專利名稱：調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子，更具地說，本發(fā)明涉及可輕松大量制造的調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
多年來,諸如調(diào)極電機(jī)(modulated pole machine)、爪極電機(jī)、倫德爾(Lundell)電機(jī)和橫向磁通電機(jī)(TFM)之類的電機(jī)設(shè)計(jì)變得越來越引人關(guān)注。使用這些電機(jī)原理的電機(jī)最早由亞歷山德森和費(fèi)生登在大約1910年公開。增加關(guān)注度的一個(gè)重要原因是設(shè)計(jì)允許例如感應(yīng)式電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、甚至永磁無刷電機(jī)具有極高的轉(zhuǎn)矩輸出。進(jìn)一步地，這些電機(jī)是有利的，因?yàn)榫€圈易于制造。但是，這種設(shè)計(jì)的一種缺點(diǎn)是制造成本一般相對較高，并且存在導(dǎo)致低功率因子的高泄漏通量，需要更多的磁性材料。該低功率因子需要大于規(guī)格的功率電子電路(或同步使用電機(jī)時(shí)的電源)，這樣也會(huì)增加總驅(qū)動(dòng)的體積、重量和成·本。調(diào)極電機(jī)定子的基本特征是使用對軟磁芯結(jié)構(gòu)形成的多個(gè)齒部進(jìn)行磁饋送的中央單繞組。所述軟磁芯然后繞繞組形成，同時(shí)對于其他常見電機(jī)結(jié)構(gòu)而言，所述繞組繞齒芯部分形成。調(diào)極電機(jī)布局實(shí)例有時(shí)被稱為例如爪極、雞爪、倫德爾或TFM電機(jī)。帶有掩埋磁體的調(diào)極電機(jī)進(jìn)一步以活動(dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為特征，所述活動(dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括多個(gè)由轉(zhuǎn)子極部分分隔的永磁體。所述活動(dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由偶數(shù)個(gè)段組成，其中一半數(shù)量的段由軟磁材料制成，另一半數(shù)量的段由永磁材料制成。該永磁體的排列方式使得永磁體的磁化方向?yàn)榛旧现芟?circumferential),即，北極和南極分別沿基本周向方向定向。一般情況下，通過制造非常多個(gè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)子段(通常為10-50個(gè))來制造轉(zhuǎn)子。但是組裝過程復(fù)雜耗時(shí)，因?yàn)樾枰獙⒋罅拷M件組合在一起形成良好限定的空氣隙以保持機(jī)械的性能。由于永磁體段的對立極化方向會(huì)在組裝期間使轉(zhuǎn)子極部分相互排斥，因此會(huì)進(jìn)一步使組裝過程復(fù)雜化。W02009116935公開了一種轉(zhuǎn)子和一種制造轉(zhuǎn)子的方法，其中單個(gè)部件的數(shù)量減少，從而減少組裝轉(zhuǎn)子所需的時(shí)間。但是這種方法導(dǎo)致單個(gè)部件的復(fù)雜性和成本增加。此夕卜，很難實(shí)現(xiàn)良好的整體容差，因?yàn)椴考诮孛婷娣e中顯示大的變化，可能導(dǎo)致不希望的變形，例如在熱處理期間彎曲。薄的集成橋部分還可能在組裝期間導(dǎo)致強(qiáng)度問題，特別地如果結(jié)構(gòu)必須在組裝期間稍作變形以滿足幾何公差要求。一般來說，最好提供在制造和組裝上費(fèi)用相對較低的調(diào)極電機(jī)轉(zhuǎn)子。進(jìn)一步希望提供具有良好性能參數(shù)的轉(zhuǎn)子，例如具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、低磁阻、有效的磁通路徑導(dǎo)引、低重量和慣性等。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，在此公開用于調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)子被配置為產(chǎn)生與所述調(diào)極電機(jī)的定子的定子磁場相互作用的轉(zhuǎn)子磁場，其中所述轉(zhuǎn)子包括
-限定周向安裝表面的管狀支撐結(jié)構(gòu)，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)包括位于所述安裝表面內(nèi)的多個(gè)伸長的凹陷，所述伸長的凹陷沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的軸向延伸，以及-沿所述轉(zhuǎn)子的周向磁化以產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)子磁場的多個(gè)永磁體，所述永磁體沿所述轉(zhuǎn)子的所述周向由軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分相互隔離，所述軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分用于將所述永磁體產(chǎn)生的所述轉(zhuǎn)子磁場沿徑向方向?qū)б?，其中至少一個(gè)永磁體或至少一個(gè)轉(zhuǎn)子極部分至少部分地徑向延伸到所述多個(gè)凹陷之一中。因此，從所述永磁體和轉(zhuǎn)子極部分中選擇的至少一個(gè)部件至少部分地延伸到所述多個(gè)凹陷之一中，以便所述部件的一部分延伸出所述凹陷。因此，在此處描述的轉(zhuǎn)子實(shí)施例中，所述永磁體和轉(zhuǎn)子極部分形成與所述管狀支撐結(jié)構(gòu)共軸的管狀轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。所述管狀轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的周向表面之一與所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的周向安裝表面連接。為此，部分或全部永磁體和/或部分或全部轉(zhuǎn)子極部分沿徑向從所述管狀轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的周向表面中的一個(gè)突出并且進(jìn)入所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的安裝表面內(nèi)的各個(gè)凹陷中?！?br> 在此描述的轉(zhuǎn)子實(shí)施例提供有效和可靠的組裝過程，其中提供良好限定的空氣隙，即使對各個(gè)部件的相對大的容差，并且即使待組裝部件具有有限的強(qiáng)度和易碎特性。在某些實(shí)施例中，所述多個(gè)凹陷適合于允許徑向調(diào)節(jié)至少部分地徑向延伸到所述多個(gè)凹陷之一中的至少一個(gè)永磁體或至少一個(gè)轉(zhuǎn)子極部分的位置，以便允許調(diào)節(jié)延伸出所述凹陷的部分的徑向長度。凹陷可以適合于允許通過具有大于平均部件所需的深度的深度，來徑向調(diào)節(jié)的部件的位置。因此可以將以高于平均值的徑向長度制造(制造差異的結(jié)果)的部件更深地插入凹陷，從而允許延伸出凹陷的部分的徑向長度為平均部件的徑向長度。可針對以低于平均值的徑向長度制造的部件使用相反的原則。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，至少部分地延伸到所述多個(gè)凹陷之一中的至少一個(gè)永磁體或至少一個(gè)轉(zhuǎn)子極部分與所述凹陷的兩個(gè)側(cè)壁接觸，即，與所述兩個(gè)側(cè)壁直接接觸或通過粘合劑與所述兩個(gè)側(cè)壁分離。所述轉(zhuǎn)子可以是任何類型的轉(zhuǎn)子，例如適合于在外定子內(nèi)部徑向旋轉(zhuǎn)的內(nèi)轉(zhuǎn)子，或者適合于環(huán)繞內(nèi)定子旋轉(zhuǎn)的外轉(zhuǎn)子。所述多個(gè)永磁體被設(shè)置為使得沿周向的每個(gè)第二磁體在磁化方向上反轉(zhuǎn)。由此，各個(gè)轉(zhuǎn)子極部分只能與示出相同極性的磁體接口。所述凹陷可以沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的安裝表面周期地設(shè)置。所述凹陷的內(nèi)壁可以沿徑向延伸到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)中。因此，至少部分地延伸到所述多個(gè)凹陷之一中的永磁體或轉(zhuǎn)子極部分可以沿徑向延伸出凹陷。在一些實(shí)施例中，所述周向安裝表面由所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面限定。