CN117134522A - 电机及操作电机的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种电机(20)，该电机(20)包括定子(21)和相对于定子(21)可移动的转子(22)，其中，定子(21)包括定子芯(23)，在定子芯(23)中布置有至少六个狭孔(24)，定子(21)包括至少部分地布置在所述狭孔(24)中的分布式电绕组(25)，定子(21)包括至少六个齿(26)，定子(21)的一个齿(26)分别形成在两个相邻的狭孔(24)之间，齿(26)中的至少三个包括凹部(27)，凹部(27)至少部分地延伸穿过相应齿(26)，并且在所述电机(20)运行时，磁动势的工作波不同于磁通量的基波。此外，还提供了一种操作电机(20)的方法。

Description

电机及操作电机的方法

技术领域

本文提供了一种电机和一种操作电机的方法。

背景技术

通常，电机包括定子和转子，转子相对于定子可移动。电机可以作为马达或发电机运行，将电能转换为动能，反之将动能转换为电能。在运行中，转子的磁场与定子的磁场相互作用。定子通常具有定子绕组和芯。例如，定子绕组可以由分布式重叠绕组或齿集中绕组形成。在这两种情况下，磁动势的较高谐波分量都可能损害电机的运行。

发明内容

待解决的一个问题是提供一种能够有效操作的电机。另一个待解决的问题是提供一种有效操作电机的方法。

这些问题由独立权利要求的主题来解决。从属权利要求中具体说明了有利的实施例和进一步的发展。

根据电机的至少一个实施例，电机包括定子和相对于定子可移动的转子。转子可以是内转子或外转子。如果转子是内转子，则转子的外侧面向定子。转子能够被布置在轴上。如果转子是外转子，则转子的内侧面向定子。此外，转子具有旋转轴线。定子可以具有空心圆柱体的形状。在定子和转子之间布置有气隙。气隙可以沿着平行于转子旋转轴线的方向在定子和转子之间延伸。

根据该电机的至少一个实施例，定子包括定子芯，在定子芯中布置有至少六个狭孔。定子芯可包含铁。这些狭孔可以均延伸穿过定子芯。这些狭孔可以沿转子的旋转轴线延伸穿过定子。狭孔可以从定子的第一侧延伸到定子的第二侧。因此，狭孔可以完全延伸穿过定子芯。狭孔也可以完全延伸穿过定子。每个狭孔都可以朝向气隙开口。这些狭孔可以是定子芯中的凹部。

根据电机的至少一个实施例，定子包括至少部分布置在狭孔中的分布式电绕组。电绕组可以是单层绕组。电绕组可以包括至少三个线圈。来自不同线圈的导体能够在第一侧的适当位置中重叠。因此，电绕组不是齿集中绕组或集中绕组。相反，电绕组的每个线圈可以在至少两个狭孔的适当位置中延伸。电绕组可以包括导电材料。该电绕组可以连接到电力电子器件，并被设计为产生旋转场。

根据电机的至少一个实施例，定子包括至少六个齿。定子芯可以包括齿。因此，齿可以由定子芯形成。齿可以各自沿转子的旋转轴线延伸穿过定子。齿可以完全延伸穿过定子。齿可以从定子的第一侧延伸到定子的第二侧。齿可以包含与定子芯相同的材料。定子可以具有至少十个齿或至少十四个齿。

根据电机的至少一个实施例，定子的一个齿分别形成在两个相邻的狭孔之间。每个齿可以由两个狭孔之间的定子芯区域形成。齿能够沿着定子的圆周均匀分布。狭孔能够沿着定子的圆周均匀分布。定子能够具有与狭孔一样多的齿。

根据电机的至少一个实施例，齿中的至少三个齿包括凹部，该凹部至少部分地延伸穿过相应的齿。凹部可能均没有定子芯的材料。因此，凹部能够没有任何携带磁通量的材料。这抑制了凹部区域中的磁通量。凹部均可以各自布置在两个狭孔之间。凹部均可以被设计为定子中的附加狭孔。定子的至少一个齿没有凹部。这能够意味着定子的至少一个齿中没有设置凹部。还有可能是定子的一半齿中没有凹部。

根据电机的至少一个实施例，在电机运行时，磁动势的工作波不同于磁通量的基波。工作波是磁动势的主要用于产生转矩的谐波分量。例如，如果磁动势通过例如傅里叶分解被分解为谐波分量，则可获得磁动势的谐波分量。这样，基波是1阶谐波分量。因此，在电机运行时，磁动势的阶次不同于1的谐波分量被用于产生转矩。用作工作波的谐波分量的阶次能够大于1。

