CN102948037A

CN102948037A - 单极电机相

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Publication number: CN102948037A
Application number: CN2011800289054A
Authority: CN
Inventors: F·贝尔诺; A·贝尔诺
Original assignee: Federal Mogul Sintertech SAS
Current assignee: Sintertech SAS
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: WO2011135268A1; FR2961037B1; FR2961037A1; US9337710B2; CN102948037B; EP2564490A1; JP5859516B2; JP2013526255A; US20130099619A1

Abstract

单极电机相（d4）由盘形线圈（a0）组成，在接触到磁轭（a4）之前，每个齿的齿腿（a3）与下一齿的齿腿接合，所述齿腿（a3）部分地或全部地填充齿间空间（a6）。由于在齿（a5）的端部区域（a7）中存在一凹部，内径（a11）减小。

Description

单极电机相

技术领域

本发明涉及单极结构的转动电机，所述单极结构的转动电机包括定子和围绕与定子同一的转动轴转动的转子，所述定子和转子容置在线圈架中，至少定子或转子由环形形状的至少一个电线圈组成，所述电线圈由环形磁轭承载，环形磁轭包括至少两个磁极，所述至少两个磁极相互等距离地成角度岔开，这些磁极通过与所述环形磁轭相连在一起和平行于所述转动轴合迭的爪齿组成。

背景技术

这种类型的电机如转动电机的结构和运行，在专利文献FR00/06298和BR 18083/FR（发明人：Bernot）进行了描述。

图1在八极型号中示出用于该单极结构的现有技术，现有技术的该单极结构具有带有三相爪极的定子和带有表面磁铁的转子。另一型号可以包括带有埋入型磁铁的转子。

另一型号可以包括多相定子，相数是任意的（大于或等于个位数）。另一型号可以包括反向的外转子。

图1的实施方式包括三个相同的定子，当三个相同的定子与其绕组（c4、c5或c6）成整体时，所述三个相同的定子在该文献中被标记相。所述定子被编号为（c1）、（c2）和（c3）。这些盘形线圈中一些相对于另一些相偏移机械角度大约30°。在图1上所展示的实施方式的情形中，角度（c10）大致为30°和角度（c11）大致为60°。角度（c10）大致对应转动电机的电角度的1/3，所述电角度等于360°（一圈）除以磁极对的数目（在八极的情形中是四个）。角度（c11）大致为角度（c10）的两倍。根据应用，这些角度差可以是不同的，但是从在特别是应用在转动电机的其它结构上的已知现有技术，这些差异变得显著。这些差异仅仅用于优化最终的电机。两相型号的所述电机仅仅包括两定子（c1）和（c2），在图1上所描述的八极实施方式中，两定子从而岔开角度（c10）=45°。在相或各定子之间的角度差的计算规则构成现有技术的组成部分。

在图1的实施方式中，定子（c1）、（c2）和（c3）具有爪极结构，其特征在于定子绕组的表面波纹，围绕每个定子的转动面X/Y（c12）分别地标记为（c4）、（c5）和（c6）。所述波纹可通过定子齿的扭转变形获得，如专利文献BR 18075/FR所提出的，或通过绕组（c4）、（c5）和（c6）的环绕获得，如专利文献BR 18083/FR所提出的。

在图2上示出的精巧的后一实施方式中，对于等于28的磁极数，定子（c1）、（c2）和（c3）都由围绕绕组的两相同盘形线圈（b1）和（b2）以相同的方式制成。根据专利文献BR 18083/FR，所述盘形线圈中一个在另一个上组装，以使得其各自的齿（b4）和（b5）大致是等距的。盘形线圈（b1）被置于盘形线圈（b2）上，如箭头（b7）所指示的。在盘形线圈（b1）和（b2）之间的接触区域（b30）应被正确地实施，以避免在接触区域中所不期望的磁隙。

该接触区域（b30）的形状可以不是由沿着X-Y（c12）共面的平面组成，而是采用任何其它形状，如波纹或齿状，这些形状允许所述盘形线圈（b1）和（b2）的相对角偏移。盘形线圈（b2）相对于盘形线圈（b1）成角度地岔开。所述偏移角（b6）在图2的定子的情形中大致为电机的电角度的一半，即对于在图2上所示的14对磁极的极性，值为12.857°。

重要的是，需要注意到，图1和图2的实施方式考虑每个齿（b4）和（b5）形成电机的一完整电极。因此在图1中示出单极转动电机的组装，所述单极转动电机围绕同一转子（c7）轴向地连接。所述定子可以是多种属性的、同步的、异步的或具有可变磁阻。现今已知的转子的不同实施方式构成现有技术的组成部分，所述不同的实施方式都适于存在一组爪极定子，如图1所描述的。

