CN104184223A - 具有部分平行的槽缝和齿的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电机的管状体(100)。管状体(100)包括弯曲表面区域(101)、第一齿(110)和第二齿(120)。所述管状体(100)相对于再一管状体(100)是可配置的，使得管状体(100)或再一管状体(100)中的一个围绕旋转轴线(105)相对于另一个是可旋转的。所述第一齿(110)和第二齿(120)相对于旋转轴线(105)沿着径向方向(102)从弯曲表面区域(101)伸出，其中所述第一齿(110)和第二齿(120)围绕旋转轴线(105)沿着周向方向(103)彼此间隔开。所述第一齿(110)包括第一侧壁(113)，其面向所述第二齿(120)的第二侧壁(123)，其中所述第一侧壁(113)包括第一部段(111)，其平行于第二侧壁(123)，使得第一部段(111)与第二侧壁(123)之间的周向距离(104)沿着径向方向(102)是恒定的。

Description

具有部分平行的槽缝和齿的电机

技术领域

本发明涉及用于电机的管状体，其中所述管状体包括具有部分平行的齿面的第一和第二齿。

背景技术

一般来说，电机比如电动机或发电机包括管状转子和管状定子。定子包括定子齿，其相对于转子的旋转轴线沿着径向方向延伸。每个定子齿包括周向表面，其均沿着径向方向指向。齿沿着周向方向一个接一个地配置。因此，如果每个齿具有相同宽度并且沿着径向方向延伸，则相邻齿的相邻侧面相对于彼此是不平行的。

例如，对于外转子机来说，两个相邻齿之间的槽缝具有槽缝开口，其宽度大于槽缝底部处的宽度。

图7示出了这种常规定子700。常规定子700包括齿710、720，其沿着周向方向一个接一个地配置。第一定子齿710和第二定子齿720包括相同的恒定宽度，并沿着常规定子700的径向方向延伸。因为第一和第二常规齿710、720的宽度是恒定的，所以相应常规齿710、720之间的槽缝包括不同的周向宽度，即槽缝开口包括比槽缝底部大的宽度。

如从图7可理解的，绕组的相应线圈，其大体具有矩形形状/截面，只能与相邻齿710、720之一的周向侧壁平滑地抵接。在相反侧，存在间隙701。这种间隙701负面地影响电机的效率。

发明内容

本发明的一个目的可以是改善电机的效率。

该目的由根据独立权利要求的用于电机的管状体以及包括该管状体的电机而得以解决。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于电机的管状体。该管状体包括弯曲表面区域。管状体(例如定子)相对于再一管状体(例如转子)配置成使得所述管状体或再一管状体围绕旋转轴线相对于另一个是可旋转的。

管状体进一步包括第一齿和第二齿。所述第一齿和所述第二齿相对于所述旋转轴线沿着径向方向从所述弯曲表面区域伸出。所述第一齿和所述第二齿围绕该旋转轴线沿着周向方向彼此间隔开。第一齿包括第一(周向)侧壁，其面向第二齿的第二(周向)侧壁。

第一(周向)侧壁包括第一部段，其平行于第二(周向)侧壁，使得第一部段与第二(周向)侧壁之间的周向距离(即槽缝宽度)沿着径向方向是恒定的。

根据本发明的再一方面，提出了一种电机。该电机包括至少一个绕组和如以上所描述的管状体。至少一个绕组围绕管状体的相应的第一和第二齿缠绕。

电机可以是例如电动机或发电机，例如磁阻电动机类型。电机可以是风力涡轮机的风力发电机。

电机可以包括以上描述的管状体，其可以是转子或定子。用于电机的相应定子可以是例如环绕电机的(内部)转子的相应定子，或者可以是被电机的(外部)转子环绕的定子。

相应的管状体，即定子或转子，一般包括具有环形截面形状的管状轮廓。

管状体包括中心轴线，其一般与电机的转子(例如管状体自身或再一管状体)的旋转轴线同轴。围绕旋转轴线并且例如沿着管状体的管状轮廓的弯曲表面区域，限定出周向方向。此外，径向方向从管状体延伸至旋转轴线，其中径向方向垂直于周向方向和旋转轴线，并延伸穿过旋转轴线。

