CN111989848B - 同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无电刷且无磁体的同步电机，其特征在于，该同步电机包括：定子(20)，该定子包括环(22)、绕组(28)和齿系统(24)，该齿系统包括平行于旋转轴线从环(22)延伸的齿(26)，所述绕组围绕齿系统(24)缠绕；转子(10)，该转子包括沿着p个优选方向(18a)延伸的第一部分(12a)、沿着相对于第一部分的优选方向(18a)偏移p的p个优选方向(18b)延伸的第二部分(12b)、以及将第一部分(12a)连结到第二部分(12b)的中间部分(14)；以及用于激励转子的线圈(40)，该线圈相对于定子是固定的，该线圈被供应有直流电流，该线圈围绕转子的中间部分(14)定位并被配置成通过磁感应在转子(10)中产生电通量。

Description

同步电机

技术领域

本发明涉及电机、特别是同步电机的领域，该同步电机既可以用作电动机又可以用作发电机。具体地，本发明涉及一种无电刷且无磁体的同步电机。

背景技术

现有技术具体包括文献WO-A2-2012/085438、US-A-3473061、WO-A1-2016/138159、DE-A1-19547016以及FR-A1-2406333。

带有转子励磁磁通的同步电机目前分为两大类：永磁电机和电刷电机。

永磁电机的优点是能够实现高转矩密度且转子损失低，但是永磁电机的缺点是必须包含购买价格昂贵且制造过程复杂的磁体。

此外，技术的发展及其对消费市场的影响正在导致呈指数地消耗某些稀土，这会导致使用这些稀土的磁体(例如钐钴磁体或钕铁硼磁体)的成本增加，甚至短缺。

电刷机器没有磁体的缺点，但也没有磁体的优点。另外，电刷系统需要与电刷的机械磨损有关的维护操作(更换电刷)，这对于用户而言是麻烦的。

为了避免这些缺点，已经提出了解决方案。

例如，使用“旋转变压器”的多级发电机，该旋转变压器在第一级向转子产生交流电信号，然后，该交流电信号由旋转二极管电桥(第二级)整流，该旋转二极管电桥为固定在转子磁性突起(形成主激励的电磁体)上的线圈供电，该转子磁性突起代表第三级。这些机器通常是被称为三级发电机的发电机，由于变压器和旋转整流器，该发电机非常复杂。

因此，发明人寻求其他解决方案以受益于永磁电机的优点，而没有电刷或类似物的需要机械旋转接触来进行电传递的缺点。

发明内容

为此目的，本发明涉及一种无电刷且无磁体的同步电机，该同步电机被配置成驱动旋转元件围绕电机的旋转轴线旋转，或者从由所述旋转元件传递的机械能中产生电能，其特征在于，该同步电机包括：

-围绕电机的旋转轴线设置的定子，该定子包括沿着垂直于所述旋转轴线的优选平面延伸的环并包括绕组和齿列，该齿列包括平行于旋转轴线从环延伸的齿，所述绕组根据优选平面围绕齿列卷绕，齿列围绕旋转轴线界定定子的内部区域，

-转子，该转子包括：第一部分，该第一部分在平行于优选平面的p个第一优选方向上延伸；第二部分，该第二部分在相对于第一部分的第一优选方向成角度地偏移π/p且平行于优选平面的p个第二优选方向上延伸；以及中间部分，该中间部分将第一部分连结到第二部分，转子以这样的方式布置，所述方式即：至少第二部分和中间部分位于定子的内部区域中，并且第二部分位于环的一侧上，以及

-用于激励转子的励磁线圈，该励磁线圈相对于定子是固定的，该励磁线圈被供应有直流电流，该励磁线圈被布置成围绕转子的中间部分并被配置成通过磁感应在转子中产生磁通量，使得转子的第一部分构成转子的p个北磁极，并且转子的第二部分构成转子的p个南磁极。

因此，由于位于转子的中间部分的励磁线圈(也被称为感应线圈)，使得根据本发明的电机不需要永磁体或电刷就可以使转子极化。

转子的励磁线圈相对于定子是固定的，与具有旋转部件的现有技术的解决方案(具体为三级发电机)相比，这限制了复杂性。因为励磁线圈没有进入转子的北极移动区域和南极移动区域(分别为转子的第一部分和转子的第二部分)，所以有利于对励磁线圈的供电。因此，励磁线圈在中间部分通过磁感应产生磁极，而不会引起与移动磁极的任何机械的相互作用。线圈可以很简单，例如只是同心线圈，可以被供应有直流电流，因此是经济的。

