CN101116233B - 减小电机中的谐波 - Google Patents

Abstract

在本发明中，电机定子的槽或磁极的位置可以变化，以便于减小由定子绕组所产生的谐波以及由这些谐波造成的震动。在本发明中，根据所述定子槽和/或磁极的新设置位置来限定一个形状函数。转换函数用于将所述槽设置位置叠加到等距定子开槽设置。在本发明的一个实施例中，所述转换函数为正弦函数之和，并相对于所述槽之间的距离而言幅值很小。

Description

减小电机中的谐波

技术领域

本发明涉及电机，尤其是涉及减小电机中的谐波以及由这些谐波引起的不良影响。

背景技术

电机用于将电能转化成机械能。在通常结构的电机中，可以分辨出配设有轴进行旋转的转子、定子、轴承和端罩等基本零件。转子可由所述轴承支撑。通常在转子和定子之间留有小的气隙。

多相同步和异步电机等多相交流旋转设备的操作是基于在其内部循环的交变磁场。多相定子绕组形成得可以馈给所述相位绕组一个正弦电压，在移相时该电压以一个360/m的角度彼此馈给所述绕组，其中m为相的数量，电流经由定子绕组，在所述设备的气隙内产生交变的磁场，所述磁场和转子绕组的磁场相互作用，从而使转子旋转。所述同步设备的转子绕组中的磁场通常由永磁铁或将直流电馈给转子的激励绕组而形成。异步设备中转子绕组的励磁通常通过转子绕组内由定子电流的磁通感应的电压和电流来完成。

这样就可以尽可能地将所述气隙的磁通密度分配为正弦形式。所述转子的旋转通过所述磁通密度的基本正弦波来实现，但实际上，所述作用电机的磁场还可以包含谐波成分，例如所述纯正弦波(pure wave)的谐波分量。

所述磁通密度的谐波会在定子和转子之间导致额外的应力分量。而且，在电机中会产生扭矩波动(扭矩脉动)量度和额外的损耗。如果所述包含谐波的磁场所产生的应力波动频率和形式与电机的固有频率相接近，则因所述谐波会使设备产生较大的噪音和震动。进而，约束震动是可行的。在约束震动中，尽管所述激励的频率和设备的固有频率不同，但仍要在引起震动的元件上施加应力。此外，谐波会导致测量和保护设备的误操作，从而产生过电压和过载。

在三相电机中，仅有磁场的奇次谐波成分产生。现有技术试图利用分数节矩绕组，槽楔(slot wedge)，磁铁的分散移动，以改变定子的基本绕组将谐波的影响最小化。但是在现代电机中，所述应力成分的频率为电机电流频率的6倍和12倍，这些应力产生的噪音和震动还是很明显的，所述应力成分尤其是由磁通密度的第五、第七、第十一和第十三谐波项产生。

在旋转的电力设备中，由于定子和转子边缘上绕组不连续和所述气隙磁导的波动，所以在所述气隙磁通密度中产生谐波分量。定子绕组通常集中在槽和线圈组内，此时所述气隙内的磁通势不是正弦分布。定子和转子的开槽、突极和磁饱和以及其他因素都可以导致所述气隙的磁导波动。电机磁场的谐波可被分为转子产生的谐波和定子产生的谐波。

其他旋转场设备中还会产生扭矩脉动，但以下特别论述永磁同步电机，该电机可以是轴向磁通或径向磁通设备。在轴向磁通设备中，该设备气隙的磁通主要位于该设备的主轴方向。另一方面在径向磁通设备中，所述设备气隙的磁通主要是经由所述主轴的径向方向。

举例来说，专利申请US2004/0070300论述了减小永磁铁设备转子的扭矩脉动。在该申请的技术方案中，通过对磁极塑形并歪斜它们的位置，使得转子磁铁产生的磁场尽可能地设成正弦形式。例如，专利公开US6380658和US5886440还陈述了减小转子产生的扭矩脉动的技术方案。现有技术还包括通过分散设置磁铁来减小转子产生的扭矩脉动。

Y.Akiyama等人撰写的论文“Slot Ripple of Induction Motor and FEMSimulation on Magnetic Noise”(IEEE IAS第31届年会会议文集，美国圣迭戈，1996，644-651页)中记载了随意设置转子槽。该论文记载了通过非等距分配转子槽来减小感应电机的磁噪音。记载有三种不同的转子开槽原则(方法A、B、C)。在方法A、B中，转子槽完全是任意设置的。模拟结果显示电机非常容易在薄齿处产生饱和。在方法C中，转子的开槽位置将所述边缘分成四份。在每一个四分之一部分，槽之间的距离都是恒定的。在相邻的四分之一部分之间设有小的位移。关于相互干涉部分，转子A给出了最好的结果。

