CN212435449U - 用于轴向磁通感应旋转电机的转子 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及用于轴向磁通感应旋转电机的转子，所述转子将软磁性复合材料用于转子芯。第一实施例涉及一种用于旋转电机的转子，所述转子平行于转子的轴传输磁通。转子包括转子绕组和多个芯。转子绕组由一块实心导电材料组成，所述实心导电材料包括多个空腔。每个芯放置在相应空腔中并且包含高阻性的各向同性铁磁粉末。

Description

用于轴向磁通感应旋转电机的转子

技术领域

本实用新型总体上涉及旋转电机，例如马达和发电机。

背景技术

已知以各种不同的类型和几何形状存在的旋转电机(诸如马达和发电机)。例如，一些旋转电机依赖于磁极件的永磁体。由于性能原因，这些永磁体通常包括稀土元素，例如钕、钐、铈、铽、镨、钆和镝。永磁同步电机通常是理想的，因为它们表现出高的启动转矩，高效率和高功率密度。

然而，高性能永久旋转电机所依赖的稀土金属主要仅由世界上少数地区的矿场生产。用于磁铁的稀土元素会显著增加电机的成本，并且开采它们的过程几乎总是对环境造成破坏。稀土元素在供应链中引入了漏洞。最后，加热时，存在稀土元素可能会失去它们的磁性能的风险。

永磁旋转电机的替代物是感应旋转电机。感应电机不依赖于永磁体。取而代之的是，感应电机使用通过改变电流产生的感应磁场进行操作。感应电机的芯可以简单地是铁或其它可导磁的材料。尽管感应电机避免了对稀土的需求，但是由于广泛可用的感应电机的较低的功率密度和较低的启动转矩，因此该广泛可用的感应电机被认为不适用于许多应用。

通常，旋转电机存在两种几何形状：径向和轴向。径向磁通马达垂直于马达轴传输磁通。利用这些径向磁通马达，转子(该马达中旋转的部件)和定子(该马达中保持固定的部件)两者往往都是圆柱形的，并且彼此同心。例如，定子可以包围转子并且朝向转子向内传输磁通。该磁通向转子施加转矩，使其转动。一个示例是常规的鼠笼式马达。

相反，轴向磁通马达平行于马达轴传输磁通。代替作为同心圆柱体，在轴向磁通马达中，转子和定子可以是彼此平行且垂直于马达轴安装的盘。定子通过转子施加磁通，从而产生转矩。在Pyrhonen等人在标题为“Axial Flux Induction Electric Machine(轴向磁通感应电机)”的美国专利公开第2008/0001488号中公开了这种轴向磁通马达的示例。

通常，轴向磁通马达倾向于比具有相同功率的径向磁通马达更紧凑。换句话说，轴向磁通几何形状倾向于产生更高的功率密度。在包括轴向长度在内的所有其它条件都相等的情况下，增加径向磁通马达的半径可以按照半径差的平方来增加功率输出。相反，在所有其它条件都相等的情况下，增加轴向磁通马达的半径可以按照半径差的立方来增加功率输出。结果是，与使用等效功率的径向电机相比，使用更少的材料可以实现更大的功率输出。

在电动汽车中，由于永磁电机的高功率密度、优异的启动转矩和紧凑的尺寸，常规上使用永磁电机。永磁马达通常被认为比感应马达提供更大的启动转矩，因为永磁体已经被励磁。但是，由于(例如根据法拉第定律)在定子线圈中感应的反电动势(back EMF)(电磁通)，永磁马达在给定励磁电压下的转矩与转子转速成反比。更具体地说，虽然永磁(PM)马达的效率最初随转速(从零开始)提高，但是一旦接近额定速度，由于缺少(来自反电动势的)转矩和增加铁损(磁滞和涡电流损)，效率将急剧下降。因此，在高速下，永磁电机的效率会急剧下降，这可能导致电力浪费和转矩受限。这是转矩随速度变化的 (几乎)线性损失，然而，这是在牵引电机应用(例如电动汽车)中永磁马达的主要设计限制。实际上，由于这个原因，一些电动车辆使用一对马达：用于低行驶速度的永磁马达和用于高行驶速度的感应马达。

常规上，感应电机被认为具有较差的启动转矩。尽管在高转速下感应电机通常比永磁马达更优选，但是常规上，难以设计出在锁定的转子状态下提供大约40％的满载转矩的感应电机。部分原因是感应电机在高转差率下倾向于表现不佳。

涡电流可以存在于任何类型的旋转电机中，但是常规上被认为在轴向电机中特别成问题。涡电流是以类似于河流中涡旋的涡流的方式在导电材料内部循环的电流。它们会在系统中尤其是在高频应用中产生不期望的损耗(并因此产生热量)。例如，一些涡电流可以是随着交流电流产生变化的磁通而由变化的磁场在金属芯材料本身中感应的电流。另外，大导体中的涡电流可能是由于与其它导体的相互作用以及旋转电机中的电流回路而引起的。

为了减少涡电流，在转子和定子组件中使用了叠片堆。叠片堆包括多个薄钢层以及它们之间的绝缘层，该绝缘层在垂直于该绝缘层的方向上增加磁性材料的电阻率同时在其它方向上保持叠片材料的磁性能。层压材料可以是例如铁或永磁材料。这种叠片堆既可以用在转子盘中，例如用在转子芯中，也可以用做定子芯。但是，叠片堆降低了材料的密度，从而劣化了所需的磁性能。它们还会造成故障点，从而由于应力和疲劳而降低电机的耐用性和可靠性。

例如，当电动踏板车和电动自行车撞上街道障碍物(诸如坑洼) 时，电动踏板车和电动自行车中的马达可能会经受瞬时的高加速力。如果加速度和颠簸足够大，则这些高加速度(“gee”)力会导致将叠片固定在一起的焊接部经受疲劳或者甚至脆性破坏。如果层叠焊接部失效，则马达本身将停止运行。这会造成严重的安全危害。

近来，软磁性复合材料(SMC)材料变得可用。这些软磁性复合材料是涂覆有电绝缘层(通常是蒸汽形成的氧化物)的铁磁粉末颗粒和非金属粘合剂(例如磷)的混合物。这些复合材料可以形成复杂的几何形状。结果是具有各向同性特性的电阻性铁磁材料。与叠片堆不同，各向同性特性使它可以在材料内部的所有方向上承载磁通。而且，与使用较低电阻率的解决方案(例如叠片堆)相比，SMC的高电阻率使磁性系统的设计人员能够更精确地引导磁性系统内的电流的流动。这种复合材料的一个示例是从瑞典的

的

AB可获得的 SOMALOY复合粉末。

然而，这些软磁性粉末不能被适当地加工。即，它们难以用常规方法进行加工，并且根本不能通过放电方法(线材(wire)和冲模EDM) 进行加工。它们普遍具有非常低的抗拉强度、冲击强度和抗弯模数。当受到大量压缩力时，它们有从固结形式变回成粉末或碎屑或碎片的趋势。因此，尽管这些磁性材料已经用于马达的定子中，但是其用途受到限制。

定子通常具有在其上缠绕有线材的齿，称为绕组。绕组可以彼此绝缘，从而允许电流仅沿着线材流动。这种绝缘降低了导电材料的密度，并且最终会限制旋转电机的功率密度。常规上，定子齿在其顶部处具有朝向相邻齿迫近的尖端，从而使齿在顶部处变宽而在底部处变窄，并且使定子狭槽部分地封闭。这被认为是向气隙提供了特殊的磁阻。尖端被认为可以允许磁通以更干净的正弦波传输。远离该正弦波的任何谐波都会在转子中造成额外的损耗。

与部分封闭的狭槽一致，用于轴向感应电机的绕组通常用手缠绕。这样做会带来许多问题。首先，这是一个劳动密集型过程，占电机成本的很大一部分。其次，这引入了出错的机会。第三，可固定到定子齿之间的内部环形空间中或其内部的绕组的数目和绕组的类型受到操作人员的技能以及线材的几何形状、线材的绝缘以及定子内部的限制。绕组过程中可能会发生扭结，从而增加不期望的电阻，并显著增加绕组中机械和热机械疲劳失效的风险。对于轴向定子而言尤其如此，因为线圈所需的端匝具有较小的弯曲半径。定子狭槽的填充系数也降低了，因此限制了狭槽中可能产生的H场的数量(总磁化强度)。这限制了最终电机的功率密度。

需要相对于现有电机产生更好的效率、功率密度、成本有效性和耐用性的旋转电机。

实用新型内容

本公开的一个方面涉及一种用于轴向磁通感应旋转电机的转子，所述转子包括：转子绕组，所述转子绕组包括多个空腔，其中，所述转子绕组具有第一膨胀系数；多个芯，所述多个芯中的每个芯在来自所述多个空腔的相应空腔内并且包括铁磁粉末，其中所述铁磁粉末的各个晶粒彼此绝缘，其中所述多个芯具有与所述第一膨胀系数不同的第二膨胀系数；和多个支撑件，所述多个支撑件中的每个支撑件将来自所述多个芯的相应芯附接到来自所述多个空腔的相应空腔，使得在不同的所述第一膨胀系数和所述第二膨胀系数的情况下，所述支撑件在所述转子的给定的工作温度范围内保持附接到所述相应芯和所述相应空腔。

其中，所述多个芯可以由不能被充分加工的材料制成。

其中，所述多个支撑件中的每个支撑件可以是垫片，所述垫片由保持所述垫片和所述相应空腔之间的第一过盈配合以及所述垫片和所述相应芯之间的第二过盈配合的材料制成。

其中，所述材料可以是硫化弹性体。

其中，所述多个空腔中的每个空腔可以包括孔口，并且其中，所述多个芯中的每个芯可以包括孔口，以及其中，所述多个支撑件中的每个支撑件可以是延伸到所述相应空腔的所述孔口和所述相应芯的所述孔口中的板条，以保持所述多个芯附接到所述转子绕组。

