CN112789785A - 带有环形线圈以及曲折的线圈的爪极电动机 - Google Patents
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Abstract
一种爪极电动机包括:围绕纵向轴线定向的转子组件;具有第一多个定子齿和第二多个定子齿的定子组件,所述第一多个定子齿和第二多个定子齿围绕所述纵向轴线径向地定向并且相对于彼此沿相反的方向轴向地延伸并且围绕所述纵向轴线交替;所述定子组件中的围绕所述纵向轴线定向的第一间隙;围绕所述纵向轴线定向并且在所述第一多个定子齿与所述第二多个定子齿之间轴向地和径向地延伸的第二间隙;设置于所述第一间隙中的第一电磁绕组以及设置于所述第二间隙中的第二电磁绕组,所述第一电磁绕组和第二电磁绕组被构造成被选择性地通电以在所述转子组件上施加扭矩。
Description
技术领域
本发明总体上涉及爪极电动机,并且更特别地涉及具有改进的定子和线圈组件的爪极电动机。
背景技术
爪极型电动机通常包括定子以及转子,所述定子具有多个圆周地相间隔的轴向地重叠的爪极,所述转子具有沿着它的圆周布置的多个永磁体,其中所述电动机利用定子与转子之间所生成的电磁力使转子旋转。
例如,题为“旋转电动机(Rotating Electrical Machine)”的美国专利公开第2009/0001843号涉及一种电动机,所述电动机具有爪极定子,所述爪极定子具有包含多个爪极的定子芯以及缠绕于所述定子芯内部的定子线圈,以及转子,所述转子可旋转地设置于与所述爪极相对的位置处。
题为“多相爪极型电动机(Multiple Phase Claw Pole Type Motor)”的美国专利第7,714,475号涉及一种多相爪极型电动机,所述多相爪极型电动机具有多个爪极,所述多个爪极带有爪部分,所述爪部分沿轴向方向延伸并且具有磁极表面,所述磁极表面面对转子并且与转子相间隔较小的间隙。径向轭部分从爪部分径向向外延伸,并且外周轭从所述径向轭部分沿与所述爪部分的延伸方向相同的方向延伸。所述爪极可以被交替地放置,以使得每个爪部分的远侧端面对所述爪极中的相邻的一个爪极的径向轭以形成定子芯。环形线圈可以插置于定子芯中的每一对相邻的爪极之间以形成定子。
发明内容
附带参考所公开的实施例的相对应的部件、部分或表面,仅仅出于示例说明的目的而不是限制的目的,提供一种爪极电动机(100,200),所述爪极电动机(100,200)包括:定子组件(150,150A);转子组件(110,210),所述转子组件围绕纵向轴线(122)定向并且被安装成相对于定子组件(150)围绕纵向轴线(122)运动;定子组件(150)与转子组件(110)之间的径向气隙(154);定子组件(150)包括第一定子部分(182)和第二定子部分(184),所述第一定子部分具有围绕纵向轴线(122)径向地定向并且沿第一方向轴向地延伸的多个第一定子齿(183),所述第二定子部分具有围绕纵向轴线(122)径向地定向并且沿与第一方向相反的第二方向轴向地延伸的多个第二定子齿(185);第一定子部分(182)和第二定子部分(184)限定第一间隙(192),所述第一间隙围绕纵向轴线(122)定向并且在第一定子部分(182)与第二定子部分(184)之间轴向地延伸;第一定子部分(182)的所述多个第一定子齿(183)沿第一方向轴向地延伸超过第二定子部分(184)的所述多个第二定子齿(185)的至少一部分以形成第二间隙(194),所述第二间隙围绕纵向轴线(122)定向并且在第一定子部分(182)的所述多个第一定子齿(183)与第二定子部分(184)的所述多个第二定子齿(185)之间轴向地和径向地延伸;第一电磁绕组(160),所述第一电磁绕组设置于第一定子部分(182)与第二定子部分(184)之间的第一间隙(192)中并且被构造成被选择性地通电以在转子组件(110,210)上施加扭矩;以及第二电磁绕组(170),所述第二电磁绕组设置于定子组件(150)的第一定子部分(182)的所述多个第一定子齿(183)与第二定子部分(184)的所述多个第二定子齿(185)之间的第二间隙(194)内,第二电磁绕组(170)被构造成被选择性地通电以在转子组件(110,210)上施加扭矩。
