CN104137391A - 在同步电机中的振动阻止机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出：将空间上彼此靠近的极构件这样地相互错开，使得它们对在运行中出现的振动的特定谐波的影响尽可能彼此抵消。因而本发明提出了一些方案设计以及尺寸确定建议，借其能够减少运行噪声的某些确定的谐波级次。

Description

在同步电机中的振动阻止机构

技术领域

本发明涉及一种在电机中用于减少或阻止某些确定级次的振动以及尤其是声发射的极组件。

背景技术

在旋转电机中，转子和定子之间的电磁场引起在时间上变化的力作用，通过该力作用而激励产生设备的结构振动和声发射。

为此在现有技术中已知的是，将一个电极的沿轴向方向相继设置的例如可以包括铁板材的极构件相对扭转，从而产生所谓的“倾斜”。换句话说，倾斜就是沿轴向方向相继的极构件以预先确定的程度的错位(通常关于电机的旋转方向以度数给出)。此外已知的是，这样地改变相继的板材的结构，使得端面、亦即电极通过其在电机的气隙中产生或受到磁性作用的面沿轴向方向也独立于通过扭转的错位而改变。以这种方式，倾斜的电极的力作用可以说是沿旋转方向分布，这样可以有利地影响局部的力最大值，所述力最大值导致所谓的“卡锁力矩”。可以在电机的转子和/或定子中采取这种倾斜方式。

尤其是已知所谓的线性倾斜以及对称的V形错位，所述线性倾斜描述了依次相继的极构件沿优选方向的保持不变的错位。这一点尤其是归结于漏磁通得以理想地避免，漏磁通在质量保持相同的情况下或在磁体材料费用保持相同的情况下使电机的有效功率降低。尤其是对于减少或避免特别干扰性谐波的振动分量(“级次”)来说，由现有技术至今尚未可知令人满意的措施用于能够以令人满意的花费制造的装置。

发明内容

因此本发明的任务是，能够实现一种电机，其具有减少的振动倾向。

本发明的另一任务是，减少在电机振动特性中特别干扰性的分量。

发明概述：

根据本发明，上述任务通过按照权利要求1或2的极组件以及通过按照权利要求7的转子和按照权利要求8的电机得以解决。关于极组件，在下文应理解为这样的结构，该结构在电机运行中产生或受到电机的气隙中的磁性力作用，其中电机的一个电极可以包括一个或多个按照本发明的极组件。极组件可以在此具有一定数量的极构件，极组件由各极构件组装而成。极构件在此例如可以是铁板材或铁板材堆叠，然而备选或附加地例如也可以包括永磁体。尤其是在本发明的范围内所说极构件应理解为这样的构件，该构件将磁通量的一部分通过其端面引导到电机的气隙中或从电机的气隙中引导出去。按照本发明，极组件的极构件以最小的数量4设置，然而实际当中可以设置高得多的数量(例如在这里可列举5、6、7、8、9、10以及所有从11至150的整数)。至少，极组件的极构件除其中一个之外全部在这里配置给各分组，这些分组包括彼此相邻的极构件。换句话说，可以在一个极组件的极构件数量为X的情况下例如将X-1或X个的所述极构件配置于各分组。所说相邻的极构件应理解为这样的空间配置，即，在极组件中在两个相邻的极构件之间基本上不再设置其他磁性作用的元件。因此特别是紧密地、尤其是以直接接触方式彼此靠置的极构件理解为相邻。尤其是可提出在交变场电机中出现的层状的铁板材堆叠，所述铁板材堆叠的两个相互扭转的铁板材可以形成两个极构件之间的界限。按照本发明此外还规定：一个分组的极构件的彼此相应取向的端面界限是这样设置的，使得在一个分组的依次相继的端面界限之间分别存在最小错位。视极构件的结构而定，端面界限可以表示极构件的端面的显著的轮廓边缘，然而尤其是在相对于气隙强烈凸起的或凹入的端面中也可以考虑端面界限的任意的、合适的定义，以便合适地描述极组件的极构件的相对布置结构。因此按照本发明考察分组的极构件的彼此相应的端面界限，并且要求：在这些端面界限之间存在分别相对于相同的分组的处于最近的另一个端面界限的最小错位。在此，两个处于最近的端面界限之间的错位V可以高于最小错位V_min。在此，一个分组的端面界限之间的错位分别是沿着共同的方向。换句话说，以升序次序观察的极构件相对于其相应的前面的极构件是沿相同方向扭转。按照本发明设置，最小错位V_min的量至少是对比错位V_vergl的量的1.5倍大。在数值上适用：

