電機的制作方法

本公開涉及磁場在電機轉子中的利用。

背景技術：

電機通常使用轉子和定子來產生轉矩。電流流過定子繞組以產生磁場。由定子產生的磁場可與轉子上的永磁體配合以產生轉矩。

技術實現要素：

一種電機可包括多個疊片。所述疊片可進行堆疊以形成轉子。定子可圍繞轉子。轉子疊片可在軸向方向上被細分為多個區段，每個區段包括布置在其中以產生磁極的永磁體。所述多個區段可被布置成使得相應的磁極的磁軸不是對齊的而是偏斜的，以獲得平穩的機械轉矩。非導磁層可置于具有偏斜的磁極的至少一對相鄰的區段之間。

所述層的厚度可基于轉子和定子之間的氣隙距離。例如，該厚度可大于轉子和定子之間的氣隙距離的兩倍。所述層的厚度可小于轉子和定子之間的氣隙距離的四倍。所述層可包含可用于減弱磁場的任何材料。例如，所述層可由聚四氟乙烯制成。

根據本發明，提供一種電機，包括：轉子，包括多個區段，每個區段由一個或更多個疊片形成，并且每個區段包含以v形姿態布置的永磁體；抗磁或順磁層，置于具有錯列的磁極的一對相鄰的區段之間；以及定子，圍繞所述轉子。

根據本發明的一個實施例，所述抗磁或順磁層的厚度為轉子和定子之間的氣隙距離的至少兩倍。

根據本發明的一個實施例，所述抗磁或順磁層的厚度小于轉子和定子之間的氣隙距離的四倍。

根據本發明的一個實施例，所述抗磁或順磁層的厚度小于2mm。

根據本發明的一個實施例，所述抗磁或順磁層由聚四氟乙烯制成。

根據本發明，提供一種電機，包括：多個區段，相對于真空具有大于100的導磁率；和磁阻層，相對于真空具有小于2的導磁率，所述多個區段和所述磁阻層堆疊而形成轉子，使得具有錯列的磁極的一對相鄰的區段之間設置有一個磁阻層，其中，所述一個磁阻層被配置為阻止所述一對相鄰的區段的永磁體之間的磁通漏泄。

根據本發明的一個實施例，所述電機進一步包括圍繞所述轉子的定子。

根據本發明的一個實施例，每個磁阻層的厚度為轉子和定子之間的氣隙距離的至少兩倍。

根據本發明的一個實施例，每個磁阻層的厚度小于轉子和定子之間的氣隙距離的四倍。

根據本發明的一個實施例，每個磁阻層的厚度小于2mm。

根據本發明的一個實施例，至少一個磁阻層由聚四氟乙烯制成。

附圖說明

圖1a是轉子疊片的平面圖；

圖1b是包括圖1a中所示的用于電機的疊片堆的轉子區段的側視圖；

圖2a是具有包括多個極的轉子的電機的示意圖，其中，磁通線僅由永磁體產生；

圖2b是具有包括多個激勵繞組的定子的電機的示意圖，其中，磁通線僅由定子繞組產生；

圖3a是在兩個偏斜區段之間設置有低導磁率物質層的電機轉子的透視圖；

圖3b是一對相鄰的偏斜區段的透視圖，在其中一個偏斜區段上設置有低導磁率物質層；

圖4是具有abba構造且在ab區段之間具有物質層的轉子的透視圖；

圖5是示出比轉矩關于低導磁率層的厚度而增加的圖表。

具體實施方式

在此描述了本公開的實施例。然而，應當理解的是，所公開的實施例僅為示例，其它實施例可采用各種可替代形式。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應被解釋為具有限制性，而僅僅作為用于教導本領域技術人員以多種形式利用本發明的代表性基礎。如本領域普通技術人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各種特征可以與在一個或更多個其它附圖中示出的特征組合以產生未被明確示出或描述的實施例。示出的特征的組合提供用于典型應用的代表性實施例。然而，與本公開的教導一致的特征的多種組合和變型可被期望用于特定的應用或實施方式。