其中，所述板条可以使用原位模制操作来制成。

其中，所述多个芯中的每个芯可以包括凹口，并且其中，所述多个支撑件中的每个支撑件可以是环，所述环是所述转子绕组的一部分并且延伸到所述凹口中。

其中，所述凹口可以是所述相应芯的斜切边缘，从而将所述相应芯在所述相应空腔内桩定就位。

其中，所述多个空腔中的每个空腔可以径向地围绕盘定位，每个空腔可以包括朝向所述转子绕组的中心的内部和朝向周边的外部，并且其中，对于所述多个芯中的每个芯，所述多个支撑件可以包括：第一支撑件，所述第一支撑件将所述空腔的所述内部与针对该空腔的所述相应芯相附接；和第二支撑件，所述第二支撑件将所述空腔的所述外部与针对该空腔的所述相应芯相附接。

其中，每个空腔可以包括连接所述内部和所述外部的侧部，并且每个空腔还可以包括：在所述侧部和针对该空腔的所述相应芯之间的气隙，其中，多个硫化弹性体部分中的每个硫化弹性体部分将所述相应芯悬撑在其所述相应空腔中。

本公开的一个方面涉及一种用于轴向磁通感应旋转电机的转子，所述转子通过包括以下操作的方法制成：制造包括有多个空腔的转子绕组，其中所述转子绕组具有第一膨胀系数；制造多个芯，每个芯在来自所述多个空腔的相应空腔内并且包括铁磁粉末，其中所述铁磁粉末的各个晶粒彼此绝缘，其中所述多个芯具有不同于所述第一膨胀系数的第二膨胀系数；制造多个支撑件；和将所述多个支撑件中的每个支撑件附接到来自所述多个芯的相应芯和来自所述多个空腔的相应空腔，使得在不同的所述第一膨胀系数和所述第二膨胀系数的情况下，所述支撑件在所述转子的给定的工作温度范围内保持附接到所述相应芯和所述相应空腔。

其中，制造所述多个支撑件可以包括：制造所述多个支撑件，使得所述多个支撑件中的每个支撑件是垫片，所述垫片由保持所述垫片和所述相应空腔之间的第一过盈配合以及所述垫片和所述相应芯之间的第二过盈配合的材料制成。

其中，所述材料可以是弹性体，并且其中，制造所述多个支撑件可以包括使所述弹性体硫化。

其中，所述弹性体可以是肖氏硬度为至少90A的含氟弹性体。

其中，制造所述转子绕组可以包括：制造所述转子绕组，使得所述多个空腔中的每个空腔包括第一孔口，并且制造所述多个芯，其中，所述多个芯中的每个芯可以包括连接到所述第一孔口的第二孔口，其中所述第一孔口和所述第二孔口一起形成延伸到所述转子的表面的管，以及其中，制造所述多个支撑件可以包括，对于所述多个支撑件中的每个支撑件，制造将所述相应芯附接到所述相应空腔的板条，所述板条与所述第一孔口和所述第二孔口匹配以将所述相应芯附接到所述相应空腔。

其中，制造所述转子的方法可以进一步包括：在制造所述多个支撑件之前，将所述多个芯中的每个芯插入到所述多个空腔中的相应空腔中，其中，制造所述多个支撑件包括，对于所述多个支撑件中的每一个支撑件：将液体形式的材料注入到所述管中；和固化所述第一孔口和所述第二孔口中的所述材料以形成所述板条。

其中，所述材料可以是聚合物。

其中，所述多个芯中的每个芯可以包括凹口，并且其中，所述多个支撑件中的每个支撑件可以是作为所述转子绕组的一部分并且延伸到所述凹口中的桩。

其中，所述凹口可以是所述相应芯的斜切边缘，并且其中，所述桩可以与所述凹口过盈配合。

其中，所述多个空腔中的每个空腔可以径向地围绕盘定位，每个空腔可以包括朝向所述盘的中心的内部和朝向周边的外部，并且其中，对于所述多个芯中的每个芯，所述多个支撑件可以包括：第一支撑件，所述第一支撑件将所述空腔的所述内部与针对该空腔的所述相应芯相附接；和第二支撑件，所述第二支撑件将所述空腔的所述外部与针对该空腔的所述相应芯相附接。

实施例涉及用于轴向磁通感应旋转电机的转子，所述转子将软磁性复合材料(SMC)用于转子芯。第一实施例涉及一种用于旋转电机的转子，该转子平行于转子的轴传输磁通。转子包括转子绕组和排列在转子内的多个芯。转子绕组由包括多个空腔的一块实心导电材料组成。每个芯放置在相应空腔中并且包含高阻性的各向同性铁磁SMC粉末。

在第二实施例中，一种用于轴向磁通感应旋转电机的转子，该转子包括转子绕组、多个芯和多个支撑件。转子绕组包括多个空腔并且具有第一膨胀系数。该多个芯中的每个芯插入来自该多个空腔的相应空腔内。每个芯包括铁磁粉末，并且铁磁粉末的相应晶粒彼此绝缘。最后，来自该多个支撑件的每个支撑件附接到来自该多个芯的相应芯，附接到来自多个空腔的相应空腔，使得在不同的第一和第二膨胀系数的情况下，支撑件在转子的给定的工作温度范围内保持附接到该相应芯和该相应空腔。

在第三实施例中，一种用于轴向磁通旋转电机的转子包括多个芯、转子绕组和带。转子绕组由包含多个空腔的导电材料的实心盘组成。该多个芯中的每个芯位于该多个空腔中的相应空腔中。所述带接合转子绕组的外边缘并且对转子绕组施加压缩。

在第四实施例中，以至少两个步骤制造用于旋转电机的线圈，该线圈平行于转子的轴传输磁通。首先，线材以大致180度的角度反复弯曲，以沿着旋转电机的轴在轴线方向上堆叠弯曲的线材。线材弯曲成使得线材中的弯曲的数目与旋转电机的定子的绕组的匝数相对应。第二，沿旋转电机的旋转方向压制线材。用具有交错齿的模具压制线材，该交错齿具有将线材形成为线圈以装配在旋转电机的定子的至少一个齿上的形状。

在第五实施例中，一种用于轴向磁通旋转电机的定子包括绕组和定子芯。绕组被配置为产生磁场，并且包括彼此重叠的多个线圈。定子芯包括基部和多个齿。基部使磁通短路。并且每个齿传输磁通并由狭槽隔开并张开，使得在制造期间绕组能够在该多个齿上滑动。

在第六实施例中，轴向磁通旋转电机包括端铃(endbell)、定子芯和支架。定子芯由软磁性复合材料(SMC)制成，并且包括多个齿、基部和唇缘。每个齿传输来自由一个狭槽彼此隔开的磁路的磁通。基部连接该多个齿并且使磁路短路。唇缘从基部延伸。最后，支架连接到端铃并且与唇缘接合以在端铃中将单件定子保持固定。

还公开了方法、装置和按产品生产的权利要求。

下面参考附图详细描述本实用新型的其它实施例，特征和优点以及各种实施例的结构和操作。

附图说明

并入本文并构成说明书一部分的附图图示了本公开，并且与说明书一起进一步用于解释本公开的原理并使相关领域的技术人员能够制造和使用本公开。

图1示出了根据一些实施例的用于轴向磁通电机的组件。

图2示出了根据一些实施例的制造用于轴向磁通电机的转子的方法。

图3示出了根据一些实施例的用于轴向磁通感应电机的转子的芯。

图4是示出根据一些实施例的芯如何通过支撑件而悬撑在转子绕组中的示意图。

图5A至图5D是图示根据一些实施例的将芯悬撑在转子绕组中的不同方式的示意图。

图6图示了根据一些实施例的转子绕组如何被插入带中。

图7图示了根据一些实施例的包括定子芯和定子绕组的定子。

图8A至图8B图示了根据一些实施例的用于定子绕组的线圈。

图9图示了根据一些实施例的用于制造用于定子绕组的线圈的方法。

图10A至图10K是图示用于制造线圈的方法的示例性操作的示意图。

图11图示了线圈如何交错，互连以及插入张开的定子中。

图12A至图12D图示了彼此重叠的两个线圈，其中互连件被焊接到接头上。

图13图示了施加到定子线圈的三相的示例信号。

图14图示了根据一些实施例的由软磁性复合材料制造的定子芯。

图15是图示根据一些实施例的定子芯如何被安装到旋转电机的端铃上的截面图。

图16A至图16D更详细地示出了根据实施例的如何能够将定子安装到端铃。

图17和图18A至图18B示出了根据一些实施例的如何能够将转子安装到轴。

图19示出了根据一些实施例的用于轴向磁通电机的转子。

图20至图21示出了根据一些实施例的示例轴向磁通马达。

图22A至图22D图示了根据一些实施例的轴向磁通感应马达如何产生转矩。

图23A至图23B示出了根据一些实施例的用于轴向磁通马达的转子中的磁场和电流。

元件在其中首次出现的附图通常由相应附图标记中最左边的一个或多个数字指示。在附图中，相似的附图标记可以指示相同或功能相似的元件。

具体实施方式

本文公开一种轴向磁通感应旋转电机，其解决了上述一些缺点。例如，转子将绝缘的铁磁粉末用于其芯。这允许轴向感应电机控制涡电流，同时比使用叠片堆的同类电机更便宜，更容易且更快速地制造，并且可能更耐用。而且，作为轴向电机，该电机提供了良好的功率密度和效率，并且通过避免使用永磁体，该电机提供了改进的成本效益并减轻了生产该电机对环境的影响。

根据一些实施例，转子绕组是导电金属的实心盘，其具有用于相应高磁导率芯的空腔。在许多应用中，转子以很高的速度旋转是有利的，并且因此它必须能够承受高的离心加速度力。转子内的芯必须非常紧密地配合在周围的转子绕组中，以防止可能导致疲劳失效的运动。如上所述，这些铁磁粉末可能非常脆并且难以加工，因为机加工还会改变绝缘粉末的电完整性。因此，可能难于或不可能将由这些铁磁粉末制成的芯机加工或压制到保持足够紧密配合以使芯在转子绕组中保持安全所需的足够公差。鉴于芯和绕组具有不同的膨胀系数并且因此在受到温度变化的影响时会不同地膨胀或收缩，这一点尤其正确。由于这些原因，芯和转子绕组之间的过盈配合可能是不可能的。

