CN110521084A

CN110521084A - 具有可变定子槽宽度的旋转电机

Info

Publication number: CN110521084A
Application number: CN201880025678.1A
Authority: CN
Inventors: R.弗拉蒂拉; J.莱格兰杰
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2019-11-29
Also published as: EP3613127A1; US20200052533A1; FR3065591A1; FR3065591B1; WO2018193012A1; JP2020518218A

Abstract

本发明主要涉及一种用于机动车辆的旋转电机(10)，包括：‑转子；‑沿轴线延伸的定子(11)，所述定子(11)包括主体(24)，其设置有限定槽(30、30')的多个定子齿(28)；‑定子(11)包括绕组，其具有容纳在槽(30、30')中的导体(35)；‑在与定子(11)沿其延伸的轴线正交的平面(P)中：‑第一槽(30)具有在正交于径向的方向上在第一槽(30)的径向中央测量的第一宽度(L1)；并且‑与第一槽(30)分开的第二槽(30')具有在正交于径向的方向上在第二槽(30')的径向中央测量的第二宽度(L2)；其特征在于，第一槽宽度(L1)不同于第二槽宽度(L2)。

Description

具有可变定子槽宽度的旋转电机

技术领域

本发明涉及一种具有可变定子凹口宽度的旋转电机。

背景技术

众所周知，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，并且可以属于可以两种模式操作的交流发电机、电动机或可逆电机形式的旋转电机。

定子装配在壳体中，壳体配置为通过滚子轴承使轴承上的轴旋转。转子包括由堆叠金属板片材形成的主体，这些金属板片材通过适当的固定系统成组地保持。转子包括由永磁体形成的极，永磁体容纳在设置在转子的磁质量中的腔中。

另外，定子包括由形成冠部的堆叠薄金属板构成的主体，其内表面设置有向内部敞开的凹口，以接收相绕组。这些绕组穿过凹口并形成在定子主体两侧突出的髻部。相绕组例如由覆盖有搪瓷的连续线或者由通过焊接彼此连接的销形式的导电元件获得。这些绕组是多相绕组，以星形或三角形的形式连接，其输出连接到逆变器，逆变器也可以用作整流桥。

