CN1665100A - 线性起动电机的定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线性起动电机的定子，带有一个转子容腔(32)，转子可转动地容纳其中，还具有导条容腔和永磁体容腔，并带有包括若干线圈(61到64)的定子绕组，在该线性起动电机运行期间在转子的作用下，该绕组产生了具有主轴的磁场。为了提高线性起动电机的效率，转子容腔具有不固定的内径，但是在垂直于主轴的范围内具有的内径大于在毗邻范围内的内径。

Description

线性起动电机的定子

技术领域

本发明涉及一种线性起动电机的定子，该定子具有一个转子容腔，转子可转动地容纳其中，还具有导条和永磁体的容腔，以及具有包括若干线圈的定子绕组，该绕组产生具有主轴的磁场。本发明还涉及一种线性起动电极的定子，具有一个转子容腔，转子可转动地容纳其中，还具有导条和永磁体的容腔，以及具有包括若干线圈的主定子绕组，该绕组产生具有主轴的磁场，该主轴垂直于由包括若干线圈的辅定子绕组产生的磁场的辅轴。

背景技术

对于传统的线性起动电机而言，定子绕组的线圈是分布在整个定子圆周上。这些绕组是由铜导线制成的。在运行期间，铜线圈中的铜会引起所谓的铜损，这种铜损对线性起动电机的效率有负面的影响。

发明内容

本发明的任务是提供一种根据权利要求1前序部分或权利要求2前序部分所述的线性起动电机的定子，通过这个定子可以提高该线性电机的效率。

对于一个线性起动电机的定子来说，具有一个转子容腔，转子可转动的容纳其中，并具有导条和永磁体的容腔，以及具有包括若干线圈的定子绕组，该绕组产生具有主轴的磁场，上述任务是这样解决的，即转子容腔具有不固定的内径，但是在垂直于主轴的范围内，其内径大于毗邻范围内的内径。在该线性起动电机运行期间，转子和定子的互相作用将产生一个旋转场。通过使定子绕组中的至少一部分线圈集中在垂直于主轴范围内，可以减少绕组所需的铜量。旋转场失去了其正常的正弦形，而是按大致的四边形形状延伸。磁动势形成大致四边形形状的过程与大量的明显的谐波的形成有关，这种谐波对线性起动电机的效率有负面的影响。直径可变的转子容腔内同圆柱形转子容腔相比，可以降低谐波频率的振幅，这对线性起动电机的效率有积极的效果。由于转子磁体的磁化，在转子和定子之间延伸的气隙对效率没有负面影响。

对于一种线性电机的定子来说，具有一个转子容腔，转子可转动地容纳其中，还具有导条和永磁体的容腔，以及具有包括若干线圈的定子绕组，该绕组产生具有主轴的磁场，这个主轴垂直于由包括若干线圈的辅定子绕组产生的磁场的辅轴，上述任务是这样解决的，转子容腔具有不固定的内径，但是在主轴和辅轴之间的范围内，其内径大于毗邻范围内的内径。在线性起动电机运行期间，转子和定子的相互作用产生了旋转场。通过使定子绕组中的至少一部分线圈集中在垂直于主轴和辅轴的范围内，可以减少绕组所需的铜量。然而，旋转场失去了其正常的正弦形状而是呈现出大致四边形的形状。

磁动势的大致四边形形状与大量的明显的谐波的形成有关，这种谐波对线性起动电机的效率有负面的影响。直径改变的转子容腔同圆柱形转子容腔相比，可以降低谐波频率的振幅，这对线性起动电机的效率有积极的效果。由于转子磁体的磁化，在转子和定子之间延伸的气隙对效率没有负面影响。

该定子的优选实施例的特征在于，该主定子绕组具有若干线圈，集中在辅轴附近，该辅定子绕组包括若干线圈，集中在主轴附近。

该定子的进一步优选实施例的特征在于，至少定子绕组的一部分线圈是集中在定子的两个在直径方向相对的绕组容纳范围内。

定子的进一步优选实施例的特征在于，定子绕组的至少一部分线圈延伸穿过若干在直径方向成对的定子绕组容腔，在各个定子绕组或定子线圈外侧没有设置定子绕组容腔。优选的，定子绕组容腔的数量限制在了四个、六个、八个或十个之内。然而，极端情况是，只有两个定子绕组容腔可以彼此在直径方向相对的设置。

定子的进一步优选实施例的特征在于，多个容腔沿定子圆周均匀地分布，不设线圈的容腔设置在定子绕组容腔之间。还有，空的容腔可以省去。

定子的进一步优选实施例的特征在于，定子绕组容腔的尺寸于所包括的线圈数量是相适应的。这使得包括许多线圈的容腔具有比仅包括有若干或甚至没有线圈的容腔更大的截面。

定子的进一步优选实施例的特征在于，转子容腔的内圆周，从横截面上看，基本上成波状，这样在运行期间所产生的磁场具有大体正弦形的形状。这样，虽然绕组是集中在一个或多个容腔中，在线性起动电机在运行期间仍可以实现磁动势大体正弦形的形状。

