具有增强的电磁相互作用的电机制造技术

一种电机，该电机可以是马达和/或发电机，该电机具有安装成绕轴线旋转的转子。多个磁极在开孔中围绕转子周向地间隔。转子包括壳体，壳体定形状为提供以轴线为中心的环形开孔。狭缝围绕转子周向地延伸。狭缝穿透壳体进入开孔中。电机还包括定子，该定子由穿过转子的狭缝延伸的一个或更多个支承件支承在开孔中。定子承载有围绕开孔间隔开的多个绕组。承载有围绕开孔间隔开的多个绕组。承载有围绕开孔间隔开的多个绕组。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增强的电磁相互作用的电机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月16日提交的且题为ELECTRIC MACHINES WITH ENHANCED ELECTROMAGNETIC INTERACTION(具有增强的电磁相互作用的电机)的美国申请No.63/079259的优先权，该美国申请出于所有目的在此通过引参并入本文中。对美利坚合众国而言，本申请根据35U.S.C.
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119要求于2020年9月16日提交的且题为ELECTRIC MACHINES WITH ENHANCED ELECTROMAGNETIC INTERACTION(具有增强的电磁相互作用的电机)的美国申请No.63/079259的权益。


[0003]本专利技术涉及电机，比如电动马达和发电机。一些实施方式提供永磁式马达和/或永磁式发电机。

技术介绍

[0004]电动马达将电功率转换成旋转运动。发电机将旋转运动转换成电功率。术语“电机”包括电动马达和发电机两者。
[0005]需要更节能的电机。还需要有高功率重量比的电机。例如，这两种需求都存在于电动航空(例如，无人机或飞机)和电动车辆领域。
[0006]典型的电动马达具有安装成在筒形的定子内旋转的大致筒形的转子。转子的径向外表面通过提供机械间隙的气隙而与定子的径向最内部的部分分开。转子通过由定子中的电磁体产生的磁场与在转子中与磁体相关联的磁场相互作用而旋转。
[0007]一些电机具有轴向通量几何形状，其中，磁体在转子表面上的磁场与定子的位于转子前方的线圈相互作用。一些轴向通量电动马达具有两个转子，定子的每一侧上有一个转子。
[0008]在一些电机(例如，感应马达)中，转子包括线圈，并且转子的磁场由线圈中的电流产生。在永磁式马达中，转子的磁场由转子承载的永磁体而产生。永磁式马达通常比感应马达的电效率更大。
[0009]在永磁式马达中，转子可以承载围绕转子周向地间隔开的永磁体。定子可以承载围绕定子周向地间隔开的电磁体。定子的电磁体可以被通电以产生与转子上的磁体的磁场相互作用的磁场。通过以适当的顺序或模式为定子的电磁体通电，可以使磁场以将扭矩施加至转子(并且从而使转子转动)的方式而起作用。
[0010]电机中的热产生是个问题。发热可以由材料损耗、比如焦耳加热、磁滞损耗和涡流损耗引起。如果不移除这种热，就可能导致温度升高，这可以增加能量损耗率。此外，电机操作温度的升高不利于机器的长期可靠性。较高的操作温度也会迫使设计者使用较高等级、更昂贵的磁体，这些磁体尽管在较高的操作温度下也能够保持其磁性能。为减少热效应，常规马达的线圈中的电流密度通常设计为<10A/mm2。较高的电流密度在常规电机中可能导致线圈温度上升至足以损坏电绝缘并且/或者使永磁体退磁。
[0011]通常需要提供以下各项中的一项或更多项的电机：提高的电力效率、更高的功率重量比、一体式冷却和降低的制造成本。对于电机的现有几何形状也需要新的替代方案。

