CN110785913A - 旋转电机 - Google Patents

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Abstract

一种旋转电机(1)包括：定子(10)；以及转子(20)，其包括轴(21)和布置在该轴的表面上的永磁体(22)，永磁体(22)包括朝向定子定向的大体上凹入形状的面。

Description

旋转电机
本发明涉及旋转电机的领域，更具体地但非排他地，涉及用于使机器人机动化的那些旋转电机的领域。
申请EP 1 793 482涉及旋转电机，该旋转电机在负载下具有减小的转矩波动，该旋转电机旨在驱动电梯桥厢，并且该旋转电机具有外部转子，该外部转子具有指向定子的基本上平坦的面。
具有外部转子的旋转电机也是已知的，在所述旋转电机中，外部转子的永磁体具有指向定子的主面，该主面为旋转的柱面的形式。
在内部转子的情况下，指向定子的磁体的主面具有凸出的整体形状。
然而，特别在机器人的机动化领域中，特别是例如对于由变频驱动控制的永磁电动机，可能有必要减少旋转电机的磁性凹口。磁性凹口也被称为“齿槽效应”，并且对应于无负载的情况下或极低负载的情况下的转矩波动。
因此，特别是在机器人的机动化领域中，需要具有在无负载的情况下或在极低负载的情况下具有低转矩波动的旋转电机。
本发明旨在满足所有或一些这种需要，并且根据其各方面中之一，本发明涉及一种旋转电机，该旋转电机具有：
-定子，以及
-转子，其具有轴和布置在轴的表面上的永磁体，所述永磁体具有朝向定子定向的凹入的整体形状的面。
转子的永磁体的朝向定子定向的凹入的整体形状的面的存在使得可以在无负载的情况下或在极低负载的情况下优化转矩波动。
因此，对于预设的机械气隙，可以寻求使转矩波动最小化，同时获得要实现的最小峰值转矩。
此外，转子具有更大的抵制退磁的能力。
转子
表述“凹入的整体形状的面”应该理解为意味着：转子的永磁体的朝向定子定向的面具有给予其凹进的表面的曲率。该面可以是完全凹入的，或者具有一个或更多个凹部以及一个或更多个平坦部。
平坦部的存在可以使得更好地避免转子与定子之间的干扰。
在一个实施方式中，转子可以是内部的。在这种情况下，磁体的朝向定子定向的面对应于磁体的与机器的旋转轴X相反的面。
在变型中，转子可以是外部的，这尤其可以使转子以相对高的速度旋转，从而限制磁体脱离的风险。在这种情况下，磁体的朝向定子定向的面对应于磁体的朝向电机的旋转轴X定向的面。
在外部转子的情况下，定子的朝向转子的永磁体定向的面的凹陷大于仅由该面的柱形形状引起的凹陷，这可能是由于转子的外部设置，以便可以将定子定位在转子内部并在转子与定子之间形成足够的气隙。换言之，定子的朝向转子的永磁体定向的面的凹陷大于旋转的柱形形式的表面。
转子的轴可以是整体的，例如是空心的或实心的。
在变型中，它可能不是整体的，包括例如一堆层叠结构。层叠结构可以均覆盖有绝缘漆，以限制通过感应电流造成的损耗。
转子的永磁体的凹面可以具有凹部。垂直于转子的半径测量的凹部的宽度l可以在0.1π(DS-2d)/P mm(毫米)和2π(DS-2d)/P mm之间，
其中DS是定子的孔的直径，
P是转子的磁极的数量，以及
d是简单的气隙，即，最小的气隙宽度。
垂直于转子的半径测量的凹部的宽度l可以在2mm和56mm之间，更好地在4mm和40mm之间，或者甚至在8mm和20mm之间，甚至更好地在8mm和12mm之间。
垂直于旋转轴测量的转子的永磁体的宽度例如在0.1π(DS-2d)/P mm(毫米)和2π(DS-2d)/P mm之间。
垂直于旋转轴测量的转子的永磁体的宽度例如在4mm和56mm之间，更好地在6mm和50mm之间，或者甚至在8mm和40mm之间，甚至更好地在10mm和20mm之间，例如大约为13mm。
沿着转子的半径测量的凹部的凹陷的最大深度p可以在0.01mm和相应磁体的厚度h之间，特别是在0.05mm和3mm之间，或者甚至在0.1mm和1.5mm之间。
沿着转子的半径测量的凹部的凹陷的最大深度可以位于相应永磁体的凹面的中间处。永磁体优选地关于在它的中间与它相交的平面对称，该平面穿过机器的旋转轴和转子的半径。在变型中，沿着转子的半径测量的凹部的凹陷的最大深度远离相应永磁体的凹面的中间定位。永磁体可以关于在它的中间与它相交的平面不对称。
