CN106233584B

CN106233584B - 电机

Info

Publication number: CN106233584B
Application number: CN201580011605.3A
Authority: CN
Inventors: 古拉克·达亚库
Original assignee: FEAAM GmbH
Current assignee: FEAAM GmbH
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: US10164494B2; US20170110923A1; DE102014104225A1; EP3146619B1; SI3146619T1; EP3146619A1; CN106233584A; WO2015144494A1; EP3146619B8; PL3146619T3

Abstract

本发明涉及一种电机，所述电机包括定子(1)和能够相对于定子转动的转子。定子包括两个多绕线的集中式绕组(A1、B1、Cl；A2、B2、C2)，所述绕组引入在定子(1)的相应槽中。第一绕组(Al、B1、Cl)包括六个线圈，第二绕组(A2、B2、C2)具有十二个线圈。第一绕组的线圈匝数(Nw1)不等于第二绕组的线圈匝数(Nw2)。

Description

电机

发明内容

本发明涉及一种电机，所述电机包括定子和相对于定子转动的转子。

在电机中，通常期望达到机器的高效率和低噪声运转。为此，要求尽可能地抑制磁通势的较高谐波并且仅使用代表机器的工作波的谐波。

这可以例如借助于分布式绕组来实现。

然而，分布式绕组涉及高生产技术消耗并由此导致较高的制造成本。

因此需要一种集中式绕阻，其具有低谐波分量、即高得不多的磁通势谐波，并且能够以较少的消耗来制造。

本发明的目的在于提供一种具有集中式绕组的电机，所述电机包括除了基波以外的很少的不期望的谐波。

所述目的通过专利权利要求1的主题来实现。

从属专利权利要求中提供实施例和有利的发展方案。

根据所提出的原理的电机包括定子和相对于定子转动的转子。所述定子包括称为第一和至少第二绕组的至少两个绕组系统。所述绕组分别设计为多绕线的集中式绕组。

所述两个绕组引入在为绕组设置的、定子的各个槽中。第一绕组包括六个线圈，所述线圈引入在六个槽中并分配有不同的电绕线。第二绕组包括十二个线圈，所述线圈引入在定子的十二个槽中并且也分配有不同的电绕线。第一绕组的线圈匝数不等于第二绕组的线圈匝数。

优选地，第一和第二绕组的线圈分别精确缠绕在定子的独齿周围，其中独齿分别地形成于定子的相邻槽之间。

第一和第二绕组能够具有不同的绕组拓扑。

计算表明，所提出的两个绕组的组合，其中每个绕组都设计成多绕线的集中式绕组，这导致处于在此用作工作波的基波之上的更高的谐波分量几乎完全消除。

优选地，第二绕组布置为比第一绕组更接近形成于定子和转子之间的电机的气隙。

在此，第二绕组的线圈设计为比第一绕组的线圈具有更小的总横截面。优选地，第二绕组的线圈匝数设置为小于第一绕组的线圈匝数。

在实施例中，第一绕组的槽沿周向平均分布，即，槽以360°/6p的间隔布置。在此，P为极对数。同样，第二绕组的槽优选地沿周向对称分布使得所述槽分别以360°/12p的角度彼此间隔。

第一绕组的线圈匝数与第二绕组的线圈匝数的比率关系优选处于1.5到5的区间内，其中包括区间边界。

进一步优选地，n为自然数并且第一绕组的线圈匝数为9x n，而第二绕组的线圈匝数为4x n。因此，第一绕组的线圈匝数与第二绕组的线圈匝数的比率关系为9:4。

在这种情况下，得出绕组因数为大约35.3％。

对于其他的匝数的比率关系，绕组因数取决于第一绕组和第二绕组的匝数的比率关系而处于30％到40％之间。

优选地，第一和第二绕组分别设计为具有3根绕线。由此，第一和第二绕组能够毫无问题地连接至三相电力系统。

如果电机例如设计为异步电机，那么建议在电机的绕组与三相电力系统之间设置电力转换器。所述两个绕组能够优选地以星形-三角形连接而连接到所述转换器。其中，第二绕组的三根电绕线形成电路的内三角，而三角形的节点经由第一绕组的分别三根绕线的线圈连接至转换器和/或电力网络的三相。

在星形-三角形连接的情况下，第一绕组系统优选相对于第二绕组系统以0°的角度彼此移位。

在具有三根绕线A、B、C的实施例中，这表示例如绕线A的两个线圈布置为相对于第一绕组的第一绕线A的线圈沿径向朝向转子。这同样适用于另外的绕线B和C，使得在任意情况下，不同绕组的同一绕线的线圈沿径向布置在彼此之上。

