CN105703505B - 永磁激励的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于永磁激励的电机(10)的转子(16)，具有八个沿着其外圆周以环形布置安装的磁极(18)。本发明的目的是，将转子(16)的转矩波动保持得特别小。该目的通过特定的角间距实现，该角间距存在于相应相邻的磁极(18)之间。

Description

永磁激励的电机
技术领域
本发明涉及一种具有转子和定子的电机，其中沿着转子的外圆周以环形布置安装八个磁极。
背景技术
目前，电机、特别是永磁激励的电机是有需要的。永磁激励的电机具有高度可靠性并且能够以高效率运行。永磁激励的电机能够作为电动机或作为发电机运行。永磁激励的电机例如能够作为伺服电动机应用。伺服电动机具有多种应用领域。伺服电动机通常应用在工业设备中。伺服电动机也能够应用在多种机器中，例如应用在机床、包装机器或工业机器人中。
从文献DE 103 03 848 A1中已知具有初级部件和次级部件的三相交流电机。在此，初级部件具有N个槽、m个电支路和集中的或分散的绕组，并且次级部件具有磁极。三相交流电机的构造、即磁极对的相应布置和极间隙与极对间隙的相应的尺寸设计起到以下作用，即尽可能地衰减在运行中出现的干扰效应、如感应电压的谐波波动和止动力矩。永磁体的布置必须总是成对地确定。
此外，DE 103 48 401 A1描述具有永磁体的旋转机器，该旋转机器具有带有转子芯的转子。转子在其弯曲的外表面上承载多个永磁体，该永磁体沿着轴向方向以如下方式布置成两排，即一排中的永磁体相对于另一排中的永磁体以两排之间的倾斜错位角倾斜地错位开。在此，形成由南极和北极构成的对的永磁体相对于相同角度下的点在机械角度方面倾斜地完全错开15°或3.75°。
此外，WO 2004/070921A1描述一种三相交流电机，该三相交流电机具有带有N个槽和m个电支路的初级部分以及具有p个极对的次级部分，极对由各两个不同极性的磁极构成。在此，极间隙对于全部极对而言基本上是相同的，并且由所有极在次级部分上的相同分布而得出。此外，至少一个极对在极间隙不变的情况下相对于全部极对的等间距的分布移动了预设的间距。
此外，US 4 713 569 A描述一种包括定子和转子的交流电动机，定子具有预设数量的定子极和定子绕组，转子包括预设数量的永磁体转子极。在此，转子极在圆周方向上移动了距离相应的基准位置的相应的不同的位移角度。基准位置相对于彼此以如下角度移动地布置，该角度等于360°除以预设的转子极数。位移角度中的每个都等于360°除以由定子极数与转子极数构成的乘积的整数倍。
在图2中(现有技术)示例性示出了具体的转子构造，通过该转子构造应当将干扰效果保持得很小。由图2得到具有分级的磁极18的转子16。相邻的磁极18在每个分级盘的圆周方向上相对于彼此具有相同的间距或相同的相对角位置。在8极转子中，磁体具有45°的角间距。
发明内容
本发明的目的在于，将转矩波动保持得特别小。
根据本发明，该目的通过一种具有转子和定子的电机、特别是永磁激励的电机来实现。沿着转子的外圆周以环形布置安装八个磁极。在此，在相应的相邻磁极之间存在相对于彼此的角间距，该角间距依次为41.25°，39.75°，41.25°，57.75°，41.25°，39.75°，41.25°和57.75°。此外，相应的角间距具有0.4°的公差范围。因此，磁极能够具有±0.4°的定位精度。此外，为转子分配具有48个槽和48个齿线圈的定子，并且其中，电机具有在0.6和0.7之间的极弧。换而言之，在转子的圆周处利用不同的相对的定位角度布置磁极。不同的定位角度或角间距有如下作用，只要角间距的数值不是一致的，在相应的两个在圆周方向上相邻的磁极之间的间距、即圆弧的长度是不同的。在此例如能够以环形布置来布置磁体，从而环形装置的中点与假设的直线相交，该直线从转子的中点出发延伸至磁体中点，其中朝向该假设直线以相应的角间距延伸的有同样从转子中点出发的另一假设直线角间距，该另一假设直线同样延伸穿过另一个相邻磁体的中点。