凹部可以在截面中是圆形或椭圆形的一部分。圆的半径或椭圆的主轴可以例如在0.1h*和100h mm之间，其中h是磁体的厚度，特别地在4mm和56mm之间，更好地在6mm和40mm之间，例如大约为13mm。
凹面的凹部可以设置在两个平坦的侧部之间。平坦的侧部在凹入的整体形状的面上的存在可以在具有转子与定子之间的足够气隙的同时，利用磁体的朝向定子取向的面的凹陷。
垂直于转子的半径测量的平坦的侧部的宽度例如在0和磁体的宽度L之间，更好地在0.75mm和7mm之间，例如大约为2mm。
凹部可以构成相应磁体的总宽度的20％至100％，更好地在25％和90％之间，或者甚至在40％和80％之间。在一个实施方式中，凹部构成相应磁体的总宽度的75％。在另一实施方式中，在不存在平坦的侧部的情况下，凹部构成相应磁体的总宽度的100％。
当沿着旋转轴观察机器时，转子的永磁体可以具有长形形状的横截面。特别地，当沿着转子的旋转轴观察机器时，转子的永磁体可以具有矩形整体形状的横截面，该矩形整体形状的长边垂直于机器的半径取向。
沿转子的半径测量的转子的永磁体的厚度h可以在0.5和32d之间，其中d是气隙的最小宽度，特别地在1mm和20mm之间，更好地在2mm和10mm之间，或者甚至在3mm和5mm之间。
沿着转子的半径测量的凹部的凹陷的最大深度与永磁体的厚度之间的比率p/h例如在0.01和0.9之间，更好地在0.1和0.4之间。
转子和定子形成彼此之间的气隙。沿着机器的半径测量的气隙的宽度可以在0.5mm和3mm之间，更好地在0.6mm和1.4mm之间，例如大约为0.9mm。气隙优选地大于5/10mm，更好地大于7/10mm，以允许转子在定子中旋转或者转子围绕定子旋转。
沿着穿过磁体中间的半径测量的气隙的宽度d0可以在0.5mm和5mm之间，更好地在0.75mm和3mm之间，例如大约为1.6mm。对于根据本发明的机器，气隙可以在磁体的中间处最宽，原因是磁体的凹面的凹陷在那里最深。
在内部转子的情况下与转子的外直径对应的转子的孔DR例如在15mm和100mm之间，更好地在20mm和70mm之间，例如大约为65mm。
磁体可以是单块的或者可以不是单块的。在一个实施方式中，转子的磁极由一件永磁体形成。在变型中，转子的磁极由若干磁体形成，这些磁体可以沿着转子的旋转轴连续地被设置。
永磁体可以由铁氧体、塑性铁氧体、稀土或塑性稀土或AlNiCo制成。
永磁体可以由粉末形成并且然后被加工。
转子的磁极的永磁体中的剩余磁通密度可以在0.2特斯拉和1.5特斯拉之间，更好地在0.3特斯拉和1.3特斯拉之间，例如大约为1.2特斯拉。
转子的永磁体在与朝向定子定向的凹面相反的侧上具有紧固面。紧固面可以是平坦的。平坦的面可以使得将磁铁安装在轴上更容易。在变型中，紧固面可以是凸的，这可以改善机器的电磁性能。在内部转子的情况下，紧固面的凸出可以朝向旋转轴定向；或者在外部转子的情况下，紧固面的凸出可以朝向外部定向，这可以提高机器的电磁性能。
在平坦的面的情况下，该平坦的面垂直于如下半径被取向，该半径穿过旋转轴并且沿着相应磁体在中途与该相应磁体相交。
永磁体可以通过粘合剂接合例如在轴的柱形表面上或者为此目的而设置在轴的表面处的壳体中而被固定至转子的轴。在变型中，它们可以被压接在轴的相应壳体中。取决于磁体的紧固面的形状，壳体可以具有平坦或凹入的表面。
转子的轴可以由一堆层叠结构制成。
定子
定子可以具有集中绕组。定子可以具有齿和设置在齿上的线圈。因此定子可以卷绕在齿上，换言之，定子具有非分布绕组。在变型中，定子可以具有分布绕组。
定子的齿可以具有极靴。在变型中，定子的齿可能不具有极靴。
在极靴之间周向地测量的定子中的槽的开口(如果有的话)例如在0.175mm(毫米)和π*DS-N*LSmm之间，
其中，DS是定子的孔的直径，
N是定子的齿的数量，并且
LS是定子的齿的宽度，
例如小于8mm，特别是在0.5mm和3mm之间，例如大约为1.5mm。
