CN110311527A - 轴向磁通转子和轴向磁通电机 - Google Patents
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Abstract
提供一种用于具有定子的电机中的轴向磁通转子。该转子包括主体，该主体包括由外半径OR限定的外周。该主体还具有由内半径IR限定的中心开口和限定主体的旋转轴线的多个(N个)转子磁极。该主体具有第一和第二相对的面。该转子还包括从第一面延伸的多个间隔开的轴向嵌入的磁体。轴向嵌入式磁体中的至少一个磁体具有由等式 定义的最小深度，其中BrS是表面安装磁体的剩余磁通密度，其中OR是主体的外半径，其中IR是主体的内半径，其中N是转子磁极的数量，并且其中BrA是轴向嵌入式磁体的剩余磁通密度。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年3月27日提交的美国非临时专利申请No.15/936,978的优先权，其全部公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明的领域整体上涉及电机，并且更具体地涉及具有轴向嵌入的永磁转子的轴向磁通电动机。
背景技术
电动机的众多应用之一是推进流体，例如在加热或冷却时用风扇或鼓风机吹送空气，以及例如在游泳池或水疗中心中泵送诸如水的液体以使水再循环。电动机可以构造成使泵或鼓风机内的叶轮旋转，该叶轮使流体移位，从而引起流体流动。许多燃气用具包括电动机，例如，热水器、锅炉、游泳池加热器、取暖器、炉和辐射式加热器。在一些示例中，电动机为使空气或燃料/空气混合物移动通过该器具的鼓风机提供动力。在另一些示例中，电动机为分配来自器具的空气输出的鼓风机提供动力。
在此类系统中使用的常见电机是交流(AC)感应电机。通常，AC感应电机是径向磁通电机，其中磁通从旋转轴线径向延伸。可以在上述应用中使用的另一类型的电机是电子换向电机(ECM)。ECM可包括但不限于无刷直流(BLDC)电机、永磁交流(PMAC)电机和可变磁阻电机。通常，这些电机提供比AC感应电机高的电效率。一些ECM具有轴向磁通构型，其中气隙中的磁通沿平行于转子旋转轴线的方向延伸。
通常，为了获得足够的效率，这种ECM电机利用具有永磁体的转子，所述永磁体提供比感应电机高的效率。为了进一步提高它们的效率，这种ECM电机通常使用稀土磁体，稀土磁体虽然提高了效率但非常昂贵并且仅可从非常有限的地点获得。希望在不需要稀土磁体的情况下获得提高的电机效率。
发明内容
在一方面，提供了一种用于具有定子的电机的轴向磁通转子。该转子包括主体，该主体具有由外半径OR限定的外周。该主体还具有由内半径IR限定的中心开口和限定主体的旋转轴线的N多个转子磁极。主体具有相对的第一面和第二面。
转子还包括从第一面延伸的多个间隔开的轴向嵌入的磁体。轴向嵌入的磁体中的至少一个具有由通过等式
定义的最小深度，其中BrS是表面安装磁体的剩余磁通密度，其中OR是主体的外半径，其中IR是主体的内半径，其中N是转子磁极的数量，并且其中BrA是轴向嵌入磁体的剩余磁通密度。
在另一方面，可提供轴向磁通转子，其中主体限定形成在主体的第一面中并从外周径向向内延伸的多个凹陷部，并且其中多个磁体中的每个磁体相匹配地配合到多个凹陷部中的一个凹陷部。
在又一方面，可提供轴向磁通转子，其中主体包括多个板片。每个板片具有大致均匀的厚度。多个板片中的每个板片具有相对的面。多个板片中的每个板片与多个板片中的一个的相对面中的至少一个面接触。
在又一方面，可提供轴向磁通转子，其中多个凹陷部中的至少一个凹陷部具有梯形形状或矩形形状。
在又一方面，可提供轴向磁通转子，其中主体包括多个叠层。多个叠层中的每个叠层包括相对的平行外部平面以及相对的第一端和第二端。多个叠层中的一个叠层的一个外部平面位于多个叠层中的另一叠层的外部平面之一上，以形成第一转子磁极。多个叠层中的一个叠层的一个外部平面位于多个叠层中的另一叠层的外部平面之一上，以形成第二转子磁极。第一和第二转子磁极通过永磁体间隔开并固定到模制聚合物上。
