CN110140277A - 具有内爪极定子的电机 - Google Patents

Abstract

提供了一种爪极电机，其包括可绕轴旋转的转子、以及定子组件。定子组件包括多个定子元件，所述多个定子元件具有一个或多个爪极齿，使得当所述多个定子元件被组装时，爪极齿在所述定子组件的第一端与第二端之间延伸。在定子组件处另外包括定位于所述多个定子元件之间的至少一个线圈绕组。

Description

具有内爪极定子的电机

技术领域

本公开的实施例总体上涉及电机，更尤其涉及在加热、通风和空调应用中使用的高效电机。

背景技术

在加热、通风、空调和制冷（HVAC&R）系统效率上的提高已导致能源使用上的大幅减少。然而，用于移动这些系统中的空气的鼓风机电机没有看到显著的效率提升，并且具有低得多的效率。例如，HVAC&R系统通常使用分体电容器（split capacitor）、单相或三相感应电机，无需速度控制。这些电机的特征不仅在于它们的低效率，而且在于它们的超大结构。随着炉子和空调已变得更有效率，归因于鼓风机电机的用于HVAC&R系统的总能源消耗的比例已增加，因此使得鼓风机电机成为对于整个系统能源使用的更大的贡献者。

发明内容

根据第一实施例，提供了一种爪极电机，其包括可绕轴旋转的转子、以及定子组件。定子组件包括多个定子元件，所述多个定子元件具有一个或多个爪极齿，使得当所述多个定子元件被组装时，爪极齿在所述定子组件的第一端与第二端之间延伸。在定子组件上另外包括定位于所述多个定子元件之间的至少一个线圈绕组。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述定子组件进一步包括第一定子端元件、第二定子端元件和设置在所述第一定子端元件与所述第二定子端元件之间的至少一个内部定子元件。所述第一定子端元件、所述第二定子端元件和所述至少一个内部定子元件中的每一个总体上平行布置。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述第一定子端元件、所述第二定子端元件和所述至少一个内部定子元件绕轴相对于彼此旋转。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述第一定子端元件、所述第二定子端元件和所述至少一个内部定子元件的爪极齿以相互啮合的关系布置。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述至少线圈绕组包括第一线圈绕组和第二线圈绕组。第一线圈绕组定位于所述第一定子端元件与所述至少一个内部定子元件之间，并且第二线圈绕组定位于所述至少一个内部定子元件与所述第二定子端元件之间。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述定子组件包括第一内部定子元件和第二内部定子元件。第一线圈绕组定位于所述第一定子端元件与所述第一内部定子元件之间，并且所述第二线圈绕组定位于所述第二内部定子元件与所述第二定子端元件之间。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在其它实施例中，所述多个定子元件中的至少一个包括用于保持所述至少一个线圈绕组的特征。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述特征包括可接收在所述至少一个线圈绕组的中心孔之内的圆柱形特征。

根据另一个实施例，爪极电机包括可绕轴旋转的转子和包括多个定子元件的定子组件，所述多个定子元件具有一个或多个爪极齿。当所述多个定子元件被组装时，爪极齿在所述定子组件的第一端与第二端之间延伸。驱动单元嵌入在所述定子组件之内在所述多个定子元件之间。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，多个定子元件限定了第一子组件和第二子组件。驱动单元总体上定位于所述第一子组件与所述第二子组件之间。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述驱动单元布置在所述多个定子元件的中心处。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，定子组件进一步包括第一定子端元件、第二定子端元件和设置在所述第一定子端元件与所述第二定子端元件之间的至少一个内部定子元件。所述第一定子端元件、所述第二定子端元件和所述至少一个内部定子元件中的每一个总体上平行布置。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述爪极齿从所述多个定子元件的外围延伸，并且所述驱动单元的外直径小于或基本上等于由所述爪极齿限定的内直径。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述固定定子由固定轴支撑，并且与所述驱动单元相关联的接线布置在所述固定轴的中空内部之内。

根据又一个实施例，爪极电机包括壳体、与所述壳体相关联的固定轴、由所述固定轴支撑的定子组件、以及可绕轴旋转的转子，所述转子可操作为产生用于冷却所述定子组件的冷却流。定子组件包括多个定子元件，所述多个定子元件具有一个或多个爪极齿，使得当所述多个定子元件被组装时爪极齿在所述定子组件的第一端与第二端之间延伸。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述转子包括多个鳍片，所述鳍片配置为当所述转子绕所述轴旋转时迫使空气流进入到所述壳体的内部中。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述固定轴是总体上中空的，并且与所述壳体的内部是流体连通地布置。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，其中，所述转子和所述定子组件总体上同心地布置，所述定子组件至少部分地定位于所述转子的中空内部之内。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述冷却流配置为流动穿过所述多个定子元件。