相应绕组可以连接至电路系统。例如，多个绕组可以围绕相应的第一和/或第二齿缠绕。绕组可以被分类为并且可以连接至三相或多相电力电路系统。

第一齿的第一(周向)侧壁和第二齿的第二(周向)侧壁在彼此之间一起形成槽缝，绕组可配置到所述槽缝中。绕组一般包括矩形截面，从而包括平面周向侧壁。相应绕组的周向侧壁在槽缝内抵靠第一周向侧壁的第一部段和第二周向侧壁。

相应侧壁是周向侧壁，这意味着相应侧壁沿周向方向界定出相应的齿。

在常规途径中，槽缝在槽缝开口与槽缝底部之间包括非恒定的周向距离，因为形成槽缝的齿包括相似宽度并沿着径向方向延伸。

通过本发明的途径，第一齿的第一周向侧壁的第一部段形成为与第二部段或整个第二周向侧壁平行。因此，第一部段与从第一周向侧壁的第一部段上的一点延伸至旋转轴线的相应径向方向不平行。换言之，第一周向侧壁的第一部段配置在平面内，该平面具有法线。该平面的法线与从该平面上的一点延伸至旋转轴线的线的径向方向不垂直。因此，由第一周向侧壁的第一部段与第二周向侧壁形成的槽缝的截面包括矩形形状，其具有平行的周向相反的侧面。因此，(矩形)绕组对齐并抵接到第一部段上，并且同时以相反的周向侧面与第二齿的第二周向侧壁对齐和抵接。因此，绕组与第一齿和第二齿的相应周向侧壁之间的空气间隙可以得到减小或防止。

在绕组与第一和第二齿的相应周向侧壁之间沿着周向方向没有空气间隙的情况下，包括管状体的电机的效率得到增加。

通过形成与相邻第二周向侧壁平行的第一周向侧壁的第一部段，实现了充分利用第一齿与第二齿之间的槽缝面积。此外，可以增加总槽缝面积，因为在槽缝内不存在或只存在小的未被使用的空气间隙。因此，绕组电阻和铜损可以被降低并且效率可以被改善。

根据本发明的再一示例性实施例，第一周向侧壁包括再一第一部段，其定位成沿着径向方向相邻于第一部段。换言之，可以沿着径向方向一个接一个地配置第一齿的多个第一部段和再一些第一部段，其中每个第一部段相对于彼此并且相对于径向方向可以包括不同的对齐。

在此背景中，在一示例性实施例中，再一第一部段位于弯曲表面区域与第一部段之间。替代地，第一部段位于弯曲表面区域与再一第一部段之间。

根据本发明的再一示例性实施例，第二周向侧壁包括第二部段，其与第一部段平行。再一第一部段与第二部段不平行，使得再一第一部段与第二周向侧壁之间的周向距离沿着径向方向变化。因此，在第一周向侧壁与第二周向侧壁之间形成的槽缝可以包括在第一部段与第二部段之间沿着径向方向具有恒定周向距离的槽缝部段，其中再一第一部段与第二部段之间的周向距离沿着径向方向增大。

根据再一示例性实施例，第二周向侧壁包括再一第二部段，其与再一第一部段平行。因此，两个相邻的第一和第二齿可以在彼此之间形成槽缝，其沿着径向方向包括具有恒定宽度的不同槽缝部段。

根据再一示例性实施例，管状体包括再一第二齿，其从弯曲表面区域沿着径向方向延伸，使得第一齿沿着周向方向配置在第二齿与再一第二齿之间。第一齿进一步包括再一第一周向侧壁，其面向再一第二齿的再一第二周向侧壁。再一第一周向侧壁包括第三部段，其平行于再一第二周向侧壁，使得第三部段与再一第二周向侧壁之间的周向距离沿着径向方向是恒定的。

