CN110417224B - 具有减少第三阶谐波的配置的旋转电机 - Google Patents

具有减少第三阶谐波的配置的旋转电机 Download PDF

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Abstract

本发明主要涉及用于机动车辆的旋转电机(10)，其特征在于其包括：转子(11)和定子(15)，它们通过具有厚度(E)的气隙(13)彼此分开；所述定子(15)包括主体(16)和绕组(17)，所述绕组(17)包括至少一组三相绕组，一组中的绕组以三角形的形式彼此联接；所述转子(11)具有由磁性材料制成的主体(31)，并且包括偶数个磁极(P)，每个磁极(P)由在横截面中限定包括至少一个“V”的形式的至少两个永磁体(37)形成；所述转子(11)包括至少两个移除磁性材料的区域(Z1，Z2)，所述两个区域(Z1，Z2)设置在磁极(P)的两个永磁体(37)和转子(11)的外周之间。

Description

具有减少第三阶谐波的配置的旋转电机
技术领域
本发明涉及一种旋转电机，其具有减少第三阶电流谐波的配置。本发明具有特别有利但非排他性的应用，即可以在交流发电机模式和电动机模式下操作的可逆电机。
背景技术
以已知的方式，旋转电机包括定子和与轴一体的转子。转子可以与驱动轴和/或从动轴成一体，并且可以属于交流发电机、电动机或可以在两种模式下操作的可逆机形式的旋转电机。
转子包括由金属板片的堆叠形成的主体，所述金属板片借助于适当的固定系统以组的形式保持。转子包括例如由永磁体形成的磁极，永磁体容纳在设置在转子主体中的腔中。
此外，定子装配在壳体中，该壳体构造成例如通过轴承使转子轴旋转。定子包括：主体，其设置有多个限定凹口的齿；以及绕组，其插入定子的凹口中。绕组例如可从连续的覆盖有磁漆的导线获得，或从为销的形式的导体元件获得，所述销通过焊接被连接到彼此。替代地，机器的相由单独的线圈形成，每个线圈缠绕在定子齿周围。
在定子包括至少一组以三角形形式联接的三相绕组的情况下，与具有磁极的转子组合使用，每个磁极由横截面为“V”的形式的两个磁体形成，观察到当电机在起动阶段运行时，有强烈存在的第三阶谐波，特别是与强电流一起。然而，这些谐波增加了电机的焦耳损失。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种用于机动车辆的旋转电机来有效地消除该缺点，其特征在于，其包括：
-转子和定子，它们通过具有厚度的气隙彼此分开；
-所述定子包括主体和绕组，绕组包括至少一组三相绕组，所述绕组以三角形的形式彼此联接；
-所述转子具有由磁性材料制成的主体，并且包括偶数个磁极，每个磁极由在横截面中限定包括至少一个“V”的形式的至少两个永磁体形成，两个永磁体特别是完全包含在所述磁极中。
-所述转子包括移除磁性材料的至少两个区域，所述两个区域设置在磁极的两个永磁体和转子的外周之间。
由于转子的配置，在定子包括至少一组以三角形的形式联接的三相绕组、观察到特别强烈的谐波存在的非常特殊的定子配置的情况下，与带有磁极(每个磁极由横截面为“V”的形式的两个磁体形成)的转子结合使用，本发明因此可以减少定子的相电流中第三阶谐波的存在。因此，这减少了焦耳损失，特别是在起动阶段中具有强电流，这导致电动机性能的改善，并因此更好地利用存储在电池中的电能。
根据一个实施例，所述两个区域设置在磁极的对称轴线的两侧。
该特定配置使得可以减少定子的相电流中第三阶谐波的存在。
根据一个实施例，在横截面中，两个永磁体的纵向轴线彼此形成非零角度，特别是锐角，该角度在气隙处被考虑。
根据一个实施例，区域的外周与气隙之间的第一最短距离在气隙的厚度的一半至气隙的厚度的三倍的范围内。
根据一个实施例，区域的外周与最近的永磁体之间的第二最短距离在气隙的厚度的一倍至气隙的厚度的十倍的范围内。
根据一个实施例，由以下形成的角度：
-第一段，其通过转子的轴线的和磁极的区域的最靠近气隙的点；和
-第二段，其通过转子的轴线和磁极的另一个区域的最靠近气隙的点；
-等于定子的齿台阶的K倍，K是等于或大于1的整数。
根据一个实施例，气隙的厚度是可变的。
根据一个实施例，区域填充有非铁磁材料，例如非磁性材料，特别是空气。
根据一个实施例，所述旋转电机的工作电压在30至60V的范围内。
根据一个实施例，转子主体的外直径在80至350mm的范围内。
根据一个实施例，所述旋转电机的最大功率在10kW至50kW的范围内。
根据一个实施例，转子包括奇数对磁极。在这种类型的转子配置中优化了第三阶谐波的减少。
根据一个实施例，所述转子包括五对磁极。
根据一个实施例，移除材料的区域在转子主体的轴向高度的至少三分之二上轴向地延伸。
附图说明
通过阅读以下描述和查看其附图将更好地理解本发明。这些图纯粹是为了说明而提供的，并不以任何方式限制本发明。
图1示出了根据本发明的旋转电机的局部横截面图；
图2是根据本发明的旋转电机的定子的两组相绕组的三相联接的示意图；
图3a和3b示出了分别用传统转子和每个转子磁极包括两个移除材料的区域的根据本发明的转子获得的相电流信号的图形表示；
图4是图3a和3b中的电流信号中包含的谐波的图形表示。