|V_min|＝1.5＊|V_Vergl|

对比错位V_vergl作为被考察的极组件(或极，只要所述极具有仅一个极组件)内部的两个极构件的最大出现的相对错位除以在所述极组件中包含的极构件的数量X减少1而计算出来。换句话说，就是一个极组件内部的最大错位(例如角度4°)除以X-1。极构件的数量作为在所述极组件中包含的极构件的总数量X“减少1”而计算出来。在数值上适用：

V_vergl＝V_max/(X-1)

与例如在现有技术的线性倾斜中出现的情形相比，该对比错位要高得多。附加地在一个极组件内部在多于一半的现有极构件中并不存在如下所述的其他极构件，这些极构件相对于所述其他极构件具有错位0°。换句话说，在极构件数量为X的情况下存在着至少(X/2)+1个不同的用于极组件的极构件的错位位置。附加地规定：在一个极组件内部的每两个依次相继的极构件之间的错位方向至少两次交替。换句话说，沿轴向方向在第一极构件之后设有相对于第一极构件沿第一方向扭转的第二极构件。在所述扭转的第二极构件之后再次设有相对于扭转的第一极构件沿(相反的)第二方向扭转的第二极构件。接着有另一个极构件跟随第三极构件设置，所述另一个极构件相对于第三极构件沿第一方向扭转。如已经在上文描述过的那样，本发明的在上面讨论的实施例涉及到极构件数量至少有4个的极组件。

按照本发明的另一方面，提出一种用于电机电极的极组件，其中，所述极组件包括两个极构件的分组，并且最多一个极构件不配置给任何分组。第一分组因此包括第一数量的极构件，所述极构件如结合本发明的第一方面实施的彼此相邻地设置。换句话说，也就是在第一分组的极构件之间或在第二分组的极构件之间基本上不存在磁性作用的材料。关于极构件的端面，可参阅上述的实施方式。在第一分组的极构件的所有彼此相应取向的端面界限之间分别存在沿着共同的第一方向的最小错位。在第二分组的极构件的所有彼此相应取向的端面界限之间同样存在沿着(与第一方向相反的)第二方向的相应的最小错位。在此，最小错位的量可以如同结合本发明以上所讨论的第一方面那样实施计算。在所考察的极组件内部，在多于一半的极构件中不存在具有相对错位0°的其他极构件。进一步地，第一分组包括至少两个极构件并且第二分组具有至少三个极构件。此外第一方向与第二方向相反地取向。极组件的极构件的按照本发明的布置结构致使(如其结合本发明的以上两方面说明的那样)在电机运行时干扰性的谐波振动分量相对于现有技术可以显著减少。

从属权利要求涉及本发明的一些优选的改进方案和有利设计。

优选地，各极构件可以具有这样的端面，该端面对于每个所述极构件相同。在彼此相应的端面界限之间的错位在这里通过极构件的端面的错位实现，正如所述错位在上面用于确定极构件的相对布置结构时被考虑的那样。换句话说，极构件在构造极组件时按照本发明相互扭转。由此简化了制造并且在制造按照本发明的极组件时减少了所必需的工具多样性。

按照本发明的一种改进方案，极构件的端面可以全部具有相同的大小和构造。尤其是极构件或其元件可以分别通过同一个工具进行制造，由此减少了对于制造按照本发明的极组件所需要的工具多样性。此外还简化了制造方法，其方式为，所述元件或极构件可以以几乎任意的次序分层，而不会对极组件的功能有负面影响。然而所述大小和结构在这里不应这样理解，即，例如用于固定极构件而要使用的孔不能在极构件上变化，以便例如在装配时简化错位的制造。

备选地，各极构件可以具有不同的厚度和/或具有完全不同的大小和/或结构。由此可能的是，尤其是在一个分组的极构件的厚度或大小或结构保持相同时，实现对在电机运行时产生的振动的进一步影响。