如上所述，扭矩脉动还可以由定子产生，这是定子周向的电流不连续分布导致的谐波和定子开槽导致的气隙磁导波动两者的结果，对此，所述公开内容均没有给出解决方案。

现有技术的方案试图利用分数节距绕组或利用斜槽来减小定子电流分布所造成的谐波。分数节距绕组可以消除某一顺序的槽谐波，但它不可能对开槽谐波产生作用。斜槽还可以将磁导更等距地分布在所述边缘上，但是利用斜槽却会使电机的制造更复杂，而且会减小电机的输出扭矩。所熟知的是在槽口处利用磁槽楔可以减小开槽所产生的磁导波动。通过槽楔，可以使磁导波动更加平稳，并可以减小某些谐波的幅值。举例来说，专利公开FI112412记载了一种制造电机绕组的方法。在该方法中，绕组线圈在设置在这种槽内之前形成最终形状。随后，这些绕组线圈搭接在一起，一个线圈设在槽的底部，而另一个线圈设置在所述线圈的顶部。此外，在该方法中，所述槽在设置绕组线圈之后被铁磁体槽楔所封闭。相比没有槽楔的电机，通过这种槽楔和利用分数节距绕组，谐波成分就可以衰减到大约四分之一大小。

专利公开US6285104记载了一种用于减小扭矩脉动的方案，其中在定子槽内设置了不同数量的导体，以使得以正弦形式馈给每一个槽的电流矢量尽可能地形成和其他槽的电流矢量相类似。在该方法中，定子槽的宽度由槽内导体数量来确定。所述方法还记载了在相对定子的周向上移动所述转子磁铁。这种方案的一个缺陷就是使定子和定子绕组的制造工艺更复杂困难。

在现有技术中，例如专利公开WO9826643的记载，可以抑制电机内产生的机械震动。根据该公开，第二电压被馈给电机的电源，它的频率是基本频率的某个倍数。该频率取决于相的数量和每一相的定子槽数量。

基于专利FI950145，这是一种以下列方式将轴向电机的磁心(定子)制造为圆柱形板叠(stack of plate)的现有技术。带状铁磁板可螺旋地或环形地卷成圆柱形板叠。在卷成滚筒之前，计算所述板叠上定子槽的精确位置，并利用专用冲压开槽设备在所述板处于平直面上时冲压开槽。这种冲压位置并不是等距设置的，因为在卷曲过程中绕着所述板叠的中心轴线累积的所述板的质量半径不断变化。当所述板叠完全卷曲时，板叠中的定子槽就位于所需的位置上并具有所需的深度，而且所述槽的侧壁也是平滑的。

这种现有技术的问题就是利用现有的方法并没有更好地抑制谐波引起的震动和噪音。例如，在使用电梯时，仍然可以观察到电机中扭矩脉动所产生的震动带来电梯轿箱的震动和突然跳动。此外，由谐波产生的这种噪音还会减小乘客的舒适度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机，其中由定子绕组和定子开槽导致的谐波要小于现有技术中的电机，而因谐波造成的对所述电机操作的副作用被最小化。

本发明的方法的特征在于，所述电机包括转子；定子；和用于转子和定子的支撑结构；以及用于传递电机旋转运动的输出装置，其中定子具有多个槽和/或磁极，以及所述方法包括将线圈布设于所述槽中，其特征在于，在所述方法中，所述槽和/或磁极以偏离等距分布的方式设置，且该方法进一步包括以下阶段：确定转换函数，该转换函数包括正弦函数或若干正弦函数之和；通过针对相应于等距开槽的槽和/或磁极的设置位置与所述转换函数的值进行求和来确定表征所述槽和/或磁极的设置位置的形状函数；形成定子，其中所述槽和/或磁极根据所述形状函数来定位。

本发明电机的特征在于具有定子(22、26、30、50、52、54、60)，在定子上具有多个槽(31、40、42、44、51、53、55、65)和/或磁极(61)，且线圈布设在所述槽中；转子(20、24、33)；和用于转子和定子的支撑结构；以及传递电机的旋转运动的输出装置，其特征在于，所述多个槽(31、40、42、44、51、53、55、65)和/或磁极(61)以偏离等距分布的方式设置在所述定子上，使得所述槽(31、40、42、44、51、53、55、65)和/或磁极(61)的定位从等距定位的偏离由转换函数形成，而量值与转换函数的值相同，该转换函数包括正弦函数或若干正弦函数之和。

