具有层压片绕组的电动机制造技术

一种电机，采用层压片绕组(LSW)以及绕LSW旋转的永磁体。‘径向’实施方式采用径向磁化的磁体以及平行于旋转轴线放置的LSW。‘轴向’实施方式使用轴向磁化的磁体以及径向放置在电动机的平面中的LSW。磁体可被布置为海尔贝克阵列。磁体和LSW同中心布置，其间具有空气间隙；电动机可采用“大空气间隙电环”(LAGER)技术。层压片形成串联连接的同心金属层的连续堆叠；介电层使每个金属层与其相邻层绝缘。围绕每个LSW周期性地布置的切口平行于旋转轴线延伸并且贯穿所有金属层，且相邻切口始于LSW的相对侧上，这样使得在电流围绕绕组流动时，切口形成用于电流流动的蜿蜒路径。

Motor with laminated coil winding

A motor that uses a laminated sheet winding (LSW) and a permanent magnet rotating around the LSW. The radial approach utilizes radially magnetized magnets and LSW placed parallel to the rotating axis. The 'axial' embodiment uses an axially magnetized magnet and a LSW disposed radially in the plane of the motor. The magnet can be arranged as a Haier Beck array. The magnet and the LSW are arranged in the same center with air gap therebetween; the motor may employ the large gap air ring (LAGER) technique. The laminated sheets form a continuous stack of concentric metal layers connected in series; the dielectric layer enables each metal layer to be insulated from adjacent layers. Around each LSW periodically arranged incision parallel to the rotation axis and extending through all the metal layer opposite side and the adjacent incision began in the LSW, which makes the winding around the current flow in the formation, incision for winding the current path.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有层压片绕组的电动机相关申请本申请要求于2014年9月16日提交的属于格里(Gery)等人的临时专利申请第62/051,235号的权益。专利技术背景专利
本专利技术总体涉及电机(electricmachine)，并且更具体地，涉及采用层压片绕组(LSW)的高效电动机和发电机。相关技术的描述随着世界对能量的全球需求加剧，全国和全球规模的电力成本预期大大增加。能量消耗的罪魁祸首是电动机，根据美国能源部得知，电动机消耗所产生的所有美国电力的几乎50％。在美国，电动机每年消耗的电力值为6000亿美元，到2030年这一数字预计将增加至一万亿美元。自从1888年尼古拉·特斯拉(NikolaTesla)专利技术了电动机以来，电动机的基本设计已逐渐改变。目前的电动机制造商通过使用改进的材料和制造过程，在效率上取得了小幅增加，但是由于电力转换为机械运动，所以相当大量的能量仍然损失为热量。解决热量相关的问题可导致额外的能量成本。例如，一些AC感应电动机仅采用耗电风扇来消散由电动机生成的相当多的热量。作为另一实例，较高电动机速度造成热量的量的增加，这对效率造成负面影响(因为由于热量损耗，较少的输入电力被转换为可用机械动力)。需要一种更高效的、成本效益的电动机来提供电力消耗及相关成本的立即和显著降低。