转子组件(110)可以包括非磁性的旋转轴(120)。转子组件(110,210)可以包括围绕纵向轴线(122)相间隔的多个磁体(130,230)。多个磁体(130)可以永久地附接至旋转轴(120)。第一定子部分(182)的所述多个第一定子齿(183)和第二定子部分(184)的所述多个第二定子齿(185)的总数可以等于转子组件(110)的多个磁铁(130,230)的总数。定子组件(150)的所述多个第一定子齿(183)和所述多个第二定子齿(185)的总数可以为四十。定子组件(150)的第一定子部分(182)可以包括第一定子主体部分(186)以及第一定子延伸部分(187)并且定子组件(15)的第二定子部分(184)可以包括第二定子主体部分(188)和第二定子延伸部分(189)。定子组件(150)和转子组件(110)可以包括磁通量路径(132),所述磁通量路径从多个磁体(130)中的第一磁体跨过径向气隙(154)延伸至定子组件(150)的第一定子部分(182)的所述多个第一定子齿(183)中的第一定子齿。磁通量路径(132)可以从第一定子部分(182)的多个第一定子齿(183)中的第一定子齿穿过第一定子部分(182)的第一定子延伸部分(187)和第一定子主体部分(186)延伸至定子组件(150)的第二定子部分(184)。磁通量路径(132)可以从第一定子部分(182)的第一定子主体部分(186)穿过第二定子主体部分(188)和第二定子延伸部分(189)延伸至定子组件(150)的第二定子部分(184)的多个第二定子齿(185)中的第二定子齿。磁通量路径(132)可以从第二定子部分(184)的多个第二定子齿(185)中的第二定子齿跨过径向气隙(154)延伸至多个磁体(130)中的第二磁体。
爪极电动机(200)可以包括第二定子组件(150B),所述第二定子组件具有被构造成被选择性地通电以在转子组件(110,210)上施加扭矩的第三电磁绕组(160B)以及被构造成被选择性地通电以在转子组件(110,210)上施加扭矩的第四电磁绕组(170B)。爪极电动机(200)可以包括第三定子组件(150C),所述第三定子组件具有被构造成被选择性地通电以在转子组件(110,210)上施加扭矩的第五电磁绕组(160C)以及被构造成被选择性地通电以在转子组件(110,210)上施加扭矩的第六电磁绕组(170B)。定子组件(150A)、第二定子组件(150B)和第三定子组件(150B)可以沿着纵向轴线(122)轴向地相间隔并且可以相对于纵向轴线(122)径向地布置。定子组件(150A)与第二定子组件(150B)之间的轴向距离可以大于或等于转子组件(110)与定子组件(150A,150B,150C)之间的径向气隙(154)的径向距离。
转子组件(110)可以包括磁性角节距并且定子组件(150)可以包括定子齿角节距,其中磁性角节距等于定子齿角节距。第一电磁绕组(160)可以形成环形线圈。第二电磁绕组(170)可以围绕纵向轴线(122)以轴向之字形图案设置。
附图说明
图1为具有改进的定子和转子组件的爪极电动机的第一实施例的立体图。
图2为图1中所示的爪极电动机的右侧视图。
图3为图1中所示的爪极电动机的局部分解立体图,其中示出转子组件和定子组件。
图4为图3中所示的爪极电动机的局部分解立体图,其中示出进一步分解的定子组件。
图5为图4中所示的爪极电动机的分解立体图,其中示出进一步分解的转子组件和定子组件。
图6为图1中所示的爪极电动机的环形螺线管线圈、之字形螺线管线圈以及线圈外壳的一段的立体图。
图7为图6中所示的线圈外壳段、环形螺线管线圈以及之字形螺线管线圈的局部放大立体图。
图8为图7中所示的线圈外壳段、环形螺线管线圈以及之字形螺线管线圈的右侧前视局部立体图。
图9为图8中所示的线圈外壳段、环形螺线管线圈以及之字形螺线管线圈的后视立体图。
图10为图9中所示的线圈外壳段、环形螺线管线圈以及之字形螺线管线圈的左视立体图。
图11为图9中所示的环形螺线管线圈和之字形螺线管线圈的上侧左视立体图。
图12为图9中所示的线圈外壳段的立体图。
图13为爪极电动机的第二实施例的剖视侧视图,所述爪极电动机具有呈三重堆叠构造的改进的定子组件。
图14为图13中所示的爪极电动机的定子组件的立体图。
图15为图14中所示的定子组件的纵向剖视图。
图16为图1中所示的转子组件的替代实施例的局部放大立体图。
具体实施方式
首先,应当清楚地理解的是,相同的附图标记旨在在这些附图中一致地标识相同的结构元件、部分或表面,因为这样的元件、部分或表面可以由整个书面说明书进一步描述或解释说明,所述整个书面说明书的该详细描述为组成部分。除非另外指出,否则附图(例如,阴影线、部件的布置、比例、程度等等)旨在与说明书一起阅读,并且应当被视为本发明的整个书面描述的一部分。当在以下描述中使用时,术语“水平的”、“竖直的”、“左侧”、“右侧”、“上”以及“下”以及它们的形容词和状语衍生词(例如,“水平地”、“向右地”、“向上地”等等)仅仅指当特定的附图面对读者时所示结构的取向。类似地,术语“向内地”和“向外地”通常指一表面的相对于它的伸长轴线或旋转轴线的取向,这视情况而定。
