用于轴向磁通机器中的磁体-定子间隙的控制的预弯曲转子制造技术

一种用于轴向磁通马达或发电机的组件包括转子板和磁体，磁体具有与磁体的磁化方向正交的表面。转子板被调适成接合围绕旋转轴旋转的转子轴件，并且磁体附接至转子板。转子板和磁体被配置成且被布置使得，如果转子板和磁体与所有其他磁场生成部件分离，则在表面上截取第一点且与旋转轴垂直的第一平面和在表面上截取第二点且与旋转轴垂直的第二平面之间的距离基本上大于零。

Prebent rotor for control of magnet stator gap in axial flux machines

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于轴向磁通机器中的磁体-定子间隙的控制的预弯曲转子相关申请本申请要求以下每个申请的优先权：(A)于2018年5月18日提交的题为PRE-WARPEDROTORSFORCONTROLOFMAGNET-STATORGAPINAXIALFLUXMACHINES的美国申请序列号15/983,985；(B)于2017年6月5日提交的题为PRE-WARPEDROTORSFORCONTROLOFMAGNET-STATORGAPINAXIALFLUXMACHINES的美国临时专利申请序列号62/515,251；以及(C)于2017年6月5日提交的题为AIRCIRCULATIONINAXIALFLUXMACHINES的美国临时专利申请序列号62/515,256。前述申请的每个申请的内容出于所有目的通过引用以其全部内容并入到本文中。
技术介绍
轴向磁通马达和发电机通常采用定子和转子，该定子位于产生磁通的一对相对的磁体之间形成的间隙中，该转子支承磁体并允许磁体相对于定子一致地旋转。在图1和图2中示出了这种轴向磁通马达或发电机100的示例。如图所示，马达或发电机100包括位于定子104的任一侧上的一对环形磁体102a、102b。磁体102a、102b由固定地附接至轴件108的各个转子板106a、106b支承。磁体102a、102b、定子104和转子板106a、106b全部容纳在壳体110内。定子104的周边固定在壳体110的两个部分110a、110b之间，因此定子104相对于壳体110保持静止。磁体102a、102b、转子板106a、106b和轴件108一起形成可相对于定子104和壳体110旋转的“转子组件”。如图2所示，在转子板106a的顶部与上半壳体110a的内表面之间的微小间隙112a和在转子板106的底部与下半壳体110b的内表面之间的微小间隙112b允许转子组件相对于壳体110旋转。类似地，在磁体102a的底部与定子104的顶部之间(以及在转子板106a的露出的底部与定子104的顶部之间)的微小间隙114a和在磁体102b的顶部与定子104的底部之间(以及在转子板106b的露出的顶部与定子104的底部之间)的微小间隙114b允许转子组件相对于定子104旋转。轴件108与壳体110之间的支承轴承116a、116b允许转子组件以受控的方式相对于定子104和壳体110自由地旋转。
技术实现思路
在一些实施方式中，一种用于轴向磁通马达或发电机的组件包括转子板和磁体，磁体具有与磁体的磁化方向正交的表面。转子板被调适成接合围绕旋转轴旋转的转子轴件，并且磁体附接至转子板。转子板和磁体被配置成且被布置成使得，如果转子板和磁体与所有其他磁场生成部件分离，则在表面上截取第一点且与旋转轴垂直的第一平面和在表面上截取第二点且与旋转轴垂直的第二平面之间的距离基本上大于零。在一些实施方式中，一种用于形成用于轴向磁通马达或发电机的组件的方法包括将磁体附接至转子板，磁体具有与第一磁体的磁化方向正交的表面。转子板被调适成接合围绕旋转轴旋转的转子轴件，并且被配置使得，在磁体附接至转子板之后，在表面上截取第一点且与旋转轴垂直的第一平面和在表面上截取第二点且与旋转轴垂直的第二平面之间的距离基本上大于零。附图说明图1示出了轴向磁通马达或发电机的剖面透视图；图2示出了图1所示的轴向磁通马达或发电机的剖面侧视图；图3示出了具有夸大的间隙和转子偏转的类似于图1和图2所示的轴向磁通马达或发电机的部分的剖面侧视图；图4示出了采用如本文所公开的预弯曲的转子元件的示例的轴向磁通马达或发电机的剖面侧视图；图5A示出了包括除了图4所示的马达或发电机的部件之外的控制器的系统的透视图；图5B示出了图5A所示的系统的展开图；图6示出了具有锥形区域以允许形成如本文所公开的预弯曲的转子元件的转子板的示例的剖面侧视图；图7示出了如本文所公开的预弯曲的转子元件的示例的侧面剖视图；图8示出了诸如图6所示的转子板的示例的顶视图；图9示出了可以在一些实施方式中采用的环形磁体的顶视图；图10示出了一对预弯曲的转子元件的剖面侧视图，说明了当转子元件被结合至转子组件中时转子元件可以如何弯曲成期望的构造。