此設(shè)計(jì)對于外轉(zhuǎn)子是有利的。在一些實(shí)施例中，所述周向安裝表面由所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的外表面限定。此設(shè)計(jì)對于內(nèi)轉(zhuǎn)子是有利的。所述管狀支撐結(jié)構(gòu)可以包括任意數(shù)量的凹陷，例如數(shù)量介于2到200之間、5到60之間或10到30之間。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所有凹陷與永磁體或轉(zhuǎn)子極部分配合。所述管狀支撐結(jié)構(gòu)可以具有任意軸向長度。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的軸向長度對應(yīng)于所述永磁體和/或轉(zhuǎn)子極部分的軸向長度。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述凹陷沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的整個(gè)軸向長度延伸。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述凹陷沿所述支撐結(jié)構(gòu)的軸向長度的有限部分延伸。凹陷可以由沿徑向延伸到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)中并通過第三內(nèi)壁連接的第一和第二平行側(cè)壁形成。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第三內(nèi)壁與所述第一和第二內(nèi)壁垂直。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第三內(nèi)壁呈曲線形，具有大約符合所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的曲率的曲線。所述轉(zhuǎn)子可以具有任意大小。所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的凹陷可以適合于允許徑向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子極部分或永磁體的位置，以便允許調(diào)節(jié)延伸出凹陷的部分的徑向長度。諸如管狀支撐結(jié)構(gòu)之類的轉(zhuǎn)子可以包括用于傳遞轉(zhuǎn)子和定子之間的相互作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的裝置。在一些實(shí)施例中，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)與傳遞所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的軸相連。例如，與用于安裝磁體和/或轉(zhuǎn)子極部分的安裝表面相對的管狀支撐結(jié)構(gòu)表面可以用于將轉(zhuǎn)子安裝到轂(hub)、軸等。
制造任何產(chǎn)品的成本都與終端產(chǎn)品的精確度要求緊密相關(guān)。高精確度制造需要復(fù)雜且成本高昂的制造技術(shù)或者相對較大的制造產(chǎn)品報(bào)廢率，這兩種方法都會(huì)導(dǎo)致高制造成本。為了確保調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的有效相互作用，將應(yīng)用高精確度要求。這將導(dǎo)致對轉(zhuǎn)子部件(例如，轉(zhuǎn)子極部分和永磁體)具有相應(yīng)的高精確度要求。但是，通過為轉(zhuǎn)子提供包括多個(gè)凹陷的支撐結(jié)構(gòu)，可以將所述轉(zhuǎn)子極部分或永磁體徑向調(diào)節(jié)到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的凹陷中，從而允許調(diào)節(jié)沿徑向延伸出凹陷的部分的長度。這樣將降低對轉(zhuǎn)子極部分或永磁體的精確度要求，從而相應(yīng)地降低制造成本。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，位于凹陷中的部件和凹陷背面之間的間隙由適當(dāng)?shù)牟牧咸畛?，例如環(huán)氧膠之類的適當(dāng)類型的粘合劑。在一些實(shí)施例中，所述支撐結(jié)構(gòu)可以包括用于在對凹陷中的轉(zhuǎn)子極部分或永磁體進(jìn)行徑向調(diào)節(jié)期間軸向輸送膠的小凹陷。所述小凹陷可以為膠提供各個(gè)通道以便沿軸向避開所述轉(zhuǎn)子極部分或永磁體下面的區(qū)域，從而增加容差調(diào)節(jié)精確度。所述管狀支撐結(jié)構(gòu)還可以通過提供插入所述轉(zhuǎn)子極部分和永磁體的框架來簡化轉(zhuǎn)子部件的組裝過程。所述管狀支撐結(jié)構(gòu)將附加提供更剛性(StifTer)的轉(zhuǎn)子，降低使用時(shí)轉(zhuǎn)子偏斜的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)以更大精確度制造所述管狀支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子具有減少的幾何變化，從而增加產(chǎn)品的整體質(zhì)量并降低人為錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。這樣便可減少需要報(bào)廢的轉(zhuǎn)子數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過在所述管狀支撐結(jié)構(gòu)中提供凹陷，允許改變永磁體或轉(zhuǎn)子極部分的位置，可以處理各個(gè)部件的更高的容差；這還包括所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的容差。所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)提供用于輕松地組裝根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子并使其具有良好的同心性的框架。在一些實(shí)施例中，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)可以是單個(gè)部件并被提供為多個(gè)段或模塊，例如在軸向和/或周向所分成的。類似地，所述永磁體和/或極部分中的一部分或每個(gè)都可以模塊化，例如，在軸向上分成多個(gè)部分或者分割為多個(gè)部件。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子極部分由諸如軟磁粉末之類的軟磁材料制成。通過使用軟磁粉末制造所述轉(zhuǎn)子極部分，可以簡化轉(zhuǎn)子制造，并且使用有效的三維磁通路徑的磁通量集中可能更有效。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)由諸如鋁、塑料(例如擠制鋁材、注模塑料等和/或類似的材料)之類的非磁性材料和/或其他適當(dāng)?shù)姆谴判圆牧现瞥?。通過制造非磁性材料的所述管狀支撐結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子的磁特性就不會(huì)受到干擾。根據(jù)第一方面，所述永磁體安裝到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的所述凹陷中，并且所述轉(zhuǎn)子極部分設(shè)置在兩個(gè)鄰近的永磁體之間。通過將所述永磁體安裝到所述支撐結(jié)構(gòu)的凹陷中，所述永磁體徑向延伸出所述轉(zhuǎn)子極部分。這樣允許更有效地使用所述永磁體產(chǎn)生的磁通量。 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子極部分安裝到所述支撐結(jié)構(gòu)的所述凹陷中。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述永磁體或所述轉(zhuǎn)子極部分通過所述凹陷的內(nèi)壁形成的摩擦配合(frictional fit)安裝到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的凹陷中。通過使用摩擦配合，提供用于固定永磁體或轉(zhuǎn)子極部分的輕松、可靠的方法。所述摩擦配合通過將凹陷設(shè)計(jì)為稍微小于所述永磁體或轉(zhuǎn)子極部分來產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^凹陷內(nèi)壁的可控變形來便利摩擦力的調(diào)節(jié)，例如通過材料邊緣之類的某些集成的設(shè)計(jì)特征，這些邊緣可以使用足夠小的所需力 進(jìn)行彎曲來防止損壞極部分或磁體。