在该文献的下文中将定子（c1）、（c2）和（c3）以“相”名称命名，以明确其作用；转子是三个相所共有的。在接下来的整个说明书中，从而考虑围绕绕组（b3）的、由两盘形线圈（b1）和（b2）形成的组件来形成一完整的相。图3更为综合地采用该建议，示出这两个盘形线圈（d1）和（d2），对于（b1）是（d1），对于（b2）是（d2），两盘形线圈沿着方向（d3）相对地连接，以形成单一相（d4），如对应围绕绕组（b3）的、两盘形线圈（b1）和（b2）的汇集在上文中所描述的。在该阶段需要注意到现有技术的描述，益处在于设置将盘形线圈（b1）和（b2）中一个轴向保持在另一个上的轴向保持部件，所述轴向保持部件可例如包括弹性紧固垫圈，所述弹性紧固垫圈安装在平面XY（c12）的转动轴的任一位置。

对图1和图2的所有这些描述构成现有技术的组成部分。这些描述包括反向定子的型号，在其中盘形线圈（b1）和（b2）的齿（b4）和（b5）位于外周沿上，转子位于定子外部。

现有技术使得转动电机的不同元件的可互换性清晰地得到展示，特别是其内部或外部的相对位置，如图4所示。由两盘形线圈（d1）和（d2）组成的相（d4）可位于构件（e2）外部，从而用于形成单相单极转动电机（e4）。由两盘形线圈（d1）和（d2）组成的相（d4）可位于构件（e3）内部，从而用于形成单相单极转动电机（e5）。这些完整电机（e4）或（e5）的轴向并置形成多相转动电机，这些完整电机成角度地岔开合适的角度，如从上文所阐述的现有技术已知的。

在图4的展示中，构件（d4）、（e2）和（e3）可以是静态的或转动的。如果构件（d4）是转动的，从而需要通过套圈或任何其它系统（例如转动的二极管）进行供电。

静态的构件（d4）和具有转动磁铁的构件（e2）（或绕线感应器）的组合，对应形成称为同步电机的一电机（e4）。

相（d4）从而如此和根据本领域技术人员已知的所谓无刷控制方法被供给交流电。

静态的构件（d4）和具有转动磁铁的构件（e3）（或绕线感应器）的组合，对应形成称为倒向同步电机的一电机（e5）。相（d4）从而根据已知的所谓无刷控制方法被供给交流电。

静态的构件（e3）和转动的构件（d4）的组合，对应形成爪极交流发电机的一电机（e5），称为伦德尔电机，在热电机中大范围被使用。

任何其它组合也是可能的，如转动的构件（d4）和静态的构件（e2），或转动的构件（d4）和静态的构件（e3），或两转动部分（d4）和（e2），或两转动部分（d4）和（e3）。

这些不同的组合在现有技术中进行了充分描述，用于具有共面结构的转动电机。

欧洲专利申请n°02253728的文献n°EP 1 263 115A2，以及欧洲专利申请n°06020595的文献n°EP 1 770 846A2都描述了两个环形相盘形线圈，所述盘形线圈配有齿，其齿腿的径向厚度（即沿着盘形线圈的半径）是恒定的。

本发明的以下的说明涉及相（d4）的实施方式，其可放入刚刚述及的多种构型中。所述相（d4）可集成在转动电机中，由部分（e2）或（e3）个性化。不止是未述及的现有技术的使用变型，集成所述相（d4）的电机的最终构型涉及接下来的本发明的所有最终使用变型。

下面的列表非穷举地在一转动电机中集中本发明的不同的可能应用变型：

●与具有磁铁的或绕线转子同步的电机，

●与框架式或绕线转子异步的电机，

●具有被动或主动（磁化的）转子的可变磁阻电机。

下面的列表非穷举地集中本发明的不同的可能实施变型，以形成一转动电机：

●不同部分（d4）、（e2）和（e3）的相对布置，以形成（e4）或（e5）类型的电机，产生具有外定子或内定子的电机，称为反向电机，

●通过基础电机（e4）或（e5）的轴向叠放获得——基础电机相互正确地相偏移一电角度，该电角度大致等于一电线圈除以相数（360°除以磁极对的数目）——的单相、两相、三相或多相电机，所述角度相差可在转子或定子的位置建立，