根据电机的至少一个实施例，该电机包括定子和相对于定子可移动的转子，其中定子包括定子芯，在该定子芯中布置有至少六个狭孔，定子包括至少部分布置在狭孔中的分布式电绕组，定子包括至少六个齿，在每种情况下，定子的一个齿在两个相邻的狭孔之间形成，齿中的至少三个齿具有至少部分地延伸穿过相应齿的凹部，并且在电机运行时，磁动势的工作波不同于磁通量的基波。

能够将非磁性材料布置在定子的凹部中。例如，将空气布置在凹部中。因此，凹部充当定子中的通量屏障。这能够意味着凹部均形成减少磁通量的基波的机械屏障。根据电机的设计，通过在定子中使用凹部，能够使基波减弱90％以上。同时，能够使工作波加强。这能够意味着，相较于没有通量屏障的定子的磁动势基波，具有通量屏障的定子的磁动势基波减小。此外，对于有具有通量屏障的定子，磁动势的至少一个阶次大于1的谐波分量的振幅相较于没有通量屏障的定子的磁动势的相同阶次的谐波分量而言可能增加。

振幅最大的谐波分量能够被用作工作波。因此，与没有任何凹部的定子相比，在具有凹部的定子中，磁动势的未被用作工作波的谐波分量中的至少一部分的振幅有所降低。因此，电机运行中发生的损失较少。这意味着电机能够有效运行。

基波的振幅降低多少以及阶次大于1的谐波分量的振幅增加多少取决于定子的设计。

对于磁动势的阶次大于1的谐波分量，电机的绕组系数也可能大于1。绕组系数可由分区系数与节距系数的乘积给出。在没有凹部或没有通量屏障的电机中，绕组系数最多为1。如果在计算绕组系数时也将定子中的凹部包括在内，则对于磁动势的部分阶次大于1的谐波分量，本文描述的电机的绕组系数将大于1。当绕组系数大于1时，在相同的电源电流下，能够产生更大的转矩。这意味着电机能够有效运行。

在制造过程中，凹部的形成并不需要任何显著的额外努力，因为定子的层压板通常是冲压件，并且在同一工作步骤中能够冲出凹部。

根据电机的至少一个实施例，电绕组包括线圈，每个线圈围绕至少两个齿缠绕。这意味着电绕组的每个线圈都围绕至少两个齿缠绕。因此，电绕组是分布式绕组。电绕组可以具有至少三个线圈。在定子的第一侧和/或第二侧上，线圈的各个导体部分可能相互重叠。通过在定子中加工凹部，对于分布式电绕组，磁动势的阶次大于1的谐波分量的通量密度能够被放大。

根据电机的至少一个实施例，凹部中没有电绕组。这意味着电绕组没有布置在凹部中。凹部中可以没有导电材料。凹部中没有电绕组的事实允许凹部充当流动屏障。

根据电机的至少一个实施例，凹部各自沿径向方向延伸，径向方向各自平行于穿过定子的横截面的半径延伸并且半径延伸穿过相应的齿。每个凹部都可以具有沿径向方向的细长延伸部。每个凹部可以沿着与其他凹部不同的径向方向延伸。每个凹部都可以沿其中一个径向方向完全延伸穿过定子。也可以在每个凹部中布置至少一个连接件，使得凹部沿相应的径向方向具有至少一个中断。通过使凹部沿径向方向延伸，凹部能够在每种情况下将两个狭孔彼此分开。这意味着每个凹部都在两个狭孔之间延伸。这允许凹部充当流动屏障。

根据电机的至少一个实施例，凹部在相应的径向方向上比相邻狭孔延伸得更远。这可以意味着每个凹部沿径向方向延伸，在该径向方向上，该凹部比与相应凹部直接相邻的两个狭孔延伸得更远。因此，在穿过定子的横截面中，凹部可以各自具有比狭孔长的延伸部。凹部可以从定子的外侧朝向定子的内侧延伸。此处，凹部能够各自在一个齿中沿着径向方向延伸到相应齿的与转子相邻的的区域。通过比相邻狭孔延伸得更远，凹部在每种情况下使两个狭孔彼此分开。因此，凹部能够充当流动屏障。

根据电机的至少一个实施例，凹部形成为使得磁动势的用作工作波的谐波分量具有比没有凹部的电机的磁动势的相同阶次的谐波分量的振幅大的振幅。这可以意味着与电机没有凹部的情况相比，凹部使得磁动势的用作工作波的谐波分量的振幅增加。因此，电机能够更有效地运行。

根据电机的至少一个实施例，该电机不是步进电机。

根据电机的至少一个实施例，每个凹部形成机械屏障，以使磁通量的基波降低并使磁动势的工作波加强。因此，电机能够更有效地运行。

根据电机的至少一个实施例，凹部沿垂直于穿过定子的横截面的方向延伸。这可以意味着凹部沿平行于转子的旋转轴线的方向延伸。因此，凹部可以从定子的第一侧延伸到定子的第二侧。凹部可以从定子的第一侧完全延伸到第二侧。也有可能将至少一个连接腹板沿着从第一侧到第二侧的距离布置在每个凹部中。这会增加定子的机械稳定性。通过沿垂直于穿过定子横截面的方向延伸，凹部能够充当流动屏障。

