤其可以設(shè)計為風(fēng)力發(fā)電機和尤其可以設(shè)計為直接驅(qū)動(風(fēng)輪直接與風(fēng)力發(fā)電機相連接，不需要中間連接的傳動裝置)的風(fēng)力發(fā)電機。


附圖中示出本發(fā)明的一個實施例并且在下文中對該實施例作進一步說明。圖中示出圖I示出根據(jù)本發(fā)明的永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機的示意圖，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的電機定子的剖面的示意性細(xì)部圖。
具體實施例方式圖I以示意性透視圖的形式示出根據(jù)本發(fā)明的永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機I。電機I在該實施例的范疇內(nèi)設(shè)計為發(fā)電機并且特別設(shè)計為風(fēng)力發(fā)電機。此處能發(fā)現(xiàn)，出于簡明性的目的而在圖I中僅示出了電機I的、對于理解本發(fā)明十分重要的元件。電機I具有轉(zhuǎn)子2，該轉(zhuǎn)子能圍繞電機I的旋轉(zhuǎn)軸線R旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子2在此包括電機I中的所有的能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R旋轉(zhuǎn)地布置的元件。轉(zhuǎn)子2具有轉(zhuǎn)子磁軛3，永久磁鐵布置在轉(zhuǎn)子磁軛上，其中，出于簡明性的目的而在圖I中以參考標(biāo)號示出了僅僅一個永久磁鐵4。在電機I的運行過程中，在本實施例的范疇中的轉(zhuǎn)子2圍繞位于電機I中心位置并且與電機I的環(huán)境相對靜止布置的定子5旋轉(zhuǎn)。因為轉(zhuǎn)子2包圍定子5布置，所以從專業(yè)特征角度來講，這種機器也稱為外轉(zhuǎn)子。因為轉(zhuǎn)子I具有能夠持續(xù)產(chǎn)生磁場來運行電機I的永久磁鐵，所以從專業(yè)特征角度來講，這種機器也稱為永久勵磁的或永久磁鐵勵磁的電機。因為電機I具有在電機I的運行過程中圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子2，所以這種機器也稱為旋轉(zhuǎn)電機。定子5具有多個沿軸向方向Z延伸的齒和槽，其中，出于簡明性的目的而在圖I中僅以參考標(biāo)號示出了齒7a，8a和9以及槽6a。在本實施例的范疇中，定子由沿軸向方向Z彼此順次布置的金屬片構(gòu)成。通常各個金屬片都具有電絕緣層、例如油漆層。通過對金屬片的形狀進行相應(yīng)的設(shè)計而形成各部分的齒和槽。定子的電線圈在槽中圍繞齒延伸，其中，出于簡明性的目的，圖中未示出對于理解本發(fā)明不起重要作用的線圈。在一般的永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機中，定子5的各個齒的寬度都是相同的。根據(jù)本發(fā)明，相對于定子的其它齒，通過有目的地增大和縮小某些齒的寬度，使得在電機I運行過程中出現(xiàn)的齒槽力矩和擺錘力矩減小。
此時能再次發(fā)現(xiàn)，即圖I為示意圖，其中例如特別是齒、槽和永久磁鐵的寬度、數(shù)量和尺寸，以及布置在定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙的大小與實際情況不相符。圖2以示意圖的形式示出定子5的剖面。出于簡明性的目的，定子5的剖面不是實際情況中的圓弧形，而是示意性地展開成為一個平面。線圈組沿定子5的圓周布置，其中，線圈組分別具有至少三個線圈。在圖2中示出由三個線圈R1，Tl和SI組成的第一線圈組10a、和由三個線圈R2，T2和S2組成的第二線圈組10b。圖中的線圈都只是象征性示出。第二線圈組IOb沿定子的圓周方向U直接跟在第一線圈組IOa后面布置。出于簡 明性的目的，圖2中僅使用參考標(biāo)號示出了槽6a和6d，其中，定子的所有槽都具有相同的槽寬度NB，也就是說具有統(tǒng)一的槽寬度NB。在本實施例的范疇中，第一線圈組10a，如前所述，具有線圈R1，Tl和SI，并且第二線圈組IOb具有線圈R2，T2和S2。線圈R1，如線圈Rl的符號所示地，在槽6a和6d中延伸，并且從而包圍著齒7a，7b和8a。