作为替代，可以使用星形-星形连接或者三角形-三角形连接代替星形-三角形连接。在这种情况下，优选地，第一和第二绕组以90°的角度彼此机械移位。

电机能够是线性电机、轴向磁通电机、径向磁通电机、异步电机或同步电机。

电机能够构造为具有内部转子或外部转子的电机。转子能够是以下类型的一种：异步电机情况下的笼型转子、多层转子，或者同步电机情况下的永磁体转子、具有隐磁体的转子或者电动转子、特别是全极类型转子、凸极类型转子、异极转子、单极转子或者同步磁阻转子。

所提出的两极集中式绕组具有与q＝2的分布式绕组相同的磁通势频谱，其中q为每极每相的线圈匝数。

在上述不应使用星形-三角形连接而应使用电绕线的纯星形或纯三角形连接的实施例中，对于第一绕组的线圈匝数相对于第二绕组的线圈匝数的其他比率关系、例如3:8而言，也能实现磁通势的良好特性。绕组因数在该情况下在27％到38％之间变化。

优选地，第一绕组的线圈匝数与第二绕组的线圈匝数的比率关系在该实施例中为4:1，这导致大约31.1％的绕组因数。因此，绕组因数小于星形-三角形连接情况下的绕组因数。

下文中将参照不同的附图，借助多个示例性实施例来说明所提出的原理的其他实施方案和有利的作用方式。

附图中示出：

-图1是根据所提出的原理的异步电机的第一示例性实施例；

-图2是根据图1的示例的一个转动周期之上的磁通势的分布；

-图3是根据图1的示例的磁通势的谐波；

-图4是根据图1的示例的绕组的示例性星形-三角形连接；

-图5是根据示例的永磁体同步电机的实施例；

-图6是对于星形或三角形连接所提出的原理的异步电机的另外的示例性实施例；

-图7是根据图6的示例的一个转动周期之上的磁通势的分布；

-图8是根据图6的示例的磁通势的谐波；

-图9是根据示例的在定子中的绕组系统的相对布置；

-图10是图6的示例应用于永磁体激励同步电机；

-图11是图6、图9和图10的绕组绕线以星形连接的示例性连接，和；

-图12是图6、图9和图10的绕组绕线以三角形连接的示例性连接。

图1示出根据所提出的原理的包括定子1和内部转子2的电机的第一示例性实施例。

转子2设计为在此的异步电机的笼型转子。

定子1包括两个三相集中式绕组。第一绕组包括三根绕线A1、B1、C1。第二绕组包括三根绕线A2、B2、C2。所述绕线的每根分别分配到三相电力系统的电相。

两个绕组都引入在定子的相应槽中。其中，第二绕组布置为更接近形成于定子1和转子2之间的电机的气隙，而第一绕组布置为在定子中沿径向进一步向外，即进一步远离转轴。第一绕组包括六个线圈，其中同相的两个线圈分别彼此相对布置。第二绕组包括十二个线圈，其中同电相的两个线圈分别围绕直接相邻的齿缠绕。在此，不设置在第一绕组和第二绕组之间的机械转换，以便第一和第二绕组的同相线圈在每种情况下都布置为沿径向在彼此之上。在此，第二绕组的两个线圈在每种情况下都沿径向形成在第一绕组的线圈之下。

根据图1的附图得出槽和绕组系统的线圈的精确布置。

第一绕组的线圈匝数Nw1不等于第二绕组的线圈匝数Nw2。

由于所述绕组为集中式绕组，尤其为齿集中式绕组，两个绕组系统的线圈分别精确缠绕在独齿周围。

正如通过图1能够看到的，第一和第二绕组的轴向延伸的槽沿定子的周向对称并且等距分布。

第一绕组的所有的槽关于电机的转轴以第一半径布置，第二绕组的所有的槽以更小的第二半径布置。

第一绕组的线圈匝数Nw1在此为9x n，而第二绕组的线圈匝数为4x n，其中n为自然数。

正如之后根据图4所进一步描述的，三相第一绕组和三相第二绕组的绕线通过星形-三角形电路连接。

正如根据图2和图3将显而易见的，在所提出的电机中使用磁通势的傅里叶分解的第一谐波作为基波。实践中不会出现更高的谐波，其帮助电机达到高效率以及一致的转矩变化过程。磁通势频谱与具有q＝2的分布式绕组的电机的磁通势频谱几乎相同，其中q为每极每相的线圈数。

根据图1的实施例的电机的绕组因数为大约35.3％。

由此，所提出的电机特别适合于高压应用和具有小的极数的电机。在此，由于所提出的电机的结构具有集中式绕阻，所述电机与具有分布式绕组的电机相比，在生产方面、特别是在制造成本方面具有显著优势。

