CN101517873A - 带有组合磁极的电子机器 - Google Patents

Abstract

一种电动机或发电机，其由携带磁极片的定子和它们的相配合的线圈组成，定子在一侧由邻近磁极的一面的场生成永磁体所环绕，而在另一侧，由定位为邻近磁极的另一面的通量返回路径元件所环绕。定子线圈优选线轴安装。

Description

带有组合磁极的电子机器

技术领域

本发明大体上涉及电动机器(electrodynamic machine)，其中磁极和磁结构的剩余结构分开。

更具体地，本发明涉及一种电动机器，其中磁极绕组和接近机器的相对运动部件的磁极面与用作磁通量的返回路径的磁体材料分开形成。

背景技术

电动机器，例如电动机(motor)和发电机通常由定子和转子组成，定子和转子的其中之一携带有与线圈相关联的磁极片(pole piece)，在电动机的情形下，线圈由电流激励，而定子和转子中的另一个或者具有永磁体或者具有电磁体来生成作用在线圈上的通量。通常，有多个磁极片以及和它们相关联的线圈，且连接到这些部件的数量促使将机器的这部分设置为定子，而磁场生成部分是转子。

定子需要通量路径(flux path)来返回磁通量，从磁极片通过磁通量生成路径到达磁极片的后面。这通常用通过邻近的磁极或通过支撑结构到达在后面支撑磁极片的磁结构的路径来完成。这样的一个磁结构组装复杂，且制造费用高昂，因为磁极片的线圈通常需要成形为适合于磁极和背衬磁结构(backing magnetic structure)。美国专利说明书7067944显示了这种结构的典型实施例，其中定子结构被注塑成型到基座板。

本发明提供了这个和其它问题的解决方案，该解决方案能提供超越现有技术的优点，或将至少给公众提供一个有用的选择。

所有参考文献，包括本说明书引用的任何专利或专利申请据此通过引用并入。并没有承认任何的参考文献已构成了现有技术。对参考文献的讨论陈述了它们的作者所论断的内容，且申请人保留质疑所引用的文献的正确性和针对性的权利。应清楚地理解，虽然这里提到了许多现有技术出版物，但是这种参考并不构成承认任何这些文献构成在新西兰或任何其它国家技术中常见的一般知识部分。

公认的，词语“包括”，在不同的管辖范围下，都具有排他的或包含的意思。为了本说明书的目的，且除非另外说明，词语“包括”应具有包含的意思，即，将用来表示，不仅包括其直接引用的所列出的部件，而且还包括其它非指定的部件或元件。当在方法或过程中的一个或更多步骤中使用词语“包括(comprised或comprising)”时，同样适用这个基本原理。

发明内容

在一种例证中，本发明在于一种具有整体上环形的第一结构以及第二结构的电动机器，第一结构包括在一轴的周围排列的多个磁隔离的磁极片，每个磁极片具有第一面和第二面，每个磁极片上在第一面和第二面之间设有至少一个磁极线圈，第二结构可旋转地安装在第一结构轴上，并包括用于每个磁极片的磁通量生成装置(magnetic flux creation device)，其中存在有经由第二结构从每个磁极片的第一面通过至少一个磁通量生成装置到达磁极片的第二面的磁通量传导路径(magnetic flux conducting path)。

优选地，机器是轴向通量机器(axial flux machine)，且磁极片在轴的周围径向排列。

优选地，机器是径向通量机器(radial flux machine)，且磁极片在轴的周围轴向排列。

优选地，磁极片被夹在公共基座板(common base plate)和公共顶板(common top plate)之间。

优选地，每个磁极片在每端带有凹口(groove)，以有利于被夹在公共基座板和公共顶板之间。

优选地，凹口是弓形的，并与基座板或顶板上相应的凸台(projection)相配合。

优选地，机器是鼓式机器(drum machine)。

优选地，每个磁极线圈都被缠在线轴上。

优选地，线轴、线圈和磁极片通过被嵌入一基底(substrate)里而成为整体来作为第一结构。

优选地，基底是通过注塑成型(injection moulding)来制造的。

优选地，第二结构具有磁性结构的带，所述磁性结构的带被定位为邻近磁极的外部面(outer face)。

优选地，所述带形成第二结构的一部分。

优选地，所述带在第一结构的里面，而永磁体在第一结构的外面。

优选地，所述带和磁体被安装到相同的磁性材料。

优选地，第一结构是固定的，而第二结构旋转。

优选地，磁通量生成装置是永磁体。

可选地，本发明涉及一种构造具有整体上环形的定子结构的径向通量电动机器的方法，该方法包括：提供多个磁极片，将磁极线圈安装到磁极片，并组装磁极片和线圈以形成每个极轴(pole axis)都被径向定向的环形定子，将磁极片和线圈嵌入一基底，由此使定子成为整体，将磁场生成元件(magnetic field creating element)和磁极片背衬元件(pole piece backingelement)组装在一转子里，并在磁场生成元件和磁极片背衬元件之间形成至少一个磁通量路径。