在又一方面，可提供轴向磁通转子，其中多个可磁化永磁体包括铁氧体磁体、粘合钕磁体或烧结钕磁体。
在又一方面，可提供轴向磁通转子，其中该轴向磁通转子还包括靠近第一和第二相对面中的一个面定位的可磁化环/盘，该环限定外周和中心开口。
在另一方面，提供了一种用于电机并与定子配合的轴向磁通转子。该转子包括限定转子的旋转轴线的主体。该主体具有相对的第一面和第二面。该主体限定形成在主体的第一面中的多个凹陷部。该主体包括多个板片。每个板片具有大致均匀的厚度。多个板片中的每个板片限定相对的面。多个板片中的每个板片与多个板片中的另一板片的相对的面中的一个面接触。
转子还包括多个间隔开的磁体。多个磁体中的每一个相匹配地配合到多个凹陷部中的一个凹陷部。
在又一方面，可提供轴向磁通转子，其中主体包括由外半径OR限定的外周、由内半径IR限定的中心开口和限定转子的旋转轴线的N多个转子磁极。还可以提供转子，其中至少一个磁体具有由等式
定义的最小长度，其中BrS是表面安装磁体的剩余磁通密度，其中OR是主体的外半径，其中IR是主体的内半径，其中N是转子磁极的数量，并且其中BrA是轴向嵌入磁体的剩余磁通密度。
在又一方面，可以提供轴向磁通转子，其中每个板片包括叠层。每个叠层包括相对的平行外部平面以及相对的第一端和第二端。至少一个叠层的外部平面位于另一叠层的外部平面上以形成第一转子磁极。至少一个叠层的外部平面位于另一叠层的外部平面上以形成第二转子磁极。第一和第二转子磁极通过永磁体间隔开并固定到模制聚合物上。
在又一方面，可提供轴向磁通转子，其中多个可磁化永磁体包括铁氧体磁体、粘合钕磁体或烧结钕磁体。
在又一方面，可提供轴向磁通转子，其中该轴向磁通转子还包括位于第一和第二相对的面中的一个面附近的可磁化环/盘。该环限定环的外周和中心开口。
在另一方面，提供了一种轴向磁通电机。该电机包括壳体和紧固地固定在壳体上的定子。
该电机还包括可旋转地固定在壳体上的转子。该转子具有主体，该主体限定主体的旋转轴线。该主体具有第一和第二相对的面。该主体限定形成在主体的第一面中的多个凹陷部。该主体包括多个板片，每个板片具有大致均匀的厚度。多个板片中的每个板片限定相对的面。多个板片中的每个板片与多个板片中的至少另一板片的相对的面中的一个面接触。该转子还具有多个间隔开的磁体。多个磁体中的每个磁体配合地嵌合到多个凹陷部中的一个凹陷部。
在又一方面，可以提供轴向磁通电机，其中转子大致呈圆柱形并且包括多个转子磁极。转子还包括具有第一半径OR的径向向外的外周表面和限定具有第二半径IR的中心开口的径向向内的外周表面。多个凹陷部中的所述至少一个凹陷部包括由等式
定义的最小深度，其中N是转子磁极的数量。
在又一方面，可提供轴向磁通电机，其中每个板片包括叠层。每个叠层包括相对的平行外部平面以及相对的第一端和第二端。至少一个叠层的外部平面位于另一叠层的外部平面上以形成第一转子磁极。至少一个叠层的外部平面位于另一叠层的外部平面上以形成第二转子磁极。第一和第二转子磁极间隔开并固定到模制聚合物上。
在又一方面，可提供轴向磁通电机，其中定子包括沿轴向定向的多个定子模块。每个定子模块包括通过轭部连接的一对齿。定子还包括多个绕组。每个绕组缠绕在一个定子模块周围。
在又一方面，可提供轴向磁通电机，其中定子还包括多个线轴。线轴联接到定子模块齿，并且绕组缠绕在线轴周围。
在又一方面，可提供轴向磁通电机，其中多个板片包括整体铁板。板片具有在板片中的间隔开的凹陷部。板片以圆形缠绕以形成主体。
在又一方面，可提供轴向磁通电机，其中多个凹陷部中的至少一个凹陷部具有梯形形状和矩形形状中的一者。
在又一方面，可提供轴向磁通电机，其中转子还包括可磁化环/盘，其定位在相对的第一面和第二面中的一者附近。该环限定外周和中心开口。
附图说明
