本公開涉及磁場在電機(jī)轉(zhuǎn)子中的利用。

背景技術(shù)：

電機(jī)通常使用轉(zhuǎn)子和定子來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。電流流過定子繞組以產(chǎn)生磁場。由定子產(chǎn)生的磁場可與轉(zhuǎn)子上的永磁體配合以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種電機(jī)可包括多個(gè)疊片。所述疊片可進(jìn)行堆疊以形成轉(zhuǎn)子。定子可圍繞轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子疊片可在軸向方向上被細(xì)分為多個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段包括布置在其中以產(chǎn)生磁極的永磁體。所述多個(gè)區(qū)段可被布置成使得相應(yīng)的磁極的磁軸不是對齊的而是偏斜的，以獲得平穩(wěn)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。非導(dǎo)磁層可置于具有偏斜的磁極的至少一對相鄰的區(qū)段之間。

所述層的厚度可基于轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙距離。例如，該厚度可大于轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙距離的兩倍。所述層的厚度可小于轉(zhuǎn)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(jù)本發(fā)明，提供一種電機(jī)，包括：轉(zhuǎn)子，包括多個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段由一個(gè)或更多個(gè)疊片形成，并且每個(gè)區(qū)段包含以v形姿態(tài)布置的永磁體；抗磁或順磁層，置于具有錯(cuò)列的磁極的一對相鄰的區(qū)段之間；以及定子，圍繞所述轉(zhuǎn)子。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述抗磁或順磁層的厚度為轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙距離的至少兩倍。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述抗磁或順磁層的厚度小于轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙距離的四倍。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述抗磁或順磁層的厚度小于2mm。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述抗磁或順磁層由聚四氟乙烯制成。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種電機(jī)，包括：多個(gè)區(qū)段，相對于真空具有大于100的導(dǎo)磁率；和磁阻層，相對于真空具有小于2的導(dǎo)磁率，所述多個(gè)區(qū)段和所述磁阻層堆疊而形成轉(zhuǎn)子，使得具有錯(cuò)列的磁極的一對相鄰的區(qū)段之間設(shè)置有一個(gè)磁阻層，其中，所述一個(gè)磁阻層被配置為阻止所述一對相鄰的區(qū)段的永磁體之間的磁通漏泄。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電機(jī)進(jìn)一步包括圍繞所述轉(zhuǎn)子的定子。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)磁阻層的厚度為轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙距離的至少兩倍。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)磁阻層的厚度小于轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙距離的四倍。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)磁阻層的厚度小于2mm。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)磁阻層由聚四氟乙烯制成。

附圖說明

圖1a是轉(zhuǎn)子疊片的平面圖；

圖1b是包括圖1a中所示的用于電機(jī)的疊片堆的轉(zhuǎn)子區(qū)段的側(cè)視圖；

圖2a是具有包括多個(gè)極的轉(zhuǎn)子的電機(jī)的示意圖，其中，磁通線僅由永磁體產(chǎn)生；

圖2b是具有包括多個(gè)激勵(lì)繞組的定子的電機(jī)的示意圖，其中，磁通線僅由定子繞組產(chǎn)生；

圖3a是在兩個(gè)偏斜區(qū)段之間設(shè)置有低導(dǎo)磁率物質(zhì)層的電機(jī)轉(zhuǎn)子的透視圖；

圖3b是一對相鄰的偏斜區(qū)段的透視圖，在其中一個(gè)偏斜區(qū)段上設(shè)置有低導(dǎo)磁率物質(zhì)層；

圖4是具有abba構(gòu)造且在ab區(qū)段之間具有物質(zhì)層的轉(zhuǎn)子的透視圖；

圖5是示出比轉(zhuǎn)矩關(guān)于低導(dǎo)磁率層的厚度而增加的圖表。

具體實(shí)施方式

在此描述了本公開的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的實(shí)施例僅為示例，其它實(shí)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(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為具有限制性，而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)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(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征組合以產(chǎn)生未被明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表性實(shí)施例。然而，與本公開的教導(dǎo)一致的特征的多種組合和變型可被期望用于特定的應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?/p>