现在参考附图,并且更特别地参考附图的图1-12,提供一种爪极电动机,所述爪极电动机的第一实施例总体上以附图标记100表示。爪极电动机100被广泛地显示为包含呈单个堆叠构造的转子组件110和定子组件150。转子组件110被操作地构造成相对于定子组件150围绕纵向轴线122旋转。转子组件110和定子组件150通过其间的径向气隙154分离。
转子组件110包含围绕纵向轴线122定向的内部非磁性旋转轴120和围绕旋转轴120的外圆周定位的多个外部磁体130。
旋转轴120为非磁性的。非磁性旋转轴120提供优于磁性旋转轴的显著的优点,因为它消除对相邻的装置的磁干扰。在传统的电动机中,比如表面安装的磁性电动机,需要磁性钢转子轮毂来完成磁通量返回路径。磁性轮毂的使用减小了剩余的非磁性轴直径,这在某些应用中是不希望的。通常的做法是用磁性钢将转子轮毂和电动机轴制造成单件式。当比如旋转变压器或编码器这样的位置反馈装置被安装于同一轴上时,会存在磁干扰。爪极电动机100消除了这样的问题并且为电动机轴保留了宝贵的空间。
每个磁体130沿着旋转轴120的纵向轴线122轴向地延伸,并且在旋转轴120的外圆周上围绕所述纵向轴线122径向地定位以形成磁极。磁体130永久地围绕旋转轴120的外圆周固定。
虽然图1-5示出具有四十个圆周地间隔的磁体130和磁极的爪极电动机100,但是磁体的数量可以变化以对应于定子组件150的定子齿的数量和/或螺线管线圈或绕组170中的之字形的数量。例如,磁体的数量可以等于定子组件150的磁爪极/定子齿183和185的数量。此外,如果需要较长的轴向长度,则可以分段组装永磁体130以避免破裂或断裂。在这样的实施例中,永磁体130由沿着旋转轴120轴向地间隔的段形成。
爪极电动机100的相邻的磁体130可以具有相对的N-S极性。该N-S阵列需要其上安装有磁体130的磁轭。替代地,磁性阵列可以包括重复的E-N-W-S极化序列,其中N和S极性磁体的间隔分别以与外壳组件180的第一部分182和第二部分184的定子齿183和185相同的角距离相间隔。该E-N-W-S磁体阵列不需要磁轭。
在图16中所示的转子组件实施例中,转子组件210包含在多个磁极230之间的多个通量集中器240。在该实施例中,通量集中器240和磁极230中的每一个沿着旋转轴120的纵向轴线122轴向地延伸并且围绕所述纵向轴线122径向地定位,以使得每个通量集中器240围绕旋转轴120与每个磁极230交替。另外,每个通量集中器240设置有从每个通量集中器240的内表面径向向外延伸的槽口250。槽口250去除多余的重量并且提供用于空气冷却转子组件210的路径。
转子组件110可以为通过增材制造工艺构造的整体式元件。例如,转子组件110可以利用磁体和铁粉通过增材制造工艺制成。
定子组件150通常包括在外壳组件180中的环形螺线管线圈160和之字形螺线管线圈170。
之字形螺线管线圈170可以为正方形、三角形或正弦型之字形螺线管线圈或其任何组合。环形螺线管线圈160和之字形螺线管线圈170各自包括可以被选择性地通电的多个导电绕组。
外壳组件180包含左侧部分182和右侧部分184。左侧部分182为具有外部主体部分186、延伸部分187以及多个圆周地相间隔的三角形定子齿183的大致环形构件。延伸部分187从外部主体部分186向内延伸以支撑定子齿183。定子齿183形成多个第一磁爪极。定子齿183围绕旋转轴120的纵向轴线122径向地定位并且沿着纵向轴线122轴向地延伸。右侧部分184为具有外部主体部分188、延伸部分189以及多个圆周地相间隔的三角形定子齿185的大体环形构件。延伸部分189从外部主体部分188向内延伸以支撑定子齿185。定子齿185形成多个第二磁爪极。定子齿185围绕旋转轴120的纵向轴线122径向地定位并且沿着纵向轴线122轴向地延伸。
因此,外壳组件180的左侧部分182和右侧部分184提供多个内部交叉面对的、交替的以及叠置的定子齿183和185。定子齿183和185相对于纵向轴线122相对于彼此沿相反的方向轴向地延伸。如图所示,左侧部分182的定子齿183围绕纵向轴线122交替,并且与外壳组件180的右侧部分184的定子齿185轴向地和径向地叠置。如图7和13中所示,外壳组件180的第一部分182的定子齿183和外壳组件180的第二部分184的定子齿185限定轴向重叠196。
环形定子空间192轴向地形成于外壳180的左则部分和右侧部分182和184的各自的延伸部分187和189之间,以及径向地形成于外壳组件180的左侧部分和右侧部分182和184的外部主体部分186和188与左侧部分和右侧部分182和184的内部叠置齿183和185之间。环形螺线管线圈160设置于这样的环形空间192中。因此,外壳组件的左侧部分182和右侧部分184在其间限定定子通道或间隙192,如图12中所示,所述定子通道或间隙192围绕旋转轴120的纵向轴线122延伸,并且环形螺线管线圈160围绕旋转轴120的纵向轴线122定位于外壳组件180的定子间隙192内。由此,螺线管线圈160在磁体130和旋转轴120的径向外侧围绕旋转轴120的纵向轴线122延伸。