一些创造性实施例也在本发明申请的说明书和附图中进行了探讨。本申请的创造性内容还可以进行不同的限定，而不仅仅是在下面权利要求书中所表达的那样。这些创造性内容还可以包括多个单独的发明，尤其是根据明示或者暗含的子任务或者从所实现的优势或者优势类别来考虑本发明的时候。在这种情况下，包含在下面权利要求书中的一些特征，从单独的创造性概念来看，可能是冗余的。结合其他实施例，各种实施例的特征可以适用于基本的创造性概念框架内。应用到方法和设备中的特征也可以彼此相结合，从而使本发明的设备包括与本发明方法相结合的特征，反之亦然。但是，和所述方法相结合的程序性阶段不必与和所述设备相结合的这些应用相结合，而是还可以更加普遍。

根据本发明的方法用于形成一种电机，所述电机包括转子；定子；和用于转子和定子的支架结构；以及将旋转运动传递出电机的输出件，使得定子槽或可能含有槽的磁极铁芯以与等距分布不同的设置定位设置在定子边缘上。定子槽和/或磁极铁芯的设置方法可以称为定子槽和/或定子磁极的分散设置。以非等距间隔设置所述槽和/或磁极的目的是减小定子绕组和定子开槽所引起的谐波(harmonics)，从而实现减小电机的震动、噪音和损失。根据本发明开槽的定子还可以称为VSP(可变槽节矩)定子。从等距设置的偏离优选地在定子不同部分之间遵循特定的对称性。根据本发明形成的电机可以为轴向磁通电机，其中电机的定子通过将带状铁磁性板绕着板叠的中心轴线卷成圆柱形板叠而制成，并且在所述方法中，在卷曲所述板叠之前，利用冲压机在所述板上冲压凹口以形成所述槽。

在本发明的电机中，多个定子槽和/或磁极铁芯以偏离等距分布的设置形式设置在定子边缘上。优选地，在定子的一部分上如此实施自等距分布的偏离，使得位于该部分上的所述槽和/或磁极从等距分布设置的偏离基本上与所述定子上另一部分的偏离相对称。本发明创造性理念还包括制造定子的方法，其中所述定子的磁极和/或槽根据本发明的方法分散设置。所述槽例如可以由冲压来制成，换句话说就是利用适于开孔的器械在所述板上冲出凹口。制造定子的一种方法是在平面铁磁性板上冲压出槽，随后将所述板螺旋地卷成板叠。

根据本发明方案的一个优点是，所述电机定子所产生的谐波可以甚至被抑制到等距分布开槽的十分之一。通过这种方式，借助于本发明，电机相比现有技术可以具有较低的震动和噪音，并具有更小的动力损失，产生更平稳的扭矩。可以使用所有现有装备和技术来制造本发明电机绕组和线圈，这是因为与等距设置相比定子结构的改变非常小，以致于它们不会影响所述线圈或绕组的制造工艺。因此，从电机操作的观点来看为重要的磁场的基波实际上保持不变。而相反，对于三相设备来说，从震动和噪音的角度来看，谐波中最关键的第五、第七、第十一和第十三谐波项的幅值被显著减小了。

附图说明

图1是设有永磁体转子的现有径向磁通设备的实例；

图2是设有永磁体转子的现有轴向磁通设备的实例；

图3是根据现有技术带槽的定子和转子架的截面视图；

图4表明根据现有技术的展开成平面的定子边缘的一部分；

图5a是设有等距分布开槽的现有定子架的截面图；

图5b是根据本发明的展开成平面的设有开槽的定子架一部分的截面图；

图5c是根据本发明设有开槽的定子架的截面视图；

图6示出了根据本发明可以改变的参数的示意简图。

具体实施方式

根据本发明的方法用于形成一种电机，所述电机包括转子；定子；和用于转子和定子的支撑结构；以及用于传递电机旋转运动的输出件，其中定子为多个槽和/或磁极，所述多个定子槽和/或定子磁极以不同于等距分布的方式定位设置。