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子極部分，其中所述轉(zhuǎn)子極部分當(dāng)安裝到所述凹陷中時(shí)，從限定徑向軸的凹陷徑向延伸，其中所述轉(zhuǎn)子極部分包括-第一恒寬區(qū)域，形成所述轉(zhuǎn)子極部分的第一末端，適合于至少部分地安裝到所述支撐結(jié)構(gòu)的凹陷中，其中所述第一恒寬區(qū)域具有兩個(gè)平行的側(cè)壁，以便所述第一恒寬區(qū)域中的轉(zhuǎn)子極部分的寬度恒定，-從所述第一恒寬區(qū)域結(jié)束的點(diǎn)開始的錐形區(qū)域，其中所述錐形區(qū)域具有兩個(gè)不平行的側(cè)壁，以便所述錐形區(qū)域中的轉(zhuǎn)子極部分不恒定。因此，兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)子極部分的錐形區(qū)域形成用于永磁體的具有平行壁的槽開口，從而促成昂貴永磁體的簡單、低成本的幾何結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一恒寬區(qū)域的側(cè)壁與所述徑向軸平行。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述錐形區(qū)域的側(cè)壁與所述徑向軸不平行。為了本描述的目的，所述轉(zhuǎn)子極部分的長度被定義為當(dāng)所述轉(zhuǎn)子極部分安裝到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)中時(shí)，沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的徑向軸延伸的尺寸，所述轉(zhuǎn)子極部分的高度被定義為當(dāng)所述轉(zhuǎn)子極部分安裝到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)中時(shí)，沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的軸延伸的尺寸，以及所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度被定義為垂直于所述轉(zhuǎn)子極部分的長度和高度的尺寸。所述轉(zhuǎn)子極部分的高度可以在所述第一恒寬區(qū)域和所述錐形區(qū)域中保持恒定。所述第一恒寬區(qū)域的長度可以近似地對應(yīng)于所述凹陷的深度，例如所述凹陷的側(cè)壁的高度(在徑向上)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一恒寬區(qū)域的長度對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子極部分的總長度的2%到30%之間。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一恒寬區(qū)域的長度對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子極部分的總長度的5%到20%之間。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一恒寬區(qū)域的長度對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子極部分的總長度的8%到12%之間。所述錐形區(qū)域可以具有任意長度。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述錐形區(qū)域的長度對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子極部分的總長度的40%到95%之間。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述錐形區(qū)域的長度對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子極部分的總長度的60%到90%之間。所述錐形區(qū)域的長度可以通過所述永磁體的徑向長度來確定。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述錐形區(qū)域的兩個(gè)側(cè)壁是朝向中心徑向軸傾斜的直壁，從而使所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度隨著與所述第一恒寬區(qū)域的距離增加，沿徑向軸單調(diào)減??；當(dāng)所述轉(zhuǎn)子極部分在外轉(zhuǎn)子中使用時(shí)，這種設(shè)計(jì)是有利的。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述錐形區(qū)域的兩個(gè)側(cè)壁是遠(yuǎn)離中心徑向軸傾斜的直壁，從而使所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度隨著與所述第一恒寬區(qū)域的距離增加，沿徑向軸單調(diào)增加；當(dāng)所述轉(zhuǎn)子極部分在內(nèi)轉(zhuǎn)子中使用時(shí)，這種設(shè)計(jì)是有利的。為了固定轉(zhuǎn)子的圓柱形狀，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子極部分優(yōu)選地包括錐形區(qū)域。如上所述，所述錐形區(qū)域確保所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度針對內(nèi)轉(zhuǎn)子増加，針對外轉(zhuǎn)子減小。但是，通過進(jìn)一歩地使第一恒寬區(qū)域適合于設(shè)置在所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的凹陷中，能夠簡化使用所述轉(zhuǎn)子極部分的轉(zhuǎn)子的組裝，因?yàn)樗鲛D(zhuǎn)子極部分可以以沿徑向軸的移動(dòng)插入凹陷。這種方法已經(jīng)展示出優(yōu)于通過軸向移動(dòng)將所述轉(zhuǎn)子極部分推入凹陷，因?yàn)樗鲛D(zhuǎn)子極部分的高度通常是大的，使得它們在插入過程的開始很不穩(wěn)定。由此可以降低制造成本。當(dāng)所述轉(zhuǎn)子極部分用于內(nèi)轉(zhuǎn)子時(shí)，所述第一恒寬區(qū)域進(jìn)ー步用于確保更牢固的安裝。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子極部分進(jìn)ー步包括從所述錐形區(qū)域結(jié)束的點(diǎn)開始的第二恒寬區(qū)域，并且形成所述轉(zhuǎn)子極部分的第二末端，其中所述第二恒寬區(qū)域的側(cè)壁相互平行，以便所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度在所述第二恒寬區(qū)域中恒定?！ぴ谝恍?shí)施例中，所述第二恒寬區(qū)域的兩個(gè)側(cè)壁與徑向軸平行。所述第二恒寬區(qū)域可以具有任意長度。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第二恒寬區(qū)域的長度對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子極部分的總長度的2%到20%之間。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第二恒寬區(qū)域的長度對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子極部分的總長度的5%到15%之間。通過具有所述第二恒寬區(qū)域，由兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)子極部分形成的間隙的寬度可以從所述第二恒寬區(qū)域開始的點(diǎn)逐漸減小。因此可以防止所述間隙中設(shè)置的磁體在徑向上從ロ滑落。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述極部分的高度大于長度，長度大于寬度。根據(jù)第三方面,本發(fā)明涉及ー種使用粉末壓縮(compaction)制造如上面和下面所述的轉(zhuǎn)子極部分的方法，所述方法包括以下步驟-獲取具有上面和下面所述的轉(zhuǎn)子極部分的相反形狀的摸，所述模包括第一恒寬區(qū)域和第二恒寬區(qū)域；-使用諸如鐵粉末或基于鐵的粉末之類的磁粉末填充所述模；-例如使用兩個(gè)或更多沖頭壓縮模中的可變形磁粉末，其中所述沖頭中的至少ー個(gè)沖頭沿產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子極部分的徑向軸朝著另ー沖頭移動(dòng)，部分地進(jìn)入模的第一恒寬區(qū)域或第二恒寬區(qū)域中的至少ー個(gè)，以便在壓縮期間減小產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子極部分的第一恒寬區(qū)域或第ニ恒寬區(qū)域中的至少ー個(gè)的長度。所述磁粉末可以例如是軟磁鐵粉末或包含Co或Ni的粉末，或者是包含這些元素的一部分的合金。所述軟磁粉末末可以是基本純凈的水霧化(water atomised)鐵粉末或具有涂敷有電絕緣體的不規(guī)則形狀粒子的多孔(sponge)鐵粉末。在本上下文中，術(shù)語“基本純凈的”表示粉末應(yīng)該基本沒有雜質(zhì)并且雜質(zhì)氧、碳、氮的量保持最低。平均粒子尺寸一般低于300 μ m并聞?dòng)?0 μ m。但是，可以使用任何軟磁金屬粉末或金屬合金粉末，只要它們的軟磁特性充分并且該粉末適合于模壓縮。