根据电机的至少一个实施例，每个凹部中布置有非磁性材料。在每种情况下，非磁性材料能够完全填充凹部。例如，将空气布置在凹部中。由于凹部中布置有非磁性材料，因此凹部能够充当流动屏障。

根据电机的至少一个实施例，凹部沿定子的圆周均匀分布。这可以意味着任何两个直接相邻的凹部沿定子的圆周等距间隔开。因此，对于定子的不同极，凹部能够以相同的方式充当通量屏障。

根据电机的至少一个实施例，凹部各自邻近定子的至少外侧。凹部可能与布置在定子外圆周处的定子外侧相邻。凹部可以朝向定子的外侧开口。凹部也可能与定子的内侧相邻。凹部能够朝向定子的内侧开口。因此，凹部能够充当流动屏障。

根据电机的至少一个实施例，沿定子的圆周，每隔一个齿包括一个凹部。这可以意味着沿定子的圆周，每隔一个齿正好具有一个凹部。定子的这种设计可以使基波的通量密度显著降低，并且使阶次大于1的至少一个谐波分量的通量密度显著增加。

根据电机的至少一个实施例，每个齿都有一个凹部。这意味着每个齿中正好布置了一个凹部。与每隔一个齿具有一个凹部的情况相比，这种设计能够使基波的通量密度更加降低。此外，还可以使阶次大于1的至少一个谐波分量的通量密度增加。

根据电机的至少一个实施例，定子具有最多与狭孔一样多的凹部。因此，可以在每两个狭孔之间布置一个凹部。定子的这种设计可能具有以下效果：基波的通量密度显著降低，并且阶次大于1的至少一个谐波分量的通量密度显著增加。

根据电机的至少一个实施例，定子具有六个以上的齿。例如，定子具有至少十个齿或至少十四个齿。随着齿数的增加，定子可能具有更多的磁极。

根据电机的至少一个实施例，每个狭孔中布置有电绕组的至少两个部件，这些部件被设计成被供给不同的相电流。例如，可以将电绕组的两个不同线圈的导体部分布置在一个狭孔中。因此，在每个狭孔中可以布置有电绕组的不同线圈的至少两个导体部分。在每个狭孔内，不同线圈的导体部分可以彼此电隔离。因此，狭孔可以具有两层设计或多层设计。

本文还提供了操作电机的方法。可以通过该方法操作所述电机。针对所描述电机而公开的所有特征也适用于操作电机的方法，反之亦然。

根据操作电机的方法的至少一个实施例，该方法包括用磁动势的工作波来操作电机，该工作波不同于磁通量的基波。电机运行的事实意味着电机产生了转矩。因此，电机被运行使得不同于磁通量的基波的工作波被用于产生转矩。

根据该方法的至少一个实施例，电机包括定子，该定子包括其中布置有至少六个狭孔的定子芯、至少部分地布置在狭孔中的分布式电绕组以及至少六个齿，电机包括相对于定子可移动的转子，定子的每个齿分别形成在两个相邻的狭孔之间，并且所述齿中的至少三个包括凹部，该凹部至少部分地延伸穿过相应齿。

该方法具有与电机相同的优点。因此，该方法允许电机有效运行。

根据该方法的至少一个实施例，磁动势的谐波被用作工作波，谐波包括等于狭孔的数量加1或狭孔的数量减1的阶次。这能够意味着将定子的狭孔数量加上1，得到磁动势的用作工作波的谐波分量的阶次。也有可能是将定子的狭孔数量减去1，得到磁动势的用作工作波的谐波分量的阶次。因此，在这两种情况下，所使用的工作波都是磁动势的阶次大于1的谐波分量。由于凹部布置在定子中，利用谐波分量的用作工作波的阶次的这两种可能性，通量密度和绕组系数的增加量为最高。因此，具有这两个阶次的谐波分量适用于有效产生转矩。

可以使电绕组的设计沿定子的圆周重复n次，其中n是自然数。在这种情况下，将磁动势的阶次次数为狭孔数量加n或狭孔数量减n的谐波用作工作波。

提供了另一种电机。本文描述的每种电机都解决了待解决的问题。针对本文所描述的电机而公开的所有相同特征或详细说明的同一特征也分别适用于其他电机，反之亦然。

根据该电机的至少一个实施例，该电机包括定子和相对于定子可移动的转子。

根据该电机的至少一个实施例，定子包括定子芯，在该定子芯中布置有至少三个狭孔。

根据该电机的至少一个实施例，定子包括至少三个齿和至少三个杆状电导体。每个电导体可以具有杆状形状。电导体可以包括导电材料(例如铜或铝)。每个电导体都可以平行于转子的旋转轴线延伸穿过定子。电导体可能是尺寸稳定的，这意味着它们不可弯曲。电导体可以被设计为分别被提供单独的电相。为此，每个电导体可以单独连接到电力电子器件。

