專利名稱：電機-磁通的制作方法
電機-磁通本發(fā)明涉及包括定子和被旋轉(zhuǎn)支承以在定子中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的永磁電機。定子設置有纏繞上的線圈，且轉(zhuǎn)子設置有穿過定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙與線圈配合操作的永磁體。電機可以是電動機或發(fā)電機，且在眾多實施方式中為軸向磁通電機。本發(fā)明特別它涉及無軛鐵分段電樞機，下文稱為“Y型機”。
背景技術：
Woolmer和McCull0ch[l]說明了 Y型機的布局，討論了定子內(nèi)的還原鐵能提高轉(zhuǎn)矩密度這一優(yōu)勢。該Y型機包括一系列纏繞在線棒周圍的線圈，所述線圈圍繞定子沿周向間隔設置，理想的為軸向設置(即，平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線)。轉(zhuǎn)子具有兩個級，兩個極包括設置有面對定子的每個線圈的兩端的永磁體的盤。兩級的操作磁路均為經(jīng)過第一線圈進入轉(zhuǎn)子的第一級上的第一磁體；穿過轉(zhuǎn)子的背鐵到達第一級上的相鄰第二磁體；經(jīng)過定子的與第一線圈相鄰的第二線圈；進入轉(zhuǎn)子的第二級上的與第一級上第二磁體對準的第一磁體；穿過第二級的背鐵到達第二級上的與第一級上的第一磁體對準的第二磁體；以及經(jīng)過第一線圈完成回路。電機面臨的一個問題通常是提供足夠的冷卻。這是具有高轉(zhuǎn)矩密度的Y型機的一個特定問題，高轉(zhuǎn)矩下在線圈中產(chǎn)生大量熱量，并且這些熱量經(jīng)常是可采用的轉(zhuǎn)矩的限制因素，至少對于較長時間是如此。電機面臨的另一個問題通常是由嵌齒(cogging)引起的轉(zhuǎn)矩波動。這對Y型機來講又是一個特定問題，因為離散線圈不重疊并且事實上依靠磁分離，不僅依靠定子上的相鄰線圈之間的磁分離，而且依靠轉(zhuǎn)子上的相鄰磁體之間的磁分離。顯然通過在轉(zhuǎn)子上設置不同數(shù)量的永磁體并相對地在定子上提供不同數(shù)量的線圈，可一定程度上減輕該問題，但是因為磁體由于相鄰磁體之間的“嵌齒”與相鄰線圈之間的對應“嵌齒”嚙合而相互對準， 所以不可避免地會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。線圈與永磁體之間的磁性連接取決于通過線圈產(chǎn)生的(在發(fā)電機的情況下由磁體產(chǎn)生或電動機的情況下由線圈本身產(chǎn)生)強磁場，并且磁路中的磁導率應該盡
W0-A-2006/066740披露了一種Y型機，其包括具有內(nèi)部安裝定子線圈的圓柱形套筒的殼體，該套筒是中空的，冷卻介質(zhì)由此流通。然而，線圈嵌入在導熱材料中以將熱量帶到定子殼體。轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地旋轉(zhuǎn)支承在殼體中。定子線棒呈現(xiàn)為層壓狀，如也披露了 Y型機的GB-A-2379093和W0-A-03/094327中所述的那樣。US-A-6720688披露了一種Y型機，其中轉(zhuǎn)子用作葉片泵以使流體在由定子殼體限定的腔室內(nèi)循環(huán)，支撐在殼體內(nèi)的軸承上并承載轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸延伸穿過定子殼體。流體冷卻定子線圈。US-A-2005/0035676披露了另一種Y型機，其特別適用于車輪的無齒輪驅(qū)動。US-A-2007/0046124披露了一種Y型機，其中轉(zhuǎn)子具有兩排沿周向排列的永磁體和鐵磁性極片的交替區(qū)段。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供了一種電機，包括具有永磁體的轉(zhuǎn)子和具有線圈的定子，所述線圈纏繞在定子線棒上以穿過限定在轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙與磁鐵磁性相互作用，其中轉(zhuǎn)子具有各自布置在線棒兩端的兩個級，并且其中線棒具有在每個線棒的每端處的極靴，所述極靴將通過線棒的磁通與每個級上所述磁體相聯(lián)接，并且其中面對轉(zhuǎn)子的相同級的相鄰極靴之間具有高磁阻極靴間隙，并且轉(zhuǎn)子的每個級上的相鄰磁體之間具有高磁阻磁體間隙，其中極靴和磁體間隙相對于彼此對準，以使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時它們逐步接合，并且其中每個線圈的一側(cè)上的面對所述兩個級中的第一級的極靴相對于相應線圈的另一側(cè)上的面對所述兩個級中的第二級的極靴偏斜。承載極靴的線棒的兩端的相鄰極靴之間的所述極靴間隙可以穿過在轉(zhuǎn)子相對于定子的相同旋轉(zhuǎn)位置處的磁體間隙。即，從電機的軸向方向看，線棒的兩端處的極靴間隙限定X形，使得當穿過磁體間隙時兩端的極靴間隙組合掃過的區(qū)域與其中之一單獨掃過的區(qū)域相同。然而，不需要用這種方式，極靴間隙更能夠限定V形，由此，兩端的極靴間隙組合掃過的區(qū)域是每個極靴間隙單獨掃過的區(qū)域的2倍。在后一種情況中，雖然給定線棒上的線圈和轉(zhuǎn)子級上的磁體對是對準的，但是一端處的線圈在接合另一磁體之前先開始接合磁體對的第一磁體。優(yōu)選地，這種偏斜使得每個線棒的每端的高磁阻間隙的磁通方向不對準。優(yōu)選地，當從相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的軸向方向上看去，所述極靴是四邊的，內(nèi)側(cè)邊和外側(cè)邊為中心在所述旋轉(zhuǎn)軸線上的的圓的弧或切線，并且所述其他側(cè)邊為極靴的前緣和后緣，其中所述前緣和后緣為所述圓的其中一個的弦，該圓的與每個弦以及該圓相交的每個半徑與各個弦形成相同的角度。根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供了包括轉(zhuǎn)子和定子的軸向磁通電機，其中轉(zhuǎn)子具有旋轉(zhuǎn)軸線以及具有圍繞所述軸線在轉(zhuǎn)子的第一和第二級上沿周向間隔設置的永磁體，并且定子設置于所述級之間并且具有圍繞所述軸線設置的多個線圈，每個線圈纏繞在定子線棒上以穿過限定在轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙與磁體磁性相互作用，其中每個線棒在線棒每端具有極靴，所述極靴將通過線棒的磁通與每個級上的所述磁體相聯(lián)接，并且其中，面對每個級的極靴是一圈連接的極靴，以使得磁體經(jīng)歷連續(xù)磁阻，該連續(xù)磁阻根據(jù)轉(zhuǎn)子位置而至少90% 地恒定。90%是某種任意限制，表明很可能仍存在一些剩余的磁阻變化，但只是少量的。優(yōu)選地，連接極靴的所述圈在兩個整體環(huán)形部件上，一個環(huán)形部件包括定子的一些或所有線棒、這些線棒的一些部分或所有部分，且另一個環(huán)形部件包括定子的任何余下的線棒，或這些線棒的部分，在環(huán)形部件連接到一起以完成所述定子的構造之前，將所述線圈設置在線棒上。事實上，所述環(huán)形部件可以(優(yōu)選地)為在模具中從軟鐵顆粒壓制以形成軟鐵復合物。替換地，每個所述環(huán)形部件可以由層壓環(huán)形成，所述層壓環(huán)上已經(jīng)切割出限定所述線棒的插槽。當然，該層壓環(huán)的卷繞是圍繞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線的。