转子被认为是“冷”的，因为没有绕组附接到转子，因此没有传导加热，只有来自励磁线圈的辐射加热。与励磁线圈的气隙越大，辐射越小。由于通过转子的磁通是由连续供电的励磁线圈产生的，因此该磁通是连续的，这导致除了在面对定子的端部处以外的其他地方没有由于磁阻的潜在变化而导致的磁滞和涡电流损耗。另外，转子相对于位于靠近环的齿处的定子的绕组偏心，并且转子不从定子的绕组接收辐射的卡路里。由于所有这些原因，改善了部件的使用寿命，特别是电机的轴承寿命。

没有电刷，可以提高可靠性并降低维护成本。没有磁体，可以降低成本并减少对稀土的依赖。

最后，将定子的齿列平行于旋转轴线布置，简化了定子的绕组在制造过程中的定位，其方式是仅将绕组穿过定子的包括齿列的自由端部的面插入，该自由端部与定子的环相对。

电机既可以作为电动机运行，又可以作为发电机运行。在发电机运行中，转子可以直接附接到旋转机械驱动元件上，并且定子可以直接附接到旋转驱动元件的固定部分上。在这种情况下，电机可以在转子与定子之间不带轴承的情况下运行：转子在定子中旋转而无需轴承。例如，如果转子被固定到减速器的输出轴上并且定子被固定到减速器的壳体上，则是这种情况。

根据本发明的特征，电机包括被布置在定子内部的集成电子设备。这样的配置容易实现，因为这样的配置使得能够对定子内部的未占用空间进行填充。与现有技术的其他解决方案(这些解决方案使得电子元件布置在电机的后部或围绕电机布置)不同，这使得不可能延长电机或增大电机的直径。因此，电机是紧凑的。

有利地但不限于，集成电子设备被布置在定子的内部区域中，并沿着旋转轴线被布置在定子的环的背面与转子之间。

根据另一特征，定子被层压并一体地制成以限制涡电流损耗。

有利地但非限制性地，定子包括多个铁磁性金属板，该多个铁磁性金属板沿着垂直于旋转轴线的径向轴线一个在另一个之上地布置。

根据本发明的特征，层压定子由单个铁磁性金属板带制成。

根据另一特征，电机包括第一容置部，该第一容置部包括第一冷却流体，并且定子绕组和/或集成电子设备被安装在该第一容置部中。这样的布置使得定子绕组和/或集成电子设备能够通过铁芯更有效地冷却。温度梯度被减小，这导致内部温度更加均匀并提高了电机的可靠性。另外，在第一容置部中填充冷却流体有助于减轻振动。

另一特征是电机包括第二容置部，该第二容置部包括第二冷却流体，励磁线圈被布置在该第二容置部的内部。如前所述，将励磁线圈安装在填充有冷却流体的壳体中，使得励磁线圈能够通过铁芯更有效地冷却，从而减小温度梯度，以提高电机的性能，并在电机运行过程中减轻振动，避免着火的风险。

有利地但非限制性地，第一冷却流体和/或第二冷却流体包括油。该油用作有效的阻尼器。另外，布置在第一容置部和/或第二容置部中的部件不受湿气的影响，并且由于第一容置部和/或第二容置部中的整个空间充满油，因此着火的风险受到限制。

根据本发明的另一实施例，电机包括壳体，该壳体中至少容纳有转子、围绕转子的中间部分安装的励磁线圈以及沿着旋转轴线延伸的驱动轴，该驱动轴包括联接到壳体的底部的第一端部。由于驱动轴(该驱动轴旨在联接到旋转元件)没有延伸穿过定子的环，因此，这样的布置释放了用于将集成电子设备布置在定子内部的空间。驱动轴在壳体的底部终止。

集成电子设备被设置有用于使旋转元件通过的孔。

根据该实施例的另一特征，驱动轴能够旋转地安装在壳体中，并通过旋转导向轴承被旋转地引导。

根据特征，壳体包括凹槽或容纳部，每个凹槽或容纳部旨在至少部分地接纳定子的齿的自由端部，以加固该总成。

根据另一特征，电机包括构造成封闭壳体的凸缘，该凸缘包括容纳部，每个容纳部旨在至少部分地接纳定子的齿的自由端部，以加固该总成。

有利地并根据本发明，转子的第一部分的最大长度大于定子的内部区域的直径，并且转子的第一部分位于转子的内部区域的外部，面对定子的齿列的、与环相对的齿的端部。

根据本发明的该方面，转子的、作为具有相同极性的磁极序列运行的第一部分相对于由定子形成的磁路轴向地定位，而转子的、作为具有与第一部分相反的极性的磁极序列运行的第二部分相对于由定子形成的磁路径向地定位。

