用于电机的定子以及电机

技术领域

本申请涉及一种用于电机的定子以及电机。

背景技术

通常，电机包括定子和相对于其可移动的转子。电机可以被用作电动机类型或发电机类型，其中，电能被转换成动能，反之亦然。在操作期间，转子的磁场与定子的磁场相互作用。

发明内容

本申请的一个目的是产生尽可能高的转矩，以有效地操作电机。此外，应减少电机中的损耗。为此，例如可以在定子内设置所谓的流挡板。流挡板部分地延伸穿过定子，并充满空气。然而，即使使用流挡板，也可能会因为没有用于产生转矩的磁动势的谐波分量而产生损耗。

要解决的一个任务是提出能够有效操作的一种用于电机的定子。要解决的另一任务是提出能够有效操作的一种电机。

所述任务通过独立权利要求的主题解决。在从属权利要求中指出有利的构造和进一步的改进。

根据用于电机的定子的至少一个实施例，定子包括用于容纳电绕组的槽。定子具有纵向轴线。槽可以是凹入定子中。槽各自可以沿定子的整个纵向轴线延伸。槽可以被完全布置在定子内。在这种情况下，槽在定子的外部没有开口。另外的可能是槽各自具有至少一个开口。开口例如可以被布置在定子的内侧上。例如，开口可以被布置在定子的一侧上，在该侧上，可以布置有电机的转子。槽可以沿定子的圆周分布。例如，槽可以沿定子的圆周均匀地分布。

定子还包括至少两个齿，其中，定子的每个齿被分别形成在两个相邻的槽之间。因此，齿和槽沿定子的圆周交替地布置。在槽内，可以布置定子的电绕组。为此，例如，将电绕组缠绕在定子的每个齿上。在这种情况下，电绕组至少在某些地方被布置在槽内。电绕组还可以缠绕在定子的每个第二齿上。在这些情况下，这是集中式绕组。其他集中式绕组系统也是可能的。电绕组各自具有导电材料。电绕组可以连接到电力电子设备，并且配置为产生转动场。齿可以沿定子的圆周均匀地分布。此外，齿各自可以沿定子的圆周具有相同的延伸。但是，齿的尺寸也可以不同。

齿中的至少两个具有延伸至少部分穿过相应齿的凹部。凹部各自可以完全沿纵向轴线延伸穿过定子。这意味着，凹部各自可以平行于相邻的槽延伸。定子能够具有多个层压片封装，在所述层压片封装中引入槽和凹部。层压片封装可以具有铁。凹部相应地是指层压片封装材料或承载磁通的材料的缺少，从而使磁通在凹部区域受到抑制。

在凹部中，分别布置有彼此短路的两个电导体。电导体各自具有导电材料。例如，电导体各自是线。电导体可以沿定子的纵向轴线延伸完全穿过定子。布置在同一凹部内的电导体是彼此短路的。此外，布置在不同凹部内的电导体同样可以是彼此短路的。

在电机操作期间，在凹部内的电导体中感应出电压。例如，电导体中的电压是由定子磁场的基波产生的。因此，电导体是由基波自激的。电导体中产生的电压会产生电流，从而产生额外的磁通。由于电导体是彼此短路的，所以电流可以流动并且产生磁通。已经表明，该附加的磁通导致电机的转矩增加并且转子损耗减小。而且，磁动势的不希望的谐波分量可以显着减少。

在这种情况下，所有谐波分量被认为是不希望的，这些谐波分量未被用作操作波。这些可以是高次谐波和/或次谐波，其中术语高次和次分别指代用作操作波的谐波的阶。减少不希望的谐波(例如具有分配序数1的基波)，进而引起电机的效率度提高，或者减少不希望有的声学损伤和振动。

由电导体产生的附加的磁通可能导致磁动势的基波和另外的次谐波减小。同时，可以增加用于产生转矩的谐波分量，该谐波分量因此被用作操作波。因此，可以增加电机的额定转矩。

此外，由于凹部内的电导体，减少电机的铁损耗和磁损耗。因此，电机的整体效率度较高。这意味着，电机能够更有效地操作。

包括电导体的凹部在制造过程中不需要花费任何额外的精力，这是因为定子的层压片封装通常无论如何都是冲压件，并且能够在同一工作步骤中将凹部冲压出来。随后可以将电导体布置在槽内。