为了解决这个问题，本文公开的实施例用一个或多个支撑件包围芯的至少一部分，该一个或多个支撑件由足够刚性以保持芯并且同时适应芯和绕组的不同的膨胀系数的材料制成。因此，该材料必须足够柔韧以适于芯和绕组的不同制造公差。可应用该材料以将转子绕组与芯的内部部分(即更靠近轴的部分)和芯的外部部分(即更靠近转子周边的部分)相附接。在侧面部分上，可以允许有气隙。在一个示例中，垫片可以由硫化弹性体制成。下面将更详细地描述此示例和其它示例。

如上所述，转子需要承受很大的离心力。Pyrhonen等人在美国专利公开第2008/0001488号中公开了一种轴向电机中的现有方法。为了承受这些巨大的离心加速度力，Pyrhonen教导将转子绕组安装到碳纤维框架上。就制造的成本和难度而言，这种方法具有明显的缺点。

另一方面，本文公开的实施例使用带来压缩转子绕组并抵消离心力，从而保持转子绕组与相应芯之间的摩擦结合。带由坚固的材料(例如马氏体时效钢)制成并紧紧包围转子绕组盘，从而施加抵消离心力的压缩力。以此方式，实施例提供了成本效益的方式，该方式具有单个导电金属盘作为绕组同时保持耐用性并允许更高的旋转速度。

如上所述，常规上，用于轴向磁通感应马达的绕组是用手缠绕的。本文公开的实施例提供了一种自动方式来制造定子的线圈并将线圈施加到定子上。根据实施例，将矩形线材(也称为条形线材)解绕并且拉直。然后，将矩形线材反复弯曲以在沿着旋转电机的轴的轴线方向上堆叠完全的线材。线材中的弯曲的数目对应于旋转电机的线圈的匝数。然后，在旋转电机的旋转方向上，用具有交错齿的模具压制线材。以此方式，将线材成形为配合在定子的至少一个齿上的形状，从而形成线圈。线圈可以相互重叠，交错并相互连接成相，以制成定子绕组。

而且，根据一个实施例，线圈是单独制造的，使得它们在组装成线圈组时可以相互啮合。以这种方式，在制造之后，它们就可以组装到可以滑到张开的定子上的布线设备中，从而减少了制造工艺中的劳力并且提高了狭槽的填充系数。

如前所述，常规上用手将定子绕组插入的一个原因是它们的狭槽被部分地封闭，从而导致顶部处的定子齿变宽。因此，根据一个实施例，定子齿是张开的，使得组装的定子绕组可以直接向下滑到定子上，从而无需手动缠绕线圈组件。

通过避免对昂贵的稀土材料的需求以及通过降低线材插入成本两者来提供电机的成本效益。而且，在径向配置中具有与常规稀土电机相当或更高的功率密度导致了较低的质量。较低的质量导致爆震效应 (knock on effects)，其为电动汽车等应用节省了更多成本。

现在将详细参考附图中示出的代表性实施例。首先，参考图1描述了示例设备的组件。其次，参照图2至图4、图5A至图5D和图6 更详细地描述了转子及其制造。第三，参照图7、图8A至图8B、图9、图10A至图10K、图11、图12A至图12D和图13更详细地描述了定子及其制造。第四，关于图14、图15和图16A至图16D描述了如何将定子安装到端铃。第五，关于图17和图18A至图18B描述了如何将转子安装到轴。第六，关于图19至图21描述了各种替代实施例。第七，最后，关于图22A至图22D和图23A至图23B描述了轴向磁通感应电机的操作。应当理解的是，以下描述并非旨在将实施例限制为一个优选实施例。相反，本实用新型旨在覆盖如权利要求所限定的所描述的实施例的精神和范围内可包括的尽可能多的替代，改型和等同形式。

轴向磁通感应电机的组装

图1图示了根据一些实施例的用于轴向磁通电机100的组件。电机100包括两个端铃102A和102B、两个定子132A和132B、两个轴承组件136A和136B、轴140和转子134。在该实施例中，转子134 位于定子132A和132B之间。这是一种配置；下面将关于图20和图 21描述利用这些组件的其它实施例。

端铃102A和102B形成了包围电机100的壳体。端铃102A和102B 为轴承组件136A和136B提供支撑，并为电机100的包括有定子132A 和132B和转子134在内的内部组件提供保护。可以将端铃102A和102B 安装到利用电机的设备上，例如车辆、涡轮机或需要将电转换为转矩或者将转矩转换为电的任何工业设备。

端铃102A和102B优选地由非铁磁(优选地抗磁)的电阻材料(例如不锈钢310或304或钛(无论是合金的还是商业级纯的))制成。也可以使用其它在结构上适当的非磁性材料，例如聚醚醚酮(PEEK)，聚乙烯亚胺(PEI)或碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维树脂复合材料(其中树脂可以是热固性或热塑性)。

端铃102A和102B沿其中心轴线具有使电机100的轴140穿过的孔(图示为孔130)。端铃102B还具有孔138，用于连接到定子132A 和132B的线材穿过。在实施例中，端铃102A和102B还可以具有用于冷却电机的孔，例如用于气体或其它冷却物质的传递。技术人员会认识到本领域中用于使空气或其它物质循环通过电机100以进行冷却的各种方法。可以使用风扇或其它方式迫使其它物质通过电机100。以这种方式，电机100可以被更积极地冷却。

在一个实施例中，转子134与定子132A和132B之间的空间可以在0.1毫米-2毫米之间。该实施例可以具有改善的空气流/气体流的优点，这允许热量更有效地从转子盘、定子和绕组中去除。

在另一个实施例中，端铃102A和102B可以被密封，并且可能被加压。例如，端铃102A和102B可包括氢气。氢气是热量的有效导体；因此，它可以帮助排出电机100的部件中的热量。在本实施例中，轴承组件136A和136B可以是气密的。在该实施例中，可使用孔将气体循环至内部或外部热交换器。为了使气体循环，可以使用内部风扇、螺旋、鼓风机或再生式涡轮机。

定子132A和132B以及转子134在端铃102A和102B内。这是一个实施例，其它实施例将在后面关于图19至图21进行描述。定子 132A和132B各自包括相应的定子芯112A和112B以及相应的定子绕组116A和116B。定子芯112A和112B优选地由透磁的高阻性的材料 (例如SMC粉末或硅钢)制成。在一个示例中，定子芯112A和112B 可以由缠绕成线轴并被切割以形成适当形状的叠片的电工钢条带制成。

定子绕组116A和116B优选地由导电材料制成。例如，定子绕组 116A和116B可以由铜、铝、银、金或其它高导电率的电材料制成。电流流过定子绕组116A和116B以在定子芯112A和112B中感应出磁场。定子132A和132B以及它们如何被制造会在下面关于图7至图13更详细地描述。

定子132A和132B可以以固定的方式安装到相应端铃102A和 102B。如果定子芯112A和112B由具有可观的抗张强度的材料(例如硅钢)制成，则可以在定子芯112A和112B中钻出孔以将定子芯112A 和112B附接到相应端铃102A和102B中的正确位置中。

如果定子芯112A和112B由不具有可观的抗张强度的材料(例如 SMC)制成，则可以采用将定子132A和132B安装到端铃102A和102B 的其它方法。下面关于图14、图15和图16A至16D描述了一种这样的方法。

轴承组件136A和136B也安装到端铃102A和102B。轴承组件 136A和136B为轴140提供刚性支撑，同时允许轴140以最小的摩擦旋转。可以使用任何数目的通用技术将轴承组件136A和136B附接到轴140并且附接到相应端铃102A和102B。轴承组件136A和136B可以包括弹簧和内部部分，该弹簧用于实现预加载和定心，该预加载和定心对着端铃的内轴向壁(如弹簧104A和外部107所示)起作用，该内部部分以固定方式附接到轴(如内部118B所示)。内部部分可包括支撑轴承110A和110B并允许它们以最小的摩擦旋转的孔。在不同的实施例中，轴承110A和110B可以是球轴承或滚子轴承。以这种方式，轴承组件136A和136B允许轴140旋转，同时提供足够的支撑。

轴140附接到转子134并垂直于转子134。关于轴承组件136A和 136B如何支撑轴140以及如何将轴140附接到转子134的更多细节在下面关于图17和图18A至图18B进行了描述。

转子134包括多个芯(例如芯106)、转子绕组114和带108。每个芯放置在转子绕组114的空腔内。转子绕组114被带108包围。转子绕组114承载由定子132A和132B感应的电流。在一个实施例中，转子绕组114由包括多个空腔的导电材料的实心盘组成。盘可以是扁平的圆柱体形状。关于图2至图4、图5A至图5D和图6更详细地描述了转子及其制造。

另外，电机100可以包括位置传感器(未示出)。位置传感器可以能够检测转子134和/或轴140的位置、旋转方向和/或旋转速度。位置传感器可以安装在端铃102A-102B的内部内或外部上。从位置传感器收集的数据可以用于控制施加到定子绕组116A-116B的电流的相位和幅度。

用于轴向磁通感应电机的转子

图2图示了根据一些实施例的制造用于轴向磁通电机的转子的方法200。方法200开始于步骤202，其中制造了多个芯、转子绕组和带。这些部件中的每个部件可以如下所述分别制造。

该多个芯中的每个芯(例如，图1中的芯106)可以由电阻性的各向同性的铁磁粉末(例如软磁性复合材料，例如，SOMALOY 700 3P SMC粉末)制成。各向同性铁磁粉末的各个晶粒可以是涂覆有绝缘层的铁。晶粒可以用涂层(例如磁铁矿，二氧化硅或其它绝缘氧化物)彼此绝缘。这种粉末的一个示例是从瑞典的

的

AB可获得的SOMALOY复合粉末。以这种方式，实施例避免了在控制涡电流的同时将材料叠层。

芯106可以不是永磁体，但是可能必须被励磁以传输磁通。在实施例中，芯106具有大于1.5T或者甚至2.0T的饱和磁通密度。当芯经受4,000安培/米(Amps/m)的磁场时，芯106具有至少1.1T，或甚至至少1.5T的磁通密度。芯106可以具有至少1、1.5或甚至2的磁导率。芯106可以具有小于40瓦/米*开(W/m*K)的导热率。在芯106内，铁磁粉末可以具有在7.25g/cm³和7.60g/cm³之间的密度。可替代地，铁磁粉末可以具有在7.49g/cm³和7.58g/cm³之间的密度。

