[发明专利]用于电动力机的转子-定子结构

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2004年10月25日申请的第60/622,258号美国临时申请案、2004年 12月23日申请的第11/021,417号美国非临时申请案和2005年10月20日申请的题为 “Rotor-Stator Structure for Electrodynamic Machines”的第11/xxx,xxx号美国非临时申请 案的优先权，所述申请案每一者均以全文引用方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及电马达、交流发电机、发电机和其类似物，且更明确地说，涉及 用于马达的转子-定子结构，举例来说，所述转子-定子结构通过最小化磁通量路径的长 度，或通过矫直穿过场磁极构件的那些路径，或者通过这两种方式来增加每单位尺寸(或 每单位重量)的输出转矩。另外，所述转子-定子结构(例如)通过最小化损耗和通过消 除“护铁”材料来节省资源(例如降低制造成本)。

背景技术

在用于分数和子分数马力马达的传统定子和转子结构中，永久磁体经常集成到转子 组合件中，所述转子组合件通常与铁磁定子结构在同一平面中旋转，所述铁磁定子结构 为磁体和电流生成的通量提供磁返回路径。电流生成的通量(也被称为安匝(“AT”)生 成的通量)是通过使电流穿过包裹在定子构件结构的磁极区周围的线圈绕组而生成的。 尽管这些和其它电马达的常规定子和转子结构有作用，但其具有若干缺点，如接下来论 述。

图1说明传统的电马达，其例示通常使用的定子和转子结构。电马达100是由定子 结构104、磁毂106和轴102组成的圆柱形马达。马达100的转子结构包括一个或一个 以上永久磁体110，所有所述永久磁体110均经由磁毂106而附着到轴102，以在定子 结构104内旋转。定子结构104通常包括场磁极118，其每一者具有缠绕在每个场磁极 118周围的线圈绕组112(仅展示一个)。定子结构104包括槽108，所述槽108部分用 于提供用于在制造期间将线圈线缠绕在定子场磁极118周围的线通道。槽108还提供相 邻场磁极118之间的磁分离。定子结构104包括外围通量承载段119作为磁返回路径116 的一部分。在许多情况下，定子结构104由叠片114组成，所述叠片114通常由各向同 性(例如，非晶粒取向)的磁导材料形成。磁返回路径116(其为若干磁返回路径中的 一者，在所述若干磁返回路径中存在永久磁体生成的通量和AT生成的通量)被展示为 在外围通量承载段119处本质上稍有弓形，但包括进入场磁极区118中的相对急转弯。

传统电马达(包括电马达100)的一个缺点在于，磁返回路径116需要相对较长的 长度来为从一个转子磁极110发出且经由磁返回路径116而横穿到另一转子磁极110的 通量完成磁路。此外，磁返回路径116不是直线，这对于承载磁通量是优选的。如图示， 磁返回路径116在定子路径中具有两个九十度转弯。磁返回路径116从场磁极区118到 外围通量承载段119转弯一次，且接着再次从外围通量承载段119转到另一场磁极区 118。这两个转弯对于有效承载通量是次优的。如实施，磁返回路径116需要比原本承 载场磁极之间的此类通量所必需的材料更多的材料或“护铁”。结果，磁返回路径116 向传统电马达添加了重量和尺寸，从而增加了马达形状因数以及制造此类马达的材料成 本。

常规电马达的另一缺点在于，叠片114未有效使用各向异性材料来优化通量密度且 降低通量承载磁极(例如通过场磁极118)和外围通量承载段119处的定子区中的磁滞 损耗。明确地说，外围通量承载段119包括非笔直通量路径，这限制了使用此类各向异 性材料来最小化磁滞损耗(或“铁损”)。磁滞是磁性材料保持其磁性的倾向。“磁滞损 耗”是磁化和去磁化构成定子区的磁性材料所需的能量，其中磁滞损耗随着磁性材料量 增加而增加。由于磁返回路径116具有一个或一个以上九十度或更大的转弯，因而使用 各向异性材料(例如晶粒取向材料)不能有效降低磁滞损耗，因为外围通量承载段119 中的磁返回路径116会走捷径穿过叠片114的方向取向。举例来说，如果方向120表示 叠片114的晶粒取向，那么磁返回路径116的至少两部分横穿晶粒的方向120，从而阻 滞定子外围通量承载段119的这些部分的通量密度容量。因此，各向异性材料一般不在 类似于定子结构104的结构中实施，因为通量路径通常为曲线的而并非笔直的，这限制 通过使用此类材料而提供的好处。