軸流電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種軸流電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電機(jī)是將電功率變換為機(jī)械功率的設(shè)備。描述將限于旋轉(zhuǎn)機(jī)器。本領(lǐng)域技術(shù)人員 可容易地將本發(fā)明轉(zhuǎn)換為線性機(jī)器。
[0003] 電機(jī)由兩個(gè)部分組成：稱為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)部分和稱為定子的固定部分。由在定子與 轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的扭矩引起轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)并向被驅(qū)動(dòng)的設(shè)備提供機(jī)械功率。
[0004] 電機(jī)在工業(yè)中和在諸如洗衣機(jī)或石英表的公共產(chǎn)品中具有許多應(yīng)用。這些應(yīng)用之 一是電動(dòng)汽車(chē)的推進(jìn)。
[0005] 圖1示出由例如鋰/離子/聚合物類(lèi)型的電池16提供電能的電動(dòng)汽車(chē)的圖。所 謂的控制電子器件10連接至電力電子器件11，繼而連接至電機(jī)12。電機(jī)12通過(guò)傳動(dòng)裝置 14將其機(jī)械功率傳送至機(jī)動(dòng)車(chē)輪13。此傳動(dòng)裝置可以通過(guò)電機(jī)軸、鏈條或傳動(dòng)帶實(shí)現(xiàn)?？?以在電機(jī)與傳動(dòng)裝置之間插入變速箱。
[0006] 在無(wú)刷電機(jī)的情況下，控制電子器件10適配注入到電機(jī)12中的電流的相位以使 得其鎖到由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)相位上。例如連接到控制電子器件10的光學(xué)位置 傳感器15、或霍爾效應(yīng)傳感器可用于測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度，此測(cè)量被集成到控 制環(huán)中。
[0007] 本領(lǐng)域技術(shù)人員知道存在一個(gè)或多個(gè)電池、具有一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)裝置的一個(gè)或多 個(gè)電機(jī)以及一個(gè)或多個(gè)機(jī)動(dòng)車(chē)輪的許多可能組合用于產(chǎn)生這樣的設(shè)備的。
[0008] 在一些情況下，可以通過(guò)將電機(jī)22集成到如圖2中所示的機(jī)動(dòng)車(chē)輪中而省略傳動(dòng) 裝置，。在此情況下，該機(jī)動(dòng)車(chē)輪附接至電機(jī)的轉(zhuǎn)子。此設(shè)備消除了機(jī)械損失以及傳動(dòng)系統(tǒng) 的耗損件的更換成本。
[0009] 電機(jī)的歷史揭示第一臺(tái)機(jī)器是軸流式的（專(zhuān)利US405858N，特斯拉，1889年）。此 類(lèi)型的電機(jī)然后被充分利用以獲得徑向流電機(jī)的益處，直到最近高能磁鐵的開(kāi)發(fā)為止，諸 如，重新喚起對(duì)此類(lèi)型的機(jī)器的興趣的稱為《稀土》（于1983年首次公布）的NdFeB類(lèi)型的 磁鐵。
[0010] 軸流電機(jī)的特性是磁場(chǎng)的方向平行于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸。在徑向上布置電流所經(jīng)過(guò)的 導(dǎo)體。
[0011] 圖3示出集成到車(chē)輪中的配置中的軸流電機(jī)30和永久磁鐵（用于軸向磁通永久 磁鐵的AFPM)的示意部分。轉(zhuǎn)子集成了永久磁鐵31，其磁化和布置在軸向上產(chǎn)生交替磁場(chǎng)。 磁化方向在兩個(gè)連續(xù)極之間交替。在轉(zhuǎn)子的完整旋轉(zhuǎn)期間倒轉(zhuǎn)磁化方向的次數(shù)稱為極數(shù)。 因?yàn)榇藬?shù)目是成對(duì)的，所以這是說(shuō)電機(jī)具有2p個(gè)極點(diǎn)，p為整數(shù)。
[0012] 定子由使得導(dǎo)體33跨過(guò)由轉(zhuǎn)子形成的縫隙的繞組32構(gòu)成，并且當(dāng)電流穿過(guò)它們 時(shí)產(chǎn)生扭矩。電流相對(duì)于由轉(zhuǎn)子31的磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)的取向穿過(guò)縫隙中的導(dǎo)體的方向?qū)?于由要被添加的導(dǎo)體的每段產(chǎn)生的扭矩來(lái)說(shuō)是必須的。
