CN112803691A

CN112803691A - 带分布式绕组的轴向磁通马达

Info

Publication number: CN112803691A
Application number: CN201911106705.0A
Authority: CN
Inventors: 姚健; 段诚武; 张明远
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-05-14
Also published as: DE102020127228A1; US11594929B2; US20210143700A1

Abstract

本发明涉及带分布式绕组的轴向磁通马达。提供了一种具有减少的空间谐波的轴向磁通马达，其包括具有多个磁体的转子。转子轴联接到转子。定子面向转子，并且气隙限定在转子和定子之间。定子包括限定多个磁极的多个电磁部件。电磁部件包括多个柱、多个狭槽和多个分布式导电绕组，多个分布式导电绕组设置在所述多个狭槽的不相邻狭槽中并横跨这些狭槽。至少一个导电绕组具有大于或等于约3至小于或等于约20的绕组节距跨度。所述轴向磁通马达可以包括两个转子和一个定子，或者两个定子和一个转子。这种轴向磁通马达具有短节距，提供了所需的减少的空间谐波，以提高马达性能。

Description

带分布式绕组的轴向磁通马达

引言

本部分提供了与本公开相关的背景信息，该信息不一定是现有技术。

技术领域

本公开总体上涉及具有用于减少空间谐波以提高性能的定子设计的轴向磁通马达。

背景技术

电动马达通过产生扭矩将电能转化为机械功。电动车辆(包括混合动力车辆)采用诸如感应马达和永磁马达的电动马达来驱动车辆，并且在用作发电机时捕获制动能量。通常，电动马达包括在操作期间旋转的转子和静止的定子。转子可以包含多个永磁体，并且相对于固定的定子旋转。转子连接到转子轴，转子轴也随转子一起旋转。包括永磁体的转子通过预定的气隙与定子分开。定子包括呈线绕组形式的导体。当电能通过导线绕组施加时，产生磁场。当电能或功率被馈送到定子的导电绕组中时，功率可以通过磁通量在气隙上传递，产生作用在转子中的永磁体上的扭矩。以这种方式，机械功率可以传递到旋转的转子轴或从旋转的转子轴提取。在电动车辆中，转子因此通过齿轮组经由旋转的轴将扭矩传递到车辆的驱动轮。

两种常见类型的电动马达包括径向磁通型或轴向磁通型马达。在径向磁通马达中，转子和定子通常位于同心或嵌套构造中，因此当定子通电时，它产生从定子径向延伸到转子的磁通量。因此，定子中的导电绕组通常垂直于旋转轴线布置，从而产生磁场，该磁场从旋转轴线(沿着转子轴)在径向方向上定向。在轴向磁通马达中，由定子中的导电线绕组产生平行于旋转轴线的磁场，因此磁通平行于旋转轴线(平行于转子轴)延伸。在某些应用中，轴向磁通马达是理想的，因为与径向磁通马达相比，它们相对较轻，产生增加的功率，并且具有紧凑的尺寸。

发明内容

本部分提供了本公开的概述，而不是对其全部范围或所有特征的全面公开。

本公开涉及具有减少的空间谐波的轴向磁通马达。在某些变型中，轴向磁通马达包括转子和联接到转子的转子轴，转子包括多个磁体。转子轴限定旋转轴线，转子被构造成围绕该旋转轴线旋转。定子面向转子并在两者间限定气隙。定子是静止的，并且包括限定多个磁极的多个电磁部件。多个电磁部件包括多个柱、多个狭槽和多个分布式导电绕组，多个分布式导电绕组设置在所述多个狭槽的不相邻狭槽中并横跨这些狭槽。多个分布式导电绕组中的至少一个导电绕组具有大于或等于约3至小于或等于约20的绕组节距跨度。

在一个方面，多个分布式导电绕组中的每一个都具有大于或等于约3至小于或等于约10的绕组节距跨度。

在一个方面，绕组节距跨度为5。

在一个方面，多个狭槽中的相应狭槽具有最大数量为10的导电绕组。

在一个方面，狭槽错位量(slot stager)大于或等于约1且小于或等于约8。

在一个方面，多个磁极大于或等于2至小于或等于约30。

在一个方面，在轴向磁通马达中消除了小于或等于一次谐波频率的次数的空间谐波，并且大于或等于一次谐波频率的次数的空间谐波减少了大于或等于约50%。

在一个方面，多个狭槽大于或等于约12至小于或等于约96。

在一个方面，多个磁极为8，多个磁极的节距为约6度，多个狭槽为48，每个狭槽有两层导电绕组，每个狭槽的导电绕组数量为2，并且狭槽错位量为1。

在一个方面，轴向磁通马达是三相马达，并且包括三相分布式导电绕组。

在一个方面，定子包括绝缘金属带，该绝缘金属带盘绕形成环形形状，该环形形状限定多个柱和多个狭槽。

本公开还涉及具有减少的空间谐波的轴向磁通马达，其包括两个盘形转子，每个转子包括多个磁体。此外，轴向磁通马达包括联接到两个盘形转子的转子轴。转子轴限定旋转轴线，盘形转子被构造成围绕该旋转轴线旋转。盘形定子设置在两个盘形转子之间。盘形定子是静止的，并且包括限定多个磁极的多个电磁部件。多个电磁部件包括多个柱、大于或等于约12至小于或等于约96的多个狭槽和多个分布式导电绕组，多个分布式导电绕组设置在所述多个狭槽的不相邻狭槽中并横跨这些狭槽。至少一个导电绕组具有大于或等于约3至小于或等于约20的绕组节距跨度。轴向磁通马达还具有限定在盘形转子中的第一个和盘形定子之间的第一气隙。第二气隙限定在盘形转子中的第二个和盘形定子之间。

