CN101595622A - 18/8同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步电机(3)，包括具有18个定子齿(2)的定子(3)。定子包括围绕定子齿(2)的定子线圈(7)。转子(5)具有八个极磁体(6)，每个定子线圈(7)缠绕至少两个定子齿(2)。

Description

18/8同步电机

本发明涉及一种具有8个转子极和18个定子齿的18/8同步电机，其尤其用于电动转向辅助装置中。

在用于汽车中的具有机电式辅助机构的转向系统的电动驱动装置中要求在轴上产生的驱动力矩的波动幅度非常小。通常将永久激励的电子换向的同步电机用作这种驱动装置，因为这种同步电机由于其功率密度，其效率和其调节可能性而优选于这种应用。但是在电子换向的同步电机中由于高次谐波而形成所谓的高次谐波力矩，其可以导致转矩的强烈波动。因此必须这样地构造这种驱动装置，使得这种高次谐波尽可能地被减小或使它们对转矩变化的作用很小。此外在这种同步机中不仅在负荷下出现转矩波动，而且在无电流的定子绕组中也出现转矩波动，其被称为定位转矩。

用于减小同步电机中的定位转矩的常用方法在于，这样地选择定子槽数与极数的比，使得最小公倍数尽可能地大。这例如在具有在定子中的9个定子齿和8个转子极的同步电机中实现。此时得到具有小的定位转矩幅度的每转72个定位位置。

但是这种同步电机对对称性的偏差的反应非常敏感，亦即小的偏差就将导致很大的定位转矩和转矩波动。

此外在运行中形成很大的径向力波，其可以导致增强的噪音形成。由于制造公差的原因不可能实现绝对的结构对称而减小公差会大大地提高制造费用。

本发明的任务是提供一种同步电机，其在保持低的定位转矩和力矩波动下对对称性的偏差具有较小的敏感性和明显减小径向力波。

该任务由按照权利要求1所述的同步电机解决。

本发明的其它有利的实施例由从属权利要求给出。

按照一个方面，设置具有带18个定子齿的定子的同步电机，定子齿上缠绕定子线圈。8个极磁体布置在转子上。每个定子线圈缠绕至少两个定子齿。

本发明的同步电机的18/8配置将对对称性偏差不很敏感的永久激励的同步电机的9/8配置的优点与大大减小的径向力波相结合。这是通过相对于9/8配置将定子齿的数目加倍并且每个定子线圈围绕至少两个定子齿设置而实现的。

同步电机的每个定子齿优选被至少两个定子线圈缠绕，后者此外分别缠绕在对应的定子齿两侧的相邻的定子齿。尤其是缠绕一个定子齿的定子线圈可以具有相互反向设置的缠绕方向。这导致，通过围绕其中一个定子齿的定子线圈产生的径向力的分量至少部分地相互抵消。由此可以减小在同步电机运行时产生的径向力波。

此外缠绕三个相互相邻的定子齿对的每三个定子线圈可以串联地连接成一个三定子线圈组和通过控制连接头用一个共同的相进行控制。

可以优选地将分别以120°在定子上相互错开的三定子线圈组通过三个相连接头进行控制和分别以部分星形连接方式连接。

按照其它的实施形式，该部分星形连接可以或者是与两个逆变器连接或者是与一个共同的逆变器连接。

可以规定分别以120°在定子上相互错开的三定子线圈组通过三个相连接头控制和分别以部分三角连接方式连接。

此外该部分三角连接可以或者是与两个逆变器连接或者是与一个共同的逆变器连接。

按照另一个实施形式，八个定子齿的第一部分系统的定子线圈和位于八个定子齿对面的另外八个定子齿的第二部分系统的定子线圈相互不是重叠地布置的，其中第一和第二部分系统的定子线圈具有缠绕三个定子齿的定子线圈。

尤其是部分系统中之一的定子线圈可以布置在一个由三个串联的定子线圈构成的位于相互相邻的定子齿对上的三定子线圈组中和在两个串联的、分别由一个具有围绕三个定子齿的单倍卷绕圈数的定子线圈和一个具有围绕两个定子齿的双倍卷绕圈数的定子线圈构成的两定子线圈组中。此外每个部分系统的定子线圈的该三定子线圈组和该两个两定子线圈组可以以分开的部分星形连接线路或部分三角连接线路相互连接起来和各三相地通过一个共同的逆变器或通过相互分开的逆变器进行控制。

以下依据附图描述本发明的优选实施形式。附图所示：

图1是按照本发明的一个实施形式的18/8同步电机的横截面视图；

图2是定子线圈相对于不同的相的概要图示；

图3是按照附图的布置进行连接的六个线圈组的图示；

图4至7是按照本发明的同步电机的定子线圈各种不同的连接；和

图8是按照图4至图7的同步电机的一种可能的实施例，其中六个线圈装置相互分开地布置在同步电机的两个半部上。

图1示出了按照本发明的一个实施形式的同步电机1的横截面。同步电机1用18个定子齿和8个极进行构造，并且以下称为18/8同步电机。定子齿2布置在定子3上，从而它们的相应的齿顶4指向一个共同的中点，它们的相应的中轴线在径向上围绕一个优选圆形的定子2的中点分布。此外定子齿2均匀地亦即相互间以相同的间距(错开角度)布置在定子3的内部。