根据该电机的至少一个实施例，狭孔中的每个中布置有至少一个导体。每个狭孔中可以布置导体之一。

根据该电机的至少一个实施例，定子的一个齿分别形成在两个相邻的狭孔之间。

根据该电机的至少一个实施例，齿中的至少三个包括凹部，该凹部至少部分地延伸穿过相应齿。

根据该电机的至少一个实施例，在电机运行时，磁动势的工作波不同于磁通量的基波。

根据该电机的至少一个实施例，电机包括定子和相对于定子可移动的转子，该定子包括定子芯，在该定子芯中布置有至少三个狭孔，该定子包括至少三个齿和至少三个杆状电导体，每个狭孔中布置有导体种的至少之一，定子的一个齿分别形成在两个相邻的狭孔之间，齿中的至少三个具有凹部，该凹部至少部分地延伸穿过相应齿，在电机运行时，磁动势的工作波不同于磁通量的基波。

该电机具有上述优点。此处使用的不是分布式电绕组，而是导电杆。同样地在这种设计中，与定子中没有布置凹部的情况相比，将凹部布置在定子中使基波的通量密度降低。此外，与定子没有凹部的情况相比，在定子具有凹部的情况下，磁动势的至少一个阶次大于1的谐波分量的通量密度增加。

根据该电机的至少一个实施例，三个导体在定子的一侧被电短路。这三个导体能够在定子的第一侧被电短路。为此，能够在定子的第一侧布置短路环。短路环可以包括导电材料。导体能够导电地连接到该短路环。在定子的第二侧上，这些导体能够被连接到电力电子器件。因此，每个导体都可以被提供有单独的电相。

本文还提供了操作电机的另一种方法。能够通过所述另一种方法操作所述另一种电机。针对本文所描述的电机和方法而公开的所有相同特征或详细说明的同一特征也分别适用于另一种电机和方法，反之亦然。

根据用于操作电机的方法的至少一个实施例，该方法包括以磁动势的工作波来操作电机，该工作波不同于磁通量的基波。

根据用于操作电机的方法的至少一个实施例，电机包括定子，该定子包括其中布置有至少三个狭孔的定子芯、至少三个齿和至少三个杆状电导体，该电机包括相对于定子可移动的转子，在狭孔中分别布置有导体中的至少之一，定子的一个齿分别在两个相邻的狭孔之间形成，并且所述所述齿的至少三个包括凹部，该凹部至少部分地延伸穿过相应的齿。

该方法具有与电机相同的优点。因此，该方法允许电机有效运行。

附图说明

在下文中，结合示例性实施例和相关附图更加详细地说明电机和操作电机的方法。

图1A、图1B、图1C、图1D和图1E描述了电机的示例性实施例。此外，还描述了操作电机的方法的示例性实施例。

图2A、图2B、图2C、图2D和图2E描述了电机的另一示例性实施例。

图3A、图3B、图3C、图3D和图3E描述了电机的另一示例性实施例。

图4A、图4B、图4C、图4D和图4E描述了电机的另一示例性实施例。

图5A、图5B、图5C、图5D和图5E描述了电机的另一示例性实施例。

图6A、图6B、图6C、图6D和图6E描述了电机的另一示例性实施例。

图7A、图7B、图7C、图7D和图7E描述了电机的另一示例性实施例。

图8A、图8B、图8C、图8D、图8E、图8F和图8G描述了电机的另一示例性实施例。

图9A、图9B、图9C、图9D和图9E描述了电机的另一示例性实施例。

图10A、图10B、图10C、图10D和图10E描述了电机的另一示例性实施例。

图11A、图11B、图11C、图11D和图11E描述了电机的另一示例性实施例。

具体实施方式

图1A示出了根据示例性实施例的电机20的截面图。电机20包括定子21和相对于定子21可移动的转子22。转子22位于定子21内。图1A所示的截面在垂直于转子22的旋转轴线的平面中延伸。

定子21具有定子芯23，在定子芯23中布置有六个狭孔24。在定子21和转子22之间布置有气隙34。这些狭孔24均朝向气隙34开口。定子21还包括分布式绕组25，该分布式绕组25至少部分地布置在狭孔24中。分布式绕组25可以包括至少三个线圈28。此外，定子21具有六个齿26，两个相邻的狭孔24之间分别形成一个齿26。分布式绕组25的区别在于，绕组25的线圈28并不是各自只围绕一个齿26缠绕。在图1A的示例性实施例中，电绕组25的同一线圈28的导体部分35被布置在总共两个不同的狭孔24中。每个线圈28可以由多个导体部分35组成。因此，线圈28各自围绕所述齿26的至少两个缠绕。在图1A中，狭孔24中的字母均表示相同的相。加号和减号表示在电机20运行时电流通过相应导体部分35的方向。因此，在电机20运行时，电流在标记加号的所有导体部分35中沿同一方向流动。在被标记负号的导体部分35中，电流在电机20运行时以相反的方向流动。

