CN103329400A - 用于调极电机的定子 - Google Patents

Abstract

用于调极电机的定子的定子芯部，该调极电机包括：定子，移动设备，和用于在定子和移动设备之间通信磁通量的在移动设备和定子的相应接口表面之间的活动间隙，该移动设备适用于相对于定子在运动方向上移动，其中定子芯部包含多个齿从其延伸的定子芯背部，每个齿在定义朝向转子的方向的相应第一方向上延伸，齿沿着定义运动方向的第二方向上布置，每个齿具有至少一个面对邻近齿的侧壁和面对活动间隙的接口表面，接口表面和侧壁形成连接接口表面和侧壁的边缘；其中边缘是圆形的，其定义由第一方向和第一方向跨接的平面的曲率半径；并且其中曲率半径沿垂直于所述平面的横向方向变化。

Description

用于调极电机的定子

技术领域

本发明一般涉及调极电机。更具体地，本发明涉及用于该调极电机的定子。

背景技术

多年来，诸如例如爪极电机，伦德尔电机和横向磁通电机（TFM）的调极电机的电机设计已经变得越来越受关注。早在1910年左右，Alexandersson和Fessenden公开了使用这些电机原理的电机。增加关注的最重要的原因之一是，该设计实现了与诸如感应电机，开关磁阻电机和甚至是永磁无刷电机相关的很高的转矩输出。另外，由于线圈往往易于制造，这样的电机是有利的。然而，设计的缺点之一在于，它们的制造通常比较昂贵，并且它们会经历导致低功率因数和需要更多磁材料的高漏磁通。低功率因数需要更大尺寸的功率电子电路（或当电机同步使用时的电源），这也增加整个驱动器的体积，重量和成本。

所述调极电机的定子一般采用中央单个绕组，该中央单个绕组对由软磁芯结构形成的多个齿进行磁馈送。然后，围绕绕组形成软磁芯，而对于其他常见的电机结构，绕组围绕芯部的齿形成。有时，调极电机拓扑的例子被认为是例如爪极-，乌鸦脚-，伦德尔-或TFM-电机。采用埋入磁体的调极电机的特征是，包括由转子磁极部分分离的多个永久磁体的活动转子结构。

横向磁通电机（TFM）的拓扑结构是调极电机的示例。它已知具有相比传统电机的多个优点。单面的径向磁通定子的基本设计的特征在于：平行于气隙的单个单一相绕组，并具有围绕绕组并在原理上暴露面向气隙的两个平行排的齿的或多或少U形的磁轭部分。多相布置包括磁分离的垂直于转子或动子的运动方向堆叠的单相单元。然后，对于三相布置，相位在电上和磁上移位120度，以使运行平滑并且产生独立于转子或动子位置的或多或少均匀的力或转矩。这里要注意的是，所指的角度以电角度给出，该电角度等于机械角度除以磁极对的数量。

圆柱马达使用同心定子和转子，然后运动被视为旋转或无休止的旋转。线性电机使用通常不是封闭运动模式但可以是沿“线”的往复运动的平移运动。线性电机或驱动器具有替代转子的动子。可由相同的基本磁性原则将磁路布置在转子和动子中，但是其几何形状将会不同。

一个有效的转子或动子布置的例子是使用结合软磁极部分或片的所谓的埋入磁体以使永久磁场在运动的横向方向上磁通集中或是灵活的，如Jack等人在专利申请WO2007/024184中所描述的。

WO2007/024184公开了一种电旋转电机，包括基本上圆形并包括多个齿的第一定子芯部，基本上圆形并包括多个齿的第二定子芯部，在第一和第二圆形定子芯部之间布置的线圈，和包括多个永久磁体的转子。所述第一定子芯部，所述第二定子芯部，所述线圈和所述转子围绕共同的几何轴线，并且所述第一定子芯部和所述第二定子芯部的多个齿被布置为朝向转子突出。此外，所述第二定子芯部的齿相对于所述第一定子芯部在周向移位，并且，转子中的永久磁体通过沿轴向延伸以软磁性材料制成的磁极部分在圆周方向上相互分离。