磁极在此表示永磁体，其中，磁极能够具有不同的极性。角间距在此表示在两条直线之间产生的间距，其中这些直线从转子(转子轴线)的中点出发径向地向外延伸至磁极的中点。角间距在此以度为单位测量，例如为45°。公差范围在此表示相应的相邻磁极之间的角间距的相应数值的偏差的正值或负值。然而在此，对于磁极之间的角间距而言全部八个数值的和总共为360°。通过磁极在转子圆周处的相应布置得到如下优点，降低干扰效果、例如波动的转矩。
转子布置在具有48个槽和48个齿线圈的定子中。换而言之，为转子分配具有48个槽和48个齿线圈的定子。在此，电机能够具有在0.6和0.7之间的极弧。极弧在此表示由磁体到定子孔投影的角度与极角所得出的比例。换而言之，极弧由磁角与极角的比例得出。在此，磁角能够通过如下方式来确定，即从两个磁体边、即磁体的第一边和第二边出发，其中第二边在圆周方向上与第一边相对设置，将磁体边的线假设地在定子孔的内直径的方向上延长，从而对于同一磁体的各一个延长的磁体边线而言分别产生一个与定子孔的内圆的交点，并且将从转子中点出发将两条直线引导至该交点。
磁角等于这两条直线之间的角度。在磁体边之间或者说在磁体的第一边和第二边之间的水平间距表示磁体宽度。极角能够借助公式：极角＝ap＝360°/(2*p)来计算。极角也如磁角一样以度为单位给出。在上述公式的分母中，参量p代表极对的数量或极对数，极对的数量或极对数与2相乘。例如在8极的电机中，极对数等于数值4。因此例如对于8极的电机得出45°的极角ap。
一个实施方式提出，磁极设计为壳式磁体。壳式磁体的特征在于，其下侧、即位于转子的叠片组上方的面，和上侧、即与下侧相对置的面如下地拱起，使得其拱起与具有到转动轴线相应相同的径向间距的圆的拱起一致。这具有如下优点，在磁极表面和定子内表面或极面之间能够实现更细的且更均匀的气隙并且仍然保障了在叠片组上的固定位置。
有利地，磁通闭锁部从转子的第一轴向端部向转子的相对置的第二轴向端部延伸，其中径向内置地并且居中地以到磁极的预定间距布置磁通闭锁部。“内置地”在此表示，在磁极下方、即在转子中点的方向上布置磁通闭锁部。磁通闭锁部在此意指空腔，该空腔例如能够具有圆柱形的形状。这具有如下优点，使得转子更轻并因此具有特别小的重量。此外，由于存在磁通闭锁部而不出现磁短路。这两者使得在电机运行时出现特别小的损耗。
另一实施方式提出，由八个磁极构成的另外的环形布置和所有环形布置的相对应的磁极轴向对中地布置。“轴向对中地”在此意指，沿着相对于旋转轴线的平行线布置磁极。通过这样避免转子上的磁极的分级或倾斜措施，能够将磁极恰好安置在转子上。这具有如下优点，可以利用直的磁化轭在转子上进行磁化。这简化了制造技术和制造部件的数量。
附图说明
下面描述本发明的实施例。其示出：
图1示出根据本发明的电机的一个实施方式的横截面的示意图；
图2示出具有分级的磁体的转子(现有技术)；
图3示出具有根据本发明的转子和定子的图1的电机的横截面的剖面示意图；
图4示出图3的截面。
具体实施方式
下面阐述的实施例为本发明的优选的实施方式。但是在实施例中，实施方式的所描述的要素分别代表本发明的各个彼此独立观察的特征，该特征也分别彼此独立地改进本发明，并且因此也能够单独地或以示出的组合视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也能够通过本发明的已经描述的特征中的其他的特征来补充。
在图1中示出电机的一般结构。在图1中，转子轴线A也代表视图的对称轴线。电机10包括定子14，在该定子中布置有电线圈的绕组W，其中在图1中仅示出绕组W中的一个。绕组W通过三相电流源C交替地通电，由此在定子14的内部中产生在电机10的气隙L中的旋转磁场。三相电流源C例如能够是逆变器或者固定频率的供电网。
在定子14的内部中存在转子16，该转子与轴12抗扭地连接。轴12能够围绕旋转轴线A旋转并且支承在定子14中。
在图3中示出具有定子14和转子16的电机10的截面。电机10例如能够是电动机，例如PM伺服电动机(PM-永磁)或者是发电机。转子16具有八个沿其外圆周以环形布置安装的磁极18。