電機的特征在于：由存在于氣隙磁通和氣隙磁導中的諧波引起的不期望的轉矩振蕩。大部分電機，尤其是永磁(pm)電機都設計有轉子偏斜，即活性轉子材料的疊片可沿著轉子軸線偏斜或錯列。偏斜可產生沿著轉子軸線錯列的永磁體和磁極。由于磁性元件不是成一直線的，因此偏斜區段可造成電機在所有可用的轉速下的平均轉矩整體下降，但如上文所討論的，偏斜有助于使諧波最少化。

例如，就具有兩個轉子區段、48槽定子的八極電機而言，通常的偏斜角為3.75°。轉子的偏斜意在產生比使用具有對齊的永磁體的轉子可能實現的機械轉矩更為平穩的機械轉矩。偏斜可消除由諧波引起的不期望的轉矩波動，并且可以使用許多不同的偏斜角來達到這個效果。然而，偏斜不考慮應該通過設計而對齊但是由于制造公差而未精確對齊的兩個極。

在電機的所有轉速下產生的平均轉矩都可由于偏斜而減小，部分原因是在偏斜的永磁體之間可能出現磁場漏泄。這種漏泄可造成電機的可用轉矩略微減小，并且在無偏斜的電機中不會存在這種漏泄。

另外，在不增加轉矩的情況下，偏斜可為磁通從一個疊片區段到相鄰的疊片區段的漏泄打開路徑。由于磁場通常遵循相反極之間的最小阻力路徑，所以用于減小轉矩波動的永磁體的偏斜或錯列結果可導致出現額外的磁通漏泄。轉子的一個區段可包括一個疊片或者堆疊在一起的多個疊片。一個區段的疊片可相對于該區段中的其它疊片偏斜，或者相對于轉子的其他區段整體偏斜。這意味著轉子的一個區段可包括堆疊在一起的任意數量的疊片或者單個復合材料塊。

為了使磁場和產生的轉矩最大化，通常使活性轉子材料的量最大化。活性轉子材料可包括能夠產生或攜帶磁場或電場的材料。使這種材料的量最大化理論上產生最大的轉矩。選擇具有最高導磁率的轉子材料。引入不具有高導磁率的材料很可能會降低電機的轉矩產生，這是因為轉子將具有浪費的空間(即不產生轉矩的材料)。高導磁率的材料通常可被稱作鐵磁材料或亞鐵磁材料。可以推知，由活性轉子材料整體構成的轉子將比由活性轉子材料部分構成的轉子產生更有效的磁場。

引入非活性轉子材料的一個或多個磁阻層(magneticallyreluctantlayer)使轉子中永磁體的利用率意外地提高并使電機的轉矩輸出增大。例如，引入厚度為定子與轉子之間的氣隙厚度的兩倍的磁阻層可使比轉矩增大超過0.25％。這個量盡管看起來微不足道，但卻可合理地降低電機的成本，這是因為永磁體的利用率的提高可使永磁體的尺寸減小。電機的比轉矩的增加可取決于磁阻層相對于氣隙的厚度以及流過定子的電流。

可將低導磁率磁阻層插入在具有偏斜磁極的相鄰的區段之間。該磁阻層可為固相、液相或氣相。該磁阻層可將永磁體的磁場重新定向至更期望的路線并減少永磁體之間的漏泄。該磁阻層可以是抗磁性材料或順磁性材料(例如，水、銅、鉍、超導體、木頭、空氣、聚四氟乙烯或者真空)。許多不同類型的物質能夠獲得相似的結果并可落入這些指定(designation)中。低導磁率材料能夠減少具有偏斜極的區段之間的磁場漏泄或將磁場重新定向至更期望的路線。恰當地定向的磁通路徑可增加電機產生的轉矩。

當永磁體被設置在區段上或者區段內時，永磁體可具有多個取向。例如，永磁體可以以v形姿態布置，在各個v形處提供磁極。永磁體還可被定向成使得其中一個磁極的方向徑向向外。磁體的取向和位置可對電機的效率有直接的影響，任何偏斜的取向或位置都可能造成永磁體之間出現磁場漏泄。

永磁體的磁極可單獨地或共同地形成轉子的磁極。許多轉子具有多個永磁體，其被布置成與定子的磁場共同作用以產生轉矩。可使用永磁體、感應場、勵磁線圈或其組合來產生磁極。

疊片通常由具有高導磁率的材料制成。這種高導磁率允許磁通無強度損失地流過疊片。具有高導磁率的材料可包括鐵、電工鋼、鐵氧體或許多其他的合金。具有疊片的轉子也可支撐導電籠(electricallyconductivecage)或繞組以產生感應磁場。具有四個疊片或疊片區段的轉子可具有以abba取向配置的區段。所述的abba取向是指“a”區段相對于“b”區段以相同的程度偏斜。轉子可具有其他的疊片配置(例如，abc或abab)。