在任何情況下，優(yōu)選地，環(huán)形部件是相同的。它們可以包括有助于所述環(huán)形部件的連接的界面。所述界面可以包括立柱和插座，其中，一個部件的每個線棒上的立柱與另一部件上的相面對線棒的插座接合。因此，在環(huán)形部件相同的情況下，它們可以配合以連接在一起，并且將界面布置成使得可完成這一配合。優(yōu)選地，在每個部件的每個極靴之間設置高磁阻間隙，所述間隙包括每個極靴之間連接的減薄。這些間隙防止線圈的磁短路，但是它們必然會在很小程度上損害平穩(wěn)的、無嵌齒的運行，從而折中方法是必要的。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種電機，其包括具有永磁體的轉(zhuǎn)子和具有線圈的定子，所述線圈纏繞在定子線棒上用于穿過限定在定子線棒之間的氣隙與磁體相互作用，其中線棒具有將通過線棒的磁通和所述磁體相聯(lián)接的極靴，且其中線棒和極靴互相獨立形成，每個線棒和極靴的至少一部分通過軟鐵顆粒模制而成，因此顆粒具有布置為橫切磁阻平面的短尺寸，并且裝配極靴和線棒，使得線棒的所述磁阻平面平行于線棒的縱向軸線，并且極靴的所述磁阻平面橫切所述縱向軸線。橫切所述磁阻平面的顆粒的短尺寸的對準使得每個磁阻平面具有最小磁阻。優(yōu)選地，至少線棒的所述顆粒具有單一縱向尺寸，并且所述顆粒也是對準的，以使它們的縱向尺寸平行于所述磁阻平面中的磁阻方向，線棒的所述磁阻方向平行于線棒的所述縱向軸線。 如果極靴的顆粒具有單一縱向尺寸，優(yōu)選地，當將線棒和極靴進行裝配時，所述磁阻方向相對于所述縱向軸線為徑向的。所述軟鐵顆粒的所述模制可以通過在橫切所述磁阻平面的方向上壓軋圓形軟鐵顆粒來進行，從而，將顆粒展平以形成所述短尺寸。替換地，所述模制可以是對已經(jīng)展平的顆粒進行，或者是對拉長的顆粒進行。在模制前可以應用磁場使拉長顆粒對準。模制包括成形。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子具有布置在線棒的兩端各布置一個的兩個級，以及將極靴設置在每個線棒的每端。優(yōu)選地，該電機是軸向磁通電機，并且將線棒布置為平行于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線。線棒可以包括鐵磁材料的軋制板，軋制板的卷的軸線布置為平行于所述縱向軸線。優(yōu)選地，軋制板本身在生產(chǎn)中沿著平行于其在線棒上卷繞的方向軋制，由此，材料的晶粒自身定向在最終的磁通方向上，即，平行于所述縱向軸線。所述卷可以圍繞成形的軟鐵壓制顆粒芯部設置，由此，線棒的垂直于所述縱向軸線的橫截面基本上呈梯形。替換地，所述卷可以是壓軋軟鐵顆粒的成形環(huán)狀物的芯部，由此，線棒的垂直于所述縱向軸線的橫截面基本上呈梯形。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了包括轉(zhuǎn)子和定子的軸向磁通電機，其中轉(zhuǎn)子具有旋轉(zhuǎn)軸線且具有圍繞所述軸線在轉(zhuǎn)子的第一和第二級上沿周向間隔布置的永磁體，以及定子設置在所述級之間并且具有圍繞所述軸線設置的多個線圈，每個線圈纏繞在定子線棒上以穿過限定在轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙與磁體磁性相互作用，其中每個轉(zhuǎn)子級包括其上設置有永磁體環(huán)形物的非鐵磁性承載件，永磁體的磁極性基本上平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線并且在相鄰磁體之間為交替的，相鄰磁體通過設置在遠離定子的磁體的背面上的鐵磁連接件聯(lián)接， 每個連接件在其與每個磁體的所述背面的中間區(qū)域相連處具有相對較低的磁化率，并且在其連接于相鄰磁體之間處具有相對較高的磁化率。
優(yōu)選地，所述連接件具有徑向側(cè)邊緣、在鄰接所述磁體的所述邊緣之間的平面、以及從所述邊緣升起并遠離所述平面并到達中央脊的側(cè)面(flank)。所述脊可以是平直的和三角形的或梯形的并且鄰接所述非鐵磁承載件。所述連接件在軸向視圖中可以是圓的截頭扇區(qū)。螺栓可以通過所述連接件將磁體連接到所述承載件。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了包括轉(zhuǎn)子和定子的軸向磁通電機，其中轉(zhuǎn)子具有旋轉(zhuǎn)軸線且具有圍繞所述軸線在轉(zhuǎn)子的第一和第二級上沿周向間隔布置的永磁體，以及定子設置在所述級之間并且具有圍繞所述軸線設置的多個線圈，每個線圈纏繞在定子線棒上以穿過限定在轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙與磁體磁性相互作用，其中每個轉(zhuǎn)子級包括其上設置有永磁體的環(huán)形物的非鐵磁承載件，永磁體的磁極性基本上相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線沿周向布置并且在相鄰磁體之間是交替的，相鄰磁體被鐵磁連接件分開，其中所述連接件限定相對于定子線圈的交替磁極。所述連接件是通過將軟磁復合材料壓制成期望形狀而制成的。在一實施方式中，電機包括具有永磁體的轉(zhuǎn)子和具有線圈的定子，所述線圈纏繞在定子線棒上以穿過限定在轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙與磁體相互作用，其中線棒和其上的線圈由定子殼體包圍，該定子殼體在氣隙之間延伸并限定包含有用于冷卻線圈的冷卻介質(zhì)的腔室。優(yōu)選地，該電機是軸向磁通電機，所述線棒圍繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線沿周向間隔設置， 并且優(yōu)選地，平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線，轉(zhuǎn)子包括兩個機，每個級均具有與線棒的每端相互作用的永磁體。所述定子殼體可以包括兩個環(huán)形板以及兩個圓柱形壁，環(huán)形板包括凹槽以將線棒定位在腔室內(nèi)。優(yōu)選地，定子殼體材料為非磁性并且為非傳導性的。然而，在環(huán)形板和圓柱形壁分離的情況下，所述圓柱形壁優(yōu)選地為鋁的并且所述環(huán)形板為塑料材料的。替換地，所述環(huán)形板可以與所述圓柱形壁形成為一體，在這種情況下圓柱形壁圍繞其圓周劃分開并沿著內(nèi)圓周接縫和外圓周接縫連接到一起。該劃分可以在中央限定兩個蛤殼。蛤殼可以是基本相同的，可能為“鏡”像的，以使得它們互相配合，并有助于在劃分區(qū)的接合處周圍的接縫焊接。 在這種情況下，蛤殼可以是塑料模制件。優(yōu)選地，所述環(huán)形板在線棒的端部處變薄以使線棒和轉(zhuǎn)子上的磁體之間的間隙最小化。優(yōu)選地，所述圓柱形壁為內(nèi)壁和外壁，所述外壁具有用以安裝電機的裝置，且所述內(nèi)壁包括用以安裝用于轉(zhuǎn)子的軸承的裝置。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子級均包括環(huán)形盤，其外緣安裝所述永磁，其內(nèi)緣連接到一起來包圍所述軸承。轉(zhuǎn)子級呈盤狀以增加其在徑向平面(即，垂直于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線，并且優(yōu)選地，還垂直于定子線棒的平面)內(nèi)的剛性。優(yōu)選地，定子殼體將磁體與所述線圈中產(chǎn)生的熱量隔離。優(yōu)選地，所述定子殼體包括用于供應和排放所述冷卻介質(zhì)的端口。冷卻流體可以通過電機底部附近的入口被泵送經(jīng)過電機，并從頂部附近的出口排出。流體可以圍繞線圈的外半徑和內(nèi)半徑流動，一些流體還在線圈之間流動。優(yōu)選地，由于設置在線圈和定子殼體間的阻擋物的原因，冷卻流體在外半徑與內(nèi)半徑之間來回多次流動，由此流體被限制在線圈之間。在線圈之間可以有兩次與八次之間的流體流動轉(zhuǎn)向。替換地，冷卻流體可以分開，一些流體從入口圍繞線圈的內(nèi)徑流動，其余的流體在外徑處反方向流動，一些流體還在線圈之間流動。優(yōu)選地，腔室內(nèi)襯有漆或樹脂涂層，所述漆或樹脂涂層電隔離腔室及其內(nèi)容物，以免于與冷卻介質(zhì)直接接觸。事實上，本發(fā)明提供了構造上述電機的方法，包括以下步驟裝配電機；用液體樹脂或漆填充腔室以潤濕腔室的所有內(nèi)表面且包括其內(nèi)容物在內(nèi)；去除樹脂而在腔室的內(nèi)表面上留下樹脂涂層；以及固化樹脂以在所述內(nèi)表面上形成電絕緣層。根據(jù)本發(fā)明其他方面，提供了包括前述一些或所有方面(其中它們并不互相排斥)的電機，這些組合對技術人員來說是明顯的。然而以下具體實施方式