●多相电机，包括至少一相，在其中，每个电相由多个基础电机（e4）或（e5）组成，所述多个基础电极电串联或电并联地电连接，

●多相电机，包括至少一相，在其中，相（d4）均成角度地对齐和在其中相间的相差视情况要么通过磁铁，要么通过绕线感应器，要么通过互补构件（e2）或（e3）的导体的转动产生，

●多极电机，包括至少一相，在其中，绕组（b3）分为多个不同的线圈，其本身从一相到另一相呈之字形、星形、或三角形耦合，以形成完整的多相电机，

●组件也可形成一静态变压器，在其中静态的所有部分（d4）、（e2）和（e3）形成静态移相器。

发明内容

本发明展示该结构的单极转动电机的磁路的一具体实施方式。对应现有技术，图5示出磁通量在盘形线圈（a0）中的路径。所述盘形线圈（a0）要么对应盘形线圈（b1），要么对应盘形线圈（b2），盘形线圈（b1）和盘形线圈（b2）的汇集形成一相（d4）。由转子和定子通量的组合发出的磁通量Fd（a2）经过齿脚（a5）和齿腿（a3）沿着齿（b4）或（b5）被引导集中，以在外磁轭（a4）的位置分为相同的两部分Fc（a1）。在现有技术的该实施方式中，齿间空间（a6）是真空的。

磁通量的保留规则使得本领域技术人员在转动电机的设计方法中，使得磁通量在磁路中最大化流通，和在空气中最小化流通。因此使得，在其与磁轭（a4）连接的位置齿腿（a3）的最优截面是关键性的，这是因为在该位置具有过多的磁性材料，从而用于绕组（b3）的可用的铜截面减小，和从而电偶减少。

现有技术在于使得磁通量Fd（a2）沿着齿（a3）径向地流通，继而通过磁轭（a1）引导集中。用于增大绕组（b3）截面的一选择，在于采用一种齿形形状，如在图9上所描述的，在其中相是从内侧看的和展开呈平直状。在图9中识别出形成一相（d4）的两盘形线圈（b1）和（b2）。已知的第一形状（b12a）是圆形的，其允许使得齿（b13a）成角度地靠近，而不产生磁漏。已知的尖形的第二形状（b13b）允许使得齿成角度地更靠近，而不增加磁漏。在后两个实施方式（b13a）和（b13b）中，由齿引导集中的磁通量面对着齿的截面进行优化。盘形线圈（b1）和（b2）的壁体的侧向宽度从而可减小，和对于绕组（b3）使之自由的径向高度增加。

齿（b13a）和（b13b）的这两种形状允许使得齿靠近，和从而在磁通量Fd（a2）到达齿腿（a3）之前使磁通量偏移，这允许减小盘形线圈（b1）和（b2）的壁体的厚度。不过齿（b13a）和（b13b）的所述形状具有在尖端部（b14a）和（b14b）的位置，通过相对的部分（视情况是定子或转子）产生磁相互作用的缺陷。继而在机器中产生较大的电偶损失。最为精巧的增大由相（d4）所提供的电偶的方式在于采用直的齿（b4），直的齿在（b14）不存在磁漏，不过要求使用下文所述的本发明，以获得足够的绕组（b3）截面。

如在图6和图7上可见，齿包括第一部分和另一部分，第一部分被称为齿腿（a3），相对于环形磁轭（4）径向地延伸，另一部分被称为齿脚（a5），平行于环形相的转动轴延伸和通过一弯头连接到齿腿的一端部上。另一端部是自由的和被称为齿尖端部或齿端部。

也如在图9上可见，齿是直的事实意味着齿脚（a5）具有相面对的两相对边侧，分别地是两相邻齿的两相对边侧，这两个边侧平行于磁轭（d4）的旋转轴在齿脚（a5）的整个长度上延伸。

在其它实施方式中，齿可以是“近似直的”，这两个边侧平行于磁轭的旋转轴延伸，大约相差10°，优选地大约相差5°，和/或在齿脚的至少90%的长度上延伸，优选地在至少95%的长度上延伸。

附图说明

在以下说明中，通过以下附图显示本发明：

－图5示出磁通量在电机的正常相中的流通；

－图6示出磁通量在电机的优化相中的流通；

－图7示出盘形线圈形状的优化细节；

－图8示出在优化的盘形线圈中钻孔的可能性；

－图9比较现有技术和本发明之间的齿的形状。

具体实施方式

在图6上本发明示出由其齿脚（a5）和其齿腿（a3）形成的齿的一具体实施方式，所述实施方式将磁通量在两连续齿（a3）之间在连接面中重新引导，以使得其采取除径向之外的一磁路。由此产生对于绕组（b3）可用的对应铜截面的增大。