通常希望提供生产和装配相对便宜的调极电机的定子。还进一步希望提供具有良好性能参数的定子，所述参数例如是下列中的一个或多个：高结构稳定性，低磁阻，高效的磁通量路径导引，低重量，小尺寸，高容量特定性能，等等。

电机中产生的不期望的影响是所谓的齿槽转矩，即由于在移动设备的永久磁体和定子之间的相互作用的转矩。它也被称为棘爪或“无电流”转矩。

在许多应用中，由于噪声和振动的需求，齿槽必须很低。例如，如果电机用作风车的发电机，则齿槽转矩必须低，以便使发电机在非常低的风速下旋转。在更小的电动机（最高约50-100牛顿米）的情况下，齿槽转矩可以通过用手旋转电动机而轻易注意到。

在调极电机（MPM）的背景下，齿槽转矩的量取决于很多因素。即使存在一些已知的减少转矩的措施，齿槽减少往往增加电机成本，这是因为设计将更加复杂。增加成本和复杂性的方法的例子是偏斜转子和/或定子。因此，需要减少调极电机的齿槽效应，同时避免机器复杂度和/或成本的增加。还希望提供一种可以高效并以低成本生产的电机。

发明内容

根据第一个方面，在此公开的是用于调极电机的定子的定子芯部，调极电机包括，定子，移动设备，以及用于在定子和移动设备之间通信磁通量的移动设备和定子的相应接口表面之间的活动间隙（active gap），移动设备适于在运动方向上相对于定子移动，其中定子芯部包括多个齿从其延伸的定子芯背部，每个齿在朝向转子方向定义的相应的第一方向上延伸，齿被布置沿着定义运动方向的第二方向布置，每个齿具有至少一个面对邻近齿的侧壁和面向活动间隙的接口表面，接口表面和侧壁形成连接接口表面和侧壁的边缘；其中边缘是圆的，定义由第一和第二方向跨接的平面中的曲率半径；并且其中曲率半径沿所述平面的横向方向变化。

因此，本文所公开的是用于调极电机的定子芯部的实施例，所述调极电机可有效生产并降低电机的齿槽转矩。特别地，本文所描述的定子芯部的实施例非常适合用粉末冶金（P/M）的生产方法进行生产。

定子部分的成形可以在不显著增加所生产的电机的制造成本或复杂度的情况下完成。此外，不需要修改转子。

活动间隙也经常指气隙，因为它通常是由空气填充的。

在调极电机的实施例中，移动设备包括多个在运动方向上由磁极部分将彼此分开的永久磁体。磁极部分可以形成为在横向方向上延伸的直线杆。多个永久磁体可被布置为使得沿运动方向上的每隔一个磁体的磁化方向相反。从而各个磁极部分可能只与显示相同极性的磁体接口。一般地，所述永久磁体也可以是在横向方向上延伸的直线杆；所述杆可延伸穿过活动气隙的横向范围。

在一些实施例中，定子芯部和/或移动设备的磁极片是由软磁性材料，例如软磁性粉末制成的，从而简化了调极电机部件的制造并提供有效的磁通量浓度，利用软磁性材料中有效的三维通量路径的优点，该软磁性材料允许旋转电机中例如径向，轴向和圆周方向的通量路径分量。

软磁性粉末例如可以是软磁性铁粉，或含有钴或镍的粉末，或包含相同部分的合金。软磁性粉末可以是基本上纯水雾化的铁粉或具有涂有电绝缘的，不规则形状颗粒的海绵状铁粉。在本文中，术语“基本上纯的”是指所述粉末应当基本上不含杂质，并且氧，碳和氮的杂质含量应保持在最低水平。平均颗粒尺寸通常低于300μm并高于10μm。

然而，也可以使用任意软磁性金属粉末或金属合金粉末，只要其有足够的软磁性特性，并且粉末适合模具压实。

粉末颗粒的电绝缘可以由无机材料制成。特别合适的是US6348265（其在此通过参考并入）中公开的绝缘类型，其中涉及由具有绝缘氧和含磷屏障的基本纯铁组成的基本粉末的颗粒。具有绝缘颗粒的粉末可以向瑞典

