CN110383634B - 电子换向的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电机的定子装置（2），包括：‑柱形的定子轭（21），带有从该定子轭突出的主定子齿（22a）和间隔定子齿（22b），其中，由多个相邻的主定子齿（22a）构成的多个定子齿组（G）分别通过间隔定子齿（22b）彼此分开；‑多个单独的绕组单元（28），带有许多相位导线，相位导线分别具有一个或多个相位线圈（26），其中，绕组单元（28）分别配设给定子齿组（G）中的一个定子齿组并且布置在其上。

Description

电子换向的电机
技术领域
本发明涉及一种电子换向的电机、特别是带有针对提高的故障公差的措施的电机。
背景技术
电子换向的电机、特别是永久励磁的电机，可以为了抗电故障的提高的鲁棒性而构造有多个单独的绕组单元。所述绕组单元分别包括单独的相位导线，相位导线分别带有一个或多个相位线圈。单独的绕组单元分别由分开的功率模块操控，以便提供高度的电绝缘并且由此获得高程度的抗故障的鲁棒性。这尤其适用于电机，在所述电机中，单个绕组单元的相位导线不是分配地，而是分段地布置在电机的定子上。
通过在定子上的布置，单独的多相的绕组单元虽然是彼此电绝缘的、但并不是彼此磁绝缘和热绝缘的，由此将电机的故障公差限制为在绕组单元中的一个绕组单元内的短路故障。此外，在故障的绕组单元中的一个故障的绕组单元里的无法控制的短路电流可能产生磁通，所述磁通耦合到相邻的无故障的绕组单元中的一个相邻的无故障的绕组单元里并且使相位电流的控制或调节在无故障的绕组单元中变得困难。这可能给电机的运行造成潜在的威胁。
此外，短路电流可能引起故障的绕组单元中的高电阻损失，由此可能基于在绕组单元之间的缺少的热绝缘而影响相邻的无故障的绕组单元的热完整性。
由现有技术已知三相电机，所述三相电机具有四个绕组单元，所述绕组单元分别配设给定子装置的四分之一段。电机具有十二个槽和八个转子极，因而相应的绕组单元分别构造有三个定子齿，因而定子线圈中的每个定子线圈配设给一个相位。四个单个的绕组单元由四个单独的三相的功率模块以三相变换器的形式供以电能，以便提供在绕组单元之间的故障公差所需的电绝缘。但在这种机器拓扑中，四个绕组单元没有彼此磁绝缘和热绝缘，并且相邻的绕组单元的相位导线处在共同的定子槽中，因而在两个绕组单元的相位导线之间的短路可能导致绕组单元中的两个绕组单元的失效。
发明内容
本发明的任务是，提供一种容错的、电子换向的电机，在该电机中，改善了在绕组单元中的一个绕组单元里的抗故障的鲁棒性。
该任务通过根据本发明所述的用于电机的定子装置以及根据本发明所述的电机解决。
按照第一个方面，设置一种用于电机的定子装置，其包括：
- 柱形的定子轭，带有从该定子轭突出的主定子齿和间隔定子齿，其中，由多个彼此相邻的主定子齿构成的多个定子齿组分别通过间隔定子齿彼此分开；
- 多个单独的绕组单元，其分别带有许多相位导线，所述相位导线分别具有一个或多个相位线圈，其中，绕组单元分别配设给定子装置的定子齿组中的一个定子齿组并且布置在其上。
上述定子装置的思想在于，将分别带有许多相位导线的多个单独的绕组单元分别分段地布置在定子装置的定子齿组上，所述相位导线分别具有一个或多个相位线圈，因而所述单独的绕组单元彼此相邻地设置在定子装置上。绕组单元不重叠，因而不同的绕组单元的相位线圈没有布置在共同的定子槽中。因此在绕组单元中的一个绕组单元里电短路时，不会影响其它绕组单元的电完整性。在配属于单个绕组单元的定子齿组之间设置有间隔定子齿，该间隔定子齿具有不同于定子齿组的定子齿的几何形状。以这种方式能达到更好的热去耦和磁去耦。
此外，间隔定子齿的齿轴的宽度等于或大于主定子齿的宽度。间隔定子齿和主定子齿尤其可以分别具有齿头，所述齿头关于齿轴沿圆周方向变宽。
可以规定，在带有极对数为O和单独的绕组单元的数量为N的电机中，间隔定子齿角
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，这就是说，被间隔定子齿中的一个间隔定子齿覆盖的角范围，为360°(1/N-1/O)。
此外，在带有极对数为O、相位数为P和单独的绕组单元的数量为N的电机中，主定子齿角
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，这就是说，被主定子齿中的一个主定子齿覆盖的角范围，为360°(O P)。
可以规定，在带有极对数为5、四个单独的绕组单元和相位数为3的电机中，间隔定子齿角
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
，这就是说，被间隔定子齿中的一个间隔定子齿覆盖的角范围，对应1/2
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
，其中，
Figure 934994DEST_PATH_IMAGE004
对应转子极的极角。
按照一种实施方式，在带有极对数为5、四个单独的绕组单元和相位数为3的电机中，主定子齿角
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
，这就是说，被主定子齿中的一个主定子齿覆盖的角范围，能够对应2/3
Figure 304664DEST_PATH_IMAGE004
，其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
对应转子极的极角。