根据至少一个实施例，凹部各自在径向方向上延伸，其中，在贯穿定子的横截面中，径向方向分别平行于半径延伸，并且所述半径延伸穿过相应齿。贯穿定子的横截面垂直于定子的纵向轴线延伸。定子可以具有近似圆柱的形状。然后定子的横截面具有圆形的形状。径向方向分别平行于圆内的半径延伸。径向方向(凹部分别在该方向上延伸)分别平行于半径延伸，穿过相应齿。这就是说，为每个齿分配了居中延伸穿过所述齿的半径。凹部可以沿相应的径向方向延伸，部分地或完全地穿过定子。除了电导体之外，空气可以被布置在凹部内。因此，凹部用作定子内的流挡板。通过将电导体布置在凹部内，增加电机在操作期间产生的转矩。此外，电机整体上能够更有效地操作。

根据至少一个实施例，至少每个第二齿具有凹部。这意味着至少每个第二齿具有沿定子的圆周的凹部之一。在没有凹部的齿周围，可以缠绕定子的电绕组。因此，电绕组被缠绕在每个第二齿上。这种结构使得电机能够有效地操作。

根据至少一个实施例，每个齿具有凹部之一。

根据至少一个实施例，电导体中的至少一个不能从定子的外部电接触。这能够意味着电导体被完全布置在定子内。此外，电导体没有被布置在定子的外部上。因此，电导体不能从定子外部触及。电导体无法从定子外部接近。因此，电导体没有被连接到电力电子设备。因此，凹部内的电导体用作导电材料，在电机的操作过程中，在电导体中感应出电压。感应电压会产生电流和额外的磁通。如上所述，这使得电机能够更有效地操作。

根据至少一个实施例，电导体各自没有完全填充凹部。这意味着不是凹部的整个体积都被电导体填充。除电导体之外，凹部可以填充有空气。由于电导体没有完全填充凹部，因此可以容易地将电导体放置在凹部内。

根据至少一个实施例，两个凹部内的电导体被电连接在一起。在贯穿定子的横截面中，凹部沿定子的圆周分布。两个凹部沿定子的圆周布置在不同的位置。两个凹部内的电导体各自可以形成闭合环，该闭合环部分延伸穿过两个凹部。例如，环完全被布置在定子内，从而该环不能从定子外部接触。因此，在电机的操作期间，可以在电导体中感应出电压。如上所述，这使得电机能够更有效地操作。

根据至少一个实施例，两个凹部内的电导体被电连接在一起，该电导体在贯穿定子的横截面中是彼此相对的。在贯穿定子的横截面中彼此相对的两个凹部在贯穿定子的横截面中沿直线延伸。

根据至少一个实施例，两个另外的凹部内的电导体被电连接在一起，其中，两个凹部内的电导体与两个另外的凹部内的电导体是电隔离的。另外的凹部可以具有与凹部相同的结构。因此，可以将电导体如针对凹部所述地布置在两个另外的凹部内。

优选地，定子具有四个另外的凹部，在其中布置有电导体。在这种情况下，两个另外的凹部各自在贯穿定子的横截面中是彼此相对的。此外，两个凹部在贯穿定子的横截面中是彼此相对的。在贯穿定子的横截面中是彼此不相对的凹部或另外的凹部内的电导体彼此是电隔离的。因此，在电导体内产生三相电压，这使得恒定附加的转矩成为可能。因此，电机整体上能够在操作期间产生更高的转矩。

根据至少一个实施例，电导体具有金属。电导体例如具有铜。因此，电导体构成可以在其中感应电压的导电材料。这使得电机能够被有效地操作。

根据至少一个实施例，凹部各自具有附加的槽。这可能意味着凹部各自形成为附加的槽。附加的槽可以朝向定子的内部和/或朝向外部敞开。附加的槽还可以被完全布置在定子片内。布置在凹部内的电导体使电机能够有效地操作。

根据至少一个实施例，凹部各自具有附加的槽，该附加的槽从内部到外部延伸完全穿过定子。定子的内部可以是可以布置电机的转子的一侧。在这种情况下，外部是定子背离于内部的一侧。因此，凹部在定子中的延伸比槽更远。凹部因此用作流挡板。此外，布置在凹部内的电导体使电机能够有效地操作。