AB购买Somaloy

500，Somaloy

550或Somaloy

700来获得。

连接侧壁和接口表面的边缘的不同半径可以有效地通过以合适的压实工具，例如使用所谓的成形模具的工具，将软磁性粉末压制成定子芯部来实现。

每个定子芯部可以包括定子芯背部和一组从定子芯部延伸的齿，其中定子芯背部连接到齿。定子芯部可进一步包括在朝向包括同相的另一组齿的另一定子芯部的横向方向上提供磁通路径的轭铁部分。

芯背部和磁轭部分提供了在各个定子芯部的相邻齿（在运动方向上相邻齿关于彼此移位）之间的磁通路径。

在一些实施例中，电机是旋转电机，并且移动设备是转子。在这种情况下，第一定子芯部，第二定子芯部，线圈和转子可以围绕共同的几何轴线。在旋转电机中，横向方向是电机的轴向方向，运动方向是电机的圆周方向。

在一些实施例中，定子包括：基本上呈环形并包括多个齿的第一定子芯部，基本上呈环形并包括多个齿的第二定子芯部，布置在第一和第二圆形定子芯部之间的线圈，其中第一定子芯部，第二定子芯部，线圈和转子围绕由转子的纵向轴线定义的共同几何轴线，并且其中第一定子芯部和第二定子芯部的多个齿被布置为朝向转子突出，其中第二定子芯的齿相对于第一定子芯部的齿在圆周上移位。

在传统电机中，线圈明确地形成磁场的多极结构，磁芯功能仅仅是将该多极场链接到磁体和/或其他线圈。在调极电机中，磁路从由线圈产生的低得多的，通常是两极的磁场来形成多极磁场。在调极电机中，磁体通常明确地形成相匹配的多极磁场，但有可能让磁路由单一磁体形成多极场。调极电机在定子和移动设备中的横向方向，例如在旋转电机的轴向方向上，具有利用磁通量路径的三维（3D）磁通量路径，其中移动设备是转子。

因此，在一些实施例中，定子设备和/或移动设备包括具有相对移动方向的横向（即侧向）方向上的磁通量路径分量的三维（3D）磁通量路径。

本发明涉及包括上下文中所述的定子设备以及相应的方法，设备，和/或产品装置的不同方面，每个产生与首先提及的方面相关联描述的益处和优点中的一个或多个，并且每个具有对应于与首先提到的方面和/或在所附的权利要求中所公开的相关联描述的实施例的一个或多个实施例。

附图说明

本发明的上述和/或其他目的，特征和优点，将参照附图，通过下面的本发明实施例的说明性和非限制性的详细描述来进一步阐明，在其中：

图1示出调极电机的示例。

图2示出调极电机的定子示例的原理图。

图3示出包括具有3套定子部件对，每套保有一个圆周绕组的定子的3相调极电机。

图4示出用于调极电机的定子的另一个示例。

图5示出图4的定子的定子芯部中的一个的齿102中的一个的一部分的更详细视图。

图6示出定子芯部的另一个示例。

图7示意性地示出用于制造本文所描述的定子芯部的工具的示例。

图8a-f示意性地示出用于制造本文所描述的定子芯部的压制过程的示例。

图9示出基于1相MPM模型的有限元（FEA）分析的FFT分析，没有齿槽转矩降低的调极电机的齿槽转矩频谱的示例。

图10示出基于1相MPM模型的有限元分析的FFT分析，具有齿槽转矩减少的MPM齿槽转矩频谱的示例。

图11示出基于1相MPM模型的有限元分析的每相以及其总和（3相），不具有齿槽减少的3相MPM齿槽转矩形状的示例。

图12示出基于1相MPM模型的有限元分析的每相以及其总和（3相），具有齿槽减少的3相MPM齿槽转矩形状的示例。

具体实施方式

在下面的描述中，参考附图，附图通过图示的形式示出了如何实施本发明。

图1示出调极电机的示例。特别地，图1示出单相电机的单独相或多相电机的一相的活动部分。图1a示出包括定子10和转子30的电机的活动部位的透视图。图1b示出电机的一部分的放大视图。

图2示出图1的所述调极电机的定子10的示例。特别地，图2a示出定子10的分解视图，示出两个定子芯部14，16和绕组20。图2b示出定子10的切割视图，图2c示出定子10的一部分的放大视图，而图2d示出定子芯部16中的一个的一部分的放大视图。