按照另一个方面，规定了一种电机，其带有上述的定子装置和转子，转子带有转子极。
此外，转子的极对数可以对应五。
按照另一个方面，规定了一种带有上述的电机和带有功率模块的马达系统，所述功率模块分别构造用于操控一个或多个绕组单元。
此外，功率模块还可以构造用于或能操控用于，用相位电流的相位偏移操控所述绕组单元。
附图说明
接下来借助附图详细阐释实施方式。图中：
图1是电子换向的电机的横剖面图；
图2是图1的电机的一个截面以阐明电机的定子装置的定子齿的尺寸设定；
图3是带有单独的功率模块的电机的操控装置的示意图；
图4是用于阐明绕组单元中的一个绕组单元的相位电流的走势的图表；以及
图5示出了关于转动角的力矩走势的示图。
具体实施方式
在图1中示出了示例性的永久励磁的电机1的示意性横剖面图。电机具有定子装置2和转子3。定子装置2基本上构造成柱形并且具有同样是柱形的内凹部4，转子3以能转动运动的方式布置在所述内凹部中。
定子装置2具有柱形的定子轭21，均匀间隔的定子齿22从该定子轭向内突出。在当前实施例中设置有十六个定子齿22。所述定子齿22包括主定子齿22a和间隔定子齿22b。定子齿22a、22b中的每个定子齿均设置有从定子轭21突出的齿轴23，在齿轴的向内突出的端部上布置着齿头24。齿头24是超出齿轴23的宽度的齿头区段，所述齿头区段在定子齿的端部上拓宽所述定子齿22，并且形成了内凹部4的柱形的轮廓。
转子3设置有转子体31并且设置有形成了转子极32的永磁体33。所述永磁体33设置成已套装好的表面磁体，所述表面磁体在其面朝定子齿的面上具有轮廓设定（Konturierung），例如矫正轮廓（Richterkontur）或类似物。在备选的实施方式中，转子3也构造有埋藏的永磁体。
按照所述实施例，电机1具有十六个定子齿22和十个转子极32。十六个定子齿22包括相邻的主定子齿22a的四个定子齿组，所述定子齿组分别通过间隔定子齿22b中的一个间隔定子齿彼此分开。
定子齿组G的主定子齿22a分别用定子线圈26卷绕，所述定子线圈配设给相位或相位导线（Phasenstrang）。定子齿组G中的一个定子齿组的定子线圈26形成绕组单元28。定子齿组G的定子线圈26分别配设给不同的相位，因而在所示实施例中在定子齿组G的定子齿22a上布置着用于三个相位的定子线圈26。间隔定子齿22b在两个相邻的定子齿组G之间使得两个相邻的定子齿组G的彼此直接相邻的定子线圈26不处在相同的定子槽25中，因而在不同的绕组单元的定子线圈之间不会出现短路。
在图2中在电机1的细节视图中阐明了间隔定子齿22b、主定子齿22a和转子极32的尺寸设定。主定子齿宽
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
，这就是说，主定子齿22a沿圆周方向的宽度，在此等于或小于间隔定子齿宽
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，这就是说，间隔定子齿22b沿圆周方向的宽度（这在图1-3中没有按照比例地绘出）：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。
这使得在电机运行时能避免在间隔定子齿22b中的磁性饱和。
定子齿22用其中轴线不均匀地彼此相间隔并且在它们之间构成了定子槽25。
在主定子齿22a的中轴线之间的主齿间距
Figure DEST_PATH_IMAGE010
尤其大于在主定子齿的中轴线和相邻的间隔定子齿22b的中轴线之间的间隔齿间距
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。在当前实施例中，主齿间距
Figure 441991DEST_PATH_IMAGE010
（角间距）为24°并且间隔齿间距
Figure 837200DEST_PATH_IMAGE011
为21°。通常
Figure DEST_PATH_IMAGE012
对应单独的绕组单元的数量N和绕组单元中的每个绕组单元的相位数P。△A对应可以在直至360°/N的10%的范围内选择的能选择的间距差。
此外，电的主定子齿角
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，这就是说，由其中一个主定子齿22a覆盖的角范围，在限定了相关的主定子齿22a的定子槽25的槽开口的中央之间测量的情况下，为120°电位置角，其中，电位置角作为360°由转子3的极对数限定。
此外应当有效的是，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
=2/3
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 41786DEST_PATH_IMAGE015
对应转子极角，这就是说，覆盖转子极的角范围。
此外，间隔定子齿角
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，这就是说，由间隔定子齿22b中的一个间隔定子齿覆盖的角范围，从相邻的定子槽25的槽开口的中央起测量的话对应90°的电位置角，这对应其中一个转子极角
Figure DEST_PATH_IMAGE017
的一半：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
。
通常适用于带有极对数O、单独的绕组单元的数量为N的电机，针对间隔定子齿角