電機(jī)的特征在于：由存在于氣隙磁通和氣隙磁導(dǎo)中的諧波引起的不期望的轉(zhuǎn)矩振蕩。大部分電機(jī)，尤其是永磁(pm)電機(jī)都設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)子偏斜，即活性轉(zhuǎn)子材料的疊片可沿著轉(zhuǎn)子軸線偏斜或錯(cuò)列。偏斜可產(chǎn)生沿著轉(zhuǎn)子軸線錯(cuò)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(qū)段可造成電機(jī)在所有可用的轉(zhuǎn)速下的平均轉(zhuǎn)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(gè)轉(zhuǎn)子區(qū)段、48槽定子的八極電機(jī)而言，通常的偏斜角為3.75°。轉(zhuǎn)子的偏斜意在產(chǎn)生比使用具有對齊的永磁體的轉(zhuǎn)子可能實(shí)現(xiàn)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩更為平穩(wěn)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。偏斜可消除由諧波引起的不期望的轉(zhuǎn)矩波動，并且可以使用許多不同的偏斜角來達(dá)到這個(gè)效果。然而，偏斜不考慮應(yīng)該通過設(shè)計(jì)而對齊但是由于制造公差而未精確對齊的兩個(gè)極。

在電機(jī)的所有轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)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(xiàn)磁場漏泄。這種漏泄可造成電機(jī)的可用轉(zhuǎn)矩略微減小，并且在無偏斜的電機(jī)中不會存在這種漏泄。

另外，在不增加轉(zhuǎn)矩的情況下，偏斜可為磁通從一個(gè)疊片區(qū)段到相鄰的疊片區(qū)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(zhuǎn)矩波動的永磁體的偏斜或錯(cuò)列結(jié)果可導(dǎo)致出現(xiàn)額外的磁通漏泄。轉(zhuǎn)子的一個(gè)區(qū)段可包括一個(gè)疊片或者堆疊在一起的多個(gè)疊片。一個(gè)區(qū)段的疊片可相對于該區(qū)段中的其它疊片偏斜，或者相對于轉(zhuǎn)子的其他區(qū)段整體偏斜。這意味著轉(zhuǎn)子的一個(gè)區(qū)段可包括堆疊在一起的任意數(shù)量的疊片或者單個(gè)復(fù)合材料塊。

為了使磁場和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大化，通常使活性轉(zhuǎn)子材料的量最大化?；钚赞D(zhuǎn)子材料可包括能夠產(chǎn)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(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩。選擇具有最高導(dǎo)磁率的轉(zhuǎn)子材料。引入不具有高導(dǎo)磁率的材料很可能會降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子將具有浪費(fèi)的空間(即不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的材料)。高導(dǎo)磁率的材料通?？杀环Q作鐵磁材料或亞鐵磁材料?？梢酝浦?，由活性轉(zhuǎn)子材料整體構(gòu)成的轉(zhuǎn)子將比由活性轉(zhuǎn)子材料部分構(gòu)成的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生更有效的磁場。

引入非活性轉(zhuǎn)子材料的一個(gè)或多個(gè)磁阻層(magneticallyreluctantlayer)使轉(zhuǎn)子中永磁體的利用率意外地提高并使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出增大。例如，引入厚度為定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙厚度的兩倍的磁阻層可使比轉(zhuǎn)矩增大超過0.25％。這個(gè)量盡管看起來微不足道，但卻可合理地降低電機(jī)的成本，這是因?yàn)橛来朋w的利用率的提高可使永磁體的尺寸減小。電機(jī)的比轉(zhuǎn)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(dǎo)磁率磁阻層插入在具有偏斜磁極的相鄰的區(qū)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(dǎo)體、木頭、空氣、聚四氟乙烯或者真空)。許多不同類型的物質(zhì)能夠獲得相似的結(jié)果并可落入這些指定(designation)中。低導(dǎo)磁率材料能夠減少具有偏斜極的區(qū)段之間的磁場漏泄或?qū)⒋艌鲋匦露ㄏ蛑粮谕穆肪€。恰當(dāng)?shù)囟ㄏ虻拇磐窂娇稍黾与姍C(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)永磁體被設(shè)置在區(qū)段上或者區(qū)段內(nèi)時(shí)，永磁體可具有多個(gè)取向。例如，永磁體可以以v形姿態(tài)布置，在各個(gè)v形處提供磁極。永磁體還可被定向成使得其中一個(gè)磁極的方向徑向向外。磁體的取向和位置可對電機(jī)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(xiàn)磁場漏泄。