为了达到这样的密度，如图3中的示意图300所图示的，可能需要在模具中压缩SMC粉末。示意图300图示了模具302，该模具302 具有芯106的形状的形模304。可以将粉末放置在形模304中，并以 550兆帕斯卡至800兆帕斯卡(或每平方英寸39.9短吨至58.0短吨) 的压实压力进行压缩。粉末可以反复插入并压缩，直到达到足够的密度。将粉末压缩成芯后，将芯在氮气气氛中加热至900℃，以蒸发模具润滑剂并活化磷结合剂，并赋予芯机械强度。随后，可在蒸汽气氛中将芯加热至基本上600℃。这些不同的处理可能导致粉末结合在一起成为实心(特别是溶胶胶体)。

在其它实施例中，芯106可以由叠片堆、由铁磁材料制成的线圈和/或由软块状铁磁芯或它们的某种组合制成。叠片堆可以是彼此叠片以促进电阻率的片堆。由铁磁材料制成的线圈可以是堆叠，该堆叠围绕中心轴线缠绕，从而彼此层叠其中的每一层。软块状铁磁芯的一个示例是钒坡明德合金(Vanadium Permendur，也称为Hiperco 50)。钒坡明德合金是一种铁钴钒铁磁合金。

返回图2，还在步骤202中制造转子绕组。如上所述，转子绕组可以由导电材料的实心盘组成。盘可以是扁平的圆柱体形状。

在图5A至图5B中图示了一个示例性转子绕组114。如那些图中所示，转子绕组114包括多个空腔544A…544N。在每个空腔之间，转子绕组114包括转子条，例如转子条507。响应于在时间和空间上变化的磁场磁通，在转子条中感应出电流，该磁场磁通由定子沿轴向跨越气隙施加并进入到转子中。转子条中的感应电流本身会产生磁通，该磁通与通过转子的施加的磁通相反(但不足以平衡)。转子条中的感应电流响应于净磁场而产生洛伦兹力反作用，从而产生转矩。转子条被配置为足够窄以干净地传输感应电流，最大程度地避免涡电流，但是足够宽以承载感应电流而没有太大的电阻损耗。

连接转子条的是两个短路环：短路环508和短路环510。短路环 508和短路环510是使相应转子条短路的环。短路环508位于转子绕组 114的内部部分中，而短路环510位于转子绕组114的外部部分中。

如上所述，转子绕组114可以是单件导电金属。因此，短路环508、短路环510和转子条507可以是同一金属件的不同区域。在一个实施例中，转子绕组114可以由铬铜合金制成，其在成本效益、导电性和强度方面提供技术优势。在第二实施例中，转子绕组114可以由铝或铝合金制成，这在具有比铜更高的强度重量比方面提供了技术优势，但是可能以导电性为代价。在第三实施例中，转子绕组114可以由银或银合金制成，其中的前者具有比铜或铝导电性更高的技术优势，但是可能以成本为代价。

在其它实施例中，转子绕组114可以由那些金属中的任一种的合金或复合材料以及石墨烯薄片制成。就增加的强度和导电性而言，添加石墨烯可以提供附加的技术优势，但是可能以增加的成本和制造困难为代价。

石墨烯-金属复合材料可以若干种方式生产。在一种方法中，将石墨烯薄片与铜粉末混合，并通过球磨将其彼此结合。可以将所得混合物定中心并压制成复合材料。在另一种方法中，可以通过3D打印或增材制造来生产复合材料，为了施加石墨烯薄片和铜粉末层，也许可以用结合剂。之后可以通过球磨石墨烯薄片和铜粉末来进行烧结工艺以固化复合材料并排出粘合剂。

如上所述，转子绕组114中的每个空腔544A…544N具有相似的形状和定向，以接收具有相同尺寸的芯。每个芯可以与转子的轴线基本上等距。空腔可以以偏斜角成角度。可以选择偏斜角以最小化转矩波动并确保力相对均匀地施加到转子绕组和转子芯。

如上所述，转子绕组和转子芯可以由具有不同膨胀系数的不同材料制成。热膨胀系数是一种固有的材料特性，它表示材料的体积以及线性尺寸随温度变化的程度。不同的物质以不同的量膨胀。

转向图2，诸如图1中的带108的带也在步骤202处制造。带108 接合转子绕组的外边缘并且对转子绕组施加压缩。带108是在轴线上居中的圆形带，其具有足以容纳转子绕组114的空隙。带可以由马氏体时效钢制成。在其它示例中，带可以由钛或铝合金或碳纤维复合材料制成。带108也可以通过锻造，热轧形成，或者可以被冷轧然后焊接成形。

由于过盈配合，带108处于拉伸。带108施加径向压缩应力，使得在转子的最外部区域内，该压缩应力完全或部分抵消了由作用在转子的上部的离心加速度力所产生的张力。转子带的功能是防止转子过度径向变形。这些压缩力可以起到增加转子绕组114的某些部分的可允许的循环载荷水平(最大角速度或对于特定速度的循环数的某种组合)的作用。但是，重要的是要注意绕组114的设计使得其防止所述预加载压缩力不利地影响所包围的芯。

返回图2，在步骤204处在组件和带之间施加热差。热差可以涉及冷却组件以使其收缩或加热带以使其膨胀，或两者。

在施加热差的同时，在步骤206处将绕组组件插入带内部。步骤 206在图6中图示。图6示出了图示了安装到轴向磁通马达的转子中的带108的示意图600。示意图600图示了组件604，其包括转子绕组，该转子绕组具有插入到其相应空腔中的支撑件和芯。组件604被插入到带108内的空隙中。组件604还具有凸瓣花键602，以使转子能够安装在轴上，这将在下面关于图17和图18A至图18B进行讨论。

当热差消散并且带和转子绕组处于相似的温度时，带108向转子绕组施加压缩力。在一个示例中，带108可以向转子绕组施加80兆帕至300兆帕的压力。带108在转子的最外部区域内施加径向压缩应力。同样，这些压缩力可以起到增加转子绕组114的某些部分的可允许的周期性载荷水平的作用。并且，所述转子带防止转子在高角速度下的过度径向变形。以这种方式，方法200产生了用于轴向磁通感应马达的转子，该转子更耐用并且使用了高导电性和磁软性的材料。因此，带108增加了电机的可用工作速度。

在一些实施例中，带具有当转子旋转时被去除以平衡转子的部分。以这种方式从精整转子上去除部分可以帮助对准和平衡并校正制造工艺中的任何缺陷。结果是转子沿其轴线具有质量的均匀分布。以这种方式，该带可用于帮助避免在精整转子旋转时的任何摆动。

在一些实施例中，带具有用于散发来自转子的热量的附件。热量从转子绕组传导到带，包括传导到附件。旋转转子的对流导致热量从附件散发到周围的空气或其它气体中。以这种方式，当转子旋转时，附件可以使空气循环以冷却转子。

返回图2，在步骤208处，将支撑件施加到芯，并且根据步骤210，将芯插入到转子绕组中。如上所述，可以在插入芯之前或之后添加支撑件。

在步骤208处，施加支撑件以将芯悬撑在转子绕组的各个空腔中。如上所述，诸如图1中的芯106的芯可能是脆性和低抗张强度的。其次，出于电磁设计的原因，可能无法将转子芯制成防止在加速和/或振动载荷下弯曲或拉伸的形状。最后，转子插入件的热膨胀系数通常与导电转子材料的热膨胀系数有很大不同。出于这三个原因，因此很难或不可能实现转子和转子芯之间的在马达或发电机可能经历的所有温度范围内(例如从-40℃至+200℃)工作的直接过盈配合。

此外，如上所述，SMC复合材料的膨胀系数和转子绕组的材料不同。如果仅在将足够大的温差施加到转子绕组后才插入SMC复合材料，则转子绕组施加的不相等的压缩力可能会摧毁转子芯。可选地，再次由不同的膨胀系数，当加热转子绕组时，SMC复合材料可能变得太松。本文公开的实施例通过使用替代的固定方法(例如，使用如图4中的示意图400所图示的支撑件来悬撑芯4)来避免该问题。

示意图400包括转子绕组114，该转子绕组114如图1中所示的那样，在其空腔中容纳许多芯，例如芯106。芯106通过相应的支撑件 404和406附接到转子绕组114。支撑件404是外部支撑件，其朝向芯的周边附接到芯106的外部部分，即其外部短路环。支撑件406是内部支撑件，其朝向转子的内部短路环附接到芯106的内部部分。支撑件404在芯106和转子绕组114之间的宽度可以在0毫米和1.5毫米之间。支撑件406在芯106和转子绕组114之间的宽度可以在0.1毫米和 5毫米之间。

支撑件404和406由足够刚性以保持芯并且同时适应芯和绕组的不同膨胀系数的材料制成。因此，材料必须足够柔韧以适于芯和绕组的不同制造公差。示例材料包括弹性体，例如乳胶橡胶。更具体地，可以使用氟弹性体或FKM。氟橡胶或FKM是专为极高温操作而设计的一类合成橡胶。FKM具有耐化学性、耐热性和耐油性，同时提供在 200℃以上的使用寿命。FKM不是单个实体而是含氟聚合物橡胶家族。含氟弹性体或FKM(有时也称为FKMViton)可以通过其氟含量(66 ％，68％和70％)相应地分类。这意味着具有较高氟含量的FKM橡胶具有由于增加氟含量而增加的耐流体性。在一个优选的实施例中，可能期望具有90A或更高的肖氏硬度的材料。

弹性体可以被硫化，例如通过在高温下用硫处理来硬化。硫化可以利用多种试剂(例如硫代氨基甲酰苯胺、硫脲、过氧化枯烯，氧化镁等)，而在某些情况下根本不使用试剂(部分固化)。

在其它示例中，可以利用不同的物质。例如，支撑件404和406 可以由热塑性聚合物(例如聚醚醚酮(PEEK)或聚乙烯亚胺(PEI)) 制成。在其它示例中，支撑件404和406可以由高温环氧树脂、丙烯酸酯或氰基丙烯酸酯制成。