优选地，每个极构件的端面可以具有四个成对平行的端面界限区段。换句话说，极构件端面的沿层方向(就电机而言亦即轴向方向)彼此靠置的端面界限区段通过两个彼此处于平行的端面界限区段补充，所述端面界限区段沿旋转方向超前于或跟随于端面。尤其是该最后提到的端面界限区段可以沿极组件的极构件的层方向延伸，因而成直角地限定出端面。由此减少漏磁通和制造费用。

优选地，各极构件可以分别具有多个相同的铁板材，所述铁板材尤其是全等地设置。通过使用铁板材在极构件内部感应的涡流减少并且全等相合的布置结构可减少漏磁通以及制造费用。

按照本发明的另一个方面，说明了一种用于电机的转子，所述转子包括一定数量的极组件，正如其在上文详细说明的那样，其中，一个分组的极构件的端面界限的错位优选为(8/P)°至(18/P)°、尤其是(10/P)°至(17/P)°并且优选为(15/P)°。P对于本领域技术人员是作为极对数已知的。相应地，对于转子产生数量2P的极组件，所述极组件依据极对数P彼此具有一种确定的错位。在这里给出的数值说明的是极构件彼此间的机械错位。

按照本发明的另一方面提供了一种电机，所述电机尤其是可以构造为永磁体激励的同步电机和/或构造为交变场电机(例如交流电机、三相电机、多相电机)。特别是，该电机设备可以作为用于汽车工业的动力装置使用。按照本发明所述电机具有至少两个电极，所述电极可以设置在电机的转子中和/或电机的定子中，其中每个电极包含至少一个如上文详细说明的极组件。尤其是，所述电机可以包含转子，正如其结合本发明上述方面所说明的那样。

附图说明

接着借助附图形象地说明本发明的上述各特征和各方面。附图示出：

图1为在电机的转子中的极构件的原理性布置结构的三维视图；

图1a和1b为极构件的已知的布置结构的示意性视图；以及

图2至11为极组件内的极构件的按照本发明的布置结构的示意性视图。

具体实施方式

图1示出了电机的转子10，其中仅示出极构件1a、b、c至6a、b、c沿气隙的方向取向的部段。在此首先可见三个依次相继的极组件a、b和c，各极组件依次相继地设置在转子10的圆柱面上。因为每个极组件的极构件的相对的布置结构可以基本上相同或重复，所述接着只讨论极组件b。极组件b包括极构件1b、2b、3b、4b、5b和6b，所述极构件沿轴向方向彼此靠置地朝向电机的(未示出的)气隙。尤其是矩形示出的端面S_1-6简明起见作为平的面示出，所述平的面在实际的使用中为了减少转子的假想的圆柱面的气隙深度可以相应地构成。极构件2b相对于极构件1b沿第一方向具有错位，而极构件3b相对于极构件2b沿第二方向具有错位等。换句话说，极构件1b至6b交替地沿不同的方向相互扭转，所述方向在转子运行中应该与沿旋转方向或相反于旋转方向的方向一致。通过该扭转而产生错位，借此，不同的极构件相对于不倾斜的定子在不同的时刻或转子旋转位置中应该产生或受到基本上相同的磁性的力作用。分别沿第二旋转方向指向的端面界限SG₁至SG₆以及其分别沿相反的方向对置的端面界限形成成对平行的端面界限区段，所述端面界限区段沿极构件的层方向――或换句话说――垂直于电机的旋转方向取向。示出的极构件的其余的端面界限区段垂直于层方向或沿示出的转子10的旋转方向取向。

图1a示出极构件的如由现有技术作为所谓的“线性倾斜”已知的示意性布置结构。极构件1至6的端面S₁至S₆沿共同的方向(在图中向右下指向)以恒定的错位V相互错开。在六个示出的极构件之间的五个错位应该在极构件1至6之间的典型的错位25°/P中分别是5°/P。因为示出的极构件1至6具有相同的端面S₁至S₆，端面界限SG₁至SG₆的错位与端面S₁至S₆的错位一致。所示出的布置结构在现有技术中使用，以便减少卡锁力矩(Rastmoment)和波动力矩(Rippelmoment)。这里，在现有技术中转子轴或电机的引导力的部件的整个结构假定为刚性，这在一阶近似中可以允许，然而忽视了优化潜力或可能的材料节省。