此外，提出了一种电机。根据电机的至少一个实施例，电机具有定子。因此，所述定子的所有特征也针对电机公开，反之亦然。电机还具有相对于定子可移动的转子。转子可以是内部转子或外部转子。如果转子是内部转子，则转子的外部面向定子。转子可以被布置在电机的轴上。在定子和转子之间，可以布置有气隙。转子可以具有永磁体。永磁体可以被布置在转子面对定子的一侧。如上所述，电机具有提高的效率度并且减少了损耗。因此，电机可以更有效地操作。

根据电机的至少一个实施例，磁动势的操作波与操作期间的磁通的基波不同。这意味着例如将具有大于1的阶的磁动势的谐波分量用作操作波。例如，将磁动势的第7谐波用作操作波。这意味着在电机的操作过程中，利用了磁动势的这一分量来产生转矩。结合凹部和凹部内的电导体，使用比基波高的谐波分量作为操作波能够使电机有效地操作。

根据电机的至少一个实施例，凹部与布置在转子和定子之间的气隙连接。这意味着凹部朝向气隙敞开。因此，在凹部内部分地存在有空气。凹部因此形成了流挡板。此外，凹部可以朝向定子背离于转子的一侧封闭。这意味着，凹部在径向方向上不完全地延伸，而是仅部分地穿过定子。由此，转子的损耗进一步减少，效率度提高。因此，电机可以更有效地操作。

根据电机的至少一个实施例，凹部朝向定子背离于转子的一侧敞开。这意味着凹部可以朝向定子的外部敞开。另外，凹部可以与气隙连接。在这种情况下，凹部在径向方向上完全穿过定子。但是，也可以使凹部不与气隙连接。凹部因此在径向方向上的某些位置内延伸穿过定子。在每种情况下，凹部内的电导体都能使电机高效操作。

附图说明

在下文中，将结合示例性实施例和相关附图更详细地说明本文所述的定子和电机。

在图1中，示出贯穿定子的示例性实施例的横截面。

在图2中，示出贯穿电机的示例性实施例的横截面。

图3示出了贯穿定子的示例的横截面。

在图4中，针对不同谐波分量绘制出气隙内的磁通密度。

在图5中，针对不同电机绘制出转矩随时间的变化。

在图6中，示出贯穿电机的另外的示例性实施例的横截面。

具体实施方式

图1示出用于电机21的定子20的示例性实施例的横截面。定子20具有用于容纳电绕组23的槽22。定子20总共具有十二个槽22。槽22沿定子20的圆周布置。此外，槽22朝向定子20的内部29敞开。在槽22内，布置有电绕组23。在图1中示出在电机21的操作期间，电流在电绕组23内流动的方向。槽22在径向方向r上延伸，部分地穿过定子20。在贯穿定子20的横截面中，径向方向r分别平行于半径延伸。定子20具有多个层压片封装33，槽22被引入其中。

此外，定子20具有至少两个齿24，其中，定子20的每个齿24被分别形成在两个相邻的槽22之间。齿24沿定子20的圆周布置。定子20总共具有十二个齿24。电绕组23沿定子20的圆周缠绕在每个齿24上。

没有被电绕组23缠绕的齿24各自具有至少部分地延伸穿过相应齿24的凹部25。因此，每个第二齿24具有凹部25。凹部25各自在径向方向r上延伸，其中，各个径向方向r延伸穿过相应齿24。凹部25各自可包括附加的槽28。凹部25像槽22那样沿定子20的纵向轴线延伸完全穿过定子20。此外，凹部25或附加的槽28从定子20的内部29朝向定子的外部30延伸完全穿过定子20。

此外，在凹部25内布置有彼此短路的至少两个电导体26。在该示例性实施例中，每个凹部25内分别布置有五个电导体26。电导体26具有例如金属的导电材料。电导体26各自没有完全地填充凹部。这意味着，除了电导体26之外，在凹部25内还布置有空气。电导体26中的至少一个被布置在定子20内，使得电导体26不能从定子20的外部电接触。这意味着不能从定子20的外部触及该电导体26。