在相应相邻的磁极18之间存在角间距a1至a8，其中角间距依次为41.25，39.75，41.25，57.75，41.25，39.75，41.25和57.75。相应的角间距a1至a8能够具有0.4°的公差范围，然而其中全部角间距的总和总是360°。转子16具有孔数量2。磁极18交替地是北极和南极。为转子16分配具有48个槽20和48个齿线圈的定子14。
图4示出根据本发明的转子16的截面的示意图。在转子16的圆周处布置有磁极18。在转子16和定子14之间构成气隙L。如从图4中能够看出，示出了两个角度，即磁角am和极角ap。极角ap能够通过公式：360°/(2*p)计算，其中分母中参量p等于极对的数量。磁体宽度通过计算第一和第二磁体边缘之间的水平距离来得出，第二磁体边缘在转子的圆周方向上与第一边缘相对地布置。在本实施例中，磁极18由三个磁体构成。电机10具有在0.6和0.7之间的极弧。极弧从磁角am与极角ap的比例得出(极弧＝am/ap)。
因此总体上，得到具有扭转的磁极的永磁激励的机器。这涉及3相的、8极的和48槽的电机，其具有不倾斜的定子、永磁体激励和简单的转子结构。因此，通过简单的措施将三相电流波动保持得很小，使得制造成本保持得小。
该实施例示出在电动机圆周处的磁极的不同位置角与所属的极弧(磁体宽度/极距)的组合。通过避免电动机上的分级措施和倾斜措施，能够将磁体刚好施加在转子上。因此，可以利用直的磁化轭在转子上进行磁化。这简化了制造技术和制造部件的数量。分极弧和位置角的组合产生了显著的技术效果。位置角通过各个极的转动而形成。
基于转矩波动的降低和转子的简单结构，具有这种转子的电机主要使用在车辆驱动装置和工业设备与系统中。电动车辆驱动装置在此涉及结合轨道的车辆、如有轨电车、牵引机车、机车、以及电动车、矿用卡车，及同样在电动飞行器中的应用。在工业设备和系统中，降低的转矩波动和简单的结构主要为机床和工具加工而提出，这种电机同样应用在工业机器人、封装机器或物流中心中。在该处，电机主要用作为伺服电动机，伺服电动机基于其对电机的轴的角度位置以及转动速度和加速度的控制而是特别适合的。

Claims (5)

1.一种具有转子(16)和定子(14)的电机(10)，其中沿着所述转子(16)的外圆周在环形布置中安装八个磁极(18)，其特征在于，在相应相邻的所述磁极(18)之间存在相对于彼此的角间距(a1至a8)，其中所述角间距(a1至a8)依次为41.25°，39.75°，41.25°，57.75°，41.25°，39.75°，41.25°和57.75°，其中相应的所述角间距(a1至a8)具有0.4°的公差范围，其中为所述转子(16)分配具有48个槽(20)和48个齿线圈的定子(14)，并且其中，所述电机(10)具有在0.6和0.7之间的极弧。
2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述磁极(18)构造为壳式磁体。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其中，磁通闭锁部从所述转子(16)的第一轴向端部轴向地延伸至所述转子(16)的相对设置的第二轴向端部，其中所述磁通闭锁部径向内置地并且居中地以到所述磁极(18)的预定间距布置磁通闭锁部。
4.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，由八个磁极(18)构成的至少一个另外的环形布置和所有环形布置的相对应的磁极(18)轴向对中地布置。
5.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，由八个磁极(18)构成的至少一个另外的环形布置和所有环形布置的相对应的磁极(18)轴向对中地布置。
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