CN100530894C - 具有减小的齿槽和波动转矩的无刷永磁电机及其制造方法 - Google Patents

具有减小的齿槽和波动转矩的无刷永磁电机及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100530894C
CN100530894C CNB2004100586334A CN200410058633A CN100530894C CN 100530894 C CN100530894 C CN 100530894C CN B2004100586334 A CNB2004100586334 A CN B2004100586334A CN 200410058633 A CN200410058633 A CN 200410058633A CN 100530894 C CN100530894 C CN 100530894C
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
motor
rotor
concern
raceway groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
CNB2004100586334A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1606210A (zh
Inventor
丹·M·约内尔
斯蒂芬·J·德林格尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Reb Electric Epc Co ltd
Original Assignee
AO Smith Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AO Smith Corp filed Critical AO Smith Corp
Publication of CN1606210A publication Critical patent/CN1606210A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100530894C publication Critical patent/CN100530894C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2726—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of a single magnet or two or more axially juxtaposed single magnets
    • H02K1/2733—Annular magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

一种包括定子和转子的电机。该定子包括多个定子齿部和具有设置在齿部上的紧密线圈的绕组。该绕组具有(m)个相位和(p)个磁极；其中(m)是大于或等于2的整数；(p)是大于或等于2的整数且是偶数。该转子具有包括磁化倾斜的磁化图案。在某些结构中，每个定子包括沿着与转子邻近的表面上的一个或多个沟道。该沟道可以是包括梯形形状或曲线形状的各种形状。