围绕旋转轴120的纵向轴线122在外壳组件180的左侧部分和右侧部分182和184的相对的定子齿183和185之间还分别形成之字形空间或间隙194。螺线管线圈170设置于这样的环形空间194中。因此,如图3和7-12中所示,外壳组件180的第一部分182的定子齿183和外壳组件180的第二部分184的定子齿185在其间限定定子齿通道或间隙194,所述定子齿通道或间隙径向地延伸并且围绕旋转轴120的纵向轴线122轴向地迂回,并且之字形螺线管线圈170在外壳组件180的第一部分182的定子齿183与外壳组件180的第二部分184的定子齿185之间轴向地定位于间隙194内。之字形螺线管线圈170由此在磁体130和旋转轴120的径向外侧但是在螺线管线圈160的径向内侧围绕旋转轴120的纵向轴线122延伸。
在该实施例中,外壳组件180包含在外壳组件180的左侧部分182的第一延伸部分187中的外壳间隙181以及在外壳组件180的第二部分184的第二延伸部分189中的外壳间隙190。第一和第二外壳间隙181和190使环形螺线管线圈160能够被不完全地封装于外壳组件180内。第一和第二外壳间隙181和190将相对的定子齿183和185分别与外壳组件180的左侧部分182和右侧部分184的外部主体部分186和188磁隔离并且减少漏通量,这导致爪极电动机100的峰值扭矩增加。
通常,左侧部分182的定子齿183与右侧部分184的定子齿185之间的空间刚好为空的空间。在该实施例中,之字形螺线管线圈170利用该空的空间同时由于该位置而改进电动机的性能。例如,将单匝之字形绕组170添加至5匝主绕组160将峰值输出提高大约40%并且极大地改善扭矩线性度。在没有之字形螺线管线圈170的情况下,爪极电动机100将不能够以两相运行并且不能在不增加尺寸和重量的情况下提供额定输出。定子齿183和185与之字形螺线管线圈170之间的任何气隙都被用于电绝缘。绝缘的之字形螺线管线圈170通常可以被定位成使得它的内径略大于定子组件150以及定子齿183和185的内径。
在电动机100的实施例中,外壳组件180的左侧部分182与右侧部分184之间的定子齿183和185的总数等于转子组件110的磁体130和磁极的总数。外壳组件180的左侧部分182和右侧部分184中的每一个具有40个三角形定子齿,所述40个三角形定子齿以交替和叠置的顺序放置达总共80个定子齿。
在一个实施例中,爪极电动机100具有至少一个相。对于单相爪极电动机,外壳组件180的左侧部分182的定子齿183和右侧部分184的定子齿185可以为径向地不对称的,以提供磁性地确定的起始位置。对于两相或更多相的爪极电动机,外壳组件180的左侧部分182的齿183和右侧部分184的定子齿185可以为径向地对称的。
外壳组件180的左侧部分182和右侧部分184可以使用粉末状金属压实工艺制造,在该工艺中将粉末状磁性材料(例如,Hoganas Somaloy 700HR 5P)压实于定制模具中。根据应用,可以使用其它类型的粉末作为替代。外壳组件180由软磁性材料制成。示例包含但不限于低碳钢、硅钢、铁钴合金以及模制的或增材制造(AM)的粉末铁。外壳组件180的左侧部分182和右侧部分184可以各自为通过增材制造工艺构造的整体式元件,或者外壳组件180可以为通过增材制造工艺构造的整体式外壳。例如,定子组件150可以利用铜和铁粉通过增材制造工艺制成。
环形螺线管线圈160和之字形螺线管线圈170包括电磁绕组,所述电磁绕组包含至少一匝。环形螺线管线圈160和之字形螺线管线圈170各自用铜、铝线、带或适合于预期目的并且本领域普通技术人员所理解的任何其它材料缠绕。虽然环形螺线管线圈160和之字形螺线管线圈170显示出具有相对正方形的横截面,但是其它实施例可以包含具有圆形或长椭圆形横截面的环形螺线管线圈和之字形螺线管线圈。
之字形螺线管线圈170为横向通量型绕组。之字形螺线管线圈170可以被通电以单独地或与环形电动机线圈160组合驱动电动机100。之字形螺线管线圈170被缠绕成环形体并且被成形为在定子齿183与185之间迂回,以使得链接环形螺线管线圈160的所有通量也链接之字形螺线管线圈170。除了增加环形螺线管线圈160并且增加爪极电动机的有效扭矩常数和电动机常数之外,之字形螺线管线圈170的位置产生的漏通量比环形螺线管线圈160低得多,以使得可以实现更多的总励磁而来自绕组160和170的漏通量更小,这使相同的总励磁的峰值扭矩更高并且使最终峰值扭矩更高。