技术实现思路
提出了一种电机——适当地，电动机或发电机，与传统机器相比，该电机提供高效率，具有更紧凑的、更轻的设计，并且消散更少的热量。尽管以下讨论指的是电动机，但是应理解，预期该电机包括电动机和发电机。本电机采用由层压片制成的固定绕组以及围绕绕组排列且响应于由绕组产生的磁场围绕绕组旋转的永磁体。许多实施方式被描述。‘径向’实施方式采用：径向磁化的至少一个磁体阵列；以及至少一组层压片绕组(LSW)，层压片绕组平行于电动机的旋转轴线放置并且布置为使得磁体在垂直于电动机的旋转轴线的平面中产生磁场。替代地，电动机可布置为‘轴向’实施方式，其中，至少一个磁体阵列被轴向磁化，并且至少一组LSW径向放置在电动机的平面中使得磁体在与旋转轴线对准的垂直轴线上产生磁场。对于径向实施方式和轴向实施方式两者，磁体阵列可布置为海尔贝克(Halbach)阵列；描述了若干可能的海尔贝克阵列布置。对于径向实施方式和轴向实施方式两者，磁体和绕组同中心布置，其间具有空气间隙。电动机可采用“大空气间隙电环”(LAGER)技术，其中，空气间隙可大于在传统电动机中使用的空气间隙，且LSW位于该间隙内。对于径向实施方式，绕组(优选地，三组(或更多组)以提供3相(或更多相)电动机)包括：层压金属片，这些层压金属片围绕电动机的旋转轴线径向布置以形成串联连接的同心金属层的连续堆叠；介电绝缘层，用于使每个金属层与其相邻金属层电绝缘。优选地，切口布置为周期性围绕每个LSW，且每个切口平行于旋转轴线延伸并且贯穿所有同心金属层，且每个切口的深度小于LSW的深度，并且相邻切口始于LSW的相对两侧上，这样使得切口在电流围绕LSW流动时，形成用于电流流动的蜿蜒路径。对于轴向实施方式，绕组(优选地，如上讨论的三相位或更多相位)包括径向放置在电动机的平面中的层压金属片(优选地，沿着蜿蜒路径)以形成串联连接的同心金属层的连续堆叠，其中，介电绝缘层使每个金属层与其相邻金属层电绝缘。优选地，层压片由诸如铜或铝的导电材料制成。每个绕组中的导体的金属密度远高于由传统电线绕组提供的金属密度，导致更高的力密度。参考以下附图、描述和权利要求，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面以及优点。附图的简要说明图1是本电动机的径向构造的侧视图。图2是采用护铁的本电动机的径向构造的侧视图。图3a是采用两个海尔贝克磁体阵列的本电动机的径向构造的侧视图。图3B是图3a所示的海尔贝克磁体阵列的特写视图。图4是采用棱柱形磁体的海尔贝克磁体阵列构造的特写视图。图5是采用矩形磁体的磁体阵列构造的特写视图，其中，每个磁极由相对于彼此成90°磁化的两块制成。图6是本电动机的轴向构造的立体图。图7是轴向构造的剖视图，该剖视图示出电动机的层压片绕组(LSW)的蜿蜒路径。图8是采用两个海尔贝克磁体阵列的本电动机的轴向构造的特写视图。图9a是示出一组LSW的本电动机的径向构造的特写视图。图9b是图9a所示的一组LSW的特写视图。图10是可以与本电动机的径向构造一起使用的LSW的立体图。图11是本电动机的径向构造的特写视图，该特写视图示出三组LSW。图12是三组LSW的一部分的视图，该视图示出如本文描述的绕组切口。图13是本电动机的径向构造的特写视图，该特写视图示出交错的三组LSW。图14是本电动机的径向构造的特写视图，该特写视图示出方位层叠的三组LSW。图15是本电动机的径向构造的另一可能实施方式的特写视图，该特写视图示出方位层叠的三组LSW。图16a是本电动机的径向构造的特写视图，该特写视图示出深度超过磁体阵列的深度的一组LSW。图16b是扭矩与导体深度的图表。图17是包括细长竖直狭缝的LSW的特写视图。图18是包括弯曲c形狭缝的LSW的特写视图。图19是包括细长竖直狭缝和弯曲c形狭缝两者的LSW的特写视图。图20是本电动机的轴向构造的特写视图，该特写视图示出径向放置在电动机的平面中的三组LSW。图21是本电动机的轴向构造的剖视图，该剖视图示出三组LSW的蜿蜒路径。图22是具有可以与本电动机一起使用的通气口的电动机壳体的立体图。图23是包括风扇叶片特征的本电动机的立体图。专利技术的具体描述本电动机可设置为‘径向’构造和‘轴向’构造两种，在这两种构造中的每一种内，若干不同磁体和绕组变化是可能的。在图1中示出径向构造。