Description

具有减小的齿槽和波动转矩的无刷永磁电机及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有减小齿槽转矩(cogging)和波动(ripple)转矩的无刷永磁电机。
背景技术
电机，例如无刷永磁(BLPM)电动机，一般会遇到齿槽转矩和波动转矩的问题，这两个问题都会引起噪音和振动并可负面影响电机的起动性能。齿槽转矩和波动转矩部分的总和被称为电机脉动转矩。波动转矩的特征在于在传递到负载的转矩中的周期性变动，该负载是由转子磁场与定子电流磁通势(mmf’s)相互作用而引起的。齿槽转矩现出不均匀转矩，这是由于转子磁化和与定子的槽形状相关的气隙磁导(或磁阻)中的角变化相互作用而引起的。根据定义，定子磁动势(excitation)不包含在齿槽转矩的产生过程中。需要有一种电机来使齿槽转矩和波动转矩的影响最小并且表现出平稳的操作。另外，需要有一种电机，其具有可操作的转子以对于给定的电机机架提供多种额定功率或电机功率，并由此减少加工成本和备料(inventory)。而且，需要有一种电机，其易于配置成在相数和极数的不同组合下工作。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种具有电机额定输出功率的电机。该电机包括：可围绕一轴线旋转的轴；转子，其安装或耦合在所述轴上并随着所述轴旋转；以及定子，其包括一定子心和绕组。该转子被构造成包括与第一额定输出功率相关的第一转子部分和与第二额定输出功率相关的第二转子部分。该定子铁心被构造成当电机额定输出功率对应第一额定输出功率时与第一转子部分邻近地布置，当电机额定输出功率对应第二额定输出功率时与第二转子部分邻近地布置。
在另一个实施例中，本发明提供一种电机，该电机可设定成在多种模式中的一种下进行操作，该多种模式包括第一模式，其中电机包括第一电机额定输出功率；和第二模式，其中电机包括第二电机额定输出功率。第二电机额定输出功率不同于第一电机额定输出功率。所述电机包括：轴，其可围绕一轴线旋转；转子，其安装或耦合在所述轴上并随着所述轴旋转；定子，其包括一定子铁心和绕组。该转子在第一模式中为第一转子而在第二模式中为第二转子。第一转子具有对应于第一电机额定输出功率的第一转子长度和/或第一磁化图案。第二转子具有对应于第二电机额定输出功率的第二转子长度和/或第二磁化图案。所述定子铁心在第一模式中为第一铁心而在第二模式中为第二铁心。第一铁心具有对应于第一电机额定输出功率的第一铁心长度，第二铁心具有对应于第二电机额定输出功率的第二铁心长度。
在另一个实施例中，本发明提供一种电机，其具有：轴，其可围绕一电机轴线旋转；转子，其安装或耦合在所述轴上并随着所述轴旋转；定子，其包括多个定子齿部。每个定子齿部包括沿着与转子邻近的一表面的一个或多个槽。该槽包括梯形形状和曲线形状中的一种。
在另一个实施例中，本发明提供一种制造具有定子和转子的电机的方法。该方法包括的操作有：从多个额定输出功率中确定所想要的额定输出功率；确定定子的长度，该长度与所想要的额定输出功率相关；确定转子的长度，该长度与所想要的额定输出功率相关；制造定子；提供一磁化装置，该磁化装置被构造成将转子磁化成多个部分；制造转子。制造转子的操作包括当所想要的额定输出功率对应第一额定输出功率时磁化该转子以使其包含第一部分，和当所想要的额定输出功率对应第二额定输出功率时磁化该转子以使其包含第一部分和第二部分。
综上所述，本发明提供了一种电机，其包括：
定子，该定子包括多个定子齿部，所述定子齿部限定多个槽，定子齿部的数量由t表示，每个齿部包括两相邻槽之间的部分，所述部分具有宽度Wt，该定子还包括一个或多个绕组，该一个或多个绕组具有围绕该齿部设置的紧密线圈，并具有m个相位和p个磁极，该定子还包括具有径向宽度Wy的护铁部分，
其中t是整数，
    m是大于或等于2的整数，
    p是大于或等于2的整数且是偶数，
    所述径向宽度Wy满足关系1.5t/(2p)Wt≤Wy≤4.5t/(2p)Wt；和
转子，该转子具有包含2π/(mp)的磁化倾斜的磁化图案。
本发明还提供了一种制造电机的方法：
制造定子，该定子具有多个定子齿部，所述定子齿部限定多个槽，定子齿部的数量由t表示，其中t是整数，每个齿部包括两相邻槽之间的部分，所述部分具有宽度Wt，该定子还包括一个或多个绕组，该一个或多个绕组具有设置在该齿部上的线圈并包括m个相位和p个磁极，其中m是大于或等于2的整数，p是大于或等于2的整数且是偶数，该定子还包括具有径向宽度Wy的护铁部分，其中Wy满足关系1.5t/(2p)Wt≤Wy≤4.5t/(2p)Wt；
制造转子，其包括磁化该转子以使其具有包括2π/(mp)的磁化倾斜的磁化图案；
装配所述电机。
本发明还提供了一种电机，包括：
转子，可绕着轴转动；及
定子，其适于与所述转子磁性耦合，所述定子包括t个齿部，所述齿部限定多个槽并且具有相邻槽之间的宽度Wt的部分，该定子还包括具有布置在所述齿部周围的紧密线圈的一个或多个绕组，所述一个或多个绕组具有m个相位和p个磁极，以及具有径向宽度Wy的护铁部分，
其中t为大于或等于二的整数，
其中m为大于或等于二的整数，
其中p为大于或等于二的整数且是偶数，
其中t/p＝m/2或t/p＝m/4；并且
所述径向宽度Wy满足关系1.5t/(2p)Wt≤Wy≤4.5t/(2p)Wt。
本发明最后还提供了一种电机，包括：
转子；和
定子，其适于与所述转子磁性耦合，所述定子包括多个定子齿部，所述多个定子齿部包括
第一定子齿部，其包括第一自由端和非矩形的梯形形状的第一沟道，所述第一沟道布置在所述第一定子齿部的第一自由端处，以及
第二定子齿部，其包括第二自由端和非矩形的梯形形状的第二沟道，所述第二沟道布置在所述第二定子齿部的第二自由端处，其中所述定子还包括t个齿部，所述齿部限定多个槽并且具有相邻槽之间的宽度Wt的部分，其中所述定子还包括具有布置在所述齿部周围的紧密线圈的一个或多个绕组，所述一个或多个绕组具有m个相位和p个磁极，以及具有径向宽度Wy的护铁部分，
其中t为大于或等于二的整数，
其中m为大于或等于二的整数，
其中p为大于或等于二的整数且是偶数，
其中比率t/p等于比率m/2或比率m/4，并且
其中所述径向宽度Wy满足关系1.5t/(2p)Wt≤Wy≤4.5t/(2p)Wt。
本发明的其它方面通过考虑详细说明和附图将会更加明显而易见。
附图说明
图1为无刷永磁电机的定子和转子的部分分解图；
图2为图1的转子的一种结构的纵视图；
图3为图1的转子的另一种结构的纵视图；
图4为图1的转子的再另一种结构的纵视图；
图5为图1的转子的另一种结构的纵视图；
图6为可用于图1的电机中的定子铁心和转子的剖视图；
图7为可用于图1的电机中的部分定子铁心的部分剖视图；
图8为可用于图1的电机中的部分定子铁心的部分剖视图；
图9为可用于图1的电机中的部分定子铁心的部分剖视图；
图10a示出转子的纵视图与定子的纵剖视图的组合，该定子的铁心的长度与转子相同；
图10b示出转子的纵视图与定子的纵剖视图的组合，该定子的铁心的长度小于转子并且采用垫片来使定子和转子轴向对齐；
图11示出用于18-槽、12-磁极、3-相的电机的利用紧密线圈双层布置的定子绕组模式的一个实例；
图12示出用于18-槽、12-磁极、3-相的电机的利用紧密线圈单层布置的定子绕组模式的一个实例；和
图13示出用来限定转子上的磁化倾斜弧度(β)的几何体系的等轴侧视图。
具体实施方式
在具体描述本发明的所有实施例之前，应该理解的是本发明的应用不限于以下说明提出的和以下附图所表示的结构细节以及部件的布置。本发明的其它实施例能用各种方式来实现或实施。同样，应该理解的是这里所用的措辞和术语是为了描述，而不应认为是一种限制。在这里“包含”、“包括”、或“具有”及其改变的使用都意味着包含其后所列的项目及其等效物以及其它项目。术语“连接”、“耦合”和“安装”及其改变在这里广泛使用，除非另作说明，还包括直接或间接连接、耦合、和安装。此外，这里的术语“连接”、“耦合”和“安装”及其改变不只限于物理的和机械的连接或耦合。
图1为电机(例如电动机、发电机等)的一种构造的定子和转子的部分分解图。对于图1，电机是一种具有转子15和定子20的电动机10。转子15与轴17相耦合。一般而言，定子20接收电能，并响应于该电能而产生磁场。定子20的磁场与转子15的磁场相互作用以在轴17上产生机械能。以下的本发明涉及电动机10，但是本发明不限于电动机10。
转子15包括位于转子铁心30表面上的交替极性的多个磁极25。转子铁心30包括叠片(例如磁性钢叠片)、和/或固体材料(例如固体磁性钢心)、和/或压缩粉末材料(例如磁钢的压缩粉末)。转子15的一种结构包括布置在转子铁心30上的一片永磁(例如硬磁)材料。转子15的另一种结构可包括附着(例如用粘合剂)在铁心30周围的多条永磁材料。永磁材料可由磁化装置磁化以提供多个交替磁极。另外，磁条的数目可以不同于转子磁极的数目。转子15还有一种结构包含设置在转子铁心30内的永磁材料块。
本发明的描述不限于转子15的特定的机械结构、几何形状或位置。例如，图1示出的转子15位于定子内并通过一径向气隙与定子分离。在其它结构中，转子15可径向设置在定子20外面(也即，该电机为外转子式机器。)