图1是示例性轴向磁通机器的截面图；
图2是图1所示的轴向磁通机器的分解图；
图3是图1和2所示的轴向磁通电机的定子的分解图；
图4是图1和2中示的轴向磁通电机的转子的平面图；
图4A是图4的转子的部分截面图，示出了凹陷部中的磁体；
图4B是图4的转子中使用的磁极的透视图；
图4C是用于图4B的磁极中的叠层的透视图；
图4D是图4的转子中使用的磁体的透视图；
图5是转子形式的本发明的另一实施例的透视图，该转子可用于轴向磁通机器中并具有磁环；
图5A是图5的转子的磁环的透视图；
图5B是与图5的转子类似的转子的局部截面图，示出了不从转子的第一面延伸到第二面的凹陷部中的磁体；
图6是转子形式的本发明的另一实施例的透视图，该转子可用于轴向磁通机器中并且具有饼形磁极和矩形磁体；
图6A是图6的转子中使用的磁体的透视图；
图6B是图6的转子中使用的磁极的透视图；以及
图7是已由金属卷制成并且可以与根据本发明的轴向磁通转子一起使用另一示例性定子的透视图。
具体实施方式
图1是示例性轴向磁通电机10的截面图。图2是轴向磁通电机10的分解图。图1和2共有的部件用相同的附图标记表示。在示例性实施例中，电机10是具有第一端12和第二端14的电动机。或者，电机10可以作为发电机运行。轴向磁通电机10通常可包括壳体16、转子组件18、第一轴承组件20、第二轴承组件22和定子组件24。第一端部安装件26在机器第一端12处联接到壳体16。第二端部安装件28在机器第二端14处连接到定子组件24。
如图1-4所示，电机10可以是轴向磁通电机。机器10包括壳体16和紧固地固定在壳体16上的定子23。定子23可以是定子组件24的一部分。
机器10还包括转子，其形式例如为可旋转地固定在壳体16上的转子组件18。转子组件18可包括主体或转子铁芯30，其限定主体30的旋转轴线36。主体30分别具有相对的第一和第二面或表面40和41。
如图4、4A和5所示，主体30限定形成在主体30中的多个凹陷部31。主体30可以由任何合适的材料制成并且可以使用任何可用的制造工艺制造。例如，转子30可以使用烧结工艺由软磁合金(SMA)、软磁复合(SMC)材料和/或粉末铁氧体材料制成。为了使涡流损耗最小化，可以以合适的方式中断沿着磁通线33的电流路径。
例如并且如图4所示，主体30可以由多个板片或叠层48形成。每个板片可以在其面25上涂覆有非导电涂层27。虽然板片48可以各自具有不同的厚度，但是为了简单起见，每个板片具有大致均匀的厚度。多个板片中的每个板片限定相对的面25。
多个板片48中的每个板片与多个板片48中的至少另一板片的相对的面25中的一个面接触。转子组件18还具有多个间隔开的磁体34。多个磁体34中的每个磁体相匹配地配合到多个凹陷部31中的一个凹陷部。
虽然板片可以形成连续的铁芯30并且磁体34可以配合到铁芯30，但是应该理解，一些板片可以组合以形成磁极19，每个磁极的板片与其它磁极的板片间隔开。在这种构型中，可以使用诸如树脂39的粘结材料来将形成转子组件18的所有部件互连。在这种构型中，铁芯30可包括中心部分21。中心部分21可支承中心转子轴32和磁极19，并且磁体34可以从铁芯外周43延伸到铁芯30的中心部分21。
可以通过将磁极19、磁体34和轴32放置在树脂模具(未示出)中并将树脂注入模具、将磁体34、轴32和磁极19结合在一起来制造转子组件18。注意，轴32不是放置在模具中，而是确切而言可以稍后组装到转子组件18中。
如图1-4所示，可以提供轴向磁通机械10，其中转子或转子铁芯30大致呈圆柱形并且包括多个转子磁极19。
如图1-4所示，转子组件18可以包括联接到轴32的转子铁芯30，并且多个永磁体34可以联接到转子30。例如，由钕、铁氧体或其它材料制成的永磁体可以表面安装到转子铁芯30的一个面上。或者，永磁体可以由钕、铁氧体或其它材料制成，并且可以形成为具有交替磁化部段的环形磁体。然而，可以使用任何合适的永磁体形状和材料，其使得电动机10能够如本文所述起作用。应当理解，下文描述的径向延伸的磁体34具有对给定的磁性材料质量增强了磁通量的优点。