在图1中，电动机10具有对应旋转轴线，该旋转轴线垂直于电动机所在的x-y平面。电动机包括：被径向磁化的至少第一阵列的永磁体12；以及至少第一组LSW14，这些LSW平行于旋转轴线放置并且布置为使得磁体12在垂直于旋转轴线的平面中产生磁场。磁体12和LSW14同中心布置，其间具有空气间隙(在图1中不可见)。应注意，如本文使用的，‘深度’指的是沿着平行于旋转轴线(也被称为‘绕组轴线’)的轴线测量的距离，并且‘宽度’指的是在径向方向上测量的距离。优选地，电动机采用LAGER技术，其中，空气间隙可大于在传统电动机中使用的空气间隙，且绕组位于该间隙内。在第一组LSW14的外侧上或在绕组的内侧上，本电动机可包括单个阵列的磁体12。如在图1中，电动机也可包括第二阵列的径向磁化的永磁体16，其中，第一阵列的磁体和第二阵列的磁体在LSW14的相对两侧上。在操作中，LSW14是固定的，并且一个磁体阵列(多个磁体阵列)围绕绕组在旋转轴线上旋转。另一可能的实施方式是在LSW14的外侧上或内侧上具有第一阵列的磁体12，并且在绕组的与第一阵列的磁体相对的侧面上，采用‘护铁’(通常为第一铁磁环18)；这在图2中示出。第二铁磁环20也可围绕第一阵列的磁体12的外周使用，以提供用于磁体之间的场路径的额外材料。铁磁环的使用增强由磁体产生的磁通量，并且因此，能够使用较少电流，其降低了电动机损耗。然而，应注意，铁磁环也可由于环结构内的涡电流而导致一些损耗。可使用任意类型的永磁体。磁体可以是例如，稀土磁体。在图3a和图3b中示出另一可能的电动机实施方式。此处，通过分别设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有对应旋转轴线的电机，包括：第一阵列的磁体，被径向磁化；以及第一组层压片绕组(LSW)，平行于所述旋转轴线放置并且被布置为使得所述磁体在垂直于所述旋转轴线的平面中产生磁场，所述磁体和所述LSW同中心布置，在所述磁体与所述LSW之间具有空气间隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.16 US 62/051,235;2015.09.15 US 14/855,1261.一种具有对应旋转轴线的电机，包括：第一阵列的磁体，被径向磁化；以及第一组层压片绕组(LSW)，平行于所述旋转轴线放置并且被布置为使得所述磁体在垂直于所述旋转轴线的平面中产生磁场，所述磁体和所述LSW同中心布置，在所述磁体与所述LSW之间具有空气间隙。2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一阵列的磁体位于所述第一组绕组的外侧上。3.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一阵列的磁体位于所述第一组绕组的内侧上。4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一阵列的磁体位于所述第一组绕组的外侧上或内侧上，所述电机在所述绕组的与所述第一阵列的磁体相对的侧上进一步包括第一铁磁环。5.根据权利要求4所述的电机，进一步包括围绕所述第一阵列的磁体的周缘的第二铁磁环。6.根据权利要求1所述的电机，其中，所述第一阵列的磁体是稀土磁体。7.根据权利要求1所述的电机，进一步包括被径向磁化的第二阵列的磁体，所述第一阵列的磁体和所述第二阵列的磁体分别位于所述第一组绕组的内侧上和外侧上。8.根据权利要求7所述的电机，其中，所述第一阵列的磁体和所述第二阵列的磁体均布置为海尔贝克阵列。9.根据权利要求8所述的电机，其中，所述磁体中的至少一些为梯形楔的形状。10.根据权利要求8所述的电机，其中，所述磁体为棱柱形楔的形状。11.根据权利要求8所述的电机，其中，所述磁体为弯曲楔形或直楔形。12.根据权利要求8所述的电机，其中，所述第一阵列的磁体和所述第二阵列的磁体是矩形砖或弯曲砖，且每个磁极包括两块，所述两块中的一块以相对于方位方向的+45°的角度磁化，并且所述两块中的另一块以相对于方位方向的-45°的角度磁化。13.根据权利要求1所述的电机，其中，所述绕组是固定的，并且所述磁体绕所述绕组在所述旋转轴线上旋转。14.根据权利要求1所述的电机，其中，所述磁体中的相邻磁体在它们的交界处使用非导电粘合剂接合在一起。15.