多相电机的定子的绕组可以例如通过在定子边缘上形成槽以及将包括绝缘的导体环的线圈放置在所述槽内来进行布置，各线圈连接在一起从而构成所需形式的绕组。所述槽绕组通常形成的如此分布，使得定子架被分为若干区域，这些区域的数量由相的数量(m)和电机的磁极数量(2p)来确定，以及例如在三相电机中，所述电机的相称为A、B和C相，A相线圈的一个线圈侧属于A相的正区域，而另一线圈侧属于A相的负区域。在这种情况下，B和C相的各线圈侧通常位于所述线圈侧之间。绕组还可以布置为集中磁极绕组，其中各磁极通过将线圈绕设于磁极体而形成在定子边缘，从而使属于另一相的线圈侧不会处于一个磁极的线圈侧之间。此后，所述术语磁极铁芯用以指代线圈本体以及作为它一部分的任一极靴。开槽还可以添加到磁极铁芯，在这种情况下，磁极绕组可以由绕设于磁极体的线圈和配设在磁极铁芯的开槽内的线圈两者形成。

在现有技术的定子中，其中形成有绕组的槽或磁极铁芯通常等距分布在定子边缘上。这种定子结构会由于由定子几何结构导致的定子边缘上的磁导变化以及定子边缘上电流的不连续分布而产生谐波。在本发明中，定子槽在定子边缘上的设置位置不同于传统的等距分布设置。这可以称为定子槽的分散设置。相同的创造性理念包括这样的事实：在使用磁极绕组时，定子的磁极可以以非等距间隔设置。这可以通过磁极铁芯或它们相关的槽的非等距设置来完成，所述非等距设置不仅可以应用于机械磁极铁芯，而且还可以应用于磁极的磁轴。

所述定子绕组产生的磁场由流经所述绕组的电流效应形成。所述槽绕组中的电流集中在所述槽内，使得由绕组在气隙内产生的磁通势在所述槽的部位处产生跃变(change in jump)。致力于对绕组进行设计使得产生的磁通势尽可能为纯正弦形式，因为正是依靠该基频分量来实现所述转子的旋转运动。但是，跃变的磁通势的波还包含有谐波。谐波分量的比例可以通过以傅里叶级数表示磁通势的波形，即将所述波形表示为正弦波和余弦波之和，来检测。改变所述槽的设置可以影响产生的磁通势的谐波含量。在本发明的方案中，所述槽的位置从等距设置偏离，使得所产生的磁通势波形的谐波组成发生变化，从而减小第五、第七、第十一和第十三谐波项的比例，而这些谐波项在电力设备中被发现是有害的。所述槽的非等距设置还可以分散由定子齿引起的气隙内的磁导波动，因此抑制磁场的槽谐波分量。

根据本发明的非等距设置优选这样实施，使得尽管所述槽或磁极分散设置，存在至少两个定子部分，在至少两个定子部分从所述槽和/或磁极的等距设置的偏离是彼此对称的。这种对称可以例如是镜像对称，或者开槽和/或磁极铁芯的设置可以在这两部分上完全重复。这里所说的部分意味着所述定子的满足所述对称条件的任一部分，且其在最简单的情况下例如可以是所述定子边缘的一半。但在这些部分之间，可以是不满足对称条件的定子部分，且所述满足对称条件的部分不必是定子的等距分布部分。通过某种对称，绕组可以在非等距形成的定子开槽或磁极铁芯中来实施，使得绕组的非等距分布不在定子和转子之间产生不希望的力分量。

槽和/或磁极铁芯在定子边缘上的设置位置根据本发明可以利用形状函数来确定，所述形状函数通过将所谓的转换函数(conversion function)与描述以等距间隔开槽的定子的槽设置位置的函数相加而形成。所述定子如此形成，使得基本上根据所述形状函数来定位所述槽和/或磁极。

图4示出了现有定子的一部分，为了图面简洁起见，其圆形形状展开为平面。图4中的定子槽水平等间隔设置，即槽40、42之间的距离和槽42、44之间的距离相同，且类似地，齿41、43之间的距离和齿43、45之间的距离大小相同。

可以通过所述位置函数f(公式1)来表达带有等距分布的开槽的定子边缘的边缘上的每一槽相对选定参考点的位置：

f(k)＝(k-1)×L /Q    (1)

在这里，Q是定子槽的数量，k是槽的顺序号(1，2，...Q，)，L是所述定子边缘的长度。公式1中f(k)表示作为相距所述参考点的距离的槽k的位置，在此参考点是顺序号为1的槽。参考图4，公式(1)中的符号f(k)可以认为是所述槽的中心点，即所述槽对称轴线上的定位点。位置函数f还可以如此形成，使得槽k的位置表示为角度，在此情况下，公式1中的符号L由值360°来替换。磁极铁芯的位置可以相应地替代在所述槽的位置。在这种情况下，在位置函数f中，所述槽的顺序号由相对于选定参考点的磁极铁芯的顺序号所代替，而且槽的数量Q由设备的磁极数量2pm代替，其中p为设备的磁极对的数量，m为相的数量。