粉末粒子的電絕緣體可以由無機(jī)材料制成。尤其適合使用美國專利6348265 (在此引入作為參考)中公開的絕緣體類型，這種絕緣體涉及由基本純凈的鐵構(gòu)成的基礎(chǔ)粉末，
這種基礎(chǔ)粉末具有絕緣的含氧和含磷屏障。具有絕緣顆粒的金屬粉末可從瑞典Hoganas
AB 公司生產(chǎn)的 Somaloy (R) 500、Somaloy (R) 550 或 Somaloy (R) 700 獲得。因此可以使用金屬粉末形成方法通過相同的操作有效地制造轉(zhuǎn)子極部分，其中所述形成通過單個(gè)壓縮工具設(shè)備中便可完成。通過在模中包括恒寬區(qū)域，沖頭可以在不損壞模的情況下，以不同的程度進(jìn)入所述區(qū)域。這樣允許鐵粉末壓縮性具有更大的容差，進(jìn)ー步降低制造成本。根據(jù)第四方面，本發(fā)明涉及用于制造用于調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子的方法，所述轉(zhuǎn)子包括限定周向安裝表面的管狀支撐結(jié)構(gòu)，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)包括在所述安裝表面內(nèi)沿所述支撐結(jié)構(gòu)的安裝表面周期設(shè)置的多個(gè)伸長的凹陷，所述伸長的凹陷沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的軸向 延伸，每個(gè)凹陷具有兩個(gè)側(cè)壁，所述轉(zhuǎn)子進(jìn)ー步包括多個(gè)永磁體，該永久磁體沿所述周向通過由軟磁材料制成的軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分相互隔離，其中所述方法包括以下步驟-將所述永磁體或轉(zhuǎn)子極部分至少部分的設(shè)置在每個(gè)凹陷中，所述永磁體或轉(zhuǎn)子極部分徑向延伸出所述凹陷，從而形成位于兩個(gè)鄰近凹陷之間的多個(gè)槽-將所述永磁體或轉(zhuǎn)子極部分設(shè)置在每個(gè)形成的槽中。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)ー步包括設(shè)置與所述支撐結(jié)構(gòu)同心的空氣隙固定裝置(air gap fixture)的步驟,其中徑向調(diào)節(jié)在凹陷中的轉(zhuǎn)子極部分或永磁體，以便所述永磁體或轉(zhuǎn)子極部分面向所述空氣隙固定裝置的一側(cè)與所述空氣隙固定裝置接觸。所述空氣隙固定裝置在組裝外轉(zhuǎn)子時(shí)優(yōu)選為圓柱形，在組裝內(nèi)轉(zhuǎn)子時(shí)優(yōu)選為管狀。所述空氣隙固定裝置可以具有任意軸向長度，例如近似等于所述支撐結(jié)構(gòu)的軸向長度的軸向長度、小于所述支撐結(jié)構(gòu)的軸向長度的軸向長度以及超過所述支撐結(jié)構(gòu)的軸向長度的軸向長度。通過使用空氣隙固定裝置，可以提供組裝根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的快速、輕松的方法，從而降低制造成本。所述空氣隙固定裝置另外可以在自動(dòng)制造過程中使用，從而進(jìn)一歩降低制造成本。所述空氣隙固定裝置也用于確保最終產(chǎn)品的較小變化。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述空氣隙固定裝置進(jìn)ー步包括用于加強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子極部分或永磁體與所述空氣隙固定裝置之間的接觸壓カ的磁性裝置。所述磁器件可以是磁通量回路的安排，其中極部或永磁體形成所述磁回路的一部分，以便所述磁回路產(chǎn)生的磁力可以使所述極片和永磁體接近表示應(yīng)用電機(jī)的希望的空氣隙幾何結(jié)構(gòu)的固定裝置。所述磁回路可以包含磁場源，所述磁場源可以是使用擁有可控電流的線路和線圈產(chǎn)生磁場的電磁體或外部永磁體。所述外部永磁體可以是轉(zhuǎn)子的永磁體。此外，磁固定裝置表面中可以具有徑向、軸向延伸的凹陷，以便進(jìn)ー步増加所述轉(zhuǎn)子極片和永磁體在組裝過程中的幾何控制。通過使用包括磁裝置的空氣隙固定裝置，可以使用磁能調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子極部分的位置；這樣會(huì)進(jìn)ー步降低制造成本。根據(jù)第五方面，本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述電機(jī)包括基本為圓形并包括多個(gè)齒部的第一定子芯部分、基本為圓形并包括多個(gè)齒部的第二定子芯部分、設(shè)置在所述第一和第ニ圓形定子芯部分之間的線圈，以及上面和/或下面所述的轉(zhuǎn)子，其中所述第一定子芯部分、第二定子芯部分、線圈和轉(zhuǎn)子圍繞共同的幾何軸，并且其中所述第一定子芯部分和所述第二定子芯部分的多個(gè)齒部被設(shè)置為朝轉(zhuǎn)子突出；其中所述第二定子芯部分的齒部相對于所述第一定子芯部分的齒部周向設(shè)置。本發(fā)明的不同方面可以通過包括上面和下面所述的轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子極部分和進(jìn)ー步的產(chǎn)品裝置的不同方式實(shí)現(xiàn)，每個(gè)方面都產(chǎn)生結(jié)合上述至少ー個(gè)方面描述的ー個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢，并且每個(gè)方面具有與結(jié)合上述和/或從屬權(quán)利要求中公開的至少ー個(gè)方面描述的優(yōu)選實(shí)施例對應(yīng)的ー個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。此外，將理解，結(jié)合此處所述的ー個(gè)方面描述的實(shí)施例可以等同地應(yīng)用于其他方面。


通過下面參考附圖對本發(fā)明實(shí)施例的示例性和非限制詳細(xì)描述，將進(jìn)一步闡述本發(fā)明的上述和/或其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖Ia示出現(xiàn)有技術(shù)調(diào)極電機(jī)的分解透視圖。 圖Ib示出現(xiàn)有技術(shù)調(diào)極電機(jī)的截面圖。圖2a示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子的管狀支撐結(jié)構(gòu)。圖2b示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子的凹陷的更詳細(xì)視圖。圖2c示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子的包括多個(gè)永磁體203的管狀支撐結(jié)構(gòu)。圖2d示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例內(nèi)轉(zhuǎn)子。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子極部分401。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例制造轉(zhuǎn)子極部分502的方法。圖6a示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子。圖6b示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子的一部分的更詳細(xì)視圖。圖7a示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的轉(zhuǎn)子。圖7b示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的轉(zhuǎn)子的更詳細(xì)視圖。圖8a)和8b)示出磁空氣隙固定裝置的實(shí)例。圖9示出調(diào)極電機(jī)的實(shí)例。