說明可能包括或不包括上述不同方面，這被理解為并不重要。


以下將參考附圖進一步說明本發(fā)明實施方式，附圖中圖1是本發(fā)明主要(但不是專門)涉及的無軛鐵分段電樞機的示意性側(cè)視圖；圖2是圖1布置的透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一方面的電機的定子殼體和定子的透視分解圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一方面的定子的透視分解圖；圖5a、圖恥和圖5c分別是根據(jù)本發(fā)明一方面的定子的端視圖、圖fe中的線B-B 上的截面圖以及定子的透視圖；圖6a、圖6b、圖6c和圖6d分別為根據(jù)本發(fā)明一方面的定子線棒和極靴的分解透視圖、根據(jù)本發(fā)明該方面的線棒另一實施方式的端視圖、根據(jù)本發(fā)明該方面的線棒再一實施方式的端視圖、以及復合定子線棒和所產(chǎn)生的磁通路徑的透視圖；圖7、圖8和圖9分別是根據(jù)本發(fā)明一方面的電機的切割透視圖、剖面圖以及橫截面圖(后兩個視圖均在圖7的切割平面內(nèi))；圖10和圖Ila分別為圖9中的線10_10上的截面圖以及線11_11上的剖面圖；圖lib是對應于圖Ila的示意圖，但具有不同的冷卻劑流動布置；圖12和圖13分別為圖9中箭頭XII和XIII方向上的側(cè)視圖和端視圖；圖14a、圖14b和圖14c分別為根據(jù)本發(fā)明另一方面的轉(zhuǎn)子的磁性部分的透視圖、 圖14a中的插圖B的放大視圖、以及連接到非磁性基座的磁性部分的示意性側(cè)視圖；以及圖15a和圖1 為根據(jù)本發(fā)明再一方面的轉(zhuǎn)子的磁性部分的透視圖，以及連接到非磁性基座的磁性部分的示意性側(cè)視圖。
具體實施例方式圖1示意性地示出了無軛鐵分段電樞機10。電機10包括定子12和兩個轉(zhuǎn)子14a、 14b。定子12是繞轉(zhuǎn)子14a、14b的旋轉(zhuǎn)軸線20沿周向間隔開的分離定子線棒16的集合。 每個線棒16具有其自身的軸線16a，所述軸線設置為平行于旋轉(zhuǎn)軸線20。然而，這并非絕對必要的。在軸向磁通電機中，軸線16a實際上平行于旋轉(zhuǎn)軸線20。然而，軸線16a可以任何角度設置，甚至可相對于旋轉(zhuǎn)軸線20呈徑向地設置。以下討論關于軸向磁通電機，但不應理解為具有任何意義上的限制性，并且只要情況允許，本發(fā)明等同地適用于定子線棒16 的其他傾角。每個定子線棒的每端都設置有用于物理地限制線圈疊層22的極靴18a、18b，該線圈疊層22優(yōu)選為方形截面(或可能為矩形截面)的絕緣導線，以實現(xiàn)高填充因數(shù)。線圈22 連接到電路(未顯示)，該電路(在電動機的情況下)激勵線圈，以使得由線圈中流過的電流產(chǎn)生的合成磁場的磁極在相鄰定子線圈22中是相反的。兩個轉(zhuǎn)子14a、14b承載互相面對的永磁體Ma、Mb，定子線圈22位于所述永磁體之間。實際上，在軸向磁通電機中，轉(zhuǎn)子和其磁體是徑向設置的，但是在定子線棒傾斜時，它們隨后也發(fā)生傾斜。兩個氣隙^a、26b設置在各個極靴和磁體對18a/Ma、18b/24b之間。 具有圍繞旋轉(zhuǎn)軸線20間隔設置的偶數(shù)個線圈和磁體，優(yōu)選地，線圈和磁體數(shù)量不同，以使每個線圈不會全部同時在轉(zhuǎn)子相對于定子的相同旋轉(zhuǎn)位置處與對應的磁體對配準。這有助于減少嵌齒效應。在電動機(其為本發(fā)明主要涉及的)中，將上述電路布置為激勵線圈22，以使其極性交替，用于使線圈在不同時間與不同磁體對對準，從而使轉(zhuǎn)矩施加在轉(zhuǎn)子與定子之間。通常將轉(zhuǎn)子14a、14b連接在一起(例如，通過軸連接，未示出)，并且使其一起圍繞軸線20相對于定子12旋轉(zhuǎn)，定子一般是固定的(例如，固定在殼體中，未示出)。圖1示出了這種布置帶來的一個優(yōu)勢，其中磁路30是由兩個相鄰的定子線棒16和兩個磁體對Ma、24b提供的。因此，定子12不需要軛鐵，但是背鐵32a、32b對于每個轉(zhuǎn)子是需要的，以便聯(lián)接每個磁體Ma、Mb的背離各個線圈22的背面之間的磁通。因此，在電動機的情況下，通過對線圈22的適當激勵，可以促使轉(zhuǎn)子14繞著軸線 20旋轉(zhuǎn)。當然，在發(fā)電機的情況下，根據(jù)轉(zhuǎn)子14a、14b旋轉(zhuǎn)時在定子線棒16中引起的變化磁通，轉(zhuǎn)子14a、14b的旋轉(zhuǎn)可在定子線圈12中引起電流。然而，在任一種情況中，線圈22中都會產(chǎn)生熱量并且電機效率會降低，并且如果該熱量未清除，則電機的性能會受到限制。因此，本發(fā)明提出將定子線圈16包圍在延伸通過氣隙并被供以冷卻介質(zhì)的殼體中。參見圖3，其示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面的定子12a，其中定子線圈位于塑料材料蛤殼42a、42b之間。這些蛤殼具有外圓柱形壁44、內(nèi)圓柱形壁46、以及徑向設置的環(huán)形壁 48。環(huán)形壁48包括內(nèi)凹部50，以接收定子線棒16的極靴18a、18b，并用來在定子12a的兩個蛤殼殼體裝配在一起時定位定子線圈組件16、22、18a、18b。定子殼體42a、42b在內(nèi)側(cè)限定了線圈22的空間52并且還在M處在外側(cè)限定圍繞線圈22外側(cè)的空間。另外，在線圈之間具有空間56。雖然圖3中未示出，但是當裝配時，定子殼體42a、42b設置端口，所述端口允許將冷卻介質(zhì)(優(yōu)選為不導電的液體)泵送到空間52、54、56中，以圍繞線圈循環(huán)并冷卻線圈。實際上，優(yōu)選地，由于殼體由諸如[聚碳酸酯]的塑料材料或其他低導熱材料制成， 因此由線圈產(chǎn)生并傳導至極靴18a、18b中的熱量保留在殼體內(nèi)，并且不會傳輸?shù)教貏e容易受到熱影響的磁體Ma、Mb。用于蛤殼42a、42b的材料的選擇從某種程度上取決于設計工作溫度，如果該溫度低，則許多材料均適用，但是如果該溫度高，則諸如玻璃纖維增強塑料的耐熱材料是理想的。下文參考圖7至圖13進一步說明了本發(fā)明的冷卻布置。優(yōu)選的布置涉及上述電機構造，然后，當完成時，用可置位的液體樹脂或漆填充空間52、54、56 (包括線圈22)，所述液態(tài)樹脂或漆潤濕這些空間的所有內(nèi)表面。一旦樹脂有機會滲透每個空間，則它隨即就被從電機中排出，只在空間52、54、56限定的腔室內(nèi)留下涂覆有樹脂的表面。