CN110858733A - 轴向磁通电机及其组装方法 - Google Patents

Abstract

一种用于轴向磁通电动机的定子组件包括多个齿组件和多个周向间隔开的定子基座，每个定子基座联接到至少一个齿组件。定子组件还包括多个周向间隔开的桥接构件。每个桥接构件构造成与一对周向相邻的定子基座接合以将轴向预加载力施加到该对定子基座并在相邻的定子基座之间形成磁通路径。

Description

轴向磁通电机及其组装方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年8月24日提交的美国非临时专利申请No.16/112,327的优先权，该申请的全部公开内容在此整体并入本文。

技术领域

本发明的领域总体上涉及电机，并且更具体地涉及具有模块化定子的轴向磁通电动机。

背景技术

电动机的诸多应用之一为运转泵或鼓风机。电动机可构造成使泵或鼓风机内驱替流体的叶轮旋转，从而使流体流动。许多气体燃烧器具包括电动机，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，电动机给用于使空气或燃料/空气混合物移动通过器具的鼓风机提供能量。在另一些示例中，电动机给用于分配从器具输出的空气的鼓风机提供能量。

在一些已知的轴向磁通电动机中，附接有齿尖的部分定子齿附接到U形定子构件上，并且定子芯、线轴和绕组用树脂包覆成型以将定子部件固定在一起。然而，对定子进行包覆成型会增加电动机的制造和劳动力成本，并且由于在包覆模制的定子内积聚的热量，还会限制电动机产生的功率。

另一种已知的轴向磁通电动机包括压合在一起的层压系统，其中一对定子齿被压入单个定子基座中。但是，这种构型将电动机类型限制为10的倍数极电动机。

发明内容

在一方面，提供了一种用于轴向磁通电动机的定子组件。该定子组件包括多个齿组件和多个周向间隔开的定子基座，每个定子基座联接到至少一个齿组件。该定子组件还包括多个周向间隔开的桥接构件，每个桥接构件构造成与一对周向相邻的定子基座接合。

在另一方面，提供了一种轴向磁通电动机。该轴向磁通电动机包括转子组件和定子组件，该定子组件联接到转子组件以在其间之间限定轴向间隙。定子组件包括多个齿组件和多个周向间隔开的定子基座，每个定子基座联接到至少一个齿组件。定子组件还包括多个周向间隔开的桥接构件，每个桥接构件构造成与一对周向相邻的定子基座接合，以将轴向预加载力施加到该对定子基座。

在又一方面，提供了一种组装轴向磁通电动机的方法。该方法包括将多个周向间隔开的定子基座联接到框架。该方法还包括将至少一个齿组件联接到每个定子基座并且将桥接构件联接到一对周向相邻的定子基座。桥接构件联接到定子基座，使得桥接构件在周向相邻的定子基座之间延伸。

附图说明

图1是示例性电动机的透视图；

图2是供图1中所示的电动机使用的示例性定子组件的透视图；

图3是电动机的一个替代实施例的透视图，示出了替代定子组件；

图4是定子组件的另一替代实施例的透视图；以及

图5是用于图4中所示的定子组件中的示例性桥接环的透视图。

具体实施方式

本文描述了用于轴向磁通电动机的示例性方法和系统。该轴向磁通电动机包括多相定子组件，该多相定子组件具有由经济的叠层制成的基本上相似的定子基座和基本上相似的齿组件。在一个实施例中，定子基座和齿组件是结合在一起以实现模块化结构的单独部件。在另一实施例中，每个定子基座与至少一个齿组件一体地形成。桥接构件联接在周向相邻的定子基座之间，以将轴向预加载力施加到定子基座，并且还促进相邻定子基座之间的磁通流动。构成桥接构件的叠层定向成使得磁通方向不产生涡电流但仍允许层叠方向形成结构构件以将定子部件保持在适当位置。定子基座与桥接构件之间的机械结合部将定子组件保持在一起，而不需要用树脂将定子组件包覆成型，从而降低了成本并提高了电动机的效率。得到的构型允许定制的电动机尺寸以及用于高速应用的相对小的电动机。