具體而言，圖9a示出包括定子10和轉(zhuǎn)子30的電機(jī)的活動(dòng)部分的透視圖，而圖％示出電機(jī)的一部分的放大視圖。圖10示出圖9中的調(diào)極電機(jī)的定子10的實(shí)例。圖11示出三相調(diào)極電機(jī)的實(shí)例。具體而言，圖Ila示出三相調(diào)極電機(jī)的實(shí)例的活動(dòng)部分，而圖Ilb示出圖Ila中的電機(jī)的定子的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中，參考附圖，其中通過舉例示出如何實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明涉及調(diào)極電機(jī)100的領(lǐng)域，圖Ia的示意性分解透視圖中示出該電機(jī)的ー個(gè)實(shí)例。所述調(diào)極電機(jī)定子10基本的特征是使用對軟磁芯結(jié)構(gòu)形成的多個(gè)齒部102進(jìn)行磁饋送的中央單繞組20。定子芯然后繞繞組20形成，而對于其他通用電機(jī)結(jié)構(gòu)，所述繞組繞各個(gè)齒芯部分形成。調(diào)極電機(jī)布局的實(shí)例有時(shí)被稱為爪極、雞爪、倫德爾或TFM電機(jī)。更具體地說，所示的調(diào)極電機(jī)100包括兩個(gè)定子芯部分14、16(每個(gè)部分包括多個(gè)齒部102并且基本為圓形)、在所述第一和第二圓形定子芯部分之間排列的線圈20、以及包括多個(gè)永磁體22的轉(zhuǎn)子30。進(jìn)ー步地，定子芯部分14、16、線圈20和轉(zhuǎn)子30環(huán)繞共同的幾何軸103，兩個(gè)定子芯部分14、16的多個(gè)齒部被設(shè)置為朝轉(zhuǎn)子30突出以形成閉合的回路磁通路徑。圖I中的電機(jī)為徑向類型，因?yàn)槎ㄗ育X部沿徑向朝轉(zhuǎn)子突出，在這種情況下，定子圍繞轉(zhuǎn)子。但是，定子可以同等地良好地相對于轉(zhuǎn)子設(shè)置在內(nèi)部，在下面的某些附圖中示出了這樣的類型。下面列出的本發(fā)明范圍并不限于任何特定類型的調(diào)極電機(jī)，同樣可以同等地良好應(yīng)用于軸向和徑向類型的電機(jī)以及具有相對于轉(zhuǎn)子在內(nèi)部和外部設(shè)置的定子的電機(jī)。類似地，本發(fā)明并不限于單相電機(jī)，同樣可以同等地良好應(yīng)用于多相電機(jī)?；顒?dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)30由偶數(shù)個(gè)段22、24組成，其中也稱為轉(zhuǎn)子極部分24的一半的數(shù)量的段由軟磁材料制成，另ー半數(shù)量的段22由永磁材料材料制成。最新的方法是將這些段制造為單獨(dú)的部件。通常，段的數(shù)量可以非常大，通常為10-50個(gè)單獨(dú)的部分。永磁體22被設(shè)置為使得永磁體的磁化方向?yàn)榛旧现芟?，即，北極和南極分別沿基本上周向方向定向。進(jìn)ー步地，沿周向計(jì)數(shù)的每個(gè)第二永磁體22被設(shè)置為使其磁化方向與其他永磁體的磁 化方向相反。希望的電機(jī)結(jié)構(gòu)中軟磁極部分24的磁功能是完全三維的并且要求軟磁極部分24能夠以在所有三個(gè)空間方向上的高磁導(dǎo)率有效地承載變化的磁通量。使用層壓鋼片的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不會(huì)在垂直于鋼片平面的方向上顯示出所需的高磁導(dǎo)率，但是在這里有利地使用示出比最新層壓鋼片結(jié)構(gòu)具有更高磁通量各向同性的軟磁結(jié)構(gòu)和材料。圖Ib示出圖I中的相同徑向調(diào)極電機(jī)，但是已組裝的電機(jī)的截面圖更清晰地示出定子齒部102如何朝轉(zhuǎn)子延伸以及兩個(gè)定子芯部分14、16的定子齒部如何相對于彼此旋轉(zhuǎn)地設(shè)置。在下文中，將更詳細(xì)地描述可以用作圖la-b中示出的調(diào)極電機(jī)的一部分的轉(zhuǎn)子實(shí)例。應(yīng)該理解，本申請中描述的轉(zhuǎn)子可以與不同于上述調(diào)極電機(jī)類型的調(diào)極電機(jī)的定子
一起使用。圖2a示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子的管狀支撐結(jié)構(gòu)201。管狀支撐結(jié)構(gòu)201具有半徑和高度，其中所述高度沿管狀支撐結(jié)構(gòu)201的軸向軸延伸。管狀支撐結(jié)構(gòu)201包括多個(gè)在周向安裝表面中圍繞支撐結(jié)構(gòu)201的周邊周期設(shè)置的凹陷202，所述周向安裝表面是管狀支撐結(jié)構(gòu)201的內(nèi)表面。管狀支撐結(jié)構(gòu)201可以由非導(dǎo)磁(non-permeable)材料制成，例如鋁或塑料之類的非磁性材料。多個(gè)凹陷202沿管狀支撐結(jié)構(gòu)的軸向延伸。圖2b示出凹陷的更詳細(xì)視圖。所述凹陷包括兩個(gè)沿徑向延伸到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)中的平行側(cè)壁205和206。兩個(gè)平行的側(cè)壁205和206通過端壁207相連。所述凹陷延伸經(jīng)過管狀支撐結(jié)構(gòu)201的整個(gè)高度。圖2c示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子的包括多個(gè)永磁體203的管狀支撐結(jié)構(gòu)。多個(gè)凹陷中的每個(gè)凹陷中安裝有永磁體203。永磁體203可以通過摩擦配合和/或任意類型的固定方式(例如，適當(dāng)類型的膠)固定在凹陷202中。圖2d示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子。所述外轉(zhuǎn)子包括管狀支撐結(jié)構(gòu)201、多個(gè)永磁體203和多個(gè)轉(zhuǎn)子極部分204。轉(zhuǎn)子極部分204安裝到由支撐結(jié)構(gòu)201的凹陷202中安裝的永磁體形成的槽中。轉(zhuǎn)子極部分204可以通過永磁體形成的摩擦配合和/或任意類型的固定方式(例如，適當(dāng)類型的膠)固定到永磁體和/或支撐結(jié)構(gòu)中。當(dāng)永磁體203安裝到支撐結(jié)構(gòu)201的凹陷202中吋，它們比轉(zhuǎn)子極部分204在徑向上更加朝外延伸。因此，極部分可以使用永磁體203所產(chǎn)生的磁場的更多部分來產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。這樣降低對永磁體的磁要求，以便可以使用更小的永磁體，降低制造成本。圖3示出與圖2d中示出的外轉(zhuǎn)子對應(yīng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子極部分401。轉(zhuǎn)子極部分401具有寬度407和長度406。轉(zhuǎn)子極部分401包括三個(gè)區(qū)域第一恒寬區(qū)域402、錐形區(qū)域403和第二恒寬區(qū)域404。第一恒寬區(qū)域402適合于至少部分地安裝到支撐結(jié)構(gòu)的凹陷中。第ー恒寬區(qū)域402包括兩個(gè)與轉(zhuǎn)子極部分401的徑向軸平行的側(cè)壁，從而確保轉(zhuǎn)子極部分401的寬度在第一恒寬區(qū)域402中恒定。第一恒寬區(qū)域的長度可以近似的對應(yīng)于所述凹陷的深度，例如，凹陷的兩個(gè)側(cè)壁的范圍。錐形區(qū)域403包括兩個(gè)相對于轉(zhuǎn)子極部分401的徑向軸具有相等但相反角度的直側(cè)壁，以便所述錐形區(qū)域中的寬度隨著與第一恒定區(qū)域402的距離增加而單調(diào)減小。但是在其他實(shí)施例中，錐形區(qū)域的側(cè)壁為相反情況，以便所述錐形區(qū)域中的轉(zhuǎn)子極部分的寬度隨著與第一恒定區(qū)域402的距離增加而單調(diào)増加。第二恒寬區(qū)域404包括兩個(gè)與轉(zhuǎn)子極部分401的徑向軸平行的側(cè)壁，從而確保轉(zhuǎn)子極部分401的寬度在所述第二恒寬區(qū)域中恒定。當(dāng)轉(zhuǎn)子極部分用于外轉(zhuǎn)子時(shí)，第二恒寬區(qū)域可以進(jìn)一歩包括凹形端405，當(dāng)轉(zhuǎn)子極部分用于內(nèi)轉(zhuǎn)子時(shí)，第二恒寬區(qū)域可以進(jìn)一歩包括凸形端。在本發(fā)明的一·些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子極部分僅包括第一恒寬區(qū)域402和錐形區(qū)域403。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例制造轉(zhuǎn)子極部分502的方法。