在图1中，进一步示出，在电机21的操作期间，电流在电导体26中流动的方向。这是通过将两个凹部25内的电导体26电连接在一起而实现的，所述两个凹部在贯穿定子20的横截面中是彼此相对的。相邻凹部25中的电导体26是彼此电隔离的。此外，定子20具有四个另外的凹部27。另外的凹部27具有与凹部25相同的结构。两个另外的凹部27内的电导体26被电连接在一起，所述两个另外的凹部在贯穿定子20的横截面中是彼此相对的。这适用于所有四个另外的凹部27。因此，定子20具有三对凹部25、27，其中，对于每对凹部而言，电导体26是彼此短路的。此外，在每对凹部25、27中，凹部25、27被布置在定子20的相对侧。

在图2中，示出贯穿电机21的示例性实施例的横截面。电机21具有定子20和相对于定子20可移动的转子31。定子20具有图1所示的结构。转子31作为内部转子被布置在定子20的内部29处。在定子20和转子31之间，布置有气隙32。定子20的凹部25、27与气隙32连接。此外，凹部25、27在径向方向r上延伸完全穿过定子20，使得凹部25、27朝向定子20背离于转子31的一侧敞开。转子31具有布置在转子31的外部30处的14个永磁体34。转子31的外部30面对气隙32。在电机21中，磁动势的操作波与操作期间的磁通的基波不同。这意味着用于产生转矩的不是磁通的基波，而是磁动势的第七谐波分量。

在图3中，示出贯穿定子20的示例的横截面。图3所示的示例不是示例性实施例。与图1所示的定子20相比，在图3的示例中，在凹部25内未布置电导体26。

在图4中，针对不同谐波分量绘制出气隙32内的磁通密度。谐波分量的阶被绘制在x轴上。磁通密度以特斯拉为单位被绘制在y轴上。白条表示图3所示的定子20的示例的磁通密度，黑条表示图1所示的定子20的示例性实施例的磁通密度。因此，图4示出了图1所示的定子20的示例性实施例的优点。

在具有图1所示的定子20的电机中，磁动势的第7谐波分量被用作操作波。这意味着该分量被用于产生转矩。磁动势的其他分量具有损耗的影响。因此，降低次谐波和高次谐波的磁通密度是有利的。与具有图3的定子20的电机相比，在具有图1的定子20的示例性实施例的电机中，基波的磁通密度显着降低。此外，降低了3、5和9阶谐波分量的磁通密度。而且，对于具有图1的定子20的电机而言，其第7谐波分量的磁通密度高于具有图3的定子20的电机。因此，与具有图3的定子20的电机(其没有电导体26)相比，利用具有图1的定子20的电机和图2的电机21的示例性实施例在操作过程中可以产生更高的转矩，并且减少了损耗。因此，电导体26使得具有图1的定子20的电机和图2的电机21比具有图3的定子20的电机更有效地操作。

在图5中，针对两个不同电机21绘制出转矩随时间的变化。时间以秒为单位被绘制在x轴上。转矩以Nm为单位被绘制在y轴上。虚线示出了具有图3的定子20的电机的转矩。实线示出了具有图1的定子20的电机的转矩。对于图1的定子而言，转矩显示出更长的瞬态响应，但是总的来说，该转矩具有比图3的定子20更高的值。因此，凹部25内的电导体26有利地使得能够产生更高的转矩。

在图6中，示出贯穿电机21的另外的示例性实施例的横截面。与图1和图2所示的示例性实施例相反，凹部25的延伸是不完全的，而是仅沿径向方向r部分地穿过定子20。凹部25各自朝向气隙32敞开。凹部25朝向定子20背离于气隙32的外部30封闭。

这种结构减少了针对磁通的磁阻，该磁通由电导体26中感应的电压产生。由此，进一步减少了电机21中的损耗。转矩具有与图2所示的电机21的示例性实施例相同的值。因此，图6所示的示例性实施例的效率度以及因此的效率高于图2所示的示例性实施例。

附图标记列表

20 定子

21 电机

22 槽

23 电绕组

24 齿

25 凹部

26 电导体

27 另外的凹部

28 附加的槽

29 内部

30 外部

31 转子

32 气隙

33 层压片封装

34 永磁体

r 径向方向。