再一第二齿的再一第二侧壁可以包括与第二齿的第二侧壁相似的设计，即再一第二侧壁包括例如两个或更多个再一第二部段，其相对于彼此不同地对齐。

因此，沿着周向方向，相应周向侧壁及其相应部段分别相对于彼此对齐，使得每个槽缝由平行周向侧壁的部段形成。

相应地，根据再一示例性实施例，管状体包括多个第一齿和多个第二齿。多个第一齿和多个第二齿相对于旋转轴线沿着径向方向从弯曲表面区域伸出。

第一齿和第二齿以交替方式沿着周向方向一个接一个地配置。

因此，通过用于电机的管状体的所提出的设计，效率可以被增加，并且绕组损失可以被明显地减小。槽缝中在绕组与齿的周向侧壁之间的间隙可以附加地被再一些绕组填充，使得槽缝填充率可以得到改善。对于相同的槽缝开口宽度，可以增加槽缝面积。这导致更小的绕组电阻、更小的铜/铝绕组损失以及相应地较高的效率。本发明的益处取决于槽缝数量和槽缝深度。在一示例性实施例中，有效槽缝面积可增大达大致15％，其导致15％的绕组损失下降。

必须指出的是：已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，一些实施例已经参考设备类型权利要求得到描述，而另一些实施例已经参考方法类型权利要求得到描述。然而，本领域的技术人员将从以上和以下描述推断出：除非另有指明，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，与不同主题有关的特征之间的特别是设备类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征之间的任意组合也视为被本申请公开。

附图说明

本发明的以上限定出的多个方面和再一些方面将从在以下描述的实施例中变得清楚明了，并且参考实施例得到说明。下面将参考实施例的示例详细描述本发明，但是本发明并不局限于所述实施例的示例。

图1A示出了根据本发明一示例性实施例的用于电机的管状体的示意图；

图1B示出了如图1A中示出的管状体的第一齿和第二齿的放大视图；

图2A示出了根据本发明再一示例性实施例的用于电机的管状体的示意图；

图2B示出了根据本发明一示例性实施例的在图2A中示出的管状体的第一齿和第二齿的放大视图；

图3-图5示出了根据本发明的示例性实施例的转子/定子配置的示例性实施例；

图6示出了根据本发明一示例性实施例的绕组的示意图；并且

图7示出了常规电机的常规定子。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应指出的是：在不同图中，相似或等同的元件被提供相同的附图标记。

图1A和图1B示出了用于电机的管状体100的一示例性实施例。管状体100可以是例如用于电机100的定子或转子。管状体100包括管状形状，其具有弯曲表面区域101。弯曲表面区域101可以是管状体100的径向内表面或径向外表面。

在图1A和图2A中示出的示例性实施例中，弯曲表面区域101是径向外表面。管状体100相对于再一(further)管状体是可配置的，使得管状体100或再一管状体围绕旋转轴线105相对于彼此是可旋转的。

如果管状体100是定子，则该定子包括中心轴线，其与电机的转子的旋转轴线105大体同轴。围绕旋转轴线105，并且例如沿着弯曲表面区域101，限定出周向方向103。此外，径向方向102从管状体100延伸穿过旋转轴线105，其中径向方向102垂直于周向方向103和旋转轴线105，并延伸穿过旋转轴线105。

管状体100进一步包括第一齿110和第二齿120。第一齿110和第二齿120以交替方式一个接一个沿着周向方向103配置到弯曲表面区域101上。第一齿110和第二齿120从弯曲表面区域101沿着径向方向102延伸。第一齿110和第二齿120沿着周向方向103彼此间隔开，并在彼此之间形成相应的槽缝。

具体地，至少一个第一齿110包括相应的第一周向侧壁113，其面对相应的第二齿120的第二周向侧壁123。第一周向侧壁113包括第一部段111，其与第二周向侧壁123平行，使得第一部段111与第二周向侧壁123之间的周向距离104沿着径向方向102是恒定的。因此，第一部段111与第二周向侧壁123之间的槽缝的槽缝部段包括恒定的周向距离104。

为清楚起见，只有一个第一齿110且只有一个第二齿120以附图标记来得到说明，而其它的第一和第二齿110、120可以通过相似方式形成。

在图1A和图1B中的示例性实施例中，第二齿120沿着径向方向102包括恒定的周向第三宽度w3。因此，靠近弯曲表面区域101以及处于第二齿120的自由端部处的第三宽度w3是相似的。