在排出之前，可以將腔室抽空，以使液體漆滲透到小的空間，尤其是滲透到線圈22的導線之間。當消除真空后，大氣壓力的恢復促使漆進入任何余下的未被占據(jù)的空間。實際上，漆優(yōu)選地為低粘性的，以使其能夠容易地滲透到狹小空間。在排出后，樹脂固化(或被固化)以形成將空間52、54、56與線圈22隔離的電絕緣層。通過這種方式，水可以用作冷卻介質(zhì)。本領域技術人員熟知合適的漆。再參見圖1和圖2，即使沒有相同數(shù)量的磁體Ma、24b和線圈22，該布置的內(nèi)在問題在于相鄰磁體之間的高磁阻氣隙25經(jīng)過定子線圈極靴18a、18b之間的對應氣隙27時發(fā)生的嵌齒效應。眾所周知，電機的線圈鐵芯通常是由鋼疊片制成的。鋼是優(yōu)良的磁場導體。因此它可提供低磁阻路徑且具有低磁滯損失。然而，鐵磁材料的問題在于它們通常還是電導體。因此，通過電導體的變化磁通會產(chǎn)生渦流電流。通過采用由絕緣體分隔開的疊片使渦流電流最小化，其中使絕緣體平行于期望的磁通方向，以使得橫向電流最小化。然而，一種新技術已經(jīng)取得了一些成功，它采用涂有絕緣物并模制成期望形狀的軟鐵顆粒(軟磁復合物-SMC)，所述軟鐵顆粒通過樹脂絕緣物粘合在一起。采用高壓壓實工藝將組成部分模制成復雜形狀，能夠產(chǎn)生具有極佳形狀因數(shù)的三維磁通圖案，并使得能采用高填充因數(shù)繞組，其直接纏繞在SMC齒上。參見圖4，它示出了根據(jù)本發(fā)明第二方面的定子12b。這尤其適合于低成本布置定子布置。該定子具有由兩個(優(yōu)選為相同的)部件75a、7^形成的整體式棒16’。 每個部件為具有直立線棒部分78的環(huán)狀物76。線棒部分可以具有在面對的界面81上的交替的立柱80和凹部82，這樣，當定向為互相面對時，兩個相同的部件75a、7^可以配合在一起，其中立柱80進入其他部件的凹部82中。兩個部件可以粘合在一起。然而，在裝配前，預先纏繞的線圈22 (在圖4中示意性地以實心環(huán)示出)定位在一個部件75a、75b的線棒部分78上，從而當部件75a、7^和線圈22連接在一起時，其完成了定子12b磁性部分的組件。圖4所示布置的優(yōu)勢在于定子每側(cè)上的面對環(huán)狀物76的磁體永遠不會存在有在相鄰定子線圈22之間的氣隙。因此，上述固有的嵌齒問題可以消除或至少可以減輕-磁體經(jīng)歷連續(xù)的磁阻，該磁阻作為轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)幾乎是恒定的。然而，相鄰線圈之間的磁性連接將受到阻礙，從而使得電路磁通路徑短路并且降低了電動機的效率。因此，環(huán)狀物76在每個線棒部分78之間的84處變薄，從而降低了磁性短路的幾率。然而，通過在每個定子線圈之間提供高磁阻間隙84，會減輕整個金屬面76的抗嵌齒效應。因此，電動機平穩(wěn)運行與其效率之間可以達到平衡。然而，存在在一最佳位置，在此位置處，嵌齒效應最小化到基本不會嚴重損壞電動機效率的程度。本實施方式的優(yōu)勢在于其潛在的低制造成本。有利的是，部件75a、7^是由SMC材料構造，每個部件在單個模具中壓制。然而， 部件的簡單形狀還允許它們能夠通過纏繞疊片(具有在旋轉(zhuǎn)軸線20上的纏繞軸線)的單個環(huán)狀物制造而成，其中用剪鉗在相鄰線棒部分78之間切割出插槽83。最后，可以采用參考圖2和圖3的上述布置來實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點，其中極靴18和線棒16不是構造成單個環(huán)狀物，而是各自獨立構造。在這種情況下，極靴的大小構造為使得它們設置在電動機上時互相接觸，從而減少了嵌齒效應。在圖fe和圖恥中示出的定子12c的替代布置也減少了嵌齒效應，但不影響電機效率。此處，每個定子線棒16設置有其自身的極靴18，從而使它們之間具有由此產(chǎn)生的氣隙27a。通常，這會引起上述嵌齒效應。然而，在此處，氣隙27a相對于徑向方向以角度Ci1
11傾斜，極靴的至少一側(cè)18j以該角度傾斜，所討論的半徑穿過極靴的底角18g。極靴的另一側(cè)18h以不同于α工的角度α 2傾斜，差異取決于氣隙27a的寬度。盡管如此，α工和α 2的平均值在1°與45°之間，適宜地，對于所示數(shù)量的磁極片，為約10°。將角度選取為使嵌齒轉(zhuǎn)矩最小化，使得在不為任何具體電機帶來過分負擔的情況下技術人員能夠確定該嵌齒轉(zhuǎn)矩。如上述實施方式所示，定子線棒16為梯形，帶有圓角，且線圈22同樣也為梯形，其由圍繞線棒16形成的芯成形。它們相對于旋轉(zhuǎn)軸線20對稱設置。這表示在對角18d、18f處， 線圈22延伸超出極靴18的末端。然而，至少在外緣18e處，極靴與相鄰極靴的線圈22有小程度的重疊。尾角18g至少與其自身的定子線棒16的線圈22重疊。圖5中右邊以虛線示出氣隙27' a，其位于定子12c的相對側(cè)、其極靴的底角 18' g完全可見。因此，可以看見，兩個氣隙27a、27' a沿著軸向方向只在小的菱形區(qū)域 27b內(nèi)重疊。假設轉(zhuǎn)子上的磁體之間的高磁阻氣隙25為徑向的，則極靴傾斜的效果為與兩個間隙都為徑向的情況相比，從特定定子線圈的角度來看，從一個磁體到另一磁體的過渡會延展經(jīng)過轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)的一圈的較寬弧度。當然，傾斜磁氣隙25同樣可行并且能取得相同的效果。即，極靴氣隙27可以為徑向的(如上述參考圖1至圖3的實施方式中所描述的那樣)，其中磁體間隙相對于每個轉(zhuǎn)子14a、14b相對地傾斜。然而，磁體布置設置為這種特殊形狀成本昂貴，并且不在本發(fā)明的范圍內(nèi)。定子極靴優(yōu)選為容易成形的壓制部件，并且它們可以設計為僅僅在定子線圈線棒的每端轉(zhuǎn)動的單一部件以提供相反方向的傾斜。然而，可以布置定子極靴和轉(zhuǎn)子磁體二者的傾斜的組合。在任何情況下，期望的是，過渡弧度(以角度β示出，為兩極靴氣隙27a、 27' a圓周界限之間相對界定的角度)等于約、和α 2的總和的一半。當然，需要達到一個平衡，因為從一個磁體到另一個的過渡表示轉(zhuǎn)矩降低區(qū)域，因此延展該區(qū)域必然會使扭矩集中愛過渡區(qū)之間。還應注意的是，圍繞極靴18的整個周界并且在1 處，極靴向外倒角。這有助于將來自極靴18的區(qū)域外的磁通朝向磁體Ma、24b集中。實際上，在本發(fā)明的一方面中，圖6a至圖6d中的布置中解決了將定子線棒和極靴的材料在磁通方向上的磁阻最小化的問題。因此，雖然SMC材料非常適合(如上參考圖4 所討論的)，但應該注意的是，盡管所涂覆的軟鐵顆粒具有降低渦電流以及通常在所有方向上均具有低磁阻的能力，但它們沒有最好的，也就是說，可能的最小磁阻，該可能的最小磁阻仍然處在疊片區(qū)域內(nèi)，至少處在疊片平面內(nèi)或疊片方向中。在這一方面，本發(fā)明提出用這樣的顆粒構造定子線棒16和極靴18，但是要將這些顆粒布置為具有低磁阻的優(yōu)先方向或至少低磁阻的優(yōu)先平面，該低磁阻優(yōu)選地為比這種顆粒正常提供的磁阻要低。在線棒16的情況中，該優(yōu)先方向在平行于軸線16a的平面內(nèi)。在極靴18的情況中，期望將最小磁阻布置在垂直于縱向軸線16a的平面內(nèi)。這可以用幾種方式設置，雖然基本原理為單獨構造線棒16和極靴18(如圖6a所示)以及它們隨后的裝配。因此，圖6a的線棒16是由涂有絕緣物的圓軟鐵顆粒制成。這些顆粒在放入模具中之前首先展平成盤狀部件，并最終被壓制在一起。布置模具使得顆粒的壓制方向以及其在壓制之前的初始分布是這樣的使得顆粒的主要尺寸處于平行于軸線16a的平面內(nèi)。