图1是电动机108的透视图。图2是用于供电动机108使用的示例性定子组件112的透视图。在该示例性实施例中，电动机108是轴向磁通电动机，其包括转子组件110和定子组件112，定子组件112联接到转子组件110以在其间限定轴向间隙114。转子组件110一般包括转子116和联接到转子116的至少一个永久磁体118。在该示例性实施例中，永久磁体118由铁氧体(ferrite)制成并且形成为具有多个极的单个盘形件。或者，永久磁体118包括联接到转子116的多个磁体部段。一般地，可以使用使得电动机108能够如本文所述地起作用的任何合适的永久磁体形状、部段数和材料。转子组件110可在电动机壳体106内围绕旋转轴线120旋转。在该示例性实施例中，电动机108由电子控制器(未示出)——例如，正弦或梯形输出电子控制器——激励。在该示例性实施例中，转子116由任何合适的材料(例如钢)加工和/或铸造而成。

定子组件112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120)产生磁通。定子组件112包括联接到鼓风机壳体102的电动机框架122和联接到电动机框架122的至少一个定子基座124。在该示例性实施例中，定子组件112包括联接到电动机框架122的多个周向间隔开的定子基座124。定子组件112还包括多个齿组件130，每个齿组件130包括联接到齿尖134的定子齿132。或者，齿组件130可仅包括定子齿132而不包括齿尖134。

如下面进一步详细描述的，在该示例性实施例中，每个定子基座124联接到至少一个齿组件130。如本文所使用的，术语“联接”旨在描述单独部件的机械结合并且还描述了各部件一体地形成为整体构件的构型。例如，在该示例性实施例中，定子基座124和齿组件130分开形成并通过将至少一个齿组件130插入到每个定子基座124中而联接在一起，如下所述。在另一实施例中，定子基座124和齿组件130通过将每个定子基座124与至少一个由单个叠层形成的齿组件130一体地形成而联接在一起。在两种构型中，每个定子基座124通过机械形锁接合(positive mechanical joint)或通过一体成形而“联接”到至少一个齿组件130。

在该示例性实施例中，每个定子齿132包括可插入部分136，并且每个定子基座124包括至少一个接纳槽138，接纳槽138构造成接纳可插入部分136以在定子基座124和定子齿132之间形成机械接合部。在本文中使用的，术语“机械接合部”是指机器的一部分，在该部分中，一个机械部件连接到另一个机械部件。具体地，通过经机械形锁保持组件将金属部件结合来形成机械接合部。更具体地，在该示例性实施例中，机械接合部139是定子基座124与定子齿132之间的过盈配合，其中一个部件的外部尺寸稍微超过其必须配合在其中的部件的内部尺寸。这样，可插入部分136和接纳槽138将齿组件130和定子基座124保持在一起，而不需要用树脂将定子组件112包覆成型，从而降低了成本并提高了电动机108的效率。

在该示例性实施例中，每个定子基座124包括单个接纳槽138和减压槽/卸载槽(relief slot)(未示出)。此外，定子基座124包括位于减压槽与接纳槽138之间的支柱(未示出)。在操作中，当定子齿132的可插入部分136插入到接纳槽138中时，支柱将稍微变形以适应可插入部分136的锥角，这将导致减压槽的类似变形。这样，可插入部分136两侧的保持力是相等的，并且齿组件130保持垂直于定子基座124且平行于轴线120的取向。

如图2和3所示，在该示例性实施例中，齿尖134和定子齿132一体地形成为整体部件。或者，齿尖134和定子齿132是联接在一起的单独部件。在另一实施例中，齿组件130仅包括定子齿132而不包括齿尖134。在该示例性实施例中，具有齿尖134和定子齿132的齿组件130由多个堆叠的层压板片制成。这种结构简化了制造过程并使得齿组件130能够快速高效地生产。定子齿132具有基本上相同的从内边缘到外边缘的宽度。这使得构造齿组件130的层压板片能够基本上相同，这降低了制造成本。类似地，定子基座124也由多个堆叠的层压板片形成。更具体地，定子基座124和齿组件130的每个层压板片包括一对叠层互锁部，其有助于将多个层压板片联接在一起以形成具有所需宽度的齿组件130或定子基座124。叠层互锁部形成为齿组件130和定子基座124的一侧上的凹部，并且形成为相对侧上的突起。这样，第一板片的一个互锁部的突起配合到相邻板片上的另一互锁部的凹部中。

