CN102754309B

CN102754309B - 调极电机的转子

Info

Publication number: CN102754309B
Application number: CN201080063720.2A
Authority: CN
Inventors: L-O·彭纳德; G·诺德
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: TW201141013A; RU2012131277A; CN102754309A; EP2517333A1; KR20120106984A; WO2011076740A1; AU2010334933B2; RU2551424C2; JP2013515455A; AU2010334933A1; MX2012007208A; BR112012017740A2; CA2785084A1; TWI423560B

Abstract

一种用于调极电机的转子，所述转子被配置为产生与所述调极电机的定子的定子磁场相互作用的转子磁场，其中该转子包括：限定周向安装表面的管状支撑结构（201、301），所述管状支撑结构包括位于所述安装表面内的多个伸长的凹陷（202），所述伸长的凹陷沿所述管状支撑结构的轴向延伸并且多个永磁体（203）在所述管状支撑结构的安装表面上设置并沿所述转子的周向磁化，以便产生转子磁场，所述永磁体（203）沿转子的周向通过轴向延伸转子极部分（204）相互隔离，轴向延伸转子极部分用于将所述永磁体产生的转子磁场沿径向导引，其中所述至少一个永磁体（203）或转子极部分（204）至少部分地延伸到所述多个凹陷之一中。

Description

调极电机的转子

技术领域

本发明涉及调极电机的转子，更具地说，本发明涉及可轻松大量制造的调极电机的转子。

背景技术

多年来，诸如调极电机（modulated pole machine）、爪极电机、伦德尔（Lundell）电机和横向磁通电机（TFM）之类的电机设计变得越来越引人关注。使用这些电机原理的电机最早由亚历山德森和费生登在大约1910年公开。增加关注度的一个重要原因是设计允许例如感应式电机、开关磁阻电机、甚至永磁无刷电机具有极高的转矩输出。进一步地，这些电机是有利的，因为线圈易于制造。但是，这种设计的一种缺点是制造成本一般相对较高，并且存在导致低功率因子的高泄漏通量，需要更多的磁性材料。该低功率因子需要大于规格的功率电子电路（或同步使用电机时的电源），这样也会增加总驱动的体积、重量和成本。

调极电机定子的基本特征是使用对软磁芯结构形成的多个齿部进行磁馈送的中央单绕组。所述软磁芯然后绕绕组形成，同时对于其他常见电机结构而言，所述绕组绕齿芯部分形成。调极电机布局实例有时被称为例如爪极、鸡爪、伦德尔或TFM电机。带有掩埋磁体的调极电机进一步以活动转子结构为特征，所述活动转子结构包括多个由转子极部分分隔的永磁体。所述活动转子结构由偶数个段组成，其中一半数量的段由软磁材料制成，另一半数量的段由永磁材料制成。该永磁体的排列方式使得永磁体的磁化方向为基本上周向（circumferential），即，北极和南极分别沿基本周向方向定向。

一般情况下，通过制造非常多个单独的转子段（通常为10-50个）来制造转子。但是组装过程复杂耗时，因为需要将大量组件组合在一起形成良好限定的空气隙以保持机械的性能。由于永磁体段的对立极化方向会在组装期间使转子极部分相互排斥，因此会进一步使组装过程复杂化。

WO2009116935公开了一种转子和一种制造转子的方法，其中单个部件的数量减少，从而减少组装转子所需的时间。但是这种方法导致单个部件的复杂性和成本增加。此外，很难实现良好的整体容差，因为部件在截面面积中显示大的变化，可能导致不希望的变形，例如在热处理期间弯曲。薄的集成桥部分还可能在组装期间导致强度问题，特别地如果结构必须在组装期间稍作变形以满足几何公差要求。

一般来说，最好提供在制造和组装上费用相对较低的调极电机转子。进一步希望提供具有良好性能参数的转子，例如具有高结构稳定性、低磁阻、有效的磁通路径导引、低重量和惯性等。

发明内容

根据第一方面，在此公开用于调极电机的转子实施例，所述转子被配置为产生与所述调极电机的定子的定子磁场相互作用的转子磁场，其中所述转子包括：

-限定周向安装表面的管状支撑结构，所述管状支撑结构包括位于所述安装表面内的多个伸长的凹陷，所述伸长的凹陷沿所述管状支撑结构的轴向延伸，以及

-沿所述转子的周向磁化以产生所述转子磁场的多个永磁体，所述永磁体沿所述转子的所述周向由轴向延伸转子极部分相互隔离，所述轴向延伸转子极部分用于将所述永磁体产生的所述转子磁场沿径向方向导引，

其中至少一个永磁体或至少一个转子极部分至少部分地径向延伸到所述多个凹陷之一中。因此，从所述永磁体和转子极部分中选择的至少一个部件至少部分地延伸到所述多个凹陷之一中，以便所述部件的一部分延伸出所述凹陷。

因此，在此处描述的转子实施例中，所述永磁体和转子极部分形成与所述管状支撑结构共轴的管状转子结构。所述管状转子结构的周向表面之一与所述管状支撑结构的周向安装表面连接。为此，部分或全部永磁体和/或部分或全部转子极部分沿径向从所述管状转子结构的周向表面中的一个突出并且进入所述管状支撑结构的安装表面内的各个凹陷中。

在此描述的转子实施例提供有效和可靠的组装过程，其中提供良好限定的空气隙，即使对各个部件的相对大的容差，并且即使待组装部件具有有限的强度和易碎特性。

在某些实施例中，所述多个凹陷适合于允许径向调节至少部分地径向延伸到所述多个凹陷之一中的至少一个永磁体或至少一个转子极部分的位置，以便允许调节延伸出所述凹陷的部分的径向长度。

