CN101312308B - 交流电机 - Google Patents

Abstract

一种交流电机，包括：转子，所述转子包括沿所述交流电机的圆周方向交替地设置的N-磁极和S-磁极；定子芯体，所述定子芯体包括沿所述交流电机的轴向同轴地设置的多个局部芯体，每个所述局部芯体包括沿所述圆周方向设置成在相同圆周上的多个定子磁极；和多个环状绕组，所述多个环状绕组中的每个在所述圆周方向上延伸，同时沿所述轴向穿过在所述圆周方向上彼此相邻的两个定子磁极之间的极间空隙。对于每个所述局部芯体，在所述多个局部芯体的同一个的所述圆周方向上彼此相邻的两个定子磁极之间的相位角差设定为小于360度的值。

Description

交流电机

技术领域

本发明涉及一种交流电机，具体地，涉及一种具有定子磁极沿交流电机的轴向定位的结构的交流电机。

背景技术

图25-27显示了日本专利申请公开公报No.6-261513(专利文献1)公开的集中绕组电机(concentrated winding motor)，该集中绕组电机具有每个相位线圈集中缠绕在对应的定子磁极(stator pole)上的结构。图25是电机的示意轴向剖视图，图26是电机的示意圆周剖视图，图27是电机的定子的圆周展开的示意图。

专利文献1中公开的传统的集中绕组电机具有的问题为结构复杂，因为每个绕组必需围绕每个定子磁极缠绕。此外，因为绕组必需位于槽的底部，缠绕工作很困难，这导致生产效率低。此外，传统的集中绕组电机具有其结构引起的问题，即，尺寸上难以紧凑，难以实现高效的制造，和难以低成本制造。

为了解决这些问题，本申请的发明人在日本专利申请公开公报No.2005-160285(专利文献2)中提出一种交流电机。

图28-32显示该交流电机的结构。图28是电机的示意轴向剖视图，图29是电机的示意径向剖视图，图30是电机的定子的圆周展开的示意图，图31是电机的圆周展开的示意图，和图32是电机的定子线圈的两相绕组的圆周展开的示意图。

与专利文献1的交流电机相比，专利文献2的交流电机能够以更低的成本制造，并且能够具有高效率，产生高转矩，原因如下。

专利文献2的交流电机包括转子，其中N极和S极沿圆周方向交替地设置，交流电机的n个局部芯体(n partial cores)中的每个包括多个定子磁极和多个环状绕组，多个定子磁极沿圆周方向定位，并且定位成相对于定子磁极的圆周位置和轴向位置彼此偏离，多个环状绕组形成为沿圆周方向延伸，每个环状绕组在轴向上定位成邻近n个局部芯体中的对应一个。

构成相同局部芯体的定子磁极位于相同圆周上。如果假设绕组分别围绕每个局部芯体的定子磁极缠绕，设置在相同局部芯体的两个相邻定子磁极之间的空间内的绕组通过这样的电流，该电流产生具有相反方向的磁通势(magnetomotive forces)，因此彼此抵消。因此，等同于没有电流流过这些两个相邻定子磁极之间的空间。因此，在该类型的交流电机的情况中，多个不同相的局部芯体沿轴向同轴设置，因此能够使用环状绕组，每个环状绕组轴向地设置成邻近局部芯体中的对应一个。

结果，因为圆周方向上设置的定子磁极之间的绕组能够被消除，因此，与具有这种绕组的传统交流电机相比，专利文献2的交流电机能够具有高效率和产生高转矩。此外，定子磁极之间的绕组的消除能够实现多极结构，提高生产率，和降低制造成本，因为它具有简单的绕组结构。此外，因为局部芯体是对称的并且同轴地设置在电机中，转子和定子之间的磁引力引起的定子变形或电机的每个元件的扭曲能够被减小，因此减小电机的振动和噪声。

然而，专利文献2公开的交流电机具有这样的问题：因为磁通量在该电机中三维地流动，因此难以通过层叠电钢片形成它的磁芯，因为磁芯的磁各向异性。尽管，压粉芯体(粉末磁芯)是公知的无磁各向异性的磁芯，但是昂贵，并且在磁性和强度方面差于层叠电钢片(electrical steelsheets)形成的磁芯。