在一个实施例中，用于支撑件404和406的材料可以在插入到绕组114中之前施加到芯106。在另一实施例中，可以在插入芯106之前首先将其施加到绕组114。在第三实施例中，它可以在插入芯106之后施加。在那种情况下，当将硫化的弹性体用于支撑件404和406时，可以处理整个芯绕组组件以完成硫化工艺。这可能是原位模制操作 (mold-in-placeoperation)。在原位模制操作中，将芯插入到转子绕组上的各个空腔中之后，可以将弹性体或其它物质在压力下以液体形式注入，以填充存在于空腔的内部部分和外部部分中的间隙。然后，可以将整个组件加热到硫化温度以固化材料。

在芯106的内部部分和外部部分之间是侧面部分408和410。沿着部分408和410，可以在芯106和绕组114之间允许气隙。以这种方式，支撑件将相应芯悬撑在其相应空腔中。优选地，气隙应该足够大以允许制造公差，并且不会更大。以这种方式，为电磁材料保留的空间被最大化。

支撑件404和406可以具有各种不同的形状，并且可以以各种不同的方式被施加以悬撑芯106，如下面将参照图5A至5D所描述的。支撑件404和406可以是垫片、板条(staves)、桩(stakes)或弹簧。

图5A图示了转子绕组114，其具有使用垫片悬撑的多个芯 106A…106N。垫片是用于对准和固定零件的薄的材料条带，使它们以所需的方式配合在一起。如以上关于图4所描述的，芯106A…106N使用内部垫片和外部垫片504和506附接到转子绕组114。垫片504和506可以在一侧上变圆以匹配转子绕组114的空腔的形状，并且可以在另一侧上变圆以匹配对应芯106的形状。可以使用粘合剂将垫片504 和506附接到芯106。然后，可以将垫片芯组件514插入到转子绕组 114中的对应空腔中。以这种方式，虽然芯106A…106N与绕组114之间不可能直接过盈配合，但是绕组114和垫片504和506之间，以及垫片504和506与芯106A…106N之间可能存在过盈配合。

图5B利用其中支撑件是板条的另一实施例图示了示意图550。板条是与零件互锁以将它们固定在一起的一种材料。如在图5A中的示意图500中一样，示意图550包括插入到转子绕组502中的多个芯，例如芯514。同样如上，该多个芯使用内部和外部板条516和518而被附接到绕组502。然而，这里的板条被成形以与绕组502和芯514相匹配。以这种方式，板条516和518延伸到绕组502中的相应空腔中的孔口中和相应芯514中的孔口中，以保持芯514附接到转子绕组502并固定在转子绕组502内。

在实施例中，孔口可以是被切割到或模制到转子绕组502、芯514 或两者中的凹槽、球形体或两者。板条516和518可以具有与相应孔口匹配的形状。如在520处所图示的，孔口和对应板条可以放置在芯 514的内部部分上和外部部分上。以这种方式，对应的板条和孔口彼此匹配，从而使芯更牢固。

转子绕组502和芯514上的相应孔口可以彼此结合以形成延伸到转子的表面的内部中的管。板条可以通过将液态形式的聚合物材料注入芯514和转子绕组502之间的管中来制造。一旦注入，聚合物材料将固化并硬化以形成牢固的配合。

图5C以利用使用桩定(staking)将芯固定在绕组中的第三实施例图示了示意图570。示意图570包括转子绕组580和芯574。在示意图 570中，芯574通过环572A-572D固定就位。在这里，桩定用于将芯保持就位。桩定仅是在空腔边缘的周边处在铜转子上的底部和顶部两者上进行的操作。桩定涉及压制在该凸台(ledge)上，使该凸台或环变形，以在芯周围形成永久的包围环特征。这些环配合到对应的倒角凸出部(chamfer relief)中，用该倒角凸出部制造插入件。

在该实施例中，通过沿着转子空腔的边缘压制，将环形成为转子绕组580的572A-572D突出。环572A-572D可以由与转子绕组相同的材料(优选地铬-铜合金)制成。例如，还可以压制环572A-572D，然后将其后加工至公差。

环572A-572D被配置成延伸并配合到相应凹口576A-576D中。凹口576A-576D位于芯574的拐角处。凹口576A-576D可以是芯574的斜切边缘。当将芯574压制成形时，可以从模具形成凹口576A-576D。

环572A-572D足够坚固以保持芯574。以这种方式，环572A-572D 在某些情况下可以保持与芯574的过盈配合。当芯574和转子绕组580 发热时，它们根据它们的不同的膨胀系数以不同的速率膨胀。环 572A-572D可抵靠凹口576A-576D滑动以适应芯574和转子绕组580 的不同变形。以这种方式，环572A-572D继续压靠芯574中的凹口 576A-576D，从而当转子被加热时，在转子绕组580内将芯574保持就位。

图5D利用其中支撑件是弹簧的第四实施例图示了示意图590。示意图590包含一个转子绕组591，该转子绕组保持多个芯，例如芯592。该多个芯中的每个芯都使用弹簧(例如弹簧593)在转子绕组591的空腔内被固定就位。

弹簧593可以是弹性装置，该弹性装置可以被按压或拉动但在释放时返回其先前形状。当插入了芯592时，弹簧593可以被压缩。一旦插入，弹簧593将抵靠转子绕组591内的空腔而在芯592上施加(几乎)恒定的压力。在另一个示例中，弹簧593可以是螺旋压缩弹簧、盘或贝氏弹簧。弹簧593可以由阻性非铁磁性金属制成。

当转子绕组591和芯592被加热时，弹簧593适应两件之间的尺寸差异，从而使芯592紧密地配合在转子绕组591内。以这种方式，尽管两件之间的膨胀系数不同，但是弹簧593仍将芯592保持在转子绕组591内。

虽然方法200是用图1中所图示的示例转子说明的，但是本领域技术人员将认识到，可以使用相同的制造技术来制造具有类似特性的其它转子。

虽然描述了各种支撑件以将芯附接到转子绕组，但是本领域技术人员将认识到，在其它实施例中，可以使用焊接或铜焊技术将芯附接到转子绕组。

如上所述，可以使用粘合剂将支撑件附接到芯和绕组。在另一个实施例中，芯可以使用粘合剂直接附接到绕组。在该实施例中，芯和转子绕组之间的大约0.5毫米的间隙可以用粘合剂填充。在示例中，间隙的厚度可以在0.3毫米和0.5毫米之间。在使用支撑件或直接使用粘合剂的情况下，粘合剂可以是环氧粘合剂，例如EP-830。粘合剂可以具有至少175℃的玻璃转化温度和至少180℃的额定温度。

用于轴向感应电机的定子

图7图示了根据一些实施例的类似于图1中的定子132A-132B的定子700，该定子700包括定子芯和定子绕组。定子700包括定子芯 112和定子绕组116。

如上所述，定子芯112可以由SMC或其它透磁材料制成。它可以具有基部和多个齿，例如齿730。这些齿由狭槽(诸如狭槽732)隔开。这些齿从基部向上突出，并且基部使各个齿之间的磁路短路。在优选实施例中，定子芯112可以具有36个齿。

包围齿的是定子绕组116。定子绕组116包括多个线圈，例如线圈 712、714、716、718、720和722。在优选实施例中，定子绕组116可以具有与定子芯112中的多个齿相对应的多个线圈。例如，在优选实施例中，定子芯112可以具有36个齿。因此，定子绕组116可以具有36个线圈。

定子绕组116中的线圈可以具有三相，每相代表不同的闭合电路。每个相中的线圈组成一个线圈组。在图7中所示的优选实施例中，在两个交替相之后，具有共同相的两个线圈紧挨着彼此放置(形成线圈对)。例如，线圈714与线圈712相邻。线圈714和712都是第一相的一部分，标记为相702A。相702A中的那对线圈与不同的相(相702B) 中的一对线圈相邻。在该相中的相邻的一对线圈是线圈716和718。在这些线圈之后的是在第三相(相702C)中的第三对线圈，即线圈720 和722。对于所有36个线圈，AA、BB、CC这种模式围绕定子不断重复。

图8A图示了根据一些实施例的用于定子绕组的线圈800。线圈800 可以是绝缘的矩形线材。在一个实施例中，线材可以由ETP或OFHC 铜制成。线材的宽度可以对应于狭槽的宽度。例如，每个狭槽的宽度可以足够大，以跨越配合单根线材，并加上用于绝缘纸和制造公差的小余量。

线圈800具有多个匝，例如匝804。每个匝表示绕组回到其原始横向点的回路。在图8中的优选实施例中，线圈可以具有五匝，所有匝均为共同形状。匝数对应于矩形线材在轴线方向上的厚度和定子齿的高度，以使狭槽中被铜占据的空间最大化。

在该实施例中，将匝804弯曲以包围四个定子齿。基于线圈所包围的齿的数目，匝804可以具有不同的几何形状和形状。在图8A中所示的实施例中，线圈800以角度806和808弯曲，使得在角度806和 808之间的线材的分段807延伸径向方向(即，从沿着电机的半径的轴线延伸的方向)。该线材的分段被定位成在两个定子齿之间穿过狭槽。在弯曲810处，线圈800在面对电机的轴线的方向朝向面对电机的周边的方向回折180°。围绕匝804向后延伸，线圈800以角度812和814 弯曲，使得角度812和814之间的分段813也延伸径向方向。最后，线圈800在其径向尺寸上在其初始位置处完成匝804。

为了形成匝804，线圈800在每个半匝中以交替的方向向外延伸：首先在朝向角度806和808以及分段807的方向上，然后在朝向角度 812和814以及分段813的方向上。这些交替的方向为线圈提供了在彼此之上交错和重叠的能力。换句话说，相邻线圈(未示出)的分段807 可以搁置在分段813的顶部上。这可以延伸到若干个不同的线圈。例如，当组装到定子绕组中时，三个或四个线圈可以交错到线圈800中。通过使分段从旋转轴径向向外延伸，绕组形成了独特的“截头派楔形”形状。

然后，这些线圈的自由端弯曲成凸片。这些凸片允许将线圈端焊接或铜焊到互连条(或线材)。

图8B图示了线圈850。线圈850类似于图8A中的线圈800。然而，线圈850具有端852和854，该端852和854不返回到相同的横向位置，而是替代地在远离转子的径向方向上延伸。这具有改变互连件可以如何被焊接以连接定子绕组的不同相的效果。