凹陷可以适合于允许通过具有大于平均部件所需的深度的深度，来径向调节的部件的位置。因此可以将以高于平均值的径向长度制造（制造差异的结果）的部件更深地插入凹陷，从而允许延伸出凹陷的部分的径向长度为平均部件的径向长度。可针对以低于平均值的径向长度制造的部件使用相反的原则。

在本发明的一些实施例中，至少部分地延伸到所述多个凹陷之一中的至少一个永磁体或至少一个转子极部分与所述凹陷的两个侧壁接触，即，与所述两个侧壁直接接触或通过粘合剂与所述两个侧壁分离。

所述转子可以是任何类型的转子，例如适合于在外定子内部径向旋转的内转子，或者适合于环绕内定子旋转的外转子。

所述多个永磁体被设置为使得沿周向的每个第二磁体在磁化方向上反转。由此，各个转子极部分只能与示出相同极性的磁体接口。

所述凹陷可以沿所述管状支撑结构的安装表面周期地设置。所述凹陷的内壁可以沿径向延伸到所述管状支撑结构中。因此，至少部分地延伸到所述多个凹陷之一中的永磁体或转子极部分可以沿径向延伸出凹陷。

在一些实施例中，所述周向安装表面由所述管状支撑结构的内表面限定。此设计对于外转子是有利的。

在一些实施例中，所述周向安装表面由所述管状支撑结构的外表面限定。此设计对于内转子是有利的。

所述管状支撑结构可以包括任意数量的凹陷，例如数量介于2到200之间、5到60之间或10到30之间。在本发明的一些实施例中，所有凹陷与永磁体或转子极部分配合。所述管状支撑结构可以具有任意轴向长度。在本发明的一些实施例中，所述管状支撑结构的轴向长度对应于所述永磁体和/或转子极部分的轴向长度。在本发明的一些实施例中，所述凹陷沿所述管状支撑结构的整个轴向长度延伸。在本发明的一些实施例中，所述凹陷沿所述支撑结构的轴向长度的有限部分延伸。凹陷可以由沿径向延伸到所述管状支撑结构中并通过第三内壁连接的第一和第二平行侧壁形成。在本发明的一些实施例中，所述第三内壁与所述第一和第二内壁垂直。在本发明的一些实施例中，所述第三内壁呈曲线形，具有大约符合所述管状支撑结构的曲率的曲线。所述转子可以具有任意大小。所述管状支撑结构的凹陷可以适合于允许径向调节转子极部分或永磁体的位置，以便允许调节延伸出凹陷的部分的径向长度。

诸如管状支撑结构之类的转子可以包括用于传递转子和定子之间的相互作用所产生的转矩的装置。在一些实施例中，所述管状支撑结构与传递所产生的转矩的轴相连。例如，与用于安装磁体和/或转子极部分的安装表面相对的管状支撑结构表面可以用于将转子安装到毂（hub）、轴等。

制造任何产品的成本都与终端产品的精确度要求紧密相关。高精确度制造需要复杂且成本高昂的制造技术或者相对较大的制造产品报废率，这两种方法都会导致高制造成本。为了确保调极电机的转子和定子之间的有效相互作用，将应用高精确度要求。这将导致对转子部件（例如，转子极部分和永磁体）具有相应的高精确度要求。但是，通过为转子提供包括多个凹陷的支撑结构，可以将所述转子极部分或永磁体径向调节到所述管状支撑结构的凹陷中，从而允许调节沿径向延伸出凹陷的部分的长度。这样将降低对转子极部分或永磁体的精确度要求，从而相应地降低制造成本。在本发明的一些实施例中，位于凹陷中的部件和凹陷背面之间的间隙由适当的材料填充，例如环氧胶之类的适当类型的粘合剂。

在一些实施例中，所述支撑结构可以包括用于在对凹陷中的转子极部分或永磁体进行径向调节期间轴向输送胶的小凹陷。所述小凹陷可以为胶提供各个通道以便沿轴向避开所述转子极部分或永磁体下面的区域，从而增加容差调节精确度。

所述管状支撑结构还可以通过提供插入所述转子极部分和永磁体的框架来简化转子部件的组装过程。所述管状支撑结构将附加提供更刚性（stiffer）的转子，降低使用时转子偏斜的风险。当以更大精确度制造所述管状支撑结构时，所产生的转子具有减少的几何变化，从而增加产品的整体质量并降低人为错误的风险。这样便可减少需要报废的转子数。

本发明的优点是通过在所述管状支撑结构中提供凹陷，允许改变永磁体或转子极部分的位置，可以处理各个部件的更高的容差；这还包括所述管状支撑结构的容差。所述管状支撑结构的进一步的优点提供用于轻松地组装根据本发明的转子并使其具有良好的同心性的框架。

在一些实施例中，所述管状支撑结构可以是单个部件并被提供为多个段或模块，例如在轴向和/或周向所分成的。类似地，所述永磁体和/或极部分中的一部分或每个都可以模块化，例如，在轴向上分成多个部分或者分割为多个部件。

在本发明的一些实施例中，所述转子极部分由诸如软磁粉末之类的软磁材料制成。通过使用软磁粉末制造所述转子极部分，可以简化转子制造，并且使用有效的三维磁通路径的磁通量集中可能更有效。

在本发明的一些实施例中，所述管状支撑结构由诸如铝、塑料（例如挤制铝材、注模塑料等和/或类似的材料）之类的非磁性材料和/或其他适当的非磁性材料制成。通过制造非磁性材料的所述管状支撑结构，转子的磁特性就不会受到干扰。

根据第一方面，所述永磁体安装到所述管状支撑结构的所述凹陷中，并且所述转子极部分设置在两个邻近的永磁体之间。通过将所述永磁体安装到所述支撑结构的凹陷中，所述永磁体径向延伸出所述转子极部分。这样允许更有效地使用所述永磁体产生的磁通量。