有利地并根据本发明，转子的第一部分的最大长度小于定子的内部区域的直径，并且转子的第一部分被布置在定子的内部区域中。

根据本发明的该方面，整个转子被布置在定子的内部区域中，并且转子的两个磁极序列相对于由定子形成的磁路径向地定位。

有利地并根据本发明，转子的第一部分和转子的第二部分呈直圆柱体的形式，该直圆柱体的基部为截头盘，该截头盘具有由相对于盘的中心对称且平行的不同的弦形成的、成角度地偏移2π/p的p个段，所述圆柱体包括围绕盘的中心的孔，该孔旨在接纳旋转元件。

根据本发明的该方面，转子部分的最大长度等于形成圆柱体的基部的截头盘的最大直径，组成转子部分的每个段的宽度等于该段的两个弦之间的距离。每个转子部分的每个段的优选方向平行于该段的两个弦。

转子部分可以直接由直的回转圆柱体制成，该回转圆柱体的基部为通过加工2p个段而形成的完整的盘。

转子的形状特别适合于旋转部件，并与环形定子完美配合以使磁通量流通，从而使形成磁极的部件上的气隙最小化。

有利地并根据本发明，中间部分具有回转圆柱体的形状。

根据本发明的该方面，中间部分被优化以接纳由围绕中间部分的环形励磁线圈传递的激励。另外，中间部分在旋转过程中没有不平衡。圆柱体是中空的，以使得能够引入旋转元件。

有利地并根据本发明，电机包括用于向励磁线圈供电的直流电压发电机，所述直流电压发电机被配置成输送具有可调节的电流值的直流电流。

根据本发明的该方面，励磁线圈的直流供应电流的值的改变使得能够调节在机器中流通的磁通量。具体地，这使得在电机以电动机模式运行时能够调节由电机输送的转矩。当电机以电动机模式运行时，励磁线圈的直流供应电流的值的改变还使得能够简单地“减小磁通量”，并且有必要通过减小电机的电动势来提高电机的速度。

当以发电机模式运行时，励磁线圈的直流供应电流的值的改变还使得能够简单调节定子绕组两端的输出电压。

有利地并根据本发明，定子的绕组包括分布在定子的齿列上的多个相，具体为三个相。

根据本发明的该方面，定子配备有用于使电机运行的标准三相绕组。

根据本发明的其他变型，绕组可以根据期望的应用包括其他数量的相。

本发明还涉及一种电机，其特征在于结合了上文或下文提到的所有或一些特征。

本发明还涉及一种用于制造具有上述特征中的任一项的电机的定子的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-提供在第一方向上具有预定宽度L的铁磁性金属板带，该宽度L是在铁磁性金属板带的第一侧与第二侧之间测量得到的，

-通过切割形成多个凹口以形成凸片，以及

-将金属板带围绕卷绕轴线卷绕，以使多个凸片沿着垂直于卷绕轴线的径向轴线叠置。

有利地但不限于，第一方向平行于卷绕轴线。

根据该方法，每个连续凹口之间的距离由以下公式定义：

[公式1]

X+n.e

其中，n是从0至K-2的整数，K是凹口的数量。

根据该方法，e根据以下公式计算：

[公式2]

其中，Ri是定子的内半径。

本发明还涉及一种组装具有上述特征中的任一项的电机的方法。该组装方法包括以下步骤：

-组装包括第一冷却流体、定子绕组和/或集成电子设备的第一密封容置部，

-将组装好的第一容置部插入定子上，以及

-将转子至少部分地插入定子的内部区域中。

这种组装方法有利于电机的组装和维护。

按照这种组装方法，第一容置部的组装步骤包括以下步骤：

-将第一盖以密封的方式安装在第一容置部的径向内环形壁和径向外环形壁上，

-将绕组围绕从第一盖的内表面沿着旋转轴线延伸的突起布置，

-将定子绕组与集成电子设备连结，

-以密封的方式用第二盖封闭第一容置部，

-将冷却流体注入第一容置部中，直到第一容置部被充满为止。

附图说明

在阅读以下详细描述期间，本发明的其他特征和优点将显现出来，为便于理解以下详细描述，应当参考附图，在附图中：

[图1a-图1c]图1a是本发明的实施例中的电机的转子的示意性右视图，其中p＝2；图1b是根据本发明的实施例的电机的转子的示意性前视图，其中p＝2；图1c是根据本发明的实施例的电机的转子的示意性左视图，其中p＝2；