轉(zhuǎn)子極部分502通過使用鐵粉末或基于鐵的粉末填充模501，然后使用兩個(gè)沖頭505和506壓縮鐵粉末來制造。模501具有希望的轉(zhuǎn)子極部分(例如圖4所示)的相反形狀，不同之處在于模51的第一和第二恒寬區(qū)域503和504的長度增加。這樣允許沖頭505和506沿產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子極部分502的徑向移動(dòng)，部分地進(jìn)入模501的第一和第二恒寬區(qū)域503和504中，從而壓縮模501中的鐵粉末，最后形成轉(zhuǎn)子極部分502。圖6a示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的外轉(zhuǎn)子。該外轉(zhuǎn)子包括管狀支撐結(jié)構(gòu)601、多個(gè)永磁體603和多個(gè)轉(zhuǎn)子極部分604，如圖4所示。所述管狀支撐結(jié)構(gòu)包括多個(gè)繞支撐結(jié)構(gòu)601的周邊周期設(shè)置的凹陷602。轉(zhuǎn)子極部分604安裝到管狀支撐結(jié)構(gòu)601的多個(gè)凹陷602中，并且永磁體603安裝到兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)子極部分604之間形成的槽中。圖6b示出圖6a中示出的外轉(zhuǎn)子的一部分的更詳細(xì)視圖。圖6b示出管狀支撐結(jié)構(gòu)601的凹陷602中安裝的轉(zhuǎn)子極部分604的形狀如何影響兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)子極部分604之間形成的間隙。轉(zhuǎn)子極部分604的錐形區(qū)域607確保兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)子極部分604之間形成的間隙的寬度沿轉(zhuǎn)子極部分604的錐形區(qū)域607恒定。這樣使具有恒定寬度的永磁體603安裝到該間隙中。通過為轉(zhuǎn)子極部分604提供第二恒寬區(qū)域608，兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)子極部分604之間形成的間隙的寬度沿轉(zhuǎn)子極部分604的第二恒寬區(qū)域608減小。這樣確保永磁體603封入在該槽中，不能在徑向上滑出轉(zhuǎn)子。圖7a示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的轉(zhuǎn)子，進(jìn)ー步包括空氣隙固定裝置605。所述空氣隙固定裝置可以確保在制造轉(zhuǎn)子期間正確地定位轉(zhuǎn)子極部分?？諝庀豆潭ㄑb置605可以在組裝外轉(zhuǎn)子時(shí)具有圓柱形狀，或者替代地具有錐形形狀，在組裝內(nèi)轉(zhuǎn)子具有管狀形狀?？諝庀豆潭ㄑb置605可用于徑向調(diào)節(jié)凹陷602中的轉(zhuǎn)子極部分604。該空氣隙固定裝置可以包括可使用磁能調(diào)節(jié)凹陷602中轉(zhuǎn)子極部分604的徑向位置的磁器件。在組裝轉(zhuǎn)子之后，可以移除所述空氣隙固定裝置。圖7b示出圖7a的更詳細(xì)視圖。通過使用所述空氣隙固定裝置，可以提供快速、輕松地組裝根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的方法，從而降低制造成本。圖8a)和8b)示出磁性空氣隙固定裝置器件的實(shí)例。磁性空氣隙固定裝置605包括通常的圓柱形主體，該主體具有用于容納線圈852的周向凹陷851，從而提供可控磁場以使轉(zhuǎn)子極部分853保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩D9示出調(diào)極電機(jī)的實(shí)例。具體而言，圖9示出單個(gè)相的活動(dòng)部分，例如單相電機(jī)或多相電機(jī)中的一個(gè)相。圖9a示出包括定子10和轉(zhuǎn)子30的電機(jī)的活動(dòng)部分的透視圖。圖9b不出電機(jī)的一部分的放大視圖。圖10示出圖9中的調(diào)極電機(jī)的定子10的實(shí)例。具體而言，圖10示出定子10的首1J視圖。所述電機(jī)包括定子10，該定子包括對軟磁芯結(jié)構(gòu)形成的多個(gè)齒部102進(jìn)行磁饋送的中央單繞組20。定子芯圍繞繞組20形成，而對于其他常見電機(jī)結(jié)構(gòu)而言，繞組圍繞各個(gè) 齒芯部分形成。更具體地說，圖9和10中的調(diào)極電機(jī)包括兩個(gè)定子芯部分14、16 (每個(gè)部分包括多個(gè)齒部102并且基本為環(huán)形)、在所述第一和第二環(huán)形定子芯部分之間設(shè)置的線圈20、以及包括多個(gè)永磁體22的轉(zhuǎn)子30。進(jìn)一步地，定子芯部分14、16、線圈20和轉(zhuǎn)子30環(huán)繞共同的幾何軸，兩個(gè)定子芯部分14、16的多個(gè)齒部102被設(shè)置為朝轉(zhuǎn)子30突出以形成閉合的回路磁通路徑。兩個(gè)定子芯部分14、16的定子齒部相對地周向設(shè)置。每個(gè)定子部分包括在鄰近齒部之間的提供周向磁通路徑的環(huán)形定子芯背面部分261。該定子進(jìn)一步包括在兩個(gè)定子芯部分之間的提供至少軸向磁通路徑的通量橋或軛部件18。在圖9和10中電機(jī)中，定子齒部沿徑向朝轉(zhuǎn)子突出，在這種情況下，轉(zhuǎn)子環(huán)繞定子。但是，定子同樣可以相對于轉(zhuǎn)子設(shè)置在外部。在此描述的轉(zhuǎn)子實(shí)施例可以在單相和/或多相電機(jī)中使用?；顒?dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)30由偶數(shù)個(gè)段22、24組成，其中也稱為轉(zhuǎn)子極部分24的一半的數(shù)量的段由軟磁材料制成，另一半數(shù)量的段22由永磁材料材料制成。這些段可以制造為單獨(dú)的部件。為了說明的目的，只有轉(zhuǎn)子的磁活動(dòng)部分在圖9-10中示出。在此描述的管狀支撐結(jié)構(gòu)未在圖9-10中明確示出。永磁體22被設(shè)置為使得永磁體的磁化方向?yàn)榛旧现芟?，即，北極和南極分別沿基本上周向方向定向。進(jìn)一步地，沿周向計(jì)數(shù)的每個(gè)第二永磁體22被設(shè)置為使其磁化方向與其鄰近的永磁體的磁化方向相反。希望的電機(jī)結(jié)構(gòu)中軟磁極部分24的磁功能是完全三維的并且每個(gè)軟磁極部分24能夠以在所有三個(gè)空間方向上的高磁導(dǎo)率有效地承載變化的
磁通量。轉(zhuǎn)子30和定子10的該設(shè)計(jì)具有使來自永磁體22的通量集中的優(yōu)點(diǎn)，以便轉(zhuǎn)子30的朝向定子10的齒部的表面可以將來自兩個(gè)鄰近永磁體22總磁通量提供給對面齒部的表面。該通量集中可以被視為永磁體22的面向每個(gè)極部分24的面積除以面向齒部的面積的函數(shù)。具體而言，由于齒部的周向設(shè)置，因此朝向極部分的齒部導(dǎo)致僅部分地跨極部分的軸向范圍延伸的活動(dòng)空氣隙。然而，來自永磁體的整個(gè)軸向范圍的磁通量在極部分中沿軸向和徑向?qū)蚧顒?dòng)空氣隙。每個(gè)極部分24的這些通量集中特性允許使用低成本的弱永磁體作為轉(zhuǎn)子中的永磁體22以及允許實(shí)現(xiàn)極高空氣隙磁通密度。該磁通集中可以通過由磁粉末制成的極部分來促成，從而實(shí)現(xiàn)有效的三維磁通路徑。進(jìn)一步地，此設(shè)計(jì)還允許比對應(yīng)電機(jī)類型更有效地使用磁體。仍參考圖9和10，單相定子10可以用作單相電機(jī)的定子，如圖9和10所示，和/或者可以用作多相電機(jī)的定子相位，例如圖11中的電機(jī)的定子相位IOa-C之一。定子10包括兩個(gè)相同的定子芯部分14、16，每個(gè)部分包括多個(gè)齒部102。每個(gè)定子芯部分由軟磁粉末制成，所述軟磁粉末在壓縮工具中壓縮成型。當(dāng)定子芯部分具有相同形狀時(shí)，它們可以在同一工具中壓制。這兩個(gè)定子芯部分然后在第二操作中接合，并且共同形成具有徑向延伸的定子芯齒部的定子芯，其中一個(gè)定子芯部分的齒部相對于其他定子芯部分的齒部軸向和周向設(shè)置。定子芯部分14、16中的每個(gè)壓制成一件(one piece)。每個(gè)定子芯部分14、16可以形成為具有基本呈圓形的中央開口的環(huán)形盤，該圓形開口由環(huán)形芯背面部分261的徑向內(nèi)邊緣551限定。齒部102從環(huán)形圓盤狀芯背面部分的徑向外邊緣徑向向外突出。內(nèi)邊緣551和齒部102之間的環(huán)形部分提供徑向和周向磁通路徑以及容納線圈20的周向腔的側(cè) 壁。每個(gè)定子芯部分包括位于內(nèi)邊緣551處或附近的周向凸緣18，在組裝的定子中，周向凸緣8設(shè)置在定子芯部分的內(nèi)側(cè)(S卩，面向線圈20和另一定子芯部分的一側(cè))上。