发明内容

本发明提供一种交流电机，包括：

转子，所述转子包括沿所述交流电机的圆周方向交替地设置的N-磁极和S-磁极；

定子芯体，所述定子芯体包括沿所述交流电机的轴向同轴地设置的多个局部芯体，每个所述局部芯体包括沿所述圆周方向设置成在相同圆周上的多个定子磁极；和

多个环状绕组，所述多个环状绕组中的每个在所述圆周方向上延伸，同时沿所述轴向穿过在所述圆周方向上彼此相邻的两个定子磁极之间的极间空隙，

其中对于每个所述局部芯体，在所述多个局部芯体的同一所述圆周方向上彼此相邻的两个定子磁极之间的相位角差设定为小于360度的值。

根据本发明，它能够提高生产率和该类型的交流电机的工作特性，在该类型的交流电机中，不同相位的多个局部芯体沿交流电机的轴向同轴地设置。

根据附图和权利要求的下述说明，本发明的其它优点和特征将变得更清楚。

附图说明

图1是本发明的实施例的交流电机的示意轴向剖视图；

图2是显示沿图1的A-A，B-B，C-C的电机的示意剖视图；

图3是图1所示的电机的定子磁极的圆周展开示意图；

图4是图1所示的电机的转子的圆周展开示意图；

图5是图1所示的电机的环状绕组的圆周展开示意图；

图6是第一实施例的变型的环状绕组的圆周展开示意图；

图7是本实施例的变型的交流电机的定子磁极的圆周展开示意图；

图8是图7所示的电机的环状绕组的圆周展开示意图；

图9是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图10是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图11是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图12是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图13是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图14A是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图14B是图14A所示的变型的环状绕组的圆周展开示意图；

图15A是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图15B是图15A所示的变型的环状绕组的圆周展开示意图；

图16A是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图16B是图16A所示的变型的环状绕组的圆周展开示意图；

图17A是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图17B是图17A所示的变型的环状绕组的圆周展开示意图；

图18是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图19是显示图7所示的电机的变型的定子磁极和环状绕组的布置结构的示意轴向剖视图；

图20是显示图7所示的电机的变型的定子磁极和环状绕组的布置结构的示意轴向剖视图；

图21是显示图7所示的电机的变型的定子磁极和环状绕组的布置结构的示意轴向剖视图；

图22是显示图7所示的电机的变型的定子磁极和环状绕组的布置结构的示意轴向剖视图；

图23A是图7所示的电机的变型的定子芯体示意圆周俯视图；

图23B是沿图23A的A-A的、图23A所示的变型的示意轴向剖视图；

图24A是图7所示的电机的变型的定子磁极的圆周展开示意图；

图24B是图24A所示的变型的环状绕组的圆周展开示意图；

图25是传统的交流电机的示意轴向剖视图；

图26是图25所示的交流电机的示意径向剖视图；

图27是图25所示的交流电机的示意圆周展开图；

图28是另一个传统的交流电机的示意轴向剖视图；

图29是图28所示的交流电机的示意径向剖视图；

图30是图28所示的交流电机的定子的示意圆周展开图；

图31是图28所示的交流电机的转子的示意圆周展开图；和

图32是图28所示的交流电机的定子线圈的两个相绕组的示意圆周展开图。

具体实施方式

下面说明本发明的交流电机的实施例。

图1是该电机100的示意轴向剖视图。图2是显示沿图1的A-A，B-B，C-C的电机100的示意剖视图。图3是电机100的定子磁极的圆周展开示意图。图4是电机100的转子的圆周展开示意图。图5是电机100的环状绕组(两个不同相的相绕组)的圆周展开示意图。

首先，说明电机100的基本结构。

电机100包括转子10，转子10固定到转轴11并具有SPM(表面永磁铁(surface permanent magnet))结构，其中圆柱形永磁铁12固定到转子10的外周边。转轴11由外壳13通过轴承转动地支撑。如图2所示，永磁铁12具有8个磁极，该8个磁极沿圆周方向在相反方向上交替地磁化。图2中表示的每个角度值显示机械角度(mechanical angle)。在本实施例中，电角度(electrical angle)是机械角度的四倍。参考标记14表示定子芯体。在该定子芯体14上，缠绕环状绕组(相绕组)15，16。

