[发明专利]电机过模制构造

说明书

本发明涉及一种包括定子和通过轴颈安装（journal）以在定子中旋转的转子的永磁电机（permanent magnet electric machine），以及构造此电机的方法。定子设有缠绕在定子线棒（stator bar）上的线圈，转子设有越过转子与定子之间的气隙与线圈协作的永磁体。该电机可以是电动机（motor）或发电机，且在许多实施例中，是轴向磁通电机。特别地，本发明涉及一种无磁轭分段式电枢机（下文中称为“Y型机”），以及构造此电机的方法。

背景技术

Woolmer和McCulloch[1]描述了一种Y型机的布局，讨论了其定子中的还原铁使得能够提高转矩密度的优点。该Y型机包括一系列缠绕在线棒周围的线圈，所述线棒围绕定子周向地间隔开，理想地为轴向地设置（即平行于转子的旋转轴线）。转子具有两个级，这两个级包括设有永磁体的盘，永磁体面对定子的每个线圈的任一端。工作中任何级的磁路均为：经过第一线圈进入转子的第一级上的第一磁体；穿过转子的背铁（back iron）到达第一级上的相邻第二磁体；经过定子的与第一线圈相邻的第二线圈；进入转子的第二级上的与第一级上的第二磁体对准的第一磁体；穿过第二级的背铁到达第二级上的与第一级上的第一磁体对准的第二磁体；以及经过第一线圈而完成回路。

电机的一个难点通常是提供足够的冷却。对于具有高转矩密度的Y型机来说，这是一个特别的问题，在高转矩下，在线圈中产生大量的热，这经常是对能够使用的转矩的限制因素，至少对于较长时间段是如此。

线圈与永磁体之间的磁性连接取决于穿过线圈形成的强磁场（在发电机的情况下由磁体产生或在电动机的情况下由线圈本身产生），并且磁路的磁导率应尽可能得低，以允许穿过线圈的最大磁通密度。为了此目的，设有高磁导率的铁芯或线棒，线圈缠绕在该铁芯或线棒周围。但是，线棒优选地是层压的或者以其他方式设置为减少线棒中的涡流的发生。此外，线棒优选地还设有极靴（shoe），以将磁通散布到气隙中并减少气隙中的磁通密度——气隙是高磁阻的，并且增加其面积来减小磁阻，这意味着可以使用更少的永磁材料。期望的是将此材料的量减到最小。

WO-A-2006/066740公开了一种Y型机，其包括壳体，该壳体设有内部安装有定子线圈的圆柱形套管，该套管为中空的，由此冷却介质循环。但是，线圈嵌在导热材料中以将热传递到定子壳体。转子可旋转地通过轴颈安装在壳体中。定子线棒呈现为层压的，如它们在也公开了Y型机的GB-A-2379093以及WO-A-03/094327中那样。

US-A-6720688公开了一种Y型机，其中转子作为叶片泵以使流体在由定子壳体限定的腔室内循环，在壳体中支撑于轴承上并承载转子的转子轴穿过该定子壳体延伸。流体冷却定子线圈。US-A-2005/0035676公开了另一种Y型机，其特别适用于车轮的无齿轮驱动。

US-A-2007/0046124公开了一种Y型机，其中转子具有两排周向地排列的永磁体和铁磁极片的交替区段。

公开号为WO-A-2010/092400（“A1”）、WO-A-2010/092403（“A2”）以及WO-A-2010/092402（“A3”）的共同未决国际专利申请分别公开了Y型机的冷却、磁通管理及模块布置的各个方面。将每个申请的全部内容通过引证结合到本文中。

A1公开了一种电机，其包括具有永磁体的转子和具有线圈的定子，所述线圈缠绕在定子线棒上以越过在转子与定子之间限定的气隙与磁体相互作用，其中线棒和其上的线圈被定子壳体包围，所述定子壳体在气隙之间延伸并限定包含有用于冷却线圈的冷却介质的腔室。

定子壳体可以包括两个环形板和两个圆柱形壁，环形板包括凹槽以将线棒定位在腔室中。优选地，定子壳体的材料为非磁性的且非传导性的。但是，在环形板与圆柱形壁分离的情况下，所述圆柱形壁优选地为铝，所述环形板为塑性材料。或者，所述环形板可以与所述圆柱形壁成一体，在这种情况下，圆柱形壁围绕其圆周分裂开，并沿内周接缝和外周接缝连接在一起。该分裂可以在中央，限定两个蛤壳（clamshell）。蛤壳可以是基本上相同的，可能的话为“镜像”，以使得它们彼此配合，以在分裂处围绕接缝进行接缝焊接。蛤壳可以是塑料的。

环形板可以在线棒的端部处变薄，以使线棒与转子上的磁体之间的间隙最小。圆柱形壁可以为内壁和外壁，所述外壁具有用以安装该电机的装置，且所述内壁包括用以安装转子的轴承的装置。