在本发明的一些实施例中，所述转子极部分安装到所述支撑结构的所述凹陷中。

在本发明的一些实施例中，所述永磁体或所述转子极部分通过所述凹陷的内壁形成的摩擦配合（frictional fit）安装到所述管状支撑结构的凹陷中。通过使用摩擦配合，提供用于固定永磁体或转子极部分的轻松、可靠的方法。所述摩擦配合通过将凹陷设计为稍微小于所述永磁体或转子极部分来产生。可以通过凹陷内壁的可控变形来便利摩擦力的调节，例如通过材料边缘之类的某些集成的设计特征，这些边缘可以使用足够小的所需力进行弯曲来防止损坏极部分或磁体。

根据第二方面，本发明涉及上述转子的转子极部分，其中所述转子极部分当安装到所述凹陷中时，从限定径向轴的凹陷径向延伸，其中所述转子极部分包括：

-第一恒宽区域，形成所述转子极部分的第一末端，适合于至少部分地安装到所述支撑结构的凹陷中，其中所述第一恒宽区域具有两个平行的侧壁，以便所述第一恒宽区域中的转子极部分的宽度恒定，

-从所述第一恒宽区域结束的点开始的锥形区域，其中所述锥形区域具有两个不平行的侧壁，以便所述锥形区域中的转子极部分不恒定。

因此，两个邻近的转子极部分的锥形区域形成用于永磁体的具有平行壁的槽开口，从而促成昂贵永磁体的简单、低成本的几何结构。

在本发明的一些实施例中，所述第一恒宽区域的侧壁与所述径向轴平行。

在本发明的一些实施例中，所述锥形区域的侧壁与所述径向轴不平行。

为了本描述的目的，所述转子极部分的长度被定义为当所述转子极部分安装到所述管状支撑结构中时，沿所述管状支撑结构的径向轴延伸的尺寸，所述转子极部分的高度被定义为当所述转子极部分安装到所述管状支撑结构中时，沿所述管状支撑结构的轴延伸的尺寸，以及所述转子极部分的宽度被定义为垂直于所述转子极部分的长度和高度的尺寸。

所述转子极部分的高度可以在所述第一恒宽区域和所述锥形区域中保持恒定。所述第一恒宽区域的长度可以近似地对应于所述凹陷的深度，例如所述凹陷的侧壁的高度（在径向上）。在本发明的一些实施例中，所述第一恒宽区域的长度对应于所述转子极部分的总长度的2%到30%之间。在本发明的一些实施例中，所述第一恒宽区域的长度对应于所述转子极部分的总长度的5%到20%之间。在本发明的一些实施例中，所述第一恒宽区域的长度对应于所述转子极部分的总长度的8%到12%之间。

所述锥形区域可以具有任意长度。在本发明的一些实施例中，所述锥形区域的长度对应于所述转子极部分的总长度的40%到95%之间。在本发明的一些实施例中，所述锥形区域的长度对应于所述转子极部分的总长度的60%到90%之间。所述锥形区域的长度可以通过所述永磁体的径向长度来确定。在本发明的一些实施例中，所述锥形区域的两个侧壁是朝向中心径向轴倾斜的直壁，从而使所述转子极部分的宽度随着与所述第一恒宽区域的距离增加，沿径向轴单调减小；当所述转子极部分在外转子中使用时，这种设计是有利的。在本发明的一些实施例中，所述锥形区域的两个侧壁是远离中心径向轴倾斜的直壁，从而使所述转子极部分的宽度随着与所述第一恒宽区域的距离增加，沿径向轴单调增加；当所述转子极部分在内转子中使用时，这种设计是有利的。

为了固定转子的圆柱形状，在本发明的一些实施例中，所述转子极部分优选地包括锥形区域。如上所述，所述锥形区域确保所述转子极部分的宽度针对内转子增加，针对外转子减小。但是，通过进一步地使第一恒宽区域适合于设置在所述管状支撑结构的凹陷中，能够简化使用所述转子极部分的转子的组装，因为所述转子极部分可以以沿径向轴的移动插入凹陷。这种方法已经展示出优于通过轴向移动将所述转子极部分推入凹陷，因为所述转子极部分的高度通常是大的，使得它们在插入过程的开始很不稳定。由此可以降低制造成本。当所述转子极部分用于内转子时，所述第一恒宽区域进一步用于确保更牢固的安装。

在本发明的一些实施例中，所述转子极部分进一步包括从所述锥形区域结束的点开始的第二恒宽区域，并且形成所述转子极部分的第二末端，其中所述第二恒宽区域的侧壁相互平行，以便所述转子极部分的宽度在所述第二恒宽区域中恒定。

在一些实施例中，所述第二恒宽区域的两个侧壁与径向轴平行。

所述第二恒宽区域可以具有任意长度。在本发明的一些实施例中，所述第二恒宽区域的长度对应于所述转子极部分的总长度的2%到20%之间。在本发明的一些实施例中，所述第二恒宽区域的长度对应于所述转子极部分的总长度的5%到15%之间。

通过具有所述第二恒宽区域，由两个邻近的转子极部分形成的间隙的宽度可以从所述第二恒宽区域开始的点逐渐减小。因此可以防止所述间隙中设置的磁体在径向上从口滑落。

在本发明的一些实施例中，所述极部分的高度大于长度，长度大于宽度。

根据第三方面，本发明涉及一种使用粉末压缩（compaction）制造如上面和下面所述的转子极部分的方法，所述方法包括以下步骤：

-获取具有上面和下面所述的转子极部分的相反形状的模，所述模包括第一恒宽区域和第二恒宽区域；

-使用诸如铁粉末或基于铁的粉末之类的磁粉末填充所述模；

-例如使用两个或更多冲头压缩模中的可变形磁粉末，其中所述冲头中的至少一个冲头沿产生的转子极部分的径向轴朝着另一冲头移动，部分地进入模的第一恒宽区域或第二恒宽区域中的至少一个，以便在压缩期间减小产生的转子极部分的第一恒宽区域或第二恒宽区域中的至少一个的长度。