在定子3的内部此外设有转子5，它的转动轴线对应于所述中点。转子5具有八个极磁体6(永久磁体)，它们均匀地围绕圆周分布地布置。相互相邻的极磁体6具有相互相反的极，从而每两个相同指向的极磁体6相对于转子轴线处于相互相对的位置上。

转子中的极磁体6不仅可以作为表面磁体而且作为埋入磁体实施，该埋入磁体被嵌入到转子5的表面里面。使用埋入转子中的磁体是有利的，因为可以使用简单和成本低的磁体形状如例如具有平的表面的磁体，和能够实现简单的转子结构不需要箍圈和防腐蚀保护。

定子齿2由定子线圈7围绕，后者各缠绕两个定子齿。出于清楚起见，在图1中只示出了一个定子线圈7。设有18个定子线圈7，其中定子3的缠绕每两个相邻的定子齿2的定子线圈7各围绕一个定子齿2相互错开地布置。为了减小或消除第1量级的径向力波，一个支路的三个定子线圈再次以180°围绕转子错开地或镜像地设置。同时在这种情况下，在这种电机中出现的定位转矩相对于9/8同步电机的定位转矩没有明显提高。

由于这种同步电机与9/8同步电机不同而具有镜像对称的结构和槽数，该槽数由两个相邻的定子齿之间的间距给出，具有两倍的大小，因此这个装置对制造公差造成的对称偏差不太敏感。由于对公差这种较小的敏感性，因此也可以将磁体安置在转子中的凹窝中。这可以实现简单的转子结构和使用成本低的长方六面体磁体。

图2中示出了定子线圈7的概括图，带有18个定子齿7。定子齿2被卷绕地在一排中相互并列地示出。为了更加清楚起见，属于不同的相的定子线圈7相互分开地相互上下地示出。

从图2中看，每个相控制六个围绕两个相互相对于转子5位于相对位置上的三个相邻的定子齿对的定子线圈，从而各两个相对的、由三个定子线圈7构成的三定子线圈组用一个相进行控制。定子线圈7的每个三定子线圈组的中间的定子线圈7用相对于外部的定子线圈7相反的极性(方向)控制。

这些属于三个相的定子线圈组此时可以用星形连接或用三角连接相互连接起来。在星形连接下连接头X，Y和Z相互连接起来和三个相电压相应地施加到连接头U，V和W上。类似地，在三角连接下连接头X和V，Y和W，以及Z和U相互连接起来和这样形成的节点形成用于同步电机的相电压的相应的连接头。

以下描述定子线圈的连接的其它的可能性，其中每个在图2中示出的三定子线圈组被分开地看待。在图3中为了以下描述不同的连接方式限定了不同的连接头U1，V1，W1，X1，Y1，Z1，U2，V2，W2，X2，Y2，Z2的关系。

从图3中规定的定子线圈的布置出发，定子线圈组可以如在图4中所示的那样以星形连接线路与两个部分星形点S1，S2相互连接起来。此时原则上三个相互间以120°错开的具有不同的相的定子线圈7的三定子线圈组以星形连接通过一个共同的第一部分星形点S1连接成一个第一部分系统10和同样相互间以120°错开的定子线圈7的三定子线圈组通过一个共同的第二部分星形点S2相互连接成一个第二部分系统11。部分系统10，11相互间以180°围绕转子错开地或相对于转子镜像地布置。通过在相应的相连接头上的三个共同的相电压U，V，W实施控制，其中两个相互相对的三定子线圈7组用相同的相电压控制。

在图5的实施形式中所有的三定子线圈组在一个共同的星形点下相互连接起来，但是通过两个相互分开的逆变器(未示出)用各三个相电压U，V，W或U′，V′，W′控制。该布置基本上对应于图4中相同的部分，从而三个相邻的定子线圈的三定子线圈组用三个相电压U，V，W控制，该相电压由一个第一逆变器提供到相应的相连接头，和与其位于相对位置上的三个三定子线圈组用一个第二逆变器的相应的三个相电压U′，V′，W′控制。

图6是图5的实施形式的一种扩展方案，区别在于共同的星形点是分开的，和设有具有两个部分星形点S1，S2的两个部分系统10，11，从而各一个逆变器控制部分系统10，11中的一个。

图7的实施形式示出了一个原则上与图6的实施形式等同的图示，其中三个三定子线圈7组的相互独立的线路不是以部分星形连接，而是以部分三角连接进行连接。图7中也形成两个相互完全分开的部分系统10，11，它们在同步电机1的定子3上位于相对相对的位置上。