盡管只是部分地，但這可能是最容易實現(xiàn)的，即，通過從模具中基本上為圓形的顆粒開始，并且沿著垂直于軸線16a的方向?qū)㈩w粒壓制在一起來實現(xiàn)。例如，在箭頭A所指方向上向上壓制顆粒不僅能在正交于方向A的平面內(nèi)展平這些顆粒，而且也易于在箭頭B所指方向上延伸顆粒。然而，理想地，將顆粒拉長，并且以其長軸平行于軸線16a的方式將顆粒布置在模具中。這可以通過采用磁場對準顆粒來實現(xiàn)。在那種情況下，部件的最小磁通的線不是剛好在平行于軸線16a的平面中，實際上而是位于那個特定方向上。在另一方面，優(yōu)選地，通過在平行于軸線16a的方向上壓制圓顆粒來制成極靴18， 使得在壓實過程中，這些顆粒在垂直于軸線16a的平面內(nèi)橫向延展。當極靴18和線棒16 裝配在一起時，磁通因此可以沿著縱向軸線16a的方向以最小磁阻通過線棒16，并且不僅沿著軸線16的方向從線棒的端部16d離開線棒16以直接進入氣隙^a J6b，而且還正交地進入極靴周界18c (如圖6d中指示的磁通箭頭所示)。在優(yōu)選布置中，定子線棒16還包括層壓卷，其可以改進最小磁阻的方向性偏壓。 因此，在圖6b中，絕緣物涂覆鋼材的卷90布置在模具(未示出)中，其中所述卷的軸線平行于待形成的線棒16b的(最終)軸線16a。然后以在層壓卷周圍壓制且壓實的顆粒填充模具，以使得顆粒的最小磁阻平面平行于軸線16a。這些顆粒環(huán)繞卷90，并為線棒提供所需的梯形截面?！N替換的構造是形成具有平行于軸線16a的至少一個最小磁阻平面的壓制軟鐵顆粒的梯形芯部92。然后圍繞芯部92纏繞層壓卷94，并使定子線棒16c具有期望的外部截面形狀。圖6b和圖6c中的兩個線棒16b、16c各自均具有平行于軸線16a的最小磁阻的優(yōu)先方向。通過壓軋軟鐵顆粒形成的頸環(huán)18c具有垂直于軸線16a的最小磁阻平面。裝配時， 線棒和頸環(huán)導致一個具有極低磁阻并定向優(yōu)化的定子鐵芯。參考示出了電動機100的具體構造的圖7至圖13進一步說明本發(fā)明。此外，雖然說明了電動機，但是應該理解，所述原理還直接適用于發(fā)電機。實際上，電動機100是螺接在一起的兩個電動機分段100a、100b。每個電動機分段IOOaUOOb均具有帶有徑向平面端面104a、b的管狀殼體l(^a、102b，由此，幾個殼體102可以通過穿過圍繞殼體102a、10 布置的突起部108的螺栓和螺母106來首尾相連地螺接在一起。實際上，電動機100可以 (例如)使用用作安裝凸緣的凸起部108來安裝在車輛中。盡管螺接在一起并為成復合電動機100，但是每個電動機分段IOOaUOOb互相獨立(下文將進一步說明)，并且每個電動機分段可以如電動機管理系統(tǒng)(此處未進一步說明)所要求那樣由其自身速度和轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動。然而，如下文還將進一步闡釋的，電動機分段10h、102b能夠連接到單一輸出驅(qū)動，從而使可用輸出轉(zhuǎn)矩加倍。實際上，對能夠疊放在一起的電動機分段的數(shù)量沒有限制。因此，每個電動機分段100a、IOOb均具有帶有多個定子線圈122的定子112，其中定子線圈122安裝在具有極靴118a、118b的定子線棒116上。線圈122繞轉(zhuǎn)子軸線120 沿周向間隔設置(如圖10所示)，并且圖10中的電動機有18個線圈。每個定子線圈極靴 118a、b被接收在環(huán)形非導電、非磁性的蛤殼14h、142b的凹部150中。蛤殼圍繞其外周界 143a、143b固定到電動機殼體102aU02b的內(nèi)凸緣144a、144b。環(huán)形蛤殼14h、142b的內(nèi)邊緣145a、14 安裝在基本上為管狀的內(nèi)定子殼體146 的凸緣147a、147b上。應該注意的是，內(nèi)定子殼體部件146與蛤殼142a、142b和電動機殼體102 —起完整構成了其中設置定子線圈的環(huán)形腔室152。
參見圖11，電動機殼體102設置具有冷卻介質(zhì)入口 156的端口凸起部154。屏障 158在腔室152內(nèi)設置在第一線圈與殼體102、146之間，以將該腔室152劃分成兩個平行的環(huán)狀通道15h、152b。每個環(huán)形通道都配有其自身各自的入口端口 156的分支156a、156b。 平行通道15h、152b通過由其間具有間隙155的線圈122分開。因此，在通道15加、152b 中循環(huán)的冷卻介質(zhì)可以穿越線圈122的整個周界，并圍繞其循環(huán)。完成圍繞發(fā)電機的回路 (反向流動，應該注意到，這將會促進穿過氣隙巧5的和氣隙155之間的湍流)之后，冷卻介質(zhì)通過出口 160a、160b流出端口凸起部154。所述出口在端口 160處匯合(參見圖幻并將冷卻介質(zhì)返回到其從之而來的泵和熱交換器(都未示出)?？蛇x方式也相當可行1)將冷卻流體直接泵送通過電機，其中入口在電機底部附近，出口靠近頂部。流體可以圍繞線圈的外半徑和內(nèi)半徑流動，一些流體還在線圈之間流動。這是最容易實施但可能是最低效的的冷卻路徑；2)迫使冷卻流體在電動機周圍鋸齒形地前行，并在內(nèi)半徑與外半徑之間移動2次至8次(通過設置在線圈和定子殼體102、146之間的阻擋物(block))，以迫使流體進入線圈之間，這里通常為電機的最熱部分；3)冷卻流可以分開(如上所述)，其中一些冷卻流圍繞線圈內(nèi)徑流動，剩下的冷卻流在外徑處沿反方向流動。一些冷卻流還會在線圈之間流動；以及4)在特別優(yōu)選布置中，冷卻流如lib所示，其中設置了一個入口 156'和一個出口 160'，阻擋物158設置在入口與出口之間的線圈12 的兩側(cè)上。租的那個屋158b周期性地在電機周圍設置，第一個阻擋物(158bl)和最后一個阻擋物(158b2)在線圈122b、122c 的外側(cè)上，其間的至少一個阻擋物158c在線圈122d內(nèi)側(cè)上。通過這種布置，冷卻流進入入口 156并開始圍繞電機外側(cè)流動，但是其被第一阻擋物158bl引導以轉(zhuǎn)向到居間線圈122d 中的不同線圈之間的腔室152內(nèi)側(cè)。冷卻流從該處繼續(xù)圍繞電機循環(huán)，但被阻擋物158c強制轉(zhuǎn)向回到腔室外部。還是圍繞電機，阻擋物15油2迫使轉(zhuǎn)向回到內(nèi)側(cè)，并且最終，為了使冷卻流通過出口 160離開電機，阻擋物158a最后一次迫使轉(zhuǎn)向回到外部。在圖lib中，總共有4次轉(zhuǎn)向。然而，可能出現(xiàn)任何偶數(shù)次轉(zhuǎn)向，或者，如果入口和出口的其中之一布置在電機外側(cè)(如圖所示)且另一個布置在電機內(nèi)側(cè)(未示出)，則甚至奇數(shù)次轉(zhuǎn)向也是可能的。參見圖8和9，內(nèi)定子殼體146具有中央內(nèi)凸緣162，該凸緣的兩側(cè)上設置有軸承 164a、164b。軸承164a、164b用于安裝轉(zhuǎn)子114a、114b。轉(zhuǎn)子穿過內(nèi)凸緣166a、166b連接到一起。這些呈管狀并且設置有間隔凸起部168以接收將兩個轉(zhuǎn)子114a、114b連接到一起的螺母和螺栓170。因此，轉(zhuǎn)子lHa、114b實質(zhì)上是單一整體結構。盤形翼17加、172b從圓柱形凸緣166a、166b延伸并終止于環(huán)形部17^、174b中，所述環(huán)形部上安裝磁體12^、lMb。 實際上，延伸174a、174b優(yōu)選地設置有用以接收磁體并對牢固定位磁體的凹部176。磁體lMa、124b與蛤殼14^i、142b之間的為氣隙126a、U6b。如在電動機技術中應該很好理解的，氣隙應該盡可能小以降低磁路的磁阻。然而，參考圖7至圖13所說明的電動機布置允許根據(jù)在電動機IOOaUOOb的裝配中必須適應的小制造公差來設計非常窄的氣隙。