在该示例性实施例中，定子组件112还包括多个周向间隔开的桥接构件140，桥接构件140与一对周向相邻的定子基座124接合，以将轴向预加载力施加到定子基座，从而将定子基座124保持在其期望位置并在相邻的定子基座124之间形成磁通路径。如图2中最佳所示，桥接构件140的形状基本上为梯形，并且包括第一轴向表面142、第二轴向表面144、第一周向端面146和第二周向端面148。在该示例性实施例中，每个定子基座124包括一对基本上相似的端肩部150，其分别由轴向表面152和周向端面154限定。在操作中，单个桥接构件140与周向相邻的定子基座124的相邻端肩部150接合。更具体地，桥接构件140的第二轴向表面144与两个周向相邻的端肩部150的肩部轴向表面152接合，以将轴向力施加到轴向表面152。在一些实施例中，每个桥接构件140的第一周向端面146与第一定子基座124的相应肩部周向端面154接合，并且每个桥接构件140的第二周向端面148与在周向上与第一定子基座124相邻的第二定子基座124的相应肩部周向端面154接合。

在该示例性实施例中，定子组件112还包括将桥接构件140联接到框架122的多个紧固件156。更具体地，每个桥接构件140包括穿过其中限定的开口158，开口158接纳紧固件156。如图1中最佳所示，紧固件156延伸穿过开口158并在桥接构件140与框架122之间延伸，以将定子基座124固定到框架122上。这样，紧固件156在桥接构件140上施加轴向力，该轴向力通过至少轴向表面144和152的接合而传递到定子基座124。在这样的构型中，定子基座124将桥接构件140与框架122隔开，以在它们之间限定间隙160。在该示例性实施例中，紧固件156是非铁螺钉。在另一实施例中，紧固件156是铆钉或夹具。一般，紧固件156是有助于如本文所述的定子组件112的操作的任何类型的保持装置。这样，桥接构件140将轴向预加载力施加到定子基座124并将定子组件112保持在一起，而不需要用树脂包覆成型，从而降低了成本并提高了电动机108的效率。

如图1和2中最佳所示，桥接构件140由多个堆叠的叠层形成，类似于齿组件130和定子基座124。然而，当齿组件130和定子基座124由竖直定向的叠层形成时，如上所述，桥接构件140由多个水平定向的叠层形成。定子基座124与桥接构件140之间的这种取向差异减少了涡流的发生并且使得磁通能够在定子基座124之间有效地流动，因为桥接构件140的水平叠层定向在与离开定子基座124的磁通流的方向相同的方向上。另外，在一个实施例中，定子组件112包括非常薄的绝缘层(未示出)，例如但不限于定子基座124与桥接构件140之间的材料板片或涂覆的涂层，以防止叠层短路并进一步减少涡流形成。

如本文所述，在该示例性实施例中，桥接构件140向定子基座124施加轴向预加载力，并且还产生减少涡流形成的有效磁通路径。在一个实施例中，桥接构件140用于仅施加轴向预载力但不促进磁通流动。在这样的构型中，桥接构件140可以由堆叠叠层以外的材料形成，并且用作夹具以将定子基座124固定到框架122上。或者，在另一实施例中，桥接构件140用于仅促进相邻的定子基座124之间的有效磁通流动，但不向定子基座124施加轴向预加载力。在这样的构型中，桥接构件140可以由水平定向的叠层形成，如在该示例性实施例中那样，但使用粘合剂联接到定子基座124。

图3是电动机208的一个替代实施例的透视图，示出了替代的定子组件212。定子组件212在操作和组成上基本上类似于定子组件112(在图1和2中示出)，除了定子组件212的线轴202包括延伸凸缘204以保持桥接构件140而不是紧固件156。因此，图3所示的相似部件如定子基座124和桥接构件140用与图1和2中相同的附图标号标记。

定子组件212包括联接到定子基座124的多个线轴202。每个线轴202包括与定子齿132的外部形状严密相符的开口。如本文所述，定子齿132构造成插入到线轴开口的第一端中并在定子齿132联接到接纳槽138之前从该开口的第二端出来。定子组件212可包括用于每个齿132的一个线轴202或包括在每隔一个齿132上定位的一个线轴202。每个线轴202还包括电绕组(未示出)，该电绕组包括缠绕在相应线轴202上的多个线圈，线轴202将绕组的线圈与定子齿132和齿尖134电隔离。