所述磁粉末可以例如是软磁铁粉末或包含Co或Ni的粉末，或者是包含这些元素的一部分的合金。所述软磁粉末末可以是基本纯净的水雾化（water atomised）铁粉末或具有涂敷有电绝缘体的不规则形状粒子的多孔（sponge）铁粉末。在本上下文中，术语“基本纯净的”表示粉末应该基本没有杂质并且杂质氧、碳、氮的量保持最低。平均粒子尺寸一般低于300μm并高于10μm。

但是，可以使用任何软磁金属粉末或金属合金粉末，只要它们的软磁特性充分并且该粉末适合于模压缩。

粉末粒子的电绝缘体可以由无机材料制成。尤其适合使用美国专利6348265（在此引入作为参考）中公开的绝缘体类型，这种绝缘体涉及由基本纯净的铁构成的基础粉末，这种基础粉末具有绝缘的含氧和含磷屏障。具有绝缘颗粒的金属粉末可从瑞典AB公司生产的Somaloy(R)500、Somaloy(R)550或Somaloy(R)700获得。

因此可以使用金属粉末形成方法通过相同的操作有效地制造转子极部分，其中所述形成通过单个压缩工具设备中便可完成。

通过在模中包括恒宽区域，冲头可以在不损坏模的情况下，以不同的程度进入所述区域。这样允许铁粉末压缩性具有更大的容差，进一步降低制造成本。

根据第四方面，本发明涉及用于制造用于调极电机的转子的方法，所述转子包括限定周向安装表面的管状支撑结构，所述管状支撑结构包括在所述安装表面内沿所述支撑结构的安装表面周期设置的多个伸长的凹陷，所述伸长的凹陷沿所述管状支撑结构的轴向延伸，每个凹陷具有两个侧壁，所述转子进一步包括多个永磁体，该永久磁体沿所述周向通过由软磁材料制成的轴向延伸转子极部分相互隔离，其中所述方法包括以下步骤：

-将所述永磁体或转子极部分至少部分的设置在每个凹陷中，所述永磁体或转子极部分径向延伸出所述凹陷，从而形成位于两个邻近凹陷之间的多个槽

-将所述永磁体或转子极部分设置在每个形成的槽中。

在本发明的一些实施例中，所述方法进一步包括设置与所述支撑结构同心的空气隙固定装置（air gap fixture）的步骤，其中径向调节在凹陷中的转子极部分或永磁体，以便所述永磁体或转子极部分面向所述空气隙固定装置的一侧与所述空气隙固定装置接触。

所述空气隙固定装置在组装外转子时优选为圆柱形，在组装内转子时优选为管状。所述空气隙固定装置可以具有任意轴向长度，例如近似等于所述支撑结构的轴向长度的轴向长度、小于所述支撑结构的轴向长度的轴向长度以及超过所述支撑结构的轴向长度的轴向长度。

通过使用空气隙固定装置，可以提供组装根据本发明的转子的快速、轻松的方法，从而降低制造成本。所述空气隙固定装置另外可以在自动制造过程中使用，从而进一步降低制造成本。所述空气隙固定装置也用于确保最终产品的较小变化。

在本发明的一些实施例中，所述空气隙固定装置进一步包括用于加强所述转子极部分或永磁体与所述空气隙固定装置之间的接触压力的磁性装置。

所述磁器件可以是磁通量回路的安排，其中极部或永磁体形成所述磁回路的一部分，以便所述磁回路产生的磁力可以使所述极片和永磁体接近表示应用电机的希望的空气隙几何结构的固定装置。所述磁回路可以包含磁场源，所述磁场源可以是使用拥有可控电流的线路和线圈产生磁场的电磁体或外部永磁体。所述外部永磁体可以是转子的永磁体。此外，磁固定装置表面中可以具有径向、轴向延伸的凹陷，以便进一步增加所述转子极片和永磁体在组装过程中的几何控制。

通过使用包括磁装置的空气隙固定装置，可以使用磁能调节所述转子极部分的位置；这样会进一步降低制造成本。

根据第五方面，本发明涉及旋转电机，所述电机包括：基本为圆形并包括多个齿部的第一定子芯部分、基本为圆形并包括多个齿部的第二定子芯部分、设置在所述第一和第二圆形定子芯部分之间的线圈，以及上面和/或下面所述的转子，其中所述第一定子芯部分、第二定子芯部分、线圈和转子围绕共同的几何轴，并且其中所述第一定子芯部分和所述第二定子芯部分的多个齿部被设置为朝转子突出；其中所述第二定子芯部分的齿部相对于所述第一定子芯部分的齿部周向设置。

本发明的不同方面可以通过包括上面和下面所述的转子和转子极部分和进一步的产品装置的不同方式实现，每个方面都产生结合上述至少一个方面描述的一个或多个优点和优势，并且每个方面具有与结合上述和/或从属权利要求中公开的至少一个方面描述的优选实施例对应的一个或多个优选实施例。此外，将理解，结合此处所述的一个方面描述的实施例可以等同地应用于其他方面。