[0013]交替地（alternatively)激活的、平均且有角度地分布的幾個(gè)相產(chǎn)生恒定扭矩， 而與轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置角度無(wú)關(guān)。定子的相數(shù)目由m指定。在大多數(shù)情況下，m= 3。 在三相定子的情況下，可以以星形或三角形組裝（assemble)定子，星形配置是最常見(jiàn)的。 [0014] 可以有利地使用印刷電路技術(shù)來(lái)制造軸流電機(jī)的定子和永久磁鐵。
[0015] 印刷電路包括交替的導(dǎo)電層和絕緣層的堆疊（stack)。用作絕緣基板的材料通常 是以玻璃纖維加固的環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合材料。此基板提供用于支撐由得到的扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力 所必須的機(jī)械阻力。所使用的導(dǎo)體通常是諸如銅或鋁的金屬。
[0016] 圖4示出兩層印刷電路40的示意部分。通過(guò)化學(xué)光刻來(lái)蝕刻絕緣基板42上的導(dǎo) 電層41，以再現(xiàn)優(yōu)選圖案（pattern)。金屬化孔43在同一印刷電路的兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層的 圖案之間形成電接觸。在制造工藝完成時(shí)施加絕緣漆44。
[0017] 圖5示出四層印刷電路50的示例。在多層印刷電路的情況下，除了外部導(dǎo)電層55 之外，通過(guò)將內(nèi)部導(dǎo)電層51與絕緣基板52的層交替而添加內(nèi)部導(dǎo)電層51。不同的組裝配 置是可能的。在所示配置中，金屬化孔可以是通孔53 (S卩，它們潛在地使所有穿過(guò)的層相接 觸）、或盲孔54 (S卩，孔僅穿過(guò)基板52的一層，并且僅僅兩個(gè)相鄰導(dǎo)電層可以在此點(diǎn)連接）。 對(duì)盲的金屬化孔的興趣是在相同坐標(biāo)獲得彼此隔離的幾個(gè)連接點(diǎn)。
[0018] 印刷電路行業(yè)目前制造2至12層的電路。當(dāng)前使用的導(dǎo)體層的厚度從35微米變 化到140微米。光刻技術(shù)產(chǎn)生道（track)之間數(shù)十微米量級(jí)的最小間距。
[0019] 電子行業(yè)所制造的大多數(shù)印刷電路用于組裝分離電子組件（電阻器、電容器、電 感器、晶體管等）以及表面安裝或橫跨（traversing)的集成組件（處理器、存儲(chǔ)器、電源管 理電路等）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 對(duì)于此申請(qǐng)，必要的電路的總厚度是極小的，最多為3毫米量級(jí)。因此，印刷電路 的大多數(shù)制造設(shè)備被設(shè)計(jì)用于制造小于3毫米厚度的電路。
[0021] 然而，在軸流電機(jī)的定子的情況下，此厚度限制可能限制電機(jī)的性能。實(shí)際上，對(duì) 于給定的電流強(qiáng)度，定子的厚度越小，經(jīng)過(guò)其的電流強(qiáng)度越大。當(dāng)電流強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，由于焦 耳效應(yīng)導(dǎo)致電路的溫度上述可能損壞電路。如果大于3毫米的定子的厚度是必須的，則印 刷電路的制造設(shè)備應(yīng)當(dāng)被適配，這將顯著提高工具成本。
[0022] 在此情況下，可以利用對(duì)極小厚度的印刷電路進(jìn)行組裝來(lái)制造更大厚度的定子， 如圖6中所示。組裝的困難是導(dǎo)體在電路的中心具有它們的接入點(diǎn)。因此，除了通過(guò)使該 堆疊中相鄰電路的金屬化孔63相對(duì)放置外，不可能將電路61、62彼此連接。繼而通過(guò)被置 于兩個(gè)電路中相對(duì)的金屬化孔中的導(dǎo)線64確保電路之間的接觸，如圖6中所示。例如，可 以通過(guò)焊接或經(jīng)由夾緊系統(tǒng)來(lái)形成導(dǎo)線64與金屬化孔63之間的接觸。
[0023] 本發(fā)明的目的在于改正這些缺點(diǎn)中的至少一個(gè)。
[0024] 為此，本發(fā)明的第一方面涉及一種2p個(gè)磁極的軸流電機(jī)，包括：轉(zhuǎn)子；以及具有m 個(gè)相的定子，定子包括至少一對(duì)導(dǎo)體層，在其上，以半相布置構(gòu)成定子的相的導(dǎo)電道。
