[发明专利]高功率密度、高效率、非永磁体电机

说明书

技术领域

本发明的实施例大体上涉及具有高功率密度的电机，并且更特别地涉及具有高效率和低成本的非永磁体电机。

背景技术

对高功率密度和高效率电机(即，电动马达和发电机)的需要对于多种应用、特别对于混合动力和/或电动车辆牵引应用已经盛行很久。由于能量供应和环境原因，已经存在增大的动机来生产既非常高效又可靠甚至对于普通消费者合理地定价的混合动力-电动和/或电动车辆。然而，对于混合动力-电动和电动车辆可用的驱动马达技术一般是成本高昂的，由此减少消费者负担能力或制造商盈利能力中的一个(或两个)。

因为已经发现内部永磁体(IPM)机在宽速度范围上具有高功率密度和高效率，并且也容易封装在前轮驱动车辆中，大多数商业可得到的混合动力-电动和电动车辆对于牵引应用依赖IPM电机。然而，为了获得这样高的功率密度，IPM机必须使用昂贵的烧结高能量乘积磁体。此外，IPM机以高速(例如，14,000rpm)运行以获得最佳功率密度，并且该高速运转导致高反电磁场(EMF)。这样的高反EMF要求使用高电压逆变器装置，其导致整体系统成本中的进一步增加。

IPM机还包含对高速运转敏感的错综复杂的转子和定子设计，由此增加它们的制造的复杂性和成本。例如，IPM机的定子一般使用三相分布绕组或发针矩形导线用于更高的槽填充(slot fill)。这些绕组使用常规自动绕组机生产是昂贵的。尽管可开发特殊的自动绕组机站来生产这样的绕组，这样的工装定制也是相当高成本的。分布绕组线圈还延伸超过它们缠绕在其上的定子铁芯，其对于在例如在电动和/或混合动力-电动车辆中存在的那些等紧密封装情况中使用可是不利的。

此外，IPM机的转子通常具有一层或多层切口以实现磁体的插入，由此在磁体和转子的外表面之间留下薄桥。这些薄桥导致减弱的机械连接，其由于当转子以高速运转时的高离心力而可能是有问题的。

IPM机还需要定子和转子之间的小空隙(例如，0.02-0.03英寸)以便获得高功率密度和高效率。对小空隙的需要意味定子和转子两者必须以更严格的公差来制造，由此增加它们的建造的复杂性和成本。

IPM机的使用的另一个缺点是如果要获得高功率密度需要在转子中使用烧结磁体。这些烧结磁体不能结合并且必须插入未磁化的转子通道，其后胶粘磁体并且平衡组装的转子。转子然后“落”入定子，组装IPM机，并且其后磁体使用专用的磁化器具(magnetizing fixture)单独磁化。该转子建造的工艺不容易自动化，再次增加制造IPM机的总费用。

至少由于上文阐述的原因，制造和维护IPM机的高成本总的来说限制了混合动力-电动和电动车辆的商业化和电动驱动马达技术的采用两者。

在解决对更加成本高效和低维护的混合动力-电动和电动技术的需要中，已经做出许多努力来开发新电池和逆变器技术。然而，如上文证明的，在混合动力-电动和电动驱动技术变得完全商业可行之前，仍然存在对改进的和成本有效的驱动马达技术的巨大需要。

因此提供具有高功率密度、高效率和相对低成本的非永磁体电机将是可取的。

发明内容

本发明针对包括转子和定子的电机，该定子包括具有两组端子的分数槽集中绕组，其中第一组端子配置该分数槽集中绕组为具有第一极数(P1)，并且其中第二组端子配置该分数槽集中绕组为具有不同于该第一极数(P1)的第二极数(P2)。

根据本发明的另一个方面，同步磁阻电机示出包括：具有分数槽集中绕组的定子，耦合于该分数槽集中绕组使得该分数槽集中绕组具有第一极数(P1)的第一组端子，以及耦合于该分数槽集中绕组使得该分数槽集中绕组具有第二极数(P2)的第二组端子，其中该第二极数(P2)小于该第一极数(P1)。该同步磁阻电机还包括耦合于该第一组端子的交流(AC)电源、耦合于该第二组端子的直流(DC)电源和同步磁阻叠片式转子。

根据本发明的另一个方面，示出制造电机的方法，该方法包括：形成具有分数槽集中绕组的定子、形成耦合于该分数槽集中绕组的具有第一极数(P1)的第一组端子以及形成耦合于该分数槽集中绕组的具有第二极数(P2)的第二组端子的步骤。该方法还包括将该第一组端子耦合于第一能源，将该第二组端子耦合于第二能源，形成同步磁阻叠片式转子，以及将该同步磁阻叠片式转子设置在该定子内。

将从下列详细描述和图使各种其他特征和优势明显。

附图说明

图图示目前考虑用于执行本发明的实施例。

在图中：

图1图示根据本发明的实施例的定子的横截面视图。