齿26各自具有延伸穿过相应齿26的凹部27。凹部27没有电绕组25。也可以在每个凹部27中布置至少一个连接件。这种连接件未在图中示出。

凹部27各自沿径向方向r延伸，所述径向方向r各自平行于穿过定子21的横截面中的半径，并且该半径延伸穿过相应齿26。在相应的径向方向r上，凹部27比相邻的狭孔24延伸得更远。在凹部27的每一个中布置有非磁性材料29(例如空气)。凹部27各自相邻定子21的外侧30和内侧33。不过，凹部27在径向方向r上延伸的距离也可能小于图1A所示的距离。凹部27、狭孔24和齿26都沿定子21的圆周均匀分布。定子21具有与狭孔24一样多的凹部27。

电机20运行时，磁动势的工作波不同于磁通量的基波。因此，根据用于操作电机20的方法的一个示例性实施例，电机20以不同于磁通量的基波的磁动势的工作波运行。

图1B示出了图1A的不带凹部27的设计，以进行比较。

图1C绘制了电机20的气隙34中的通量密度。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图1B所示的设计。实线表示图1A所示的电机20的示例性实施例。

图1D示出了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图1B所示的设计。空心条表示图1A所示的示例性实施例。因此，图1D示出了与电机20没有凹部27的情况相比，图1A中的示例性实施例的基波的通量密度显著降低，即降低了72％。在每种情况下通量密度增加或减少的百分比示出在图1D中，对应条的旁边。此外与没有凹部27的电机20相比，图1A中的示例性实施例5阶和7阶谐波分量的通量密度增加了72％。

因此，图1A的示例性实施例允许使用磁动势的阶次不同于1的谐波分量作为工作波。在这种情况下，使用磁动势的阶次为5或7的谐波作为工作波是很合适的。这意味着使用磁动势的谐波作为工作波，该谐波的阶次等于狭孔24的数量加1或狭孔24的数量减1。

在图1E中，绘制了图1A中电机20的绕组系数。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。在计算绕组系数时，还考虑了凹部27。因此，5阶谐波和7阶谐波的绕组系数远大于1，即大约为1.7。这意味着绕组系数的计算还示出，图1A的电机20能够以工作波有效地运行，工作波为磁动势的5阶或7阶谐波分量。

在此处和以下的示例性实施例中，电机20可以具有带永磁体和若干个极对的转子22，该极对的数量对应于用作工作波的谐波分量的阶次。

图2A示出了电机20的另一示例性实施例。与图1A所示的示例性实施例不同，图2A的定子21的示例性实施例总共具有十二个狭孔24和十二个齿26。电绕组25分布在所述十二个狭孔24上。电绕组25的每相具有两个线圈28，即两个线圈用于A相，两个线圈用于B相，两个线圈用于C相。此处，每相的两个导体部分35沿定子21的圆周彼此相邻布置，在运行期间，电流在这两个导体部分35中的流动方向相同。定子21总共具有六个凹部27。因此，在定子21的圆周上，每隔一个齿26具有凹部27。导体部分35的标记方式与图1A相同。

凹部27各自布置在位于两个狭孔24之间的齿26中，这两个狭孔24中布置有不同相的两个线圈28的导体部分35。位于两个布置有同相的导体部分35的狭孔24之间的齿26没有凹部27。

图2B示出了图2A的不带凹部27的设计，以进行比较。

图2C绘制了电机20的气隙34中的通量密度。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图2B所示的设计。实线表示图2A所示的电机20的示例性实施例。

图2D绘制了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图2B所示的设计。空心条表示图2A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了74％。此外与电机20没有凹部27的情况相比，图2A所示的示例性实施例的5阶、7阶、11阶和13阶谐波分量的通量密度增加。

在图2E中，绘制了图2A中电机20的绕组系数。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于11阶谐波和13阶谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.7。因此，对于图2A的示例性实施例而言，11阶或13阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。这意味着磁动势的阶次等于狭孔24的数量加1或狭孔24的数量减1的谐波在此处也被作为工作波。

图3A示出了电机20的另一示例性实施例。与图2A所示的示例性实施例不同，凹部27各自布置在位于两个狭孔24之间的齿26中，这两个狭孔24中布置有相同相的导电部分35。位于两个布置有两个不同相的线圈28的导体部分35的狭孔24之间的齿26没有凹部27。

