CN110622399A - 同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动工具的同步电机。所述同步电机(10)包括管状转子(11)，其被磁化成具有周向极性交变。同步电机(10)进一步包括铁磁材料的管状无槽定子磁轭(12)。管状转子(11)被磁化成具有两对周向极性交变，并且定子(13)包括三个同心缠绕线圈(14)。所述三个同心缠绕线圈(14)以不重叠的方式组装在管状定子磁轭(12)内侧，以形成集中式电机绕组。

Description

同步电机
技术领域
本发明涉及一种同步电机。特别地，本发明涉及一种用于动力工具的同步电机，所述同步电机具有较低的制造复杂度。
背景技术
与有槽永磁同步电机相比，无槽永磁同步电机可以高转速运行。高速运行不仅获得较高的效率和功率密度，而且还可实现重量减轻。因此，无槽永磁电机在工业动力工具中是优选的。
制造用于这种应用的无槽电机的常规方法是在管状定子磁轭内侧使用二极转子，该管状定子磁轭内部承载包含三个线圈的三相绕组。常用的绕组配置是所谓的“重叠绕组技术”，其特征在于绕组端部以复杂的方式重叠。
特别地，重叠绕组技术和无槽定子设计的组合导致非常复杂的组装过程。
因此，需要一种用在电动工具中的改进的无槽电机。
发明内容
本发明的目的是提供一种用在电动工具中的改进的无槽电动机。
根据本发明的一个方面，该目的通过一种用于电动工具的同步电机来实现。同步电机包括管状转子，其被磁化成具有周向极性交变。同步电机进一步包括铁磁材料的管状无槽定子磁轭。管状转子被磁化成具有两对周向极性交变，并且定子包括三个同心缠绕线圈。所述三个同心缠绕线圈以不重叠的方式组装在管状定子磁轭内侧，以形成集中式电机绕组。
本发明的示例性实施方案的优点在于，由于三个同心缠绕线圈可以以不重叠的方式(被称为“集中式绕组技术”)而单独插入，因此可以显著降低制造成本。
通过使用以不重叠绕组端部为特征的所谓“集中式绕组技术”，可以大大简化组装过程，从而提高质量并降低成本。
然而，这种绕组技术经常导致性能降低以及振动和噪声的不可接受水平。二极转子与采用所述集中式绕组技术的定子结合的情况就是这种情况。
本发明的一个方面涉及一种永磁同步电机的设计，其采用低成本集中式绕组技术，但在振动、噪声以及效率方面都保持了性能。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：
-图1示出了根据本发明的示例性实施方案的同步电机10的截面。
-图2示出了一个同心缠绕线圈14的视图。
具体实施方式
为了降低定子的制造成本，发明人已经意识到不重叠的集中式绕组技术是有利的。但是，集中的电机绕组会增加更高的谐波含量，从而导致损耗、振动和噪声增加。
常规的二极转子已经与定子结合进行了测试，该定子部署了包含三个线圈的集中式绕组。除了增加的损耗外，还检测到了不可接受的振动、径向力和噪声水平。
二极转子的制造相对简单，这是因为可以在加工到正确尺寸之前将多个环形的各向异性磁体组装到轴上。
但是，四极转子需要用于一个磁体环的至少四个外周围部段。这种转子的复杂性和成本要高得多，但是可以利用达到80％的增加的转矩性能来重新优化横截面几何形状。
但是，为四极设计的重叠绕组包含六个绕组，组装起来非常复杂。因此，质量进一步降低，结果导致成本增加。
本发明涉及以非重叠布置组装的三个同心缠绕线圈的使用，以使转子以两对周向极性交变来进行操作。这是可能的，因为三个同心缠绕线圈会产生多个谐波分量，其中一个是四极磁场。与重叠的定子绕组相比，该技术的缺点是转矩性能损失30％。但是，集中式绕组技术能够使绕组端部显著缩短，从而减小电机尺寸或增加有效电机长度，从而实现转矩/体积比的回报。此外，从动力工具的角度来看，三个同心缠绕线圈和具有两对周向极性交变的转子的组合的振动、噪声和径向力的水平足够低。
图1示出了根据本发明的用于电动工具的同步电机10的示例性实施方案。如在图1中可以看到的，同步电机10包括管状转子11，其被磁化成具有周向极性交变。此外，同步电机10包括由铁磁材料制成的管状无槽定子磁轭12。管状转子11被磁化成具有两对周向极性交变。同步电机10还包括具有三个同心缠绕线圈14的定子13，其中，三个同心缠绕线圈14以不重叠的方式组装在管状定子磁轭12内侧，以形成集中式电机绕组。
根据一个示例性实施方案，管状转子11由各向异性稀土磁体(具有优选磁化方向的磁体)制成，以使电机转矩性能最大化。根据一个示例性实施方案，两对周向极性交变需要使用至少四个周向各向异性磁体块。根据另一个示例性实施方案，两对周向极性交变需要使用四的倍数个(例如八个)周向各向异性磁体块。
根据一个示例性实施方案，不重叠的集中式绕组的特征在于线圈布置，其中每个线圈可以单独插入(与传统的相对方式的全螺距重叠绕组相比)，从而大大简化了组装过程。根据同步电机10的另一个示例性实施方案，三个同心缠绕线圈14对称地分布在定子磁轭12内侧。
根据一个示例性实施方案，管状无槽定子磁轭12由所谓的“电工钢”制成，以使转矩性能最大化。根据另一个示例性实施方案，管状无槽定子磁轭12由轴向堆叠以形成管状定子磁轭的多个薄金属板制成。
在同步电机10的另一个示例性实施方案中，三个同心缠绕线圈14以自支撑的方式布置。在同步电机10的一个示例性实施方案中，通过对合成树脂进行真空浸渍来固定三个同心缠绕线圈14，然后固化至最终形状和位置。
在同步电机10的另一个示例性实施方案中，管状转子11的直径大于管状无槽定子磁轭12的外径的50％。该实施方案的一个优点是提高了效率。
图2示出了一个同心缠绕线圈14的视图。在同步电机10的一个示例性实施方案中，三个同心缠绕线圈14被绝缘材料15包围。根据同步电机10的一个示例性实施方案，绝缘材料15是聚酯基电绝缘纸板，以在绕组的组装过程中提供机械支撑。聚酯基电绝缘纸板的另一个优点是它满足电绝缘要求。
图2进一步示出了线轴16。在同步电机10的另一个示例性实施方案中，三个同心缠绕线圈14缠绕在线轴16上。将三个线圈14缠绕在线轴16上的优点在于，线轴不仅简化了线圈的制造，而且还简化了绕组的组装。
在同步电机10的又一个示例性实施方案中，线轴16被胶粘在绝缘材料15上。将线轴16胶粘在绝缘材料15上的优点在于，不仅简化了线圈的制造，而且还简化了绕组的组装。
在同步电机10的另一个示例性实施方案中，管状无槽定子磁轭12包括轴向层叠的金属板的堆垛。在同步电机10的另一个示例性实施方案中，管状无槽定子磁轭12包括多个轴向堆叠的金属板环，其由外周焊缝机械地支撑。在同步电机10的一个示例性实施方案中，外周焊缝对称分布。
根据同步电机10的另一个示例性实施方案，三个同心缠绕线圈14被胶粘在绝缘材料15上。该实施方案的一个优点在于，其使得简化同心缠绕线圈14的批量制造成为可能。
在同步电机10的另一个示例性实施方案中，管状无槽定子磁轭12被分成三个相同的部分。这种模块化组件的一个优点是，它可以简化相同部分的自动化制造。
在同步电机10的另一个示例性实施方案中，三个同心缠绕线圈14被胶粘在每片定子磁轭部段的内侧上。