另一方面，第一齿110包括相应的第一部段111，其被排列成使得第一周向侧壁113的第一部段111与第二周向侧壁123之间的槽缝沿着径向方向102包括恒定的周向距离104。换言之，第一周向侧壁113的第一部段111与第二周向侧壁123平行。

这在图1B中更详细地示出。虚线示出了径向方向102，其从第一部段111上的一点延伸穿过旋转轴线105。第一周向侧壁113的第一部段111与第二周向侧壁123平行。换言之，第一部段111被配置在一平面内，该平面不平行于从第一部段111上的一点延伸到旋转轴线105的径向方向102(见用于径向方向102的虚线)。换言之，由第一部段111限定出的平面的法线与径向方向102不垂直。

沿着第一齿110的径向延伸方向，第一齿可以包括第一部段111和再一第一部段112。在图1A和图1B中示出的示例性实施例中，第一部段111位于弯曲表面区域101与再一第一部段112之间。

再一第一周向侧壁114，其相对于第一齿110的第一周向侧壁113配置在相反周向侧壁处，包括第三部段115。第三部段115可以再次与相邻第二齿120的再一第二周向侧壁124平行。

第一齿110可以形成为如图1A和图1B中所示。第一齿110的径向外侧第二部段112和相反地配置的再一第三部段116可以沿着径向方向102延伸，该径向方向102从相应部段112、116的一点延伸至旋转轴线105。因此，在图1A和图1B中示出的示例性实施例中，第一齿110的再一第一部段112和再一第三部段116与周向相邻第二齿120的相应的相邻第二周向侧壁123、124不平行。因此，在再一第一部段112与再一第三部段116之间沿着第一齿110的周向方向103的第一宽度w1大于在第一齿110的底部区域处沿着周向方向103的第二宽度w2。

如从图1A和图1B可理解的，在相应的第一和第二齿110、120之间，形成有槽缝。相应的绕组131、132、133被配置在槽缝内。相应绕组131、132、133的行进由箭头A、B、C指示出。例如，第一绕组131首先围绕第二齿120行进，进一步围绕第一齿110行进，然后围绕第一齿110行进回到第二齿120。相应地，第二绕组132沿着由箭头B示出的路径行进，并且第三绕组133沿着由箭头C示出的路径行进。

绕组131、132、133包括矩形截面(见例如图6中)。因此，配置在由第一部段111与相应的第二侧壁123形成的槽缝的底部区域中的绕组131、132、133平滑地抵接在相应的第二周向侧壁123和第一部段111处，使得不存在周向间隙106。另一方面，配置在由再一第一部段112与第二周向侧壁123形成的槽缝的顶部区域处的绕组131、132、133，可能存在周向间隙106。如在图1A和图1B中可看出的，这些间隙106可能分别出现于相应绕组131、132、133与相应的再一第一部段112、再一第三部段116、第二周向侧壁123和再一第二周向侧壁124之间。

换言之，当测量点朝向槽缝底部移动时，第一齿110的周向宽度从具有周向第一宽度w1的顶部部分沿着径向方向102径向地降低为第一齿110的底部部分处的周向第二宽度w2。绕组131、132、133可以沿着相应齿110、120的相应顶部部分滑动至相应齿110、120的底部部段。

为了生成每个齿110、120的几乎相等的磁阻，第一齿110在再一第一部段112与再一第三部段116之间的第一宽度w1可以大于第二齿120在第一部段111与第三部段115之间的第三宽度w3。与第二齿120的第三厚度w3相比，这平衡第一齿110在第一齿的底部部分处的较小第二宽度w2。换言之，第一齿110的材料质量可以与第二齿120的材料质量相似，使得齿110、120的等同磁阻是相似的。

图2A和图2B示出了本发明的再一示例性实施例。第一齿110形成为类似于如图1A和图1B中示出的第一齿110。与图1A和图1B中示出的示例性实施例形成对比，图2A和2B中示出的第二齿120还包括具有不同周向宽度w3、w4、w5的不同部段221～224。