图3B示出了图3A的不带凹部27的设计，以进行比较。

图3C绘制了电机20的气隙34中的通量密度。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图3B所示的设计。实线表示图3A所示的电机20的示例性实施例。

图3D示出了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图3B所示的设计。空心条表示图3A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了75％。此外与电机20没有凹部27的情况相比，图3A所示的示例性实施例的5阶、7阶、11阶和13阶谐波分量的通量密度增加。

图3E示出了图3A中电机20的绕组系数的图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于11阶谐波和13阶谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.7。因此，对于图3A的示例性实施例而言，11阶或13阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。

图4A示出了电机20的另一示例性实施例。与图2A所示的示例性实施例不同，每个齿26具有一个凹部27。

图4B示出了图4A的不带凹部27的设计，以进行比较。

图4C示出了电机20的气隙34中的通量密度的图。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图4B所示的设计。实线表示图4A所示的电机20的示例性实施例。

图4D绘制了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图4B所示的设计。空心条表示图4A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了87％。此外与电机20没有凹部27的情况相比，图4A所示的示例性实施例的5阶、7阶、11阶和13阶谐波分量的通量密度增加。

图4E示出了图4A中电机20的绕组系数图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于11阶谐波和13阶谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.8。因此，对于图4A的示例性实施例而言，11阶或13阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。

图5A示出了电机20的另一示例性实施例。与图2A所示的示例性实施例不同，定子21总共具有十个狭孔24和十个齿26。电绕组25具有五个线圈28。每个线圈28具有与之相关联的相，在图5A中，这些相用字母来标记。也就是说，每个线圈28被设计成供应有其自己的相电流。定子21在每个齿26中还有凹部27。因此，定子21具有十个凹部27。

图5B示出了图5A的不带凹部27的设计，以进行比较。

图5C示出了电机20的气隙34中的通量密度的图。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图5B所示的设计。实线表示图5A所示的电机20的示例性实施例。

图5D绘制了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图5B所示的设计。空心条表示图5A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了84％。此外与电机20没有凹部27的情况相比，图5A所示的示例性实施例的9阶和11阶谐波分量的通量密度增加。

图5E示出了图5A中电机20的绕组系数的图。为此，磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于9次谐波和11次谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.8。因此，对于图5A的示例性实施例而言，9阶或11阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。

图6A示出了电机20的另一示例性实施例。与图5A所示的示例性实施例不同，定子21总共具有二十个狭孔24和二十个齿26。电绕组25也有五相，每相共配备有四个狭孔24。电绕组25每相具有两个线圈28，即总共有十个线圈28。定子21在每个齿26中还有一个凹部27。因此，定子21具有二十个凹部27。

图6B示出了图6A的不带凹部27的设计，以进行比较。

图6C示出了电机20的气隙34中的通量密度图。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图6B所示的设计。实线表示图6A所示的电机20的示例性实施例。

图6D绘制了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图6B所示的设计。空心条表示图6A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了93％。此外与电机20没有凹部27的情况相比，图6A所示的示例性实施例的19阶和21阶谐波分量的通量密度增加。

图6E示出了图6A中电机20的绕组系数图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于19阶谐波和21阶谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.9。因此，对于图6A的示例性实施例而言，19阶或21阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。

图7A示出了电机20的另一示例性实施例。与图5A所示的示例性实施例不同，定子21总共具有十四个狭孔24和十四个齿26。电绕组25具有七相，每相配备有两个狭孔24。电绕组25的每相具有一个线圈28，即总共有七个线圈28。定子21在每个齿26中还有一个凹部27。因此，定子21具有十四个凹部27。

为了进行比较，图7B示出了图7A的不带凹部27的设计。

图7C示出了电机20的气隙34中的通量密度图。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图7B所示的设计。实线表示图7A所示的电机20的示例性实施例。

图7D示出了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图7B所示的设计。空心条表示图7A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了89％。此外与电机20没有凹部27的情况相比，图7A所示的示例性实施例的13阶和15阶谐波分量的通量密度增加。

图7E示出了图7A中电机20的绕组系数图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于13阶谐波和15阶谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.9。因此，对于图7A的示例性实施例而言，13阶或15阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。

图8A示出了电机20的另一示例性实施例。与图1A所示的示例性实施例不同，定子21总共具有七个狭孔24和七个齿26。此外，定子21具有七个杆状电导体31。狭孔24的每一个中设置有导体31之一。导体31从定子21的第一侧36延伸到定子21的第二侧37。因此，电绕组25没有任何线圈28。此外，定子21包括七个凹部27。此处每个齿26具有凹部27。

在定子21的第一侧36上，导体31被电短路。为此，导体31被电连接到短路环32，短路环32布置在定子21的第一侧36上。在第二侧37上，导体31被连接到电力电子器件，使得每个导体31能够被提供有其自己的相。因此，电机20具有七相。