[图2a-图2b]图2a是根据本发明的实施例的电机的定子的示意性右视图；图2b是根据本发明的实施例的电机的定子的示意性前视图；

[图3a-图3b]图3a是根据本发明的实施例的电机的励磁线圈的示意性右视图；图3b是根据本发明的实施例的电机的励磁线圈的示意性前视图；

[图4a-图4b]图4a是根据本发明的实施例的电机的示意性右视图；图4b是图4a所示的电机的示意性前视图；

[图5-图6]图5示出了在其内部包括集成电子设备的电机的另一实施例；图6是图5所示的电机的集成电子设备的后视图；

[图7]图7是根据本发明的集成电子设备的实施例的示例；

[图8]图8是根据本发明的集成电子设备的实施例的另一示例；

[图9]图9是根据本发明的集成电子设备的实施例的另一示例；

[图10]图10是根据本发明的集成电子设备的实施例的另一示例；

[图11]图11是根据本发明的被一体地制成的层压定子的实施例；

[图12-图13]图12示出了制造根据本发明的一体式层压定子的示例的步骤；图13示出了用于生产根据本发明的一体式层压定子的铁磁性金属板带的示例；

[图14]图14示出了电机的另一实施例，该电机包括用于根据本发明的电机的构件的至少一个绝缘壳体；

[图15]图15是壳体的透视图，壳体中容纳有根据本发明的电机的部件，例如集成电子设备；

[图16]图16是根据本发明的图16所示的壳体的细节截面图；

[图17-图18]图17是带有集成电子设备的电机的替代实施例的轴向截面图；图18是用于装备图17所示的电机的集成电子设备的后视图；

[图19-图21]图19是壳体的示意性透视图，壳体中容纳有根据本发明的电机的部件，例如转子；图20是根据本发明的图19所示的壳体的前视图；图21是根据本发明的用于装备图17所示的电机的壳体的轴向细节截面图。

具体实施方式

以下实施例是示例。尽管本文的描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考都涉及相同的实施例，或者特征仅适用于一个实施例。不同实施例的简单特征也可以组合以提供其他实施例。在附图中，为了说明和清楚起见，没有严格遵守尺度和比例。

以下附图描述了根据本发明的实施例的无电刷且无磁体的同步电机的部件，该同步电机被配置成驱动旋转元件围绕电机的旋转轴线旋转或从由所述旋转元件传递的机械能中产生电能。

图1a、图1b和图1c示意性地示出了如分别从右侧、从前方和从左侧看到的、根据本发明的实施例的电机的转子10。

转子10包括由中间部分14连接的第一部分12a和第二部分12b。

第一部分12a和第二部分12b具有直圆柱体的形状，该直圆柱体的基部为截头盘，该截头盘具有由相对于盘的中心对称且平行的不同的弦形成的两个段。第一部分和第二部分各自包括围绕盘的中心的孔(分别标记为16a和16b)，该孔旨在接纳旋转元件。

中间部分14是回转圆柱体，该回转圆柱体以相同的方式包括旨在接纳旋转元件的孔。

因此，三个孔16a、16b和16c具有相同的尺寸并对准以形成通孔16，该通孔被构造成将旋转元件接纳在转子10中。

如图1b中看到的，第一部分12a具有第一优选方向18a，第二部分12b具有第二优选方向18b。第一优选方向18b垂直于第二优选方向18b。

中间部分14可以平行于旋转轴线延伸。

图2a和图2b示意性地示出了分别从右侧和从前方看到的、根据本发明的实施例的电机的定子20。

定子20包括在优选平面23中延伸的环22、齿列24以及绕组28。

齿列24包括多个齿(为了清楚起见，在附图中，仅用附图标记26标记了该多个齿的一部分)，该多个齿从环22平行于环的轴线延伸，该环的轴线将是旋转元件的旋转轴线。绕组28在图2b中部分地示出，并围绕齿列的齿26卷绕。在此仅示出了绕组的一个相，因为绕组可以以已知的方式包括多个相。类似地，围绕齿进行卷绕仅作为示例示出，可以根据所需定子的特征使用其他卷绕方案。

齿列的齿界定定子的内部区域30，该内部区域形成围绕旋转元件的旋转轴线的回转形圆柱体。

图3a和图3b示意性地示出了分别从右侧和从前方看到的、根据本发明的实施例的用于激励电机的励磁线圈40。

励磁线圈40采取环的形式，形成励磁线圈40的导线42被卷绕在该环中。励磁线圈由直流发电机44供电，该直流发电机的电流值可以调节。

励磁线圈40的内径46必须略大于转子的中间部分14的外径，以使得励磁线圈能够产生磁感应。

图4a和图4b示意性地示出了分别从右侧和从前方看到的、根据本发明的实施例的电机50。电机是如上所述的转子10、定子20和励磁线圈40的总成。

与电机50相关联的旋转元件100被示出为插入转子10中。该旋转元件围绕旋转轴线200旋转。

在组装的电机中，旋转轴线200也是转子的旋转轴线，并且励磁线圈40和定子20围绕该轴线布置。

为了示意的目的，定子的绕组28由单个元件表示，并被布置在定子20的环22的一侧上。

转子10至少部分地布置在由定子的齿列形成的内部区域30中。在此，中间部分14和第二部分12b被布置在内部区域30中。当电机50运行时，定子20是静止的，并且转子10相对于定子20旋转。被布置在转子10与定子20之间的一个或多个轴承(未示出)可用于将元件保持就位。替代地，当以发电机运行时，旋转元件将转子10保持就位于定子20中，并且不需要轴承。