转子组件18可在壳体16内旋转，更具体地，可在第一轴承组件20和第二轴承组件22内围绕旋转轴线36旋转。应当理解，其它支承方案可用于将旋转的转子组件支承在外壳。例如，可以使用单个轴承组件(未示出)，并且该轴承组件可以位于第一轴承组件或第二轴承组件所在的位置。
在示例性实施例中，转子铁芯30包括外周43和直径对应于轴32的直径的轴中心开口或内周46。在示例性实施例中，转子30包括多个叠层48，它们是要么互锁要么是松散的。例如，叠层48由冲压金属(例如钢)的多个冲压层制成。
或者，转子30可以使用烧结工艺由SMC材料、SMA材料和/或粉末状铁氧体材料制成。或者，转子30可以使用烧结工艺由SMC材料、SMA材料和/或粉末状铁氧体材料制成。或者，转子30由任何合适的材料机加工和/或铸造而成。在示例性实施例中，转子组件18由电子控制器(未示出)驱动，例如包括控制板88的正弦或梯形电子控制器(参见图2)。
如图4、4A、4B、4C和4D所示，转子组件18可包括转子铁芯30。如图4所示，转子铁芯30大致呈环形。转子铁芯30还包括径向向外的外周环，该外周环具有外壁或表面43，外壁或表面43具有第一或外半径R1，以及径向向内的外周表面或内壁68，外周表面或内壁68限定具有第二或内半径R2的中心开口69。
或者，内壁可延伸到轴32的外周29，使得轴32可支承铁芯30。在另一替代方案中，内壁68可与轴32间隔开，该轴32具有中心部分21，该中心部分21包括例如与轴32接合的套管35(以虚线示出)和毂37，毂37包括将套管35连接到内壁68的多个臂或辐条(以阴影线示出)。
如图4所示，铁芯30从外周43延伸到内壁68。磁极19由板片48形成并且在铁芯30中以间隔开的关系定位，从而形成内壁68和外周43的一部分。板片或叠层48围绕铁芯30切向地定位，使得磁通线33垂直地穿过板片或叠层48。
磁极之间的空间限定用于接纳磁体34的凹陷部31。多个凹陷部31中的至少一个凹陷部包括由等式
定义的最小深度Dmin，其中N是转子磁极19的数量。
可以提供轴向磁通机器10，其中每个板片48呈层或叠层的形式。每个叠层48包括相对的平行外部平面25。叠层可具有任何合适的形状。例如，叠层可以围绕转子铁芯30的中心部分21周向延伸，并且铁芯30可包括在叠层48中形成的凹陷部或轴向孔口31。为了简单起见，并且如图4和4B所示，叠层48可以由分开的部分组成，这些部分围绕转子铁芯30的中心部分21周向间隔开。每个部分可形成转子铁芯30的一个磁极或齿19。
如图4C所示，叠层48可以呈矩形或梯形，并且可形成一个磁极或齿19，其具有分别垂直于外部平面25的、相对的第一侧面51和第二侧面53以及分别垂直于外部平面25和端部55和56两者的、相对的第一端和第二端56。注意，当使用如图4和4C所示的叠层48时，在相邻叠层48之间的空间中形成轴向孔口31。
磁体34抵靠侧面51和53定位。第一端55和第二端56分别形成转子外表面的第一面40和第二面41。至少一个叠层48的外部平面25位于另一叠层48的外部平面25上，以形成第一转子磁极45。另外的叠层——例如3至25个叠层——如此定位以形成第一转子磁极45。
至少一个叠层48的外部平面25位于另一叠层48的外部平面25上，以形成第二转子磁极47。另外的叠层——例如3至25个叠层——可以如此定位以形成第二转子磁极47。第一转子磁极45和第二转子磁极47分别间隔开并固定到诸如模为制聚合物或树脂的接合材料39上。
如图4B和图4C所示，机械互锁部49可以形成在叠层48中，并且例如可以呈在一个叠层中的突起49A的形式，突起49A与另一叠层中的凹陷部49B配合。在转让给与本申请相同的实体的美国专利US6,847,285 B2中更全面地描述了这种互锁部49，特此通过引用将其全文并入。