可以以之字形图案平坦地形成单匝线圈,然后将单匝线圈轧制成圆形形状以形成螺线管线圈170。具有小规格线的利兹线可以被用来形成之字形螺线管线圈170。之字形螺线管线圈170可以在每个相中且串联地广泛地连接至环形螺线管线圈160,但是之字形螺线管线圈170也可以为可单独地励磁的。在不需要利兹线的低速和低频下,之字形螺线管线圈170可以由实心导体形成。从环形线圈开始,可以通过用爪形成型工具按压任一侧来形成圆形线圈,其中在将线圈按压成最终的圆形之字形形状时,所述工具自由地径向地滑动。
之字形螺线管线圈170改善扭矩线性度和电动机常数,从而容许在减小爪极电动机中的功率损耗的同时实现更高的极限载荷。除了将磁通量引导至定子齿之外,之字形螺线管线圈170在提供比主螺线管线圈160更大的峰值扭矩的位置中增加额外的绕组空间而不增加总体积。增加更多的绕组空间通常降低损耗并且增加热限制电动机输出。在该实施例中,峰值扭矩也以超过之字形螺线管线圈170中的额外的匝与环形螺线管线圈160中的匝的比增加,从而在相同的总体积中产生更多的连续的峰值功率。随着之字形螺线管线圈170的之字形匝的数量的增加,峰值扭矩将增加。随着之字形螺线管线圈170的之字形绕组的匝的数量增加至之字形匝的数量大约等于环形螺线管线圈160的主绕组的匝的数量的40%的点,电动机常数也将增加。该比可以变化并且为环形螺线管线圈160的深度、定子组件150的轴向长度、磁体130的形状、爪极宽度与极距的比、磁体130的深度、磁体130的数量、以及爪极电动机100的直径的函数。
参考图12,爪极电动机100具有磁通量路径132,其中磁通量从转子组件110的第一磁体130跨过气隙154流动至定子组件150的外壳组件180的右侧部分184的第一定子齿185。然后,磁通量从定子齿185穿过外壳组件180的右侧部分184的延伸部分189和外部主体部分188流动至外壳组件180的左侧部分182的外部主体部分186。接下来,磁通量从外部主体部分186穿过延伸部分187流动至定子组件150的外壳组件180的左侧部分182的定子齿183。然后,磁通从定子齿183跨过气隙154流动至转子组件110的第二磁体130,所述第二磁体具有与转子组件110的第一磁体130相对的极性。
一系列环形螺线管线圈160、之字形螺线管线圈170和外壳组件180可以以重复模式叠置,其中在电动机相之间具有角度偏移。如图13-15的三重叠置构造中所示,多个定子组件150A、150B和150C轴向地叠置以形成多相电动机。在图13-15中所示的实施例中,三相爪极电动机200包含封闭于壳体201中的三个定子组件150A、150B和150C。定子组件150A、150B和150C在壳体201中轴向地对准并且被夹在壳体201的第一部分202与第二部分204之间。第一和第二部分202和204通过紧固件206轴向地联接在一起以形成壳体201。相邻的定子组件150A与150B以及150B与150C之间的轴向距离或间隙可以大于或等于转子组件110与定子组件150A、150B和150C之间的径向距离或间隙154。
定子组件150A、150B和150C中的每一个分别包含环形螺线管线圈160A、160B和160C以及之字形螺线管线圈170A、170B和170C。环形螺线管线圈160A和之字形螺线管线圈170A用于三个相中的第一个,环形螺线管线圈160B和之字形螺线管线圈170B用于三个相中的第二个,环形螺线管线圈160C和之字形螺线管线圈170C用于三个相中的第三个。因此,环形螺线管线圈160和之字形螺线管线圈170以及外壳组件180可以以重复模式轴向地叠置,其中在电动机相之间具有角度偏移。
电动机200提供许多好处。例如,电动机200具有高水平的容错能力,并且可以在比如航空航天或极端环境的高可靠性应用中使用,所述高可靠性应用要求电动机电绕组在电动机相之间物理地完全地隔离。
本公开预期可以进行许多改变和修改。因此,尽管已经示出和描述改进的爪极电动机的形式,并且已经讨论许多替代方案,但是本领域技术人员将容易地理解,在不脱离本发明的、如由以下权利要求所定义和区分的范围的情况下,可以做出各种另外的改变和修改。
Claims (20)
1.一种爪极电动机,包括:
定子组件;
转子组件,所述转子组件围绕纵向轴线定向并且被安装成相对于所述定子组件围绕所述纵向轴线运动;
所述定子组件与所述转子组件之间的径向气隙;
所述定子组件包括:第一定子部分,所述第一定子部分具有多个第一定子齿,所述多个第一定子齿围绕所述纵向轴线径向地定向并且沿第一方向轴向地延伸;以及第二定子部分,所述第二定子部分具有多个第二定子齿,所述多个第二定子齿围绕所述纵向轴线径向地定向并且沿与所述第一方向相反的第二方向轴向地延伸;