励磁线圈40在定子20中围绕转子10的中间部分14布置，并留有气隙52。当被供电时，励磁线圈40通过感应在转子10中产生连续的磁通量，如箭头所示。直流电通量使得转子能够极化，从而使第一部分12a表现为北磁极，第二部分12b表现为南磁极。因此，电通量从南极移动到北极，即从转子的第二部分12b移动到转子的第一部分12a，电通量经由第一部分12a与定子20之间的气隙54轴向地通过定子的齿列进行传输。换句话说，电通量轴向地(沿着旋转轴线200)流过定子20的齿26。然后，磁通量流到定子。

由于励磁线圈40在中间部分14处的位置，励磁线圈40不受其产生的极在所述极旋转时的影响。

如图4b中可看到的，磁通量从定子20径向地经由气隙56传到转子的南极(即第二部分12b)。第一部分12a和第二部分12b的优选方向第二部分12b是垂直的，这一事实使得齿列24的齿能够交替地靠近一个极然后靠近另一个极，从而使得通量能够在彼此垂直的方向上从转子流向定子或从定子流向转子。

在图5至图10中示出了该电机的另一实施例。电机50包括与图4a和图4b中的电机的部件类似的部件。该实施例与先前的实施例的不同之处在于，电机在其内部还包括集成电子设备300。

具体地，如图5中可看到的，集成电子设备至少部分地布置在定子20的内部。该集成电子设备300被布置在定子的内部区域30中。该集成电子设备沿着旋转轴线200安装在定子的后表面201与转子10(具体是第二部分12b)之间。

参考图6，集成电子设备300具有中心轴线为C的环形形状。该集成电子设备沿着垂直于旋转轴线200的径向轴线350具有直径或长度。集成电子设备300的直径小于定子20的内部区域30的直径。集成电子设备300具有通孔310，该通孔沿着中心轴线C从两侧穿过集成电子设备。该中心轴线C与旋转轴线200是同轴的。元件100穿过集成电子设备300插入。

图7至图10示出了集成电子设备300在电机50中的不同布置。

在图7中，电机形成由电源316供电的同步电动机。在该示例中，电源是直流电源。同步电动机提供旋转元件100所需的转矩。集成电子设备包括由直流电源供电的逆变器311。逆变器向与逆变器连接的绕组28提供电能。该逆变器311是多相的。特别地，该逆变器具有联接到电源316的两个直流端子和联接到绕组28的一个交流端子。

集成电气设备300还包括电连接到逆变器311和直流电源316的控制单元312。该控制单元312被配置成向激励电机的以下描述的斩波器和逆变器生成正确的设定点。

激励电机的“整流器+斩波器+滤波器”总成。

集成电子设备300由斩波器+滤波器313完成，该斩波器+滤波器经由两个直流端子由直流电源供电。斩波器313还联接到转子的励磁线圈40，使得转子被供应有直流电流。斩波器还经由两个端子电联接到控制单元312。

在图8中，电机是由电源316(在此为交流电流)供电的同步电动机。同步电动机提供旋转元件100所需的转矩。集成电子设备300包括以与先前的实施例类似的方式配置的逆变器311、斩波器+滤波器313以及控制单元312。在该实施例的示例中，集成电子设备包括逆变器上游的整流器和斩波器上游的整流器。然后，整流器和逆变器模块包括联接到交流电源的三个交流端子和联接到绕组28的一个交流端子。

然后，整流器和斩波器模块包括联接到电源的三个交流端子和联接到转子励磁线圈40的两个直流端子，从而为励磁线圈40提供直流电。该模块还电联接到控制单元312。

控制单元312生成用于逆变器和斩波器的控制命令以确保机器的正常运行。

在图9中，电机是输送多相交流电流的发电机。集成电子设备300包括整流器+斩波器+滤波器总成315。斩波器由电源316(在此为交流电源)供电，并联接到励磁线圈40。为此目的，整流器+斩波器+总成包括联接到交流电源的电流端子和联接到励磁线圈40的两个电流端子。

集成电子设备300还包括控制单元312，该控制单元电连接到整流器+斩波器+滤波器315并电连接到由发电机产生的交流电源。该控制单元312被配置成控制斩波器，使得发电机的激励适于正常运行。