定子芯体14包括第一、第二和第三局部芯体，该第一、第二和第三局部芯体同轴地设置成面对转子10的外周边。第一局部芯体包括在圆周方向上交替地设置的定子磁极19，20。第二局部芯体包括在圆周方向交替地设置的定子磁极21，22。第三局部芯体包括在圆周方向交替地设置的定子磁极23，24。第一局部芯体设置在图1的线A-A的位置处，即，定子芯体14的轴向的一个末端部分处。第二局部芯体设置在图1的线B-B的位置处，即，在定子芯体14的轴向的中部。第三局部芯体设置在图1的线C-C的位置处，即，在定子芯体14的轴向的另一个末端部分处。

如图2所示，第一至第三局部芯体中的每个具有8个磁极。因此，定子磁极19、20之间，定子磁极21、22之间，定子磁极23、24之间的机械角度的相位角度为45度(电角度180度)。第二局部芯体的机械角度与第一局部芯体的机械角度偏移30度(电角度120度)。第三局部芯体的机械角度与第二局部芯体的机械角度偏移30度(电角度120度)。第一、第二或第三局部芯体中包括的每个定子磁极由软磁方条形构件(softmagnetic square bar-like member)制成，该软磁方条形构件在圆周方向上具有预定长度并且在轴向上具有预定宽度。

如图2所示，相同局部芯体中包括的定子磁极在圆周方向上通过局部芯体的基端部分处的环形轭部在圆周方向上彼此磁地短路。第一至第三局部芯体的环形轭部通过径向地设置在环状绕组15，16的外部的环形轭部在轴向上彼此磁地短路。局部芯体可以是压粉芯体。然而，局部芯体不局限于此。例如，每个局部芯体可以是多个其它更小的局部芯体的集合。

如上所述，定子芯体14由沿轴向设置的作为定子芯体的三个局部芯体构成，这些定子芯体中的每个的两个相邻定子磁极之间的电角度的相位角度设定为120度。因此，在环状绕组缠绕在每个局部芯体上的情况下，因为局部芯体之间流过磁通量不是必需的，因此，如果轴向上的磁路的磁阻很高，也不会造成任何严重问题。因此，定子芯体14能够通过层叠电钢片形成。

接下来，参考图5来说明环状绕组15，16。在本实施例中，每个环状绕组15，16具有唯一的缠绕图案。

环状绕组15是波形绕组，该波形绕组通过相邻定子磁极19、20之间的空间和图5朝下的相邻定子磁极21、22之间的空间。然后，环状绕组15通过另一组相邻定子磁极21、22之间的空间和图5中朝上的另一组相邻定子磁极19、20之间的空间以便返回到轴向的初始位置，这些空间与环状绕组15已经通过的空间在圆周方向上相邻。重复缠绕图案直至环状绕组15在圆周方向上转弯(转一圈)。

相似地，环状绕组16是波形绕组，该波形绕组通过相邻定子磁极22、21之间的空间和图5朝下的相邻定子磁极24、23之间的空间。然后，环状绕组16通过另一组相邻定子磁极23、24之间的空间和图5中朝上的另一组相邻定子磁极21、22之间的空间以便返回到轴向的初始位置，这些空间与环状绕组16已经通过的空间在圆周方向上相邻。重复缠绕图案直至环状绕组16在圆周方向上转弯(转一圈)。

在本实施例中，在第一局部芯体(例如，其可被看作U-相的2-极定子芯体)的定子磁极19，20周围，环状绕组15(其可被视作U-相波形绕组)产生U-相磁场。相似地，在第三局部芯体(例如，其可被看作W-相的2-极定子芯体)的定子磁极23，24周围，环状绕组16(其可被视作W-相波形绕组)产生W-相磁场。作为U-相绕组的环状绕组15和作为W-相绕组的环状绕组16缠绕在定子磁极21，22上。因此，因为U-相电流和W-相电流的合成电流，即，倒V-相电流(inverted V-phase current)围绕第二局部芯体的定子磁极21，22流动，因此在其周围产生V-相磁场。因此，这些两个环状绕组15、16产生电角度彼此间隔120度的三个旋转的磁场。