所述第一定子部分和所述第二定子部分限定第一间隙,所述第一间隙围绕所述纵向轴线定向并且在所述第一定子部分与所述第二定子部分之间并且围绕所述纵向轴线轴向地延伸;
所述多个第一定子齿中的至少一部分沿所述第一方向轴向地延伸超过所述多个第二定子齿中的沿所述第二方向轴向地延伸的至少一部分,以形成第二间隙,所述第二间隙围绕所述纵向轴线定向并且在所述第一定子部分的所述多个第一定子齿与所述第二定子部分的所述多个第二定子齿之间并且围绕所述纵向轴线轴向地和径向地延伸;
第一电磁绕组,所述第一电磁绕组设置于所述第一定子部分与所述第二定子部分之间的第一间隙中并且被构造成被选择性地通电以在所述转子组件上施加扭矩;以及
第二电磁绕组,所述第二电磁绕组设置于所述定子组件的第一定子部分的所述多个第一定子齿与第二定子部分的所述多个第二定子齿之间的第二间隙中并且被构造成被选择性地通电以在所述转子组件上施加扭矩。
2.根据权利要求1所述的爪极电动机,其特征在于,所述转子组件包括非磁性的旋转轴。
3.根据权利要求2所述的爪极电动机,其特征在于,所述转子组件包括围绕所述纵向轴线相间隔的多个永磁体。
4.根据权利要求3所述的爪极电动机,其特征在于,所述多个永磁体附接至旋转轴。
5.根据权利要求3所述的爪极电动机,其特征在于,所述第一定子部分的所述多个第一定子齿以及所述第二定子部分的所述多个第二定子齿的总数等于所述转子组件的多个永磁体的总数。
6.根据权利要求5所述的爪极电动机,其特征在于,所述定子组件的所述多个第一定子齿和所述多个第二定子齿的总数为四十。
7.根据权利要求3所述的爪极电动机,其特征在于,所述定子组件的所述第一定子部分包括第一外部主体部分和第一延伸部分,并且所述定子组件的所述第二定子部分包括第二外部主体部分和第二延伸部分。
8.根据权利要求7所述的爪极电动机,其特征在于,所述定子组件和所述转子组件包括磁通量路径,所述磁通量路径从所述多个永磁体中的第一磁体跨过所述径向气隙延伸至所述定子组件的第一定子部分的所述多个第一定子齿中的第一定子齿。
9.根据权利要求8所述的爪极电动机,其特征在于,所述磁通量路径从所述第一定子部分的所述多个第一定子齿中的所述第一定子齿穿过所述第一定子部分的所述第一延伸部分和所述第一外部主体部分延伸至所述定子组件的第二定子部分。
10.根据权利要求9所述的爪极电动机,其特征在于,所述磁通量路径从所述第一定子部分的第一外部主体部分穿过所述第二外部主体部分和所述第二延伸部分延伸至所述定子组件的第二定子部分的所述多个第二定子齿中的第二定子齿。
11.根据权利要求10所述的爪极电动机,其特征在于,所述磁通量路径从所述第二定子部分的所述多个第二定子齿中的第二定子齿跨过所述径向气隙延伸至所述多个永磁体中的第二磁体。
12.根据权利要求1所述的爪极电动机,包括:第二定子组件,所述第二定子组件包括:第三电磁绕组,所述第三电磁绕组设置于所述第二定子组件中的间隙中并且被构造成被选择性地通电以在所述转子组件上施加扭矩;以及第四电磁绕组,所述第四电磁绕组设置于所述第二定子组件的多个定子齿之间的间隙中并且被构造成被选择性地通电以在所述转子组件上施加扭矩。
13.根据权利要求12所述的爪极电动机,包括第三定子组件,所述第三定子组件包括:第五电磁绕组,所述第五电磁绕组设置于所述第三定子组件中的间隙中并且被构造成被选择性地通电以在所述转子组件上施加扭矩;以及第六电磁绕组,所述第六电磁绕组设置于所述第三定子组件的多个定子齿之间的间隙中并且被构造成被选择性地通电以在所述转子组件上施加扭矩。
14.根据权利要求13所述的爪极电动机,其特征在于,所述定子组件、所述第二定子组件以及所述第三定子组件沿着所述纵向轴线轴向地相间隔并且相对于所述纵向轴线径向地布置。
15.根据权利要求13所述的爪极电动机,其特征在于,所述定子组件与所述第二定子组件之间的轴向距离大于或等于所述转子组件与所述定子组件之间的径向气隙的径向距离。
16.根据权利要求13所述的爪极电动机,其特征在于,所述定子组件、所述第二定子组件以及所述第三定子组件被容纳于壳体中。
17.根据权利要求1所述的爪极电动机,其特征在于,所述转子组件包括磁性角节距,并且所述定子组件包括定子齿角节距,所述磁性角节距等于所述定子齿角节距。
18.根据权利要求1所述的爪极电动机,其特征在于,所述第一电磁绕组形成环形线圈。
19.根据权利要求1所述的爪极电动机,其特征在于,所述第二电磁绕组围绕所述纵向轴线以轴向之字形图案构造。