第二齿120在底部部段中例如靠近弯曲表面区域101包括第二部段221。第二部段221可以被配置在这样的平面内，其法线垂直于径向方向102。第一齿110的相对地定位的第一部段111与第二部段221平行，使得第一部段111与第二部段221之间的槽缝部段的周向距离104是恒定的。

此外，在第二齿120的顶部部段处，第二周向侧壁123包括再一第二部段222。再一第二部段222被配置在这样的平面内，其与从第二部段222上的一点延伸至旋转轴线105的相应径向方向102不平行。换言之，沿着其配置再一第二部段222的平面的法线被配置成与径向方向102不垂直。沿着周向方向103相邻于再一第二部段222配置的第一齿110的再一第一部段112被对齐成平行于从再一第一部段112上的一点到旋转轴线105限定出的径向方向102。因此，再一第一部段112与再一第二部段222平行，使得再一第一部段112与再一第二部段222之间的再一槽缝部段的周向距离104是恒定的。

第一齿110在再一第一部段112与再一第一侧壁114的相反地定位的再一第三部段116之间包括恒定的第一宽度w1。在第一齿110的第一部段111与第三部段115之间靠近弯曲表面部段101的第二周向宽度w2小于第一齿110的第一宽度w1。

第二齿120在自由端部处包括周向第三宽度w3。在再一第二部段222与第二部段221之间的中间部段处，第二齿120包括第四周向宽度w4，其小于第三宽度w3。第二齿120的第二部段221和相反地定位的再一第四部段224各自与径向方向102平行。因此，第二部段221与再一第四部段224之间的第五宽度w5沿着径向方向102是恒定的。第三宽度w3可以等于或小于第五宽度w5。在相应再一第二部段222与第二部段221之间的中间部段测得的第四宽度w4小于第三宽度w3和第五宽度w5。

因此，如图2A和图2B中示出的，配置在靠近弯曲表面区域101的底部部分处的相应槽缝内的相应绕组131、132、133紧紧地且平滑地抵接到第一齿110的相应第一部段111和第三部段115以及相应地第二齿120的第二部段221和再一第四部段224上。

此外，配置在相应槽缝的径向外侧区域内的绕组131、132、133也平滑地抵靠第一齿110的相应的再一第一部段112和再一第三部段116以及第二齿120的相应的再一第二部段222和第四部段223。因此，减小和防止了相应周向侧壁113、114、123、124之间的周向间隙106。换言之，在图2A和图2B中示出的示例性实施例中，第二齿120被分成两个径向相邻的部段：一个由第二部段221和再一第四部段224形成，而一个由再一第二部段222和第四部段223形成。相应地，第一齿110与第二齿120之间的相应槽缝被分成内部槽缝部段和外部槽缝部段，其中槽缝的每个槽缝部段包括相等且恒定的周向宽度和距离104。

第二齿120在图2A和图2B中示出的示例性实施例中可以包括处于例如第二部段221与再一第二部段222之间的交界部段处的相应边缘。

图3、图4和图5示出了电机的示例性实施例，其包括管状体100，其是定子磁轭，和转子磁轭301。定子磁轭100包括相应的齿110、120，例如如图1A、1B、2A和2B中更详细地示出的。转子磁轭进一步包括例如永久磁体302。为清楚起见，相应齿110和120的轮廓被示出为矩形轮廓，尽管相应齿110、120可以具有如图1A、1B、2A和2B中示出的轮廓。

在图3中，示出了特定的绕组配置131、132、133。相应绕组131、132、133的路径由箭头A、B、C示出。如图3中示出的，每个绕组131、132、133行进穿过每个第三槽缝，使得每个绕组131、132、133彼此交叠。

图4示出了绕组131、132、133的绕组配置的再一示例性实施例，其中每个绕组131、132、133围绕两个相邻齿110、120缠绕。因此，相应绕组131、132、133彼此不交叠。