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机采用“大空气间隙电环”(LAGER)技术。16.根据权利要求1所述的电机，进一步包括附加组LSW，所述附加组LSW中的每一组平行于所述旋转轴线放置，所述第一组LSW和所述附加组LSW包括为所述电机提供相应绕组相位的多相位LSW。17.根据权利要求16所述的电机，其中，所述第一组LSW和所述附加组LSW包括第一组LSW、第二组LSW和第三组LSW。18.根据权利要求16所述的电机，其中，所述多相位LSW是固定的，并且所述磁体绕所述LSW在所述旋转轴线上旋转。19.根据权利要求1所述的电机，其中，所述电机是电动机或发电机。20.一种具有对应旋转轴线的电机，包括：第一阵列的磁体，被轴向磁化；以及第一组层压片绕组(LSW)，径向放置在所述电机的平面中，这样使得所述磁体在与所述旋转轴线对准的垂直轴线上产生磁场，所述磁体和所述LSW同中心布置，在所述磁体与所述LSW之间具有空气间隙。21.根据权利要求20所述的电机，其中，所述第一阵列的磁体位于所述第一组绕组的一侧上，所述电机在所述绕组的另一侧上进一步包括铁磁盘。22.根据权利要求20所述的电机，其中，所述第一阵列的磁体位于所述第一组绕组的一侧上，所述电机在所述第一组绕组的另一侧上进一步包括第二阵列的磁体。23.根据权利要求22所述的电机，进一步包括支撑所述第一阵列的磁体和所述第二阵列的磁体中的每一个的铁磁盘。24.根据权利要求22所述的电机，其中，所述第一阵列的磁体和所述第二阵列的磁体均布置为海尔贝克阵列。25.根据权利要求24所述的电机，其中，所述磁体为棱柱形楔的形状。26.根据权利要求20所述的电机，其中，所述第一组绕组形成为蜿蜒状。27.根据权利要求20所述的电机，其中，所述绕组是固定的，并且所述磁体绕所述绕组在所述旋转轴线上旋转。28.根据权利要求20所述的电机，其中，所述磁体中的相邻磁体在它们的交界处使用非导电粘合剂接合在一起。29.根据权利要求20所述的电机，其中，所述电机采用“大空气间隙电环”(LAGER)技术。30.根据权利要求20所述的电机，进一步包括附加组LSW，所述附加组LSW中的每一组径向放置在所述电机的平面中，所述第一组LSW和所述附加组LSW包括为所述电机提供相应绕组相位的多相位LSW。31.根据权利要求30所述的电机，其中，所述第一组LSW和所述附加组LSW包括第一组LSW、第二组LSW和第三组LSW。32.根据权利要求30所述的电机，其中，所述多相位LSW是固定的，并且所述磁体绕所述绕组在所述旋转轴线上旋转。33.根据权利要求20所述的电机，其中，所述电机是电动机或发电机。34.一种具有对应旋转轴线的电机，包括：第一阵列的磁体，被径向磁化；以及第一组层压片绕组(LSW)，平行于所述旋转轴线放置并且被布置为使得所述磁体在垂直于所述旋转轴线的平面中产生磁场，所述磁体和所述LSW同中心布置，在所述磁体与所述LSW之间具有空气间隙；所述第一组LSW包括：层压金属片，布置为径向围绕所述旋转轴线以形成串联连接的同心金属层的连续堆叠；以及介电绝缘层，使每个金属层与其相邻的金属层电绝缘。35.根据权利要求34所述的电机，其中，所述第一组LSW进一步包括切口，所述切口围绕所述绕组周期性地布置，所述切口中的每一个平行于所述旋转轴线延伸并且贯穿所有的所述同心金属层，每个切口的深度小于所述绕组的深度，且相邻切口始于所述绕组的相对侧上，这样使得：在电流围绕所述绕组流动时，所述切口形成用于电流流动的蜿蜒路径。36.根据权利要求34所述的电机，进一步包括附加组LSW，所述附加组LSW中的每一组包括：层压金属片，布置为径向围绕所述旋转轴线以形成串联连接的同心金属层的连续堆叠；以及介电绝缘层，使每个金属层与其相邻的金属层电绝缘；所述第一组LSW和所述附加组LSW为所述电机提供相应绕组相位。37.根据权利要求36所述的电机，其中，所述第一组LSW和所述附加组LSW包括第一组LSW、第二组LSW和第三组LSW。38.根据权利要求36所述的电机，其中，所述第一组绕组和所述附加组绕组中的每一个进一步包括切口，所述切口围绕所述绕组周期性地布置，所述切口中的每一个平行于所述旋转轴线延伸并且贯...

【专利技术属性】
技术研发人员：让马克·格里，丹·琼斯，
申请(专利权)人：绿色科技电机公司，
类型：发明
国别省市：美国,US