20.根据权利要求1所述的爪极电动机,其特征在于,所述第一定子部分的第一定子齿围绕所述纵向轴线与所述第二定子部分的第二定子齿交替布置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11031835B2 (en) | 2019-03-27 | 2021-06-08 | Roderick James Brogan | Axial flux induction motor or generator |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060006744A1 (en) * | 2004-07-09 | 2006-01-12 | Denso Corporation | AC motor and control device therefor |
JP2008283731A (ja) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Honda Motor Co Ltd | 回転電機の電機子 |
JP2009219192A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Honda Motor Co Ltd | モータの電機子コア |
US20130002068A1 (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | Shinano Kenshi Kabushiki Kaisha | Outer rotor-type motor |
CN104272559A (zh) * | 2012-03-12 | 2015-01-07 | 霍加纳斯股份有限公司 | 用于电机的定子和转子 |
US20150084470A1 (en) * | 2013-09-24 | 2015-03-26 | Asmo Co., Ltd. | Motor and rotor |
JP2015192551A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | ステータ、及び、モータ |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB191513904A (en) | 1915-09-30 | 1916-10-02 | British Thomson Houston Co Ltd | Improvements in and relating to High Frequency Dynamo Electric Machines. |
FR2476375A1 (fr) | 1980-02-15 | 1981-08-21 | Aimants Ugimag Sa | Dispositif pour l'aimantation multipolaire d'un materiau en bandes |
US4509564A (en) | 1982-01-25 | 1985-04-09 | Sedgewick Richard D | Method for winding annular zig-zag windings |
JP3446313B2 (ja) | 1993-08-30 | 2003-09-16 | 株式会社デンソー | 回転電機の回転子 |
DE4436626A1 (de) | 1994-01-31 | 1996-01-04 | Baumueller Nuernberg Gmbh | Herstellungsverfahren für Ständer- oder Läuferbleche von elektrischen Maschinen und Synchronmotor |
US6060800A (en) | 1995-07-12 | 2000-05-09 | Minebea Co., Ltd. | Motor structure |
JP4641595B2 (ja) | 2000-07-14 | 2011-03-02 | 日本電産コパル株式会社 | クローポール永久磁石型ステッピングモータ |
DE10155223A1 (de) | 2001-11-09 | 2003-05-22 | Bosch Gmbh Robert | Elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge und deren Herstellverfahren |
JP3944140B2 (ja) | 2003-06-04 | 2007-07-11 | 本田技研工業株式会社 | クローポール型モータのステータ |