在一个方面，多个电磁部件包括第一多个电磁部件和第二多个电磁部件。盘形定子包括具有第一多个电磁部件的第一侧，该第一侧面向两个盘形转子中的第一转子并限定第一气隙。盘形定子包括具有第二多个电磁部件的第二侧，该第二侧面向两个盘形转子中的第二转子并限定第二气隙。

在一个方面，盘形定子包括第一侧，该第一侧面向两个盘形转子中的第一转子并限定第一气隙和盘形定子。盘形定子的第二侧面向两个盘形转子中的第二转子，并限定第二气隙。

在一个方面，在轴向磁通马达中消除了次数小于或等于7的空间谐波，并且次数大于或等于7的空间谐波减少了大于或等于约50%。

本公开还涉及具有减少的空间谐波的轴向磁通马达。轴向磁通马达具有两个静止的盘形定子。两个盘形定子中的每一个包括限定多个磁极的多个电磁部件。多个电磁部件包括多个柱、大于或等于约12至小于或等于约96的多个狭槽和多个分布式导电绕组，多个分布式导电绕组设置在所述多个狭槽的不相邻狭槽中并横跨这些狭槽。多个分布式导电绕组中的至少一个导电绕组具有大于或等于约3至小于或等于约20的绕组节距跨度。轴向磁通马达还具有设置在两个盘形定子之间并包括多个磁体的转子。转子轴联接到转子并限定旋转轴线，转子被构造成围绕该旋转轴线旋转。第一气隙限定在盘形定子中的第一个和转子之间。第二气隙限定在盘形定子中的第二个和转子之间。

从这里提供的描述中，另外的应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

这里描述的附图仅用于所选实施例的说明性目的，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。

图1A–1B示出了电动马达的定子的导电绕组的简化示意图。图1A示出了具有用于三相马达的多个集中式导电绕组的设计。图1B示出了具有用于三相马达的多个分布式导电绕组的分布式构造的设计。

图2示出了具有一个定子和两个转子的轴向磁通马达组件的分解图。

图3示出了马达的集中式绕组设计的空间谐波。

图4示出了马达的分布式绕组设计的空间谐波。

图5示出了根据本公开的某些方面制备的用于轴向磁通马达的具有分布式绕组和短节距设计的定子的部段的一个示例。

图6示出了具有通过层压制造工艺形成的特征的金属带，该工艺形成用于根据本公开的某些方面的轴向磁通马达的定子芯。

图7示出了由图6中的金属带形成的定子芯的侧视图。

图8示出了根据本公开的某些方面制备的轴向磁通马达，该马达具有一个具有分布式绕组的定子和两个转子。

图9示出了根据本公开的某些方面制备的轴向磁通马达的另一种变型，该马达具有一个定子和两个转子，该定子具有分布绕组的两个不同侧。

图10示出了根据本公开的某些方面制备的轴向磁通马达的另一种变型，该马达具有一个居中设置的转子，该转子具有两个定子，每个定子具有分布式绕组。

在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

提供了示例性实施例，使得本公开将是彻底的，并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、部件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的彻底理解。对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用具体的细节，示例性实施例可以以许多不同的形式实施，并且这两者都不应该被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述众所周知的过程、众所周知的设备结构和众所周知的技术。

这里使用的术语仅仅是为了描述特定的示例实施例，而并不旨在进行限制。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定所陈述的特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文所阐述的各种实施例的非限制性术语，但是在某些方面，该术语可以替代地被理解为更具限制性和约束性的术语，例如“由...组成”或“基本上由...组成”。因此，对于列举组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤的任何给定实施例，本公开还具体包括由这些列举的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤组成或基本上由它们组成的实施例。在“由...组成”的情况下，替代实施例排除了任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤，而在“基本上由...组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特征的任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤被排除在该实施例之外，但是不实质上影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤可以被包括在该实施例中。

本文描述的任何方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行，除非被具体标识为执行顺序。还应当理解，除非另有说明，否则可以采用附加的或替代的步骤。

当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层时，它可以直接在另一个部件、元件或层上、接合、连接或联接到另一个部件、元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可能不存在居间元件或层。用于描述元素之间关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如，“在...之间”对“直接在...之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括相关联的列举项目中的一个或多个的任何和所有组合。

虽然术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部段，除非另有说明，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部段不应受这些术语的限制。这些术语可能仅用于区分一个步骤、元件、部件、区域、层或部段与另一个步骤、元件、部件、区域、层或部段。除非上下文明确指出，否则诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语当在本文中使用时并不暗示顺序或次序。因此，下面讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部段可以被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部段，而不脱离示例性实施例的教导。

为了便于描述，这里可以使用诸如“在...之前”、“在...之后”、“内部”、“外部”、“在...下方”、“在...下面”、“下部”、“在...上方”、“上部”等的空间或时间上相对的术语来描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系，如图所示。除了图中所描绘的取向之外，空间或时间上相对的术语可以旨在包括使用或操作中的设备或系统的不同取向。