Figure 801931DEST_PATH_IMAGE016
的是
Figure DEST_PATH_IMAGE019
。
相应地适用于主定子齿22a的机械的主定子齿角
Figure DEST_PATH_IMAGE020
的是
Figure DEST_PATH_IMAGE021
其中，P对应电机的相位的数量。
在图3中示意性示出了对图1的电机的操控。人们认识到，每个绕组单元28的三个相位由单独的功率模块5操控。在此，绕组单元28中的每个绕组单元的相位导线可以要么接在星形电路中要么接在多边形电路中。
彼此完全对置的绕组单元，用三相操控电流，如示例性地在图4的图表中示出那样，进行操控，所述三相操控电流与其余两个同样彼此对置的绕组单元28的操控装置的操控电流彼此错开了90°。例如可以为了操控绕组单元W1和W3规定下列关于电的位置角θ的电流走势：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
其中，绕组单元W2和W4的电流走势如下被操控。
Figure DEST_PATH_IMAGE023
在图5中示出了关于一个范围的电位置角的标准化的转矩走势，针对这样的情况，即，仅绕组单元W1和W3并且仅绕组单元W2和W4被操控，并且针对这样的情况，即，全部四个绕组单元均已彼此错开90°的相位电流进行操控。由此可以极大地减小电机的转矩波动，针对当前实施例中从平均转矩的13.5%减小到1.9%。

Claims (12)

1.用于电机的定子装置（2），包括：
- 柱形的定子轭（21），带有从所述定子轭突出的主定子齿（22a）和间隔定子齿（22b），其中，由多个相邻的主定子齿（22a）构成的多个定子齿组（G）分别通过间隔定子齿（22b）彼此分开；
- 多个单独的绕组单元（28），分别带有许多相位导线，相位导线分别具有一个或多个相位线圈（26），其中，绕组单元（28）分别配设给定子齿组（G）中的一个定子齿组并且布置在其上，
其中，每个定子齿组（G）的每个绕组单元（28）包含多个相位导线。
2.按照权利要求1所述的定子装置（2），其中，所述间隔定子齿（22b）的齿轴（23）的宽度等于或大于所述主定子齿（22a）的齿轴（23）的宽度。
3.按照权利要求2所述的定子装置（2），其中，所述间隔定子齿（22b）和所述主定子齿（22a）分别具有齿头（24），所述齿头关于齿轴（23）沿圆周方向变宽，其中，齿头超出部沿圆周方向在所述主定子齿（22a）中比在所述间隔定子齿（22b）中更大。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的定子装置（2），其中，在极对数为O并且单独的绕组单元的数量为N时，间隔定子齿角
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，这就是说，由所述间隔定子齿（22b）中的一个间隔定子齿覆盖的角范围，为360°(1/N-1/O)。
5.按照权利要求1至3中任一项所述的定子装置（2），其中，在极对数为O、相位数为P并且单独的绕组单元（28）的数量为N时，主定子齿角
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，这就是说，由所述主定子齿（22a）中的一个主定子齿覆盖的角范围，为360°(O*P)。
6.按照权利要求1至3中任一项所述的定子装置（2），其中，在所述主定子齿（22a）的中轴线之间的主齿角间距
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，比在所述主定子齿（22a）的中轴线和所述相邻的间隔定子齿（22b）的中轴线之间的间隔齿角间距
Figure DEST_PATH_IMAGE004
更大。
7.按照权利要求6所述的定子装置（2），其中，主齿角间距
Figure 770626DEST_PATH_IMAGE003
为24°并且间隔齿角间距
Figure 422187DEST_PATH_IMAGE004
为21°。
8.电机（1），带有按照权利要求1至7中任一项所述的定子装置（2）和转子（3），转子带有转子极。
9.按照权利要求8所述的电机（1），其中，在极对数为5、四个单独的绕组单元（28）和相位数为3时，间隔定子齿角
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，这就是说，由间隔定子齿（22b）中的一个间隔定子齿覆盖的角范围，对应1/2
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
对应转子极的极角。
10.按照权利要求8或9所述的电机（1），其中，在极对数为5、四个单独的绕组单元和相位数为3时，主定子齿角
Figure 874029DEST_PATH_IMAGE002
，这就是说，由主定子齿中的一个主定子齿覆盖的角范围，对应2/3
Figure 3659DEST_PATH_IMAGE006
，其中，
Figure 286872DEST_PATH_IMAGE006
对应转子极的极角。
11.马达系统，带有按照权利要求8或9所述的电机和带有功率模块（5），功率模块分别构造用于操控一个或多个绕组单元（28）。
12.按照权利要求11所述的马达系统，其中，所述功率模块（5）构造用于或能操控用于，用相位电流的相位偏移操控所述绕组单元（28）。
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