图10示出了构成直流发电机的电机50。该示例与图9所示的系统类似，具有整流器，该整流器使交流电转换为直流电流并进入网络。

在由交流电源供电的电机的情况下，交流电通量轴向地(沿着旋转轴线200)流过定子20的齿26。类似地，交流电通量在定子20(特别是环22)中围绕旋转轴线200周向地流动。然后，磁通量流向定子。

为了限制涡电流损耗，将图11所示的定子20’层压并一体地制成。换句话说，层压定子是单体件。通过将定子一体地制成，可以使定子的制造成本最小化。实际上，仅需要一个金属板带来制造该定子，并且只需要有限数量的步骤，正如我们在以下描述中所看到的。

在第一实施例中，图11所示的该层压定子20’，每个齿26包括多个铁磁性金属板，该多个铁磁性金属板沿着与环的轴线(在此为旋转轴线200)垂直的径向轴线一个在另一个之上地布置。定子20’的环22还包括沿着旋转轴线200布置的多个铁磁性金属板。

一体式的层压定子20’通过图12和图13中部分地示出的方法进行生产。该方法包括提供单个铁磁性金属板带400。该单个铁磁性金属板带在第一方向上具有预定宽度L。当定子在电机中处于安装状态时，该第一方向平行于旋转轴线200。该金属板带400有利地是平坦的。宽度L是在铁磁性金属板带的第一侧401与第二侧402之间测量得到的。第一侧401和第二侧402在第一方向上是相对且平行的。铁磁性金属板带400还具有在第二方向上相对的第一边缘403和第二边缘404。在此，该第二方向垂直于第一方向。

在铁磁性金属板带400中切割出多个凹口405以形成凸片406。每个凸片406沿着第二方向由在该凸片的两侧上的两个凹口限定。这些凸片旨在形成定子的齿26。凹口405沿着第二方向布置。每个凹口405从第一侧406沿着第一方向延伸并且其宽度小于铁磁性金属板带的宽度。未切割的金属板带部分用于形成定子的环。

然后，以这样的方式使铁磁性金属板带400围绕卷绕轴线407卷绕，所述方式即：使凸片406相对于该卷绕轴线径向地一个在另一个之上地叠置。卷绕轴线垂直于第二方向并且在安装情况下与电机中的旋转轴线200同轴。

然后，我们获得了由多个这种铁磁性金属板带制成的定子。

根据该实施例，每个连续凹口之间的间隙或距离由以下公式定义：

[公式1]

X+n.e

其中，n是从0至K-2的整数，K是凹口的数量。

通过考虑到所获得的铁磁性金属板带的凸片的堆叠或叠置是阿基米德螺旋线来计算e，阿基米德螺旋线的螺距e等于铁磁性金属板带的厚度。因此，该阿基米德螺旋线的极坐标方程由以下公式表示：

[公式2]

其中，Ri是定子的内半径。

当然，可以对铁磁性金属板带进行卷绕，然后制作凹口，以形成层压定子。

凹口可以通过任何类型的合适工具、例如通过金属丝制成。

通过这种制造方法，定子中不存在几何缺陷。

图14示出了带有集成电子设备300的电机50的另一实施例，该集成电子设备被有效地冷却以提高电机的性能。如在图5的实施例中已经看到的，集成电子设备被安装在定子的内部。在该实施例的示例中，电机50包括第一容置部29，定子绕组28和/或集成电子设备300被安装在该第一容置部中。

如图14中可看到的，绕组28和集成电子设备被布置在第一容置部29的内部。该第一密封容置部29容纳冷却流体31。由于绕组28至少与气隙52间隔开一距离，因此第一容置部填充有冷却流体的布置是可能的。该第一容置部使得绕组28和集成电子设备300能够与电机50的其他部件隔离。

作为有利的但非限制性的特征，冷却流体31从外部源供应，使得流体在第一容置部中流通。在这种情况下，第一容置部29的外表面32可以用作热交换器。当然，不一定使流体在第一容置部内流通。

参考图15和图16，第一容置部29包括径向内壁33和径向外壁44，该径向内壁和径向外壁是环形的并与旋转轴线200同轴。第一容置部29还包括第一盖35和第二盖(未示出)，第一盖和第二盖各自呈盘的形式并且旨在分别沿着旋转轴线200在上游和下游封闭第一容置部29。诸如螺钉的紧固装置36使得第一盖35和第二盖能够紧固到径向内壁33和径向外壁35。为此目的，至少径向外壁33包括用于接纳紧固装置的孔口37(图16)。当然，其他布置和紧固方式也是可能的。