贯穿本公开，数值表示范围的近似度量或限制，以包含与给定值的微小偏差和具有大约所提及的值以及那些具有所提及的精确值的实施例。除了在详细描述末尾提供的工作示例之外，本说明书(包括所附权利要求)中的所有参数的数值(例如，数量或条件的数值)应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰，无论“约”是否实际出现在数值之前。"约"表示所述数值允许一些轻微的不精确(在值上有一些精确的接近；近似地或合理地接近该值；几乎)。如果由“约”提供的不精确性在本领域中没有被理解为具有这种普通的含义，那么本文所用的“约”至少表示可能由测量和使用这种参数的普通方法引起的变化。例如，“约”可以包括小于或等于5%、任选地小于或等于4%、任选地小于或等于3%、任选地小于或等于2%、任选地小于或等于1%、任选地小于或等于0.5%以及在某些方面任选地小于或等于0.1%的变化。

此外，范围的公开包括整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括为所述范围给出的端点和子范围。

现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。

在各个方面，本公开涉及具有减少的空间谐波和因此改善的性能的轴向磁通马达。在大多数轴向磁通马达中，对于较小的封装，定子中的导电绕组可以是集中构造。集中式导电绕组设计30的一个示例在图1A中示出。图2示出了轴向磁通马达组件10的简化视图，该轴向磁通马达组件10包括被构造为旋转的盘形第一转子12和盘形第二转子14。由于第一转子12和第二转子14具有相同的设计，因此这里将描述它们的共同部件。每个转子都具有背板16和多个永磁体18。盘形定子20设置在第一转子12和第二转子14之间。定子20是固定和静止的，而第一转子12和第二转子14在操作期间旋转。定子包括多个电磁部件22，这些电磁部件彼此分离以形成电磁极。

再次参考图1A，定子的电磁部件具有多个定子齿或柱32。多个狭槽34限定在相应的定子柱32之间。具有指定为“A”的第一相的第一导电绕组40设置(例如缠绕至少一次)在第一柱35周围并且在由第一柱32限定的两个相邻狭槽34内。同样，具有指定为“B”的第二相的第二导电绕组42设置在另一个第二柱36周围，并且在第二柱36的两个相邻狭槽34内。最后，具有指定为“C”的第三相的第三导电绕组44设置在第三柱38周围，第三柱38设置在第一柱35和第二柱36之间。第三导电绕组44占据邻近第三柱38的狭槽，该狭槽也包含第一导电绕组40或第二导电绕组42。图1A所示的构造是具有0.5狭槽/极/相的2极集中式绕组设计。因此，第一导电绕组40、第二导电绕组42和第三导电绕组44一起限定了具有相反极性(N,S)的两个磁极46、48。虽然许多轴向磁通马达由集中式绕组形成，但它们会遭受在气隙中的空间磁通分布的更多谐波，这会在磁体和定子芯(例如铁芯)中引入损耗。

根据本公开的各个方面，提供了具有分布式绕组构造的定子，其减少了空间谐波，这又大大减少了磁体和定子芯中的任何损耗。通常，分布式导电绕组可以被认为具有设置在不相邻的狭槽中并横跨这些狭槽的绕组。举例来说，分布式绕组设计50在图1B中示出。定子具有多个定子齿或柱52。多个狭槽54限定在相应的定子柱52之间。在某些方面，根据本公开制备的轴向磁通马达中的多个狭槽54可以具有大于或等于约12至小于或等于约96个狭槽，例如12的倍数(例如，12、24、36、48、60、72、84、96)。具有指定为“A”的第一相的第一导电绕组60设置在第一狭槽70中，并终止于不相邻的第二狭槽71中，因此设置在三个柱52(具有节距(指定为“P”)为3的狭槽)周围。具有指定为“B”的第二相的第二导电绕组62设置在第三狭槽73和不相邻的第四狭槽74中，并因此设置在节距为3的三个柱52周围。具有指定为“C”的第三相的第三导电绕组64设置在第五狭槽75和不相邻的第六狭槽76中，并因此设置在节距为3的三个柱52周围。如下文将更详细描述的，根据本公开的某些变型，至少一个导电绕组从定子的第一狭槽跨越到不相邻的第二狭槽，以限定绕组节距跨度(P)，其任选地大于或等于约3至小于或等于约20，任选地大于或等于约3至小于或等于约10，任选地大于或等于约3至小于或等于约7，并且在某些变型中，绕组节距跨度为约5。图1B所示的构造是具有1狭槽/极/相的2极集中式绕组设计。因此，第一导电绕组60、第二导电绕组62和第三导电绕组64一起限定了具有相反极性(N, S)的两个磁极77、78。通过结合具有短节距设计的分布式绕组，可以减少或消除轴向磁通马达中的次谐波。