减少齿槽转矩和波动转距的一种方法是使磁极25的磁化相对于定子20倾斜。另外，也可将定子20的齿部相对于转子磁化倾斜。转子磁化倾斜(magnetization skew)的最佳弧度取决于电机拓扑结构和特定的机械设计。如图1-5所示，转子15的“磁化”指的是沿着转子15长度方向上的线状图案(line pattern)31，该线状图案描绘了转子铁心30上的交替磁极25。即使本发明的转子15可以包括任何数目的交替磁极25，但为了简单起见，图2-5仅示出了一个沿着转子15的线状图案。
图13所示是与定义转子磁化倾斜有关的几何概念。磁化倾斜的弧度可定义为弧度(β)，由面向气隙的转子表面上的纵线32和33(见图2)之间的弧度来测量，所述气隙将定子和转子分离。
图2为转子15的一种结构的示意图，该转子15沿着其旋转转轴线50被分成多个轴向部分55(例如70、71和72)。轴向部分55的数目可以变化，在本发明中无限制。轴向部分55指的是转子15用虚线60区分的部分。虚线60指的是转子15上的多个位置，在该些位置磁化图案31的倾斜方向发生改变。转子15的一种结构包括沿着每个轴向部分55基本带有相同的磁化倾斜弧度((β))的交替磁极，从而产生人字式磁化。每个轴向部分55的长度可以改变。每个轴向部分55的磁化倾斜的弧度通常是相同的以确保磁极的连续性，并且选择以使齿槽转矩和波动转距最小。但是，外侧轴向部分(在图5中由95和100表示)可具有一个不同的磁化倾斜弧度，下文将对此进行描述。
转子的设计(例如长度和磁化图案)与所想要的额定输出功率(例如，以马力为单位的额定功率或额定转距和额定速率)有关，其中所想要的额定输出功率是定子和转子的轮廓(profile)的多个额定值(rating)之一。这里，定子和转子的横断面轮廓指的是定子铁心105和转子15的剖面几何图形。例如，图6所示为本发明的定子铁心105和转子15的一种结构的轮廓。在一种结构中，电机10通过改变定子铁心的长度(例如层叠的叠片的数目)并利用定子铁心105的相同轮廓来提供多个额定输出，该定子铁心105与转子15轴向部分55的各个组合相互进行磁性作用。本发明在这方面减少了加工(tooling)成本和备料(inventory)。在某些结构中，为了匹配电源条件、期望的额定输出、其它设计要求例如铜填充系数，当通过设计来改变定子层叠长度时，绕组模式(winding pattern)保持相同而圈数和线圈尺寸改变。
一种在转子15上提供人字形磁化图案的方法(见图1)包括磁化装置(magnetizer)和磁化夹具(magnetizing fixture)的使用。通常，一种具有特定长度转子15的电机需要一种特定的磁化夹具。本发明的转子15允许将相同的磁化装置和磁化夹具用于多个额定输出功率(out power rating)，由此减少加工成本。
图2示出包括三个轴向部分70、71和72的转子15的一种结构。定子20与三个轴向部分70、71和72中的一个或多个相互作用从而为电机的轮廓(profile)提供多个额定输出。第一轴向部分70包括与第一倾斜方向对齐的磁极，第二轴向部分71包括与第二倾斜方向对齐的磁极，第三轴向部分72包括与第一倾斜方向对齐的磁极。第二轴向部分71与第一定子20相互作用从而为电机的轮廓提供最小额定功率(例如，二分之一马力输出)。第一和第二轴向部分70和71的结合与第二定子20相互作用从而为电机的轮廓提供中间额定功率(例如四分之三马力输出)。所有三个轴向部分70、71和72的结合与第三定子20相互作用从而为电机的轮廓提供最大额定功率(例如一个马力输出)。相对于下面将给出的其它结构的描述，转子15的这种结构沿着转子在倾斜方向上变化较少，这样磁化夹具包括更简单且精确的磁化图案。制造相同长度和磁化倾斜弧度(β)的第一轴向部分70和第三轴向部分72，有助于具有电机轮廓的最大额定值的电机的轴向磁对称性。但是，采用图2所示的转子15结构，特征为在电机10轮廓内包括数量与可能额定输出的数量相同的轴向部分，未必能保证中间额定输出的电机的轴向对称性。
图3为转子15的另一种结构的示意图。图3所示的结构特征为在电机轮廓内包括数量等于可能额定输出的数目的双倍的轴向部分。例如，如图3所示，转子15包括六个轴向部分75、76、77、78、79和80，这六个轴向部分可操作以提供三个额定输出功率。第三和第四轴向部分77和78与第一定子20相互作用从而为电机的轮廓提供最小额定值(例如，二分之一的马力输出)。第二、第三、第四、和第五轴向部分76、77、78和79的结合与第二定子20相互作用从而为电机的轮廓提供中间额定值(例如四分之三的马力输出)。所有轴向部分75、76、77、78、79和80与第三定子20相互作用从而为电机的轮廓提供最大额定值(例如一个马力输出)。上述的第一、第二和第三定子20包括相同轮廓的定子铁心105、但该定子铁心的长度(例如叠片的数目)不同从而提供所想要的输出功率。
图4为本发明的转子15的另一种结构的示意图。这种结构的特征在于电机轮廓内的轴向部分的数量等于可能输出额定值的数量的双倍减一。例如，图4示出包括五个轴向部分85、86、87、88和89的转子，其中五个轴向部分可操作以提供三个额定输出功率。第三轴向部分87与第一定子20相互作用从而为电机的轮廓提供最小额定值(例如二分之一马力输出)。第二、第三和第四轴向部分86、87和88的结合与第二定子20相互作用从而为电机的轮廓提供中间额定值(例如四分之三马力功率输出)。所有五个轴向部分85、86、87、88和89的结合与第三定子20相互作用从而为电机的轮廓提供最大额定值(例如一个马力的输出)。轴向部分85、86、87、88和89的每一个可具有不同的长度。上述的第一、第二和第三定子20包括轮廓相同的定子铁心105，但定子铁心的长度(例如叠片的数量)可以不同从而提供所想要的输出功率。
图3和4所示的本发明的结构为通过设计改变轴向部分的长度提供更多自由度并提高电机的轴向对称性。在图3所示的转子结构中，如果第一和第六轴向部分75和80、第二和第五轴向部分76和79、第三和第四轴向部分77和78分别具有相等的长度和磁化倾斜弧度，那么电机的轴向对称性得到提高。在图4所示的转子结构中，如果第一和第五轴向部分85和89、第二和第四轴向部分86和88分别具有相等的长度和磁化倾斜弧度，那么电机的轴向对称性得到提高。在图5所示的转子结构中，如果第一和第六轴向部分95和100、第二和第五轴向部分96和99、第三和第四轴向部分97和98分别具有相等的长度和磁化倾斜弧度，那么电机的轴向对称性提高。
转子15设计的一种结构包括与第一输出功率(P 1)(例如，二分之一马力输出)相关的第一一个或多个轴向部分。第一个或多个轴向部分55具有第一长度(L1)，将该第一长度(L1)除以用于电机轮廓的最大额定功率(Pm)的转子的最大长度(Lm)得到的比率，其处于额定功率的比率(P1/Pm)的3/4至3/2倍的范围内，优选地处于额定功率的比率(P1/Pm)的3/4到5/4倍的范围内。这个功率比率和长度比率的范围为设计者提供了，通过综合平衡一方面是电机的大小和成本，另一方面是电机的效率，为期望的额定输出功率进行设计的自由度。转子15也可包括与电机轮廓的中间额定功率(Pi)(例如二分之一马力输出)有关的第二个或多个轴向部分。第二个或多个轴向部分具有第二长度(Li)，该第二长度包括第一长度。第二个或多个轴向部分的第二长度除以转子的最大长度(Lm)的比率为额定功率比率(Pi/Pm)的3/4至3/2倍，优选为额定功率比率(Pi/Pm)的3/4至5/4倍。
给定电机轮廓的轴向部分的总数和额定功率的总数在本发明中不限制。所以，一般而言，转子15的设计包括与第一额定输出功率(Px)(例如二分之一马力输出、3/4马力输出等)相关的一个或多个轴向部分。一个或多个轴向部分55具有第一总长度(Lx)。由用于电机轮廓的最大额定功率(Pm)的转子的最大长度(Lm)除一个或多个轴向部分55的第一总长度Lx得到的比率，是额定功率比率(Px/Pm)的3/4至3/2倍，优选为额定功率比率(Px/Pm)的3/4至5/4倍。
除了减少齿槽转矩(cogging)和波动转矩，磁化倾斜的弧度也影响电机10的特定转矩输出(例如，给定电流的每单位轴向长度的转矩)。一般而言，转矩输出或额定功率随着磁化倾斜弧度的增加而降低。减少磁化倾斜弧度可以增加每轴向长度的电机转矩输出。因此，以增加齿槽转矩(cogging)和波动转矩为代价，减少磁化倾斜的弧度允许缩短转子15的轴向长度并保持电机10的期望输出功率。缩短转子15的轴向长度降低了材料成本。
图5示出了转子15的另一种结构，该转子15包括具有基本相等的磁化倾斜弧度的内部部分96、97、98和99，以及磁化倾斜弧度比该内部部分96、97、98、99的磁化倾斜稍小的外侧部分95和100。该内部部分96、97、98、99包括相同的磁化倾斜弧度从而增加连续性和对称性。外侧部分95和100具有小的磁化倾斜弧度(β)从而通过使用所有六个轴向部分95、96、97、98、99和100来增加电机的输出功率。
对于上述的图2-5，输出功率的值和数量可以改变并且不限制本发明。此外，与一个或轴向部分55的结合相关的输出功率之间的增量差异(incremental difference)可被改变并且不限制本发明。
