專利名稱：具有圓錐形定子的永磁電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及永磁電機(jī)，更具體地涉及用于擴(kuò)展這種電機(jī)的范圍和轉(zhuǎn)矩的系 統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
永磁電機(jī)用于各種場合中，包括混合動(dòng)力轎車、傳統(tǒng)汽車等。總體來說，典型的永 磁電機(jī)包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有附接到或嵌入其外部的永磁體組，并且構(gòu)造成關(guān)于定子軸向 旋轉(zhuǎn)。定子和轉(zhuǎn)子一般是同心的，使得在它們之間形成固定的氣隙。目前已知的永磁電機(jī)在許多方面都不能令人滿意。例如，已知的是，對(duì)于任何給定 的旋轉(zhuǎn)速度，達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩所必需的氣隙不是恒定的。因此，傳統(tǒng)的固定氣隙電機(jī)典型地在 較窄的速度范圍上提供優(yōu)化的轉(zhuǎn)矩。此外，永磁電機(jī)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(back-EMF)取決于氣隙大小。在故障狀態(tài)期間， 該反電動(dòng)勢電壓可能足夠大以導(dǎo)致逆變器開關(guān)的失效。因此，希望在一定條件下增大氣隙 以降低反電動(dòng)勢，從而降低逆變器開關(guān)的電壓要求。因此，希望提供改進(jìn)的永磁電機(jī)，其具有優(yōu)化的轉(zhuǎn)矩特性。結(jié)合附圖和前述技術(shù)領(lǐng) 域和背景技術(shù)，通過下面的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求書，本發(fā)明另外的期望特征和特性將 變得明顯。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的永磁電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子、以及定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙，所述轉(zhuǎn) 子構(gòu)造成關(guān)于定子同軸旋轉(zhuǎn)并且具有聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子的多個(gè)永磁體，所述氣隙具有連續(xù)可 調(diào)的大小以優(yōu)化轉(zhuǎn)矩，降低反電動(dòng)勢等。本發(fā)明還提供了以下方案方案1. 一種永磁電機(jī)，包括定子；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成關(guān)于所述定子同軸旋轉(zhuǎn)并且具有聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子的多個(gè)永 磁體；以及所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間的氣隙；其中，所述氣隙的大小是連續(xù)可調(diào)的。方案2.如方案1所述的永磁電機(jī)，其特征在于，所述定子具有大致錐形的內(nèi)表面， 所述轉(zhuǎn)子具有大致錐形的外表面，所述氣隙由所述定子的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)子的外表面限定。方案3.如方案2所述的永磁電機(jī)，其特征在于，所述定子的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)子的 外表面均大致為圓錐形并且是同心的。方案4.如方案3所述的永磁電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成在所述定子內(nèi)軸 向平移。
方案5.如方案4所述的永磁電機(jī)，其特征在于，軸向平移與氣隙大小變化的比值在約2. 9和5. 75之間。方案6. —種用于永磁電機(jī)的定子，包括；限定外表面的多個(gè)表面安裝磁體；其中，所述外表面為大致錐形并且構(gòu)造成在匹配的轉(zhuǎn)子內(nèi)軸向平移。方案7.如方案6所述的定子，其特征在于，所述外表面為圓錐形。 方案8.如方案7所述的定子，其特征在于，所述外表面由圓錐體限定，所述圓錐體 具有的底與高的比在約0. 25到3. 0之間。方案9. 一種操作永磁電機(jī)的方法，包括提供定子；提供轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成關(guān)于所述定子同軸旋轉(zhuǎn)并且具有聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子的多 個(gè)永磁體，其中，所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間限定了氣隙；在旋轉(zhuǎn)期間調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子關(guān)于所述定子的位置以調(diào)節(jié)所述氣隙的大小。方案10.如方案9所述的方法，其特征在于，所述定子具有大致錐形的內(nèi)表面，所 述轉(zhuǎn)子具有大致錐形的外表面，所述氣隙由所述定子的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)子的外表面限定。方案11.如方案10所述的方法，其特征在于，所述定子的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)子的外 表面均大致為圓錐形并且是同心的。