电机包括定子10，该定子10包括对多个由软磁性芯结构形成的齿102进行磁馈送的中心单绕组20。定子芯围绕绕组20形成，而对于其他常见的电机结构，绕组围绕单独的齿芯部分形成。更具体地，图1和2的调极电机包括每个包括多个齿102并且基本上是环形的两个定子芯部14，16，被布置在所述第一和第二环形定子芯部之间的绕组20，以及包括多个永磁体22的转子30。另外，定子芯部14，16，线圈20和转子30围绕共同的几何轴线，并且两个定子芯部14，16的多个齿102被布置为朝向转子30突出，用于形成闭合回路磁通路径。两个定子芯部14，16的定子齿在周向上相对彼此进行移位。

每个定子部分包括环形芯背部261和磁通桥接器或提供在两个定子芯部的在周向上移位的齿之间的磁通路径的磁轭部件18。在图1和2的电机中，定子齿在径向方向上朝向转子突出，在这种情况下，转子围绕定子。然而，定子同样可以很好地置于转子外部。本文所描述的定子实施例可用于单相和/或多相电机中。类似地，这里所描述的定子实施例可用于旋转电机，例如内和外转子电机和/或线性电机。

活动转子结构30由偶数个区段22，24构成，其中一半数目的区段-也被称为转子磁极部分24–由软磁性材料制成，而另一半数目的区段由永磁材料22制成。这些区段可以作为单独部件生产。将所述永久磁体22布置成使得永久磁体的磁化方向是基本上沿周向的，即北极和南极分别基本上沿周向方向面对。另外，每隔一个永久磁体22，在周向上计数被布置为在关于其邻近永久磁体具有相对方向的其磁化方向。所需电机结构中的软磁极部分24的磁性功能是完全三维的，并且每个软磁极部分24能够有效地在所有三个空间方向上承载具有高导磁率的不同磁通。

转子30和定子10的这种设计具有可以从永久磁体22实现磁通浓度，从而朝向定子10的齿的转子30的表面可以表示从两个相邻的永久磁体22到面向齿的表面的总磁通量的优点。磁通浓度可被看作是面向各个磁极部分24的永久磁体22的面积除以面向齿的面积的函数。特别地，由于齿的周向位移，面向磁极部分的齿导致了仅部分延伸穿过磁极部分的轴向范围的活动气隙。不过，从永久磁体的整个轴向范围的磁通量在磁极部分中沿轴向和径向朝向活动气隙。各个磁极部分24的这些磁通浓度属性使得它可以使用低成本的弱永久磁体作为转子中的永久磁体22，并使得它可以实现非常高的气隙磁通密度。磁通浓度可由具有有效的三维通量路径的磁性粉末制成的磁极部分实现。另外，所述设计还使得有可能获得与相应类型的电机相比而更有效的磁体使用。

仍参照图1和2，单相定子10可用作图1和2所示的单相电机的定子，和/或作为多相电机的定子相，如图3的电机的定子相10a-c中的一个。定子10包括两个相同的定子芯部14，16，每个包括多个齿102。每个定子芯部由软磁性粉末制成，在冲压工具中压制成形。当定子芯部具有相同形状时，它们可以在同一工具中压制。然后所述两个定子芯部加入第二操作，并一起形成具有径向延伸的定子芯齿的定子芯，其中一个定子芯部的齿在轴向和周向上相对于另一定子芯部的齿进行移位。

定子芯部14，16中的每一个可以压制成一片。每个定子芯部14，16可以形成为具有由环形芯背部261的径向内边缘551定义的中心基本上为圆形开口的环状盘。齿102从环状盘形状的芯背部的径向外边缘沿径向向外突出。在内边缘551和齿102之间的环形部分提供磁通路径和容纳线圈20的圆周腔的侧壁。每个定子芯部在内边缘551或其附近处包括周向凸缘18。在组装的定子中，周向凸缘18被布置在定子芯部的内侧上，即面向线圈20和另一定子芯部的一侧。在图1和图2中示出的实施例中，定子芯部14，16被形成为相同部件。特别地，两个定子芯部都包括朝着各自的另一定子芯部突出的凸缘18。在组装的定子中，凸缘18相互抵接，并形成允许在定子芯部之间提供轴向磁通路径的轴向磁通桥。在用于外部转子电机的组装定子中，线圈从而环绕由凸缘18形成的定子芯背。