优选地，磁极线圈被缠在线轴上，而线轴被放置在磁极片上。

优选地，在嵌入磁极片和线圈之前，将磁极片和线轴保持在基座板上的适当位置处。

可选地，本发明涉及一种构造具有整体上环形的定子结构的环形通量电动机器的方法，该方法包括：提供多个磁极片，将磁极线圈安装到磁极片，并组装磁极片和线圈以形成每个极轴都被轴向定向的环形定子，将磁极片和线圈嵌入一基底，由此使定子成为整体，将磁场生成元件和磁极片背衬元件组装在一转子里，并在磁场生成元件和磁极片背衬元件之间形成至少一个磁通量路径。

在阅读以下详细描述和查看相关附图的基础上，表现本发明特性的这些和其它特征以及优点将变得明显。

附图简述

图1是根据本发明的电动机的截面透视图。

图2是图1的转子的剖面图。

图3是图1的定子的剖面图。

图4是图3的定子在线4-4上的剖面图。

图5是图1的定子的分解图。

图6是图5的绕组和磁极片的分解图。

图7是根据本发明的径向通量电动机的截面图。

图8是根据本发明的轴向通量电动机的截面透视图。

发明描述

现在参考图1，剖面显示了根据本发明的一个例证的电动机，并且该电动机由外部机壳101、转子102和定子102组成。

如在图2中所最佳看到的，转子102包括轴201，而轴201的轴颈支承在轴承202、203里。磁性材料，例如铁或低碳钢的杯形部分204支撑磁体205和背铁206。磁体交替地使北磁极和南磁极面向内。磁通量通过转子主体204从磁体传导到背铁206，而背铁206可以是叠层的形式(laminated form)。

与转子102配合的是图3中显示的定子103，图4中是剖面图，而图5中是细节。位于轴承203上的基座板301接纳例如302的磁隔离的磁极片的装配体，磁极片302带有缠在线轴303上的线圈。这个装配体被装入适当的封装材料(potting material)304里，并通常被贯穿螺栓固定到基座板。

适当的封装材料可以是膨胀系数接近线轴和磁极片并能粘附到线轴和磁极片，而弹性强度和模量足够维持零件布置(part placement)，同时能减少脆性断裂的可能性的任何非传导材料。大部分电子元件环氧或聚氨基甲酸酯封装化合物是合适的，且在低温应用中也可使用热塑性塑料。

磁极片可以是层压钢(laminated steel)的组件，但优选是磁粉的模制件，并且可以是所要求质量的烧制的铁素体成分(fired ferritic component)或压力模制的粘性磁粉。每个磁极片都与另一个磁极片磁性分离，也就是说，在定子里，磁极片之间没有磁性构件桥接。这减少了构成定子所需要的磁性材料的量，从而减少了定子组件的成本和重量。

图5显示了带有凹槽(recess)的基座301，当磁极片302与绕组303安装在一起时，凹槽接收磁极片302。如在图6中所最佳显示的，绕组由接收绕组602的线轴601组成。绕组和线轴在一侧是锥形的，以允许绕组尽可能的靠在一起。磁极片的每一端上的凹口603与基座上的凸台503和端盖502上相似的凸台相配合来阻止磁极片运动。盖502由螺栓501固定。磁极片和绕组的装配体可在装配到基座之前被封装成一整体组件，或可在装配到基座之后封装，从而使定子成为一整体组件。

在操作中，转子102的轴颈被支撑在机壳101和定子103的基座里，并且机壳和基座被固定在一起，以便永磁体205和背铁206在定子周围旋转。背铁206和定子内表面之间的间隙优选小到与公差、负载和温度相一致。因为背铁与磁极同步运动，所以背铁里的涡流减少，从而提供了效率的增加。

图7和图8分别显示电动机的轴向通量形式的截面侧视图和截面透视图，其中电动机机壳701具有在703处用螺杆安装到其上的定子702。定子702是注塑成型组件(injection moulded assembly)，具有嵌入在其中的线圈704，而线圈704缠在线轴705里，并且安装在磁极片706周围。尽管线圈被直接缠在磁极片706上，并且被注塑成型为一整体，但作为可替换的结构，在平面上是扇形的线圈704可缠在线轴上以便于制造。