表示槽或磁极铁芯的位置的形状函数(shape function)通过将用于改变开槽的转换函数加到用于等距分布开槽的位置函数来形成。

因此，所述方案中的槽位置根据公式2来实现：

M(k)＝f(k)+H(k)    (2)

其中，M(k)表示顺序号为k的槽的位置。而且，所述形状函数和转换函数的值可以或是表示为距离或是表示为角度。

通过公式2，通过利用齿的顺序号来代替k也可以获得关于齿的位置的信息，因为所述槽和齿的位置彼此相关联。但是，在槽的分散布置中齿的宽度变化这一事实必须给予考虑。

根据公式3，转换函数H例如可以为正弦函数。

H(k)＝a*sin(s*2π*f(k)/L)    (3)

其中，s为转换函数的对称数，其确定定子边缘上对称部分的数量，a为确定变化量的幅值。例如s＝3，则在定子边缘上观察到三个紧密组和三个稀疏组(three closer groupings and three sparser groupings)。对称数s和幅值a可以根据所需的方法来进行选择。

所述正弦函数的间距长度优选地如此选择，使得在沿截面看时开槽中不发生中断，即所述定子内边缘的长度是所述正弦函数间距长度的整数倍。所述定子架的内边缘这里通常指所述边缘的转子一侧。所述转换函数还可以是若干正弦函数之和。通过傅立叶级数展开，可以实现对应于这种形状的任何连续函数。因此在本发明的方法中，定子架上的所述槽和/或磁极的通常非等距位置被确定。

图5a、5b和5c示出了对开槽等距分布进行改进以使开槽符合本发明的示意图。图5a示出了定子的截面，其中槽51根据现有技术以等距间隔设置。图5c示出了根据本发明的定子54的截面。槽55的位置与图5a所示者稍微偏离。从图5c中可以看到，在所述截面区域的三个部位上，存在比平均值更为紧密的开槽，而相应的在三个部位上存在比平均值更为稀疏的开槽。开槽更为稀疏的三个部位之一在图中标记为部位b。从该部位，相邻槽之间的距离的最小者和最大者以60度的间隔交替变化。因此就可以在定子54的边缘上选择角度α56和角度β57，其中满足这样的条件α＞β。所述角度之间的差别可以例如是一度大小的量级。在该实施例中，利用正弦转换函数和取值为3的对称数来确定槽的位置。每一槽55的位置从图5a的值偏离由转换函数确定的量值。在本实施例中，所述正弦函数的一个间隔对应于所述定子整个圆周的三分之一，即120度，换句话说，所述定子包括三个120度的对称部分。在该实施例中，还可以选择所述定子边缘的六分之一作为满足所述对称条件的部分。

图5b表示根据图5c的定子的三分之一，为了简洁起见，展开为平面并且突出了槽53非等距布置。

在本发明的一个优选实施例中，所述槽保持为标准宽度的槽，槽的分散布置意味着标准宽度的槽之间的距离的变化。对于制造工艺来说，这是一个简单的方案。但是，根据本发明的减小谐波也可以利用非标准宽度的定子槽。

本发明的理念可以应用到采用现有技术形成的绕组，诸如迭绕组，其中完成的绕组中的线圈端彼此搭接；和同心绕组，其中线圈端定位于相同的高度。

可以通过例如更改标准宽度磁极铁芯之间的角度、保持磁极铁芯之间的角度恒定而更改所述磁极铁芯的宽度、或更改所述宽度和角度两者来实现所述磁极的分散布置。根据本发明，定子的磁极绕组中可以改变的任何变量都在图6中示出。图6示出了轴向磁通设备(axial flux machine)的定子架60和设置在其内的四个带槽磁极铁芯61。在根据本发明的技术方案中，自等距布置的分散可以基于所述磁极铁芯之间的角度62、所述磁极铁芯的宽度63、所述槽之间的角度64以及磁极铁芯61中开槽65的定位来进行。所述磁极铁芯也可以不带槽，当然这种情况下变量参数是磁极铁芯之间的角度62和磁极宽度63。在根据本发明的方案中，自等距布置的分散可以集中在一个或多个上述参数。因此，在根据本发明的方法中，可以例如选择磁极铁芯的所需宽度，并在此之后，确定所述磁极在定子边缘上的非等距分布位置，或者另外首先选择磁极之间的角度值，并在此之后，确定相应于每一磁极铁芯的略有不同的宽度。此外，可以确定所述槽在所述磁极铁芯中的非等距分布定位。所述槽和所述磁极铁芯的宽度和位置可以或是表述为长度测量值或是表述为角度值。

