專(zhuān)利名稱(chēng)：電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)。
背景技術(shù)：
圖1示出了包括定子2以及永磁體轉(zhuǎn)子3的電機(jī)1。定子2包括纏繞有繞組5的定子芯部4。定子芯部4包括布置在轉(zhuǎn)子3的相對(duì)側(cè)面上的兩個(gè)磁極6、7。當(dāng)轉(zhuǎn)子3處在最大扭矩位置時(shí)，磁飽和發(fā)生在磁極6、7的邊沿處。為了避免磁飽和的出現(xiàn)，每一個(gè)磁極6、 7的邊沿可被增厚。但是，增加邊沿的厚度增加了定子繞組5的電感。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供了一種包括永磁體轉(zhuǎn)子以及定子的電機(jī)，所述定子包括多個(gè)磁極，每一個(gè)磁極都包括相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向的前沿以及后沿，前沿在和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向上較后沿要厚。通過(guò)引入前沿以及后沿，電機(jī)意圖是單向的。通過(guò)提供較厚的前沿，前沿處的飽和可被避免，或至少，飽和點(diǎn)被增大。因此，為流經(jīng)定子的磁通提供了較不受限的路徑。此外， 由于前沿在垂直于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的方向上較厚，沿轉(zhuǎn)子的方向?yàn)榱鹘?jīng)定子的磁通提供了較不受限的路徑。較薄的后沿這一設(shè)置減少了繞在定子上的繞組的電感。相應(yīng)地，可實(shí)現(xiàn)功率更大且更有效率的電機(jī)。每個(gè)磁極的前沿都有利地被倒角。通過(guò)對(duì)每個(gè)前沿進(jìn)行倒角，繞在定子上的繞組的電感被進(jìn)一步地降低。由于僅前沿的角部被倒角，仍然避免了前沿處的飽和，且因此沒(méi)有損失磁性能。每一個(gè)磁極優(yōu)選地包括極弧，其在前沿和后沿之間延伸。于是每一個(gè)前沿以及后沿可在極弧和磁極側(cè)面之間延伸。每一個(gè)磁極因此都在極弧的一側(cè)上較厚。有利地，每一個(gè)磁極對(duì)著至少130度的電角度。相應(yīng)地，磁極圍繞轉(zhuǎn)子的一大部分，并由此提供對(duì)轉(zhuǎn)子磁通的良好的捕獲能力。定子可包括至少一對(duì)的相對(duì)磁極。隔開(kāi)相對(duì)磁極的前沿的距離因此優(yōu)選地至少為隔開(kāi)后沿的距離。隔開(kāi)前沿的距離可和隔開(kāi)后沿的距離相同，以在磁極和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的空氣間隙。通過(guò)引入對(duì)稱(chēng)的空氣間隙，磁極對(duì)轉(zhuǎn)子磁通的捕獲能力因此可被增加，并由此提供增加了的反電勢(shì)，以及由此產(chǎn)生的更有效率的電機(jī)。但是，更優(yōu)選地，隔開(kāi)前沿的距離較隔開(kāi)后沿的距離要大。因此，轉(zhuǎn)子和每一個(gè)相對(duì)磁極的前沿之間的空氣間隙較轉(zhuǎn)子和后沿之間的空氣間隙要大。這可保證轉(zhuǎn)子在特定的位置?？?，在所述位置上轉(zhuǎn)子需要在啟動(dòng)時(shí)覆蓋更大的機(jī)械角度。通過(guò)覆蓋更大的機(jī)械角度，轉(zhuǎn)子在換向點(diǎn)產(chǎn)生了更大的動(dòng)量，并由此使啟動(dòng)變得更簡(jiǎn)單。有利地，每一個(gè)磁極具有磁極面，延伸遠(yuǎn)離磁極面的第一側(cè)面以及第二側(cè)面，以及形成在磁極面內(nèi)的極弧。于是每一個(gè)磁極的前沿都從極弧延伸至第一側(cè)面，而后沿都從極弧延伸至第二側(cè)面。于是至少在和磁極面相鄰的區(qū)域內(nèi)，將每一個(gè)磁極的極弧分隔成兩部分的中線(xiàn)和第一側(cè)面之間的距離理想地較中線(xiàn)和第二側(cè)面之間的距離要大。定子優(yōu)選地為C形，且包括被槽狀開(kāi)口隔開(kāi)的一對(duì)相對(duì)磁極。其因此具有的優(yōu)勢(shì)是將繞組經(jīng)由槽狀開(kāi)口纏繞在定子上較容易。此外，可實(shí)現(xiàn)繞組的高填充系數(shù)，這可隨后降低銅損失，并由此提高效率。此外，由于定子的總體方形或長(zhǎng)方形形狀，可通過(guò)沖壓板材制成定子的疊片，而幾乎不產(chǎn)生廢料。此處對(duì)C形定子芯部的引用應(yīng)該被理解為包括U形定子芯部。


為了使得本發(fā)明被更方便地靠理解，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中圖1示出了現(xiàn)有的電機(jī)；而圖2示出了如發(fā)明所述的電機(jī)；圖3示出了流經(jīng)位于最大扭矩位置的電機(jī)的磁極的磁通；且圖4示出了如本發(fā)明所述的替代電機(jī)。