因為軸承164a、164b表示空轉(zhuǎn)的重要來源，所以轉(zhuǎn)子適合對軸承施加預應力，其中該預應力受設置在轉(zhuǎn)子之間的隔片180限制。當然，可以打磨隔片的軸向尺寸以確保緊密配合。然而，除了軸承，還有相對較少的其它他部件，這些部件的公差疊加起來從而需要較大的氣隙。當然，這種部件的其中之一為定子112本身，對此，內(nèi)定子殼體146的凸緣147a、 147b以及相關凸緣lMa、144b的尺寸以及蛤殼14h、142b的尺寸對于確?？赡艿淖钚庀禪6a、126b極為重要，盡管存在由包括在其中的蛤殼形成的壁。另外，明顯的是，轉(zhuǎn)子中的任何應力都將導致定子112必須適應的扭轉(zhuǎn)(即，圍繞垂直于旋轉(zhuǎn)軸線120的軸線、或在沿該方向的線性應力中)。然而，跨越腔室152的一系列定子線棒和極靴在腔室152內(nèi)提供重要的對角加固，從而使得內(nèi)殼體146在軸向方向上非常穩(wěn)固。另外，直接在定子112中安裝轉(zhuǎn)子114的構想還會產(chǎn)生另外兩個有益效果。第一個有益效果與設計電動機的一般原理相關，該一般原理要求將磁體IM和線圈122設置為盡可能遠離旋轉(zhuǎn)軸線120，以使得作用于線圈和磁體之間的磁致伸縮力轉(zhuǎn)化為圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的最大轉(zhuǎn)矩。然而，這意味著，如果轉(zhuǎn)子相對于定子固定在不比磁體/線圈的半徑小很多的距離處，則轉(zhuǎn)子在這個距離范圍內(nèi)必然非常剛硬。通過將轉(zhuǎn)子直接安裝在定子上，可以縮短該距離，因此轉(zhuǎn)子不必如此剛硬。替換地，氣隙可以更小。第二個有利效果為，通過使用變換為管狀體166的盤狀環(huán)形物172連接轉(zhuǎn)子，為磁通創(chuàng)建了另一個返回路徑30'(參見圖8)。至少，在轉(zhuǎn)子是由鐵磁材料制成的情況下是這樣的。該額外的磁通路徑是有利的，因為它降低了對磁通將其自身限制在磁體之間的凸緣174中的周向方向上的要求，而且允許針對每個磁體-線圈-磁體回路的替代的返回路徑。從而降低了磁路的整體磁阻。應該理解的是，由磁體應用到每個轉(zhuǎn)子的軸向力很重要，并且該軸向力隨著氣隙的減小而增加，并且可以達到每個轉(zhuǎn)子7500N的等級。作為結果，轉(zhuǎn)子的軸向支撐極其重要，并且因此定子與轉(zhuǎn)子之間的軸承需要為此軸向力提供強大且穩(wěn)定的反作用。如果轉(zhuǎn)子正確地位于定子的兩側(cè)上，則存在為零的凈軸向力，但是要實現(xiàn)這一目標，要求緊湊的構造公差和結實的軸承組件。然而，如此處所說明的，通過將轉(zhuǎn)子直接安裝在定子內(nèi)，則可以在合理的成本范圍內(nèi)達到這一精確度。從這點上看軸承在其上軸向地安置并定位的凸緣162 很關鍵。事實上，參見圖8和11，根據(jù)本發(fā)明一方面的電機實施方式存在一些幾何特征。如上所述，線圈112具有外徑&。對此，它表示包圍所有線圈的最小圓的半徑。同樣地，線圈 112具有內(nèi)半徑札，其相應地為配合在所有線圈的邊界內(nèi)的最大圓的半徑。明顯地，線圈布置在圍繞轉(zhuǎn)子軸線120的圓內(nèi)，但那不是絕對要求。然而，軸承16a、16b的半徑r(此處為剛好與軸承的滾動構件的最里面部分接觸的圓的半徑)布置為盡可能地大，并且優(yōu)選為按照以下表達式與定子半徑隊相關r = Ii^R1其中Ii1的值在0.5與0.9之間。事實上，線圈具有徑向延度(C1)和周向延度(C2)，其中C1 = R2-R1。雖然周向延度可以為任何延伸區(qū)域，但它定義為相鄰線圈之間的中心在轉(zhuǎn)子軸線 120上的中心距(centre-to-centre)弧。然而，一個適宜的電動機具有如下關系R1 = k2*R2 ；以及C1 = k3*C2其中，k2在0. 5與0. 8之間，以及k3在0. 75與2. 0之間。實際上，還可以進一步采用這樣的關系
r = k*&，其中k = Κ*1 2。k的值優(yōu)選地在0. 3與0. 6之間，并且在適當?shù)牟贾弥锌梢詾榧s0. 45。雖然軸承164a、164b示為具有其自身的軸承圈的球軸承，但是設計允許軸承表面在內(nèi)定子殼體146和圓柱形凸緣166的各自截頭圓錐形或圓柱形表面上形成，并且對于限制于保持架的圓錐滾柱軸承而言，軸承表面形成在它們之間。這使得能實現(xiàn)更緊湊的公差。 如上所示，轉(zhuǎn)子部件可由諸如鋼的鐵磁材料構造，并且可以按要求進行鑄造或鍛造并機加工。然而，內(nèi)定子殼體146(以及，事實上電動機殼體10 可以方便地由諸如鋁(合金)的非磁性材料鑄造而成。然而，鋁甚至能夠具有硬化的軸承表面。在這種情況下，不采用凸緣 162。在任何情況下，本設計允許以最低生產(chǎn)成本維持1.0mm(士0.1mm)等級的氣隙。如上所述，兩個電動機IOOaUOOb是獨立的。轉(zhuǎn)子114未互相連接。然而，通過在轉(zhuǎn)子之間設置適當?shù)母羝?，并延伸螺?70以使其穿過兩個轉(zhuǎn)子，互相連接顯然是可能的。事實上，任何情況都不能阻止串聯(lián)地添加另外的電動機，這樣能夠串聯(lián)地采用三個或更多個電動機。如附圖中可見，復合電動機的側(cè)面通過壓配合在電動機殼體102的內(nèi)圓柱形延伸物102c、102d內(nèi)部的蓋178來封閉。所述蓋為蝶形壓制件并且壓配合在延伸部102c、 102d內(nèi)部，其他固定方法也是可能的。這些蓋具有電動機輸出190延伸穿過的中央開口。輸出190包括任何適當?shù)牟考?，并且可以為軸。在此處，該部件示為標準驅(qū)動凸起部，其具有用于接收具有三葉軛鐵的軸(未示出)的三角杯192。通常在蓋178和輪轂190 之間設置密封(未示出)以隔離電動機100的內(nèi)部環(huán)境。輪轂190通過環(huán)形盤194連接到轉(zhuǎn)子114。環(huán)形盤194通過螺栓和螺母170固定至轉(zhuǎn)子114，并通過輪轂190中的孔196中的螺栓(未示出)固定至輪轂190。事實上，直接將轉(zhuǎn)子安裝到定子上的一方面為，在不干擾電動機設計的情況下的輸出配置是可能的。因此，無軸的布局允許多種輸出配置，包括·汽車“等速”(CV)聯(lián)合殼體；·花鍵軸(公軸或母軸)；以及·具有任何孔模式的平驅(qū)動板。在一個應用中，其中特別設計圖7至圖13所示的電動機100，該電動機布置為驅(qū)動兩個車輪。在多軸車輛中，可布置另一電動機以驅(qū)動其他車輪對。電動機可以布置在車輪之間的基本中央位置處，其中驅(qū)動軸從兩個驅(qū)動輪轂190a、190b中的每一個延伸。將不需要任何差速器，因為每個電動機分段可以以恒定轉(zhuǎn)矩被獨立驅(qū)動。這樣布置的電機既可以用作電動機又可以用作發(fā)電機來運行，特別是在混合動力車中，當然至少是在采用再生制動的情況下。從上述說明中已明顯可見，蓋178只是用作防塵器并且保護電機100的內(nèi)部部件。 所述蓋具有很少的結構作用，如果存在這種作用的話。固定裝置(諸如電機設置在其中的車輛)與輸出之間的結構連接如下。固定裝置連接到電動機殼體。電動機殼體結構上地安裝定子。定子結構上地(但是也旋轉(zhuǎn)地)安裝轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子結構上地安裝輸出，所述輸出不通過電動機殼體進行結構上地支撐。在此處，術語“結構上地”的意義是指對于所討論的部件該安裝是主要的或唯一的安裝。在眾多已知方案中，例如，殼體安裝定子，并且還(旋轉(zhuǎn)地)安裝轉(zhuǎn)子。因此可以提出用定子安裝轉(zhuǎn)子。