本发明可以应用于径向磁通设备(radial flux machine)，在这种情况下，根据本发明的开槽或磁极铁芯例如可以在定子板的制造过程中实现；或应用于轴向磁通设备，在这种情况下，根据本发明的开槽和/或磁极铁芯可以在定子带(stator strip)的制造过程中实现。

本发明的电机包括：定子，其中设有槽和/或磁极；转子；用于这些部件的支架结构；以及用于传递电机旋转运动的输出件，并且所述定子槽和/或磁极以不同于等距分布的设置方式布置。优选地，如此进行从等距分布的分散，使得所述槽和/或磁极在所述定子的至少一部分上自等距布置的分散与所述定子的至少另一部分相对称。可以适用本发明的电机类型的示例在图1-3中表示。图1示出了永磁径向磁通设备的主要部件的实例。该设备的转子20例如由钢或电板(electrical plate)制成。永磁铁21设置在转子的表面上。定子22也可以由电板制成。该实例的定子由两半构成。例如由绝缘铜导体构成的线圈23，如图所示，以例如环形方式设置在定子22上。所述转子和定子之间的磁通的主方向从轴向看时为径向。

图2示出了永磁轴向磁通设备的主要部件的实例。所述设备的定子包含开槽，但是轴向磁通设备还可以实施为带有磁极绕组。在作为示例示于图中的设备中，永磁体设置在转子26上，定子24的绕组设置在所述槽25内。在图中标记了三个定子线圈27、28、29。所述转子和定子之间气隙中的所述设备的磁通的方向主要沿所述设备的轴向方向。

图3示出了根据现有技术开槽的电机定子和转子架的截面图。所述定子30的内边缘具有槽31和所述槽之间的齿32。所述转子33也具有槽34和齿35，在转子33和定子30之间设有较窄的气隙，在所述气隙内，磁通从所述定子30走向转子33并返回。在定子30和转子33的槽31、34中设置有绕组。在这种类型的电机中，如果需要，也可以将本发明的槽的分散布置应用于转子来减小转子产生的谐波。

在本发明的一个优选实施例中，利用转换函数形成的所述槽或磁极从等距布置的偏离非常小，以至于改变正常等距布置而促成本发明不影响定子线圈或绕组的制造。通过对用以在定子带或电板上形成槽的设备进行软件调整，就可以实现根据所述方法的所述槽的新布置。

在本发明的一个优选实施例中，所述槽和/或磁极从等距布置的偏离通过至少一个正弦函数来形成。偏离量与所述转换函数的值大小相同。在一个优选实施例中，所述转换函数的对称数选定为s＝2。根据本发明的方法的特征在于当采用较大的s值时，也需要较大的a值来获得抑制谐波的相同效果。

在本发明的另一个实施例中，所述转换函数的对称数s可以选择为至少s＝2这样大。在某些实施例中，偶数s值比奇数s值更为可取，因为采用转换函数的奇数磁极对数，施加在转子上的合力不为零，从而在轴承上会引起磨损。但是，包括对称数1在内的奇数对称数也是可行的，并且例如在旋转较慢的轴向磁通设备中它们可能是优选的。

本发明的发明理念还包括制造槽或者磁极铁芯分散布置的定子的理念。一种制造方法是在定子板或定子带上进行开槽，并用所述开槽板或开槽带形成定子板叠。所述定子结构的不同层例如可以通过焊接固定在一起。在定子带的情况下，例如当轴向磁通设备属于所述情况时，优选地是首先计算出所述定子槽或定子磁极的位置点，此后在所述定子带上冲压出所述槽，最后例如根据专利出版物FI950145所记载的方法，将所述带槽板卷成螺旋形状。也可以在卷成螺旋之后，在所述板叠上做出槽。在这种情况下，优选的是利用激光切割来开槽，因为如果在最终板叠上冲压开槽，则会存在这样的危险：由于冲压产生的擦伤而在不同层板之间形成有害的短路。