現參照圖1a，示出了轉子區段10。區段10可限定適于保持永磁體的多個凹腔或空腔12。區段10的中央可限定用于容納驅動軸的圓形中央開口14以及可容納驅動鍵(未示出)的鍵槽16。空腔可被定向成使得容納在凹腔或空腔12中的永磁體(未示出)形成八個交錯的磁極30和32。本領域公知的是，電機可具有各種數量的極。磁極30可被配置為n極。磁極32可被配置為s極。永磁體也可布置成不同形式。如圖1a所示，用于保持永磁體的凹腔或空腔12被布置成v形34。現參照圖1b，多個區段10可形成轉子8。轉子具有用于容納驅動軸(未示出)的圓形中央開口14。

現參照圖2a，示出了區段10的一部分位于定子40內。區段10限定適于保持永磁體20的凹腔或空腔12。永磁體20采用v形布置，共同形成磁極。圖中示出了從永磁體20發出的磁通線24。磁通線24可穿過區段10和氣隙22進入定子40。通常，當磁通線24更為密集時，磁通的場密度更大。對磁通線24重新定向可引起某些位置的磁場密度增加，如圖2a所示。定子40具有未通電的繞組42。

參照圖2b，示出了區段10的一部分位于定子40內。定子40可具有通電的繞組42。磁通線44可從繞組42發出。磁通線44可穿過定子40和氣隙22進入區段10。三相電機可具有繞組a、b和c。磁通線44和磁通線24可以以已知的方式在位置46處至少部分地相互作用以產生轉矩。

參照圖3a，相鄰的一對偏斜的疊片區段10和80可具有適于保持永磁體20和82的空腔12和84。永磁體20和82可被磁化成使得n極26相對于轉子面向徑向向外的方向。永磁體20和82可被磁化成使得s極28面向總體上向內的方向。永磁體20和82可被布置為形成磁極30和88。磁極30和88可以是偏斜的或錯列的。低導磁率層86可設置于疊片區段10和80之間。該層的外徑可恰好與區段10和80的外徑相符或者該層的外徑可小于區段10和80的外徑。如圖3b所示，永磁體20可相對于永磁體82偏移，從而形成偏斜轉子。低導磁率層86可被放置在區段10和80之間。

參照圖4，偏斜轉子8可具有多個疊片區段10和80。所述多個疊片區段可以以abba形式偏斜，其中，字母表示在轉子8的堆疊中區段的相對偏斜和位置。層86可置于相鄰的ab疊片區段之間。

參照圖5，示出了電機的比轉矩輸出、層的厚度和施加的電流之間可能的關系。層可與轉子和定子之間的氣隙具有相同的厚度。通常，電機的氣隙距離可在0.5mm到1.0mm之間的范圍內。比如，氣隙厚度可為0.7mm。低導磁率層可為0.85mm。如圖5所示，低導磁率層的厚度可增加或減小以使特定的電機受益。與不含磁阻層的轉子相比，磁阻層厚度為1.7mm的轉子可產生更大的轉矩。

說明書中所使用的詞語為描述性詞語而非限制性詞語，并且應理解的是，可在不脫離本公開的精神和范圍的情況下做出各種改變。如前所述，可將各種實施例的特征組合以形成本發明的可能未被明確描述或示出的進一步的實施例。盡管針對一個或更多個期望特性，各種實施例可能已經被描述為提供優點或者優于其它實施例或現有技術實施方式，但是本領域普通技術人員應該認識到，根據特定的應用和實施方式，一個或更多個特征或特性可被折衷以實現期望的整體系統屬性。這些屬性可包括但不限于：成本、強度、耐用性、生命周期成本、市場性、外觀、包裝、尺寸、可維護性、重量、可制造性、易組裝性等。因此，被描述為在一個或更多個特性方面不如其它實施例或現有技術實施方式滿足期望的實施例并不在本公開的范圍之外，并可被期望用于特定的應用。