然而，這種安裝只是伴隨發(fā)生的，并不是此處所述的通過所討論的部件的基本上專有的機構進行的結構安裝。當然，從這點上看，設置在蓋178與輪轂190之間的密封既沒有將輪轂“安裝”在蓋上(更不用說結構上地安裝)， 也不會干擾通過轉(zhuǎn)子和定子的機構實現(xiàn)的輪轂在殼體內(nèi)的基礎結構安裝?？梢钥闯?，通過在距離旋轉(zhuǎn)軸線一定距離處直接將轉(zhuǎn)子安裝在定子上，能夠在轉(zhuǎn)子內(nèi)建立基本上中空的空間。根據(jù)實際應用情況，提供了將齒輪箱，尤其是行星齒輪箱，設置在電動機內(nèi)的可能性。從某些程度上來講，在具有本設計電機的眾多情況下，齒輪箱并不是必需的，因為管理線圈所需的電子器件能夠使電機在寬速度范圍上以基本上恒定的最大轉(zhuǎn)矩(基本只受冷卻限度的影響)運行，例如，每個電動機分段轉(zhuǎn)矩為500Nm，超過3000rpm 的旋轉(zhuǎn)速度是可行的。然而，該選擇無疑是可用的。該布置還具有便于串聯(lián)電機的互連的優(yōu)點，因為不要求像轉(zhuǎn)子支撐在固定在殼體中的軸承中的通常情況一樣，去干擾轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)的軸頸布置。顯然，有些方面是需要討論的，關于定子從哪開始，以及定子在其中固定的殼體在哪終止。事實上，就電動機而言，本發(fā)明提供下列非排他性選項列表(a)具有花鍵輸出的單個500Nm的分段；(b)兩個獨立控制的500Nm的分段，每個分段均具有各自的用于汽車應用的CV型輸出；(c)聯(lián)合為兩個對的四個分段(每對IOOONm)，每對都具有也可能用于(高性能) 汽車應用的CV型輸出；(d)剛性地固定在一起的四個分段，提供2000Nm;參見圖8，其中附圖的下半部分不同于上半部分，因為轉(zhuǎn)子114a、114b通過延伸穿過對準的凸起部的螺栓170a相互連接，但是通過間隔套筒169間隔開。實際上，假如無需差速器，則沒有理由不應該有兩個輸出，如此前所述的，但是在圖8所示的下半部分中，左手側(cè)的蓋178'完全關閉，并且左手側(cè)的轉(zhuǎn)子11 并沒有盤194以及連接到它的輪轂190。 相反地，驅(qū)動輸送至(或來自)連接到右手側(cè)的轉(zhuǎn)子114b的單一輪轂190和盤194。事實上，通過在圖8左側(cè)連續(xù)添加轉(zhuǎn)子114即可形成簡單地實現(xiàn)四個分段電動機(未示出)。替換地，通過對在圖8的下半部分的布置進行鏡像、移除連續(xù)蓋的178'、并將每對環(huán)形殼體 102連接到一起，即可簡單地實現(xiàn)雙驅(qū)動四分段電動機。另外需注意的方面為，分段不一定必須為另一個電動機分段IOOaUOOb-它可以為分離的齒輪箱分段以提供替代的轉(zhuǎn)矩-速度平衡。因此，在以上實例(a)中，可以將分段添加到例如以4 1的因數(shù)逐步降低旋轉(zhuǎn)速度的行星齒輪箱。這將降低最大輸出速度，但是相反地將從重量非常輕的組件中產(chǎn)生2000Nm(500NmX4)的轉(zhuǎn)矩。當然，這些數(shù)字適用于圖7至圖13所示的采用了 18個定子磁極以及每個轉(zhuǎn)子20個磁體的布局。然而，在任何方向上，低至300Nm并且高達IOOONm的其他選擇當然也是可以的。雖然圖7至圖13所示的電動機100顯示出不具有參考圖4至圖6描述的上述實施方式的特征，但是可根據(jù)需要將這些特征有利地進行結合進來。當然，參考圖4至圖5所述的實施方式是各自專有的。參見圖14a、圖14b和圖14c以及圖15a和圖15b，示出了轉(zhuǎn)子的磁性部分的兩個可選形式。在圖14a、圖14b和圖14c中，轉(zhuǎn)子盤214包括其北-南極平行于轉(zhuǎn)子軸線布置的分離磁體2M的環(huán)狀物。在每個磁體背后以及橋接磁體中的相鄰磁體的為磁性材料楔形件226，其包括用于磁性返回路徑的背鐵，且被優(yōu)化以最小化重量同時保持用于磁通的最大低磁阻返回路徑。在圖14c的側(cè)視圖中，鋁或其他非磁性基板MO (圖1 和圖14b中未示出)可以鑄造成上述的且在圖7至圖13中所示的轉(zhuǎn)子部件114a、114b的形狀。適宜地，所述件2 可由軟磁復合物(SMC)材料壓制而成并且具有中央三角脊 228，在裝配時，所述中央三角脊圍繞相對于轉(zhuǎn)子軸線的徑向方向?qū)ΨQ布置。每個件2 均具有邊緣230，其在裝配時也相對于軸線20為徑向的，并且布置于磁體2M的中央。在邊緣 230之間，在一側(cè)上為在徑向平面內(nèi)并且鄰接磁體224(除了其間的間隙)的平面227。在另一側(cè)上，側(cè)面2 從邊緣230升起而到達脊228。螺栓232可以用于將磁體224以及背鐵件(或還稱作連接件)226這兩者螺接到基板盤M0，該盤安置在所述件226的平坦的脊 228上。事實上，間隙240可以為空的以促進冷卻空氣流，或可以用例如塑料材料填充以提高剛性。圖1 和圖Hc中示出了由該布置促進的磁通線30〃。雖然本實施方式未呈現(xiàn)上述圍繞軸承的返回路徑30'，然而，轉(zhuǎn)子214的重量和生產(chǎn)簡易性可能比整體電機效率更重要。能夠利用非磁性材料構造基板240使該基板能夠通過諸如鋁的輕質(zhì)材料鑄造而成， 在其可提供的形狀方面鋁具有最大的強度。在圖15a和圖15b中，示出了轉(zhuǎn)子磁性部件214'的再一實施方式。如圖14a、圖 14b和圖14c的布置那樣，該部件意旨在安裝在如鋁等的非磁性承載件MO內(nèi)。然而，不同于先前實施方式，此處，部件214'包括交替的永磁體元件224'和鐵磁連接件226'的環(huán)形盤。磁體224'定向成其磁軸線在圓周方向上，與先前布置的磁體正交。磁體的極性在相鄰磁體之間交替，以使得磁通從連接件出來并朝向定子12'的極靴18'(或從極靴進入)， 從而，就所考慮的定子12'而言，并且如圖1 和圖1 所示的，連接件有效地用作磁極。圖15a中布置的主要目的無疑為降低電動機的成本及重量。從磁性上講，這并不表明這是更好的布置，但相對重的磁性元件的質(zhì)量減少，因此更輕的電機稱為可能。在本說明書的所有說明和權利要求中，術語“包括”和“包含”及其變體的意思是 “包括但不限于”，并且它們不旨在(且也不會)排除其他組成部分、附加物、部件、整體或步驟。在本說明書的所有說明和權利要求中，單數(shù)包含復數(shù)，除非文中特別要求。具體地，如果使用不定冠詞，本說明書可理解為表示復數(shù)個和單數(shù)個，除非文中特別要求。結合本發(fā)明的特定方面、實施方式和實例而說明的特征、整體、特性、組合物、化學組成部分或組應理解為適用于本文所述的任何其他方面、實施方式或?qū)嵗?，除非它們彼此不相容。本說明書(包括任何所附權利要求、摘要和附圖)披露的所有特征、和/或所披露的任何方法或工藝的所有步驟，可以任何組合方式相結合，除了這樣的特征和/或步驟中的至少一些相互排斥的組合之外。本發(fā)明不限于任何前述實施方式的細節(jié)。本發(fā)明的范圍擴展至本說明書(包括任何所附權利要求、摘要和附圖)披露的特征的任何新特征或特征的任何新組合，或擴展至所披露的任何方法或工藝的步驟的任何新步驟或步驟的任何新組
I=I O讀者的注意力應指向與本申請相關的與本說明書一起提交或先于其提交的所有文件或文檔，其與本說明書一起公開供公眾查閱，所有此類文件和文檔的內(nèi)容通過引證方式結合于此。參考文獻[1] TJ Woolmer and MD McCulloch “ Analysis of the YokelessandSegmented Armature Machine “ , International Electric Machines and DrivesConference(IEMDC)，3-5May 2007.