图1b示出了现有技术的极组件的极构件的如称为“V倾斜”的备选的示意性布置结构。在第一极构件1和第二极构件3之间同样如在第三极构件5和第二极构件3之间存在错位2V。第四极构件(同样5)相对于第三极构件5不具有错位。第五极构件3和第六极构件1相对于其前面的极构件分别沿相反的方向具有错位2V。为了形象说明，极构件在附图中以升序编号，正如其在电机的定子上的相同位置处应该按时间顺序旋转经过的那样。

图2示出了按照本发明的第一方面的极组件的极构件的示意性布置结构。极构件1至6配置给分组U₁至U₃，在所述分组内部分别包含的极构件具有错位3V。因此不仅在分组U₁的极构件1和4之间而且在分组U₂的极构件2和5之间并且在分组U₃的极构件3和8之间沿同一个方向存在着错位3V。不同分组的彼此邻接的极构件、即极构件4和2或5和3相对于彼此具有沿相反方向取向的错位2V。换句话说，整个极组件的平均倾斜叠加到相应的分组内部的极构件的较大的、然而相同指向的错位。

图3示出了在图2中示出的示意性布置结构，然而其中极构件1的极构件6往前放置。因此极构件6和1形成分组U₁的彼此相邻的并且以错位5V相互错开的极构件。虽然在其余的极构件1至5的相对的配置上没有产生变化，然而现在极构件4和2作为分组U₂以及极构件5和3作为分组U₃彼此设置。然而保持在一个分组内部的两个极构件之间的按照本发明要求的最小错位可识别。

图4示出了按照本发明的第二方面的实施例，其中使用极构件1至6的V形布置结构。分组U₁的极构件1、3和5沿第一方向以错位2V分别相互错开。第四极构件6以错位V邻接着第三极构件5，该错位沿着与分组U₁的极构件1、3和5彼此错开相同的方向取向。第二分组U₂的极构件8、4和2也分别以错位2V相互错开。然而该错位沿相反的方向取向。

图5示出了按照本发明的第一方面的6个极构件的另一种可能的示意性布置结构。6个极构件1至6在这里包括在分组U₁至U₃中，并且在分组U₁至U₃内部分别沿相同的方向具有错位2V(分组U₁)或错位3V(分组U₂和U₃)。与在图2中示出的布置结构相反，分组U₁和U₂的彼此邻近的极构件3并不相互错开。换句话说，它们彼此具有错位0°。所示出的布置结构减少第二和第三极构件3之间的漏磁通。此外通过所示出的布置结构，在分组U₁至U₃内部的极构件的相应倾斜叠加到分组U₁至U3彼此交替的错位方向上。换句话说，分组U₂相对于分组U₁沿第一方向错开，而第三分组U3相对于第二分组U₂沿(相反的)第二方向错开。

图6示出了按照本发明的第一方面的极组件的一种可能设计的另一种示意性视图，其中分组U₂的极构件1和4具有减少的厚度并且因此具有沿层方向较窄的端面。在运行中出现到6个极构件上的力在运行中然而被有利地补偿，其方式为，对确定的谐波振动级相反作用的极构件、亦即每个分组U₁至U₃的极构件不只产生或得以适合的错位、而且也产生或受到按照量值大小类似的磁性作用。

图7示出了具有备选的端面几何结构的极构件1至6的示意性布置结构。示例性地，转子的沿第一旋转方向指向的端面界限SG₄和SG₁一方面相对于极构件1至6的层方向倾斜地而且相对于转子的旋转方向倾斜地实施。两个端面界限SG₁和SG₄在此具有相同的倾斜，尽管在极构件1和4之间存在相同保持的或保留的错位，所述倾斜彼此无缝地过渡。与此相反，分组U₃的极构件2和5则分别具有屋顶形的或箭头形的端面界限SG₂和SG₅。用于端面界限的所示出的变型代表着其他一些变化可能性，以便一方面影响漏磁通并且另一方面影响卡锁力矩以及振动特性。

图8示出了按照本发明的第二方面的极组件的示意性视图，其仅示出四个分成两个分组U₁和U₂的极构件1至4。极构件3相对于极构件1沿第一方向具有错位2V，而在极构件2和极构件4之间沿相反的方向设置错位2V。换句话说，在分组U₁和U₂内部的错位彼此相反地指向。此外属于分组U₂的极构件4相对于属于分组U₁的极构件3沿第一方向具有错位V。