机壳701可以模制为基于锌的压铸件(zinc based die casting)或模制为注塑成型纤维增强的塑料件(injection moulded fibre reinforced plastic)，因为机壳里不需要磁性材料。中心轴707的轴颈支撑在轴承714上，转子结构708包括两个平面盘709和710。盘710通过孔711里的螺杆连接到转子708的剩余结构。固定到盘709的是背铁连续环带712。类似地固定到上部盘710的是磁体环713，带有为每个磁极706形成的磁体。可选地，磁体可以是固定到背铁例如712的扇形磁体。背铁712和磁体环713用来提供通过磁极片的通量返回路径，且因此，转子也可以是注塑成型纤维增强的塑料件，但是在组装后，顶部盘710必须固定到底部盘709。

旨在使线轴易于缠绕和放置，从而提供电动机结构上的优点，同时仍能获得相当于目前变形绕组技术(deformed winding technology)的效率。另外，这样的结构提供了只包含容易制造的部件的非常紧凑的电动机形式。

虽然描述的是永磁体磁极通量发电机，但是本技术同样可用于电磁通量发电机。

鼓式形式(drum form)的机器可构造为背铁在线圈里面或背铁在线圈外面。

应理解，虽然已经在之前的描述中提出了本发明的各种实施方式的许多特性和优点，以及本发明的各种实施方式的结构和功能的细节，但这个公开只是示例性的，并且只要不负面影响本发明的功能就可进行详细的改变。例如，机器的特定元件可依赖于其所应用的具体应用而改变，而并不会改变本发明的精神和范围内。

此外，虽然这里描述的优选实施方式是涉及六磁极永磁体电动机，但本领域技术人员将理解，本发明的教授能用于其它系统，例如有不同数量的磁极的发电机和电动机，而不背离本发明的范围和精神。

工业适用性

本发明可用于构造在电气工业中使用的电动机和发电机。本发明因此具有工业适用性。

Claims (10)

1.一种电动机器，其具有整体上环形的第一结构，以及第二结构，所述第一结构包括在一轴的周围排列的多个磁隔离的磁极片，每个磁极片具有第一面和第二面，并且每个磁极片上在所述第一面和第二面之间设有至少一个磁极线圈，所述第二结构可旋转地安装在第一结构轴上，并包括用于每个磁极片的磁通量生成装置，其中存在有经由所述第二结构从每个磁极片的第一面通过至少一个磁通量生成装置到达磁极片的第二面的磁通量传导路径。

2.如权利要求1所述的电动机器，其中所述机器是轴向通量机器，且所述磁极片径向排列在所述轴的周围。

3.如权利要求1所述的电动机器，其中所述机器是径向通量机器，且所述磁极片轴向排列在所述轴的周围。

4.如权利要求1所述的电动机器，其中每个磁极线圈都被缠在线轴上。

5.如权利要求4所述的电动机器，其中所述线轴、线圈和磁极片通过被嵌入在一基底里而成为整体来作为第一结构。

6.如权利要求1所述的电动机器，其中所述第二结构具有磁性结构的环形带，所述磁性结构的环形带被定位为邻近磁极的外部面。

7.如权利要求6所述的电动机器，其中所述带在所述第一结构的里面，而永磁体在所述第一结构的外面。

8.一种构造径向通量电动机器的方法，所述电动机器具有整体上环形的定子结构，所述方法包括：提供多个磁极片，将磁极线圈安装到所述磁极片，并组装所述磁极片和线圈以形成每个极轴都被径向定向的环形定子，将所述磁极片和线圈嵌入一基底，由此使所述定子成为整体，将磁场生成元件和磁极片衬背元件组装在一转子里，并在所述磁场生成元件和磁极片衬背元件之间形成至少一个磁通量路径，以及组装所述定子和转子。

9.如权利要求8所述的构造径向通量电动机器的方法，其包括：将所述磁极线圈缠在线轴上，并将所述线轴放置在磁极片上。

10.一种构造环形通量电动机器的方法，所述电动机器具有整体上环形的定子结构，所述方法包括：提供多个磁极片，将磁极线圈安装到所述磁极片，并组装所述磁极片和线圈以形成每个极轴都被轴向定向的环形定子，将所述磁极片和线圈嵌入一基底，由此使所述定子成为整体，将磁场生成元件和磁极片背衬元件组装在一转子里，并在所述磁场生成元件和磁极片衬背元件之间形成至少一个磁通量路径，以及组装所述定子和转子。

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