每个齿102具有面对气隙的界面表面262。在电机工作期间，磁通量经由气隙穿过接口表面262，并穿过转子的磁极片的相应接口表面进行通信。接口表面262是在圆周方向，即沿所述转子的运动方向上由边缘263界定的。因此，边缘263将接口表面262与面对邻近齿的齿的相应侧表面266连接。应当理解的是，P/M（粉末冶金）技术施加了边缘263的某个最小半径，即它们是圆形边缘而不是完整的锋利边缘。取决于压制工具，压制压力，工具材料等的复杂性，最小可获得的半径可在例如0.25至0.5mm的范围内。该半径由模具的形状设置。然而，可以最清楚地从图2d中所看出的，边缘263的半径沿边缘263变化，即半径在齿的一个横向侧上比在另一横向侧上小。特别地，从远离绕组的齿的一侧朝向靠近绕组的齿的一侧，半径增加。在图2d所示的例子中，半径呈线性增加。在一些实施例中，边缘263的半径从最小半径r（例如大约0.3mm）逐渐增加到可达到一半齿宽的最大半径R。可以以减少齿槽转矩这样的方式通过改变小的和大的半径R和r进行设计优化。三维电磁场有限元软件是这一设计过程的合适工具。最佳形状可取决于磁极和齿的数量，电机大小等。P/M技术的限制可施加下限给最小半径r，例如0.25至0.35mm（取决于部件尺寸和模具材料）。上限可能施加到最大半径R上，因为两条边缘的最大半径的总和通常应为不大于圆周方向上的齿宽度。例如，当两个边缘具有相同的最大半径时，最大半径R的上限可能是当两条曲线在形成完整的半圈的齿的中间位置相遇。例如，优化可以包括将最小半径r选择为与通过粉末技术用于制造压实定子芯部的压制工具和过程兼容的最小半径，对于大半径R的多个选择，通过估计（例如，通过有限元分析）产生的齿槽力矩，并且通过将大半径R选择为产生最小估计齿槽转矩的半径。

在图2d的例子中，两个边缘263都是具有相同半径的圆，并且半径以相同的方式变化。然而，应当理解的是，前边缘和后边缘的半径是不同的和/或以不同方式沿着各自的边缘变化。

因此，定子芯部14，16的齿被如此成形：在接口表面的圆周方向上测量的宽度，从靠近绕组的一侧朝向远离绕组的一侧逐渐增加。在机器的工作期间，接口表面262从而逐渐而不是立即将转子磁极片的相应表面和磁体重叠。在这里所描述的定子的实施例中，因此定子齿具有被以如下方式成形的边缘，该边缘使他们能够平滑地通过彼此以及转子磁极部分。例如从图2d来看，应当理解的是，接口表面262与转子之间具有基本恒定的距离。应当理解的是，本文所描述的齿的成形可结合其他用于减少齿槽转矩的措施，例如，具有倾斜的磁极片和永久磁体的修改的转子设计。

图3a示出了3相调极电机的一个例子，而图3b示出了图3a的电机的定子的一个例子。电机包括定子10和转子30。定子10包含三个定子相部分10a，b，c，每个与图1和2关联描述。特别地，每个定子相部分分别包括相应的定子部件对14a和16a，14b和16b，以及14c和16c，每对分别持有一个周向绕组20a-c。

因此，如图1和2的例子所示，图3的各个电调极电机定子相部分10a-c包括中央线圈20a-c，例如单绕组，该中央线圈对由软磁芯结构形成的多齿102进行磁馈送。更具体地，所示电调极电机的每个定子相10a-c包括每个都包括多个齿102并且基本上是环形的两个定子芯部14，在第一和第二圆形定子芯部之间布置的线圈20。另外，定子芯部14和各个定子相的线圈20围绕共同轴线，并且定子芯部14的多个齿102被布置为沿径向向外突出。在图3所示的例子中，转子30被布置为与定子10同轴并包围定子10，从而在定子的齿102和所述转子之间形成气隙。可提供转子作为结合图1和2所描述的交替永久磁体22和磁极片24，但沿轴向延伸穿过所有定子相部分。