图9示出了根据按照本发明的第一方面的四个极构件1至4的示意性布置结构。四个极构件1至4分成两个分组U₁和U₂，其中极构件3或4相对于极构件1或2沿共同的方向具有错位2V。然而极构件2和3沿相反的方向彼此错开，通过所述两个极构件分组U₁和U₂彼此邻接。

图10示出了按照本发明的第一方面的按照本发明的极组件的另一个示意性视图。第一分组U₁的两个极构件1和4以及第二分组U₂的极构件3和5沿第一方向彼此具有错位3V或2V。分组U₁和U₂的彼此朝向的极构件4和3沿相反的方向彼此具有错位1V。然而在极构件4和3之间设置有不可配置给任何分组的极构件2。换句话说，在极构件2和极构件3之间的错位不足够大，以便可以将其按照本发明配置给分组U₂。此外极构件2相对于包含在分组U₁中的极构件1和4具有相反指向的错位方向。然而可以使用不可配置给任何分组的极构件，以便一方面提高电机的最大可输出功率，另一方面以便有针对性地在运行期间影响振动频谱中的其他分量。

图11示出了按照本发明的第二方面的按照本发明的极组件的示意性布置结构。五个极构件1至5能够或者是彻底划分成两个包含极构件2和4的分组U₁以及包含极构件5、3和2的U₂或者是仅极构件3和1配置给分组U₂，其中极构件5保持在分组U₁和U₂外部。在这里极构件2和4沿第一方向彼此具有错位2V，而极构件5和3或3和1彼此分别沿第二方向具有错位2V。彼此邻接的极构件4和5虽然沿第一方向彼此具有错位V，然而该错位的量不足以能够将其配置给第一分组U₁。极构件5因此可以配置给第二分组U₂或在不配置给分组的情况下理解为按照本发明的极组件中的组。

本发明的核心思想是，提供对于确定的谐波振动合适的极组件或转子或电机，其中，空间上靠近相邻的极构件对于确定谐波的产生具有反作用。为此需要相邻极构件的一种错位，该错位显著超过由现有技术已知的错位。在此特意针对于漏磁通的提高以及在磁体质量相同的情况下考虑减少可取得的功率，以便积极地影响电机的振动特性。对本领域技术人员在此显然的是，极构件的要选择的错位依赖于许多参数，所述参数彼此产生影响。例如，转子极对数和定子极对数对于极构件的在极组件内部出现的相对的最大错位之间的最大的相对错位有决定性作用。此外两个按照本发明相邻的极构件的相对错位乃是取决于总系统的这样的振动级，该振动级分别适于将其减少。对此仅仅示例性地指出在转子极对数为4时在分组的极构件之间产生的角度3.75°作为合适的错位，以便显著减少48次谐波(48.Harmonische)。

另外本发明基于如下认识：刚性轴或设备结构的假设仅仅受限地也适合于针对电机的高谐波级次之考虑。因而本发明提出了一些方案设计以及尺寸确定建议，借其能够减少运行噪声的某些确定的谐波级次。

附图标记列表

1至6            极构件

10              转子

a、b、c         极组件

S₁至S₆          端面

SGA₁至SGA₆      端面界限区段

SG₁至SG₆        端面界限

U₁至U₃          分组

V               错位

V_min            最小错位

V_max            最大出现的相对错位

V_vergl          对比错位

X               每个极组件的极构件的数量

Claims (8)

1.用于电机电极的极组件(a、b、c)，其中，

-所述极组件(a、b、c)具有一定数量(X)的分别包括端面的极构件(1a、2a、3a、4a、5a、6a)，

-所述极组件(a、b、c)的至少所述数量(X)减少1的极构件被配置给包括彼此相邻的极构件(1a、2a、3a、4a、5a、3a)的分组(U₁、U₂、U₃)，各分组(U₁、U₂、U₃)分别包括至少2个极构件(1a、2a；3a、4a；5a、6a)，其中