图9图示了根据一些实施例的用于制造用于定子绕组的线圈(诸如图8A中的线圈800)的方法900。这是一个实施例。在其它实施例中，可以利用增材制造技术来制造线圈及它们的互连件。而且，线圈和/或它们的互连件可以被铸造。在铸造或3D打印之后，可以将金属浸入到用作绝缘材料的物质中。为了说明的目的，关于图10A-10K中的示例描述了方法900。图10A至图10K是图示用于制造线圈的方法的示例性操作的示意图。

方法900开始于在步骤902处从线轴解绕线材。这在图10A中的示意图1000中图示。示意图1000示出了具有两个滑轮1006和1008 的线轴1002。线材1004从线轴1002围绕滑轮1006和1008旋转出来。滑轮1006和1008是摩擦装置，其用于保持线材1004上的张力以防止线材1004从线轴1002解卷时的超速运转。

在解绕之后，如图10B中的示意图1010中所图示的，在步骤904 处拉直线材。为了拉直线材，将该线材穿过两平面拉直器。第一平面由拉直器1012图示，并且第二平面由拉直器1014示出。每个拉直器包括多个辊，这些辊被定向在线材1004的任一侧上，以沿着其相应的 x或y维度将线材拉直。以此方式，拉直器1012和1014消除了线圈组，并呈现出一致的材料以遵循线圈形成装置。

在线材被拉直之后，在步骤906处将线材切成一定长度。为了测量适当长度的线材并将其馈送到后续工艺中，在图10C中的示意图 1020中图示了馈送单元。示意图1020包括馈送单元1022。该单元1022 被伺服控制以将线圈的每条腿馈送到期望的长度。线圈的长度可以例如使用操作员HMI触摸屏进行编程，也可以将其保存在控制器存储器中，或者经由网络控制监督程序(例如CODESYS、TwinCAT、RSLogix 或DeltaV监控程序)进行编程。线圈的长度可以基于匝的尺寸、定子齿的尺寸、线圈所封装的齿的数目以及线圈中的匝数来确定。转到图 10D中的示意图1030，可以使用一对线材切割器1038切割线材。

返回到方法900，在步骤908中，将线材沿电机的轴线方向(沿着轴线)弯曲成层叠(stack-up)。为了形成层叠，将线材馈入穿过如图 10D中的示意图1030中所示的弯曲单元。弯曲单元由伺服控制，以实现精准的角度旋转。弯曲单元包括跟随模具1032。跟随模具1032具有角度1036。一旦线材已经前进到足够的程度，即完成半匝所需的线材数量，凸轮1034会将线材压向模具1032，形成具有角度1036的带。结果在图10E中的示意图1040中示出，其图示了具有锯齿形图案的线材，该锯齿形图案具有多个角度，例如角度1042。

然后，将示意图1040中所示的具有锯齿形图案的弯曲的线材压成堆叠，如图10F中的示意图1050中示出。结果在图10G中的示意示意图1060中示出。堆叠在轴线方向上来回弯曲。弯曲数目对应于线圈中的电气匝数。例如，堆叠可以每匝包括两层。因此，在线圈具有五匝的情况下，示意图1060中所示的堆叠具有十层，并且弯曲了九次。

返回图9，在步骤910处，用具有交替形成齿的图案的模具对弯曲的堆叠线材进行横向压制。在图10H中的示意图1070中图示了这种压制。示意图1070图示了形成单元。形成机构可以具有将堆叠保持就位的夹具模具1072A和1072B。夹具1072A和1072B可以由伺服系统 1074A和1074B控制。夹具1072A和1072B在被定向在径向方向上时，可以保持堆叠的端。

在将线材堆夹持在两个纵向位置上(在端匝折痕处)的情况下，压制模具1076A和1076B可在与电机的旋转方向相对应的横向方向上压制线材堆。随着压制机的压制，夹具也向内移动以减轻由压制模具 1076A和1076B造成的在径向方向上的应力。压制模具1076A和1076B 由伺服机构1078B提供动力。压制模具1076A和1076B具有交替的成形齿组。这些成形齿的形状被设计为形成线材以配合在定子的至少一个齿上。在图10I至图10K中的示意图1085、1090和1095中更详细地图示了交替的成形齿组如何在压制期间形成零件的形状。

图11图示了描述了如何将线圈交错，互连以及插入开放式定子上的方法1100。

方法1100在步骤1102处通过制造线圈和定子芯开始。线圈可以如以上关于图9所描述的那样制造。如上所述，定子芯可以由叠片硅钢或软磁性复合材料(SMC)制成。如上所述，如果定子芯由SMC制成，则可以通过将SMC粉末重复压缩到具有正确形状的模具中直至其达到所需的密度来制造定子芯。当达到这样的密度时，然后将该生坯件暴露于上面概述的两部分热处理和蒸汽处理中。

在形成线圈之后，在步骤1104处将一组线圈插入到专用夹具中。在步骤1104处，一次将一个线圈插入到夹具中，在该夹具处将它们保持在正确的位置以焊接到互连件，然后作为组件配合到定子中。这在图12A至图12B中图示。

图12A至图12B图示了使用专用夹具将线圈组装成绕组。图12A 是示出作为专用夹具的一部分的多个柱(column)1202A-1202F的示意图1200。夹具可以具有与线圈的数目相对应的多个柱。例如，对于具有36个线圈的绕组，夹具可以具有36个柱。

柱1202A-1202F中的每个柱可以具有将线圈(例如，线圈1204) 保持就位的夹具。柱1202A-1202F中的每个柱都可以延伸和缩回以允许线圈滑动或旋转到它们的重叠或交错位置中。在示意图1200中，柱 1202A延伸并夹持线圈1204。线圈1204可以是组装的绕组的第一线圈。所有其它柱(例如1202B-1202F)都缩回。

转到图10B中的示意图1210，另一个线圈1216在电机的旋转平面内滑动并旋转以与来自线圈1204的交替匝交错。线圈1204重叠在线圈1216上。线圈1216移动到正确的轴线位置，然后旋转到现有线圈组中。一旦线圈1216被正确定位，它就被柱1202B保持固定，该柱将其夹持就位。在线圈1216就位之后，柱1202B延伸以将线圈1216 夹持就位。对每个线圈重复该过程，直到绕组中的所有线圈都就位。随着每个线圈被定位，柱可以重复地延伸，并且可以类似于定子的齿。以这种方式，柱可以将线圈保持就位。

返回图11，一旦所有线圈都插入，则在步骤1106处，通过在线圈突片处的(激光，电阻或超声)焊接将线圈电连接到互连条/线材。下面将关于图12C至图12D详细讨论焊接。

在互连焊接之后，然后在步骤1108处最终将线圈组件插入到定子中。这可以通过在定子绕组放置在定位台上的同时，首先在绕组上方安装狭槽绝缘层(Kapton膜和/或Nomex 410/411纸和/或粘合的云母带) 并且将它们粘合到位来完成。狭槽绝缘层可防止绕组重叠时损坏线材绝缘，并改善定子相线圈和导电定子之间的绝缘，其可以处于接地电位。一旦完全罐封，狭槽绝缘层也可以阻尼振动并限制线圈端匝的运动。

然后，通过分别与定子的内部部分或外部部分接触的可伸缩心轴或柄轴拾起定子芯，然后将其上下颠倒插入线圈组件上，直到其完全抵靠夹具台面安置。然后将定子操纵器释放并从定子中去除。一旦定子被安置好，定子就通过在背侧上的一块板被压缩/夹在夹具台面上，然后使用该压缩夹具将线圈组件运输到罐封步骤，在该步骤处将定子和线圈组件用例如高温环氧树脂罐封物或聚酰亚胺灌封物罐封。在此步骤之前，绕组还可以应用Nomex或Kevlar拖带，以进一步限制运动并加强组件。

一旦定子芯被真空浸渍清漆和/或用填充或未填充的树脂(例如高温环氧树脂)灌封，并且在所述树脂或灌封物固化后，将其从包夹夹具中释放出来，(经由例如CMM、Go/No-Go测量仪、光学检查、高度比较器等)检查尺寸，并且可以根据需要应用精加工操作，以例如使定子的轴向面正确，尺寸达到最终尺寸等。一旦这些操作完成，定子就准备好再次插入操纵器，以准备将其放到端铃中。首先将用于定子的垫片插入到端铃中，然后将定子放在这些垫片的顶部，然后通过适当的紧固件将其固定到端铃。

图12C图示了其中被焊接到接头上的互连件的两个线圈800A和 800B彼此重叠的示意图1200。例如，线圈800A具有在上接头1226B 处焊接的互连件1222C。上接头1226B代表线圈中的最靠近转子的端。线圈800B具有在下接头1224A处焊接的互连件1222B。下接头1224A 代表线圈中的最远离转子的端。可以通过首先(可能是通过激光蚀刻或机械磨蚀(打磨或刮擦))在期望的区域中去除绝缘层，然后将互连件焊接到线圈端，来焊接接头。互连件可以是矩形线材，其尺寸与用于线圈的线材的尺寸相同，或者是较大的尺寸以减小损耗。互连件可以被成形为与来自相同相的线圈结合并且使相电路围绕定子绕组的周边延伸。可以使用激光焊接、电阻焊/铜焊、超声波焊接或手工TIG或气焊枪焊或铜焊作为结合方法。

图12D图示了示出了互连在一起的定子绕组的单相的示意图 1250。相邻的线圈1252和1254与互连件1253连接。成对的相邻线圈 1252和1254经由较长的互连件1255与另一对相邻的线圈1256和1258 相连。该模式继续以结合所有适用的线圈(在这种情况下，12个线圈) 以分成相组(整个定子线圈组件中有3个相组)。接头1260和1262表示加载有周期性变化的电信号的点，如图13中所图示的。

图13图示了示出施加到定子线圈的三相的示例信号的示意图 1300。此处示出的信号说明了三相电机。在其它实施例中，可以存在不同数目的相。特别地，示意图1300图示了信号1302、信号1304和信号1306。信号1302、1304和1306中的每个信号可以是周期性变化的电信号，例如正弦波。正弦信号1302、1304和1306彼此偏移120°的相位。在具有不同数目的相的实施例中，偏移可以是不同的。通过改变这些信号的幅度、频率和绝对相位(但不改变它们的相对相位角关系)，可以控制马达的操作。