[0025] 根據(jù)實(shí)施例，每個(gè)半相包括兩組導(dǎo)電道；在定子的內(nèi)邊緣與定子的外邊緣之間以 徑向配置布置每組導(dǎo)電道，使得半相的一組導(dǎo)電道的電流從定子的內(nèi)邊緣流向定子的外邊 緣，并且所述半相的另一組導(dǎo)電道的電流從定子的外邊緣流向定子的內(nèi)邊緣。
[0026] 每組導(dǎo)電道可以包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電道。
[0027] 根據(jù)實(shí)施例，將半相的其中一組導(dǎo)電道印刷在一對(duì)導(dǎo)體層的一層上，并且將所述 半相的另一組導(dǎo)電道印刷在所述對(duì)導(dǎo)體層的另一層上。
[0028] 根據(jù)實(shí)施例，通過(guò)在定子的內(nèi)邊緣和外邊緣附近布置的連接將半相的兩組導(dǎo)電道 互連。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種化個(gè)磁極的軸流電機(jī)，包括； 轉(zhuǎn)子；化及 具有m個(gè)相的定子，所述定子包括至少一對(duì)導(dǎo)體層，在其上，W半相布置構(gòu)成定子的相 的導(dǎo)電道。
2. 如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中每個(gè)半相包括兩組導(dǎo)電道；在定子的內(nèi)邊緣與定子 的外邊緣之間W徑向配置布置每組導(dǎo)電道，使得半相的一組導(dǎo)電道的電流從定子的內(nèi)邊緣 流向定子的外邊緣，并且所述半相的另一組導(dǎo)電道的電流從定子的外邊緣流向定子的內(nèi)邊 緣。
3. 如權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其中將半相的其中一組導(dǎo)電道印刷在一對(duì)導(dǎo)體層的一層 上，并且將所述半相的另一組導(dǎo)電道印刷在所述一對(duì)導(dǎo)體層的另一層上。
4. 如權(quán)利要求3所述的電機(jī)，其中通過(guò)在定子的內(nèi)邊緣和外邊緣附近布置的連接將半 相的兩組導(dǎo)電道互連。
5. 如在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中定子的同一相的且同一對(duì)導(dǎo)體層的兩個(gè) 半相通過(guò)^弓瓜度的角旋轉(zhuǎn)而相對(duì)于彼此偏移。
6. 如在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中電流到定子的一對(duì)導(dǎo)體層的半相的導(dǎo)電 道的兩個(gè)接入點(diǎn)通過(guò)^弧度的角旋轉(zhuǎn)而相對(duì)于彼此偏移，電流的每個(gè)接入點(diǎn)與所述半相的 末端關(guān)聯(lián)。
7. 如權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其中將半相的電流的接入點(diǎn)布置在定子的同一半徑上。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的電機(jī)，其中所述半相的電流的每個(gè)接入點(diǎn)相對(duì)于所關(guān)聯(lián)的 末端偏移給定角。
9. 如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中半相的電流的接入點(diǎn)在徑向上相對(duì)于 末端偏移。
10. 如權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中定子的導(dǎo)體層對(duì)在0或^弧度的旋 轉(zhuǎn)之后彼此堆疊，并且通過(guò)現(xiàn)在相反的電流到半相的接入點(diǎn)而連接在一起。
11. 如權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中W星形組裝構(gòu)成相的導(dǎo)電道，并且返 回點(diǎn)用于將電流注入到定子中。
【專(zhuān)利摘要】一種2p個(gè)極的軸流電機(jī)，包括由至少一對(duì)導(dǎo)體層組成的定子，其中以半相將印刷相布置到所述導(dǎo)體層上。
【IPC分類(lèi)】H02K3-26, H02K1-27
【公開(kāi)號(hào)】CN104604100
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380046066
【發(fā)明人】戴維.里鮑爾特
【申請(qǐng)人】戴維.里鮑爾特
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2013年7月23日
【公告號(hào)】EP2878064A1, US20150214801, WO2014016476A1