在图3所示的实施例中，每个线轴202包括一对延伸凸缘204，其从每个线轴202的对向的周向端部靠近定子基座124轴向地延伸。每个延伸凸缘204与相邻的桥接构件140接合以将桥接构件140保持就位。更具体地，每个延伸凸缘204与其相应的桥接构件140的第一轴向表面142和径向外表面149两者接合。在这种构型中，延伸凸缘204以与图1和3中实施例的紧固件156类似的方式在桥接构件140上施加轴向向下的力，以将定子基座124保持在框架122上的适当位置。另外，延伸凸缘204与桥接构件140的径向外表面149接合，以在电动机208的运转中将桥接构件140保持就位。

图4是定子组件312的另一替代实施例的透视图。图5是用于图4所示的定子组件312中的示例性桥接环302的透视图。定子组件312在操作和组成上基本上类似于定子组件112(在图1和2中示出)，除了定子组件312包括具有连接环304的桥接环302和多个桥接构件306，而不是定子组件112中单独的多个桥接构件140。这样，图4所示的相似部件如定子基座124和齿组件130用与图1和3中所用相同的附图标号标记。

桥接环302包括与多个桥接构件306一体地形成的连接环304，以将构件306连接在一起。如图4和5所示，连接环304位于桥接构件306的径向内侧。在一个替代实施例中，连接环304位于桥接构件306的径向外侧。桥接环302可以与定子组件112的紧固件156一起使用或者与定子组件212的线轴延伸凸缘204一起使用(当连接环304在桥接构件306的径向内侧时)。或者，桥接环302可独立于紧固件156和延伸凸缘204使用。类似于桥接构件140，桥接环302由多个水平叠层形成，其原因与上述相同。当制造具有已知极数的大量定子组件312时，桥接环302允许桥接构件306更简单地安装到定子组件312中。

本文描述了组装轴向磁通电动机108的示例性方法。该方法包括将至少一个定子基座124联接到电动机框架122，其中定子基座124包括接纳槽138。该方法还包括将齿组件130至少部分地插入每个定子基座124的接纳槽138中。该方法还包括将桥接构件140联接到一对周向相邻的定子基座124，使得桥接构件140在周向相邻的定子基座124之间延伸并且将轴向预加载力施加到定子基座124。

本文描述了用于轴向磁通电动机的示例性方法和系统。该轴向磁通电动机包括多相定子，该多相定子具有由经济的叠层制成的基本上相似的齿组件和基本相似的定子基座，这使得能够实现模块化结构。定子基座包括接纳槽，该接纳槽与齿组件的可插入部分配合以在其间形成机械接合部。此外，桥接构件联接在周向相邻的定子基座之间，以将轴向预加载力施加到定子基座，并且还促进相邻的定子基座之间的磁通流动。构成桥接构件的叠层定向成使得磁通方向不产生涡电流但仍允许层叠方向形成结构构件以将定子部件保持在适当位置。齿组件与定子基座之间以及定子基座与桥接构件之间的机械接合部将定子组件保持在一起，而不需要用树脂使定子组件包覆成型，从而降低了成本并提高了电动机的效率。得到的构型允许定制的电动机尺寸以及用于高速鼓风机和气流诱导器(draftinducer)的相对较小的6槽/4极电动机。

以上详细描述了轴向磁通电动机组件的示例性实施例。该电动机及其部件不限于本文所述的特定实施例，确切而言，系统的部件可独立地使用并与本文所述的其它部件分开使用。例如，各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。

尽管可能在一些附图中示出了本发明的各种实施例的具体特征而在其它附图中未予示出，但这只是为了方便。根据本发明的原理，可以结合任何其它附图的任何特征来参考附图的任何特征和/或要求其专利权。

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 (21)