在本发明的一种结构中，电机包括具有如图2-5中之一所示的多个轴向部分的转子15。该转子15为机器轮廓提供多个输出功率。电机的此种结构使用与改变输出功率的电机中相同的转子15，由此减少零件数(part count)和利用相同的电机轮廓来产生不同输出功率的电机所需的备料。
在电机的另一种结构中，当电机期望的输出功率小于利用相同的定子铁心轮廓所产生的机器的最大额定输出功率时，不存在转子15的一个或多个轴向部分55。例如，对于期望输出功率为二分之一马力的电机而言，图2的转子轴向部分70和72不是必要的。电机的这种结构允许采用相同的磁化装置磁化机器轮廓内的具有一定范围输出功率的转子15。此外，这种结构减少了转子15的材料浪费(例如图2的70和72)。
定子20的各种设计可用来与上述的及在图2-5所示的转子15的每种结构相互作用。以下是对本发明的一种结构的描述，该结构包括从定子20径向设置的转子15。参照图1，定子20包括具有多个定子齿部110和定子绕组112的定子铁心105。在一种结构中，定子心105包括许多磁性钢片或或板的层叠。在另一种结构中，定子铁心105由固态块状磁性材料，例如磁钢的压实粉末形成。定子绕组112包括设置在槽120(图6)内的围绕多个齿部110的导体。可以采用本领域技术人员公知的其它结构和类型的定子铁心105和定子绕组112，并且不限制本发明。
流过定子绕组112的电流产生一磁场，该磁场与转子15的磁化相互作用从而将转矩提供给转子15和轴17。电流可以是(m)相交流电(AC)，其中(m)是大于或等于2的整数。电流可具有各种类型的波形(例如方波，准正弦波(quasi-sine)等)。定子绕组112接收来自电气驱动电路(未示出)的电流。电气驱动电路的一种结构包括控制器和反相器(inverter)，该反相器具有一个或多个功率电子开关(power electronic switch)(例如MOSFET，IGBT)以便改变依赖各种电机操作参数(例如速度、负载、转子位置等)的流至绕组的电流。为了确定转子15的位置，在某些结构中控制电路包括传感器(例如霍尔效应装置，编码器等)，从而为控制电路提供表示转子位置的信号。可选择地，控制电路可经由通常所指的一种无传感器控制(sensorless control)来判断转子位置。这种电气驱动电路可包括本领域技术人员公知的其它部件和电路结构，并且不限制本发明。
图6所示为在一个电动机结构中使用的垂直于轴线50的电机剖视图(图6未示出定子绕组112)。定子铁心105包括多个定子齿部110、槽120、护铁部分(back iron portion)115。多个定子槽120的每个接收一个或多个定子线圈，该定子线圈的组合构成定子绕组112。定子绕组接收多相电流，其中相位数目(m)为大于或等于2的整数。定子齿部110的数量(t)与槽120的数量相等，且为整数。槽120由相邻定子齿部110之间的间隔来限定。在一种结构中，转子15通过将转子铁心30上的三个弧形磁铁26固定而产生。其它转子设计和结构也可如前面所述。磁化装置用于在转子15上产生(p)个与定子20相互作用的交替磁极，其中(p)为大于或等于2的偶数(也即可被2整除)。定子铁心105中齿部与磁极数量的比率(t/p)等于(m/2)或(m/4)。
具有上述结构的定子芯105(见图6)可用于设计和制造具有各种(m)电气相位、绕组112和具有磁极(p)的转子的电机，其中绕组112由紧密线圈(见图11和12中的绕组模式)。例如，具有相同横截面轮廓并且具有(t)个定子齿部110的定子铁心105原则上可用来生产具有(m)相位或(km)的增数相位的电机。为了保持相同的比率(t/p)，磁极的数量可以减少至(p/k)，所以(k)可以使得(p/k)是大于或等于2的偶数的任意整数。可选择地，相位数可以从(m)减至整数(m/k)，其中(k)是使得(m/k)是大于或等于2的整数的任意整数。为了保持相同的比率(t/p)，磁极数可增至(kp)。
为了向定子20提供(m)对称的电相位，在每个相位内，该相位的紧密线圈相连接，从而以(4π/(mp))的弧度的机械角设置连续相位。对于任何数量(m)的相位，齿部的数量(t)和磁极的数量(p)被设计成其比率(t/p)等于(m/2)或(m/4)。所以每磁极每相位的齿部数量(t/p/m)为一设计常数，分别等于1/2或1/4，因此对于恒量的气隙磁负载(例如磁通密度)，每个齿部的磁通量保持不变。所以，可以最优设计定子齿部110以用于任何数量的相位。
在所述机器的某些结构中，一般希望护铁部分115(见图6)在近似相同于齿110的磁负载处操作。为了使磁负载均衡，护铁部分115的最小宽度可等于每个磁极的齿部的数量与齿部宽度的乘积值的一半。护铁的最小宽度(Wy)被限定为槽120的顶部与一圆之间的最小距离，该圆的中心位于旋转轴线50上，其半径等于旋转轴50与来自定子铁心105外表面的任何平面之间的最小距离(见图6)。每个磁极的齿部数量(t/p)可以是整数或分数。对护铁部分115的最小宽度的限制包括可制造性和所增的磁通势降(mmf drop)以及与护铁磁通密度有关的铁耗。对于用增加的相位数(m)的一种设计，通过设计来减少磁极数量(p)从而为给定的叠片保持恒定的比率(t/p)。通过设计来降低磁极数量(p)导致磁极间距增加，以及对于相同气隙磁负载，护铁部分115中的磁通密度增加。通过设计来降低磁极数量(p)，还可导致给定转速的电机的磁场的基频降低，并且限制护铁部分115中的铁损。考虑上述参数的有限元分析表明，护铁部分115宽度为每个磁极的齿部数量(t/p)除以2在乘以齿部宽度(Wt)的积的(3/2-9/2)倍。(between(11/2-41/2)times the product of number of teech perpole(t/p)divided by 2and times the tooth width(wt))。
定子绕组112的一种结构包括双层布置的紧密线圈(图11)，该线圈围绕每个齿部设置(也即，线圈具有1个槽的节距)。在该双层布置中，每个槽由两个线圈边共享，每个线圈边属于不同的线圈和相位。共享一槽的两线圈边可并排或一个在另一个之上地设置。图11所示为18-槽、12-磁极、3-相位绕组的双层绕组模式的一个实例。根据如上所设定的规则，对于给定的定子铁心和具有紧密线圈的绕组以及双层模式，为了使所述电机以任何数量(m)的相位和任何数量(p)的磁极来操作，其中(t/p)等于(m/2)或(m/4)，可通过设计来更改线圈连接、每个线圈的匝数以及导线尺寸。
绕组112的另一种结构包括单层布置的紧密线圈(图12)，该线圈围绕每隔一个的齿部设置(也即，线圈具有1个槽的节距并且仅围绕半数的齿部而设置)。在该单层布置中，每个槽仅包含一个线圈边。图12所示为18-槽、12-磁极、3-相位的绕组的单层绕组模式的一个实例。根据如上所设定的规则，对于给定的定子铁心和具有紧密线圈的绕组以及单层模式，为了使所述电机以任何数量(m)的相位和任何数量(p)的磁极来操作，其中(t/p)等于(m/2)或(m/4)，通过设计来更改线圈连接、每个线圈的匝数以及导线尺寸。与具有紧密线圈的双层绕组相比较，具有紧密线圈的单层绕组仅具有半数线圈，但是每个相位端部绕组一般要长些。
定子20的相绕组以电弧度角(2π/m)或机械弧度角(4π/(mp))对称且等距离地分布。流过定子绕组的电流的对称(m)相系统产生一磁通势(mmf)，该磁通势具有(p/2)机械级(mechanical order)的空间电力基谐波。该mmf还包括电力次数为(2km-1)和(2km+1)的空间谐波，其中k是大于或等于1的整数。当电机联接到负载时，该mmf谐波引起波动转矩，这是上文所述的不希望有的机械特征。mmf谐波的振幅随着其谐波级的降低而增加。较低级的mmf谐波(2m-1)和(2m+1)的振幅可以很大，且它们的减少确保了电机的平稳操作。
采用简单的紧密绕组，根据前面的描述建立减少mmf谐波的传统部件，例如短节矩(short-pitching)的绕组都是没用的。而是，确定和实施最佳的磁化倾斜来减少mmf谐波和波动转矩，以及齿槽转矩(cogging torque)。
第v电力次数(electrical order)的mmf空间谐波的倾斜(skewfactor)系数由等式(ksv＝4sin(vpβ/4)/(vpβ))给定，其中磁化倾斜的弧度(β)用面向气隙的转子表面上的弧度来测量(见图2)。如果正弦函数的辐角满足等式(vpβ/4＝nπ)，其中(n)为大于或等于零的整数，那么谐波完全被消除。对于电力次数为(v＝2km-1)的mmf谐波，前面的等式与(β＝4nπ/(p(2km-1)))等效，而对于电力次数为(v＝2km+1)的mmf谐波，前面的等式与(β＝4nπ/(p(2km+1)))等效。为了增加(n)和/或(k)的值，两个数组(4nπ/(p(2km-1)))和(4nπ(p(2km+1)))收敛为(2π/(pm))。