除上述一个或多个特征之外，或作为备选，在进一步的实施例中，所述定子组件包括定位于所述多个定子元件之间的线圈绕组和驱动单元中的至少一个。

附图说明

被视为本公开的主题在说明书结束处的权利要求中被尤其指出并明确要求保护。从结合了附图的以下详细说明中，本公开的以上和其它的特征和优点是显然的，在附图中：

图1是根据一个实施例的爪极电机的侧视图；

图2是根据一个实施例的图1的爪极电机的分解透视图；

图3是根据一个实施例的图1的爪极电机的另一个分解透视图；

图4是根据一个实施例的图1的爪极电机的定子组件的另一个分解透视图；以及

图5是根据一个实施例的图1的爪极电机的定子组件的透视图，其中去除了多个定子元件中的一个；以及

图6是组装根据一个实施例的定子的阶段的透视图。

通过参考附图举例，详细说明解释了本公开的实施例连同优点和特征。

具体实施方式

现在参见附图，阐示了根据一个实施例的电机10的实例。电机10包括壳体12，壳体12具有从壳体12的第一端16延伸并限定了轴A的固定轴14。固定轴14可以与壳体12整体形成或可去除地耦接到壳体12上。壳体12可以具有总体上中空内部18，与电机10的操作相关联的变压器或其它部件可以位于中空内部18之内。在一个实施例中，固定轴14的一部分穿过壳体12的第一端16延伸到壳体12的中空内部18中。在一个实施例中，一个或多个连接器20（诸如，例如密封扣眼（grommet），或备选地，密封开口）可以用于向壳体12提供电线。

电机10另外包括由固定轴14支撑的定子组件22和具有相对于轴A总体上同轴取向的转子24。定子组件22和转子24基本上同心地布置，使得在其之间限定了空气间隙（未示出）。在所阐示的非限制性实施例中，转子24是具有中空圆柱形形状的外转子，定子组件22定位于其之内。然而，本文还考虑了转子24是布置在由定子组件22限定的空腔之内的内转子的实施例。转子24可以由任何合适的材料形成。例如，转子24可以由被塑料材料包围的磁体形成，其完全由磁性材料形成，或者由任何材料形成，并且具有一个或多个附加于其的磁体。

现在具体参考图4和图5的两相电机，定子组件22包括总体上彼此平行布置的多个定子元件30。例如，定子元件30可以由任何合适的铁磁材料（诸如，例如烧结的或粉末化的金属材料）形成。定子元件30中的每一个包括一个或多个爪极齿32，爪极齿32形成在其外围边缘处，并从其外围边缘沿总体上平行于轴A的方向延伸。定子元件包括定子端元件36和定子内部元件38二者。第一定子端元件36和第二定子端元件36布置在定子组件22的相对端处。如所示出的，第一定子端元件和第二定子端元件36轴向地颠倒，使得定子端元件36总体上朝向彼此面对。在一个实施例中，第一和第二定子端元件36相对于彼此旋转180电角度，其转化为等于2*（360/定子齿总数）的几何角度，其中，定子齿数等于4*N，并且N是自然数。然而，本文还考虑了第一和第二定子端元件36处于另一个相对角度的实施例。

在所阐示的非限制性实施例中，定子端元件36中的每一个包括两个绕定子端元件36的外围基本上等距地间隔开的爪极齿32。第一定子端元件36相对于第二定子端元件36绕轴A旋转，使得第一定子端元件36的爪极齿32相对于第二定子端元件36的爪极齿32偏斜。

如所示出的，定子元件30另外包括两个内部定子元件38。内部定子元件38设置在第一和第二定子端元件36之间的位置处。内部定子元件38可以但不必与定子端元件36具有相同数量的爪极齿。一个或多个内部定子元件38的爪极齿32在尺寸和形状上与定子端元件36的爪极齿32总体上互补。作为内部定子元件38的居中定位的结果，这种内部定子元件38的爪极齿32沿第一方向和第二相反的方向二者延伸超出内部定子元件38的平面表面，该第一方向是朝向第一定子端元件36的方向，该第二方向是朝向第二定子端元件36的相反的方向。在所阐示的非限制性实施例中，内部定子元件38中的每一个也包括两个绕内部定子元件38的外围基本上等距地间隔开的爪极齿32。内部定子元件38绕轴A相对于第一定子端元件36、第二定子端元件36和另一个内部定子元件38旋转，使得每一个内部定子元件38的爪极齿32相对于多个定子元件30的其它爪极齿32偏斜。