特别是在内部转子的情况下，定子的齿可以具有朝向转子定向的凹入形状的端面。在变型中，在外部转子的情况下，定子的齿可以具有朝向转子定向的凸出形状的端面。
定子的齿的端面例如可以是柱形部分，该柱形部分的曲率半径可以对应于齿的齿冠与机器的旋转轴X之间的距离。
在外部定子的情况下与定子的内直径对应的定子的孔DS例如在20mm和220mm之间，更好地在25mm和110mm之间，例如大约为70mm。
定子的齿形成定子的轭，该轭可以是一件式的，或者在变型中，该轭可以由通过材料桥连接在一起的一系列齿或多个单独的齿形成。在所有情况下，定子都可以具有围绕轭的外部磁场框架。
定子的齿可以由一堆层叠结构制成，每个叠层结构都覆盖有绝缘漆，以限制感应电流造成的损耗。
机器
机器可以形成发电机或电动机。
根据本发明的旋转电机的外直径可以例如在40mm和280mm之间，更好地在50mm和220mm之间，例如大约为135mm。直径可以例如小于或等于240mm，特别是在40mm和190mm之间。
机器的功率可以在0.1kW和15kW之间，例如大约为0.75kW，该值绝不是限制性的。
机器可以具有单个内部转子；或者在变型中，机器可以具有单个外部转子；或者在另一变型中，机器可以具有内部转子和外部转子，所述内部转子和所述外部转子径向地设置在定子的任一侧上并且旋转地耦合。
每磁极和每相的槽的数量可以是整数或分数。
转子的磁极P的数量例如在4和40之间，定子的齿S的数量例如在6和48之间。
本发明还涉及具有如上所述的旋转电机的机器人，该旋转电机用于机器人的机动化。
详细描述
通过阅读本发明的非限制性实现示例的以下详细描述并通过查看附图，可以更好地理解本发明，在附图中：
-图1是根据本发明的旋转电机的局部示意图，
-图2a和图2b分别是图1中的机器的永磁体的横截面和纵截面的视图，以及
-图3是类似于图1的实施方式变型的视图。
图1示出了根据本发明的旋转电机1，该旋转电机具有外部定子10和内部转子20，该内部转子具有轴21和设置在轴21的表面上的永磁体22。
在描述的示例中，定子10具有集中绕组。定子10具有齿11，每个齿承载设置在相应的齿上的单独线圈12。线圈12电连接在一起以被供给三相电流。
定子的齿具有极靴13。在极靴13之间周向地测量的定子中的槽的开口o例如约为1.5mm。
与定子的内直径对应的定子的孔约为90mm。
定子还具有围绕轭的外部磁场框架(未示出)。
在转子上，轴21是整体的，中间是空的，形成空间26。
根据本发明，转子的永磁体22具有朝向定子定向且具有凹入的整体形状的面23。磁体的朝向定子定向的面23对应于磁体的与机器的旋转轴X相反的面。
转子的永磁体22的凹面23具有凹部24。
在所描述的示例中，垂直于转子的半径测量的凹部24的宽度l在截面中约为9mm。
垂直于旋转轴测量的转子的永磁体22的宽度L在截面中大约为13mm。
沿着转子的半径测量的凹部的凹陷的最大深度p在截面中大约为0.5mm。
在描述的示例中，沿着转子的半径测量的凹部的凹陷的最大深度位于相应的永磁体的凹面的中间处。永磁体关于在其中间与其相交的平面P是对称的，该平面穿过电机的旋转轴和转子的半径。
在所描述的示例中，凹部24是圆的一部分，其半径R在截面中大约为20mm。
凹面23的凹部24设置在两个平坦的侧部26之间。
垂直于转子的半径测量的平坦的侧部的宽度e在截面中大约为2mm。
在描述的示例中，凹部形成相应磁体的总宽度的大约75％。
当沿着旋转轴观察机器时，转子的永磁体具有矩形整体形状的横截面，其长边垂直于机器的半径被取向。
沿着转子的半径测量的转子的永磁体22的厚度h在截面中大约为3mm。
沿着转子的半径测量的凹部的凹陷的最大深度p与永磁体22的厚度h的比率p/h大约为0.2。
转子和定子形成彼此之间的气隙30。沿着机器的半径测量的气隙的宽度在截面中大约为0.9mm。沿着穿过磁体22的中间的半径测量的气隙的宽度d0在截面中大约为1.5mm。
与转子的外直径对应的转子的孔大约为50mm。
转子的永磁体22在与朝向定子定向的凹面23相反的侧上具有紧固面28，所述紧固面28在所描述的示例中具有平坦的形状。该平坦的面垂直于如下半径被取向，该半径穿过旋转轴并且沿着相应磁体22在中途与相应磁体22相交。