技术实现思路

[0012]本专利技术涉及包括马达和发电机的电机。本专利技术具有多个方面。这些方面包括但不限于：
[0013]·
电机，电机具有其中转子包括环形开孔并且定子位于环形开孔内的几何结构。定子由穿过转子中的狭缝延伸的支承件支承。这种几何结构可以有利地应用于在相对小的封装中为转子与定子之间的电磁相互作用提供较大的区域。
[0014]·
如上文所述的电机，其中，转子承载有永磁体，永磁体相对于转子中的开孔切向地定向并由提供磁极的铁磁材料分开。有利地，铁磁材料可以是可以成形的材料，例如可以通过压实或增材加工过程成形的材料。例如，铁磁材料可以包括软磁复合材料。使铁磁材料成形为具有如本文中所描述的3D几何结构可以优化3D磁通路径，以实现紧凑且更高效的马达。增材制造过程可以用于高效地制造复杂的3D结构。这种构造方式有利地提供了以提高铁磁材料的利用率以及/或者电机的效率的方式使转子成形的机会。
[0015]·
如上文中的任一项所述的电机，其中，定子主动冷却。例如，定子可以包括通过狭缝供应有冷却剂的通道。这种构型可以有利地通过控制定子的温度来改进效率和/或可靠性。这种构型还可以有助于通过将热从转子传递至定子来控制转子的温度。
[0016]·
如上文中的任一项所述的电机，包括邻近于转子靠外的冷却表面。这样的冷却表面可以移除来自转子的热，从而控制转子的温度。
[0017]·
电机的各部分(例如，转子和定子)。
[0018]·
用于构造电机的方法。
[0019]·
上文中的任一项，其中，转子和定子的角色互换。
[0020]这些方面可以以任意组合或单独的方式来应用。以下是本专利技术的更特定的示例方面。
[0021]本专利技术的一个方面提供了电机，电机包括转子，转子安装成绕轴线旋转。转子包括壳体，壳体定形状为提供以该轴线为中心的环形开孔并且具有围绕转子周向地延伸的狭缝。狭缝穿透壳体进入开孔中。转子包括在开孔中围绕转子周向地间隔的多个磁极。定子由穿过转子的狭缝延伸的支承件支承在开孔中。定子承载有围绕开孔间隔开的多个绕组。
[0022]在一些实施方式中，磁极各自从接近狭缝的第一边缘的位置沿极向方向围绕开孔的内表面延伸至接近狭缝的第二边缘的位置。在一些实施方式中，狭缝的宽度小于转子的内表面的极向方向上的周长的三分之一。在一些实施方式中，狭缝在包括轴线的平面中相对于开孔的横截面的形心跨越一角度并且该角度小于或等于60度。在一些实施方式中，狭缝的面积与转子的内表面所在的环形表面的面积之间的比率不超过1:12。
[0023]在一些实施方式中，转子包括多个间隔开的环形磁体，环形磁体沿极向方向围绕转子延伸。环形磁体可以具有与狭缝对准的缝隙。在一些实施方式中，环形磁体中的每个环形磁体在相对于转子的正切的方向上被磁化，并且相邻的环形磁体由提供磁极中的一个磁极的铁磁材料的一部分分开。在一些实施方式中，铁磁材料的位于转子的外部的表面形成为具有沿极向方向延伸的切口或凹槽。铁磁材料可以包括软磁复合材料(SMC)。在一些实施
方式中，环形磁体形成一个或更多个Halbach阵列。在一些实施方式中，环形磁体在径向方向上被磁化，并且壳体包括铁磁材料的连续层，铁磁材料的连续层在磁体的远离转子的开孔的侧部上作为磁体的背衬。
[0024]在一些实施方式中，定子包括包含冷却流体的冷却通道。电机包括穿过狭缝延伸的管道。管道连接成向冷却通道供应冷却流体并且/或者从冷却通道中移除冷却流体。在一些实施方式中，冷却通道围绕定子环形地延伸。在一些实施方式中，冷却通道围绕定子的中心线延伸。
[0025]在一些实施方式中，定子包括铁磁材料的芯部，并且绕组包括在沿着芯部间隔开的位置处围绕芯部卷绕的环形绕组。环形绕组可以包括整数式绕组或分数式绕组。在一些实施方式中，芯部包括定位在相邻的绕组之间的铁磁材料的肋部。肋部在极向方向上围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电机，包括：转子，所述转子安装成绕轴线旋转，所述转子包括定形状为提供以所述轴线为中心的环形开孔的壳体并且具有围绕所述转子周向地延伸的狭缝，所述狭缝穿透所述壳体进入到所述开孔中，所述转子包括在所述开孔中围绕所述转子周向地间隔的多个磁极；以及定子，所述定子由穿过所述转子的所述狭缝延伸的一个或更多个支承件支承在所述开孔中，所述定子承载有围绕所述开孔间隔开的多个绕组。2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述磁极各自从接近所述狭缝的第一边缘的位置沿极向方向围绕所述开孔的内表面延伸至接近狭缝的第二边缘的位置。3.根据权利要求1或2所述的电机，其中，所述转子包括多个周向地间隔开的永磁体，并且所述磁体中的相邻的磁体由提供所述磁极中的一个磁极的铁磁材料的一部段分开。4.根据权利要求3所述的电机，其中，所述永磁体在切向于所述转子的直径的方向上被磁化，并且所述磁体中的周向地相邻的磁体在相反的方向上被极化。5.根据权利要求3或4所述的电机，其中，所述磁体包括环形磁体，所述环形磁体沿所述极向方向围绕所述转子延伸并且具有与所述狭缝对准的缝隙。6.根据权利要求3至5中的任一项所述的电机，其中，所述铁磁材料包括软磁复合材料(SMC)。7.根据权利要求3至6中的任一项所述的电机，其中，所述铁磁材料的外表面定形状为遵循基本恒定的磁通密度的轮廓。8.根据权利要求3至6中的任一项所述的电机，其中，所述铁磁材料的所述外表面的法线大致平行于与所述铁磁材料的所述外表面邻近的所述铁磁材料中的磁通密度的梯度。9.根据权利要求3至8中的任一项所述的电机，其中，所述铁磁材料的位于所述转子的外部的表面形成为具有沿所述极向方向延伸的切口或凹槽。10.根据权利要求1或2所述的电机，其中，所述转子包括多个永磁体，所述多个永磁体布置为形成定向为使磁场集中在所述转子的所述环形开孔内的一个或更多个Halbach阵列。11.根据权利要求10所述的电机，其中，所述永磁体包括环形磁体，所述环形磁体具有与所述狭缝对准的缝隙。12.根据权利要求6所述的电机，其中，所述转子包括多个周向地间隔开的永磁体，所述多个周向地间隔开的永磁体在相对于所述环形开孔径向的方向上被磁化。13.根据权利要求12所述的电机，其中，所述磁体中的周向地相邻的磁体的极性交替。14.根据权利要求12或13所述的电机，其中，所述磁体包括环形磁体，所述环形磁体被径向磁化并且具有与所述狭缝对准的缝隙。15.根据权利要求10至14中的任一项所述的电机，其中，所述壳体包括铁磁材料的连续层，所述铁磁材料的连续层在所述磁体的远离所述转子的所述开孔的侧部上作为所述磁体的背衬。16.根据权利要求1至15中的任一项所述的电机，其中，所述狭缝的宽度不超过所述转子的内表面的所述极向方向上的周长的三分之一。17.根据权利要求1至16中的任一项所述的电机，其中，所述狭缝在包括所述轴线的平面中相对于所述开孔的横截面的形心跨越一角度，所述角度不超过六十度。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的电机，其中，所述狭缝的面积与所述转子的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马吉德，
申请(专利权)人：加拿大全国研究委员会，
类型：发明
国别省市：