附图说明

通过下面参考附图对本发明实施例的示例性和非限制详细描述，将进一步阐述本发明的上述和/或其他目标、特征和优点，其中：

图1a示出现有技术调极电机的分解透视图。

图1b示出现有技术调极电机的截面图。

图2a示出根据本发明的一些实施例的外转子的管状支撑结构。

图2b示出根据本发明的一些实施例的外转子的凹陷的更详细视图。

图2c示出根据本发明的一些实施例的外转子的包括多个永磁体203的管状支撑结构。

图2d示出根据本发明的一些实施例的外转子。

图3示出根据本发明的一些实施例内转子。

图4示出根据本发明的一些实施例的外转子的转子极部分401。

图5示出根据本发明的一些实施例制造转子极部分502的方法。

图6a示出根据本发明的一些实施例的外转子。

图6b示出根据本发明的一些实施例的外转子的一部分的更详细视图。

图7a示出根据本发明的一些实施例的转子。

图7b示出根据本发明的一些实施例的转子的更详细视图。

图8a)和8b)示出磁空气隙固定装置的实例。

图9示出调极电机的实例。具体而言，图9a示出包括定子10和转子30的电机的活动部分的透视图，而图9b示出电机的一部分的放大视图。

图10示出图9中的调极电机的定子10的实例。

图11示出三相调极电机的实例。具体而言，图11a示出三相调极电机的实例的活动部分，而图11b示出图11a中的电机的定子的实例。

具体实施方式

在下面的描述中，参考附图，其中通过举例示出如何实现本发明。

本发明涉及调极电机100的领域，图1a的示意性分解透视图中示出该电机的一个实例。所述调极电机定子10基本的特征是使用对软磁芯结构形成的多个齿部102进行磁馈送的中央单绕组20。定子芯然后绕绕组20形成，而对于其他通用电机结构，所述绕组绕各个齿芯部分形成。调极电机布局的实例有时被称为爪极、鸡爪、伦德尔或TFM电机。更具体地说，所示的调极电机100包括两个定子芯部分14、16（每个部分包括多个齿部102并且基本为圆形）、在所述第一和第二圆形定子芯部分之间排列的线圈20、以及包括多个永磁体22的转子30。进一步地，定子芯部分14、16、线圈20和转子30环绕共同的几何轴103，两个定子芯部分14、16的多个齿部被设置为朝转子30突出以形成闭合的回路磁通路径。图1中的电机为径向类型，因为定子齿部沿径向朝转子突出，在这种情况下，定子围绕转子。但是，定子可以同等地良好地相对于转子设置在内部，在下面的某些附图中示出了这样的类型。下面列出的本发明范围并不限于任何特定类型的调极电机，同样可以同等地良好应用于轴向和径向类型的电机以及具有相对于转子在内部和外部设置的定子的电机。类似地，本发明并不限于单相电机，同样可以同等地良好应用于多相电机。

活动转子结构30由偶数个段22、24组成，其中也称为转子极部分24的一半的数量的段由软磁材料制成，另一半数量的段22由永磁材料材料制成。最新的方法是将这些段制造为单独的部件。通常，段的数量可以非常大，通常为10-50个单独的部分。永磁体22被设置为使得永磁体的磁化方向为基本上周向，即，北极和南极分别沿基本上周向方向定向。进一步地，沿周向计数的每个第二永磁体22被设置为使其磁化方向与其他永磁体的磁化方向相反。希望的电机结构中软磁极部分24的磁功能是完全三维的并且要求软磁极部分24能够以在所有三个空间方向上的高磁导率有效地承载变化的磁通量。使用层压钢片的传统设计不会在垂直于钢片平面的方向上显示出所需的高磁导率，但是在这里有利地使用示出比最新层压钢片结构具有更高磁通量各向同性的软磁结构和材料。

图1b示出图1中的相同径向调极电机，但是已组装的电机的截面图更清晰地示出定子齿部102如何朝转子延伸以及两个定子芯部分14、16的定子齿部如何相对于彼此旋转地设置。

在下文中，将更详细地描述可以用作图1a-b中示出的调极电机的一部分的转子实例。应该理解，本申请中描述的转子可以与不同于上述调极电机类型的调极电机的定子一起使用。

图2a示出根据本发明的一些实施例的外转子的管状支撑结构201。管状支撑结构201具有半径和高度，其中所述高度沿管状支撑结构201的轴向轴延伸。管状支撑结构201包括多个在周向安装表面中围绕支撑结构201的周边周期设置的凹陷202，所述周向安装表面是管状支撑结构201的内表面。管状支撑结构201可以由非导磁（non-permeable）材料制成，例如铝或塑料之类的非磁性材料。多个凹陷202沿管状支撑结构的轴向延伸。图2b示出凹陷的更详细视图。所述凹陷包括两个沿径向延伸到所述管状支撑结构中的平行侧壁205和206。两个平行的侧壁205和206通过端壁207相连。所述凹陷延伸经过管状支撑结构201的整个高度。

图2c示出根据本发明的一些实施例的外转子的包括多个永磁体203的管状支撑结构。多个凹陷中的每个凹陷中安装有永磁体203。永磁体203可以通过摩擦配合和/或任意类型的固定方式（例如，适当类型的胶）固定在凹陷202中。

图2d示出根据本发明的一些实施例的外转子。所述外转子包括管状支撑结构201、多个永磁体203和多个转子极部分204。

转子极部分204安装到由支撑结构201的凹陷202中安装的永磁体形成的槽中。转子极部分204可以通过永磁体形成的摩擦配合和/或任意类型的固定方式（例如，适当类型的胶）固定到永磁体和/或支撑结构中。当永磁体203安装到支撑结构201的凹陷202中时，它们比转子极部分204在径向上更加朝外延伸。因此，极部分可以使用永磁体203所产生的磁场的更多部分来产生转子磁场。这样降低对永磁体的磁要求，以便可以使用更小的永磁体，降低制造成本。图3示出与图2d中示出的外转子对应的内转子。