定子的进一步优选实施例的特征在于，转子容腔的半径是以0.5％到2％变化的。尤其是，以1.5％到1.7％变化的。这些值已经证实在本发明范围内是特别有利的。

对于具有定子的线性起动电机而言，具有转子容腔，转子可转动地容纳其中，还包括导条容腔和永磁体容腔，上述任务是通过采用前述定子而解决的。

通过后面的描述可以显示本发明更多的有点、特征和细节，描述中将参考附图详细的描述了不同的实施例。与此相关的是，对单独的或随意结合的技术方案而言，权利要求中和说明书中提及的特征是基本的。

附图说明：

图1是具有大体正弦形状绕组的磁动势槽展开图；

图2是图1中示出绕组的磁动势谐波次序展开图；线圈

图3是图1中示出绕组的相对磁动势谐波次序展开图；

图4是磁动势槽展开图，该线圈位于仅有的两个在直径方向上相对设置的槽中；

图5是图4中示出绕组分布的磁动势谐波次序展开图；

图6是图4中示出绕组的相对磁动势谐波次序展开图；

图7是根据本发明的定子冲片截面图；

图8是示出的带有主定子绕组和辅定子绕组的图7中定子冲片；

图9是类似于图4的磁动势槽展开图，定子内部直径在12个槽范围内具比其余槽范围内的更大的半径；

图10是根据图9实施例的磁动势谐波次序展开图；

图11是根据图10实施例的相对磁动势谐波次序展开图；

图12是磁动势槽展开图，转子容腔的内部直径是4个槽范围内半径比其余槽范围内的半径大；

图13是根据图12实施例的磁动势谐波次序展开图；

图14是根据图12实施例的相对磁动势谐波次序展开图。

具体实施方式

传统的线性起动电机的定子包括多个定子线圈或若干定子线圈。

定子是由若干定子冲片构成的，这些定子冲片为大致加工成环形叠片。绕组的容腔向内开口，因此也称作槽。线圈是由铜导线制成的并且在单个槽中以不同数量分布。绕组在每个槽中的分布方式一般遵循正弦分布的原则。因此，当磁动势按槽展开时，如图1所示，实现了旋转磁场具有近似正弦形的形状，这个磁场是在线性起动电机运行期间由定子和转子互相作用产生的。

图2和图3中，磁动势MMK或相对磁动势分别按谐波1到30的次序展开。从图2和3中可看出，对于大体正弦形的绕组线圈分布，产生了一个很大的一次谐波，特别是临界三次谐波以及五次和七次谐波只有很微弱的显示。

包含在绕组导线中的铜会引起铜损，这会降低线性起动电机的效率。当减少定子中的铜量是可以实现的时候，线性起动电机的效率将会提高。在本发明范围内，可以确定的是，定子中的铜量是可以减少的，也就是说某些槽中的铜线圈密度是增加的。在例如铜导线按四槽分布取代按五槽分布时，线性起动电机会提供相同的转矩。通过绕组导线的密度增加，集中了定子中的磁极。然而，当在更少数量的槽中集中这些绕组线圈时，旋转磁场将会失去其正弦形形状而变成大致的四边形。

在图4到6中示出的图表里，铜绕组线圈仅在两个槽中分布，这两个槽设置成在直径方向上相对，也就是说相对彼此相差180o。按槽1到24的磁动势的形状为四边形。从槽1到12，磁动势MMK具有的值是正10，并随后降到负10。从槽12到24，磁动势MMK具有的值是负10。

图5和6示出了傅立叶分析结果。磁动势按谐波次序分布情况示出了特别是第三、第五和第七次谐波具有更高的值，这会引起不良的效率降低。

通过根据本发明来设计定子，定子中的铜量可以减少，与此同时会降低谐波或谐波频率对效率的影响。

图7示出了定子冲片的截面图。定子冲片大致具有环形的叠片，其中切出多个槽1到24，这些槽在径向内侧开口。在定子冲片30里形成了一个转子容腔，其大体具有环形形状。然而，转子容腔32的内半径不是不变的。该转子容器具有多个不同的半径41到52。

图8中，一些槽容纳了主绕组和辅绕组的线圈。在根据图8的实施例中，主绕组包括两个线圈，在槽21和22中的61和63处离开图面，在槽9和10中的62和64处进入图面。在线性起动电机运行期间，主绕组的线圈61到64产生了一个磁场，它的主轴称作71。辅绕组包括两个线圈，在槽3和4中的65和67处离开图面，在槽15和16中的66、68处进入图面。在线性起动电机运行期间，辅绕组的绕组65到68产生了一个磁场，它的辅轴称作72。辅轴72垂直于主轴71。

图8中可以看到，主绕组的两个线圈61到64在四个槽21、22、9、10上分布，这些绕组互相在直径方向上相对地成对设置。辅绕组地两个线圈65到68在(四个)槽3、4、15、16上分布，这些绕组相互在直径方向上相对地成对设置。其余的槽中没有容纳绕组。