结合图1-3所述的定子实施例中的具有没有所谓的爪的齿。然而，如将在下面参照图4-5所描述的，可以加入小爪而不增加工具成本并且仍可以提高电动机性能。

图4示出了用于调极电机的定子的另一个例子。图5示出了图4的定子的定子芯部中的一个的齿102中的一个的更详细的视图。参考图4-6描述的定子10可用于图1和3中所描述的磁极电机中。定子10包括两个环形定子芯部14，16，每个包括朝向转子径向突出从而形成活动气隙的多个齿102。各个定子芯部的齿相对彼此在圆周上移位。每个齿定义面对气隙的接口表面262。在运动方向上由圆形边缘263限定接口表面，该圆形边缘的曲率半径沿着相应的边缘263变化，所有如结合图1-2所述。

然而，图4-5的定子的齿包括沿轴向延伸穿过绕组20的轴向范围的一部分的爪。特别地，每个齿包括径向延伸的基座部分和沿径向比绕组20进一步向外延伸的顶端部分470。顶端部分包括沿轴向从齿朝向绕组延伸的爪构件471，从而顶端部分沿轴向延伸穿过绕组的轴向范围的一部分。因此，齿包括具有重叠部分的接口表面262，所述重叠部分与绕组的径向向外表面重叠。如果爪构件足够小，定子磁极部分仍可能由粉末压制过程有效地制造。例如，定子芯部可定义在它们之间的用于容纳绕组的间隙。每个爪构件都可以朝向另一定子沿轴向延伸小于间隙的轴向宽度的一半的轴向程度，例如少于绕组的轴向宽度的一半。在一些实施例中，爪构件从定子芯部轴向伸出小于3mm。

可以从图5最清楚地看到，边缘263在边缘的每一横向端部处具有恒定半径部分767和768。靠近绕组20的恒定半径部分767具有（例如通过按压工具和如上述的过程确定的最小半径）小于远离绕组的恒定半径部分768的半径。边缘263还包括不同半径部分663，该半径部分在恒定半径部分之间延伸并具有从恒定半径部分767的较小半径到恒定半径部分768的较大半径例如线性增加的逐渐增加的曲率半径。应当理解的是，边缘的这种形式也可以用于无爪的齿中，结合例如图1-2描述的齿。

图6示出包括定子芯背部261的定子芯部示例，从所述背部，多个齿102沿径向向外延伸。齿沿运动方向布置并且每个齿有接口表面262。接口表面具有在由运动方向上的在轴向方向上，即垂直于跨越运动方向和径向的平面的变化。

使用P/M技术可以有效地制造和成形本文所描述的定子芯部的实施例。P/M是用于使用图7-8所描述的工具和压制机从金属粉末生产部件的完善技术。图7示意性地示出用于将由软磁性粉末压制软磁性部件的工具。特别地，图7a示出具有模具702，单一的上冲头704和单一的下冲头705的压制工具。图7b示出图7a的工具的切割视图。

为了便于表述，该过程将参照简单部件803示出。然而，应当理解的是，下面所描述的过程和工具非常适合于制造本文所描述的定子芯部的实施例。P/M流程包括用金属粉末703填充模具702，然后使用多个冲头704和705进行压制。然后通过在高温（例如，在1000℃的区域）烧结或在低温（例如，大约650℃）热处理。该工具，通常表示为700，可以分别包括模具702和至少一个上和/或一个下冲头704和705。该技术可用于高品质的金属部件的大规模生产。MPM型电机非常适合利用P/M技术的益处。为了制作使用P/M的电动机，粉末可由上述的称为软磁性粉末的电绝缘铁粉制成。

为了产生具有如本文所述成形的齿的定子，工具模具702可特别适于具有所谓的称为“成形模具”的几何形状，这是本领域中的已知技术。在工具的实施例中，仅有模具792对齿进行成形。模具的精确形状取决于要制造的实际部件。在本文所描述的MPM SMC定子部件的情况下，该形状可以通过从大约0.3mm到最大为一半齿宽的半径逐渐增加模具的齿根过渡圆角半径获得。为了允许可靠的按压过程，较大半径靠近磁通桥凸缘18所位于的一侧，即“绕组侧”。有爪和无爪的情况都是如此。