方案12.如方案11所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成在所述定子內(nèi)軸向 平移。方案13.如方案12所述的方法，其特征在于，軸向平移與氣隙大小變化的比值在 約2. 9和5. 75之間。方案14.如方案1所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)對(duì)所述永磁電機(jī)的屬性進(jìn)行監(jiān)控時(shí)， 在旋轉(zhuǎn)期間連續(xù)調(diào)節(jié)所述氣隙以優(yōu)化該屬性。方案15.如方案14所述的方法，其特征在于，所述屬性是轉(zhuǎn)矩。方案16.如方案1所述的方法，進(jìn)一步包括連續(xù)調(diào)節(jié)所述氣隙以最小化反電動(dòng)勢。


結(jié)合下面的附圖，通過參照詳細(xì)描述和權(quán)利要求，可更加全面地理解本發(fā)明。在全 部附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件。圖1是具有表面安裝磁體的典型永磁電機(jī)的總體軸向剖視圖；以及圖2和圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的永磁電機(jī)的概念性側(cè)視圖，其中示出了可變化的氣隙。
具體實(shí)施例方式下面的論述總體上涉及具有錐形或圓錐形定子(以及匹配的轉(zhuǎn)子)的永磁電機(jī)， 該定子能夠軸向移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)可變化的氣隙。在這點(diǎn)上，下面的詳細(xì)描述本質(zhì)上僅僅是示例 性的，并不試圖限制本發(fā)明或其應(yīng)用和用途。此外，沒有意圖通過前面的技術(shù)領(lǐng)域、背景技 術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或下面的詳細(xì)描述中出現(xiàn)的任何明示或暗示的理論來加以約束。為了簡潔起 見，涉及磁性、永磁電機(jī)、馬達(dá)等的常規(guī)技術(shù)和原理不需要并且不在本文中加以描述。
圖1示出了用于描述本發(fā)明的典型永磁電機(jī)100的軸向剖視圖?？傮w而言，轉(zhuǎn)子 120具有附接到其外部的永磁體組，并且轉(zhuǎn)子120構(gòu)造成關(guān)于定子110軸向旋轉(zhuǎn)，從而引起 軸130的旋轉(zhuǎn)。定子110和轉(zhuǎn)子120大體上是同心的，使得在它們之間形成氣隙115。參見圖2和圖3所示的側(cè)面剖視圖，根據(jù)本發(fā)明的永磁電機(jī)(或簡稱為“電 機(jī)”)100通常包括定子110和轉(zhuǎn)子120，轉(zhuǎn)子120構(gòu)造成關(guān)于定子110同軸旋轉(zhuǎn)并具有包含 在外表面內(nèi)的多個(gè)永磁體(未示出)。氣隙115形成在轉(zhuǎn)子120的外表面和定子110的內(nèi)表面之間。根據(jù)本發(fā)明，氣隙 115的大小是連續(xù)可調(diào)的，從而允許根據(jù)任何期望標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電機(jī)100的工作進(jìn)行優(yōu)化。定子110和轉(zhuǎn)子120的每一個(gè)均具有大致錐形的內(nèi)表面。也就是說，直徑沿z軸 (旋轉(zhuǎn)軸線102)單調(diào)增或單調(diào)減。在所示實(shí)施例中，定子110的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子120的外表 面均大致為圓錐形并且是同心的。因此，在這兩個(gè)表面之間形成了具有大小為屯的不變間 隙 115。如圖3所示，轉(zhuǎn)子120構(gòu)造成在定子110內(nèi)軸向平移(AX)，從而增大或減小氣隙 115 (例如，屯〉^)?？蛇x擇軸向平移與氣隙大小變化Ad的比值(即AX/AZ)以實(shí)現(xiàn)氣 隙值的任何期望的解(resolution)和范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，該比值在約2. 9和5. 75 之間。限定定子和轉(zhuǎn)子的圓錐體形狀可具有任何合適的底/高比，例如在約0. 25到3. 0之 間。間隙可在例如約0. 7mm到4. 0mm之間調(diào)節(jié)。由于氣隙115在旋轉(zhuǎn)期間是連續(xù)可調(diào)的，所以當(dāng)對(duì)永磁電機(jī)的屬性進(jìn)行監(jiān)控時(shí)可 在旋轉(zhuǎn)期間改變氣隙，從而允許對(duì)屬性進(jìn)行優(yōu)化。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于任何的特定條件， 可在例如最小化反電動(dòng)勢時(shí)最大化電機(jī)100的轉(zhuǎn)矩。這種調(diào)節(jié)可為開環(huán)的(設(shè)置特定的氣 隙大小以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)確定的扭矩)或閉環(huán)的(提供控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)連續(xù)地對(duì)特 性進(jìn)行監(jiān)控并且迭代地改變氣隙大小以優(yōu)化該特性)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述可調(diào)節(jié)的氣隙系統(tǒng)使得永磁電機(jī)具有非常期待的特性。