所以，为了减少(2km-1)和(2km+1)次的mmf空间谐波，电机10的一种结构包括定子20和转子15，在该定子20中每个磁极的定子齿部110的比率(t/p)等于(m/2)，该转子15包括利用面向气隙的转子表面上的弧度测量的磁化倾斜弧度(β＝2π/(pm))。电机10的另一种结构包括定子20和转子15，在该定子20中每个磁极的定子齿部110的比率(t/p)等于(m/4)，该转子15包括利用面向气隙的转子表面上的弧度测量的磁化倾斜弧度(β＝2π/(pm))。
一种典型的用于提供具有紧密线圈的双层定子绕组的制造工艺包括使用针状或枪状卷绕器。为了使卷绕器被插入槽120内，定子的槽120的显著较大的开口向着气隙是有益的。
一种典型的用于提供具有紧密线圈的单层定子绕组的制造工艺包括使用插入式卷绕器。为了将导体插入槽中，显著较大开口的定子槽120是需要的。本领域公知的提供定子20的定子绕组112的其它类型和工艺也可被使用。
槽120相对较大的开口分别使针状卷绕器的插入和绕组导体的插入更容易。对自动卷绕制造来说是节约成本的适当大的槽120开口，包括比1/6的齿距大的范围。齿距是相邻齿部110的中心线135(见图7-9)之间的距离。槽120促使转子15和定子20之间气隙的导磁性发生变化。气隙导磁性的变化与转子15的磁场相互作用从而引起齿槽转矩(cogging torque)。如上所述，齿槽转矩是不希望的电机特征，通过减少气隙导磁性的变化可使其最小，同时仍然保持适于体积制造工艺的适当大的槽口。
图7、8和9所示为定子铁心105的一种结构，该定子铁心105包括定子齿部110中的“模型(dummy)”沟道130。该模型(dummy)沟道130减小了振幅，并且对于某种电机设计，如下文即将示出的，可以增加齿槽转矩的频率。每个模型(dummy)通道130的形状和尺寸通过设计来改变，从而与转子位置比较提供更对称的齿槽转矩的变化。定子20的结构包括一个适当的铁心105，该铁心105的每个齿部110具有一个或两个模型(dummy)沟道130。当然，本发明的定子20可包括多个模型(dummy)通道130并且不限制本发明。
定子20的槽120的等效(equivalent)开口的数量包括槽120的数量和模型(dummy)沟道130的数量(见图7-9)。通过在每个齿部110的自由端增加数量为(d)的模型(dummy)沟道130，其中(d)是大于或等于0的整数，面对气隙的等效槽开口的数量从(t)增加至([d+1]t)。齿槽转矩的频率等于等效槽开口数([d+1]t)和磁极数(p)的最小公倍数。
当(t/p＝m/2)，数学归纳法证明如下：
  相位(m)   磁极(p)  模型(dummy)沟道(d)   齿槽频率(Hz)
  2k   2j   1   mp
  2k+1   2j   0或1   mp
  2k+1   2j   2   3mp
其中(k)和(j)是大于或等于1的整数。在上述的每种情况下，由面向气隙的转子表面上的纵线32和33之间的弧度(见图13)测量的磁化倾斜的弧度(p)等于(2π/(mp))，引起齿槽转矩和波动转矩的减少。
当(t/p＝m/2)，数学归纳法证明如下：
  相位(m)   磁极(p)  模型(dummy)沟道(d)   齿槽频率(Hz)
  2k+1   4j   0或1   mp
  2k+1   4j   2   3mp
其中(k)和(j)是大于或等于1的整数。在上述的每种情况下，由面向气隙的转子表面上的纵线32和33之间的弧度(见图13)测量的磁化倾斜的弧度(β)等于(2π/(mp))，引起齿槽转矩和波动转矩的减少。
图7所示为定子齿部110的一种结构，该定子齿部110包括模型(dummy)沟道130，该模型(dummy)沟道130具有位于齿部110中间并与齿部中心线135一致的中心线。在图7的结构中，模型(dummy)沟道130一般为梯形并由沟道的顶宽(Wn)、沟道的底宽(Wb)和侧角(α)来表征。槽开口的宽度(Wo)被设计成实现定子绕组的经济制造以及并且使齿槽转矩较低的最小值。槽开口的高度(ho)、模型(dummy)沟道的尺寸(Wn)、(Wb)和(α)设计为从磁性和机械的角度使所述电机最优化。
电磁场的有限元分析表明图7的沟道130的结构，控制了齿尖中磁饱和的局部水平(local level)，改变了气隙的磁导性，减少了齿槽转矩，并相对于转子位置提高了齿槽转矩变化的对称性，其中该沟道的顶宽(Wn)范围为(0.5Wo)≤(Wn)≤(1.5Wo)，底宽(Wb)范围为(0.3Wo)≤(Wb)≤(1.2Wo)，侧角(α)范围为(30°)≤(α)≤(135°)。所以，在电机中明显减少＝齿槽转矩，此外，该电机的转子磁化以前面所描述的最佳倾斜弧度(β)倾斜。
图8所示为定子齿部110的第二种结构，该定子齿部110具有两个模型(dummy)沟道130。模型(dummy)沟道这样定位使得它们的中心线137以三个近似相等长度的间距来分割槽距，该槽距包含在两相邻槽的中心线136之间。在图8的结构中，模型(dummy)沟道130一般为梯形并且由沟道的顶宽(Wn)、沟道的底宽(Wb)、侧角(α)以及另一个侧角(γ)来表征。槽开口的宽度(Wo)被设计成实现定子绕组的经济制造以及使得齿槽转矩较低的最小值。槽开口的高度(ho)、模型(dummy)沟道的尺寸(Wn)、(Wb)、(α)和(γ)被设计成从磁性和机械的角度使所述电机最优化。
电磁场的有限元分析表明图8的沟道130的结构，控制了齿尖中磁饱和的局部水平(local level)，改变了气隙的磁导，减少了齿槽转矩，并提高了齿槽转矩变化相对于转子位置的对称性，其中该沟道的顶宽(Wn)范围为(0.5Wo)≤(Wn)≤(1.5Wo)，底宽(Wb)范围为(0.3Wo)≤(Wb)≤(Wo)，侧角(α)和(γ)的范围为(30°)≤(α)≤(90°)和(30°)≤(γ)≤(90°)。所以，在电机中明显减少齿槽转矩，此外，该电机的转子磁化以前面所描述的最佳倾斜弧度(β)倾斜。对于每齿部110有两个模型(dummy)沟道130的定子30结构而言，空间限制可限制侧角(α)和(γ)的值以使其等于或小于90度。
图9所示为具有两个曲线状模型(dummy)沟道130的定子齿部的另一结构。模型通道这样设置从而它们的中心线137以三个近似相等长度的间距来分割槽距，该槽距包含在两相邻槽的中心线136之间。面对气隙的模型(dummy)沟道130的开口等于槽120的开口(Wo)。曲线形状沿着圆的弧，该圆的中心位于各个模型(dummy)沟道的中心线上，并且直径大于或等于(Wo)的3/4并且小于或等于(Wo)的3/2。这种形状和尺寸的模型(dummy)沟道减少了齿槽转矩并提高了制造定子叠片用的冲压模的耐用性。
已经描述了电机的结构，现在将描述装配一种结构的电机的方法。可以想象的是该方法可针对其它结构进行改变。此外，可以想象的是不是以下进行的操作都是必需的，其中一些操作可以更改，或者操作的顺序可以改变。
设计者提供具有多个交替磁极的转子15。该转子15沿着纵轴线50被分成多个部分。该多个部分可包括与第一额定输出功率(例如二分之一马力)有关的第一部分，与第二额定输出功率(例如四分之三马力)相关的第二部分，与第三额定输出功率(例如一个马力)相关的第三部分。
每个部分被划分成一个或多个轴向部分55(例如图2中的轴向部分70、71和72)。每个轴向部55包括与电机的第一、第二和第三额定输出功率相关的交替磁极的各个磁化倾斜弧度(β)。该磁化倾斜弧度(β)在面向气隙的转子表面上测量，如图2所示。磁化装置用来磁化转子的轴向部分。这种构造转子15的方法允许使用共同的磁化装置来为电机的多个期望额定输出功率磁化转子，由此减少加工成本。在电机的一种结构中，提供期望额定输出功率不需要的端轴向部分55没有包含在转子15中，所以也减少了材料成本。在另一种结构中，转子15的所有轴向部分55(例如与期望输出额定功率相关和不相关的部分)可保留在转子15的组合中。例如，如果根据所想要的输出功率来说，来自不必需的端轴向部分的转子材料成本比仅减小转子尺寸的备料(inventory)取得的成本节约小，那么该第二种结构是有利的。
利用均匀轮廓的定子20，设计者确定与转子15相互作用的定子铁心105的长度从而提供所想要的额定输出功率。例如，采用叠层结构的定子铁心105，设计者选择磁性材料叠片的层叠长度，从而提供所想要的额定输出功率。定子铁心105缠绕有针对电力供给条件、定子铁心长度、转子长度、和所想要的电机输出功率设计的绕组。制造操作员将定子20与转子15对齐，从而使定子铁心105的轴向中心线与转子15的轴向中心线一致，且没有由于定子-转子不对齐(见图10a)出现侧拉轴向力。参照图10b，如果转子15包括与所想要的额定输出功率无关的其他端轴向部分(例如75和80)，那么可增加附加的端轴向垫片(spacer)150来帮助定子铁心105与转子15对齐。例如，参照图3和10b，如果所想要的输出额定功率是四分之三马力，定子20将与轴向部分76、77、78和79对齐。两个垫片150分别用来覆盖与所想要的四分之三马力电机无关的转子15的轴向部分75和80。在一个均匀的壳体中，端部垫片可增强电机的装配支撑力。垫片150的轴向长度可随着上述的转子15和定子20的结构而改变。
这样，本发明尤其提供一种具有减小的齿槽效应和波动转矩的电机。本发明的各种特征和优点将在所附的权利要求书中阐述。