本发明的发明理念进一步包括电机定子的制造方法，其中，通过在确定有待卷绕成带状板叠的铁磁性板上的凹口位置时利用本发明的形状函数和转换函数来实现根据本发明的槽的分散布置。专利出版物FI950145记载了一种方法和装置，利用该方法和装置，可以通过在铁磁性板或定子带上冲压凹口来形成具有等距定位的开槽的柱形定子，使得最终的槽在所述柱形板叠上对齐，尽管定子带上的两个槽之间的距离随着板叠直径增大而增大。通过根据除了别的之外还取决于板叠直径的校正系数来增加两个凹口之间的距离，所述凹口被定位使得所述定子带卷曲时，在所述定子上形成等距定子开槽。根据本发明，转换函数被添加于描述等距开槽的槽位置函数中，由此获得描述开槽形状的形状函数。所述定子如此制造，使得在铁磁性板上冲压凹口，以依赖于所述板叠半径的校正系数增加两个凹口之间的距离，从而在最终的板叠上形成符合所述形状函数的非等距开槽。可以通过对专利出版物FI950145记载的装置进行软件修改来实现本发明的方法，并借此利用转换函数来修改表达等距开槽的位置。由于本发明的定子开槽可以如此实施，使得相对于具有对应数量的等距槽的定子槽的位置改变非常小，所以彼此类似且相应于等距定子开槽制造的定子线圈可以用于根据本发明的定子中。

尤其是在电梯电机中，希望从电机获取尽可能最大的扭矩，但因为空间限制，电机的外直径应该小。这实际上意味着，目的是让电梯电机定子的外径相对于电机的直径尽可能大，因而优选的是使留作用于所述线圈端部的空间尽可能小。根据本发明，彼此尺寸相同的定子线圈可以设置在非等距定位的槽中以形成绕组，使得被缠绕的定子仍能够像具有相应数目的等距开槽并且以相应方式缠绕的定子那样，被配装到相同尺寸的电机架内。举例来说，在设计用于电梯的永磁轴向磁通电机的、设有双层迭绕组的定子中，其外边缘直径为320mm且两个相邻槽之间距离的最大偏差小于1毫米，绕有尺寸彼此相同的定子线圈的定子可以被安装到内径为380mm的定子架中。因此，采用本发明的方法不需要对定子线圈的制造作任何改变。而且，在其开槽非等距布置的定子中采用尺寸彼此相同的线圈具有的优点是，缠绕工艺仍然保持与制造具有等距开槽的定子时一样简单，因为各个线圈在定子边缘上的位置不是根据它的宽度与其他线圈的偏离来确定的。相对于等距布置对开槽进行小改变的优点还在于，所选定的磁通谐波得以抑制，而不会对基本波形产生显著影响。

在本发明的一个实施例中，等距槽的位置函数、转换函数和形状函数形成为所述板叠内边缘上的测量长度。所述板叠的冲压始自将位于板叠内边缘上的所述定子带的端部，且随着冲压进行到将位于所述板叠上的更大直径上的所述定子带的部位时，以依赖于所述板叠直径的校正系数来增加两个槽之间的距离。

在本发明的一个实施例中，等距开槽的槽在定子边缘上的位置、所述转换函数和形状函数均表示成角度值。在实践中实施所述形状函数确定的本发明的槽或磁极铁芯的位置时，形状函数或转换函数的值需要经常四舍五入，这会稍微影响所产生的定子的对称性。根据本发明的开槽或磁极铁芯优选地如此实施，使得所述槽和/或磁极的位置不会明显地偏离公式3给出的值，尽管进行了四舍五入。例如，以满足对称条件的观点来看，所述形状函数所描述的位置和实际位置之间、相应于转换函数幅值10％的偏离仍然被认为是足够小的偏离。

作为本发明的一个应用，电机定子的槽和齿的测量值例如可以为，齿宽度为5毫米大小，而槽宽度为7毫米大小。

本发明的一个应用为电机，其中定子绕组为分矩绕组，使用例如5/6的分矩。

在本发明的一个优选实施例中，一个正弦函数用作转换函数，并为其选择0.3毫米的幅值。当所述形状函数的对称数为2时，就可以对第五、第七、第十一和第十三谐波项实现显著抑制。而且同时，实际上所述基波的幅值不发生变化。

在第二优选实施例中，0.3毫米选定作为转换函数的幅值，选择3作为对称数。在第三优选实施例中，0.2毫米选定作为转换函数的幅值，选择2作为对称数。在第二、第三优选实施例两者中，都可以实现对第十一和第十三谐波项的显著抑制。