图3和图4进一步示出了集中式绕组设计(如图3所示)与分布式绕组设计(如图4所示)的空间谐波。在图3中，y轴80示出了绕组函数谐波分量(匝数)，而x轴82表示周期数/2π机械弧度。因此，图3示出了2/7狭槽/极/相集中式绕组的同步频率分量。选择栏顶部上的数字(显示同步频率分量)表示相应的绕组函数的空间谐波次数。可以看出，在低次谐波(指定为84)和高次谐波(指定为86)处都有许多空间谐波。在所示的示例中，马达的同步频率为7。因此，在图3中，一次谐波频率是7，三次谐波频率是21，五次谐波频率是35，七次频率是49，等等。通常，低次空间谐波被理解为频率小于第一同步频率(7)的那些，而高次空间谐波的频率大于第一同步频率(7)。图4示出了集中式绕组，其中除了一次(7)、三次(21)、五次(35)和七次(49)同步频率的空间谐波之外，还有许多低于和高于第一同步频率的谐波。因此，不希望的空间谐波的存在会导致定子芯和表面安装的磁体(例如在转子中)中的损耗，这导致轴向磁通马达性能降低。虽然希望消除除第一同步频率之外的所有空间谐波，但实际上这可能是不可能的。然而，在某些方面，由本公开的某些方面提供的轴向磁通马达具有减少了的低次谐波84，其具有比高次空间谐波86更大的幅值。

图4示出了用于马达的1狭槽/极/相分布式绕组的同步频率分量的示例。y轴90示出了绕组函数谐波分量(匝数)，而x轴92表示周期数/2π机械弧度。同样，选择栏顶部上的数字(显示同步频率分量)表示相应的绕组函数的空间谐波次数。因此，同步频率为7的马达的一次空间谐波具有为21的三次空间谐波、35的五次空间谐波和49的七次空间谐波。可以看出，在分布式绕组中，低次谐波(指定为94)和高次谐波(指定为96)处的许多空间谐波被最小化或消除。在图4的分布式绕组中，可以看出，与图3中的集中式绕组相比，在7处的一次以下的低次空间谐波被消除。同样，当比较图3和图4时，例如在21和35之间以及在35和49之间，许多高次空间谐波96被消除。

在某些变型中，本公开提供了一种轴向磁通马达，其中低于一次的同步频率的任何低次空间谐波被减少或消除。在某些其他变型中，本公开提供了一种轴向磁通马达，其中，大于同步频率的一次空间谐波的次数的任何高次空间谐波都被减少。例如，在轴向磁通马达的同步频率为7的一种变型中，例如，具有减少的空间谐波的轴向磁通马达可能没有低于在1-6之间的一次空间谐波的同步频率分量，并且可能没有在例如8-19、22-34和36-48的更高次的同步频率分量。应当指出，如果绕组是三相A、B和C构造，在21处的三次同步频率通常将不存在。在某些方面，在轴向磁通马达中消除了小于或等于约7的次数的空间谐波。在其他方面，大于或等于约7的次数的空间谐波在轴向磁通马达中减少大于或等于约40%，任选地在轴向磁通马达中减少大于或等于约50%，任选地在轴向磁通马达中减少大于或等于约60%，并且在某些方面，任选地在轴向磁通马达中减少大于或等于约70%。

根据本公开的某些方面，轴向磁通马达具有分布式绕组，并且伴随的空间谐波被消除。在另外的方面，分布式绕组中的短节距构造被用于例如进一步减少或消除更高次谐波，例如图4中的五次和七次同步谐波。

图5示出了根据本公开的某些方面制备的用于轴向磁通马达的具有分布式绕组和短节距设计的定子的部段180的一个示例。定子部段180包括多个柱182和多个狭槽184，每个狭槽编号为0至7。如图所示，每个狭槽184包括分别接纳绕组的第一层184A和第二层184B。因此，这可以被认为是两层狭槽构造。此外，部段180具有2的绕组狭槽分布。绕组狭槽分布是绕组的每相的正方向的跨度。例如，第一层184A中的相A绕组(A+)的正方向占据两个狭槽数，即0和1。应当指出，多个狭槽中的相应狭槽可以具有最大数量为10的导电绕组。定子部段180可以形成具有48个狭槽和因此8个极的定子。

在图5所示的设计中，狭槽错位量是1，这意味着狭槽之间的失配为偏移1，使得每隔一个狭槽在第一层184A和第二层184B之间的相绕组之间将具有失配。因此，标记为“2”的第二狭槽184具有在第一层184A中的A+和在第二层184B中的C–(具有A+/C–构造)，而标记为“4”的第四狭槽具有在第一层184A中的C–和在第二层184B中的B+(具有C–/B+构造)，并且标记为“6”的第六狭槽具有在第一层184A中的B+和在第二层184B中的A–(具有B+/A–构造)。值得注意的是，在所示的示例中，标记为1、3、5和7的狭槽共享相同的相绕组，即在第一层184A/第二层184B中的A+/A+、C–/C–、B+/B+、A–/A–。

示出了一个代表性的导电绕组190。导电绕组190示出了第一相绕组(指定为“A”)的由+和-指定的电流和通量的取向。单个导电绕组190的正侧和负侧(例如，A+)可以设置在一侧的一个狭槽(例如，指定为1的狭槽)中，而导电绕组190的另一侧(例如，A-)设置在另一个狭槽(例如，指定为6的狭槽)中。因此，导电绕组190从标记为“1”的第一狭槽184中的第二层184B跨越到标记为“6”的第六狭槽184中的第一层184A。以这种方式，为跨越5个狭槽184的导电绕组190定义了从一个狭槽跨越到另一个的绕组的节距“P”(标记为192)。因此，对于导电绕组190以及定子部段180中所示的其他绕组，绕组节距跨度(P)是5，尽管绕组节距跨度可以是上文之前讨论的任何值。每个定子柱182的相对侧上的绕组可以具有相同或不同/相反的磁化方向。