Claims (34)

1.一种电机，其包括：
定子，该定子包括多个定子齿部，所述定子齿部限定多个槽，定子齿部的数量由t表示，每个齿部包括两相邻槽之间的部分，所述部分具有宽度Wt，该定子还包括一个或多个绕组，该一个或多个绕组具有围绕该齿部设置的紧密线圈，并具有m个相位和p个磁极，该定子还包括具有径向宽度Wy的护铁部分，
其中t是整数，
m是大于或等于2的整数，
p是大于或等于2的整数且是偶数，
所述径向宽度Wy满足关系1.5t/(2p)Wt≤Wy≤4.5t/(2p)Wt；和
转子，该转子具有包含2π/(mp)的磁化倾斜的磁化图案。
2.如权利要求1所述的电机，其特征在于：所述一个或多个绕组包括线圈的布置，其中相位的数量m和磁极的数量p与该布置相关。
3.如权利要求1所述的电机，其特征在于：m＝2k+1及p＝2j，其中k和j是大于或等于1的整数，并且每个定子齿部的自由端包括沿着与转子邻近的表面的两个沟道。
4.如权利要求3所述的电机，其特征在于：每个沟道为梯形形状。
5.如权利要求3所述的电机，其特征在于：每个沟道为曲线形状。
6.如权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个定子齿部包括具有沿着与转子邻近的表面的沟道的第一定子齿部和第二定子齿部，每个沟道为梯形形状。
7.如权利要求6所述的电机，其特征在于：每个沟道的梯形形状包括：与转子邻近的开口，该开口的宽度为Wb；距离所述表面一定深度的宽度Wn的底；以及与该底成侧角α的一对侧边。
8.如权利要求7所述的电机，其特征在于：所述定子限定所述第一定子齿部和第二定子齿部之间的槽开口，所述槽开口的宽度为Wo。
9.如权利要求8所述的电机，其特征在于：Wn满足关系0.5Wo≤Wn≤1.5Wo。
10.如权利要求8所述的电机，其特征在于：Wb满足关系0.3Wo≤Wb≤1.2Wo。
11.如权利要求8所述的电机，其特征在于：α满足关系30°≤α≤135°。
12.如权利要求8所述的电机，其特征在于：Wn满足关系0.5Wo≤Wn≤1.5Wo，Wb满足关系0.3Wo≤Wb≤1.2Wo，α满足关系30°≤α≤135°。
13.如权利要求8所述的电机，其特征在于：所述第一定子齿部和第二定子齿部都包括沿着与转子邻近的表面上的第二沟道，其中每个第二沟道为梯形形状。
14.如权利要求13所述的电机，其特征在于：Wn满足关系0.5Wo≤Wn≤1.5Wo。
15.如权利要求13所述的电机，其特征在于：Wb满足关系0.3Wo≤Wb ≤1.2Wo。
16.如权利要求13所述的电机，其特征在于：α满足关系30°≤α≤90°。
17.如权利要求13所述的电机，其特征在于：Wn满足关系0.5Wo≤Wn≤1.5Wo，Wb满足关系0.3Wo≤Wb≤1.2Wo，α满足关系30°≤α≤90°。
18.如权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个定子齿部包括具有沿着与转子邻近的表面上的第一沟道和第二沟道的第一定子齿部和第二定子齿部，每个沟道为梯形形状。
19.如权利要求18所述的电机，其特征在于：每个沟道的梯形形状包括：与转子相邻的开口宽度为Wb的开口；距离所述表面一定深度的宽度为Wn的底；与该底成侧角α的第一侧边；以及与该底成侧角γ的第二侧边。
20.如权利要求19所述的电机，其特征在于：所述定子限定所述第一定子齿部和第二定子齿部之间的槽开口，所述槽开口宽度为Wo。
21.如权利要求20所述的电机，其特征在于：Wn满足关系0.5Wo≤Wn≤1.5Wo。
22.如权利要求21所述的电机，其特征在于：Wb满足关系0.3Wo≤Wb≤1.2Wo。
23.如权利要求21所述的电机，其特征在于：α满足关系30°≤α≤90°，γ满足关系30°≤γ≤90°。
24.如权利要求21所述的电机，其特征在于：Wn满足关系0.5Wo≤Wn≤1.5Wo，Wb满足关系0.3Wo≤Wb≤1.2Wo，α满足关系30°≤α≤90°。
25.如权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个定子齿部的每个都具有与转子邻近的自由端，其中所述多个定子齿部包括第一定子齿部和第二定子齿部，所述第一定子齿部和第二定子齿部两者都具有位于所述第一定子齿部和第二定子齿部的每个的自由端的第一沟道和第二沟道，所述第一沟道和第二沟道为曲线形状。
26.如权利要求25所述的电机，其特征在于：每个沟道包括开口宽度为Wo的开口。
27.如权利要求26所述的电机，其特征在于：所述定子限定所述第一定子齿部和第二定子齿部之间的槽开口，所述槽开口的宽度为Wo。
28.如权利要求26所述的电机，其特征在于：每个曲线形状具有一个中心线，其中每个曲线形状沿着一个圆的一段弧行进，该圆的中心在所述中心线上。
29.如权利要求28所述的电机，其特征在于：所述圆的直径d满足关系0.75Wo≤d≤1.5Wo。
30.一种制造电机的方法：
制造定子，该定子具有多个定子齿部，所述定子齿部限定多个槽，定子齿部的数量由t表示，其中t是整数，每个齿部包括两相邻槽之间的部分，所述部分具有宽度Wt，该定子还包括一个或多个绕组，该一个或多个绕组具有设置在该齿部上的线圈并包括m个相位和p个磁极，其中m是大于或等于2的整数，p是大于或等于2的整数且是偶数，该定子还包括具有径向宽度Wy的护铁部分，其中Wy满足关系1.5t/(2p)Wt≤Wy≤4.5t/(2p)Wt；
制造转子，其包括磁化该转子以使其具有包括2π/(mp)的磁化倾斜的磁化图案；
装配所述电机。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于：制造所述定子包括形成第一叠片和第二叠片，并且制造所述定子还包括形成定子铁心，该定子铁心的形成包括耦合第一叠片和第二叠片。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于：制造所述定子包括在每个齿部的自由端形成沟道，且制造所述定子还包括在所述铁心上设置一个或多个绕组，其中相位数m和磁极数p满足关系m＝2k+1及p＝2j，其中k和j是大于或等于1的整数。
33.一种电机，包括：
转子，可绕着轴转动；及
定子，其适于与所述转子磁性耦合，所述定子包括t个齿部，所述齿部限定多个槽并且具有相邻槽之间的宽度Wt的部分，该定子还包括具有布置在所述齿部周围的紧密线圈的一个或多个绕组，所述一个或多个绕组具有m个相位和p个磁极，以及具有径向宽度Wy的护铁部分，
其中t为大于或等于二的整数，
其中m为大于或等于二的整数，
其中p为大于或等于二的整数且是偶数，
其中t/p＝m/2或t/p＝m/4；并且
所述径向宽度Wy满足关系1.5t/(2p)Wt≤Wy≤4.5t/(2p)Wt。
34.一种电机，包括：
转子；和
定子，其适于与所述转子磁性耦合，所述定子包括多个定子齿部，所述多个定子齿部包括
第一定子齿部，其包括第一自由端和非矩形的梯形形状的第一沟道，所述第一沟道布置在所述第一定子齿部的第一自由端处，以及
第二定子齿部，其包括第二自由端和非矩形的梯形形状的第二沟道，所述第二沟道布置在所述第二定子齿部的第二自由端处，其中所述定子还包括t个齿部，所述齿部限定多个槽并且具有相邻槽之间的宽度Wt的部分，其中所述定子还包括具有布置在所述齿部周围的紧密线圈的一个或多个绕组，所述一个或多个绕组具有m个相位和p个磁极，以及具有径向宽度Wy的护铁部分，
其中t为大于或等于二的整数，
其中m为大于或等于二的整数，
其中p为大于或等于二的整数且是偶数，
其中比率t/p等于比率m/2或比率m/4，并且
其中所述径向宽度Wy满足关系1.5t/(2p)Wt≤Wy≤4.5t/(2p)Wt。
CNB2004100586334A 2003-07-24 2004-07-26 具有减小的齿槽和波动转矩的无刷永磁电机及其制造方法 Expired - Lifetime CN100530894C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/625,926 2003-07-24
US10/625,926 US6940198B2 (en) 2003-07-24 2003-07-24 Brushless permanent magnet machine with reduced cogging and torque ripple and method of producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1606210A CN1606210A (zh) 2005-04-13
CN100530894C true CN100530894C (zh) 2009-08-19