根据用于操作电机20的方法的一个实施例，图8A的电机20以使得磁动势的工作波不同于磁通量的基波的方式运行。

图8B示出了图8A的不带凹部27的设计，以进行比较。

图8C示出了图8A的不带短路环32的电机20。

图8D示出了图8C的不带凹部27的设计，以进行比较。

图8E示出了电机20的气隙34中的通量密度图。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图8B所示的设计。实线表示图8A所示的电机20的示例性实施例。

图8F绘制了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图8B所示的设计。空心条表示图8A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了76％。此外与电机20没有凹部27的情况相比，图8A所示的示例性实施例的7阶和8阶谐波分量的通量密度增加。

图8G示出了图8A中电机20的绕组系数图。为此，磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于6阶谐波和8阶谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.7。因此，对于图8A的示例性实施例而言，6阶或8阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。

图9A示出了电机20的另一示例性实施例。与图1A所示的示例性实施例不同，每个狭孔24中布置有电绕组25的两个部件，这两个部件被设计成供应有不同的相电流。因此，电绕组25是三相两层绕组25，在每个狭孔24中布置有该绕组25的两个不同线圈28的导体部分35。这意味着在每个狭孔24中布置有两相的导体部分35。在这种布置中，同相的导体部分35被分别布置在相邻的狭孔24中。例如，相A+的两个导体部分35被布置在两个相邻的狭孔24中。每个齿26中布置有凹部27。

为了进行比较，图9B示出了图9A的不带凹部27的设计。

图9C示出了电机20的气隙34中的通量密度图。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图9B所示的设计。实线表示图9A所示的电机20的示例性实施例。

图9D示出了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图9B所示的设计。空心条表示图9A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了72％。此外与电机20没有凹部27的相比，图9A所示的示例性实施例的5阶和7阶谐波分量的通量密度增加。

图9E示出了图9A中电机20的绕组系数图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于5阶谐波和7阶谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.5。因此，对于图9A的示例性实施例而言，5阶或7阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。

图10A示出了电机20的另一示例性实施例。与图9A所示的示例性实施例不同，定子21具有十二个狭孔24和十二个齿26。在每个狭孔24中，布置有电绕组25的两个部件，这两个部件被设计成供应有不同的相电流。因此，电绕组25是三相两层绕组25。一相的同方向的导体部分35分布在三个相邻的狭孔24上。例如，相A+的两个导体部分35被布置在同一狭孔24中，相A+的一个导体部分35被布置在与该狭孔24相邻的狭孔24之一中。因此，同相的两个导体部分35被布置成相对于同相的其它导体部分35偏移一个狭孔24。这对所有相都适用。定子21在每个齿26中具有凹部27。

图10B示出了图10A的不带凹部27的设计以进行比较。

图10C示出了电机20的气隙34中的通量密度图。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图10B所示的设计。实线表示图10A所示的电机20的示例性实施例。

图10D示出了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图10B所示的设计。空心条表示图10A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了87％。此外与电机20没有凹部27的情况相比，图10A所示的示例性实施例的11阶和13阶谐波分量的通量密度增加。

图10E示出了图10A中电机20的绕组系数图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于11阶谐波和13阶谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.7。对于图10A的示例性实施例而言，11阶或13阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。

图11A示出了电机20的另一示例性实施例。与图10A所示的示例性实施例不同，一相且一个方向的导体部分35分布在四个狭孔24上。这意味着，例如，相A+的导体部分35被布置在四个不同的狭孔24中。在每种情况下，同相且同方向的两个导体部分35被布置在与定子21的内侧33相比更加靠近定子21的外侧30的狭孔24中，并且该同相且同方向的其他两个导体部分35被布置成与定子21的外侧30相比更加靠近定子21的内侧33。定子21在每个齿26中具有凹部27。

图11B示出了图11A的不带凹部27的设计以进行比较。

图11C示出了电机20的气隙34中的通量密度图。沿气隙34的角度绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。此处的虚线表示图11B所示的设计。实线表示图11A所示的电机20的示例性实施例。

图11D示出了按谐波分量分解的电机20的气隙34中的通量密度图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。通量密度绘制在y轴上。填充条表示图11B所示的设计。空心条表示图11A所示的示例性实施例。与电机20没有凹部27的情况相比，基波降低了87％。此外与电机20没有凹部27的相比，图11A所示的示例性实施例的11阶和13阶谐波分量的通量密度增加。

图11E示出了图11A中电机20的绕组系数图。磁动势的谐波分量的阶次绘制在x轴上。在y轴上绘制等效绕组系数。因此，对于11阶谐波和13阶谐波，绕组系数远大于1，即大约为1.6。对于图11A的示例性实施例而言，11阶或13阶的磁动势的谐波分量能够用作用于电机20有效运行的工作波。