相同，相似或类似的元件从一个图到另一个图保持相同的参考标记。
具体实施方式
图1示出了包括转子11的旋转电机10，转子11具有旋转轴线，并且设计成安装在轴(未示出)上。绕线定子15，可以是多相的绕线定子，同轴地围绕转子11。定子15和转子11通过气隙13彼此分开，气隙13具有在转子11的外周和定子15的内周之间延伸的厚度E。气隙13的厚度E可以是恒定的，或者优选地根据转子11的圆周而变化。
电机10可具有在30至60V的范围内的工作电压，以及在10kW至50kW的范围内的最大功率。
更具体地，定子15包括主体16和绕组17。定子主体16由轴向堆叠的扁平金属板组成。主体16包括角度上规律地分布的齿20。这些齿20限定凹口24，使得每个凹口24由两个连续的齿20界定。凹口24轴向地开口到主体16的轴向端面中。凹口24也朝向主体16的内部径向开口。
定子15在齿20的自由端侧设有齿根25。每个齿根25在相应的齿20的两侧上周向延伸。
绕组17例如由覆盖有磁漆的连续导线获得，或者由销26形式的导电元件获得，所述销通过焊接彼此连接。替代地，机器的相由单独的线圈形成，每个线圈缠绕在定子齿周围。
在这种情况下，如图2所示，绕组17包括两组三相绕组U1、V1、W1和U2、V2、W2。绕组U1、V1、W1或U2、V2、W2以三角形的形式彼此联接。每组绕组U1、V1、W1和U2、V2、W2与逆变器28.1、28.2相关联。每个逆变器28.1、28.2包括三个桥臂29(每相一个)，以本身已知的方式包括高开关30.1和低开关30.2，以便将相应的相选择性地连接到电机的供电电位或接地。开关30.1、30.2例如是MOSFET类型的晶体管的形式。作为变型，绕组17可包括以三角形的形式联接的单组绕组，或者以三角形的形式联接的两组以上绕组。
另外，转子11包括由轴向堆叠的扁平金属板形成的主体31，以便减小傅科电流。主体31由磁性材料制成。转子主体31的外径例如为80至350mm。
转子11还包括空腔36，空腔36设计成接收形成磁极P的永磁体37。在这种情况下，转子11包括偶数对的磁极P。有利地，转子11包括奇数对磁极P，特别是五对磁极。在这种类型的转子11配置中优化了谐波的减少。
每个磁极P由至少两个永磁体37形成，其在横截面中限定包括至少一个“V”的形式。“包括至少一个“V”的形式”意味着，在横截面中，磁极P的两个磁体37的至少一个组件的纵向轴线X1、X2在彼此之间形成非零角度A1。在这种情况下，相应的空腔36彼此不同。作为变型，空腔36可以在“V”的尖端处连接。作为变型，磁极P各自由限定彼此覆盖的至少两个“V”的磁体的多个组件形成，特别是两个组件。
永磁体37可以由铁氧体或稀土制成，这取决于电机10所需的应用和功率。作为变型，永磁体37可以具有不同的等级以降低成本。
有利地，转子11包括移除磁性材料的至少两个区域Z1、Z2。两个区域Z1、Z2设置在磁极P的两个磁体37和转子11的外周之间。两个区域Z1，Z2设置在磁极P的对称轴线X3的两侧。该对称轴线X3可以是相对于转子轴线径向的轴线。有利地，磁极P的对称轴线X3将两个区域Z1、Z2分开，而不穿过它们。有利地，移除材料的区域Z1、Z2在转子主体31的轴向高度的至少三分之二上轴向延伸。根据优选实施例，区域Z1、Z2从一侧轴向地穿过转子主体31到另一侧。
区域Z1和Z2可以根据一种或多种规则形式产生，具有例如圆形、多边形、椭圆形或根据任何图案的类型。
在所示的示例中，区域Z1和Z2填充有非铁磁材料，例如非磁性材料，例如空气。
区域Z1或Z2的外周与气隙13之间的第一最短距离L1在气隙13的厚度E的一半至气隙13的厚度E的三倍的范围内。
区域Z1或Z2的外周与最近的磁体37之间的第二最短距离L2在气隙13的厚度E的一倍至气隙13的厚度E的十倍的范围内。
另外，由以下形成的角度A2：
-段S1，其通过转子11的轴线的和磁极P的区域Z1的最靠近气隙13的点；和
-段S2，通过转子11的轴线的和磁极P的另一个区域Z2的最靠近气隙13的点，
-等于定子15的齿台阶的K倍，K是等于或大于1的整数。将记住，齿台阶等于360°除以定子齿20的数量。
图3a和3b示出了分别用没有移除磁性材料的区域的传统转子11(参见曲线lph_edt)和每个转子磁极P包括两个移除材料的区域Z1、Z2的根据本发明的转子(参见曲线lph_inv)获得的相电流信号的图形表示。
图4显示了这些信号lph_edt和lph_inv中存在的谐波水平。可以看出，对于根据本发明的转子11，第三阶谐波的水平低于没有移除磁性材料的区域的传统转子的水平。
机器Pj的焦耳损失由下式表示：Pj＝m×R×l2，其中m是机器的相数，R是相绕组的电阻，l表示电流的有效值。
电流的有效值很大程度上取决于其谐波含量。因此，降低高于第一阶的谐波幅度的事实不仅降低了在定子15的绕组中循环的电流的有效值，而且降低了高速时的损耗。
应当理解，前面的描述纯粹是作为示例提供的，并不限制本发明的范围，不会通过用任何其他等同物替换不同的元件来构成本发明的范围。
另外，本发明的不同特征，变体和/或实施方案可以根据各种组合彼此相关联，只要它们不是不相容或相互排斥的。