图11示出了包括诸如图7所示的那些预弯曲的转子元件的马达或发电机组件的示例的剖面侧视图，该马达或发电机组件包括各个磁体之间的过大的间隙；图12示出了包括如本文所公开的预弯曲的转子元件的马达或发电机的示例的侧面剖视图；图13是示出如本文所描述的配置的预弯曲转子元件的顶部的照片；以及图14是图13所示的预弯曲转子元件的侧部的照片。具体实施方式由包括美国专利第7,109,625号(“’625专利”)(该专利的全部内容以引用方式并入本文中)的若干专利所描述的轴向磁通马达和发电机的特征在于置于以北极-南极交替磁化的磁体之间的基本上平面的印刷电路板定子组件。这些磁体通过用于连接至机械负载(或发电机的源)的“背铁”固定至轴件。这样的背铁提供通量返回路径，并且可以对应于例如图1和图2所示的转子板106a、106b。间隙中的磁通密度在很大程度上取决于两个磁体之间的间距。对于相同的通量密度较小的间隙允许使用较小、较轻的磁体。已经使用了从定子到任一侧上的磁体之间的间隙尺寸小至0.02英寸。专利技术人已经认识并意识到，当磁体以这种构造放置时，圆形转子元件由于它们之间的磁吸力而弯曲。这种弯曲减小了磁体外半径处的间隙尺寸，该区域由于其他地方的尺寸变化而已经易于摩擦。这可能导致在马达操作期间磁体-定子接触。公开了用于在轴向磁通马达或发电机中使转子和定子之间保持恒定的间隙而不增加马达或发电机的整体质量或厚度的装置和技术。在一些实现方式中，转子板上的机械加工的面(例如，背铁)可以用于实现预弯曲状态，使得当被组装时，磁体的力将转子板弯曲至产生期望的间隙的位置。在一些实施方式中，可以在先前平坦的转子板的表面上加工圆形的圆锥形的锥部，从而产生弯曲的表面，当其被组装到马达或发电机中并在磁力下作用时，该弯曲的表面被弯曲成基本平行或其他期望的状态。可替选地，可以通过将转子板模制成期望的锥形构造来形成锥形转子板。如上所提及的，轴向磁通马达或发电机中磁体之间的间隙可以是该机器中的重要设计参数。对于定子中的给定的电流密度，可以产生的扭矩量与间隙中的磁场成比例。该间隙的尺寸可以对磁场强度有很大影响，使得通常期望尽可能减小间隙的尺寸。这产生一个问题，即随着间隙尺寸的减小，相同的磁场增大会在转子板上施加更大的力，从而引起转子板弯曲。图3示出了类似于图1和图2所示的简化的轴向磁通马达或发电机的部分的剖面侧视图，但是其中夸大了间隙的尺寸和偏转量以说明问题的性质。在试图尽可能减小转子-定子间隙的机器中，这种类型的弯曲可能产生不一致的磁场强度，并且甚至导致定子上的磁体的摩擦。这种摩擦可能损坏定子，产生可听得见的刮擦噪声，并且导致效率降低。先前的解决方案已经增加间隙的尺寸或增加转子板的弯曲强度。这些解决方案中的每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于轴向磁通马达或发电机的组件，包括：/n第一转子板，其被调适成接合围绕旋转轴旋转的转子轴件；以及/n第一磁体，其附接至所述第一转子板，所述第一磁体具有与所述第一磁体的磁化方向正交的第一表面；/n其中，所述第一转子板和所述第一磁体被配置成且被布置成使得，如果所述第一转子板和所述第一磁体与所有其他磁场生成部件分离，则在所述第一表面上截取第一点且与所述旋转轴垂直的第一平面和在所述第一表面上截取第二点且与所述旋转轴垂直的第二平面之间的距离基本上大于零。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170605 US 62/515,251;20170605 US 62/515,256;20181.一种用于轴向磁通马达或发电机的组件，包括：
第一转子板，其被调适成接合围绕旋转轴旋转的转子轴件；以及
第一磁体，其附接至所述第一转子板，所述第一磁体具有与所述第一磁体的磁化方向正交的第一表面；
其中，所述第一转子板和所述第一磁体被配置成且被布置成使得，如果所述第一转子板和所述第一磁体与所有其他磁场生成部件分离，则在所述第一表面上截取第一点且与所述旋转轴垂直的第一平面和在所述第一表面上截取第二点且与所述旋转轴垂直的第二平面之间的距离基本上大于零。