图4示出根据本发明的一些实施例的外转子的转子极部分401。转子极部分401具有宽度407和长度406。转子极部分401包括三个区域：第一恒宽区域402、锥形区域403和第二恒宽区域404。第一恒宽区域402适合于至少部分地安装到支撑结构的凹陷中。第一恒宽区域402包括两个与转子极部分401的径向轴平行的侧壁，从而确保转子极部分401的宽度在第一恒宽区域402中恒定。第一恒宽区域的长度可以近似的对应于所述凹陷的深度，例如，凹陷的两个侧壁的范围。锥形区域403包括两个相对于转子极部分401的径向轴具有相等但相反角度的直侧壁，以便所述锥形区域中的宽度随着与第一恒定区域402的距离增加而单调减小。但是在其他实施例中，锥形区域的侧壁为相反情况，以便所述锥形区域中的转子极部分的宽度随着与第一恒定区域402的距离增加而单调增加。第二恒宽区域404包括两个与转子极部分401的径向轴平行的侧壁，从而确保转子极部分401的宽度在所述第二恒宽区域中恒定。当转子极部分用于外转子时，第二恒宽区域可以进一步包括凹形端405，当转子极部分用于内转子时，第二恒宽区域可以进一步包括凸形端。在本发明的一些实施例中，转子极部分仅包括第一恒宽区域402和锥形区域403。

图5示出根据本发明的一些实施例制造转子极部分502的方法。转子极部分502通过使用铁粉末或基于铁的粉末填充模501，然后使用两个冲头505和506压缩铁粉末来制造。模501具有希望的转子极部分（例如图4所示）的相反形状，不同之处在于模51的第一和第二恒宽区域503和504的长度增加。这样允许冲头505和506沿产生的转子极部分502的径向移动，部分地进入模501的第一和第二恒宽区域503和504中，从而压缩模501中的铁粉末，最后形成转子极部分502。

图6a示出根据本发明的一些实施例的外转子。该外转子包括管状支撑结构601、多个永磁体603和多个转子极部分604，如图4所示。所述管状支撑结构包括多个绕支撑结构601的周边周期设置的凹陷602。转子极部分604安装到管状支撑结构601的多个凹陷602中，并且永磁体603安装到两个邻近的转子极部分604之间形成的槽中。

图6b示出图6a中示出的外转子的一部分的更详细视图。图6b示出管状支撑结构601的凹陷602中安装的转子极部分604的形状如何影响两个邻近的转子极部分604之间形成的间隙。转子极部分604的锥形区域607确保两个邻近的转子极部分604之间形成的间隙的宽度沿转子极部分604的锥形区域607恒定。这样使具有恒定宽度的永磁体603安装到该间隙中。通过为转子极部分604提供第二恒宽区域608，两个邻近的转子极部分604之间形成的间隙的宽度沿转子极部分604的第二恒宽区域608减小。这样确保永磁体603封入在该槽中，不能在径向上滑出转子。

图7a示出根据本发明的一些实施例的转子，进一步包括空气隙固定装置605。所述空气隙固定装置可以确保在制造转子期间正确地定位转子极部分。空气隙固定装置605可以在组装外转子时具有圆柱形状，或者替代地具有锥形形状，在组装内转子具有管状形状。空气隙固定装置605可用于径向调节凹陷602中的转子极部分604。该空气隙固定装置可以包括可使用磁能调节凹陷602中转子极部分604的径向位置的磁器件。在组装转子之后，可以移除所述空气隙固定装置。图7b示出图7a的更详细视图。通过使用所述空气隙固定装置，可以提供快速、轻松地组装根据本发明的转子的方法，从而降低制造成本。

图8a)和8b)示出磁性空气隙固定装置器件的实例。磁性空气隙固定装置605包括通常的圆柱形主体，该主体具有用于容纳线圈852的周向凹陷851，从而提供可控磁场以使转子极部分853保持在适当的位置。

图9示出调极电机的实例。具体而言，图9示出单个相的活动部分，例如单相电机或多相电机中的一个相。图9a示出包括定子10和转子30的电机的活动部分的透视图。图9b示出电机的一部分的放大视图。

图10示出图9中的调极电机的定子10的实例。具体而言，图10示出定子10的剖视图。

所述电机包括定子10，该定子包括对软磁芯结构形成的多个齿部102进行磁馈送的中央单绕组20。定子芯围绕绕组20形成，而对于其他常见电机结构而言，绕组围绕各个齿芯部分形成。更具体地说，图9和10中的调极电机包括两个定子芯部分14、16（每个部分包括多个齿部102并且基本为环形）、在所述第一和第二环形定子芯部分之间设置的线圈20、以及包括多个永磁体22的转子30。进一步地，定子芯部分14、16、线圈20和转子30环绕共同的几何轴，两个定子芯部分14、16的多个齿部102被设置为朝转子30突出以形成闭合的回路磁通路径。两个定子芯部分14、16的定子齿部相对地周向设置。

每个定子部分包括在邻近齿部之间的提供周向磁通路径的环形定子芯背面部分261。该定子进一步包括在两个定子芯部分之间的提供至少轴向磁通路径的通量桥或轭部件18。在图9和10中电机中，定子齿部沿径向朝转子突出，在这种情况下，转子环绕定子。但是，定子同样可以相对于转子设置在外部。在此描述的转子实施例可以在单相和/或多相电机中使用。

活动转子结构30由偶数个段22、24组成，其中也称为转子极部分24的一半的数量的段由软磁材料制成，另一半数量的段22由永磁材料材料制成。这些段可以制造为单独的部件。为了说明的目的，只有转子的磁活动部分在图9-10中示出。在此描述的管状支撑结构未在图9-10中明确示出。

永磁体22被设置为使得永磁体的磁化方向为基本上周向，即，北极和南极分别沿基本上周向方向定向。进一步地，沿周向计数的每个第二永磁体22被设置为使其磁化方向与其邻近的永磁体的磁化方向相反。希望的电机结构中软磁极部分24的磁功能是完全三维的并且每个软磁极部分24能够以在所有三个空间方向上的高磁导率有效地承载变化的磁通量。