如图4所示，转子组件18可以如图所示包括附加的转子磁极19，其如上所述由叠层48制成。第一磁极45、第二磁极47和附加磁极19可以定位在成型机(未示出)的模具(未示出)中，成型机优选地呈圆形图案并且围绕模具的周边均匀地定位。永磁体34可以定位在相邻磁极19之间的模具中。套管35和毂37(以及轴32)也可以被放置在模具中。可以将接下来的模塑材料注入模具中以形成转子组件。应当理解，套管35和毂37可以由模具中的模制材料一体地形成。
在示例性实施例中，转子30包括多个轴向孔口31。例如，第一侧面51和第二侧面53限定多个轴向孔口或凹陷部31中的第一轴向孔口或凹陷部31。每个轴向孔口31包括从转子铁芯周边43轴向向内延伸到转子铁芯内壁68的深度d，并且从转子外表面40穿过转子30轴向延伸到相对的第二转子外表面或表面41。每个轴向孔口31可构造成接纳一个或多个永磁体34，使得每个磁体轴向嵌入转子30中并从转子外表面43向内延伸到内壁或表面68。在示例性实施例中，永磁体34是大致矩形的硬铁氧体磁体。然而，磁体34可具有任何合适的形状，并且可以由使机器10能够如本文所述起作用的任何合适的材料制成。例如，磁体34可以是锥形的和/或由粘结钕、烧结钕和/或钐钴制成。
在示例性实施例中，转子30包括多个转子磁极19，每个转子磁极19具有沿着转子外周43的外表面并且径向向内延伸到内壁68。尽管在图4和图5中示出为大致矩形，但转子磁极19可具有任何合适的形状，其使得机器10能够如本文所述起作用。例如，转子磁极19可以具有大致矩形的形状。在示例性实施例中，轴向孔口31的数量等于转子磁极19的数量，并且一个磁体34位于一对转子磁极19之间的每个轴向孔口31内。转子30可具有使得电动机10能够如本文所述起作用的任意数量的转子磁极19，例如，六个、八个、十个或十二个磁极。
在示例性实施例中，转子30的设计利用成本较低的磁体，不过使用诸如钕磁体的较高成本的磁体实现了机器的功率密度和高效率。在示例性实施例中，通过增加由转子30产生的磁通量来获得机器10的提高的效率和功率密度。通过具有最小深度d的磁体34来促进磁通量的增加，最小深度d由等式
定义，其中Dmin表示最小深度变量，R1表示转子外半径，R2表示转子内半径，n表示转子磁极数。最大深度Dmax由定子铁部(齿和轭)的饱和度考虑以及对在特定应用中设计的机器10上的任何轴向长度约束决定。在示例性实施例中，当磁体34具有在Dmin和Dmax之间的深度时，转子30有助于增加磁通产生，从而得到最佳的效率和功率密度。在示例性实施例中，可以在Dmin和Dmax之间可变地选择深度d，以调节机器10的功率输出，同时保持恒定的转子和定子外径。例如，减小深度d会降低电机功率输出，增加深度d会增加电机输出。这样，机器10可以设计用于特定的功率输出应用，而无需额外的加工成本以调节转子和/或定子的外径。
图4是可包括在电机10内的转子30的正视图。转子30通常包括用于与轴32接合的套管35，以及定位在套管35与转子磁极19之间的毂37。在示例性实施例中，套管35由钢制成。然而，套管35可由使得转子30能够如本文所述起作用的任何合适的材料形成。或者，可以排除套管35，并且毂37直接联接到轴32。在示例性实施例中，毂37由注塑聚合物制成。然而，毂37可以由使得转子30能够如本文所述起作用的任何合适的非磁性材料形成。例如，毂37可以是机加工的、挤压的或压铸的非磁性材料，例如铝或锌。或者，毂37由构造成减少电机扭矩脉动、电机扭矩波动和电机扭矩变动中的至少一者的传递的隔离阻尼材料制成。
在示例性实施例中并且如图4B和4C所示，转子磁极19还可以包括突起和/或凹口形式的磁极保持特征74，其与形成在磁体34中的凹口和/或突起形式的配合磁体保持特征76配合，以便于通过基本上防止磁体34在径向方向上的移动来将磁体34保持在轴向孔口31内。此外，转子磁极19和磁体34可以在彼此之间限定空间80。在示例性实施例中，空间80构造成接纳粘结材料39，例如保持材料，例如模制聚合物或树脂。粘结材料39可以替代或增强保持特征74和76。