相應(yīng)地，其余的線圈在相應(yīng)的線圈所屬的槽中延伸，如圖中的線圈符號所示。相電流R流過線圈Rl和R2，相電流T流過線圈Tl和T2，相電流S流過線圈SI和S2。在此，線圈組沿定子的圓周布置。如同已經(jīng)說明地那樣，在本實施例的范疇中，線圈組分別具有三個線圈。但也不是必定如此，一個線圈組也能具有三個以上的線圈。例如，每個線圈組能相應(yīng)地具有六個線圈，在這種情況下，相電流R流過前面兩個沿圓周方向U直接彼此順次布置的線圈，相電流T流過后面兩個沿圓周方向U直接彼此順次布置的線圈，并且相電流S流過再后面兩個沿圓周方向U直接彼此順次布置的線圈，于是，再次在總體上形成一個三相電流系統(tǒng)。齒7a，7b，8a，7c，7d和齒9屬于第一線圈組10a。齒7e，7f，8b，7g，7b和11屬于第二線圈組10b。布置在線圈組中間的齒在下文中稱為中間齒，并且布置在兩個沿圓周方向U直接彼此順次布置的線圈組之間的齒在下文中稱為邊緣齒。第一中間齒8a布置在第一線圈組IOa中間，并且第二中間齒8b布置在第二線圈組IOb中間。第一邊緣齒9布置在第一線圈組IOa和第二線圈組IOb之間。第二線圈組IOb沿定子的圓周方向U直接彼此順次布置在第一線圈組IOa后面。第二邊緣齒11布置在第二線圈組IOb和圖2中不再示出的第三線圈組之間。既不在線圈組中間又不在兩個沿定子的圓周方向直接彼此順次布置的線圈組之間的齒都具有相同的齒寬度ZB，也就是說，具有統(tǒng)一的齒寬度ZB。在本實施例的范疇中，齒7a，7b, 7c,7d，Te, 7f，7g和7h就是如此。齒7a，7b，7c，7d，Te, 7f，7g和7h具有統(tǒng)一的齒寬ZB。如前文所述，所有槽都具有相同的槽寬度NB，也就是說，具有統(tǒng)一的槽寬度NB。第一中間齒8a具有第一中間齒寬度MB,并且第一邊緣齒9具有第一邊緣齒寬度RB。在本實施例的范疇中，所有線圈組中的相應(yīng)的中間齒都具有相同的中間齒寬度MB，也就是說，具有統(tǒng)一的中間齒寬度MB。另外，所有邊緣齒都具有相同的邊緣齒寬度RB，也就是說，具有統(tǒng)一的邊緣齒寬度RB。在永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機的常用的定子中，所有齒和所有槽都具有統(tǒng)一的寬度。也就是說，等于一個齒的寬度與直接跟在這個齒后面的槽的寬度之和的所謂的槽分布寬度NTB在常用的定子中得出為以下關(guān)系式NTB =υ- =(I)
L 」ifJV其中，N表示槽的數(shù)量，U表示定子的周長，并且r表示定子的半徑。
根據(jù)本發(fā)明，為了減小齒槽力矩和/或擺錘力矩，將位于兩個沿圓周方向直接彼此順次布置的線圈組之間的齒的寬度縮小因數(shù)a，并將位于線圈組中間且包含邊緣齒的齒的寬度增大因數(shù)a，從而對槽的分配寬度進行調(diào)整。因此，相對于齒寬度ZB，第一邊緣齒9的第一邊緣齒寬度RB減小，并且根據(jù)減小的程度,第一中間齒8a的第一中間齒寬度MB增大。所以對于第一邊緣齒寬度RB有效的是以下關(guān)系式RB=a · ZB (2)并且對于第一中間齒寬度MB有效的是以下關(guān)系式MB= (2-a) · ZB (3)其中，因數(shù)a大于O且小于I。齒寬ZB在此符合于角度a i的圓弧長度，槽寬度NB符合于角度α2的圓弧長度，第一中間齒寬MB符合于角度Ci3的圓弧長度，且第一邊緣齒寬度RB符合于角度α4的圓弧長度(見圖1)，因此得出
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360°其中，r表示定子的半徑。定子的半徑r為從旋轉(zhuǎn)軸線R到齒的朝向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)的距離(見圖I)。相應(yīng)的角度指的是相應(yīng)的所屬的齒的朝向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)沿軸向方向Z延伸的邊棱與旋轉(zhuǎn)軸線R的夾角(見圖I)。第一中間齒8a的朝向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)在圖I中標(biāo)記為13，并且第一中間齒8a的朝向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)11的沿軸向方向Z延伸的邊棱在圖I中標(biāo)記為12a和12b。