转子30和定子10的该设计具有使来自永磁体22的通量集中的优点，以便转子30的朝向定子10的齿部的表面可以将来自两个邻近永磁体22总磁通量提供给对面齿部的表面。该通量集中可以被视为永磁体22的面向每个极部分24的面积除以面向齿部的面积的函数。具体而言，由于齿部的周向设置，因此朝向极部分的齿部导致仅部分地跨极部分的轴向范围延伸的活动空气隙。然而，来自永磁体的整个轴向范围的磁通量在极部分中沿轴向和径向导向活动空气隙。每个极部分24的这些通量集中特性允许使用低成本的弱永磁体作为转子中的永磁体22以及允许实现极高空气隙磁通密度。该磁通集中可以通过由磁粉末制成的极部分来促成，从而实现有效的三维磁通路径。进一步地，此设计还允许比对应电机类型更有效地使用磁体。

仍参考图9和10，单相定子10可以用作单相电机的定子，如图9和10所示，和/或者可以用作多相电机的定子相位，例如图11中的电机的定子相位10a-c之一。定子10包括两个相同的定子芯部分14、16，每个部分包括多个齿部102。每个定子芯部分由软磁粉末制成，所述软磁粉末在压缩工具中压缩成型。当定子芯部分具有相同形状时，它们可以在同一工具中压制。这两个定子芯部分然后在第二操作中接合，并且共同形成具有径向延伸的定子芯齿部的定子芯，其中一个定子芯部分的齿部相对于其他定子芯部分的齿部轴向和周向设置。

定子芯部分14、16中的每个压制成一件（one piece）。每个定子芯部分14、16可以形成为具有基本呈圆形的中央开口的环形盘，该圆形开口由环形芯背面部分261的径向内边缘551限定。齿部102从环形圆盘状芯背面部分的径向外边缘径向向外突出。内边缘551和齿部102之间的环形部分提供径向和周向磁通路径以及容纳线圈20的周向腔的侧壁。每个定子芯部分包括位于内边缘551处或附近的周向凸缘18，在组装的定子中，周向凸缘8设置在定子芯部分的内侧（即，面向线圈20和另一定子芯部分的一侧）上。在图9和10所示的实施例中，定子芯部分14、16形成为相同的部件。具体而言，这两个定子芯部分包括朝各其他定子芯部分突出的凸缘18。在已组装的定子中，凸缘18相互邻接并形成轴向通量桥，从而允许在所述定子芯部分之间提供轴向磁通路径。在用于外转子电机的已组装的定子中，线圈围绕由凸缘18形成的定子芯背面部分。每个齿部102具有面向空气隙的接口表面262。在电机操作期间，磁通量借由空气隙通过接口表面262和转子极部的相应接口表面流通。

图11a示出三相调极电机的实例的活动部分，而图11b示出图11a中的电机的定子的实例。该电机包括定子10和转子30。定子10包含三个定子相位部分10a、b、c，每个相位部分如结合图9和10所述。具体而言，每个定子相位部分分别包括各定子部件对14a、16a；14b、16b和14c、16c，每个定子组件对分别保持一个周向绕组20a-c。

因此，如图9和10中的实例，图11中的每个调极电机定子相位部分10a-c包括为由软磁芯结构形成的多个齿部102进行磁馈送的中央线圈20a-c（例如单绕组）。更具体地说，所示调极电机100的每个定子相位10a-c包括两个定子芯部分14（每个包括多个齿部102并且基本为环形）、在第一和第二圆形定子芯部分之间设置的线圈20。进一步地，每个定子相位的定子芯部分14和线圈20环绕共同轴，以及定子芯部分14的多个齿部102被设置为径向向外突出。在图11的实例中，转子30与定子10共轴设置并且环绕定子以便形成定子的齿部102和转子之间的空气隙。该转子可以被提供为交替的永磁体22和极部24，如结合图9和10所述，但是跨所有定子相位部分轴向延伸。

尽管已经详细地描述和示出一些实施例，但是本发明并不限于这些实施例，而是还可以在下面的权利要求中定义的主题范围内以其他方式实施。具体而言，将理解，可以使用其他实施例并且可以在不偏离本发明范围的情况下，做出结构和功能方面的修改。

在此公开的本发明实施例可以用于电动自行车或其他电动车辆，具体而言是指轻型车辆的直接轮驱动马达。此类应用可能需要高转矩、相对较低的速度以及低成本。这些需求可以通过使用少量永磁体和线圈的在紧凑的几何结构中具有相对较高的极数目的马达来实现，以适应和满足提升的转子组装流程的成本要求。

在例举多种装置的装置权利要求中，这些装置中的多种可以通过一个硬件和硬件的相同项来体现。在相互不同的从属权利要求中列出或在不同实施例中描述特定措施这一基本事实并不指示这些措施的组合不能用于实现优点。

需要指出，术语“包括/包含”当在本说明书中使用时，被认为是指定存在所述的特征、整体（integer）、步骤或部件，并不排除存在或增加一个或多个其他特征、整体、步骤、部件或它们的组合。

Claims

1.一种用于调极电机的转子，所述转子被配置为产生与所述调极电机的定子的定子磁场相互作用的转子磁场，其中所述转子包括：

-沿所述转子的周向磁化以产生所述转子磁场的多个永磁体，所述永磁体沿所述转子的所述周向由轴向延伸转子极部分相互隔离，所述轴向延伸转子极部分用于将所述永磁体产生的所述转子磁场至少沿径向方向导引，其中所述永磁体至少部分地径向延伸到所述多个伸长的凹陷中的各凹陷内并且各转子极部分位于两个邻近的永磁体之间。

2.如权利要求1中所述的转子，其中所述多个伸长的凹陷适合于允许径向调节所述永磁体的位置，以便允许调节每个永磁体的延伸出所述凹陷的部分的径向长度。

3.如上述任一权利要求中所述的转子，其中每个永磁体与所述凹陷的两个侧壁接触。

4.如权利要求1或2中所述的转子，其中所述永磁体通过由所述凹陷的侧壁形成的摩擦配合而安装到所述管状支撑结构的所述凹陷中。

5.如权利要求1或2中所述的转子，其中所述转子极部分由软磁材料制成。

6.如权利要求1或2中所述的转子，其中所述管状支撑结构由非磁性材料制成。

7.如权利要求6中所述的转子，其中所述非磁性材料为铝或塑料。

8.一种用于调极电机的转子，所述转子被配置为产生与所述调极电机的定子的定子磁场相互作用的转子磁场，其中所述转子包括：

-限定周向安装表面的管状支撑结构，其中所述周向安装表面是所述管状支撑结构的内表面，所述管状支撑结构包括位于所述安装表面内的多个伸长的凹陷，所述伸长的凹陷沿所述管状支撑结构的轴向延伸，以及