在圖9和10所示的實(shí)施例中，定子芯部分14、16形成為相同的部件。具體而言，這兩個(gè)定子芯部分包括朝各其他定子芯部分突出的凸緣18。在已組裝的定子中，凸緣18相互鄰接并形成軸向通量橋，從而允許在所述定子芯部分之間提供軸向磁通路徑。在用于外轉(zhuǎn)子電機(jī)的已組裝的定子中，線圈圍繞由凸緣18形成的定子芯背面部分。每個(gè)齒部102具有面向空氣隙的接口表面262。在電機(jī)操作期間，磁通量借由空氣隙通過接口表面262和轉(zhuǎn)子極部的相應(yīng)接口表面流通。圖Ila示出三相調(diào)極電機(jī)的實(shí)例的活動(dòng)部分，而圖Ilb示出圖Ila中的電機(jī)的定子的實(shí)例。該電機(jī)包括定子10和轉(zhuǎn)子30。定子10包含三個(gè)定子相位部分10a、b、C，每個(gè)相位部分如結(jié)合圖9和10所述。具體而言，每個(gè)定子相位部分分別包括各定子部件對14a、16a ; 14b、16b和14c、16c,每個(gè)定子組件對分別保持一個(gè)周向繞組20a_c。因此，如圖9和10中的實(shí)例，圖11中的每個(gè)調(diào)極電機(jī)定子相位部分IOa-C包括為由軟磁芯結(jié)構(gòu)形成的多個(gè)齒部102進(jìn)行磁饋送的中央線圈20a_c (例如單繞組)。更具體地說，所示調(diào)極電機(jī)100的每個(gè)定子相位IOa-C包括兩個(gè)定子芯部分14 (每個(gè)包括多個(gè)齒部102并且基本為環(huán)形)、在第一和第二圓形定子芯部分之間設(shè)置的線圈20。進(jìn)一步地，每個(gè)定子相位的定子芯部分14和線圈20環(huán)繞共同軸，以及定子芯部分14的多個(gè)齒部102被設(shè)置為徑向向外突出。在圖11的實(shí)例中，轉(zhuǎn)子30與定子10共軸設(shè)置并且環(huán)繞定子以便形成定子的齒部102和轉(zhuǎn)子之間的空氣隙。該轉(zhuǎn)子可以被提供為交替的永磁體22和極部24，如結(jié)合圖9和10所述，但是跨所有定子相位部分軸向延伸。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述和示出一些實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，而是還可以在下面的權(quán)利要求中定義的主題范圍內(nèi)以其他方式實(shí)施。具體而言，將理解，可以使用其他實(shí)施例并且可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，做出結(jié)構(gòu)和功能方面的修改。在此公開的本發(fā)明實(shí)施例可以用于電動(dòng)自行車或其他電動(dòng)車輛，具體而言是指輕型車輛的直接輪驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。此類應(yīng)用可能需要高轉(zhuǎn)矩、相對較低的速度以及低成本。這些需求可以通過使用少量永磁體和線圈的在緊湊的幾何結(jié)構(gòu)中具有相對較高的極數(shù)目的馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)，以適應(yīng)和滿足提升的轉(zhuǎn)子組裝流程的成本要求。
在例舉多種裝置的裝置權(quán)利要求中，這些裝置中的多種可以通過一個(gè)硬件和硬件的相同項(xiàng)來體現(xiàn)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中列出或在不同實(shí)施例中描述特定措施這一基本事實(shí)并不指示這些措施的組合不能用于實(shí)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)。需要指出，術(shù)語“包括/包含”當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，被認(rèn)為是指定存在所述的特征、整體(integer)、步驟或部件,并不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、部件或它們的組合?！?br> 權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被配置為產(chǎn)生與所述調(diào)極電機(jī)的定子的定子磁場相互作用的轉(zhuǎn)子磁場，其中所述轉(zhuǎn)子包括 -限定周向安裝表面的管狀支撐結(jié)構(gòu)，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)包括位于所述安裝表面內(nèi)的多個(gè)伸長的凹陷，所述伸長的凹陷沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的軸向延伸，以及 -沿所述轉(zhuǎn)子的周向磁化以產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)子磁場的多個(gè)永磁體，所述永磁體沿所述轉(zhuǎn)子的所述周向由軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分相互隔離，所述軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分用于將所述永磁體產(chǎn)生的所述轉(zhuǎn)子磁場至少沿徑向方向?qū)б?，其中所述永磁體至少部分地徑向延伸到所述多個(gè)凹陷中的各凹陷內(nèi)并且各轉(zhuǎn)子極部分位于兩個(gè)鄰近的永磁體之間。
2.如權(quán)利要求I中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述多個(gè)凹陷適合于允許徑向調(diào)節(jié)所述永磁體的位置，以便允許調(diào)節(jié)每個(gè)永磁體的延伸出所述凹陷的部分的徑向長度。
3.如上述任一權(quán)利要求中所述的轉(zhuǎn)子，其中每個(gè)永磁體與所述凹陷的兩個(gè)側(cè)壁接觸。
4.如上述任一權(quán)利要求中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述永磁體通過由所述凹陷的側(cè)壁形成的摩擦配合而安裝到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的所述凹陷中。
5.一種用于調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被配置為產(chǎn)生與所述調(diào)極電機(jī)的定子的定子磁場相互作用的轉(zhuǎn)子磁場，其中所述轉(zhuǎn)子包括 -限定周向安裝表面的管狀支撐結(jié)構(gòu)，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)包括位于所述安裝表面內(nèi)的多個(gè)伸長的凹陷，所述伸長的凹陷沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的軸向延伸，以及 -沿所述轉(zhuǎn)子的周向磁化以產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)子磁場的多個(gè)永磁體，所述永磁體沿所述轉(zhuǎn)子的所述周向由軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分相互隔離，所述軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分用于將所述永磁體產(chǎn)生的所述轉(zhuǎn)子磁場至少沿徑向方向?qū)б?，其中至少一個(gè)轉(zhuǎn)子極部分至少部分地徑向延伸到所述多個(gè)凹陷中的一個(gè)中；其中所述轉(zhuǎn)子極部分當(dāng)安裝到所述支撐結(jié)構(gòu)的凹陷中時(shí)從限定徑向軸的所述凹陷徑向延伸，其中所述轉(zhuǎn)子極部分包括 -第一恒寬區(qū)域，形成所述轉(zhuǎn)子極部分的第一末端，適合于至少部分地安裝到所述支撐結(jié)構(gòu)的凹陷中，其中所述第一恒寬區(qū)域具有兩個(gè)平行的側(cè)壁，以便所述第一恒寬區(qū)域中的所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度恒定， -從所述第一恒寬區(qū)域結(jié)束的點(diǎn)開始的錐形區(qū)域，其中所述錐形區(qū)域具有兩個(gè)不平行的側(cè)壁，以便所述錐形區(qū)域中的所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度不恒定。