导电绕组可以设置在定子柱182的一侧或狭槽184上，该侧或狭槽184可以具有第一磁化方向(例如，对应于正取向)。相邻狭槽中的定子柱182相对侧上的绕组可以具有相反的磁化方向(例如，对应于负磁化方向)。在一个定子狭槽184内，一组绕组可以具有相同的取向/极性，或者可以是第一层184A和第二层184B之间的取向和极性的混合。因此，如上所述，每隔一个狭槽可以在第一层184A和第二层184B之间的相绕组之间具有失配，使得在定子柱182的一侧上的绕组可以是第一磁化方向(例如，对应于正取向)和第二磁化方向(例如，对应于负取向)两者，而在定子柱182的另一侧上，绕组可以具有单一取向，或者是第一磁化方向或者是第二磁化方向。以这种方式，短节距分布式绕组设计可以解决高次谐波问题和最小化高次谐波。值得注意的是，轴向磁通定子中的绕组可以具有其他构造，并且这些是非限制性的代表性示例。

举例来说，通过使用短节距分布式绕组来减少空间谐波可以通过以下等式来理解：

其中y是一个绕组的节距(P)，τ是磁体的一个极的节距，υ是减小的空间谐波。对于在图5的上下文中描述的示例性实施例，y是5，τ是6，因此υ是6。以这种方式，第五(5^th)和第七(7^th)空间谐波(接近6)的幅值大大减小。因此，根据本公开的某些方面，设想这样的轴向磁通马达设计：其包括分布式绕组以减少或消除亚次谐波，以及通过短绕组节距跨度减少或最小化高次谐波的短极节距。以这种方式，磁体和铁磁芯部件中的损耗可以显著降低，以提高轴向磁通马达的性能。

在某些方面，定子芯200可以通过层压制造工艺形成，其中层压钢卷具有在其中限定的适于用作定子柱的特征，包括齿和/或靴。定子芯200可以通过不同的制造工艺形成。在一种变型中，该方法可以包括在根据预定位置卷绕之前切割或冲压狭槽，然后卷绕叠片以形成部件。在另一种变型中，狭槽可以在即将卷绕之前被一个接一个地切割，因此切割和卷绕可以在自动化机器上同时进行。如图6所示，示出了由这种工艺形成的金属带210的示例。金属带210可以由铁磁材料形成，该铁磁材料可以涂覆有例如绝缘材料。用于定子芯部件的合适铁磁材料在本领域中是已知的，并且作为非限制性示例包括磁钢。当金属带210是包括多个层的层压金属带时，绝缘材料在多个层中的相应层之间交错(作为涂层或不同层)。绝缘材料可以是非磁性材料。作为非限制性示例，绝缘涂层或材料可以包括硅氧烷基材料如硅树脂清漆，或者金属有机或无机绝缘材料，例如硅酸盐层、氧化物层、磷酸盐层及其等同物和组合。

金属带210可以具有形成在其中的一个或多个特征。这些特征可以在卷绕或盘绕之前通过切割、蚀刻、模锻或冲压形成。例如，金属带210可以被模锻或冲压，以在沿着带210的预定位置处形成预定的和基本均匀的形状。例如，多个定子柱212可以沿着金属带210形成。每个定子柱212任选地在终端限定定子齿214和定子靴216。在每个定子柱212之间，空隙区域可以限定狭槽218。当金属带210盘绕并周向接合以形成定子芯200时，定子芯200将限定多个定子柱212和狭槽218，并且具有环形或盘形形状。值得注意的是，虽然未示出，但是金属带210可以被卷绕多次，以在定子芯200中形成多个同心层。尽管在图6或7中未示出，但是在各个方面，多个导电绕组然后可以以分布式构造设置在各个狭槽218中，使得导电绕组设置在不相邻的狭槽中，如上所述。以这种方式，形成多个电磁元件220，这些电磁元件可以分别被通道222分开以形成定子芯200。如本领域技术人员所理解的，盘绕的金属带210可以包含在壳体中，并且定子芯200可以包括各种其他定子元件。

在图8中示出了轴向磁通马达100形式的电气设备的非限制性示例，也称为扁平马达。马达100具有第一转子110和第二转子120，这两个转子都连接到转子轴130并被构造成绕转子轴130旋转。第一转子110和第二转子120都具有环形或盘形形状，带有居中设置的孔118。转子轴130穿过居中设置的孔118。转子轴限定转子绕其转动的旋转轴线132。

定子140设置在第一转子110和第二转子120之间。定子140可以具有环形或盘形形状。定子140是固定和静止的，而第一转子110和第二转子120在操作期间在转子轴130上旋转。第一转子110面向定子140的第一侧142，并在两者间限定第一气隙144。第二转子120面向定子140的第二侧146，并在两者间限定第二气隙148。