2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一转子板具有在其中心处具有开口的环形形状，所述开口被调适成接纳所述转子轴件。


3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述第一磁体所附接至的所述第一转子板的一部分具有直立圆锥形截锥的形状。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述第一磁体包括具有交替磁极的环形磁体。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述第一磁体是设置在所述第一转子板上围绕所述旋转轴在各个角度位置处的多个单独磁体中的一个。


6.根据权利要求5所述的组件，其中：
所述第一转子板由第一材料制成；并且
使用与所述第一材料不同的第二材料来分离并且定位所述多个单独的磁体。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的组件，其中：
与所述第一点相比，所述第二点与所述第一磁体的中心相距较大的距离，
所述第一点和所述第二点分别在第一位置和第二位置处接触所述第一转子板的第二表面，并且
所述第一转子板和所述第一磁体还被配置成且被布置成使得，如果所述第一转子板和所述第一磁体与所有其他磁场生成部件分离，则在所述第二位置处延伸远离所述第二表面并与所述第二表面垂直的射线截取所述第一平面。


8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述第一转子板和所述第一磁体还被配置成且被布置成使得，如果所述第一转子板和所述第一磁体与所有其他磁场生成部件分离，则所述射线与所述第一平面之间的角度基本上小于90度。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的组件，还包括：
所述转子轴件，其中，所述第一转子板与所述转子轴件接合；
第二转子板，其与所述转子轴件接合；以及
第二磁体，其附接至所述第二转子板，使得在所述第一磁体与所述第二磁体之间的间隙内生成第一磁通量。


10.根据权利要求9所述的组件，其中：
与所述第一点相比，所述第二点与所述第一磁体的中心相距较大的距离；
所述第一点和所述第二点分别在第一位置和第二位置处接触所述第一转子板的第二表面；
所述第一转子板和所述第二转子板被定位成使得所述第二平面在所述第一平面的第一侧上；并且
所述第一转子板和所述第一磁体还被配置成且被布置成使得，如果所述第一转子板和所述第一磁体与所有其他磁场生成部件分离，则：
在所述第二位置处延伸远离所述第二表面并与所述第二表面垂直的射线将截取所述第一平面，并且
所述第二平面将保留在所述第一平面的所述第一侧上。


11.根据权利要求9所述的组件，其中，所述第一转子板和所述第二转子板被定位使得所述第一磁通量使所述第一平面与所述第二平面之间的距离基本上等于零。


12.根据权利要求9至11中任一项所述的组件，还包括：
设置在所述间隙内的定子，其中，所述定子被配置成选择性地生成第二磁通量，所述第二磁通量与所述第一磁通量相互作用以使所述转子轴件、所述第一转子板和所述第一磁体一致地旋转。


13.根据权利要求12所述的组件，还包括：
壳体，其至少部分地包围所述第一转子板、所述第一磁体、所述定子、所述第二转子板、所述第二磁体和所述转子轴件的一部分，其中：
所述第一转子板、所述第一磁体、所述第二转子板、所述第二磁体和所述转子轴件能够相对于所述壳体移动，并且
所述定子相对于所述壳体固定。


14.根据权利要求13所述的组件，还包括：
至少一个轴承，其设置在所述壳体与所述转子轴件之间以允许所述壳体与所述转子轴件之间的相对移动。


15.根据权利要求9至14中任一项所述的组件，其中：
所述第一转子板、所述第一磁体、所述第二转子板和所述第二磁体被配置成且被布置成使得，所述第一平面和所述第二平面之间的距离与所述第一点和所述第二点之间的距离的比率为第一值；并且
所述第一转子板和所述第一磁体还被配置成且被布置成使得，如果所述第一转子板和所述第一磁体与所有其他磁场生成部件分离，则所述第一平面和所述第二平面之间的距离与所述第一点和所述第二点之间的距离的比率为第二值，所述第二值是所述第一值的至少两...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·哈德·米列海姆，
申请(专利权)人：电路电机有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US