粘结或保持材料39构造成至少部分地填充空间80并引起表面特征74和76之间的干涉，以基本上抵抗或防止磁体34在轴向孔口31内移动。保持材料39可以是至少部分地填充空间80并且有助于防止磁体34的径向移动和/或一般的侧向运动的任何材料或构件。此外，诸如非磁性聚合物的保持材料39可以注塑到转子磁极19与磁体34之间的区域中，以便于将磁体34保持在轴向孔口31内。
再参照图1，在转子的第二外部面或外表面41与定子外表面42之间形成有气隙38，并且机器10内的磁通量沿平行于轴线36的方向在永磁体34与定子组件24之间延伸。
现在参照图5和图5A，在又一方面，可以提供轴向磁通电机10，其中转子组件18还包括位于转子第一面40附近(与定子23相对)的可磁化环58。环58限定外周59和中心开口60。环58由可磁化材料如铁质材料制成。环58用于引导由永磁体34产生的磁通量。
现在参照图5B，在又一方面，可以提供轴向磁通电机10，其中转子组件18包括形成凹陷部31B的转子磁极19B，其中磁体34B不延伸到第二转子面41B。树脂39B可以定位在磁体34B与第二转子面41B之间的凹陷部31B中。
虽然本发明的轴向磁通电机可以设置有通常呈矩形的磁极，但是其它形状可以被预期并且可以类似地起作用。矩形磁极的使用提供了更简单的制造和组装。对于矩形或方形磁极，形成磁极的每个叠层可以彼此相同。叠层可以由一卷材料(例如钢)冲压而成。叠层可以随机组装以形成磁极，因为每个叠层可以彼此相同。
如图6、6A和6B所示，电机210可设置有转子组件218，该转子组件218具有呈梯形或饼形的磁极219。在这样的构型中，电机210可包括可以呈方形的矩形磁体234。应当理解，磁体同样可以呈梯形或饼形，其中如果磁体和磁极两者都呈梯形或饼形，则扇形部件的夹角较小。
梯形磁极219包括由逐渐增加的长度组成的叠层248。每个磁极219中的每个叠层248由不同的长度组成，并且叠层需要组装，每个叠层的长度逐渐增加。这种磁极219的制造成本可能更高。
转子组件218可包括衬环258，其类似于图4的转子组件18的环58。
根据又一方面并且现在参照图7，可以提供轴向磁通电机310，其中转子组件310包括由多个层形成的磁极319，所述多个层由单一的铁质板片卷绕成环形转子铁芯330。该板片具有在板片中以间隔开的布置形成的凹口或凹陷部331。板片以圆形形式缠绕以形成转子铁芯330。磁体334定位在凹陷部331中。
转子铁芯330可以在冲卷机中制造，例如在美国专利US7,654,123 B2中更全面描述的机器，特此通过引用将其全部内容并入。
再参照图2和图3，定子组件24通常可包括多个定子模块84、线轴组件86和控制板88。定子组件24联接到定子壳体90(在图2示出)以形成组装好的定子92。定子组件24还可包括多个齿尖94。
如图2和图3所示，定子组件24是多相(多于一相)轴向磁通定子，并且优选是三相轴向磁通定子，其在轴向方向上(即，平行于旋转轴线36)产生磁通。定子模块84通常呈C形并且包括通过轭部98连接的一对齿96。在示例性实施例中，定子模块84沿大致轴向方向定向，使得齿96基本上平行于旋转轴线36延伸。此外，定子模块84由多个堆叠的层压板片100制成。这种结构简化了制造过程，并使模块化定子模块84能够快速并有效地生产。
图2和图3示出了可包括在电机10内的示例性线轴组件86的透视图。线轴组件86通常包括联接到控制板88的多个线轴114。尽管示出了十二个线轴114，但是线轴组件86可包括任何数量的线轴，以使得机器10能够如本文所述起作用。每个线轴114包括开口116，开口116紧密地贴合定子模块齿96和齿尖轴向构件102的外部形状。例如，定子模块齿96构造成至少部分地定位在开口116的第一端118内，并且齿尖轴向构件102构造成至少部分地定位在开口116的第二端120内。机器10可包括用于每个齿96的一个线轴114，即位于每隔一个齿96上的线轴114，和/或定位在轭部98上的一个线轴114。