本发明的上述实施例具有如下优点。在本实施例中，相邻定子磁极19，20之间的相差，相邻定子磁极21，22之间的电角度的相差和相邻定子磁极23，24之间的电角度的相差为180度。因此，两个相邻定子磁极分别面对两个相反极性的转子侧磁铁。在定子磁极的这种位置结构中，因为两个相邻定子磁极中的每个彼此磁地平衡，因此能够减小变动转矩(coggingtorque)和变动转矩引起的转矩脉动。

此外，因为沿圆周方向流过每两个相邻定子磁极之间的磁通量是主要的，如果通过层叠电钢片形成定子芯体，那么涡流损耗(eddy currentloss)能够很小，因为与电钢片垂直地互连的磁通量很小。

图3显示在圆周方向上彼此相邻的定子磁极之间的电角度的相差为180的情况，然而，它不局限于此。例如，之间的相差为120度的定子磁极和之间的相差为90的定子磁极可组合，从而使得与相同轴向位置处的定子磁极互连的磁通量的总和实质上为零。同样，该实例具有本实施例所具有的同样优点。

在本实施例中，对于所有的定子磁极，在圆周方向上彼此相邻的定子磁极之间的电角度的相差为180度，然而，这不是必需的。例如，可以为170度或190度。即，因为，如果圆周方向上彼此相邻的定子磁极之间的电角度的相差小于360度，因为存在在相同轴向位置处具有不同相位的定子磁极，它们容易磁平衡。

根据上述说明，可以理解的是，同样，在多个局部芯体沿轴向串联设置使得磁通量能够沿轴向流动的情况中，如果相同轴向位置处的所有定子磁极产生的合成磁场接近零时，由于能够消除从一个局部芯体流动到相邻的局部芯体的轴向磁通量，因此能够获得各种优点。此外，如果相同局部芯体的相同极性的定子磁极围绕一点对称设置时，施加到该局部芯体的径向磁力能够很好地平衡。

在本实施例中，设置在图3，5的上部的定子磁极和绕组具有这样的位置关系：圆周方向上彼此相邻的定子磁极19，20之间的电角度的相差为180度。因此，如果相位彼此偏移180度的正弦电流通过圆周方向上彼此相邻的绕组空间(极间空隙)，可产生最大转矩。事实上，根据图5所示的环状绕组15的缠绕图案，分别流过圆周方向上彼此相邻的绕组空间的电流的方向相反，因此，这些绕组空间被同等地供应有相位彼此偏移180度的电流。

与位于图3，5的上部的定子磁极一样，位于图3，5的底部的定子磁极和绕组具有同样的位置关系。因此，通过给环状绕组16通过正弦电流，能够产生最大转矩。位于图5的上部的定子磁极的位置和位于图5的底部的定子磁极的位置彼此偏移120度。因此，环状绕组15和环状绕组16分别供应有相差为120度的电流。

位于图5的中部的定子磁极的位置相对于位于上部的定子磁极的位置偏移120度，相对于位于底部的定子磁极的位置同样偏移120度。因此，通过给位于中部的定子磁极的绕组空间流通电流，该电流相对于流过位于上部的定子磁极的绕组空间的电流和流过位于底部的定子磁极的绕组空间的电流具有120度的相差，因此能够产生最大转矩。在位于中部的定子磁极的绕组空间中，环状绕组15和环状绕组16以重叠的方式设置。因为分别流过环状绕组15和环状绕组16的电流的相位彼此偏移120度，因此这些电流的合成电流与这些电流中的每个同样偏移120度。因此，通过分别使相位彼此偏移120度的电流通过环状绕组15和环状绕组16，能够产生转矩。

能够采用环状绕组15分成两组的结构，一组供应有Io×sin(θ+α)的电流，另一组供应有-Io×sin(θ+α-120)的电流；并且环状绕组16分成两组，一组供应有Io×sin(θ+α-120)的电流，另一组供应有-Io×sin(θ+α-240)的电流，其中Io是电流幅度，θ是电角度，α是电流相位。同样在该结构中，能够产生转矩。

变型

如图1所示，如果每个定子磁极的轴向宽度在任意径向位置处相同，由于能够通过层叠特定数量的电钢片简单地形成定子磁极，因此生产率高。如果所有的定子磁极具有相同周向宽度，由于能够层叠相同形状的电钢片来形成所有局部芯体，因此生产率高。然而，根据层叠定子磁极所使用的技术，定子磁极可具有不同周向宽度。

