[发明专利]用于电动机器的场磁极组件和其形成方法

说明书

技术领域

本发明实施例大体上涉及电马达、交流发电机、发电机等，且更明确地说，涉及场 磁极组件结构以及用于形成此类场磁极组件结构的制造方法。

背景技术

在用于分数和次分数马力马达的传统定子与转子结构中，经常将永久磁体集成到转 子组合件中，所述转子组合件通常在与铁磁定子结构相同的平面中旋转，所述铁磁定子 结构为磁体和电流产生的通量提供磁通量回路(magnetic return path)。电流产生的通量 (还称为安匝(“AT”)产生的通量)是通过使电流穿过缠绕在定子组件结构的极区周围 的线圈绕组来产生的。尽管是实用的，但这些和其它电马达的常规定子与转子结构具有 若干缺陷，如下文论述。

图1A说明传统的电马达，其示范性说明常用定子与转子结构。电马达100是由定 子结构104、磁轮毂106和轴杆102构成的圆柱形马达。马达100的转子结构包括一个 或一个以上永久磁体110，其全部经由磁轮毂106附接到轴杆102以在定子结构104内 旋转。定子结构104通常包括若干场磁极118，其每一者具有缠绕在每一场磁极118周 围的线圈绕组112(仅展示一个)。定子结构104包括狭槽108，其部分用于提供电线通 道以在制造期间将绕组线圈电线缠绕在定子场磁体118周围。狭槽108还提供邻近场磁 体118之间的磁分离。定子结构104包括作为磁通量回路116的部分的外围通量承载片 段119。在许多情况下，定子结构104由叠片114构成，所述叠片通常由各向同性(例 如，非晶粒取向的)透磁性材料形成。磁通量回路116(其为其中存在永久磁体产生的 通量和AT产生的通量的许多磁通量回路之一)经展示为在外围通量承载片段119处本 质上为稍微弓形的，但包括进入场磁极区118中的相对较急的转弯。

传统电马达(包括电马达100)的一个缺陷是磁通量回路116需要相对较长的长度 来完成用于从一个转子磁极110发射且经由磁通量回路116横穿到另一转子磁极110的 通量的磁路。此外，磁通量回路116不是直线，而直线对于承载磁通量来说是优选的。 如图所示，磁通量回路116在定子路径中具有两个90度转弯。磁通量回路116从场磁 极区118向外围通量承载片段119转向一次，接着再次从外围通量承载片段119向另一 场磁极区118转向。这两个转弯对于有效承载通量来说均是次优的。如所实施的，磁通 量回路116需要除原本用于在场磁极之间承载此类通量所必需的材料以外的材料或“背 铁(back-iron)”。因而，磁通量回路116向传统电马达添加重量和尺寸，进而增加马达 形状因数以及用以制造此类马达的材料成本。

常规电马达的另一缺陷是叠片114未有效使用各向异性材料来优化通量密度并降低 通量承载磁极(例如通过场磁极118)和外围通量承载片段119处的定子区中的磁滞损 耗。明确地说，外围通量承载片段119包括非直线通量路径，其限制使用此类各向异性 材料来降低磁滞损耗(或“铁损耗”)。磁滞是磁性材料保留其磁化的倾向。“磁滞损耗” 是磁化和去磁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。当磁通量回路116具有一个或一个以上90度或更大的转弯时，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，因为外围通量承载片段119中的磁通 量回路116将横切叠片114的有向定向。举例来说，如果方向120表示叠片114的晶粒 定向，那么磁通量回路116的至少两个部分横穿晶粒的方向120，进而阻滞定子外围通 量承载片段119的那些部分的通量密度容量。因而，各向异性材料大体上尚未在类似于 定子结构104的结构中实施，因为通量路径通常为曲线的而非直线的，这限制通过使用 此类材料所提供的益处。

常规电马达的又一缺陷是磁通量回路116的相对较长的长度。变化的磁场(例如以 马达换向频率产生的)可造成在叠片114中在与诱发涡电流的磁场相反的定向中产生涡 电流。涡电流导致功率损耗，其大致与磁通量改变的速率的幂函数成正比，且大致与受 影响的叠片材料体积成正比。

常用电马达的其它缺陷包括实施专门技术以降低“转矩变动(cogging)”或定位转 矩，所述技术不是非常适用于各种类型的电马达设计。转矩变动是导致“顿挫(jerking)” 运动而非平滑旋转运动的非均匀角度转矩。这种效果通常在低速度下最为明显，且当场 磁极118处于相对于磁极的不同角位置时向负载施加相加和相减转矩。此外，固有的旋 转加速和减速造成可闻振动。