图8示出使用图7的工具的压制过程。

图8a示出粉末填充位置中的工具，在粉末填充位置，下冲头705从模具中抽出，但仍阻塞模具的底部开口，而上冲头离开模具，让模具的顶部开口通畅从而允许粉末通过顶部开口放入。图8b示出了填充过程完成后的闭合模具（为清楚起见，图8b中未示出粉末）。图8c示出包括粉末703的闭合模具。图8d示出具有压制部件的工具，即其中下冲头和上冲头已插入模具从而将粉末压制到模具的成形部分。图8e示出部件排除步骤，其中冲头向上移动，以用来将部件803从模具中排除。图8f示出排除部件803。

通过本文所描述的成形定子齿来减少齿槽转矩可使用结合快速傅立叶变换分析（FFT）的有限元分析（FEA）来分析。可以证明，对于MPM，3相齿槽转矩是1相齿槽转矩的第6次和第18次谐波幅值的和的三倍，根据下式：

MPM3相齿槽转矩=3*（1相的第6次谐波幅度+1相的第18谐波幅度）。

第6次谐波的贡献起主要作用。图9是无齿槽减少的MPM的谐波谱的例子。图10是如本文所述的具有齿槽减少的MPM的谐波谱的例子。图9示出第6次谐波的幅度大约为0.6。如果第18次谐波被忽略不计，（从图9中可以看出，它显然是非常小的），3相齿槽转矩可以被计算为具有1.8的幅度。这可以与图11中的3相齿槽转矩曲线的最大幅值进行比较。可以对齿槽转矩设计做同样的分析，也会导致非常接近的吻合。

有和无齿槽转矩减少的相同的示例MPM的齿槽转矩分别在图11和12中示出。

通过本文所述的齿成形获得的齿槽转矩减少可接近100％。在这个例子中大约是80％。对于特定的电机，获得的减小的多少可取决于例如磁极数目和相数的参数。在上面的例子中，相数为3，但应当理解的是本文所述的齿成形可被应用于在SMC中任何具有齿的MPM定子。在相数不是3的情况下，不一定是第6和第18次谐波作用于齿槽转矩。

虽然已经详细描述和示出了一些实施例，但是本发明并不限于这些，也可能在下面的权利要求中限定的主题范围内以其他方式体现。特别地，应当理解的是可以利用其他实施例，并且可以在不脱离本发明的范围情况下作出结构和功能的修改。

本文所公开的本发明的实施例可用于电动自行车或其他电动车辆，特别是轻量车辆的直接车轮驱动电动机。这样的应用可能施加有高转矩，较低速度和低成本的需求。这些需求可能通过使用小体积的永久磁体和电线线圈以适应和满足成本需求，通过增强的转子组件程序在紧凑的几何形状中具有相对高的磁极数的电动机来实现。

在列举几个装置的设备权利要求中，一些这些装置可以由一个和相同的硬件项目来体现。在相互不同的从属权利要求记载的或在不同的实施例中描述的某些措施并不表示这些措施的组合的简单事实并不能有利地使用。

应该强调的是，当在本说明书中使用术语“包括/包含”指定所述特征，整数，步骤或部件的存在时，但不排除一个或多个其它特征，整数，步骤，部件或它们的组合的存在或添加。

Claims (18)

1.一种定子芯部，用于调极电机的定子，该调极电机包括：该定子，移动设备，以及用于在定子和移动设备之间通信磁通量的在移动设备和定子的相应接口表面之间的活动间隙，移动设备适于在运动方向上相对于定子移动，其中定子芯部包括多个齿从其延伸的定子芯背部，每个齿在各自的定义朝向转子的方向的第一方向上延伸，齿被沿着定义运动方向的第二方向布置，每个齿具有至少一个面对邻近齿的侧壁和面向活动间隙的接口表面，接口表面和侧壁形成连接接口表面和侧壁的边缘；其中边缘是圆的，其定义由第一和第二方向跨接的平面的曲率半径；并且其中曲率半径沿垂直于所述平面的横向方向变化。