尽管马达100被示出为具有中心单定子140和两个外部转子110、120，如本领域技术人员所理解的和本文进一步讨论的，但是也可以设想其他构造，包括具有两个定子和单转子或者其中电动马达组件可以包括更多或更少的转子和/或定子的构造，并且这里的描述也适用于这些其他实施例。此外，尽管当前未示出，但是本领域技术人员将理解，在各个方面，电动马达组件还可以包括壳体，并且转子和定子以及轴可以设置在壳体内。壳体可以固定到车架，并且轴可以联接到车辆内的齿轮箱，例如减速齿轮箱。

第一转子110和第二转子120中的每一个都可以具有相同的设计(面向定子140的相反方向)，因此这里将描述共同的部件。第一转子110和第二转子120中的每一个都包括附连到转子主体114的多个永磁体112。永磁体112可以具有交变极性。每个永磁体112在它们之间限定了通道116，通道116可以沿着相应转子的表面径向延伸。以这种方式，永磁体112和通道116可以一起限定多个磁极。值得注意的是，如本领域技术人员所理解的，永磁体112的数量、形状、位置和取向可以不同于所示出的。

定子140包括多个定子段或芯部件150，多个导电绕组152以分布式构造缠绕在定子段或芯部件150周围。定子140在相应的定子芯部件150之间限定了多个狭槽156，其中导电绕组152可以在狭槽156上延伸或桥接狭槽156。定子芯部件150可以包括铁磁芯，例如由多层铁磁材料(例如磁钢)形成的多个层压芯部件。这种铁磁材料层通常通过其间交错的绝缘材料相互隔离。替代地，定子芯部件150可以由软模制复合材料形成，该复合材料包括多个磁性颗粒，这些磁性颗粒具有绝缘涂层并且任选地分布在聚合树脂中，例如非磁性树脂。如上所述，在分布式绕组构造中，每个导电绕组152可以从一个狭槽(例如，第一狭槽160)跨越到另一个不相邻的狭槽(例如，第二狭槽162)。定子140可以是固定的和静止的。尽管未示出，但是也可以设想本领域中理解的其他绕组构造和技术，只要采用分布式绕组设计。导电线或绕组152可以包括铜或铜合金，当施加电流时，它们可以产生磁场。举例来说，导电绕组152可以是具有圆形横截面或矩形横截面的线。在其他方面，导电绕组152可以是预先形成的导电发夹绕组，其可以电连接并附接到定子狭槽内的相应端子。

转子轴130可以穿过定子140中居中设置的孔154，并由轴承(未示出)支撑，相对于定子140对准转子110、120，同时允许转子轴130旋转。定子140的多个导电绕组152可以由铜或其他导线形成，所述导线被构造成在施加电流时产生磁场，从而与位于第一转子110和第二转子120上具有交变磁极的多个永磁体112的磁场相互作用。定子140的不同区域可以被选择性地通电，以在第一转子110和第二转子120上施加旋转力，导致转子110、120和转子轴130相对于旋转轴线132旋转。具有单个定子140以及第一转子110和第二转子120的轴向磁通马达100能够用于高扭矩应用，包括用于电动或混合动力车辆。在这种变型中，如上所述，包围马达100的壳体可以附接到车架，并且来自转子轴130的一端的至少一个输出联接到减速齿轮箱或者直接联接到车辆驱动轮。轴向磁通马达100的车辆应用是作为示例性实施例提供的，而并不旨在进行限制。

在图8所示的变型中，每个导电绕组152从定子的第一侧142跨越到第二侧146。因此，多个导电绕组152跨过第一气隙144与第一转子110并且跨过第二气隙148与第二转子120相互作用。

在图9中示出了轴向磁通马达300形式的电气设备的非限制性示例的另一种变型。马达300具有第一转子310和第二转子320，这两个转子都连接到转子轴330并被构造成绕转子轴330旋转。第一转子310和第二转子320都具有环形或盘形形状，带有居中设置的孔318。在图8的上下文中描述的部件与这里在轴向磁通马达300的上下文中描述的部件相同的程度上，为了简洁起见，它们不一定在这里被再次介绍或描述，而是将被理解为存在并且具有与上面在图8的轴向磁通马达100的上下文中描述的那些部件相同的特性或功能。

定子340居中地设置在第一转子310和第二转子320之间。定子340可以具有环形或盘形形状。第一转子310面向定子340的第一侧342，并在两者间限定第一气隙344。第二转子320面向定子340的第二侧346，并在两者间限定第二气隙348。

第一转子310和第二转子320中的每一个都可以具有相同的设计(面向定子340的相反方向)，因此这里将描述共同的部件。第一转子310和第二转子320中的每一个都包括附连到转子主体314的多个永磁体312。永磁体312可以具有交变极性。每个永磁体312限定了通道316，使得永磁体312和通道316可以一起限定多个磁极。值得注意的是，永磁体的数量、形状和位置可以与图9中所示的不同。