JP4878183B2 (ja) | 2005-03-18 | 2012-02-15 | 株式会社日立産機システム | 多相クローポール型モータ |
JP5193438B2 (ja) | 2006-05-31 | 2013-05-08 | 株式会社日立産機システム | 多相クローポール型モータ |
JP5096705B2 (ja) | 2006-07-24 | 2012-12-12 | 株式会社日立産機システム | クローティース型同期機 |
JP4762315B2 (ja) | 2006-09-01 | 2011-08-31 | 三菱電機株式会社 | 車両用交流発電機 |
EP2012409A2 (en) | 2007-06-19 | 2009-01-07 | Hitachi, Ltd. | Rotating electrical machine |
CN101741200B (zh) | 2010-02-01 | 2012-06-27 | 精进电动科技(北京)有限公司 | 一种爪极电机 |
IL218743A0 (en) | 2012-03-20 | 2012-07-31 | Mostovoy Alexander | A method of converting electromagnetic energy into mechanical one an apparatus for effecting this conversion |
US9887608B2 (en) | 2013-01-24 | 2018-02-06 | Asmo Co., Ltd. | Rotor, stator and motor |
JP2015192550A (ja) | 2014-03-28 | 2015-11-02 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | ステータ、及び、ステータコア |
JP6545480B2 (ja) * | 2014-11-26 | 2019-07-17 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | クローポール型モータ、クローポール型モータの製造方法 |
JP2018113785A (ja) | 2017-01-11 | 2018-07-19 | 株式会社東芝 | 回転電機、回転電機システム、および機械 |
-
2019
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060006744A1 (en) * | 2004-07-09 | 2006-01-12 | Denso Corporation | AC motor and control device therefor |
JP2008283731A (ja) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Honda Motor Co Ltd | 回転電機の電機子 |
JP2009219192A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Honda Motor Co Ltd | モータの電機子コア |
US20130002068A1 (en) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | Shinano Kenshi Kabushiki Kaisha | Outer rotor-type motor |
CN104272559A (zh) * | 2012-03-12 | 2015-01-07 | 霍加纳斯股份有限公司 | 用于电机的定子和转子 |
US20150084470A1 (en) * | 2013-09-24 | 2015-03-26 | Asmo Co., Ltd. | Motor and rotor |
JP2015192551A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | ステータ、及び、モータ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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US20210328464A1 (en) | 2021-10-21 |
CN112789785B (zh) | 2023-12-26 |
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