2.如权利要求1所述的定子芯部，其中半径沿着横向方向连续增加。

3.如前述权利要求中任一项所述的定子芯部，其中齿包括相对于运动方向的前侧壁和后侧壁，并形成相应的具有接口表面前边缘和后边缘；其中前边缘和后边缘是圆形的，其具有由运动方向和第一方向跨接的平面的相应曲率半径；其中曲率半径沿垂直于所述平面的横向方向变化。

4.如前述权利要求中任一项所述的定子芯部，其中边缘具有靠近边缘的横向端部的第一端部，该第一端部具有恒定的曲率半径。

5.如前述权利要求中任一项所述的定子芯部，其中定子芯部由软磁性粉末制成。

6.如前述权利要求中任一项所述的定子芯部，其中定子芯背部与齿连接并提供磁通路径。

7.一种调极电机，包括：定子，移动设备，和用于在定子和移动设备之间通信磁通量的在移动设备和定子的相应接口表面之间的活动间隙，移动设备适于相对于定子在运动方向上移动，其中定子包括第一定子芯部，所述第一定子芯部包含多个齿从其延伸的定子芯背部，每个齿在相应的朝向移动设备的第一方向延伸，齿沿运动方向布置，每个齿具有至少一个面对邻近齿的侧壁和面对活动间隙的接口表面，接口表面和侧壁形成连接接口表面和侧壁的边缘；其中边缘是圆形的，其定义由运动方向与第一方向跨接的平面的曲率半径；并且其中曲率半径沿垂直于所述平面的横向方向变化。

8.如权利要求7所述的调极电机，其中定子包括第二个类似的与第一定子芯部在横向方向上并排布置的定子芯部，其中第一和第二定子芯部的齿在运动方向上相对彼此移位；并且其中第一定子芯部的所述齿的曲率半径在朝向第二定子芯部的方向上增加。

9.如权利要求8所述的调极电机，其中定子包括在第一和第二定子芯部之间布置的绕组。

10.如权利要求7-9中任一项所述的调极电机，其中接口表面的至少一部分与移动设备具有基本上恒定的距离；其中接口表面的所述部分在运动方向上具有宽度；并且其中宽度在横向方向上变化。

11.一种调极电机，包括：定子，移动设备，和用于在定子和移动设备之间通信磁通量的在移动设备和定子的相应接口表面之间的活动间隙，移动设备适于相对于定子在运动方向上移动，其中定子包括第一定子芯部，所述第一定子芯部包含多个齿朝向移动设备的第一方向从其延伸的定子芯背部，齿沿运动方向布置，每个齿具有至少一个面对活动间隙的接口表面，其中接口表面的至少一部分具有与移动设备的基本上恒定的距离；其中接口表面的所述部分在运动方向上具有宽度；并且其中宽度在垂直于由运动方向和第一方向跨接的平面的横向方向上变化。

12.如权利要求10至11中任一项所述的调极电机，其中宽度在横向方向上减小。

13.如权利要求10至12中任一项所述的调极电机，其中定子包括第二个类似的在横向方向上与第一定子芯部并排布置的定子芯部，其中定子芯部的齿在运动方向上相对彼此移位；并且其中第一定子芯部的齿的宽度在朝向第二定子芯部的方向上减小。

14.如权利要求9或13所述的调极电机，其中定子包括在第一和第二定子芯部之间布置的绕组；并且其中每个齿包括基座部分和从齿朝向绕组延伸的爪构件。

15.如权利要求7至14中任一项所述的调极电机，其中调极电机是线性电机。

16.如权利要求7至14中任一项所述的调极电机，其中调极电机是旋转电机，并且其中移动设备是转子。

17.如权利要求16所述的调极电机，其中转子被配置为生成与定子的定子磁场交互的转子磁场，转子包含多个在所述转子的圆周方向上磁化从而产生转子磁场的永久磁体，永久磁体在转子的圆周方向上通过沿轴向延伸转子磁极部分彼此分离，用于导引由所述永久磁体在至少一个径向和轴向方向上产生的转子磁场。

18.如权利要求7至17中任一项所述的调极电机，其中定子设备和/或移动设备提供包括在相对于运动方向的横向方向上的磁通路径分量的三维（3D）的磁通路径。

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