永磁体22通过粘合剂接合在为此目的而设置在轴21的表面处的壳体29中而被紧固到转子的轴。壳体29具有与磁体的紧固面的形状对应的平坦表面。
如上所述，凹面23可以具有一个或更多个凹部24以及一个或更多个平坦部26，或者如在图3中通过示例的方式所示的，凹面23可以是完全凹入的。
在该示例中，在不存在平坦的侧部的情况下，凹部24构成相应磁体的总宽度的100％。
在所讨论的示例中，转子具有16个磁极，而定子具有18个齿。如果其数量不同，则这不构成对本发明的范围的脱离。
本发明不限于刚刚描述的示例性实施方式，并且转子可以例如具有不同数量的磁极，定子的齿也是如此。
此外，在所描述的示例中，转子是内部的，但是如果转子是外部的或者如果机器具有内部转子和外部转子两者——内部转子和外部转子各自径向地设置在定子的任一侧上并旋转地耦合——则这不构成对本发明的范围的脱离。
例如，机器不仅可以用作电动机，还可以用作发电机以收回能量。
根据本发明的机器可以找到除了机器人的机动化之外的应用。

Claims (14)

1.一种旋转电机(1)，具有：
-定子(10)，以及
-转子(20)，其具有轴(21)和布置在所述轴的表面上的永磁体(22)，所述永磁体(22)具有朝向所述定子定向的凹入的整体形状的面，所述转子的永磁体的凹面(23)具有凹部(24)，凹面的凹部(24)被设置在两个平坦的侧部(26)之间。
2.根据前述权利要求所述的旋转电机，其中，所述转子(20)是内部的。
3.根据前述两项权利要求中任一项所述的机器，其中，所述转子的永磁体的凹面(23)具有凹部(24)，垂直于所述转子的半径测量的所述凹部的宽度(l)在2mm和56mm之间，更好地在8mm和12mm之间。
4.根据前一权利要求所述的机器，其中，沿着所述转子的半径测量的所述凹部的凹陷的最大深度(p)在0.05mm和3mm之间，更好地在0.1mm和1.5mm之间。
5.根据前述两项权利要求中任一项所述的机器，其中，所述凹部在截面中是圆形或椭圆形的一部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其中，沿着所述转子的半径测量的所述转子的永磁体的厚度(h)在2mm和10mm之间，更好地在3mm和5mm之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其中，沿着所述转子的半径测量的所述凹部的凹陷的最大深度与永磁体的厚度之间的比率(p/h)在0和0.9之间，更好地在0.1和0.4之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其中，所述转子和所述定子形成彼此之间的气隙(30)，沿着所述机器的半径测量的所述气隙的宽度在0.5mm和3mm之间，更好地在0.6mm和1.4mm之间。
9.根据前一权利要求所述的机器，其中，沿着穿过磁体中间的半径测量的所述气隙的宽度(d0)在0.5mm和5mm之间，更好地在0.75mm和3mm之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其中，所述永磁体通过粘合剂接合，特别地通过粘合剂接合在所述轴的柱形表面上或在出于该目的设置在所述轴的表面处的壳体(29)中，而被紧固至所述转子的轴。
11.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其中，所述永磁体在与朝向所述定子定向的凹面相反的侧上具有平坦的紧固面(28)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其中，所述定子(10)具有集中绕组，所述定子具有齿(11)和布置在所述齿上的线圈(12)。
13.根据前一权利要求所述的机器，其中，所述定子的齿具有极靴(13)。
14.根据前一权利要求所述的机器，其中，在所述极靴(13)之间周向测量的所述定子中的槽的开口(o)在适当的情况下在0.175mm和8mm之间，更好地在0.5mm和3mm之间。
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