发明内容

本发明的目的是通过减少转矩波动以及磁噪声来优化这种类型的电机的构造。

为此，本发明的主题是一种用于机动车辆的旋转电机，包括：

-转子；

-沿轴线延伸的定子，所述定子包括主体，该主体设置有界定凹口的多个定子齿；

-定子包括绕组，该绕组包括容纳在凹口中的导体；

-在与定子沿其延伸的轴线正交的平面上：

-第一凹口具有在正交于径向的方向(orthoradial)上且在第一凹口的径向中央测量的第一宽度；

-与第一凹口不同的第二凹口具有在正交于径向的方向上且在第二凹口的径向中央测量的第二宽度，

其特征在于，第一凹口宽度不同于第二凹口宽度。

由于具有不同宽度的凹口的实施，因此本发明使得可以有效地减小磁噪声以及旋转电机的转矩波动。

根据一实施例，所述旋转电机具有每极每相1或1.5或2个凹口的构造。

根据一实施例，每个凹口的导体数量是偶数。

根据一实施例，所有导体的横截面具有相同的表面积。

根据一实施例，所有导体的横截面具有相同的形状。

根据一实施例，第一凹口宽度除以第二凹口宽度的比率包含在1.10和1.35之间。

根据一实施例，第一凹口宽度除以第二凹口宽度的比率包含在1.15和1.25之间。

根据一实施例，凹口具有平行的边缘。

根据一实施例，定子齿具有平行的边缘。

根据一实施例，定子围绕其圆周交替布置有第一凹口和第二凹口。

根据一实施例，定子围绕其圆周交替布置有第一凹口的第一组件和第二凹口的第二组件。

根据一实施例，凹口的第一和第二组件每个包括二至九个凹口，凹口的两个组件具有相同数量的凹口。

根据一实施例，每个定子齿包括齿根，齿根都具有相同的周向长度，所述周向长度是围绕定子主体的内周测量的。

根据一实施例，第一凹口包括凹口绝缘体，第一凹口的凹口绝缘体的厚度不同于第二凹口的凹口绝缘体的厚度。

根据一实施例，导体由彼此电连接的连续线或销构成。

根据一实施例，定子是单片或分段的层叠定子。

根据一实施例，绕组是星形或三角形类型。

根据另一方面，本发明的主题是一种用于机动车辆的旋转电机，包括：

-转子；

-包括主体的定子，该主体设置有界定凹口的多个定子齿；

-定子包括绕组，该绕组包括容纳在每个凹口中的导体；

-在与定子沿其延伸的轴线正交的平面上：

-第一凹口具有在正交于径向的方向上且在第一凹口的径向中央测量的第一宽度；

其特征在于，第一凹口包括凹口绝缘体，其厚度不同于第二凹口的凹口绝缘体的厚度。

附图说明

通过阅读下面的描述并检查随附的附图，将会更好地理解本发明。这些附图仅以说明的方式提供，绝不限制本发明。

图1是根据本发明的旋转电机的纵向横截面视图；

图2是根据本发明的旋转电机的绕线定子和转子的透视图；

图3a至3e是根据本发明的定子的局部横截面视图，示出了具有可变宽度的凹口的不同样式；

图4a和4b分别示出了根据第一凹口宽度和第二凹口宽度之间的比率的转矩波动减小的发展和平均转矩损失的发展的图形表示。

在各个图中，相同、相似或类似的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了旋转电机10，其包括围绕转子12的多相定子11，所述转子12装配在轴13上。定子11围绕转子12，其中在定子11的内周与转子12的外周之间存在空气间隙。定子11装配在壳体14中，壳体14设置有旋转地支撑轴13的前轴承15和后轴承16。

该电机10可以特别地设计成经由小齿轮17联接至机动车辆的牵引链的元件，比如齿轮箱。电机10可以以交流发电机模式操作，以便特别向电池和车辆的车载网络供应能量，以及以电动机模式操作，不仅确保车辆热力发动机的启动，而且还单独或与热力发动机结合起来参与车辆的牵引。作为变型，电机10可被植入在机动车辆轴上，尤其是后轴上。作为变型，电机10是以电动机或不可逆发电机的形式。电机10的功率有利地包含在8kW和30kW之间。

更具体地，如图2所示，转子12包括一组金属板形式的主体19。永磁体20可被径向地植入到该组金属板的内部，两个连续磁体20的彼此相对的侧面具有相同的极性。因此，转子12是具有磁通量集中的类型。作为变型，根据“V”形式的构造，可以将永磁体20植入腔21的内部。可替代地，永磁体20在主体19中的腔21的内部正交于径向地延伸。磁体20可以根据应用和电机10所需的功率由稀土或铁氧体制成。

另外，定子11沿着与轴13的轴线相对应的轴线X延伸。定子11包括由一组金属板构成的主体24以及绕组25。该主体24由彼此独立的堆叠金属板片材形成，该堆叠金属板片材通过适当的固定系统成组地保持。定子主体24可以是单件或分段的类型，即它可以由多个部分制成，每个部分限定了主体的角部，并且彼此机械连接。

主体24设置有定子齿28，其成对地界定用于装配定子绕组25的凹口30、30'。因此，两个相继的凹口通过齿28彼此分开。

在所示的示例中，凹口30、30'具有平行边缘。然而，本发明也适用于具有平行边缘的定子齿28，即具有梯形横截面的凹口30、30'。

另外，每个齿28包括在图3a至3e中示出的齿根31。齿根31均具有相同的周向长度，该周向长度是围绕定子主体24的内周测量的。

绕组25包括相绕组26的组件，相绕组26穿过凹口30并形成从定子主体24的两侧突出延伸的髻部33。相绕组26的输出连接到逆变器34，其也可以作为整流桥操作。为此，逆变器34包括功率模块，其设置有连接到绕组25的相输出的功率开关元件，比如MOS类型的晶体管。

绕组25由多个导体35形成，导体35由销37构成。这些销37可以具有“U”的形式，其分支的端部通过焊接彼此连接。作为变型，绕组25由缠绕在定子11内部在凹口30、30'中的连续导线形成，以便形成一匝或多匝。