Family

ID=33490889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100586334A Expired - Lifetime CN100530894C (zh) 2003-07-24 2004-07-26 具有减小的齿槽和波动转矩的无刷永磁电机及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (3) US6940198B2 (zh)
EP (1) EP1501168A3 (zh)
CN (1) CN100530894C (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013170672A1 (zh) * 2012-05-17 2013-11-21 深圳市大富科技股份有限公司 一种集中绕组电机、发电机及电动机
CN105324916A (zh) * 2013-04-08 2016-02-10 乌本产权有限公司 同步发电机-极组

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4270942B2 (ja) * 2003-05-29 2009-06-03 株式会社日立製作所 電動機
US6940198B2 (en) * 2003-07-24 2005-09-06 A. O. Smith Corporation Brushless permanent magnet machine with reduced cogging and torque ripple and method of producing the same
US7247964B2 (en) * 2003-07-24 2007-07-24 A.O. Smith Corporation Electrical machine with magnetized rotor
US6867525B2 (en) 2003-07-24 2005-03-15 A.O. Smith Corporation Brushless permanent magnet machine with axial modules of rotor magnetization skew and method of producing the same
US7382076B2 (en) * 2003-10-21 2008-06-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Spindle motor
JP4269953B2 (ja) * 2004-01-23 2009-05-27 株式会社デンソー 回転電機
FR2887697B1 (fr) * 2005-06-28 2010-11-19 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique tournante possedant des moyens de reduction de pertes
US7301310B2 (en) * 2005-08-24 2007-11-27 Honeywell International, Inc. Excitation controlled synchronous permanent magnet machine
FR2890798A1 (fr) * 2005-09-13 2007-03-16 Valeo Equip Electr Moteur Stator de machine electrique tournante polyphasee du type alternateur ou alterno-demarreur
US7550892B2 (en) * 2005-10-03 2009-06-23 Ut-Battelle, Llc High slot utilization systems for electric machines
DE102006003598A1 (de) * 2006-01-25 2007-08-09 Siemens Ag Permanenterregte Synchronmaschine
US7779532B2 (en) * 2006-02-28 2010-08-24 Nidec Servo Corporation Manufacturing method of hybrid permanent magnet type electric rotating machine
US7725227B2 (en) 2006-12-15 2010-05-25 Gm Global Technology Operations, Inc. Method, system, and apparatus for providing enhanced steering pull compensation
TWI343689B (en) * 2006-12-28 2011-06-11 Delta Electronics Inc Permanent magnet rotary structure of electric machinery
CN101222154B (zh) * 2007-01-12 2010-07-28 台达电子工业股份有限公司 永磁电机的转动结构
JP2009033927A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Jtekt Corp ブラシレスモータ
US20090046421A1 (en) * 2007-08-15 2009-02-19 Richard Sohaney System and Method for Reducing Information Handling System Cooling Fan Noise
US7808148B2 (en) * 2007-09-11 2010-10-05 Remy International Stator winding assembly and method
US20090167104A1 (en) * 2008-01-02 2009-07-02 Dunn Randy B Stackable brushless DC motor
US20090236920A1 (en) * 2008-03-18 2009-09-24 Delphi Technologies Inc. Systems and methods involving opitmized motors
KR101028129B1 (ko) * 2008-12-26 2011-04-08 주식회사 동희산업 유체펌프용 브러쉬리스모터
US7741750B1 (en) * 2008-12-29 2010-06-22 Tesla Motors, Inc. Induction motor with improved torque density
CN102025248B (zh) * 2009-09-18 2014-03-12 德昌电机(深圳)有限公司 用于电动交通工具的动力系统的电机
US8069555B2 (en) * 2010-02-18 2011-12-06 Tesla Motors, Inc. Manufacturing method utilizing a dual layer winding pattern
ES2444770T3 (es) * 2010-04-13 2014-02-26 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Motor eléctrico
JP4725684B1 (ja) * 2010-08-10 2011-07-13 株式会社安川電機 発電機および風力発電システム
US8916999B2 (en) * 2011-01-01 2014-12-23 Asmo Co., Ltd. Motors containing segment conductor coils
JP2014107951A (ja) * 2012-11-28 2014-06-09 Hitachi Automotive Systems Ltd モータ
US20150076955A1 (en) * 2013-09-16 2015-03-19 Nidec Motor Corporation Dual-out stator lamination for outer rotor motor
CN103532337A (zh) * 2013-10-25 2014-01-22 肖俊东 永磁直线电机及其永磁体阵列组件、永磁电机及其部件
CN104953737B (zh) * 2014-03-26 2019-03-22 德昌电机(深圳)有限公司 一种永磁无刷电机
GB201413008D0 (en) * 2014-07-23 2014-09-03 Black & Decker Inc A range of power tools
JP6561733B2 (ja) * 2015-09-30 2019-08-21 アイシン精機株式会社 回転電機
US20170279326A1 (en) * 2016-03-24 2017-09-28 Ming-Chang Lee Silicon steel sheet for motor
CN106160383A (zh) * 2016-07-19 2016-11-23 中国第汽车股份有限公司 一种用于新能源车的集中绕组内置式永磁同步电机
US11005312B2 (en) * 2016-11-21 2021-05-11 Unison Industries, Llc Skewed stator designs for hybrid homopolar electrical machines
US11005313B2 (en) * 2016-11-21 2021-05-11 Unison Industries, Llc Skewed rotor designs for hybrid homopolar electrical machines
CN110495073B (zh) * 2017-03-31 2021-11-26 日本电产株式会社 定子、马达以及电动助力转向装置
US11967871B2 (en) 2017-09-15 2024-04-23 University Of Utah Research Foundation Cogging-torque actuator
CN108880026B (zh) * 2018-07-26 2024-08-16 珠海格力电器股份有限公司 电机转子、电机
DE102018126570A1 (de) * 2018-10-25 2020-04-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Rotor
JP2022076655A (ja) * 2020-11-10 2022-05-20 セイコーエプソン株式会社 アキシャルギャップモーター、及びラジアルギャップモーター
CN219779878U (zh) * 2023-01-29 2023-09-29 北京三快在线科技有限公司 一种外转子电机