根據(jù)本發(fā)明減小了邊緣齒的寬度，并相應(yīng)地增大了中間齒的寬度，使線圈的寬度沒有發(fā)生變化。一個線圈組內(nèi)的線圈之間的間距也是相同的。于是，形成了與一般定子相同的對稱三相電流系統(tǒng)。槽寬度NB在此這樣選擇，即線圈配合地裝入槽中。如果因數(shù)a大于O且最大為O. 35，將特別顯著地減小出現(xiàn)的齒槽力矩和/或擺錘力矩。在本實施例的范疇中，其余線圈組的邊緣齒寬度和中間齒寬度相應(yīng)地與第一線圈組IOa相同，其中，所有線圈組的因數(shù)a相等。所以，第二中間齒Sb的中間齒寬度與第一中間齒8a的中間齒寬度相同，并且第二邊緣齒11的邊緣齒寬度與第一邊緣齒9的邊緣齒寬度相問。
可替換地，因數(shù)a的值在線圈組中可以是不同的。例如，第一線圈組IOa的因數(shù)a可以是O. 1，而第二線圈組IOb的因數(shù)可以是O. 2，于是，中間齒8a和Sb的寬度與邊緣齒9和11的寬度的值 不同。
權(quán)利要求
1.一種永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機(I)的定子，其中，所述定子(5)具有多個沿所述定子(5)的軸向方向(Z)延伸的齒(7a，8a，9)和槽(6a，6d)，其中，沿所述定子(5)的圓周布置有線圈組(10a，10b)，其中，所述線圈組(10a，IOb)分別具有至少三個線圈(R1，Tl，SI)，所述線圈沿圓周方向(U)布置在直接彼此順次布置的槽中，其中，所有槽具有統(tǒng)一的槽寬度NB，其中，未布置在所述線圈組(10a，10b)中間并且未布置在兩個沿所述定子(5)的所述圓周方向(U)直接彼此順次布置的線圈組(10a，IOb)之間的齒具有統(tǒng)一的齒寬度ZB，其中，在第一線圈組(IOa)中間布置有第一中間齒(8a)，所述第一中間齒具有第一中間齒寬度MB，其中，所述定子(5)具有第二線圈組(10b)，其中，所述第一線圈組和所述第二線圈組沿所述圓周方向(U)直接彼此順次布置，其中，在所述第一線圈組和所述第二線圈組之間布置有第一邊緣齒(9),所述第一邊緣齒具有第一邊緣齒寬度RB,其中，所述第一邊緣齒寬度RB基本上為RB=a ·ΖΒ，并且所述第一中間齒寬度MB基本上為MB= (2_a) ·ΖΒ，其中，因數(shù)a大于O且小于Io
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定子，其特征在于，所述因數(shù)a大于O且最大為O.35。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定子，其特征在于，所述邊緣齒寬度和所述中間齒寬度在其余的線圈組中設(shè)計為與對于所述第一線圈組(IOa)而言相應(yīng)地相同，其中，所述因數(shù)a在所有線圈組中是相同的，或者所述因數(shù)a在至少兩個線圈組中不同。
4.一種永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機，其中，所述電機設(shè)計為發(fā)電機或電動機，并且具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的定子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，所述發(fā)電機設(shè)計為風(fēng)力發(fā)電機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機(1)的定子，其中，在第一線圈組(10a)中間布置有第一中間齒(8a)，該第一中間齒具有第一中間齒寬度MB，其中，定子(5)具有第二線圈組(10b)，其中，第一線圈組和第二線圈組沿圓周方向(U)直接彼此順次布置，其中，在第一線圈組和第二線圈組之間布置有第一邊緣齒(9)，第一邊緣齒具有第一邊緣齒寬度RB，其中，第一邊緣齒寬度RB基本上為RB=a·ZB，并且第一中間齒寬度MB基本上為MB=(2-a)·ZB，其中，因數(shù)a大于0且小于1。本發(fā)明能減小在永久勵磁的旋轉(zhuǎn)電機(1)中出現(xiàn)的齒槽力矩和/或擺錘力矩。
文檔編號H02K3/28GK102906965SQ201080062615
公開日2013年1月30日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者阿克塞爾·默勒 申請人:西門子公司