变型

图6是包括三相绕组(环状绕组)15，16，17的、作为变型实施例的定子线圈的圆周展开图。首先，说明位于图5和图6的上部的定子磁极之间的位置关系。由于相邻的定子磁极之间的电角度的相差为180，如果具有180度相差的正弦电流分别通过相邻的绕组空间，能够产生最大转矩。事实上，根据图6的缠绕图案，分别流过相邻绕组空间的电流的方向相反，因此，这些绕组空间等同地供应有相位彼此偏移180度的电流。

接下来，说明位于图6的中部的定子磁极和绕组16之间的位置关系。因为位置关系与上述相同，因此给绕组通正弦电流，能够产生最大转矩。位于图6的上部的定子磁极的位置和位于图6的底部的定子磁极的位置彼此偏移120度。于是，绕组15和绕组17分别供应具有120度相差的电流。

在本变型中，通过提供具有相位彼此偏移120度的电流的三个绕组15，16，17，能够产生转矩。

基于不同观点，可以说，在本变型中，环状绕组15围绕的定子磁极19，21形成一个相位，环状绕组16围绕的定子磁极22，24形成另一个相位，环状绕组15，16围绕的定子磁极20，23形成又一个相位。

变型

接下来，参考图7和图8说明交流电机的变型的实施例。图7是定子磁极的圆周展开示意图，图8是该实施例的环状绕组的圆周展开示意图。

首先，说明位于图7的上部的定子磁极25，26和绕组15之间的位置关系。相邻定子磁极25，26之间的电角度的相差为180度。于是，如果具有180度相差的正弦电流分别通过相邻的绕组空间，能够产生最大转矩。事实上，根据图8的缠绕图案，分别流过相邻绕组空间的电流的方向相反，因此，这些绕组空间同等地供应相位彼此偏移180度的电流。

接下来，说明位于图8的底部的定子磁极30，31和绕组16之间的位置关系。因为该位置关系与上述位置关系相同，因此通过使绕组16流通正弦电流，能够产生最大转矩。位于图8的上部的定子磁极的位置和位于图8的底部的定子磁极的位置彼此偏移120度。于是，绕组15和绕组16分别供应彼此之间具有120相差的电流。

接下来，说明位于图8的中部的定子磁极27，28，29。与位于上部和底部的定子磁极不同，位于中部的相邻定子磁极之间的电角度的相差为120度。于是，如果具有120度相差的正弦电流分别通过相邻绕组空间，能够产生最大转矩。因为流过绕组15的电流和流过绕组16的电流的合成电流与这些电流中的每个相位上偏移120度，流过绕组15和16所在的绕组空间的电流与流过绕组15和16中的仅一个所在的相邻绕组空间的电流相位上偏移120度。

因此，通过流通具有120度相差的正弦电流，能够产生转矩。根据本实施例，因为绕组没有圆周重叠部分，与前述实施例(参见用于比较的图5)相比，能够缩短绕组长度。

基于不同观点，可以说，在本实施例中，绕组15围绕的定子磁极25，27形成一个相位，绕组16围绕的定子磁极29，31形成另一个相位，绕组15，16围绕的定子磁极26，28，30形成又一个相位。

变型

如图9所示，如果定子磁极20，22，23在轴向上偏移以便缩短绕组的轴向长度(在每个定子磁极处绕组设置成在其一侧沿轴向彼此相邻)，能够缩短绕组长度。在磁平衡不显著地破坏(undone)的极限内，通过以这种方式偏移这些定子磁极，能够缩短绕组长度，因而减小交流电机的铜成本。

变型

如图10所示，如果相同相位的定子磁极19，21，相同相位的定子磁极22，24，和相同相位的定子磁极20，23在圆周方向上偏移，从而使得相同相位的两个定子磁极中的每个彼此靠近，并且保持在磁平衡不过度地破坏(undone)的极限内，因此能够缩短绕组长度，因而减小交流电机的铜成本。

另外，在图3的情况中，如果一个定子磁极的周向宽度的电角度超过120度，那么相同相位的定子磁极的合成周向宽度的电角度超过180。如果如此，因为转子的N-磁极和S-磁极同时面对相同相位的定子磁极，这导致输出转矩的减小。通过以上述方式偏移定子磁极，能够把相同相位的定子磁极的合成周向宽度减小到180度之内，因而防止输出转矩减小。