本发明的一个应用是用作例如专利出版物EP676357中所记载的电梯系统的动力源的扁平型电机电机。所述电机包括叠层定子和叠层转子(laminarstator and laminar rotor)。在转子板的表面上设置永磁铁。根据EP676357的方案，所述电机的主要部件使得形状非常扁平，由此，所述电机可以直接安置在电梯竖井中，且不再需要单独的机房。

但是本发明并不局限定于个别的应用，而是还可以应用于通用电机。另一个优选的应用就是作为自动扶梯的驱动设备。

对于本领域技术人员显而易见的是，本发明并不局限于所述实施例，其中本发明利用实例进行叙述，而是在本发明创造性理念的框架下，本发明还存在许多变形和不同的实施例，本发明的范围由下面的权利要求书来限定。

Claims (21)

1.一种形成电机的方法，所述电机包括转子；定子；和用于转子和定子的支撑结构；以及用于传递电机旋转运动的输出装置，其中定子具有多个槽和/或磁极，以及所述方法包括将线圈布设于所述槽中，其特征在于，在所述方法中，所述槽和/或磁极以偏离等距分布的方式设置，且该方法进一步包括以下阶段：

确定转换函数，该转换函数包括正弦函数或若干正弦函数之和；

通过针对相应于等距设置的槽和/或磁极的设置位置与所述转换函数的值进行求和来确定表征所述槽和/或磁极的设置位置的形状函数；

形成定子，其中所述槽和/或磁极根据所述形状函数来定位。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下阶段：

使所述定子至少一个部分上的所述槽和/或磁极偏离于等距设置的偏离设置与所述定子的另一部分上的偏离设置相对称。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述定子的结构相对于等距设置的改变非常小，使得它们不影响所述线圈的制造或线圈绕设工艺。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下阶段：

确定所述槽在定子边缘上的非等距定位。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下阶段：

确定所述槽在磁极铁芯上的非等距定位。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下阶段：

确定所述磁极在定子边缘上的非等距定位。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下阶段：

确定所述磁极铁芯的彼此不同的宽度。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述转换函数的对称数至少为2。

9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述转换函数的对称数为偶数。

10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所形成的电机为轴向磁通电机，且在所述方法中，所述电机定子通过绕层叠板的中心轴线将带状铁磁性板卷成圆柱形板叠来制造，且在所述方法中，在卷成板叠之前，利用冲压设备在所述板上冲压出凹口以形成所述槽。

11.一种电机，具有定子(22、26、30、50、52、54、60)，在定子上具有多个槽(31、40、42、44、51、53、55、65)和/或磁极(61)，且线圈布设在所述槽中；转子(20、24、33)；和用于转子和定子的支撑结构；以及传递电机的旋转运动的输出装置，其特征在于，所述多个槽(31、40、42、44、51、53、55、65)和/或磁极(61)以偏离等距分布的方式设置在所述定子上，使得所述槽(31、40、42、44、51、53、55、65)和/或磁极(61)的定位从等距定位的偏离由转换函数形成，而量值与转换函数的值相同，该转换函数包括正弦函数或若干正弦函数之和。

12.如权利要求11所述的电机，其特征在于，所述定子至少一部分上所述槽(31、40、42、44、51、53、55、65)和/或磁极(61)的定位从等距定位的偏离与所述定子至少另一部分上的偏离相对称。

13.如权利要求11或12所述的电机，其特征在于，所述定子的结构相对于等距设置的变化非常小，使得它们不影响所述线圈的制造或线圈绕设工艺。

14.如权利要求11或12所述的电机，其特征在于，所述电机的转子(20、24、33)被永久磁化。

15.如权利要求11或12所述的电机，其特征在于，所述电机为轴向磁通设备。

16.如权利要求11或12所述的电机，其特征在于，所述电机为径向磁通设备。

17.如权利要求11或12所述的电机，其特征在于，所述定子(22、26、30、50、52、54、60)的绕组为分距绕组。

18.如权利要求11或12所述的电机，其特征在于，所述电机用作电梯系统的动力源。

19.如权利要求11或12所述的电机，其特征在于，所述定子(22、26、30、50、52、54、60)通过在定子板或定子带上冲槽、并通过用开槽板或开槽带形成定子板叠进行开槽。

20.如权利要求11或12所述的电机，其特征在于，所述电机的各定子线圈彼此相类似。

21.如权利要求20所述的电机，其特征在于，所述电机的各定子线圈是相应于等距定子开槽来制造的。

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