Claims (12)

1.一种用于机动车辆的旋转电机(10)，其特征在于，其包括：
转子(11)和定子(15)，它们由具有厚度(E)的气隙(13)彼此分开；
所述定子(15)包括主体(16)和绕组(17)，所述绕组(17)包括至少一组三相绕组(U1,V1,W1；U2,V2,W2)，一组中的绕组以三角形的形式彼此联接；
所述转子(11)具有由磁性材料制成的主体(31)，并且包括偶数个磁极(P)，每个磁极(P)由在横截面中限定包括至少一个“V”的形式的至少两个永磁体(37)形成，所述两个永磁体完全包含在所述磁极中；
所述转子(11)包括移除磁性材料的至少两个区域(Z1，Z2)，所述两个区域(Z1，Z2)设置在磁极(P)的两个永磁体(37)和转子(11)的外周之间；
其中由通过转子(11)的轴线和所述至少两个区域中的一个区域(Z1)的最靠近气隙(13)的点构成的段(S1)和由通过转子(11)的轴线和所述至少两个区域中的另一个区域(Z2)的最靠近气隙(13)的点构成的段(S2)所形成的角度(A2)等于所述定子(15)的齿台阶的K倍，其中K是等于或大于1的整数，所述齿台阶等于360°除以定子齿的数量。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述两个区域(Z1，Z2)设置在磁极(P)的对称轴线(X3)的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，气隙(13)的厚度(E)是可变的。
4.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，所述区域(Z1，Z2)填充有非铁磁材料。
5.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机的工作电压在30至60V的范围内。
6.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，转子主体(31)的外直径在80至350mm的范围内。
7.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，它的最大功率在10kW至50kW的范围内。
8.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，转子(11)包括奇数对磁极。
9.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，转子(11)包括五对磁极。
10.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，移除材料的区域(Z1，Z2)在转子主体(31)的轴向高度的至少三分之二上轴向地延伸。
11.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，所述非铁磁材料为非磁性材料。
12.如权利要求11所述的旋转电机，其特征在于，所述非磁性材料是空气。
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