-沿所述转子的周向磁化以产生所述转子磁场的多个永磁体，所述永磁体沿所述转子的所述周向由轴向延伸转子极部分相互隔离，所述轴向延伸转子极部分由软磁粉末制成并用于将所述永磁体产生的所述转子磁场至少沿径向方向导引，其中至少一个转子极部分至少部分地径向延伸到所述多个伸长的凹陷中的一个中，其中所述多个伸长的凹陷适合于允许径向调节所述转子极部分的位置，以便允许调节每个转子极部分的延伸出所述凹陷的部分的径向长度；其中所述转子极部分当安装到所述支撑结构的凹陷中时从限定径向轴的所述凹陷径向延伸，其中所述转子极部分包括：

-第一恒宽区域，形成所述转子极部分的第一末端，适合于至少部分地安装到所述支撑结构的凹陷中，其中所述第一恒宽区域具有两个平行的侧壁，以便所述第一恒宽区域中的所述转子极部分的宽度恒定，

-从所述第一恒宽区域结束的点开始的锥形区域，其中所述锥形区域具有两个不平行的侧壁，以便所述锥形区域中的所述转子极部分的宽度不恒定。

9.如权利要求8中所述的转子，其中所述转子极部分进一步包括从所述锥形区域结束的点开始并形成所述转子极部分的第二末端的第二恒宽区域，其中所述第二恒宽区域的侧壁是平行的，以便所述转子极部分的宽度在所述第二恒宽区域中恒定。

10.如权利要求8或9中所述的转子，其中所述转子极部分通过由所述凹陷的侧壁形成的摩擦配合而安装到所述管状支撑结构的所述凹陷中。

11.如权利要求8或9中所述的转子，其中所述转子极部分由软磁材料制成。

12.如权利要求8或9中所述的转子，其中所述管状支撑结构由非磁性材料制成。

13.如权利要求12中所述的转子，其中所述非磁性材料为铝或塑料。

14.一种由软磁粉末制成的转子极部分，包括：

-第一恒宽区域，形成所述转子极部分的第一末端，适合于至少部分地安装到支撑结构的凹陷中，其中所述第一恒宽区域具有两个平行的侧壁，以便所述第一恒宽区域中的所述转子极部分的宽度恒定，

15.如权利要求14中所述的转子极部分，其中所述转子极部分进一步包括从所述锥形区域结束的点开始并形成所述转子极部分的第二末端的第二恒宽区域，其中所述第二恒宽区域的侧壁是平行的，以便所述转子极部分的宽度在所述第二恒宽区域中恒定。

16.一种使用粉末压缩制造如权利要求14或15中所述的转子极部分的方法，包括以下步骤：

-获取包括第一恒宽区域和第二恒宽区域的具有转子极部分的相反形状的模；

-使用磁粉末填充所述模；

-使用至少两个冲头压缩所述模中的所述磁粉末，其中所述冲头中的至少一个沿产生的转子极部分的径向轴朝着另一冲头移动，部分地进入所述模中的所述第一恒宽区域和所述第二恒宽区域中的至少一个，以便减小所述产生的转子极部分的第一恒宽区域或第二恒宽区域中的至少一个的长度。

17.一种用于制造用于调极电机的转子的方法，所述转子包括限定周向安装表面的管状支撑结构，所述管状支撑结构包括在所述安装表面内沿所述支撑结构的所述安装表面周期地设置的多个伸长的凹陷，所述伸长的凹陷沿所述管状支撑结构的轴向延伸，每个凹陷具有两个侧壁，所述转子进一步包括多个永磁体，所述多个永磁体沿所述周向通过由软磁材料制成的轴向延伸转子极部分相互隔离，其中所述方法包括以下步骤：

-将所述永磁体或转子极部分至少部分地设置在每个所述凹陷中，所述永磁体或转子极部分径向延伸出所述凹陷，从而形成位于两个邻近的凹陷之间的多个槽，

-将所述永磁体或转子极部分设置在每个形成的槽中，

所述方法进一步包括设置与所述支撑结构同心的空气隙固定装置的步骤，其中径向调节凹陷中转子极部分或永磁体，以便所述永磁体或转子极部分面向所述空气隙固定装置的一侧与所述空气隙固定装置接触。

18.如权利要求17中所述的用于制造用于调极电机的转子的方法，其中所述空气隙固定装置进一步包括用于加强所述转子极部分或永磁体与所述空气隙固定装置之间的接触压力的磁性装置。

19.一种包括权利要求1至13的任一项限定的转子和定子的调极电机，其中所述定子包括：

-第一和第二定子芯部分，每个部分包括朝所述转子径向突出的多个齿部，以及

-在所述第一和第二定子芯之间设置的绕组；

其中所述第二定子芯部分的齿部相对于所述第一定子芯部分的齿部周向设置，其中隔离所述永磁体的所述轴向延伸转子极部分轴向延伸到所述第一和第二定子芯部分，

以及所述转子的永磁体的磁化方向为基本周向，以使在轴向延伸转子极部分中产生的磁通路径在所述调极电机的使用期间至少周向和轴向地延伸并使来自邻近的永磁体的面对区域的磁通量聚集到所述定子部分中的一个的齿部的位置，并且其中每个第二永磁体的磁化方向与其间的永磁体的磁化方向相反。