密封接头38被布置在第一盖35和第二盖与相应的径向内壁和径向外壁之间，从而密封第一容置部。

第一盖和第二盖各自包括灯39，该灯沿着旋转轴线200从两侧穿过第一盖和第二盖的壁。灯39沿着周向方向均匀地分布。

第二盖包括用于集成电子设备300的电源电缆49的通道。

在该实施例的示例中，第一容置部29的外径大于定子的外径。第一容置部的内径(由径向内壁限定)大于旋转元件100的内径。

有利地，冷却流体31包括油，该油有效地减轻了振动，该振动例如可以通过使构成集成电子设备300的元件结合而对连接有害。

有利地，对该容置部充注油，防止了由于电气故障而引起的火灾。

在未示出的替代实施例中，励磁线圈40也被布置在第二容置部中，该第二容置部填充有第二冷却流体。该第二冷却流体也可以是油。

按照图14所示的电机50的组装方法的示例，将第一容置部29插入定子20、20’上。在该组装步骤之前，将绕组28和电子设备300组装在第一容置部中。绕组28是先前预先形成的，即在绕组被安装在电机50中之前预先形成。

为此目的，径向内环形壁33和径向外环形壁34以及第一盖35被紧密地组装在一起。径向内壁和径向外壁从第一盖的内部面41延伸。

绕组28分别围绕沿着旋转轴线200从第一盖的内部面41延伸的多个突起42布置。这些突起42中的每一个具有矩形的横截面。然后通过电流端子43将绕组28连接到集成电子设备300。然后，以密封第一容置部的方式组装第二盖。

然后将冷却流体(在此为油)注入第一容置部29内。

在将第一盖插入定子上之后，第一容置部的第一盖有利地但不限于与定子20、20’的环22接触。

为此目的，定子的齿26装配到第一盖和第二盖的灯39中。

将励磁线圈40围绕转子10组装，然后将转子10至少部分地插入定子20、20’的内部区域30中。

如果根据电机的替代实施例将励磁线圈40布置在第二容置部内，则首先将第二容置部围绕中间部分14插入。然后将配备有第二容置部的转子10插入定子20中。

包括励磁线圈40的第二容置部被构造成与第一容置部类似。

在图17至图21中示出了另一实施例，在该实施例中，电机具有集成电子设备300’。

在该实施例的示例中，电机由转子模块500、驱动轴110、励磁线圈40以及转子的磁路组成，该转子模块至少包括壳体501。具体地，壳体501包括从底部503(沿着旋转轴线200)延伸的环形壁502。该底部包括多个孔口504，该多个孔口沿着旋转轴线200从两侧穿过底部壁。这些孔口504沿着周向方向均匀地分布。每个孔口504旨在接纳定子的一个齿26。环形壁502的边界505限定被凸缘506封闭的开口。

作为示例，环形壁501包括槽507，该槽从边界505延伸到环形壁中。槽507沿着环形壁的圆周布置。

驱动轴110在凸缘506与底部503之间沿着旋转轴线200延伸。特别是如图21中可以看到的，驱动轴110没有延伸超过壳体501的底部503。更具体地，驱动轴110包括联接到壳体的底部的第一端部111和穿过凸缘506并延伸到壳体外部的第二端部112(与第一端部轴向相对)。

轴110可旋转地组装在壳体的内部。为此目的，将旋转导向轴承509组装在驱动轴的上游和下游以及壳体的内部。在该示例中，旋转导向轴承509包括带有滚珠510的轴承。

该驱动轴旨在联接到旋转元件100。这种布置使得能够释放用于集成电子设备300’的空间。更具体地，集成电子设备是完整的。换句话说，集成电子设备不包括图6的实施例的情况中的通孔310。

集成电子设备300’被轴向地布置在壳体的底部503与定子20、20’的背面201之间。

转子10被组装在壳体501中并围绕驱动轴110组装。

在该图中我们可以看到，转子的第一部分12a的最大长度小于定子20、20’的内部区域30的直径，并且转子的第一部分12a被布置在定子的内部区域30中。换句话说，整个转子10被布置在定子的内部区域30中。转子的两个磁极序列相对于由定子形成的磁路径向地定位。

励磁线圈40围绕中间部分14布置。

另外，转子模块包括凹槽或容纳部，每个凹槽或容纳部旨在接纳定子的齿的自由端部的至少一部分。特别地，壳体501的径向内壁包括多个凹槽511或容纳部，该多个凹槽或容纳部沿着轴线200的方向延伸并围绕该轴线均匀地分布。这些凹槽能够接纳定子的齿，以使定子的齿固定。这加固了该总成。替代地，凸缘506具有围绕轴线200沿周向均匀地分布的容纳部。这使得能够至少捕获定子齿的自由端部，以加固该总成。

Claims (11)