1.一种用于轴向磁通电动机的定子组件，所述定子组件包括：

多个齿组件；

多个周向间隔开的定子基座，其中每个定子基座联接到至少一个齿组件；和

多个周向间隔开的桥接构件，其中每个桥接构件构造成与一对周向相邻的定子基座接合。

2.根据权利要求1所述的定子组件，还包括框架和多个紧固件，其中每个桥接构件包括穿过其中限定的开口，所述开口构造成接纳所述多个紧固件中的相应紧固件。

3.根据权利要求2所述的定子组件，其中，所述多个紧固件在所述桥接构件与所述框架之间延伸，以向所述定子基座施加轴向预加载力。

4.根据权利要求1所述的定子组件，其中，所述多个齿组件和所述多个定子基座各自由多个竖直定向的叠层形成，并且其中所述多个桥接构件由多个水平定向的叠层形成，其中，通过相应的桥接构件在相邻的定子基座之间形成磁通路径。

5.根据权利要求1所述的定子组件，其中，每个定子基座包括一对端肩部，并且其中每个桥接构件与周向相邻的定子基座的相邻的端肩部接合。

6.根据权利要求5所述的定子组件，其中，每个端肩部包括基座轴向表面，并且其中每个桥接构件包括桥接轴向表面，所述桥接轴向表面与所述基座轴向表面接合以施加轴向预加载力。

7.根据权利要求1所述的定子组件，还包括与所述多个桥接构件一体地形成的连接环。

8.根据权利要求1所述的定子组件，还包括多个线轴，所述多个线轴构造成联接在所述多个齿组件中的相应齿组件周围，其中每个线轴包括至少一个延伸凸缘，所述至少一个延伸凸缘构造成与所述多个桥接构件中的相邻桥接构件接合。

9.根据权利要求8所述的定子组件，其中，所述至少一个延伸凸缘与所述相邻桥接构件的轴向表面和所述相邻桥接构件的径向表面接合。

10.一种轴向磁通电动机，包括：

转子组件；和

定子组件，所述定子组件联接到所述转子组件以在其间限定轴向间隙，其中所述定子组件包括：

多个齿组件；

多个周向间隔开的定子基座，其中每个定子基座联接到至少一个齿组件；和

多个周向间隔开的桥接构件，其中每个桥接构件构造成与一对周向相邻的定子基座接合。

11.根据权利要求10所述的轴向磁通电动机，还包括框架和多个紧固件，其中每个桥接构件包括穿过其中限定的开口，所述开口构造成接纳所述多个紧固件中的相应紧固件，其中所述多个紧固件在所述桥接构件与所述框架之间延伸以向所述定子基座施加轴向预加载力。

12.根据权利要求10所述的轴向磁通电动机，还包括位于所述定子基座与所述桥接构件之间的绝缘层。

13.根据权利要求10所述的轴向磁通电动机，其中，每个定子基座包括一对端肩部，并且其中每个桥接构件与周向相邻的定子基座的相邻的端肩部接合。

14.根据权利要求10所述的轴向磁通电动机，其中，所述多个齿组件和所述多个定子基座各自由多个竖直定向的叠层形成，并且其中所述多个桥接构件由多个水平定向的叠层形成，其中通过相应的桥接构件在相邻的定子基座之间形成磁通路径。

15.根据权利要求10所述的轴向磁通电动机，还包括与所述多个桥接构件一体地形成的连接环，其中所述连接环位于所述多个桥接构件的径向内侧或径向外侧。

16.一种组装轴向磁通电动机的方法，所述方法包括：

将多个周向间隔开的定子基座联接到框架；

将至少一个齿组件联接到每个定子基座；以及

将桥接构件联接到一对周向相邻的定子基座，使得所述桥接构件在所述周向相邻的定子基座之间延伸。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

将紧固件插入并穿过在所述桥接构件中限定的开口；以及

将所述紧固件联接到所述框架以向所述定子基座施加轴向预加载力。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，联接所述桥接构件包括将所述桥接构件联接到所述周向相邻的定子基座中的每一个定子基座的端肩部，使得所述桥接构件通过所述周向相邻的定子基座与所述框架间隔开。

19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

将线轴连接到至少其中一个所述齿组件；以及

使所述桥接构件与所述线轴的延伸凸缘接合。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，使所述桥接构件接合包括使所述桥接构件的轴向表面和所述桥接构件的径向表面与所述延伸凸缘接合。

21.根据权利要求1所述的定子组件，其中，每个定子基座与所述至少一个齿组件一体地形成。

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