电磁转矩取决于定子电流和滑差。滑差是轴角速度与同步磁场角速度之间的比率。滑差是施加到轴上的机械载荷的结果。通常，施加到定子绕组的电压越大，产生的电流就越大，产生的转矩就越大。更多的滑差具有相同的效果。当施加在轴上的载荷增加时，滑差也增加。当转子定子等效电路的阻抗随着机械载荷的增加而减小时，在转子绕组中会感应出更多的电流，而在定子绕组中会产生出更多的电流。

例如，增加输入信号1302、1304和1306的电压会导致更多的电流流过定子绕组的每一相。更大的定子电流继而产生更大的磁通，并且更大的磁通感应出更多的转子电流，从而产生更大的转矩，如将在下面关于图22A至图22D更详细地描述的。因此，给定恒定的滑差值，信号1302、1304和1306中的更多电压将产生更大的转矩。

但是，如果在电压保持恒定的情况下改变施加到马达的转矩，则滑差值将改变。这是因为，在给定恒定电压的情况下，减小的外部施加转矩将导致转子的旋转速度(例如，每分钟旋转数)增加。因此，如果通过该定子绕组的信号的频率保持恒定，则滑差将减小，因为轴旋转得更快。滑差减小将导致转子电流和产生的转矩减小。

如果施加更多的外部机械载荷(并且施加到定子绕组的信号的电压和频率保持恒定)，则轴的旋转速度将减小，滑差将增大，从而产生更大的转矩。为避免速度降低、转子过热或达到转子的跳闸点，可以增加定子绕组中的信号的电压和频率。以这种方式，生成用于定子绕组的信号的电路可以通过基于轴的转速来计算在定子绕组中的信号的适当的电压和频率来控制转矩和转速，所述轴的转速是基于位置传感器检测的。该电路可以被配置为计算适当的电压、定相/换向和频率，以最小化在马达中产生的热量。

可能存在转子被锁定的情况；也就是说，转子根本没有旋转。例如，这可能在车辆刚刚开始行驶时发生。当位置传感器检测到锁定的转子状态时，电压和频率可能会从零开始缓慢上升，以产生所需的转矩以实现足够的加速，同时将功耗以及因此将发热降至最低。

当位置传感器检测到来自锁定的转子的运动时，理想地，电压和频率将作为轴速度的线性函数升高，从而将电磁转矩保持在所需水平以加速至所需速度。

在一个实施例中，产生施加到定子绕组的信号的电路可以是逆变器，该逆变器转换例如来自电池的直流电压。在另一个实施例中，可以从在电网上找到的50赫兹或60赫兹信号直接生成该信号。对于例如涉及家用电器的应用，使用并网电源的实施例可能是优选的。

将定子安装到端铃

图14示出了定子芯1400。定子芯1400可以是一体结构或可以由层形成。例如，定子芯1400可以由SOMALOY制成以减小定子芯1400 中的涡电流。定子芯1400也可以由钢、铁或其它磁性材料的叠片层形成。磁性材料的叠片层的使用还可以减少在马达运行期间由于涡电流引起的损耗。

在一些实施例中，齿1402从定子芯1400的基部1404延伸。齿 1402可以具有直的、平坦的侧面，并且随着在径向方向上朝向定子芯 1400的中心点移动，齿1402可向内变窄。例如，齿1402可以在靠近旋转轴线1412的地方变窄，并且可以在远离旋转轴线1412的地方变厚。在一些实施例中，齿1402可以在顶部处变宽(其在轴向上远离基部)，从而被配置成保持绕组116A-116B并且减少磁通密度峰值。相邻齿1402之间的空间限定了狭槽1410。狭槽1410被配置成容纳绕组 116A-116B。保持唇缘1408可以从基部1404延伸。保持唇缘1408被配置成与附加的结构元件匹配以将定子芯1400例如保持在如下文进一步描述的端铃1500支座中。定子1400也可以使用被配置成容纳紧固件的凹口1406来保持。在一些实施例中，凹口1406可以是被切割到基部1404中或保持唇缘1408中的孔或空隙。

图15示出了被安装在端铃1500中的定子芯1400。端铃1500具有侧壁1502。两个端铃1500可以聚在一起以形成端铃壳体，如图1中的端铃102A和102B所图示的。

定子芯1400使用支架1504保持固定在端铃1500中。支架1504 附接到端铃，并与定子芯1400的唇缘接合，以在端铃1500中将定子芯1400保持固定。在一个实施例中，支架1504可将定子芯1400保持成与端铃1500齐平，如在1506处所示。在另一个实施例中，可以在定子芯1400和端铃1500之间使用垫片，以确保定子芯1400被正确地定位在端铃1500内。通过使用支架1504将定子芯1400附接到端铃 1500，实施例避免了对定子芯1400进行机械加工的需要，该加工可能不利地影响其磁性能。

图16A示出了端铃1600。端铃1600具有轴140可以穿过的轴孔 1608。端铃1600还包括保持脊1604和紧固件接纳部1606。保持脊1604 是允许支架1504在端铃1600内正确定位的引导件。为了提供适当的定位，保持脊1604与支架1504匹配并在端铃中的适当的位置处与支架互锁。

在一些实施例中，紧固件接纳部1606可以是端铃1600中的被配置成容纳紧固件1630的通孔。紧固件1630可以延伸穿过紧固件接纳部1606到达端铃1600的外部。然后可以使用多种技术中的任何一种来固定紧固件1630的在端铃1500的外部的一部分。例如，紧固件1630 可以使用诸如螺母或螺钉的螺纹构件来固定。作为使用螺纹构件的优点，可以使用垫片来调整定子在端铃1600中的位置。在替代实施例中，紧固件1630也可以使用焊接来固定。

转向图16B，紧固件1630可以固定到支架1504，以将定子芯1400 固定到端铃1600。支架1504可以具有唇部1632，该唇部1632被配置成接合定子1400的保持唇缘1408。唇部1632和保持唇缘1408可以被形成使得他们紧密匹配。当将支架1504放置在端铃1500中的定子1400 上时，支架1504的唇部1632可以与保持唇缘1408和紧固件1630接合，紧固件1630可从支架1504延伸并穿过紧固件孔1606。

紧固件1630可以刚性联接到支架1504。在一些实施例中，紧固件可以与支架1504的狭槽或其它构件匹配，使得紧固件1630不会从支架1504脱离。在一些实施例中，支架1504仅使用摩擦连接将定子 1400联接到端铃1500。通过使用将紧固件1630固定在端铃1500的外部上的机构，在端铃1500的外部上的紧固件1630的变紧使在端铃1500 和定子1400之间的连接变紧。这种连接限制了在操作期间可能破裂或以其它方式脱落的物品的数目，所述破裂或以其它方式脱落的物品可能会干扰电机的旋转。

在一些实施例中，支架1504可以具有覆盖非铁磁金属的涂层 1628。非铁磁金属和定子芯1400可以具有不同的热膨胀系数。非铁磁性金属和唇缘之间的涂层可以被配置成，使得在支架1504和定子芯 1400的膨胀系数不同的情况下，定子芯在电机的给定的工作温度范围内保持附接到端铃。在实施例中，涂层1628可以由硫化橡胶或其它合适的热固性弹性体制成。

如上所述，端铃1600包括与支架1504匹配的保持脊1604。特别地，保持脊1604与支架1504的内部部分1624匹配并且与支架1504 的外部部分(例如外部部分1626)保持就位。支架1504还具有与定子芯1400匹配的突起1632，将其对准适当的定向。以这种方式，支架1504用于确保定子芯1400适当地对准。当定子绕组的各个相与旋转电机中的相对定子上的对应相接合时，定子芯1400可以适当地对准。

图16C示出了具有端铃1600的组件1640，所述端铃1600用支架 1620将定子芯1400保持就位。图16D是组件1640的外部1660，其中来自支架的紧固件附接有螺母，例如螺母1662。

将转子安装到轴

图17示出了图示了转子如何安装到旋转电机中的轴的示意图 1700。示意图1700包括使用两个轴承组件1704A和1704B被固定就位的轴140。轴140固定到向旋转轴140施加转矩的转子1702。

轴140可以是一体结构，并且由高强度、非铁磁性材料制成。例如，轴140可以由钢或钢合金制成。在一些实施例中，轴140具有用于容纳附加部件在轴140上的安装的特征。

例如，如图17和图18A中所示，轴140被成形为使得其具有从中间部分延伸的两个圆锥形截锥体，该两个圆锥形截锥体在轴140上的肩部1706和1708处截断。肩部1706的第一侧抵靠轴承组件1704A。轴承组件1704A被配置成允许轴140旋转并且由端铃1500的轴承杯/孔支撑。另一个轴承组件1704B沿着轴140定位。第二轴承组件1704B 也由端铃1500的轴承杯支撑，并且也允许轴140旋转。

图18A图示了截面1800。如截面1800中所示，将锁定构件(锁定环)1802靠在转子1702上，以将转子1702保持就位，并防止其沿着轴140移动。锁定构件1802可以通过放置在孔1804中的定位销而保持就位。轴140锁定到转子1702中。锁定环1802和轴140具有在θ(theta)和轴线方向上对准的定位销孔，以允许锁定环相对于当前被截留的转子1702的精确定位，如在图18B中图示。

图18B图示了具有空隙1852的转子1850。空隙1852沿着旋转轴线1860居中。空隙1852是弯曲的凸瓣花键。花键凸瓣可以是正弦形的。内花键凸瓣1854A-1854E与轴上的对应的外花键凸瓣啮合，以将转矩传递到轴上。

花键凸瓣可以基本上根据以下方程式成形：

r(θ)＝r_midline+(r_{lobe_size}*sin(n*θ))；

其中n是所需的凸瓣数目，θ是围绕旋转轴1860的角度，r_midline是从旋转轴1860到弯曲的凸瓣花键的中值的距离1851，并且r_{lobe_size}是凸瓣的大小，即，到旋转轴1860的最大距离和最小距离之间的距离1853和1855，或者距离1858和1862之间的差值。