權利要求
1.一種電機，包括具有永磁體的轉(zhuǎn)子和具有線圈的定子，所述線圈纏繞在定子線棒上以穿過所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間限定的氣隙與所述磁體相互作用，其中所述轉(zhuǎn)子具有以在所述線棒的兩端各一個的方式布置的兩個級，并且其中，所述線棒在每個線棒的每端具有極靴，所述極靴將通過所述線棒的磁通和每個級上的所述磁體相聯(lián)接，并且其中，面對所述轉(zhuǎn)子的相同級的相鄰極靴之間具有高磁阻極靴間隙，且所述轉(zhuǎn)子的每個級上的相鄰磁體之間具有高磁阻磁體間隙，其中所述極靴和磁體間隙相對于彼此形成角度，以便所述極靴和磁體間隙隨著所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)逐步接合，并且其中，每個線圈的與所述兩個級中的第一級面對的一側(cè)上的極靴相對于該相應線圈的與所述兩個級中的第二級面對的另一側(cè)上的極靴偏斜。
2.根據(jù)權利要求1所述的電機，在承載極靴的所述線棒的兩端的相鄰極靴之間的所述極靴間隙在所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子的相同旋轉(zhuǎn)位置處穿過所述磁體間隙。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電機，其中，給定線棒上的線圈和所述轉(zhuǎn)子級上的磁體對在所述轉(zhuǎn)子的一些旋轉(zhuǎn)位置處對準。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的電機，其中，所述傾斜是這樣的，當從所述軸向方向上看時，所述極靴間隙限定X形，使得當穿過所述磁體間隙時其二者組合掃過的區(qū)域與其中之一單獨掃過的區(qū)域相同。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的電機，其中，當從相對于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的軸向方向上看時，所述極靴為四側(cè)邊的，其中內(nèi)側(cè)邊和外側(cè)邊為中心在所述旋轉(zhuǎn)軸線上的圓的弧或切線，并且所述其他側(cè)邊為所述極靴的前緣和后緣，其中所述前和后緣為所述圓的其中一個的弦，該圓的與每條弦以及該圓相交的每條半徑與相應的弦形成相同的角度。
6.一種軸向磁通電機，包括轉(zhuǎn)子和定子，其中所述轉(zhuǎn)子具有旋轉(zhuǎn)軸線并且具有圍繞所述軸線在所述轉(zhuǎn)子的第一和第二級上沿周向間隔設置的永磁體，所述定子設置在所述級之間并且具有圍繞所述軸線設置的多個線圈，每個線圈纏繞在定子線棒上以穿過限定在所述轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙與所述磁體磁性相互作用，其中每個線棒在所述線棒的每端具有極靴，所述極靴將通過所述線棒的磁通與每個級上的所述磁體相聯(lián)接，并且其中，面對每個級的所述極靴處于連接的極靴形成的環(huán)中，使得所述磁體經(jīng)歷連續(xù)磁阻，所述連續(xù)磁阻根據(jù)轉(zhuǎn)子位置而至少90%地恒定。
7.根據(jù)權利要求6所述的電機，其中，連接的極靴形成的所述環(huán)在兩個整體環(huán)形部件上，一個環(huán)形部件包括所述定子的線棒中的一些或所有、它們的一些部分或所有部分，并且另一個環(huán)形部件包括所述線棒中的任何剩余線棒、或它們的部分，在所述環(huán)形部件連接到一起以完成所述定子的構造之前，將所述線圈設置在所述線棒上。
8.根據(jù)權利要求7所述的電機，其中，所述環(huán)形部件在模具中由軟鐵顆粒壓制而成以形成軟鐵復合物。
9.根據(jù)權利要求7所述的電機，其中，每個所述環(huán)形部件由層壓環(huán)形成，所述層壓環(huán)上已經(jīng)切割出限定所述線棒的插槽。
10.根據(jù)權利要求7至9中任一項所述的電機，其中，所述環(huán)形部件是相同的。
11.根據(jù)權利要求7至10中任一項所述的電機，其中，每個環(huán)形部件包括有助于所述環(huán)形部件的連接的界面。
12.根據(jù)權利要求11所述的電機，其中，所述界面包括立柱和插座，其中一個部件的每個線棒上的所述立柱與另一部件上的相面對的線棒的所述插座接合。
13.根據(jù)權利要求6至10中任一項所述的電機，其中，每個部件的每個極靴之間設置高磁阻間隙，所述間隙包括每個極靴之間的連接部的減薄。
14.根據(jù)從屬于權利要求7時的權利要求13所述的電機，其中，所述減薄為所述環(huán)形部件在所述線棒之間的減薄。
15.一種電機，包括具有永磁體的轉(zhuǎn)子和具有線圈的定子，所述線圈纏繞在定子線棒上以穿過限定在所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的氣隙與所述磁體相互作用，其中所述線棒具有將通過所述線棒的磁通與所述磁體相聯(lián)接的極靴，并且其中所述線棒和極靴彼此獨立形成， 并且每個線棒和極靴的至少一部分通過模制軟鐵顆粒形成，以使得所述顆粒具有配置成橫切磁阻平面的短尺寸，并且裝配所述極靴和線棒，以使得所述線棒的所述磁阻平面平行于所述線棒的縱向軸線，且所述極靴的所述磁阻平面橫切所述縱向軸線。
16.根據(jù)權利要求15所述的電機，其中，至少所述線棒的所述顆粒具有單一縱向尺寸， 并且所述顆粒還被對準以使其縱向尺寸平行于所述磁阻平面中的磁阻方向，所述線棒的所述磁阻方向平行于所述線棒的所述縱向軸線。
17.根據(jù)權利要求16所述的電機，其中，所述極靴的顆粒具有單一縱向尺寸，并且當裝配所述線棒和極靴時所述磁阻方向相對于所述縱向軸線呈徑向。
18.根據(jù)權利要求15、16或17所述的電機，其中，所述軟鐵顆粒的所述模制通過在橫切于所述磁阻平面的方向上壓制圓形軟鐵顆粒來進行，從而所述顆粒展平以產(chǎn)生所述短尺寸。
19.根據(jù)權利要求15、16或17所述的電機，其中，所述模制是已經(jīng)展平的顆粒的模制， 或者是拉長顆粒的模制。
20.根據(jù)權利要求19所述的電機，其中，所述拉長顆粒在模制前利用磁場對準。
21.根據(jù)權利要求15至20中任一項所述的電機，其中，所述轉(zhuǎn)子具有以在所述線棒的兩端各一個的方式布置的兩個級，并且極靴設置在每個線棒的每端。
22.根據(jù)權利要求15至21中任一項所述的電機，其中，電機是軸向磁通電機，并且所述線棒平行于所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸線布置。
23.根據(jù)權利要求15至22中任一項所述的電機，其中，所述線棒包括鐵磁材料的軋制板，所述軋制板的卷的軸線布置為平行于所述縱向軸線。
24.根據(jù)權利要求19所述的電機，其中，所述卷圍繞成形的軟鐵壓制顆粒芯部設置，由此所述線棒的垂直于所述縱向軸線的橫截面為基本上梯形的。
25.根據(jù)權利要求19所述的電機，其中，所述卷為壓制軟鐵顆粒的成形環(huán)狀物的芯部， 由此所述線棒的垂直于所述縱向軸線的橫截面為基本上梯形的。
26.一種軸向磁通電機，包括轉(zhuǎn)子和定子，其中所述轉(zhuǎn)子具有旋轉(zhuǎn)軸線并且具有圍繞所述軸線在所述轉(zhuǎn)子的第一和第二級上沿周向間隔設置的永磁體，并且所述定子設置在所述級之間并且具有圍繞所述軸線設置的多個線圈，并且每個線圈纏繞在定子線棒上以用于穿過限定在所述轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙與所述磁體磁性相互作用，其中每個轉(zhuǎn)子級包括其上設置有永磁體的環(huán)狀物的非鐵磁性承載件，所述永磁體的磁極性基本上平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線并且在相鄰磁體之間是交替的，相鄰磁體通過設置在遠離所述定子的磁體的背面上的鐵磁連接件聯(lián)接，每個連接件在其與每個磁體的所述背面的中間區(qū)域相連處具有相對低的磁化率并且在其連接在相鄰磁體之間處具有相對高的磁化率。
27.根據(jù)權利要求沈所述的電機，其中，所述連接件具有徑向側(cè)邊緣、在所述邊緣的鄰接所述磁體的平面、以及從所述側(cè)邊緣升起而遠離所述平面到達中央脊的側(cè)面。
28.根據(jù)權利要求27所述的電機，其中，所述脊是平的且為三角形或梯形狀的，并且鄰接所述非鐵磁性承載件。
29.根據(jù)權利要求沈、27或觀所述的電機，其中，所述連接件在軸向視圖中為圓的截頭扇區(qū)。
30.根據(jù)權利要求沈至四中任一項所述的電機，其中，螺栓通過所述連接件將所述磁體連接到所述承載件。
31.一種軸向磁通電機，包括轉(zhuǎn)子和定子，其中所述轉(zhuǎn)子具有旋轉(zhuǎn)軸線且具有圍繞所述軸線在所述轉(zhuǎn)子的第一和第二級上沿周向間隔設置的永磁體，并且所述定子設置在所述級之間并且具有圍繞所述軸線設置的多個線圈，每個線圈纏繞在定子線棒上以用于穿過限定在所述轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙與所述磁體磁性相互作用，其中每個轉(zhuǎn)子級包括在其上設置永磁體的環(huán)狀物的非鐵磁性承載件，所述永磁體的磁極性相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線基本上沿周向布置并且在相鄰磁體之間是交替的，相鄰磁體通過鐵磁性連接件分開，由此所述連接件限定相對于所述定子線圈的交替磁極。
32.根據(jù)權利要求沈至31中任一項所述的電機，其中，所述連接件通過將軟磁復合材料壓制成期望形狀來制成。
全文摘要
一種電機(10；100)，包括具有永磁體(24)的轉(zhuǎn)子(14)和具有線圈(22)的定子(12)，線圈纏繞在定子線棒(16)上以穿過限定在轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙(26a、26b)與磁體相互作用。轉(zhuǎn)子具有在線棒的兩端各布置一個的兩個級(14a、14b)。線棒在每根線棒的每端具有極靴(18a、8)，極靴將通過線棒的磁通與每個級上的所述磁體相聯(lián)接。面對轉(zhuǎn)子的相同級的相鄰極靴之間具有高磁阻極靴間隙(27)；轉(zhuǎn)子每個級上的相鄰磁體之間具有高磁阻磁體間隙(25)；并且極靴和磁體間隙(25、27)相對于彼此形成角度以便隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)它們能夠逐步接合。替換地，面對每個級的極靴位于連接的極靴形成的環(huán)中，這樣使得磁體經(jīng)歷連續(xù)磁阻，該連續(xù)磁阻作為轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)至少90％地恒定的。線棒(16)和極靴(18)互相獨立形成并且每個線棒和極靴的至少一部分通過模制軟鐵顆粒形成，以使得顆粒具有布置為橫切磁阻平面的短尺寸。裝配線棒和極靴，使得線棒的磁阻平面平行于線棒的縱向軸線(16a)并且極靴的所述磁阻平面橫切所述縱向軸線。
文檔編號H02K29/03GK102396138SQ201080016548
公開日2012年3月28日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權日2009年2月13日
發(fā)明者蒂姆·沃爾梅爾 申請人:Isis創(chuàng)新有限公司