6.如權(quán)利要求5中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子極部分進(jìn)一步包括從所述錐形區(qū)域結(jié)束的點(diǎn)開始并形成所述轉(zhuǎn)子極部分的第二末端的第二恒寬區(qū)域，其中所述第二恒寬區(qū)域的側(cè)壁是平行的，以便所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度在所述第二恒寬區(qū)域中恒定。
7.如權(quán)利要求5或6中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述多個(gè)凹陷適合于允許徑向調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子極部分的位置，以便允許調(diào)節(jié)每個(gè)轉(zhuǎn)子極部分的延伸出所述凹陷的部分的徑向長度。
8.如權(quán)利要求5至7中的任一權(quán)利要求中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子極部分通過由所述凹陷的側(cè)壁形成的摩擦配合而安裝到所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的所述凹陷中。
9.如上述任一權(quán)利要求中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述周向安裝表面是所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面。
10.如上述任一權(quán)利要求中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述周向安裝表面是所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的外表面。
11.如上述任一權(quán)利要求中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子極部分由軟磁材料制成。
12.如上述任一權(quán)利要求中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述管狀支撐結(jié)構(gòu)由諸如鋁或塑料之類的非磁性材料制成。
13.一種轉(zhuǎn)子極部分，包括 -第一恒寬區(qū)域，形成所述轉(zhuǎn)子極部分的第一末端，適合于至少部分地安裝到所述支撐結(jié)構(gòu)的凹陷中，其中所述第一恒寬區(qū)域具有兩個(gè)平行的側(cè)壁，以便所述第一恒寬區(qū)域中的所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度恒定， -從所述第一恒寬區(qū)域結(jié)束的點(diǎn)開始的錐形區(qū)域，其中所述錐形區(qū)域具有兩個(gè)不平行的側(cè)壁，以便所述錐形區(qū)域中的所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度不恒定。
14.如權(quán)利要求13中所述的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子極部分進(jìn)一步包括從所述錐形區(qū)域結(jié)束的點(diǎn)開始并形成所述轉(zhuǎn)子極部分的第二末端的第二恒寬區(qū)域，其中所述第二恒寬區(qū)域的側(cè)壁是平行的，以便所述轉(zhuǎn)子極部分的寬度在所述第二恒寬區(qū)域中恒定。
15.一種使用粉末壓縮制造如權(quán)利要求13或14的任一項(xiàng)中所述的轉(zhuǎn)子極部分的方法，包括以下步驟 -獲取包括第一恒寬區(qū)域和第二恒寬區(qū)域的具有轉(zhuǎn)子極部分的相反形狀的模； -使用磁粉末填充所述模； -使用至少兩個(gè)沖頭壓縮所述模中的所述磁粉末，其中所述沖頭中的至少一個(gè)沿產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子極部分的徑向軸朝著另一沖頭移動(dòng)，部分地進(jìn)入所述模中的所述第一恒寬區(qū)域或所述第二恒寬區(qū)域中的至少一個(gè)，以便減小所述產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子極部分的第一恒寬區(qū)域或第二恒寬區(qū)域中的至少一個(gè)的長度。
16.一種用于制造用于調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子的方法，所述轉(zhuǎn)子包括限定周向安裝表面的管狀支撐結(jié)構(gòu)，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)包括在所述安裝表面內(nèi)沿所述支撐結(jié)構(gòu)的所述安裝表面周期地設(shè)置的多個(gè)伸長的凹陷，所述伸長的凹陷沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的軸向延伸，每個(gè)凹陷具有兩個(gè)側(cè)壁，所述轉(zhuǎn)子進(jìn)一步包括多個(gè)永磁體，所述多個(gè)永磁體沿所述周向通過由軟磁材料制成的軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分相互隔離，其中所述方法包括以下步驟 -將所述永磁體或轉(zhuǎn)子極部分至少部分地設(shè)置在每個(gè)所述凹陷中，所述永磁體或轉(zhuǎn)子極部分徑向延伸出所述凹陷，從而形成位于兩個(gè)鄰近的凹陷之間的多個(gè)槽 -將所述永磁體或轉(zhuǎn)子極部分設(shè)置在每個(gè)形成的槽中。
17.如權(quán)利要求16中所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括設(shè)置與所述支撐結(jié)構(gòu)同心的空氣隙固定裝置的步驟，其中徑向調(diào)節(jié)凹陷中轉(zhuǎn)子極部分或永磁體，以便所述永磁體或轉(zhuǎn)子極部分面向所述空氣隙固定裝置的一側(cè)與所述空氣隙固定裝置接觸。
18.如權(quán)利要求17中所述的用于制造用于調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子的方法，其中所述空氣隙固定裝置進(jìn)一步包括用于加強(qiáng)所述轉(zhuǎn)子極部分或永磁體與所述空氣隙固定裝置之間的接觸壓力的磁性裝置。
19.一種包括權(quán)利要求I至12的任一項(xiàng)限定的定子和轉(zhuǎn)子的調(diào)極電機(jī)，其中所述定子包括 -第一和第二定子芯部分，每個(gè)部分包括朝所述轉(zhuǎn)子徑向突出的多個(gè)齒部，以及 -在所述第一和第二定子芯之間設(shè)置的繞組； 其中所述第二定子芯部分的齒部相對于所述第一定子芯部分的齒部周向設(shè)置，其中隔離所述永磁體的所述軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分軸向延伸到所述第一和第二定子芯部分，以及所述轉(zhuǎn)子的永磁體的磁化方向?yàn)榛局芟?，以使在軸向延伸極部分中產(chǎn)生的磁通路徑在所述調(diào)極電機(jī)的使用期間至少周向和軸向地延伸并使來自鄰近的永磁體的面對區(qū)域的磁通量聚集到所述定子部分中的一 個(gè)的齒部的位置，并且其中每個(gè)第二永磁體的磁化方向與其間的永磁體的磁化方向相反。
全文摘要
一種用于調(diào)極電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被配置為產(chǎn)生與所述調(diào)極電機(jī)的定子的定子磁場相互作用的轉(zhuǎn)子磁場，其中該轉(zhuǎn)子包括限定周向安裝表面的管狀支撐結(jié)構(gòu)(201、301)，所述管狀支撐結(jié)構(gòu)包括位于所述安裝表面內(nèi)的多個(gè)伸長的凹陷(202)，所述伸長的凹陷沿所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的軸向延伸并且多個(gè)永磁體(203)在所述管狀支撐結(jié)構(gòu)的安裝表面上設(shè)置并沿所述轉(zhuǎn)子的周向磁化，以便產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場，所述永磁體(203)沿轉(zhuǎn)子的周向通過軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分(204)相互隔離，軸向延伸轉(zhuǎn)子極部分用于將所述永磁體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場沿徑向?qū)б?，其中所述至少一個(gè)永磁體(203)或轉(zhuǎn)子極部分(204)至少部分地延伸到所述多個(gè)凹陷之一中。
文檔編號H02K1/27GK102754309SQ201080063720
公開日2012年10月24日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者G·諾德, L-O·彭納德 申請人:霍加納斯股份有限公司