变型

通过缩短定子磁极的周向宽度同样能够获得上述效果。例如，如图11所示，通过减小中间部分的定子磁极21，22的周向宽度，能够把相同极性的定子磁极的合成宽度的电角度减小到180度之内。

变型

如图12所示，在图3的情况中，如果磁体(magnetic substances)32，33设置在绕组不通过的极间空隙(interpole spaces)中，以便增加磁通量流过的部分的数量，因此能够抑制磁饱和，以便提高交流电机的转矩特性。相似地，如图13所示，在图7的情况中，如果磁体34，35，36设置在绕组不通过的极间空隙中，以便增加磁通量流过的部分的数量，能够获得与上述相同的优点。定子磁极可具有组合条形构件或切角条形构件的形状。

变型

如图14A，14B所示，磁表面(即，面对每个定子磁极的转子的表面)可具有平行四边形形状。在该情况中，因为绕组不具有直角弯曲部分，因此能够减小绕组长度，从而减小铜耗和绕组的使用量。此外，如果定子磁极的磁表面具有平行四边形形状，因为流入定子磁极的磁通量的旋转角度的变化率变得平缓，因此减小转矩波动。

变型

如图15A，15B所示，磁表面(即，面对每个定子磁极的转子的表面)可具有梯形形状。在该情况中，因为绕组不具有直角弯曲部分，因此能够减小绕组长度，从而减小铜耗和绕组的使用量。此外，根据定子磁极的磁表面具有梯形形状的该变型例，因为流入定子磁极的磁通量的旋转角度的变化率变得平缓，因此减小转矩波动。

变型

如图16A，16B所示，每个定子磁极的磁表面可具有这样的形状：它的轴向宽度沿圆周方向以大致正弦方式变化。在该情况中，因为绕组不具有直角弯曲部分，因此能够减小绕组长度，从而减小铜耗和绕组的使用量。

这里，当流过定子的一个轴向端处的定子磁极的U-相磁通量和W-相磁通量分别用ψu，ψw表示时，ψu＝ψ0sinθ，并且当转子旋转时，ψw＝ψ0sin(θ-120)，其中ψ0是磁通量幅度，θ是磁通量相位。因为U-相、V-相和W-相磁通量的总和总为零，因此保持等式ψu+ψv+ψw＝0。于是，流过定子的轴向中间部分的定子磁极的V-相磁通量phiv等于-(ψu+ψw)，而与它的形状无关。结果，因为ψv＝ψ0sin(θ-240)，因此具有相同幅度和彼此相位偏移120度的U-相、V-相和W-相磁通量分别流过位于图16A的上部的定子磁极、中部的定子磁极和底部的定子磁极。因此，尽管仅位于上部和底部的定子磁极具有正弦波形状，但是可以说，图16的位于中部的定子磁极也等同于具有正弦波形状。根据该变型例，即，每个定子磁极的磁表面具有这种形状：它的轴向宽度沿转子的旋转方向以大致正弦方式变化。因为流过定子磁极的磁通量的旋转角度的变化率正弦地变化，因此能够减小转矩波动。

变型

图17A，17B显示图16A，16B所示的变型例的变化例。如图17A所示，定子的两个轴向端侧的定子磁极44，46的轴向宽度可大致等于转子10的永磁铁12的轴向宽度。同样，在该情况中，每个定子磁极的磁表面具有这样的形状：它的轴向宽度沿圆周方向以大致正弦方式变化。因此，根据该变型例，能够进一步地降低转矩波动。

变型

如图18和图19所示，在该变型例中，在绕组轴向邻接的每个定子磁极中，定子磁极的缠绕绕组的部分的轴向宽度减小，从而具有凹陷部分，绕组设置在该凹陷部分中。该结构能够减小绕组长度。因为根据该变型例，该结构能够减小或消除在定子的轴向端侧处绕组沿轴向悬挂出(hanging-out)，因此能够减小交流电机的轴向长度。如图20所示，通过弯曲层叠的电钢片形成定子磁极，可减小定子磁极的缠绕绕组的部分的轴向宽度。