例如， 通過根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度改變氣隙，可在任何給定的空間限制內(nèi)獲得更高的功率輸出。同時(shí)，隨著 氣隙增大，電動(dòng)勢(EMF)電壓降低。在故障狀態(tài)期間，此類電動(dòng)勢電壓會(huì)導(dǎo)致任何相關(guān)聯(lián)的 逆變器開關(guān)故障。因此，降低電動(dòng)勢電壓降低了逆變器開關(guān)的電壓要求。雖然在前面的詳細(xì)描述中已經(jīng)給出了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)意識(shí)到仍 然存在數(shù)量眾多的變化形式。還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到的是，本文所描述的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例 并不旨在以任何方式對(duì)本發(fā)明的范圍、應(yīng)用性或構(gòu)造進(jìn)行限制。前面的詳細(xì)描述為本領(lǐng)域 技術(shù)人員提供了用于實(shí)施所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方便且有啟發(fā)性的路徑圖。應(yīng)當(dāng)理解， 在不偏離本發(fā)明及其法律等同物的范圍的情況下，可對(duì)元件的功能和布置進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
一種永磁電機(jī)，包括定子；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成關(guān)于所述定子同軸旋轉(zhuǎn)并且具有聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子的多個(gè)永磁體；以及所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間的氣隙；其中，所述氣隙的大小是連續(xù)可調(diào)的。
2.如權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)，其特征在于，所述定子具有大致錐形的內(nèi)表面，所述 轉(zhuǎn)子具有大致錐形的外表面，所述氣隙由所述定子的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)子的外表面限定。
3.如權(quán)利要求2所述的永磁電機(jī)，其特征在于，所述定子的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)子的外表 面均大致為圓錐形并且是同心的。
4.如權(quán)利要求3所述的永磁電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成在所述定子內(nèi)軸向平移。
5.如權(quán)利要求4所述的永磁電機(jī)，其特征在于，軸向平移與氣隙大小變化的比值在約 2. 9禾口 5. 75之間。
6.一種用于永磁電機(jī)的定子，包括； 限定外表面的多個(gè)表面安裝磁體；其中，所述外表面為大致錐形并且構(gòu)造成在匹配的轉(zhuǎn)子內(nèi)軸向平移。
7.如權(quán)利要求6所述的定子，其特征在于，所述外表面為圓錐形。
8.如權(quán)利要求7所述的定子，其特征在于，所述外表面由圓錐體限定，所述圓錐體具有 的底與高的比在約0. 25到3. 0之間。
9.一種操作永磁電機(jī)的方法，包括 提供定子；提供轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成關(guān)于所述定子同軸旋轉(zhuǎn)并且具有聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子的多個(gè)永 磁體，其中，所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間限定了氣隙；在旋轉(zhuǎn)期間調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子關(guān)于所述定子的位置以調(diào)節(jié)所述氣隙的大小。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述定子具有大致錐形的內(nèi)表面，所述轉(zhuǎn) 子具有大致錐形的外表面，所述氣隙由所述定子的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)子的外表面限定。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有圓錐形定子的永磁電機(jī)。具體地，永磁電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子、以及定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成關(guān)于定子同軸旋轉(zhuǎn)并且具有連接到所述轉(zhuǎn)子的多個(gè)永磁體，所述氣隙具有連續(xù)可調(diào)的大小。可調(diào)節(jié)氣隙以在旋轉(zhuǎn)期間優(yōu)化扭矩，最小化反電動(dòng)勢或者優(yōu)化永磁電機(jī)的任何特性。
文檔編號(hào)H02K21/02GK101867274SQ20101016329
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者A·L··小麥格魯, A·M·埃爾-安塔布利, T·J·阿爾費(fèi)爾曼 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司;通用汽車有限責(zé)任公司