相绕组26每个都与一系列凹口30、30'相关。有利地，定子11包括单个的一个或两个独立的三相系统，每个都由三相绕组26形成。每个三相系统可以三角形或星形的形式联接。

更具体地，该系列的两个相继的凹口30、30'被对应于其他相的相邻凹口分开。因此，当存在K相时，每K+1个凹口都插入单相绕组26的导体35。例如，如果将第一相的绕组插入第一凹口，则将其插入简单三相电机的第四凹口，每极每相一个凹口，即K＝3。也可以提供每极每相两个凹口的构造。应当注意，单个凹口30、30'可以以每极和每相1.5个凹口的优选构造接收属于两个不同相绕组的导体35。

每个凹口30、30'内部的导体35的数量有利地是偶数。在图3a至3e中，每个凹口30、30'包含2个导体。作为变型，定子11的每个凹口30、30'可包括4或6个导体。

优选地，在凹口30、30'的内部，所有导体35的横截面具有相同的表面积。此外，所有导体的横截面具有相同的形状，比如方形、矩形、扁平或圆形的形状。导体35在凹口30、30'的内部相对于彼此径向堆叠。

另外，如图3a所示，沿着与定子11在其上延伸的轴线正交的平面P，至少一个第一凹口30具有第一宽度L1，与第一凹口30不同的至少一个第二凹口30'具有第二宽度L2。

宽度L1、L2是在相对于轴线X正交于径向的方向上并且在相应凹口30、30'沿径向中央测量的。第一凹口宽度L1不同于第二凹口宽度L2。在这种情况下，凹口宽度L1大于凹口宽度L2。

换句话说，第一凹口30的横截面的面积与第二凹口30'的横截面的面积不同。因此，对于全部具有相同表面积的横截面的导体35，第一凹口30的填充水平不同于第二凹口30'的填充水平。

另外，第一凹口30包括凹口绝缘体39，以便使导体35相对于定子主体24电绝缘，其厚度不同于第二凹口30'的绝缘体39的厚度，在这种情况下是比其更大。在图3a中仅示出了两个凹口绝缘体39，以便促进其清晰易辨认，但是很明显，凹口绝缘体39位于每个凹口30、30'的内部、在导体35和相应凹口30、30'的内表面之间。

在图3a所示的示例中，定子11围绕其圆周(即围绕定子11的圆周)交替布置有第一凹口30和第二凹口30'，可以看出具有第一宽度L1的第一凹口30，紧接其后是具有第二宽度L2的第二凹口30'，紧接其后是具有第一宽度L1的第一凹口30，紧接其后是具有第二宽度L2的第二凹口30'，依此类推。

可替代地，如图3b至3e所示，定子11围绕其圆周交替布置有第一组件E1和第二组件E2，第一组件E1具有彼此相邻的第一凹口30，第二组件E2具有彼此相邻的第二凹口30'。因此，围绕定子11的圆周，依次是凹口30的第一组件E1，紧接在凹口30的该第一组件E1之后的是凹口30'的第二组件E2，紧接在凹口30'的该第二组件E2之后的是凹口30的第一组件E1，然后是第二组件E2，围绕定子11的圆周依此类推。

凹口的第一和第二组件E1、E2每个包括2至9个凹口30、30'。凹口的两个组件E1、E2具有相同数量的凹口30、30'。在图3b的实施例中，凹口30、30'的第一组件E1和第二组件E2每个包括两个凹口。在图3c的实施例中，凹口30、30'的第一组件E1和第二组件E2每个包括三个凹口30。在图3d的实施例中，凹口30、30'的第一组件E1和第二组件E2每个包括六个凹口。在图3e的实施例中，凹口30、30'的第一组件E1和第二组件E2每个包括九个凹口。

图4a示出了根据第一凹口宽度L1和第二凹口宽度L2之间的比率的转矩波动减小R_ond的发展，对于单个第一凹口30和第二凹口30'的交替(参见曲线C1)，以及凹口的第一和第二组件E1、E2的交替，每个组件分别包括两个凹口(参见曲线C2)、三个凹口(参见曲线C3)、六个凹口(参见曲线C4)和九个凹口(参见曲线C5)。