此外为了保证在各单个的相互间电分离的系统之间在最大程度上避免短路，属于部分系统10，11之一的三定子线圈组的定子线圈7可以在空间上相互完全分开。在前面描述的实施形式中，两个部分系统的定子线圈7缠绕共同的定子齿2，和由此可能导致在两个部分系统之间在短路情况下发生连接，从而可以引起较大的制动力矩。

如图8中可以看见的，可以这样地设置定子线圈7，使得在图4，5，6和7中示出的具有相应的定子线圈7的部分系统10，11相互间完全分开，从而部分系统10，11之一的定子线圈7中没有缠绕另一个部分系统10，11的定子线圈7之一所缠绕的相同的定子齿2。这是通过将两个部分系统在空间上分别布置在同步电机的一个半部中实现的。这是通过设置缠绕三个定子齿2的定子线圈7和具有改变的卷绕圈数的定子线圈实现的。

每个布置在同步电机的一个半部上的部分系统具有在八个并排布置的定子齿2上的三个定子线圈组。此时三个定子线圈组的中间的定子线圈组的结构对应于一个按照先前所示的实施形式的三定子线圈组和布置在八个并排布置的定子齿2的六个中间的定子齿上。相对于该八个并排布置的定子齿2位于外部的该两个定子线圈组分别只具有两个定子线圈7。两个定子线圈中的一个定子线圈与三定子线圈组的定子线圈一样具有双倍的卷绕圈数和缠绕两个定子齿2。对应的另一个定子线圈7具有一个单倍的卷绕圈数和缠绕三个定子齿2。分别缠绕三个定子齿2的该两个定子线圈7并排地非重叠地布置在中间的三定子线圈组的定子齿2上。这样实现了在定子齿2之间的每个槽中设置相同数目的绕组金属线。

按照另一个实施形式，18/8同步电机也可以实施为9相电机，其中18个定子线圈中的每个可以分开地连接。在这种情况下相互位于相对位置上的定子线圈可以用一个相运行。

按照以上建议的实施形式的同步电机具有明显减小的定位转矩和在运行中产生较小的径向力波。因此这种同步电机适合用于汽车的转向系统中。

Claims (12)

1.同步电机，其具有一个带18个定子齿(2)的定子(3)，其中设有缠绕定子齿(2)的定子线圈(7)和其中8个极磁体(6)布置在转子(5)上，其特征在于，每个定子线圈(7)缠绕至少两个定子齿(2)。

2.按照权利要求1所述的同步电机，其特征在于，每个定子齿(2)由至少两个定子线圈(7)缠绕，该定子线圈此外缠绕在相邻的定子齿(2)两侧的相应的定子齿(2)。

3.按照权利要求1或2所述的同步电机，其特征在于，缠绕三个相互相邻的定子齿对的各三个定子线圈(7)串联地连接成一个三定子线圈组和可以通过一个共同的相进行控制。

4.按照权利要求3所述的同步电机，其特征在于，分别以120°相互错开的三定子线圈组可以通过三个相连接头控制和分别以一种部分星形连接线路进行连接。

5.按照权利要求4所述的同步电机，其特征在于，该部分星形连接线路或者与两个逆变器连接或者与一个共同的逆变器连接。

6.按照权利要求3所述的同步电机，其中分别以120°相互错开的三定子线圈组可以通过三个相连接头控制和分别以一种部分三角连接线路进行连接。

7.按照权利要求6所述的同步电机，其特征在于，该部分三角连接线路或者与两个逆变器连接或者与一个共同的逆变器连接。

8.按照权利要求1所述的同步电机，其特征在于，一个由八个定子齿(2)构成的第一部分系统(10)的定子线圈(7)和一个由与所述八个定子齿(2)位于相对位置上的另外八个定子齿(2)构成的第二部分系统的定子线圈(7)相互间完全分开地布置，其中第一和第二部分系统的定子线圈(7)包括至少一个缠绕三个定子齿(2)的定子线圈(7)。

9.按照权利要求8所述的同步电机，其特征在于，所述部分系统之一的定子线圈(7)布置在由在相互相邻的定子齿对上的三个串联的定子线圈(7)构成的三定子线圈组中和在分别由一个具有围绕三个定子齿(2)的单倍卷绕圈数的定子线圈(7)和一个具有围绕两个定子齿(2)的双倍卷绕圈数的定子线圈(7)构成的、串联的两个两定子线圈组中。

10.按照权利要求9所述的同步电机，其特征在于，每个部分系统的定子线圈(7)的该三定子线圈组和该两个两定子线圈组以分开的部分星形连接线路或部分三角连接线路相互连接和可以各三相地通过一个共同的逆变器控制或通过相互分开的逆变器控制。

11.按照权利要求1至10之一所述的同步电机，其特征在于，极磁体(6)嵌入到在转子(5)中布置的凹窝中。

12.按照权利要求1至11之一所述的同步电机在汽车的转向系统中的使用。

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