当组装时，其过程在图6中被最清楚地阐示，每一个定子元件30的爪极齿32以相互啮合的关系布置，在由第一和第二定子端元件36限定的总体上垂直于轴A取向的平面之间延伸。因此，从第一和第二定子端元件36延伸且从与其相关联的定子内部元件38延伸的爪极齿32具有基本上类似的轴向长度，并且可以具有总体上互补的形状，所述形状允许多个齿32装配在一起以限定定子的外围。在所阐示的非限制性实施例中，爪极齿32具有总体上呈角度的侧边，以形成总体上梯形的形状。相邻的齿32以交替的配置进行布置。例如，与第一定子端元件36相邻的第一齿32的部分比与第二定子端元件36相邻的第一齿32的部分宽。直接紧邻第一齿32定位的第二齿32配置为使得与第二定子端元件36相邻的第二齿32的部分比与第一定子端元件36相邻的第二齿32的部分宽。如所示出的，定子组件22在形状上是总体上圆柱形；然而，应理解的是，例如，本文还考虑了定子组件22具有其它配置（诸如，例如截头圆锥形形状）的实施例。

在图3所阐示的非限制性实施例中，定子元件30被再分为包括定子端元件和相应的内部定子元件的对（pairs）。因此，定子组件22包括由第一定子端元件36和相邻的内部定子元件38限定的第一子组件40a、以及由第二内部定子元件38和相邻的第二定子端元件36限定的第二子组件40b。然而，应理解的是，在其它实施例中，定子元件30可以设置有两个以上的子组件。

如所示出的，第一子组件40a另外包括可操作为限定了第一相的一个或多个线圈绕组42。类似地，第二子组件40b包括可操作为限定了第二相的一个或多个线圈绕组42。在一个实施例中，线圈绕组42的外直径基本上等于或略小于由多个爪极齿32限定的内直径。线圈绕组42中的每一个居中地位于相应的定子端元件36与相邻的内部定子元件38之间。在定子端元件36和/或内部定子元件38中形成的一个或多个特征44可以使线圈绕组42就坐并保持在子组件之内的所期望位置。在所阐示的非限制性实施例中，圆柱形特征44从定子端元件36和/或内部定子元件38延伸，并且被接收在线圈绕组42的中心孔46之内。另外，在子组件40a、40b之内的定子端元件36和内部定子元件38的特征44可以在线圈绕组42的孔46之内彼此接合。在这样的实施例中，特征44可以包括互补轮廓，所述互补轮廓限制了定子端元件36相对于子组件40a、40b之内的内部定子元件38的旋转。

由控制器组成的驱动单元48被另外容纳在定子组件22之内。在定子组件22包括偶数个子组件40的实施例中，驱动单元48可以位于定子组件22的中心处，其中子组件40的一半位于其每一侧上。如所示出的，驱动单元48被夹在两个相邻的内部定子元件38之间。然而，驱动单元48位于定子组件之内的另一个位置（诸如，在例如子组件的内部之内）的实施例也在本公开的范围之内。在一个实施例中，驱动单元48的外直径基本上等于或略小于由多个爪极齿32限定的内直径，使得多个爪极齿32包围驱动单元48的外围，以将驱动单元48捕获在定子组件22之内。与线圈绕组42和/或驱动单元48相关联的接线可以位于固定轴14的中空内部之内。

再次参见图2-3，多个冷却鳍片50从转子24的一部分（诸如，例如布置为直接与壳体12相邻的第一端26）延伸。在所阐示的非限制性实施例中，鳍片50绕转子24的圆周布置，并相对于轴A偏斜。在电机10的操作过程中，转子24绕轴A旋转。当转子24旋转时，冷却鳍片50推动空气流穿过在壳体12的相邻端16中形成的一个或多个开口。由进入到壳体12的中空内部18中的流或空气产生的持续压力驱动空气流进入到并穿过中空固定轴14。然后，轴之内的空气被抽排穿过轴的相对端进入到转子24的内部中，在那里它冷却定子组件22的多个部件。

本文所阐示和说明的电机10具有允许低成本制造的简单性。进一步地，电机结构的集成（具体地是定子组件22与驱动单元48的集成）提供用于增强电机10的热管理。电机10适合于用在鼓风机加热、通风、空调和制冷系统中，以及具有低功率负载和需要高效率的任何应用中。

虽然已经详细说明了与仅有限数量的实施例相关的本公开，但应容易理解，本公开不限于这样的公开的实施例。相反，可以对本发明进行修改以包含之前未说明但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变体、更改、替换或等同布置。另外，虽然已经说明了本公开的各种实施例，但要理解，本公开的方面可以仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本公开不要看做由上述说明限制，而仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (20)