Claims (11)

1.一种用于电动工具的同步电机(10)，包括：
-管状转子(11)，其被磁化成具有周向极性交变；
-管状无槽定子磁轭(12)，其是铁磁材料的，其特征在于，
-将管状转子(11)被磁化成具有两对周向极性交变，并且
-定子(13)包括三个同心缠绕线圈(14)，其中，三个同心缠绕线圈(14)以不重叠的方式组装在管状定子磁轭(12)内侧，以形成集中式电机绕组。
2.根据权利要求1所述的同步电机(10)，其中，所述三个同心缠绕线圈(14)对称地分布在定子磁轭(12)的内侧。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的同步电机(10)，其中，所述三个同心缠绕线圈(14)以自支撑的方式布置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的同步电机(10)，其中，所述管状转子(11)的直径大于管状无槽定子磁轭(12)的外径的50％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的同步电机(10)，其中，所述三个同心缠绕线圈(14)被绝缘材料(15)包围。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的同步电机(10)，其中，所述管状无槽定子磁轭(12)包括堆叠的金属板。
7.根据权利要求5所述的同步电机(10)，其中，所述三个同心缠绕线圈(14)胶粘在所述绝缘材料(15)上。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的同步电机(10)，其中，所述管状无槽定子磁轭(12)被分成三个相同的部分。
9.根据权利要求8所述的同步电机(10)，其中，所述三个同心缠绕线圈(14)胶粘在每片定子磁轭部段的内侧。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的同步电机(10)，其中，所述三个同心缠绕线圈(14)缠绕在均匀分布的树状线轴(16)上。
11.根据权利要求10所述的同步电机(10)，其中，所述均匀分布的树状线轴(16)胶粘在所述绝缘材料(15)上。
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