在槽3、4、9、10、15、16和21、22的范围内，主绕组和辅绕组的线圈61到68定位在这些槽中，转子容腔的半径小于毗邻范围内的半径。容纳着绕61到68的槽也称作定子绕组容腔或者定子绕组容槽3、4、9、10、15、16、21、22。在定子绕组容槽的范围内，转子容腔32的半径44具有的值为31.55mm。在41、43、45、46、47、49、50和52处，转子容腔32的半径具有的值是31.7mm。在42、76、48和51处，转子容腔32的半径具有32mm的值。

因此，在定子绕组容槽范围内转子容腔32的半径是最小的，然后在空槽范围内逐渐增加，一直到主轴和辅轴之间的角度等分处。转子容腔32的半径大小在不同线圈的定子绕组容槽之间的大体成波形变化，以实现在运行期间磁场形成大体正弦形状。因此，相对于具有固定内径的定子，谐波频率的振幅可以减小。变化的半径会使定子和转子之间的气隙中的磁场减小，此处的半径为最大。

在图8中示出的定子只有一个定子绕组时，例如，只有带有线圈61到64的主定子绕组，转子容腔32的半径在主定子绕组容槽9、10、21、22范围内最大，在空槽范围内逐渐减小。转子容腔32的最大半径32mm是位于定子铜密度度为最大的地方。

图9示出了定子槽1到24的磁动势。在槽1、5到8、13、17到20和24的范围内，定子的内部转子腔具有32mm半径。在槽2、4、9、11、14、16、21、23的范围内，转子容腔的半径具有的值为31.7mm。在槽3、10、15、22的范围内，转子容腔的半径具有的值是31.25mm。在半径为32mm的槽中，没有设置主和辅绕组的线圈。在其余的槽中，设置绕组。

从图10和11中可以看到，特别的临界三次谐波的具体尺寸可以通过绕组的分布方式以及通过改变内部转子容腔直径的方式而减小。

图12是与定子有关的图表，该定子只在槽2、11、14和23的范围内具有的半径小于其它槽范围内半径。然而，图13和14示出了对具体的三次谐波的影响不再像前面实施例中的影响那样大了。

优选的解决方式是采用几种不同的半径。测试结果已经表明，转子容腔半径的差值不必太大。还有，它们将对线性起动电机的效率有负面影响。

在槽之间的范围内，内部转子容腔的半径可以是固定的，这样槽间隙的内径从齿到齿是变化的，其中槽间隙也称作齿。然而，齿的内径也可以是不固定而是变化的。

Claims (11)

1、线性起动电机的定子，带有一个转子容腔(32)，转子可转动地容纳其中，还具有导条和永磁体的容腔，并带有包括若干线圈的定子绕组，该绕组产生了具有主轴的磁场，其特征在于该转子容腔具有不固定的内径，但是，在垂直于该主轴的范围内，其具有的内径比毗邻范围内的内径大。

2、线性起动电机的定子，带有一个转子容腔(32)，转子可转动地容纳其中，还具有导条和永磁体的容腔，带有包括若干线圈的主定子绕组，并产生了具有主轴的磁场，这个主轴垂直于由包括若干线圈的辅定子绕组产生磁场的辅轴，其特征在于转子容腔(32)具有不固定的内径，但是在主轴和辅轴之间的范围内具有的内径比毗邻范围内的内径大。

3、根据权利要求2的定子，其特征在于该主定子绕组具有若干线圈(61到64)，集中在该辅轴(72)附近，该辅助定子绕组包括若干线圈(65到68)，集中在该主轴(71)附近。

4、根据前述权利要求之一的定子，其特征在于至少一部分定子绕组的线圈(61到68)是在定子的两个在直径方向上相对的绕组容纳区上分布。

5、根据前述权利要求之一的定子，其特征在于定子绕组的线圈(61到68)延伸穿过若干在直径方向上相对的成对设置的定子绕组容腔(21、9；22、10；3、15；4、16)，在各个定子绕组或定子线圈外侧没有设置定子绕组容腔。

6、根据前述权利要求之一的定子，其特征在于多个容腔(1到24)在定子圆周均匀地分布，不设线圈的容腔(1、2、5到8、11到14、17到20、23、24)设置在定子绕组容腔(3、4、9、10、15、16、21、22)之间。

7、根据前述权利要求之一的定子，其特征在于定子绕组容腔(3、4、9、10、15、16、21、22)的尺寸与所包括的线圈数量是相适的。

8、根据前述权利要求之一的定子，其特征在于转子容腔(32)的内圆周，从横截面上看，大体成波状，在运行期间所产生的磁场具有大体正弦形的形状。

9、根据前述权利要求之一的定子，其特征在于转子容腔(32)的半径(41到52)适以0.5到2％变化的。

10、根据前述权利要求之一的定子，其特征在于转子容腔(32)的半径(41到52)适以1.5到1.7％变化的。

11、带有根据前述权利要求之一的定子的线性起动电机，转子可转动地容纳其中，包括导条容腔和永磁体容腔。

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