图3是可包括在线轴组件86中的线轴114的透视图。在示例性实施例中，线轴组件86还包括电绕组122，该电绕组122包括多个线圈124。在示例性实施例中，绕组122由十二个线圈124组成并形成十二极定子。每个线圈124卷绕相应的线轴114周围，线轴114将线圈124与定子模块84和齿尖94电气地隔离。或者，每个线圈在大致垂直的方向(即，大致平行于旋转轴线36)上直接卷绕在定子模块齿96和齿尖轴向构件102中的一者周围，和/或在大致水平的方向(即，大致垂直于旋转轴线36)上直接卷绕在轭部98周围。
在示例性实施例中，线圈124缠绕在线轴114周围，并且每个线圈124包括两个端部，即线圈的起点和终点。线轴114通过引脚126联接到控制板88。在示例性实施例中，控制板88是印刷电路板(PCB)，并且每个线圈124的每个端部使用设计用于直接焊接到控制板88中的绝缘位移端子(未示出)联接到控制板88。或者，可以使用任何其它合适的连接器，其使得多个线轴114能够联接到控制板88。在示例性实施例中，控制板88包括用于配线连接器128，其用于将控制板88直接连接到电机控制板(未示出)。在一替代实施例中，控制板88结合在电机控制板内，从而消除了冗余的安装和连接器。
齿96具有从内边缘97到外边缘99基本上相同的的宽度w。也就是说，齿96的宽度w不像一些已知的定子中那样从内边缘97向外边缘99发散。这使得层压板片100基本上相同，这降低了制造成本。此外，定子模块84彼此分开并定向成使得相邻的齿96形成交替的平行间隙101和角间隙103。或者，定子模块84可以是实心的。
在示例性实施例中，齿尖94大体呈T形并且包括轴向构件102和横向构件104。每个横向构件104包括向内延伸部分106、向外延伸部分108和沟槽110。在示例性实施例中，齿尖94由多个堆叠的层压板片105制成。这种结构简化了制造过程并且使模块化的齿尖94能够快速并有效地生产。在示例性实施例中，向外延伸部分108具有比向内延伸部分106大的长度。齿尖94还包括倒圆部分112，以通过降低反电磁场(EMF)和齿槽转矩的谐波含量来降低噪声。齿尖94通常与相应的齿96对齐并且增加定子组件24中的磁通密度并减小组件24所需的绕组122的长度。
本文描述了用于轴向磁通机器的示例性方法和系统。轴向磁通机器包括具有轴向嵌入的永磁体的转子。轴向嵌入式转子设计使得可以使用成本更低的铁氧体磁体，同时实现使用更高成本的钕磁体的其它转子设计的功率密度和更高效率。此外，轴向磁通机器包括具有基本上相似的定子模块的多相定子和由经济的叠层制成的基本上相似的齿尖，这使得模块化的结构成为可能。定子模块齿基本上类似并且具有基本上相同的宽度，使得制造过程被简化和加速，并且不产生齿槽转矩。齿尖增加了磁通集中度并降低了噪音。因此，本文描述了一种成本较低的轴向磁通机器，其提供更快的生产，对效率和性能的影响最小。
以上详细描述了轴向磁通电动机组件的示例性实施例。电动机及其部件不限于本文描述的特定实施例，确切而言，系统的部件可以独立地并与本文描述的其它部件分开使用。例如，部件也可以与其它机器系统、方法和设备组合使用，并且不限于仅用如本文所述的系统和设备来实践。相反，可以结合许多其它应用来实施和利用示例性实施例。
虽然本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但这只是为了方便。按照本发明的原理，附图的任何特征可以结合任何其它附图的任何特征来进行论述和/或主张权利。
该书面描述使用例子来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它示例包含在权利要求的保护范围内。