1. 一种爪极电机，其包括：

可绕轴旋转的转子；以及

定子组件，其包括：

多个定子元件，其具有一个或多个爪极齿，使得当所述多个定子元件被组装时，所述爪极齿在所述定子组件的第一端与第二端之间延伸，以及

至少一个线圈绕组，其被定位于所述多个定子元件之间。

2.如权利要求1所述的爪极电机，其中，所述定子组件进一步包括：

第一定子端元件；

第二定子端元件；以及

至少一个内部定子元件，其设置在所述第一定子端元件与所述第二定子端元件之间，所述第一定子端元件、所述第二定子端元件和所述至少一个内部定子元件中的每一个总体上平行布置。

3.如权利要求2所述的爪极电机，其中，所述第一定子端元件、所述第二定子端元件和所述至少一个内部定子元件绕轴相对于彼此旋转。

4.如权利要求2或权利要求3所述的爪极电机，其中，所述第一定子端元件、所述第二定子端元件和所述至少一个内部定子元件的所述爪极齿以相互啮合的关系布置。

5.如权利要求2-4中任一项所述的爪极电机，其中，所述至少线圈绕组包括第一线圈绕组和第二线圈绕组，其中，所述第一线圈绕组定位于所述第一定子端元件与所述至少一个内部定子元件之间，并且所述第二线圈绕组定位于所述至少一个内部定子元件与所述第二定子端元件之间。

6.如权利要求5所述的爪极电机，其中，所述定子组件包括第一内部定子元件和第二内部定子元件，所述第一线圈绕组定位于所述第一定子端元件与所述第一内部定子元件之间，并且所述第二线圈绕组定位于所述第二内部定子元件与所述第二定子端元件之间。

7.如前述权利要求中任一项所述爪极电机，其中，所述多个定子元件中的至少一个包括用于保持所述至少一个线圈绕组的特征。

8.如权利要求7所述的爪极电机，其中，所述特征包括可接收在所述至少一个线圈绕组的中心孔之内的圆柱形特征。

9.一种爪极电机，其包括：

可绕轴旋转的转子；

定子组件，其包括多个定子元件，所述多个定子元件具有一个或多个爪极齿，使得当所述多个定子元件被组装时，所述爪极齿在所述定子组件的第一端与第二端之间延伸；以及

驱动单元，其嵌入在所述定子组件之内在所述多个定子元件之间。

10.如权利要求9所述的爪极电机，其中，所述多个定子元件限定了第一子组件和第二子组件，所述驱动单元总体上定位于所述第一子组件与所述第二子组件之间。

11.如权利要求9或权利要求10所述的爪极电机，其中，所述驱动单元布置在所述多个定子元件的中心处。

12.如前述权利要求中任一项所述的爪极电机，其中，所述定子组件进一步包括：

第一定子端元件；

第二定子端元件；以及

至少一个内部定子元件，其设置在所述第一定子端元件与所述第二定子端元件之间，所述第一定子端元件、所述第二定子端元件和所述至少一个内部定子元件中的每一个总体上平行布置。

13.如前述权利要求中任一项所述的爪极电机，其中，所述爪极齿从所述多个定子元件的外围延伸，并且所述驱动单元的外直径小于或基本上等于由所述爪极齿限定的内直径。

14.如前述权利要求10的任一项所述的爪极电机，其中，所述固定定子由固定轴支撑，并且与所述驱动单元相关联的接线布置在所述固定轴的中空内部之内。

15.一种爪极电机，其包括：

壳体；

与所述壳体相关联的固定轴；

由所述固定轴支撑的定子组件，所述定子组件包括多个定子元件，所述多个定子元件具有一个或多个爪极齿，使得当所述多个定子元件被组装时，所述爪极齿在所述定子组件的第一端与第二端之间延伸；以及

可绕轴旋转的转子，所述转子可操作为产生用于冷却所述定子组件的冷却流。

16.如权利要求15所述的爪极电机，其中，所述转子包括多个鳍片，所述鳍片配置为当所述转子绕所述轴旋转时迫使空气流进入到所述壳体的内部中。

17.如权利要求15或权利要求16所述的爪极电机，其中，所述固定轴是总体上中空的，并且与所述壳体的内部是流体连通地布置。

18.如前述权利要求中任一项所述的爪极电机，其中，所述转子和所述定子组件总体上同心地布置，所述定子组件至少部分地定位于所述转子的中空内部之内。

19.如权利要求18所述的爪极电机，其中，所述冷却流配置为流动穿过所述多个定子元件。

20.如前述权利要求中任一项所述的爪极电机，其中，所述定子组件包括定位于所述多个定子元件之间的线圈绕组和驱动单元中的至少一个。