1.一种同步电机(50)，所述同步电机被配置成驱动旋转元件(100)围绕所述电机的旋转轴线(200)旋转，或者从由所述旋转元件(100)传递的机械能中产生电能，其特征在于，所述同步电机包括：

-围绕所述电机的旋转轴线(200)设置的定子(20，20’)，所述定子包括沿着垂直于所述旋转轴线的优选平面(23)延伸的环(22)并包括绕组(28)和齿列(24)，所述齿列包括平行于所述旋转轴线从所述环(22)延伸的齿(26)，所述绕组根据所述优选平面围绕所述齿列(24)卷绕，所述齿列(24)围绕所述旋转轴线界定所述定子的内部区域(30)，

-转子(10)，所述转子包括：第一部分(12a)，所述第一部分在平行于所述优选平面的p个第一优选方向(18a)上延伸；第二部分(12b)，所述第二部分在相对于所述第一部分(12a)的第一优选方向成角度地偏移π/p且平行于所述优选平面的p个第二优选方向(18b)上延伸；以及中间部分(14)，所述中间部分将所述第一部分(12a)连结到所述第二部分(12b)，所述转子以这样的方式布置，所述方式即：至少所述第二部分(12b)和平行于所述旋转轴线(200)延伸的所述中间部分(14)位于所述定子的内部区域(30)中，并且所述第二部分(12b)位于所述环(22)的一侧，以及

-用于激励所述转子的励磁线圈(40)，所述励磁线圈相对于所述定子是固定的，所述励磁线圈被供应有直流电流，所述励磁线圈围绕所述转子的中间部分(14)定位并被配置成通过磁感应在所述转子(10)中产生磁通量，使得所述转子的第一部分(12a)构成所述转子的p个北磁极，并且所述转子的第二部分(12b)构成所述转子的p个南磁极。

2.根据权利要求1所述的电机(50)，其特征在于，所述电机(50)包括被布置在所述定子(20，20’)内部的集成电子设备(300，300’)。

3.根据权利要求2所述的电机(50)，其特征在于，所述集成电子设备(300，300’)被布置在所述定子(20，20’)的内部区域(30)中，并沿着所述旋转轴线(200)被布置在所述定子(20，20’)的环(22)的背面(201)与所述转子(10)之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机(50)，其特征在于，所述定子(20’)被层压并一体地形成。

5.根据权利要求2或3所述的电机(50)，其特征在于，所述电机包括第一容置部(29)，所述第一容置部包括第一冷却流体(31)，并且所述定子(20，20’)的绕组(28)和/或所述集成电子设备(300，300’)被安装在所述第一容置部中。

6.根据权利要求2或3所述的电机(50)，其特征在于，所述电机包括第二容置部，所述第二容置部包括第二冷却流体，所述励磁线圈(40)被布置在该第二容置部的内部。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的电机(50)，其特征在于，所述电机包括壳体(501)，所述壳体中至少容纳有所述转子(10)、围绕所述转子(10)的中间部分(14)安装的所述励磁线圈(40)以及沿着所述旋转轴线(200)延伸的驱动轴(110)，所述驱动轴(110)包括第一端部(111)，所述第一端部联接到所述壳体(501)的底部(503)。

8.一种制造根据权利要求1至7中任一项所述的电机(50)的定子(20’)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-提供在第一方向上具有预定宽度L的铁磁性金属板带(400)，所述预定宽度L是在所述铁磁性金属板带的第一侧(401)与第二侧(402)之间测量得到的，

-通过切割形成多个凹口(405)以形成凸片(406)，以及

-将所述铁磁性金属板带(400)围绕卷绕轴线(407)卷绕，以使多个凸片(406)沿着垂直于所述卷绕轴线的径向轴线叠置。

9.根据权利要求8所述的制造电机(50)的定子(20’)的方法，其特征在于，每个连续凹口(405)之间的距离由以下公式定义：

[公式1]

X+n.e

其中，X是与第一凹口相距的距离，n是从0至K-2的整数，K是凹口的数量。

10.根据权利要求9所述的制造电机(50)的定子(20’)的方法，其特征在于，e通过以阿基米德螺旋线卷绕或叠置所述凸片而确定，并根据以下公式计算：

[公式2]

其中，R(θ)是所述螺旋线的半径，p是北磁极和南磁极，Ri是所述定子的内半径。

11.组装根据权利要求1至7中任一项所述的电机的方法，其中，所述电机(50)包括被布置在所述定子(20，20’)内部的集成电子设备(300，300’)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-组装包括第一冷却流体(31)、所述定子的绕组(28)和/或所述集成电子设备(300，300’)的第一密封容置部(29)，

-将组装好的第一容置部插入所述定子(20，20’)上，以及

-将所述转子(10)至少部分地插入所述定子(20)的内部区域(30)中。