具體實(shí)施例方式圖2中的電機(jī)10包括轉(zhuǎn)子11以及定子12。轉(zhuǎn)子11包括支撐在桿14上的兩極永磁體13，且定子12包括定子芯部15，其上纏繞有單相繞組16。定子芯部15為C形，且包括背部17，被槽狀開(kāi)口 20隔開(kāi)的一對(duì)磁極18、19，以及在背部17和磁極18、19之間延伸的一對(duì)頸部21、22。繞組16被纏繞在定子芯部15的頸部 21,22的每一個(gè)上，但也可相同地被纏繞在定子芯部15的背部17上。每一個(gè)磁極18、19都具有和轉(zhuǎn)子11相鄰的磁極面23，從磁極面23延伸遠(yuǎn)離的第一側(cè)面M以及第二相對(duì)側(cè)面25。每一個(gè)磁極面23都包括弧形凹陷部或極弧(pole arc) 26, 相對(duì)于轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)方向的前沿27以及后沿觀(guān)。前沿27在每一個(gè)磁極18、19的極弧沈和第一側(cè)面M之間延伸，而后沿28在每一個(gè)磁極18、19的極弧沈和第二側(cè)面25之間延伸。極弧沈因此在前沿27和后沿觀(guān)之間延伸。每一個(gè)磁極18、19的前沿27都較后沿28至少在垂直于轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)軸的方向上要厚。此外，每一個(gè)磁極17、18的前沿27都被倒角，即，由磁極面23以及每一個(gè)磁極18、 19的第一側(cè)面25限定的角部被倒角。兩個(gè)磁極18、19的極弧沈被略微錯(cuò)開(kāi)，以使得兩個(gè)磁極16、17的前沿27之間的距離較后沿26之間的距離要大。轉(zhuǎn)子11被支撐在定子芯部15的兩個(gè)磁極18、19之間。由于極弧沈的錯(cuò)開(kāi)，轉(zhuǎn)子 11和兩個(gè)磁極18、19中的每一個(gè)之間的空氣間隙是非對(duì)稱(chēng)的。特別地，轉(zhuǎn)子11和每一個(gè)磁極18、19的前沿27之間的空氣間隙較轉(zhuǎn)子11和后沿沈之間的空氣間隙要大。在電機(jī)10運(yùn)行時(shí)，繞組16被順序地激勵(lì)，以使得轉(zhuǎn)子11發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；在圖2和3中示出的特定實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子11被以順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。在如圖3中示出的最大扭矩位置，流經(jīng)磁極18、19的磁通在前沿27處集中(即，磁通密度在每一個(gè)磁極18、19的前沿27處最大)。通過(guò)具有較厚的前沿27，定子芯部15在前沿27處的飽和被避免，或至少，飽和點(diǎn)被增大。因此，為流經(jīng)定子12的磁通提供了較不受限的路徑，并由此獲得了更有效率的電機(jī)10。較薄的后沿28這一設(shè)置降低了定子繞組16的電感。在最大扭矩位置，流經(jīng)每一個(gè)后沿觀(guān)的磁通相對(duì)較小，且因此不發(fā)生在后沿觀(guān)處的飽和。由于極弧沈所對(duì)的角度不發(fā)生變化，每一個(gè)磁極18、19繼續(xù)從轉(zhuǎn)子11捕獲相同數(shù)量的磁通。因此，較薄的后沿觀(guān)這一設(shè)置降低了電感，而沒(méi)有造成任何磁性能的損失。通過(guò)對(duì)每一個(gè)磁極18、19的前沿27倒角，定子繞組16的電感被進(jìn)一步地降低。由于僅前沿27的角部被倒角，前沿27處的飽和繼續(xù)被避免。因此，沒(méi)有磁性能的損失。轉(zhuǎn)子11和磁極18、19中的每一個(gè)之間的不對(duì)稱(chēng)空氣間隙確保了轉(zhuǎn)子11停在其可被輕易地啟動(dòng)的位置。由于在后沿觀(guān)處的空氣間隙最小，轉(zhuǎn)子11需要在啟動(dòng)時(shí)，在換向之前覆蓋較大的機(jī)械角度。因此轉(zhuǎn)子在換向時(shí)具有較大的動(dòng)量，且因此使得啟動(dòng)更為容易。本發(fā)明因此提供了具有較低電感的定子12，其具有改進(jìn)了的磁性能。特別地，電感被減低，而沒(méi)有負(fù)面地影響磁飽和，或者捕獲轉(zhuǎn)子磁通的能力。這是通過(guò)為定子芯部15的磁極設(shè)定形狀，以使得每一個(gè)磁極18、19都具有較厚的前沿27以及較薄的后沿28。較薄的后沿觀(guān)降低了定子繞組16的電感，而較厚的前沿27確保了定子芯部15在磁極18、19處的飽和被避免，或者至少飽和點(diǎn)被增大。