定子340包括多个定子段或芯部件。如图所示，定子340的第一侧342具有第一多个芯部件350。定子340的第二侧346具有第二多个芯部件352。定子340的第一侧342与第二侧346物理分离。形成将第一侧342与第二侧346分开的定子主体343的材料可以与前述实施例中的相同，其可以是绝缘层压钢或软磁复合材料。图8和图9中的定子主体343的形状和狭槽开口可以是类似的设计。然而，在图9中，设计中的主要区别是绕组构造。第一多个导电绕组354以分布式构造缠绕，使得它们不设置在相邻的狭槽中。定子340的第一侧342在相应的定子芯部件350之间限定了第一多个狭槽356，其中导电绕组354可以在狭槽356上延伸或桥接狭槽356。如上所述，在分布式绕组构造中，每个导电绕组354可以从一个狭槽(例如，第一狭槽358)跨越到另一个不相邻的狭槽(例如，第二狭槽360)。

定子340的第二侧346在相应的定子芯部件352之间限定了第二多个狭槽362。第二多个导电绕组364以分布式构造缠绕。导电绕组364可以在第二多个狭槽362上延伸或桥接第二多个狭槽362。如上所述，在分布式绕组构造中，第二多个中的每个导电绕组364可以从一个狭槽(例如，第一狭槽366)跨越到另一个不相邻的狭槽(例如，第二狭槽368)。

在定子340中，定子340上的第一多个狭槽356和第二多个狭槽362在定子主体343的两侧上分开。以这种方式，第一多个导电绕组354和第二多个导电绕组364可以在两侧342、346上分开，如图9所示。然而，导电绕组也可以从一侧延伸到另一侧，如图8所示，这在某些方面可以为绕组构造提供更大的设计灵活性。

在图9所示的变型中，每个第一多个导电绕组354和第二多个导电绕组364设置在定子340的不同的第一侧342和第二侧346上。因此，第一多个导电绕组354跨过第一气隙344与第一转子310相互作用，而第二多个导电绕组364和第二转子320跨过第二气隙348相互作用。尽管未示出，但是如上所述也可以设想本领域中理解的其他绕组构造和技术，只要采用分布式绕组设计。

定子340的第一多个导电绕组354和第二多个导电绕组364可以由铜或其他导线形成，被构造成在施加电流时产生磁场，从而与位于第一转子310和第二转子320上具有交变磁极的多个永磁体312的磁场相互作用。

定子340的不同区域可以被选择性地通电，以在第一转子310和第二转子320上施加旋转力，导致转子310、320和转子轴330相对于旋转轴线332旋转。具有单个盘形定子340以及第一盘形转子310和第二盘形转子320的轴向磁通马达300能够用于高扭矩应用，包括用于电动或混合动力车辆。如上所述，在轴向磁通马达的这种变型中，绕组被分离到定子的两个不同侧上。狭槽和极的数量可以变化。此外，可以为绕组设计不同的节距。可以选择给定狭槽中的不同绕组层。此外，可以采用发夹型导电绕组。

在这种变型中，如上所述，包围马达300的壳体可以附接到车架，并且来自转子轴330的一端的至少一个输出联接到减速齿轮箱或者直接联接到车辆驱动轮。同样，轴向磁通马达300的车辆应用是作为示例性实施例提供的，而并不旨在进行限制。

在图10中示出了轴向磁通马达400形式的电气设备的非限制性示例的又一种变型，其具有一个转子和两个定子。在这里在轴向磁通马达400的上下文中描述的部件与图9中描述的部件相同的程度上，为了简洁起见，它们不一定在这里被再次介绍或描述。然而，这些部件将被理解为存在，并且具有与例如在图8中的轴向磁通马达100的上下文中的上述部件相同的特性或功能。

马达400具有第一定子410和第二定子420，这两个定子都被构造成在操作期间是静止的。第一定子410具有第一多个定子段或芯部件450A，第一多个导电绕组452A以分布式构造缠绕在第一多个定子段或芯部件450A周围。第二定子420具有第二多个定子段或芯部件450B，第二多个导电绕组452B同样以分布式构造缠绕在第二多个定子段或芯部件450B周围。第一定子410在相应的定子芯部件450A之间限定了多个第一狭槽456A，其中第一多个导电绕组452A可以在第一狭槽456A上延伸或桥接第一狭槽456A。第二定子420在相应的定子芯部件450B之间限定了多个第二狭槽456B，其中第一多个导电绕组452A可以在第一狭槽456A上延伸或桥接第一狭槽456A。第一多个导电绕组452A或第二多个导电绕组452B可以在多个第一狭槽456A或多个第二狭槽456B上延伸或桥接多个第一狭槽456A或多个第二狭槽456B。如上所述，在分布式绕组构造中，第一或第二多个中的每个导电绕组452A、452B可以从一个狭槽(例如，第一狭槽)跨越到另一个不相邻的狭槽(例如，第二狭槽)。

定子芯部件450A、450B可以包括铁磁芯，例如由多层铁磁材料或软模制复合材料形成的多个层压芯部件，软模制复合材料包括多个磁性颗粒，所述磁性颗粒具有绝缘涂层并且任选地分布在聚合物基体中，例如非磁性聚合物基体。如上所述，在分布式绕组构造中，第一和第二多个导电绕组中的每个导电绕组452A、452B可以从一个第一狭槽456A或第二狭槽456B跨越到另一个不相邻的第一狭槽456A或第二狭槽456B。尽管未示出，但是也可以设想本领域中理解的其他绕组构造和技术，只要采用分布式绕组设计。