变型

如图21所示，在该变型例中，在绕组轴向邻接的每个定子磁极中，定子磁极的缠绕绕组的部分的轴向位置在与该绕组相反的方向上偏移，从而具有凹陷部分，绕组设置在该凹陷部分中。该结构能够减小绕组长度。因为根据该变型例，该结构能够减小或消除在定子的轴向端侧处绕组沿轴向悬挂出(hanging-out)，因此能够减小交流电机的轴向长度。如图22所示，通过弯曲层叠的电钢片形成定子磁极，可减小定子磁极的缠绕绕组的部分的轴向宽度。

变型

如果通过层叠电钢片形成的定子的部分由各向同性软磁材料(isotropic soft magnetic material)制成，那么能够减小定子的涡电流，因为定子的轴向磁通量集中在该部分中。在该变型例中，如图23A，23B所示，该类型的定子芯体100A的轭部分101(定子磁极沿轴向设置在该轭部分中)形成有8个通孔102，各向同性软磁材料制圆棒103装配和固定到每个通孔102中。优选地，考虑到强度和磁通量，通孔102设置在定子磁极104的径向外侧。同样，期望设置具有无磁性部分(例如切口)的定子芯体100A，以便防止电钢片中的涡电流。

变型

上面已经说明了定子磁极的形状的各种变化例。能够根据尺寸、极数量、使用目的和使用约束等使用条件，来使用这些变化例中的任一种或组合，例如如图24A，24B所示。应当注意的是，本发明能够有利地用于特定的薄型电机，因为本发明能够减小或消除绕组沿轴向悬挂出(在传统电机中称为线圈端)。尽管本实施例和上述变型例中使用的转子是表面具有磁铁型的，但是它可以是磁铁嵌入在其中的类型，或可以是不同类型的转子的组合。同样，尽管本发明的上述实施例和变型例涉及内转子型的交流电机，但是本发明能够应用于外转子型的交流电机。因为外转子型的交流电机具有容易制薄、短绕组和大转子直径的特性，因此当应用到该交流电机时能够提高本发明的优点。

因为本实施例和变型例中的绕组是蜿蜒曲折的绕组(meanderingwinding)，因此能够容易地形成，例如，通过把模制绕组装配进绕组空间，或通过使用软的且容易成形的铝绕组。

上述优选实施例是本申请的本发明的实例，本申请仅由所附权利要求限定。应当理解的是，对于本领域的熟练技术人员而言，可以对优选实施例进行各种变化。

Claims (18)

1.一种交流电机，包括：

转子，所述转子包括沿所述交流电机的圆周方向交替地设置的N-磁极和S-磁极；

定子芯体，所述定子芯体包括沿所述交流电机的轴向方向同轴地设置的多个局部芯体，每个所述局部芯体包括多个定子磁极，所述多个定子磁极沿所述圆周方向设置以便在同一圆周上；和

多个环状绕组，所述多个环状绕组中的每个在所述圆周方向上延伸，同时沿所述轴向方向穿过在所述圆周方向上彼此相邻的每两个定子磁极之间的极间空隙，

其中对于每个所述局部芯体，所述局部芯体在所述圆周方向上彼此相邻的每两个定子磁极之间的电角度相位差设定为小于360度的值。

2.根据权利要求1所述的交流电机，其中所有所述定子磁极具有大致相同的轴向长度。

3.根据权利要求1所述的交流电机，其中在每个所述局部芯体中，所述多个定子磁极包括在第一组和第二组中，包括在所述第一组中的所述定子磁极和包括在所述第二组中的所述定子磁极沿所述圆周方向交替地设置，并且包括在所述第一组中的所述定子磁极和包括在所述第二组中的所述定子磁极之间的沿所述圆周方向的电角度的相差大致为180度，每个所述环状绕组是波形绕组，该波形绕组沿所述轴向方向穿过由包括在所述第一组中的所述定子磁极和包括在所述第二组中的所述定子磁极形成的极间空隙。

4.根据权利要求3所述的交流电机，其中所述定子芯体包括沿所述轴向方向设置的三个所述局部芯体，并且包括分别缠绕在所述三个局部芯体上的三个所述环状绕组。

5.根据权利要求3所述的交流电机，其中所述第一和第二个局部芯体在平行于所述轴向方向的第一方向上彼此相邻，其中第一个所述环状绕组是波形绕组，该波形绕组布置成沿所述轴向方向穿过第一个所述局部芯体的一个所述极间空隙，以便环绕所述第一个局部芯体的一个所述定子磁极和第二个所述局部芯体的一个所述定子磁极；在与所述第一方向相反的第二方向上穿过所述第二个局部芯体的一个所述极间空隙，并且在所述第二方向上穿过所述第一个局部芯体的一个所述极间空隙；并且