Family Cites Families (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US37576A (en) * 1863-02-03 Improvement in bee-hives
US107290A (en) * 1870-09-13 Improvement in seaming the ends of metallic roofing-plates
US17493A (en) * 1857-06-09 Self-acting wagon-brake
US3382A (en) * 1843-12-20 Machine bob
US33709A (en) * 1861-11-12 Improved horseshoe
US89243A (en) * 1869-04-20 Improved refrigerator
US158521A (en) * 1875-01-05 Improvement in uniting handles to sad-irons
US2333538A (en) * 1941-08-22 1943-11-02 Westinghouse Electric & Mfg Co Induction motor with open-slot rotor windings
US3809990A (en) * 1972-07-27 1974-05-07 Warner Electric Brake & Clutch Electric motor adapted for both stepping and continuous operation
US3979618A (en) * 1973-05-02 1976-09-07 Siemens Aktiengesellschaft Two layer winding for electric machines
DE2526564C2 (de) 1975-06-13 1985-03-07 Gerhard Berger GmbH & Co KG Fabrik elektrischer Geräte, 7630 Lahr Schrittmotor mit fünf Statorwicklungen
US4112319A (en) * 1976-12-23 1978-09-05 Sigma Instruments, Inc. Synchronous motor with heterogeneously pitched teeth
GB1603969A (en) 1977-05-26 1981-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Rotary electrical machine
DE3008212C2 (de) * 1980-03-04 1985-06-27 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Verfahren zur Herstellung von Statorwicklungen für Dreiphasen-Drehstromgeneratoren
US4404486A (en) * 1980-12-24 1983-09-13 General Electric Company Star connected air gap polyphase armature having limited voltage gradients at phase boundaries
US4385250A (en) * 1981-01-12 1983-05-24 Compumotor Corporation Synchronous motor having gradual edge effect
US4475051A (en) 1982-08-27 1984-10-02 International Business Machines Corporation Low inertia high torque variable reluctance motor
SE442368B (sv) * 1983-12-21 1985-12-16 Ems Electronic Motor Systems Reluktansmotor av kommuteringstyp
KR920000717B1 (ko) 1984-07-25 1992-01-20 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼 영구자석전기
EP0170741A1 (en) * 1984-08-06 1986-02-12 Japan Servo Co. Ltd. Stepping motor with a rotor
US4874975A (en) 1984-11-13 1989-10-17 Digital Equipment Corporation Brushless DC motor
US4638195A (en) 1985-02-11 1987-01-20 Lin Ted T Multiple-pole stepping motor
US5173651A (en) 1985-06-28 1992-12-22 Kollmorgen Technologies Corporation Electrical drive systems
US4642502A (en) * 1986-04-24 1987-02-10 General Motors Corporation Dynamoelectric machine with permanent magnet and magnet mounting surface arrangement
US4758752A (en) 1987-03-12 1988-07-19 Leenhouts Albert C High-speed hybrid step motor
JPS63302740A (ja) * 1987-06-01 1988-12-09 Hitachi Ltd 回転電機用固定子鉄芯
US4933584A (en) 1988-12-22 1990-06-12 General Electric Company Electronically commutated motor having skewed magnetics
US5086245A (en) 1990-03-06 1992-02-04 S1 Montevideo Technology, Inc. Brushless DC motor slotted tooth lamination
US4983867A (en) 1990-06-28 1991-01-08 Japan Servo Co., Ltd. Hybrid-type stepping motor
US5034642A (en) * 1990-08-30 1991-07-23 Emerson Electric Co. Permanent magnet rotor and motor
US5250867A (en) 1991-11-20 1993-10-05 General Electric Company Permanent magnet brushless DC motor having reduced cogging
JP3182196B2 (ja) 1992-02-27 2001-07-03 オリエンタルモーター株式会社 ３相ハイブリッド形ステッピングモータ
JP3071064B2 (ja) 1992-04-20 2000-07-31 日本サーボ株式会社 永久磁石式ステッピングモ−タ
US5444316A (en) 1992-07-31 1995-08-22 Ishikawajima Harima Heavy Industries Co., Ltd. Hybrid stepping motor, driving method for the same and coil winding method for the same
US5306976A (en) 1993-01-29 1994-04-26 General Electric Company Motor and stationary assembly therefor having end caps and overlapping film slot insulation
US5773908A (en) 1993-02-22 1998-06-30 General Electric Company Single phase motor with positive torque parking positions
USRE37576E1 (en) 1993-02-22 2002-03-12 General Electric Company Single phase motor with positive torque parking positions
JP2740893B2 (ja) 1993-11-01 1998-04-15 日本サーボ株式会社 永久磁石式ステッピングモータ
US5523637A (en) 1994-04-28 1996-06-04 Ford Motor Company Permanent magnet electrical machine with low reluctance torque
JP3431991B2 (ja) 1994-05-02 2003-07-28 オークマ株式会社 同期電動機
JP2733824B2 (ja) 1995-04-19 1998-03-30 日本サーボ株式会社 ２相式永久磁石回転電機
DE19633209A1 (de) 1995-08-28 1997-03-06 Papst Motoren Gmbh & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des sogenannten Nutruckens bei einem Elektromotor
JPH1042531A (ja) * 1996-05-24 1998-02-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電動機
JP3131403B2 (ja) 1997-04-07 2001-01-31 日本サーボ株式会社 ステッピングモータ
US5847479A (en) 1997-04-15 1998-12-08 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Self-pressure-balanced hydrodynamic bearing spindle motor
JPH1198791A (ja) * 1997-09-16 1999-04-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ブラシレスｄｃモータ
JP3392737B2 (ja) 1997-11-12 2003-03-31 日本サーボ株式会社 ３相ステッピングモータとその駆動方法
JP3952346B2 (ja) * 1998-05-20 2007-08-01 株式会社デンソー 回転電機及びその製造方法
US6548981B1 (en) * 1999-02-10 2003-04-15 Sony Corporation Actuator
JP2001314050A (ja) * 2000-04-27 2001-11-09 Sony Corp Ａｃサーボ・モータ
IT1320322B1 (it) 2000-04-28 2003-11-26 Filippis Pietro De Motore brushless a magneti permanenti.
JP3691345B2 (ja) 2000-05-25 2005-09-07 三菱電機株式会社 永久磁石型電動機
KR100388386B1 (ko) * 2000-11-28 2003-06-25 주식회사 만도 차량용 파워 스티어링 시스템의 반력장치
JP2002272081A (ja) 2001-01-04 2002-09-20 Japan Servo Co Ltd ハイブリッド形ステッピングモータ
US20030033709A1 (en) 2001-08-08 2003-02-20 Bradfield Michael Duane High slot-fill stator
US6867524B2 (en) * 2003-06-04 2005-03-15 Ford Global Technologies, Llc Rotor skew methods for permanent magnet motors
US6940198B2 (en) * 2003-07-24 2005-09-06 A. O. Smith Corporation Brushless permanent magnet machine with reduced cogging and torque ripple and method of producing the same
US6867525B2 (en) * 2003-07-24 2005-03-15 A.O. Smith Corporation Brushless permanent magnet machine with axial modules of rotor magnetization skew and method of producing the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013170672A1 (zh) * 2012-05-17 2013-11-21 深圳市大富科技股份有限公司 一种集中绕组电机、发电机及电动机
CN105324916A (zh) * 2013-04-08 2016-02-10 乌本产权有限公司 同步发电机-极组
US10483814B2 (en) 2013-04-08 2019-11-19 Wobben Properties Gmbh Synchronous-generator pole stack

Also Published As

Publication number Publication date
US20050242681A1 (en) 2005-11-03
US20050017589A1 (en) 2005-01-27
EP1501168A2 (en) 2005-01-26
US20060232155A1 (en) 2006-10-19
US7098567B2 (en) 2006-08-29
CN1606210A (zh) 2005-04-13
US6940198B2 (en) 2005-09-06
US7183687B2 (en) 2007-02-27
EP1501168A3 (en) 2007-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100530894C (zh) 具有减小的齿槽和波动转矩的无刷永磁电机及其制造方法
US7307366B2 (en) Brushless permanent magnet machine with axial modules of rotor magnetization skew and method of producing the same
US7247964B2 (en) Electrical machine with magnetized rotor
CN201107842Y (zh) 盘式开关磁阻电机
Ostovic Pole-changing permanent-magnet machines
US6064132A (en) Armature structure of a radial rib winding type rotating electric machine
CN100576700C (zh) 旋转电机
WO2016115722A1 (zh) 一种永磁同步电机
US6211595B1 (en) Armature structure of toroidal winding type rotating electric machine
EP1804365A2 (en) Permanent magnet excited transverse flux motor with outer rotor
US20040239199A1 (en) Dual-rotor, radial-flux, toroidally-wound, permanent-magnet machine
EP2259411A1 (en) Rotating electrical machine
US20070138894A1 (en) Rotor assembly for use in line start permanent magnet synchronous motor
JP2000197325A (ja) リラクタンスモ―タ
Oyama et al. Novel switched reluctance motor with segment core embedded in aluminum rotor block
US20080093950A1 (en) Polyphase Claw-Pole Machines With a Segmented Magnetic Circuit
CN1520005A (zh) 变频轮毂电机
CN110661456A (zh) 电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机
CN107612258B (zh) 一种永磁同步电机
Nord et al. Vertical electrical motor using soft magnetic composites
CN216162490U (zh) 转子及具有其的电机
CN109768681B (zh) 一种永磁齿轮复合电机
CN201667594U (zh) 一种24极三相异步电动机
Banchhor et al. Effects of Inset-Magnet Depth on the Performance of Axial-Flux PM BLDC Machine
KR100624796B1 (ko) 전동기

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: REGAL BELOIT EPC, INC.

Free format text: FORMER OWNER: A. O. SMITH CORPORATION

Effective date: 20111128

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20111128

Address after: Wisconsin

Patentee after: Reb Electric EPC Co.,Ltd.

Address before: Wisconsin

Patentee before: A. O. SMITH Corp.

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20090819