图5示出了管状体100的再一示例性实施例。图5示出了绕组131、132、133的再一示例性配置。每个绕组131、132、133围绕两个相邻齿110、120缠绕。

图6示出了绕组131、132、133的一示例性实施例。如从图6可理解的，每个绕组包括多个铜线圈。此外，绕组131、132、133包括矩形截面。绕组131、132、133的内表面形成与相应齿110、120的接触表面601，并且绕组131、132、133的外表面形成与相应齿110、120的接触表面601’。

应当指出的是：术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，关联于不同实施例描述的元件可以进行组合。还应指出的是：权利要求中的附图标记不应该被解释为限制权利要求的范围。

Claims (11)

1.用于电机的管状体(100)，所述管状体(100)包括：

弯曲表面区域(101)，

第一齿(110)，和

第二齿(120)，

其中，所述管状体(100)相对于再一管状体(100)是可配置的，使得所述管状体(100)或所述再一管状体(100)中的一个围绕旋转轴线(105)相对于另一个是可旋转的，

其中，所述第一齿(110)和所述第二齿(120)相对于所述旋转轴线(105)沿着径向方向(102)从所述弯曲表面区域(101)伸出，

其中，所述第一齿(110)和所述第二齿(120)围绕所述旋转轴线(105)沿着周向方向(103)彼此间隔开，

其中，所述第一齿(110)包括第一侧壁(113)，所述第一侧壁(113)面向所述第二齿(120)的第二侧壁(123)，并且

其中，所述第一侧壁(113)包括第一部段(111)，其平行于所述第二侧壁(123)，使得所述第一部段(111)与所述第二侧壁(123)之间的周向距离(104)沿着所述径向方向(102)是恒定的。

2.根据权利要求1所述的管状体(100)，

其中，所述第一侧壁(113)包括再一第一部段(112)，其定位成沿着所述径向方向相邻于所述第一部段(111)。

3.根据权利要求2所述的管状体(100)，

其中，所述再一第一部段(112)位于所述弯曲表面区域(101)与所述第一部段(111)之间。

4.根据权利要求2所述的电机(100)，

其中，第一部段(111)位于所述弯曲表面区域(101)与所述再一第一部段(112)之间。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的管状体(100)，

其中，所述第二侧壁(123)包括第二部段(221)，其与所述第一部段(111)平行，

其中，所述再一第一部段(112)与所述第二部段(221)不平行，使得所述再一第一部段(112)与所述第二部段(221)之间的周向距离(104)沿着所述径向方向变化。

6.根据权利要求5所述的管状体(100)，

其中，所述第二侧壁(123)包括再一第二部段(222)，其与所述再一第一部段(112)平行。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的管状体(100)，

再一第二齿(120)沿着所述径向方向(102)从所述弯曲表面区域(101)伸出，使得所述第一齿(110)沿着所述周向方向(103)配置在所述第二齿(120)与所述再一第二齿(120)之间，

其中，所述第一齿(110)进一步包括再一第一侧壁(114)，所述再一第一侧壁(114)面向所述再一第二齿(120)的再一第二侧壁(124)，

其中，所述再一第一侧壁(114)包括第三部段(115)，其平行于所述再一第二侧壁(124)，使得所述第三部段(115)与所述再一第二侧壁(124)之间的周向距离(104)沿着所述径向方向(102)是恒定的。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的管状体(100)，进一步包括：

多个第一齿(110)，和

多个第二齿(120)，

其中，所述多个第一齿(110)和所述多个第二齿(120)相对于所述旋转轴线(105)沿着径向方向(102)从所述弯曲表面区域(101)伸出，

其中，所述多个第一齿(110)和所述多个第二齿(120)以交替方式沿着所述周向方向(103)一个接一个地配置。

9.电机，包括：

至少一个绕组，

根据权利要求1-8中任一项所述的管状体(100)，

其中，所述至少一个绕组围绕所述第一齿和/或所述第二齿(120)缠绕。

10.根据权利要求9所述的电机，

其中，所述管状体(100)是转子，其围绕所述旋转轴线(105)可旋转地配置。

11.根据权利要求9所述的电机，

其中，所述管状体(100)是定子，其围绕所述旋转轴线(105)是不可旋转的。