通過(guò)提供具有較低電感的定子12，電流可更迅速地被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入定子繞組16，并由此實(shí)現(xiàn)功率更大且更有效率的電機(jī)10。本發(fā)明中的電機(jī)10的缺點(diǎn)是上述的優(yōu)勢(shì)僅在以單一的方向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子11時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。對(duì)圖2和3中示出的實(shí)施例而言，每一個(gè)磁極18、19的前沿和后沿27、觀(guān)被布置為用于轉(zhuǎn)子11的順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。如果嘗試以逆時(shí)針?lè)较蝌?qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子11，則在最大扭矩位置，磁通密度在磁極18、19的后沿觀(guān)處最大。由于后沿觀(guān)較薄，定子芯部15的飽和很可能在邊沿觀(guān)處發(fā)生。本發(fā)明中的電機(jī)10因此僅旨在被以單一的方向驅(qū)動(dòng)。盡管圖2和3中示出的實(shí)施例中的前沿和后沿27J8被布置為適用于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，邊沿27、觀(guān)可被相同地布置(即，切換)為適用于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在上述的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子11和每一個(gè)磁極18、19之間的不對(duì)稱(chēng)空氣間隙是通過(guò)錯(cuò)開(kāi)兩個(gè)極弧26來(lái)實(shí)現(xiàn)的。不對(duì)稱(chēng)空氣間隙可替代地通過(guò)引入具有變化的曲率的極弧，或是通過(guò)引入臺(tái)階狀極弧而形成。替代地，不對(duì)稱(chēng)空氣間隙可完全地被忽略，此時(shí)轉(zhuǎn)子11的?？靠赏ㄟ^(guò)諸如小型永磁體的替代裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述的電機(jī)10是單相、兩極式電機(jī)；此外，定子芯部15為C形。但是，電機(jī)10可包括任意數(shù)量的磁極。此外，定子芯部10不必須為C形。通過(guò)示例的方式，圖4示出了兩個(gè)替代電機(jī)30、40，其中引入了如上所述的磁極構(gòu)造。電機(jī)30、40兩者都包括被定形為和以上所述的形狀不同的定子芯部31、41。每一個(gè)電機(jī)30、40的定子芯部31、41都包括環(huán)狀背部32、42，多個(gè)磁極33、43，以及多個(gè)在背部 32,42和磁極33、43之間徑向延伸的頸部34、44。兩個(gè)電機(jī)30、40都為單相的，其中繞組 35,45纏繞在定子芯部31、41的頸部34、44的每一個(gè)上。第一電機(jī)30包括兩極轉(zhuǎn)子36，且定子芯部31包括一對(duì)相對(duì)磁極33。而另一方面，第二電機(jī)40包括四極轉(zhuǎn)子46，且定子芯部41包括兩對(duì)相對(duì)磁極43。盡管電機(jī)1、30、40之間存在不同，定子芯部31、41仍然具有和以上參照?qǐng)D2和3時(shí)所描述的相同的磁極構(gòu)造。特別地，每一個(gè)磁極具有前沿37、47，后沿 38,48以及在前沿37、47和后沿38、48之間延伸的極弧39、49。此外，每一個(gè)33、43的前沿 37、47都較后沿38、48至少在垂直于轉(zhuǎn)子36、46的旋轉(zhuǎn)軸的方向上要厚。
盡管定子芯部不必須為C形，C形的定子芯部15仍然是具有優(yōu)勢(shì)的。特別地，通過(guò)位于磁極18、19之間的槽狀開(kāi)口 20將繞組16纏繞在定子芯部15上總體地較容易。此外，可實(shí)現(xiàn)繞組16的高填充因子，這可降低銅損失，并改進(jìn)電機(jī)效率。此外，由于定子芯部 15的總體方形形狀，可通過(guò)沖壓板材(例如，鋼材)來(lái)制成定子芯部疊片，而基本不產(chǎn)生廢料。為了避免定子芯部15在前沿27處的飽和，僅需要每一個(gè)磁極18、19的第一側(cè)面 24在和磁極面23鄰近的區(qū)域內(nèi)較厚。材料可因此從遠(yuǎn)離磁極面23的磁極19的第一側(cè)面 24(如圖2中虛線(xiàn)四所示)處被移除。這可因此具有減小定子芯部15的外部輪廓的優(yōu)勢(shì)， 從而使得定子芯部15更小更便宜。