Claims (19)
1.一种用于具有定子的电机的轴向磁通转子，所述转子包括：
具有由外半径OR限定的外周的主体，所述主体还具有由内半径IR限定的中心开口和限定其旋转轴线的多个转子磁极，所述主体具有相对的第一面和第二面；
从所述第一面延伸的多个间隔开的磁体，所述磁体中的至少一个磁体具有由等式
限定的最小长度，其中BrS是表面安装磁体的剩余磁通密度，其中OR是所述主体的外半径，其中IR是所述主体的内半径，其中N是所述转子磁极的数量，并且其中BrA是轴向嵌入式磁体的剩余磁通密度。
2.根据权利要求1所述的轴向磁通转子：
其中，所述主体限定形成在所述主体的第一面中的多个凹陷部，所述主体包括多个叠层；并且
其中，所述多个磁体中的每个磁体相匹配地配合到所述多个凹陷部中的一个凹陷部。
3.根据权利要求1所述的轴向磁通转子，其中，所述主体包括多个叠层。
4.根据权利要求2所述的轴向磁通转子，其中，所述多个凹陷部中的至少一个凹陷部具有梯形形状。
5.根据权利要求2所述的轴向磁通转子，其中，所述多个凹陷部中的至少一个凹陷部具有矩形形状。
6.根据权利要求1所述的轴向磁通转子，其中，所述主体包括多个可连接的部段。
7.一种在电机中使用并与定子配合的轴向磁通转子，所述转子包括：
限定其旋转轴线的主体，所述主体具有相对的第一面和第二面，所述主体限定形成在所述主体的第一面中的多个凹陷部，所述主体包括多个叠加层；和
间隔开的多个磁体，所述多个磁体中的每个磁体相匹配地配合到所述多个凹陷部中的一个凹陷部。
8.根据权利要求7所述的轴向磁通电机：
其中，所述主体包括由外半径OR限定的外周、由内半径IR限定的中心开口和限定其旋转轴线的多个转子磁极；并且
其中，所述磁体中的至少一个磁体具有由等式
定义的最小长度，其中BrS是表面安装磁体的剩余磁通密度，其中OR是所述主体的外半径，其中IR是所述主体的内半径，其中N是转子磁极的数量，并且其中BrA是轴向嵌入式磁体的剩余磁通密度。
9.根据权利要求7所述的轴向磁通转子，其特征在于，所述主体包括多个可连接的部段。
10.一种轴向磁通电机，包括：
壳体；
紧固地固定在所述壳体上的定子；
可旋转地固定在所述壳体上的转子，所述转子包括限定其旋转轴线的主体，所述主体具有相对的第一面和第二面，所述主体限定形成在所述主体的第一面中的多个凹陷部，所述主体包括多个叠加层；和
间隔开的多个磁体，所述多个磁体中的每个磁体相匹配地配合到所述多个凹陷部中的一个凹陷部。
11.根据权利要求10所述的轴向磁通电机，其中所述转子基本上是圆柱形的并且包括多个转子磁极、具有第一半径R1的外边缘和限定具有第二半径R2的中心开口的内边缘。
12.根据权利要求10所述的三相轴向磁通电机，其中，所述多个凹陷部中的所述至少一个凹陷部包括由等式
限定的最小深度，其中n是转子磁极的数量。
13.根据权利要求10所述的轴向磁通电机，其中，所述电机包括数量与永磁体的数量不同的所述定子齿。
14.根据权利要求10所述的轴向磁通电机，其中，所述定子包括：
沿轴向定向的多个定子模块，每个所述定子模块包括通过轭部连接的一对齿；和
多个绕组，每个所述绕组卷绕在所述定子模块中的一个定子模块周围。
15.根据权利要求14所述的轴向磁通电机，还包括多个线轴，其中所述线轴联接到所述定子模块齿，并且所述绕组卷绕在所述线轴周围。
16.根据权利要求15所述的三相轴向磁通电机，还包括多个齿尖，其中所述齿尖联接到所述线轴。
17.根据权利要求16所述的三相轴向磁通电机，其中，所述多个定子模块和所述多个齿尖由多个堆叠的叠层制成。
18.根据权利要求14所述的轴向磁通电机，其中，所述定子模块大体呈C形，并且所述齿尖大体呈T形。
19.根据权利要求14所述的轴向磁通定子：
还包括模制的定子壳体；并且
其中，所述多个定子模块模制在所述定子壳体内。
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