在图6的实施方式中，以与在图5上所述的相同方式，磁通量Fd（a2）通过每个齿的齿脚（a5）返回。不过由于在齿的两连续齿腿（a3）之间存在的空间（a6）被磁性材料填充，替代在图5上存在的真空，在通过缠绕的磁路到达相对的齿（a5a）之前，磁通量Fd（a2）分为两磁通量Fc（a1），经过该后一齿间空间（a6），从属于相（d4）的相对的盘形线圈。

由此在齿腿（a3）的位置产生磁通量的分散，这允许使磁通量轴向地变细和从而对于绕组（b3）在轴向方向上释出空间。对于形成绕组（b3）的导体可用容积的增大使得电机的焦耳损失减少，其效率得到改善，和其功率增大。

图7示出如何在由（a3）和（a5）所形成的齿的设计中优化空间（a7），该空间位于盘形线圈（a0）和胶接在（a0）上的另一盘形线圈（a8）的齿的不同部分之间。不可或缺的是，该空间（a7）足够以限制在两盘形线圈（b1）和（b2）之间的磁漏，否则磁相互作用被降低和电机的电偶也被减少。

该优化的一实施方式在于，在每个齿的齿脚（a5）的端部处的区域（a7）中实施一凹部，允许缩小齿腿（a3）的内径（a11）和从而增大所述齿腿（a3）的共面截面。这种技巧允许进一步缩小齿腿（a3）的轴向厚度（a10）和齿脚（a5）的径向厚度（a12），因此使得释出更多的用于绕组（b3）的空间。

优选地，凹部至少为0.2mm，优选地至少0.5mm。

图8示出孔洞或凹槽（b9）或（b10）怎样可布置在盘形线圈（b1）和（b2）中。所述孔洞或凹槽（b9）或（b10）的目的在于使得绕组（b3）的供电线经过，或方便包覆成型树脂经过，或减少盘形线圈（b1）和（b2）的材料数量。所述孔洞被布置在这样的位置：其中磁通量减少。在第一实施方式中，所述孔洞在位置（b9）与一齿相面对。在另一实施方式中，所述孔洞位于（b10）的外径上，呈半个孔洞的形状，从一盘形线圈（b1）到另一（b2）是互补的，这显著简化绕组（b3）的供电线的经过。孔洞的各种其它形状或定位是可能的和可设计的。

在本发明中所展示的所有元件可延伸到其它转动电机或静态电机上，上述电机包括任意数目的电相和电磁极。本发明并不局限于所描述的实施例，而是覆盖到对于本领域技术人员而言明显的各种修改和变型，同时保持在由所附权利要求书所定义的保护范围内。

特别说明的是，本发明可直接地应用在（e4）类型（称为直接的，外相（d4））的或（e5）类型（称为反向的，内相（d4））的电机结构上。本文献的说明书——通过其附图和阐述大致从电机结构（e4）到结构（e5）进行展示——通过特别是在齿（b4）和（b5）上，执行组成相（d4）的、从而应位于相外部的构件的径向对称变换获得。本领域技术人员能够没有困难地执行这种转换。

Claims

1.单极电机相（d4），其由盘形线圈（a0）构成，其中，在接触到磁轭（a4）之前，每个齿的齿腿（a3）与下一齿的齿腿接合，所述齿腿（a3）部分地或完全地填充齿间空间（a6），其特征在于，由于在齿端部（a5）处的区域（a7）中存在凹部，内径（a11）减小。

2.根据权利要求1所述的单极电机相（d4），其特征在于，在磁感较小的区域中存在孔洞（b9）或凹槽（b10），所述孔洞（b9）或凹槽（b10）允许使得绕组（b3）的供电线经过。

3.根据权利要求1或2所述的单极电机相（d4），其特征在于，所述齿是直的。

4.根据权利要求1或2所述的单极电机相（d4），其特征在于，每个齿都具有分别与相邻两个齿相对的两边侧，所述两边侧平行于磁轭的旋转轴延伸，大约相差10°，优选地大约相差5°，和/或在齿脚的至少90%的长度上延伸，优选地在齿脚的至少95%的长度上延伸。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的单极电机相（d4），其特征在于，所述凹部至少为0.2mm。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的单极电机相（d4），其特征在于，所述凹部至少为0.5mm。