永磁體的磁極可單獨(dú)地或共同地形成轉(zhuǎn)子的磁極。許多轉(zhuǎn)子具有多個(gè)永磁體，其被布置成與定子的磁場共同作用以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?？墒褂糜来朋w、感應(yīng)場、勵(lì)磁線圈或其組合來產(chǎn)生磁極。

疊片通常由具有高導(dǎo)磁率的材料制成。這種高導(dǎo)磁率允許磁通無強(qiáng)度損失地流過疊片。具有高導(dǎo)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(zhuǎn)子也可支撐導(dǎo)電籠(electricallyconductivecage)或繞組以產(chǎn)生感應(yīng)磁場。具有四個(gè)疊片或疊片區(qū)段的轉(zhuǎn)子可具有以abba取向配置的區(qū)段。所述的abba取向是指“a”區(qū)段相對于“b”區(qū)段以相同的程度偏斜。轉(zhuǎn)子可具有其他的疊片配置(例如，abc或abab)。

現(xiàn)參照圖1a，示出了轉(zhuǎn)子區(qū)段10。區(qū)段10可限定適于保持永磁體的多個(gè)凹腔或空腔12。區(qū)段10的中央可限定用于容納驅(qū)動軸的圓形中央開口14以及可容納驅(qū)動鍵(未示出)的鍵槽16?？涨豢杀欢ㄏ虺墒沟萌菁{在凹腔或空腔12中的永磁體(未示出)形成八個(gè)交錯(cuò)的磁極30和32。本領(lǐng)域公知的是，電機(jī)可具有各種數(shù)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?，F(xiàn)參照圖1b，多個(gè)區(qū)段10可形成轉(zhuǎn)子8。轉(zhuǎn)子具有用于容納驅(qū)動軸(未示出)的圓形中央開口14。

現(xiàn)參照圖2a，示出了區(qū)段10的一部分位于定子40內(nèi)。區(qū)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(fā)出的磁通線24。磁通線24可穿過區(qū)段10和氣隙22進(jìn)入定子40。通常，當(dāng)磁通線24更為密集時(shí)，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(qū)段10的一部分位于定子40內(nèi)。定子40可具有通電的繞組42。磁通線44可從繞組42發(fā)出。磁通線44可穿過定子40和氣隙22進(jìn)入?yún)^(qū)段10。三相電機(jī)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(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

參照圖3a，相鄰的一對偏斜的疊片區(qū)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(zhuǎn)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(nèi)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(cuò)列的。低導(dǎo)磁率層86可設(shè)置于疊片區(qū)段10和80之間。該層的外徑可恰好與區(qū)段10和80的外徑相符或者該層的外徑可小于區(qū)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(zhuǎn)子。低導(dǎo)磁率層86可被放置在區(qū)段10和80之間。

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

參照圖5，示出了電機(jī)的比轉(zhuǎn)矩輸出、層的厚度和施加的電流之間可能的關(guān)系。層可與轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙具有相同的厚度。通常，電機(jī)的氣隙距離可在0.5mm到1.0mm之間的范圍內(nèi)。比如，氣隙厚度可為0.7mm。低導(dǎo)磁率層可為0.85mm。如圖5所示，低導(dǎo)磁率層的厚度可增加或減小以使特定的電機(jī)受益。與不含磁阻層的轉(zhuǎn)子相比，磁阻層厚度為1.7mm的轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)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(yīng)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(shí)施例的特征組合以形成本發(fā)明的可能未被明確描述或示出的進(jìn)一步的實(shí)施例。盡管針對一個(gè)或更多個(gè)期望特性，各種實(shí)施例可能已經(jīng)被描述為提供優(yōu)點(diǎn)或者優(yōu)于其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，根據(jù)特定的應(yīng)用和實(shí)施方式，一個(gè)或更多個(gè)特征或特性可被折衷以實(shí)現(xiàn)期望的整體系統(tǒng)屬性。這些屬性可包括但不限于：成本、強(qiáng)度、耐用性、生命周期成本、市場性、外觀、包裝、尺寸、可維護(hù)性、重量、可制造性、易組裝性等。因此，被描述為在一個(gè)或更多個(gè)特性方面不如其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式滿足期望的實(shí)施例并不在本公開的范圍之外，并可被期望用于特定的應(yīng)用。