马达400具有转子440，该转子440被构造成围绕转子轴430旋转。转子440具有环形或盘形形状，带有居中设置的孔441。转子440居中设置在第一定子410和第二定子420之间。转子440可以具有环形或盘形形状。第一定子410面向转子440的第一侧442，并在两者间限定第一气隙444。转子440的第二侧446面向第二定子420，并在两者间限定第二气隙448。

转子440具有附连到转子主体462的多个永磁体460。永磁体460可以具有交变极性。每个永磁体460限定了通道464，使得永磁体460和通道464可以一起限定多个磁极。值得注意的是，永磁体的数量、形状和位置可以与图10中所示的不同。

在图10所示的实施例中，每个第一多个导电绕组452A和第二多个导电绕组452B设置在转子440的不同的第一侧442和第二侧446上。因此，第一定子410的第一多个导电绕组452A跨过第一气隙444与转子440相互作用，而第二定子420的第二多个导电绕组452B跨过第二气隙448与转子440相互作用。在轴向磁通马达的这种变型中，各自具有绕组的两个定子设置在居中设置的转子的两个不同侧上。狭槽和极的数量可以变化。此外，可以为绕组设计不同的节距。可以选择给定狭槽中的不同绕组层。此外，可以采用发夹型导电绕组。

为了说明和描述的目的，已经提供了实施例的前述描述。它并不旨在穷举或限制本公开。特定实施例的单个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以用在选定的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样的情况也可能以多种方式变化。这些变型不应被视为偏离本公开，并且所有这些修改都旨在包括在本公开的范围内。

Claims

1.一种具有减少的空间谐波的轴向磁通马达，包括：

转子，其包括多个磁体；

转子轴，其联接到所述转子并限定旋转轴线，所述转子被构造成围绕所述旋转轴线旋转；

定子，其面向所述转子并在所述定子和所述转子之间限定气隙，其中所述定子是静止的，并且包括限定多个磁极的多个电磁部件，其中所述多个电磁部件包括多个柱、多个狭槽和多个分布式导电绕组，所述多个分布式导电绕组设置在所述多个狭槽的不相邻狭槽中并横跨所述不相邻狭槽，其中所述多个分布式导电绕组中的至少一个导电绕组具有大于或等于约3至小于或等于约20的绕组节距跨度。

2.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中，所述多个分布式导电绕组中的每一个都具有大于或等于约3至小于或等于约10的所述绕组节距跨度，并且所述轴向磁通马达任选地包括：

所述多个狭槽中的相应狭槽具有最大数量为10的导电绕组；

狭槽错位量大于或等于约1且小于或等于约8；和/或

所述多个磁极大于或等于2至小于或等于约30。

3.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中，在所述轴向磁通马达中消除了小于或等于一次谐波谐波频率的次数的空间谐波，并且大于或等于所述一次谐波频率的次数的空间谐波减少了大于或等于约50%。

4.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中，所述多个狭槽大于或等于约12至小于或等于约96。

5.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中，所述多个磁极为8，所述多个磁极的节距为约6度，所述多个狭槽为48，每个狭槽有两层导电绕组，每个狭槽的导电绕组数量为2，并且狭槽错位量为1。

6.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中，所述轴向磁通马达是三相马达，并且包括三相分布式导电绕组。

7.根据权利要求1所述的轴向磁通马达，其中，所述定子包括绝缘金属带，所述绝缘金属带盘绕形成环形形状，所述环形形状限定所述多个柱和所述多个狭槽。

8.一种具有减少的空间谐波的轴向磁通马达，包括：

两个盘形转子，其各自包括多个磁体；

转子轴，其联接到所述两个盘形转子并限定旋转轴线，所述盘形转子被构造成围绕所述旋转轴线旋转；

盘形定子，其设置在两个盘形转子之间，其中所述盘形定子是静止的，并且包括限定多个磁极的多个电磁部件，其中所述多个电磁部件包括多个柱、大于或等于约12至小于或等于约96的多个狭槽和多个分布式导电绕组，所述多个分布式导电绕组设置在所述多个狭槽的不相邻狭槽中并横跨所述不相邻狭槽，其中至少一个导电绕组具有大于或等于约3至小于或等于约20的绕组节距跨度；

第一气隙，其限定在所述盘形转子中的第一个和所述盘形定子之间；和

第二气隙，其限定在所述盘形转子中的第二个和所述盘形定子之间。

9.根据权利要求8所述的轴向磁通马达，其中，所述盘形定子包括面向所述两个盘形转子中的第一转子并限定所述第一气隙的第一侧，并且所述盘形定子包括面向所述两个盘形转子中的第二转子并限定所述第二气隙的第二侧，其中所述多个电磁部件包括第一多个电磁部件和第二多个电磁部件，所述第一侧具有面向所述两个盘形转子中的第一转子并限定所述第一气隙的第一多个电磁部件，所述第二侧具有面向所述两个盘形转子中的第二转子并限定所述第二气隙的第二多个电磁部件。

10.根据权利要求8所述的轴向磁通马达，其中，在所述轴向磁通马达中消除了小于或等于一次谐波频率的次数的空间谐波，并且大于或等于所述一次谐波频率的次数的空间谐波减少了大于或等于约50%，其中，所述多个磁极为8，所述多个磁极的节距为约6度，所述多个狭槽为48，每个狭槽有两层导电绕组，每个狭槽的导电绕组数量为2，并且狭槽错位量为1。