图4示出了每种情况下第一绕组的三根绕线A1、B1、C1和第二绕组的三根绕线A2、B2、C2的星形三角形连接。可以看出，第二绕组的三根绕线A2、B2、C2以三角形连接。三角形的角经由第一绕组的各个补偿绕线A1、B1、C1连接至三相电网侧A、B、C。补偿在这种情况下意味着每个电相每次连接至一个电路节点。因此例如，第一绕组的第三绕线C1连接在第二绕组的第一和第二绕线A2、B2的节点上。

图5示出与图1有所不同的具有定子1的电机，其中与图1中的笼型转子不同，转子2’是设计为具有两个相对的永磁体的转子。图5的电机设计为同步电机。包括绕组A1、B1、C1、A2、B2、C2的定子1在结构和有利的功能性上与图1所述的定子相同，因此关于此点不再赘述。

基于图1，图6示出具有相同的转子2的电极，然而其具有定子1’的另外的设计。虽然图6的电机的定子中，第一绕组A1、B1、C1设计为与图1中的第一绕组相同，第二绕组A2、B2、C2设计为与图1中的第二绕组具有相同的拓扑，然而第二绕组在此布置为相对于第一绕组围绕转轴沿数学正向转动90°。该变换通过图9描述。

在其他方面，图6的电机与图1的电机相同，因此将不再赘述。

与图1的电机对比，由于第二绕组系统相对于第一绕组系统转动，所以电机能够以不同的方式提供在电力侧。为此，替代星形-三角形连接而设置如图11所示的纯星形连接或如图12所示的纯三角形连接。

通过根据图7的以角度为基础所绘制的磁通势分布和/或通过根据图8的谐波分解能够再次显示出图6的实施例的有利作用方式。后者正如图3一样清楚示出，在实践中，除了用作工作波的基波之外，在磁通势的傅里叶分解中不会出现显著更高的谐波。

图10再次示出具有基于图6的笼型转子2的异步电机的变型，其在图10中设计为具有永磁体转子2’并且作为同步电机。

第一绕组的匝数与第二绕组的匝数的比率关系在图6、9和10中为4/1而不是如1中的9/4。由此得出，在所述实施例中绕组因数约等于31.1％。因此，绕组因数小于设计用于星形-三角形连接的根据图1的绕组的绕组因数。

附图标记列表

1 定子

1’ 定子

2 转子

2’ 转子

A1,B1,C1 第一绕组

A2,B2,C2 第二绕组

A,B,C 三相电力系统

MMK 磁通势

Nw1 每个线圈的匝数

Nw2 每个线圈的匝数

Claims

1.一种电机，其包括定子(1)和相对于所述定子(1)转动的转子(2)，其中，

-所述定子(1)包括第一绕组(A1、B1、C1)和至少第二绕组(A2、B2、C2)，所述绕组分别设计为多绕线的集中式绕组并引入在所述定子(1)的各个槽中，

-所述第一绕组(A1、B1、C1)包括引入在六个槽中的六个线圈，

-所述第二绕组(A2、B2、C2)包括引入在十二个槽中的十二个线圈；

其中，由所述第一绕组和第二绕组产生的磁通量穿过定子和转子之间的同一平面；

其中，所述第二绕组布置为更接近形成于所述定子(1)和转子(2)之间的电机的气隙，而所述第一绕组布置为在定子中沿径向进一步向外；所述第一绕组和第二绕组的同相线圈在每种情况下都布置为沿径向在彼此之上，所述第二绕组的两个线圈在每种情况下都沿径向形成在所述第一绕组的线圈之下。

2.根据权利要求1所述的电机，其中所述第一绕组的线圈匝数(Nw1)不等于所述第二绕组的线圈匝数(Nw2)。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述第一绕组和所述第二绕组的线圈分别精确缠绕在形成于两个相邻槽之间的独齿周围。

4.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述第一绕组和所述第二绕组的槽分别沿所述定子的周向平均分布。

5.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述第一绕组的线圈匝数(Nw1)与所述第二绕组的线圈匝数(Nw2)的比率关系处于1.5到5的区间内，其中包括所述区间边界。

6.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述第一绕组的线圈匝数(Nw1)为9乘n，并且所述第二绕组的线圈匝数(Nw2)为4乘n，其中n为自然数。

7.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述第一绕组(A1、B1、C1)和所述第二绕组(A2、B2、C2)分别为三相绕组。

8.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述第一绕组(A1、B1、C1)和所述第二绕组(A2、B2、C2)以星形-三角形连接的方式互相连接。

9.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述第一绕组(A1、B1、C1)和所述第二绕组(A2、B2、C2)相对于彼此以90度的角度移位。

10.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述电机包括线性电机。

11.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述电机包括轴向磁通电机或径向磁通电机。

12.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述电机包括异步电机或同步电机。

13.根据权利要求1或2所述的电机，其构造为具有内部转子或外部转子的电机。

14.根据权利要求1或2所述的电机，其中所述转子为以下类型的一种：异步电机情况下的笼型转子，或者同步电机情况下的永磁体转子。