附图标记说明

20 电机

21 定子

22 转子

23 定子芯

24 狭孔

25 电绕组

26 齿

27 凹部

28 线圈

29 非磁性材料

30 外侧

31 杆状电导体

32 短路环

33 内侧

34 气隙

35 导体部分

36 第一侧

37 第二侧

R 径向方向

Claims (18)

1.一种电机(20)，包括：

-定子(21)，和

-相对于所述定子(21)可移动的转子(22)，其中

-所述定子(21)包括定子芯(23)，在所述定子芯(23)中布置有至少六个狭孔(24)，

-所述定子(21)包括分布式电绕组(25)，所述分布式电绕组(25)至少部分布置在所述狭孔(24)中，

-所述定子(21)包括至少六个齿(26)，

-所述定子(21)的一个齿(26)分别形成在两个相邻的狭孔(24)之间，

-所述齿(26)中的至少三个包括凹部(27)，所述凹部(27)至少部分地延伸穿过相应齿(26)，并且

-在所述电机(20)运行时，磁动势的工作波与磁通量的基波不同。

2.根据前一权利要求所述的电机(20)，其中，所述电绕组(25)包括线圈(28)，所述线圈(28)各自围绕所述齿(26)中的至少两个缠绕。

3.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，所述凹部(27)没有电绕组(25)。

4.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，所述凹部(27)各自沿径向方向(r)延伸，所述径向方向(r)各自平行于穿过所述定子(21)的横截面的半径延伸，且所述半径延伸穿过相应齿(26)。

5.根据权利要求4所述的电机(20)，其中，所述凹部(27)在相应的径向方向(r)上比相邻的狭孔(24)延伸得更远。

6.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，所述凹部(27)中分别布置有非磁性材料(29)。

7.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，所述凹部(27)沿所述定子(21)的圆周均匀分布。

8.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，所述凹部(27)各自邻接所述定子(21)的至少外侧(30)。

9.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，每个齿(26)包括所述凹部(27)之一。

10.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，沿所述定子(21)的圆周，每隔一个齿(26)包括所述凹部(27)之一。

11.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，所述定子(21)包括最多与狭孔(24)一样多的凹部(27)。

12.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，所述定子(21)包括六个以上的齿(26)。

13.根据权利要求1所述的电机(20)，其中，每个狭孔(24)中布置有所述电绕组(25)的至少两个部件，所述至少两个部件被设计成被供应不同的相电流。

14.一种电机(20)，包括：

-定子(21)，和

-相对于所述定子(21)可移动的转子(22)，其中

-所述定子(21)包括定子芯(23)，在所述定子芯(23)中布置有至少三个狭孔(24)，

-所述定子(21)包括至少三个齿(26)和至少三个杆状电导体(31)，

-所述狭孔(24)中分别布置有所述导体(31)中的至少之一，

-所述定子(21)的一个齿(26)分别形成在两个相邻的狭孔(24)之间，

-所述齿(26)中的至少三个包括凹部(27)，所述凹部(27)至少部分地延伸穿过相应齿(26)，

-在所述电机(20)运行时，磁动势的工作波与磁通量的基波不同。

15.根据前一权利要求所述的电机(20)，其中，所述三个导体(31)在所述定子(21)的一侧被电短路。

16.一种操作电机(20)的方法，所述方法包括：

-以磁动势的工作波来操作所述电机(20)，所述工作波不同于磁通量的基波，其中

-所述电机(20)包括定子(21)，所述定子(21)包括其中布置有至少六个狭孔(24)的定子芯(23)、至少部分地布置在所述狭孔(24)中的分布式电绕组(25)和至少六个齿(26)，

-所述电机(20)包括相对于所述定子(21)可移动的转子(22)，

-所述定子(21)的一个齿(26)分别形成在两个相邻的狭孔(24)之间，并且

-所述齿(26)中的至少三个包括至少部分地延伸穿过相应齿(26)的凹部(27)。

17.根据前一权利要求所述的方法，其中，使用磁动势的谐波作为工作波，所述谐波包括等于所述狭孔(24)的数量加1或所述狭孔(24)的数量减1的阶次。

18.一种操作电机(20)的方法(20)，所述方法包括：

-以磁动势的工作波来操作所述电机(20)，所述工作波不同于磁通量的基波，其中

-所述电机(20)包括定子(21)，该定子(21)包括其中布置有至少三个狭孔(24)的定子芯(23)、至少三个齿(26)和至少三个杆状电导体(31)，

-所述电机(20)包括相对于所述定子(21)可移动的转子(22)，

-所述狭孔(24)中分别布置有所述导体(31)中的至少之一，

-所述定子(21)的一个齿(26)分别形成在两个相邻的狭孔(24)之间，

-所述齿(26)中的至少三个包括凹部(27)，所述凹部(27)至少部分地延伸穿过相应齿(26)。