如上所述，正弦花键1854A-1854E用作在转子和轴之间传递转矩的装置。弯曲的花键的使用大大降低了转子的根部处(在此处，由于离心载荷，应力通常最大)的应力集中，并且可以传递转矩，同时减少疲劳。

各种替代实施例

图19示出了图示了替代实施例中的另一转子组件的示意图1900。示意图1900图示了转子绕组1902，其具有在绕组上径向向外延伸的多排空腔。替代地，空腔可以处于偏斜的偏移角度。另外，如图19中所图示的，空腔可以组织成一系列同心圆。每排(例如排1904)包括多个空腔。在一种可能的配置中，空腔可以是六边形的。与图6中的转子一样，该转子也可以包括带(未示出)。

示意图1900中的转子组件在紧凑设计中产生转矩的同时还可以很好地避免涡电流。同时，该转子组件的优点是可以在正向旋转和反向旋转的情况下工作得都很好。这在用于电动车辆应用的马达中可能是有利的。

已经描述了用于轴向磁通感应旋转电机的各种转子以及如何组装它们，现在，本公开讨论了转子在示例轴向磁通感应马达中如何操作。

图20至图21示出了根据一些实施例的轴向磁通马达。如以上参考图1所描述的，轴向磁通感应马达可以包括夹在两个定子之间的转子。但是相反的，如图20中所图示的，两个转子和被夹在该两个转子之间的单个定子也是可能的。

图20示出了轴向磁通感应马达2000，其具有夹在两个转子2004 和2006之间的定子2002。在未示出的其它实施例中，马达可以包括多个定子和多个转子，这些定子和多个转子在位置上彼此交替。在又一个实施例中，马达可以具有单个定子和单个转子。

图21示出了根据一些实施例的轴向磁通马达2100。马达2100包括夹在两个定子2102A和2102B之间的转子2106。定子2102A和2102B 传递例如通过由磁通线2104A…2104N图示的磁通，所述磁通线 2104A…2104N平行于沿着轴2110延伸的转子2106的轴线。因此，马达2100是轴向磁通马达。随着磁通围绕定子旋转，磁通会随着时间而变化。变化的磁通在转子2106中感应出电流。转子2106中的电流产生磁通，该磁通与定子产生的磁通相互作用，并且因此产生转矩。关于图22A至22D更详细地图示了该过程。

轴向磁通感应马达的操作

图22A至22D图示了根据一些实施例的轴向磁通感应马达如何产生转矩。

图22A示出了图示了围绕定子2202A的齿的绕组2204A和围绕定子2202B的齿的绕组2204B的示意图2800。绕组2204A和2204B可以是简单的铜线材。垂直于图纸平面并被定向到穿过绕组2204A到图纸平面中的电流(通过右手定律)产生磁场2206A，垂直于图纸平面并被定向到穿过绕组2204B到图纸平面中的电流产生磁场2206B。定子2202A和2202B由导磁材料制成。因此，磁场2206A和2206B使包括磁通线2104A和2104B的磁路磁化。

图22B示出了类似于图22A中的示意图2200的示意图2220。除了示意图2200中的部件之外，示意图2220图示了在时间t₀的转子条2222。

图22C示出了前进到稍后时间t₁的示意图2240。流经绕组2204A 和2204B的电流是交流电流并且被同步。因此，在稍后时间t₁，流经绕组2204A和2204B的电流改变了方向。因为流过绕组2204A和2204B 的电流改变了方向，所以自t₀以来，由电流和磁场2206A和2206B产生的磁通也改变了方向。变化的磁场2206A和2206B改变通过定子的磁通，如磁通线2244A和2244B所图示的。变化的磁通在转子条2222 中感应出电流。转子条2222中的电流产生与从t₀到t₁的磁通2244A相反的磁场2248。转子条2222中的该感应电流根据洛伦兹力定律产生转矩。

注意，尽管转子条2222可能尚未移动，但仍产生转矩。以这种方式，实施例甚至可以在转子锁定的情况下产生转矩。实际上，在给定足够电流的情况下，至少在足够短以消散热量的时间期间，会产生明显的锁定转子转矩。与许多具有相同体积的不提供明显的锁定转子转矩的传统径向感应马达相比，这提供了一个优势。径向感应电机的功率密度较低。因此，为了产生等效的锁定转子转矩，电机就必须大的多。此外，实现了该锁定转子转矩，而无需传统上产生启动转矩所必需的永磁体(如图22C中所图示的)，其中电机的体积和质量相同。避免使用永磁体可以节省成本，并且可以避免为获得稀土磁体所需的环境损害。另外，由于永磁体产生的磁场是固定的，因此永磁马达在较高的RPM时效率下降。相反，当前实施例中设想的感应马达在较高的 RPM时效率更高，因为可以利用定子电压、电流和转子滑差将转子励磁改变为所需值。

感应马达还具有许多其它优点。例如，它们通常具有更平坦的转矩曲线，并且重要的是，它们的转矩最大值接近同步速度，这与永磁马达的行为非常互补。感应电机的另一个好处是不存在可能通过施加或不施加额外温度来施加的磁场而不可逆地消磁的零件。对于永磁电机，定子通过施加或不施加额外温度而产生的过多磁通可能会导致永磁体的可逆或不可逆的消磁。

图22D是图示了一旦转子开始移动如何产生附加转矩的示意图2260。除了示意图22A-22C中的部件之外，示意图2260还图示了芯 2262。当转子具有仅由具有与空气的磁导率接近的磁导率的导电材料制成的绕组时，如图22C中所示，大部分磁通在其从定子2702B到定子2702A的路径上消散，反之亦然。以这种方式，与定子产生的磁通相比，越过转子绕组的磁通较少。

当将铁磁芯2262放置到转子绕组的空腔中时，由于等效气隙长度明显较短，所以磁通获得了从定子2702A到2702B的具有较小的磁阻的路径。以这种方式，消散的磁通较少，而更多的磁通在垂直于转子绕组匝的方向上越过转子绕组，这意味着转子绕组获得更多的磁链 (Psi)，磁链会随时间变化。转子绕组中感应出的电压等于或基本上对应于关系

其表示每单个时间步中在绕组中感应出更多的磁链和更多的电压。此外，在转子绕组中感应出的电压越多，则在转子中产生的电流越多。而转子绕组中的电流越多，则在马达中产生的电磁转矩就越多。

图22A至图22D提供了简单的示例，其展示了根据本文描述的实施例的转子如何能够在轴向感应马达中产生转矩。图22A至图22D仅涉及两个定子齿、单个转子棒和单个芯。

图23A至图23B示出了根据一些实施例的用于轴向磁通马达的转子中的磁场和电流。图23A示出了图示了磁场的示意图2300，并且图 23B示出了图示了用于根据一些实施例的轴向磁通马达的转子中的电流的示意图2350。示意图2300示出了定子2304中的磁场线2302。磁通感应出穿过转子中的转子条(例如转子条2304)的电流2305。这些感应出的电流以与图22A至图22D所述的相同的方式产生转矩。

对特定实施例的前述描述将如此充分地揭示本实用新型的一般性质，以至于其它人可以在不背离本实用新型的一般概念的情况下通过应用本领域技术人员的知识而容易地修改和/或适于各种应用(诸如特定实施例的)，而无需进行过度的实验。因此，基于本文提出的教导和指导，这样的改编和改型意图被包含在所公开的实施例的等同形式的含义和范围内。应当理解的是，本文中的措词或术语是出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由技术人员根据教导和指导来解释。

本实用新型的广度和范围不应由任何上述示例性实施例限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同物来限定。诸如(a)、(b)和(i)、 (ii)标识符是为了易于识别，并不意味着暗含顺序。

Claims (10)

1.一种用于轴向磁通感应旋转电机的转子，其特征在于，所述转子包括：

转子绕组，所述转子绕组包括多个空腔，其中，所述转子绕组具有第一膨胀系数；

多个芯，所述多个芯中的每个芯在来自所述多个空腔的相应空腔内并且包括铁磁粉末，其中所述铁磁粉末的各个晶粒彼此绝缘，其中所述多个芯具有与所述第一膨胀系数不同的第二膨胀系数；和

多个支撑件，所述多个支撑件中的每个支撑件将来自所述多个芯的相应芯附接到来自所述多个空腔的相应空腔，使得在不同的所述第一膨胀系数和所述第二膨胀系数的情况下，所述支撑件在所述转子的给定的工作温度范围内保持附接到所述相应芯和所述相应空腔。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述多个芯由不能被充分加工的材料制成。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述多个支撑件中的每个支撑件是垫片，所述垫片由保持所述垫片和所述相应空腔之间的第一过盈配合以及所述垫片和所述相应芯之间的第二过盈配合的材料制成。

4.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述材料是硫化弹性体。

5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述多个空腔中的每个空腔包括孔口，并且其中，所述多个芯中的每个芯包括孔口，以及

其中，所述多个支撑件中的每个支撑件是延伸到所述相应空腔的所述孔口和所述相应芯的所述孔口中的板条，以保持所述多个芯附接到所述转子绕组。

6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，所述板条使用原位模制操作来制成。

7.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述多个芯中的每个芯包括凹口，并且其中，所述多个支撑件中的每个支撑件是环，所述环是所述转子绕组的一部分并且延伸到所述凹口中。

8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，所述凹口是所述相应芯的斜切边缘，从而将所述相应芯在所述相应空腔内桩定就位。

9.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述多个空腔中的每个空腔径向地围绕盘定位，每个空腔包括朝向所述转子绕组的中心的内部和朝向周边的外部，并且其中，对于所述多个芯中的每个芯，所述多个支撑件包括：

第一支撑件，所述第一支撑件将所述空腔的所述内部与针对该空腔的所述相应芯相附接；和

第二支撑件，所述第二支撑件将所述空腔的所述外部与针对该空腔的所述相应芯相附接。

10.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，每个空腔包括连接内部和外部的侧部，并且每个空腔还包括：

在所述侧部和针对该空腔的所述相应芯之间的气隙，其中，多个硫化弹性体部分中的每个硫化弹性体部分将所述相应芯悬撑在其所述相应空腔中。

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