图4b示出了根据第一凹口宽度L1和第二凹口宽度L2之间的比率的平均转矩损失P_C的发展，对于单个第一凹口30和第二凹口30'的交替(参见曲线C1')，以及凹口的第一和第二组件E1、E2的交替，每个组件分别包括两个凹口(参见曲线C2')、三个凹口(参见曲线C3')、六个凹口(参见曲线C4')和九个凹口(参见曲线C5')。

对于具有包括三相和四对极的永磁体的同步电机，已经获得了图4a和4b中的曲线。电机10还具有每极每相1.5个凹口的构造。然而，本发明不限于具有四对极的电机，而是可以用包括任何极性的电机来实现。相数也可以根据应用进行调整。

有利地，选择值范围P1_1，其中第一凹口宽度L1除以第二凹口宽度L2之比包含在1.10和1.35之间。根据最佳构造，该比率L1/L2包含在介于1.15和1.25之间的范围Pl_2中。

对于凹口30、30′的所有样式，这种类型的范围导致在转矩波动的减小与平均转矩的减小之间的良好折衷。实际上，这种类型的值的范围使得可以实现转矩波动的显著降低，其可以达到几乎20％，同时产生小于5％的最大平均转矩损失。

对于比率L1/L2超过1.30时，发现转矩波动的减小开始减弱。

另外，电机10可包括冷却液体回路，其包括用于冷却液体的输入和输出，以使液体在设置在定子11的外周上的室44中流通，如图2所示。电机10因此可以由水或油冷却。

应当理解，上述描述仅是通过示例的方式提供的，并不限制本发明的领域，通过用任何其他等同物替换不同的元件，将不构成对本发明的偏离。

另外，本发明的不同特征、变型和/或实施例可以根据不同组合而彼此关联，只要它们不是不兼容或相互排斥即可。

Claims

1.一种用于机动车辆的旋转电机(10)，包括：

-转子(12)；

-沿轴线(X)延伸的定子(11)，所述定子(11)包括主体，该主体设置有界定凹口(30、30')的多个定子齿(28)；

-定子(11)包括绕组(25)，该绕组(25)包括容纳在凹口(30、30')中的导体(35)；

-在与定子(11)沿其延伸的轴线正交的平面(P)上：

-第一凹口(30)具有在正交于径向的方向上且在第一凹口(30)的径向中央测量的第一宽度(L1)；

-与第一凹口(30)不同的第二凹口(30')具有在正交于径向的方向上且在第二凹口(30')的径向中央测量的第二宽度(L2)，

其特征在于，第一凹口宽度(L1)不同于第二凹口宽度(L2)。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，它具有每极每相1或1.5或2个凹口的构造。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，每个凹口(30、30')的导体(35)的数量为偶数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所有导体(35)的横截面具有相同的表面积。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所有导体(35)的横截面具有相同的形状。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转电机，其特征在于，第一凹口宽度(L1)除以第二凹口宽度(L2)的比率包含在1.10和1.35之间。

7.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，第一凹口宽度(L1)除以第二凹口宽度(L2)的比率包含在1.15和1.25之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述凹口(30、30')具有平行的边缘。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述定子齿(28)具有平行的边缘。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述定子(11)围绕其圆周交替布置有第一凹口(30)和第二凹口(30')。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述定子(11)围绕其圆周交替布置有第一凹口(30)的第一组件(E1)和第二凹口(30')的第二组件(E2)。

12.根据权利要求11所述的旋转电机，其特征在于，所述凹口的第一和第二组件(E1、E2)每个包括二至九个凹口(30、30')，所述凹口的两个组件(E1、E2)具有相同数量的凹口(30、30')。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的旋转电机，其特征在于，每个定子齿(28)包括齿根(28)，所述齿根(28)都具有相同的周向长度，所述周向长度是围绕定子主体(24)的内周测量的。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述第一凹口(30)包括凹口绝缘体(39)，所述第一凹口(30)的凹口绝缘体(39)的厚度不同于所述第二凹口(30')的凹口绝缘体(39)的厚度。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述导体(35)由彼此电连接的连续线或销构成。