一个分组(U₁、U₂、U₃)的极构件(1a、2a；3a、4a；5a、6a)的彼此对应取向的端面界限是按下述方式设置的：使得在一个分组(U₁、U₂、U₃)的依次相继的端面界限之间沿着共同的方向与该分组(U₁、U₂、U₃)的处于最近的端面界限分别存在最小错位(V_min)，其中，

-所述最小错位(V_min)的量至少是一个对比错位(V_vergl)的1.5倍大，该对比错位作为所述极组件(a、b、c)内部的两个极构件(1、6)的最大出现的相对错位(V_max)除以所述数量(X)减少1而计算出来，

其中，在所述极组件(a、b、c)内部在多于一半(X/2)的所述数量(X)的极构件(1a、2a、3a、4a、5a、6a)中不存在错位(V)等于0的其他极构件(1a、2a、3a、4a、5a、6a)，

此外，在所述极组件(a、b、c)内部每两个依次相继的极构件之间的错位方向交替至少两次，

其中，所述数量(X)至少是4。

2.用于电机电极的极组件，其中

所述极组件包括一定数量(X)的极构件，这些极构件中至少所述数量(X)减少1个被配置给正好两个分组(U₁、U₂)之一，其中，

第一分组(U₁)包括第一数量的层状的多个极构件(1、3、5)，并且

第二分组(U₂)包括第二数量的层状的多个极构件(6、4、2)，其中各极构件(1、2、3、4、5、6)分别具有端面(S_1-6)，其中，

-第一分组(U₁)的极构件(1、3、5)的所有彼此相应取向的端面界限(SG_1,3,5)是按下述方式设置的：使得在第一分组(U₁)的依次相继的端面界限(SG_1,3,5)之间沿着共同的第一方向分别存在最小错位(V_min)，

-第二分组(U₂)的极构件(6、4、2)的所有彼此对应取向的端面界限(SG_6,4,2)是按下述方式设置的：使得在第二分组(U₂)的依次相继的端面界限(SG_6,4,2)之间沿着共同的第二方向分别存在最小错位(V_min)，其中，

-所述最小错位的量至少是一个对比错位(V_vergl)的1.5倍大，该对比错位作为所述极组件(a、b、c)内部的两个极构件(1、6)的最大出现的相对错位(V_max)除以该极组件(a、b、c)中的所有极构件(1、2、3、4、5、6)的数量(X)减少1而计算出来，

其中，在所述极组件(a、b、c)内部在多于一半(X/2)的所述数量(X)的极构件(1、3、5；6、4、2)中不存在相对错位等于0的其他极构件，其中，

-层状的多个极构件(1、3、5)的所述第一数量至少是2，层状的多个极构件(8、4、2)的所述第二数量至少是3，并且所述第一方向相反于所述第二方向取向。

3.按照上述权利要求之一所述的极组件，其中，在相应端面界限(SG_1-6)之间的错位(V)通过所述极构件(1、2、3、4、5、6)的端面(S_1-6)的错位(V)而实现。

4.按照上述权利要求之一所述的极组件，其中，所述极构件的端面(S_1-6)全部具有相同的大小和结构，和/或各极构件、尤其是一个分组(U₁)的那些极构件相对于另一个分组(U₂)的那些极构件具有不同的厚度以及优选具有不同的大小和/或结构。

5.按照上述权利要求之一所述的极组件，其中，每个极构件端面(S_1-6)具有四个成对平行的端面界限区段(SGA_1-6)，所述端面界限区段中的两个端面界限区段基本上沿着垂直于极构件(1、2、3、4、5、6)之间错位(V)方向的方向延伸。

6.按照上述权利要求之一所述的极组件，其中，所述极构件(1、2、3、4、5、6)分别包括多个相同的铁板材，所述铁板材尤其是全等地设置。

7.用于电机的转子(10)，其包括2P个按照上述权利要求之一所述的极组件(a、b、c)，其中，一个分组的各极构件的端面界限的错位(V)优选为(8/P)°至(18/P)°、尤其是(10/P)°至(17/P)°并且优选为(15/P)°，其中，P是转子极对数。

8.电机，特别是永磁体激励的同步电机和/或交变场电机，其包括至少2个电极，所述电极设置在所述电机的转子(10)中和/或在所述电机的定子中，分别具有按照上述权利要求1-6之一所述的极组件(a、b、c)并且特别是具有按照权利要求7所述的转子(10)。