其中第二个所述环状绕组是波形绕组，该波形绕组布置成沿所述轴向方向穿过所述第二个局部芯体的一个所述极间空隙，以便环绕所述第二个局部芯体的一个所述定子磁极和第三个所述局部芯体的一个所述定子磁极；在所述第二方向上穿过所述第三个局部芯体的一个所述极间空隙，并且在所述第二方向上穿过所述第二个局部芯体的一个所述极间空隙，其中所述第二和第三个局部芯体在所述第一方向上彼此相邻；

所述第一和第二个环状绕组布置成彼此不交叉。

6.根据权利要求3所述的交流电机，其中在每个所述局部芯体中，所述第一组中包括的所述定子磁极的轴向位置不同于所述第二组中包括的所述定子磁极的轴向位置。

7.根据权利要求3所述的交流电机，其中所述定子芯体包括沿所述轴向方向布置的作为第一、第二和第三局部芯体的三个所述局部芯体，并且包括作为第一和第二环状绕组的两个所述环状绕组，所述第一环状绕组缠绕在所述第一和第二局部芯体上，所述第二环状绕组缠绕在所述第二和第三局部芯体上。

8.根据权利要求7所述的交流电机，其中所述第一和第三局部芯体分别设置在所述定子芯体的两个轴向端部，所述第二局部芯体设置在所述定子芯体的轴向中部，所述第一和第三局部芯体的所述定子磁极沿所述圆周方向的电角度的相差为180度，所述第二局部芯体的所述定子磁极沿所述圆周方向的电角度的相差为120度，所述第二局部芯体的所述极间空隙包括仅所述第一环状绕组穿过的极间空隙、仅所述第二环状绕组穿过的极间空隙、和第一和第二环状绕组穿过的极间空隙。

9.根据权利要求1所述的交流电机，其中一些所述定子磁极的圆周位置在所述圆周方向上偏移预定相位角。

10.根据权利要求1所述的交流电机，其中在每个所述局部芯体中，所述定子磁极具有至少两种的周向宽度。

11.根据权利要求1所述的交流电机，其中在两个所述定子磁极之间的轴向空间中设置软磁体，前述两个所述定子磁极在所述轴向方向上相邻并且分别包括在两个所述局部芯体中。

12.根据权利要求1所述的交流电机，其中面对所述转子的每个所述定子磁极的表面具有平行四边形形状。

13.根据权利要求1所述的交流电机，其中面对所述转子的每个所述定子磁极的表面具有梯形形状。

14.根据权利要求1所述的交流电机，其中面对所述转子的每个所述定子磁极的表面具有相对于所述圆周方向以大致正弦方式变化的边缘，从而使得面对所述转子的每个所述定子磁极的轴向宽度沿所述圆周方向以大致正弦方式变化。

15.根据权利要求1所述的交流电机，其中在所述定子芯体的径向方向上延伸的每个所述定子磁极的径向部分的、在所述轴向方向上面对所述环状绕组的部分相对于所述径向部分的前端部凹陷，所述径向部分的前端部不面对所述环状绕组。

16.根据权利要求1所述的交流电机，其中在所述定子芯体的径向方向上延伸的每个所述定子磁极的径向部分中，在所述轴向方向上不面对所述环状绕组的前端部的宽度宽于在所述轴向方向上面对所述环状绕组的所述部分的一部分的宽度。

17.根据权利要求1所述的交流电机，其中所述定子芯体包括由各向同性软磁材料制成的构件，该各向同性软磁材料设置在所述定子芯体的轭部分以便在所述轴向方向上延伸。

18.根据权利要求17所述的交流电机，其中所述定子芯体包括电钢片，该电钢片在所述轴向方向上层叠以形成所述局部芯体和磁地连接所述局部芯体的轭部分，所述轭部分形成有沿所述轴向方向延伸的至少一个通孔，所述通孔中插入各向同性软磁材料制的所述构件。

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