在上述的每一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)磁極18、19都對(duì)有至少130度電角度。相應(yīng)地， 磁極18、19包圍轉(zhuǎn)子11的一大部分，并由此捕獲轉(zhuǎn)子流量的一大部分。本發(fā)明提供了具有較低電感的定子，其具有改進(jìn)了磁性能。特別低，電感被降低， 而沒(méi)有影響磁飽和性能，或者捕獲轉(zhuǎn)子磁通的能力。因此，可實(shí)現(xiàn)功率更大且更有效率的電機(jī)。盡管此處已參照電動(dòng)機(jī)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，將被理解的是定子芯部可相同地構(gòu)成發(fā)電機(jī)或其他電機(jī)的一部分，以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)了的性能。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，其包括永磁體轉(zhuǎn)子和定子，所述定子包括多個(gè)磁極，每一個(gè)磁極都包括相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向的前沿和后沿，所述前沿在和所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向上較所述后沿要厚。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中所述每一個(gè)磁極的前沿都被倒角。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中所述每一個(gè)磁極都具有在所述前沿和所述后沿之間延伸的極弧。
4.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)，其中所述每一個(gè)磁極的前沿和后沿都在所述磁極的極弧和側(cè)面之間延伸。
5.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中所述定子包括一對(duì)相對(duì)的磁極，且將所述相對(duì)的磁極的所述前沿隔開(kāi)的距離至少為將所述后沿隔開(kāi)的距離。
6.如權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其中所述將所述前沿隔開(kāi)的距離大于所述將所述后沿隔開(kāi)的距離。
7.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中所述定子包括一對(duì)相對(duì)的磁極，且位于所述轉(zhuǎn)子和所述相對(duì)的磁極的每一個(gè)的所述前沿之間的空氣間隙大于位于所述轉(zhuǎn)子和所述后沿之間的空氣間隙。
8.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中所述每一個(gè)磁極都具有和所述轉(zhuǎn)子鄰近的磁極面，從所述磁極面延伸遠(yuǎn)離的第一側(cè)面和第二相對(duì)側(cè)面，以及形成于所述磁極面內(nèi)的極弧，且其中所述每一個(gè)磁極的前沿從所述極弧延伸至所述第一側(cè)面，而所述后沿從所述極弧延伸至所述第二側(cè)面。
9.如權(quán)利要求8所述的電機(jī)，其中在和所述磁極面相鄰的區(qū)域內(nèi)，將所述極弧二等分的中線(xiàn)和所述第一側(cè)面之間的距離較所述中線(xiàn)和第二側(cè)面之間的距離要大。
10.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中所述每一個(gè)磁極對(duì)著至少130度電角度。
11.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中所述定子為C形，且包括一對(duì)被槽狀開(kāi)口隔開(kāi)的相對(duì)磁極。
12.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中所述電機(jī)包括單相繞組。
全文摘要
一種電機(jī)(10)，其包括永磁體轉(zhuǎn)子(11)以及定子(12)。定子(12)包括多個(gè)磁極(18、19)，每個(gè)磁極包括相對(duì)于轉(zhuǎn)子(11)的旋轉(zhuǎn)方向的前沿(27)以及后沿(28)。每一個(gè)磁極(18、19)的前沿(27)沿垂直于轉(zhuǎn)子(11)的旋轉(zhuǎn)軸的方向較后沿(28)要厚。
文檔編號(hào)H02K21/18GK102342003SQ201080010535
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者A.克羅希爾, S.格里薩姆 申請(qǐng)人:戴森技術(shù)有限公司