用作电机的活动或静止电枢的磁路部件及其电机制造技术

一种磁路部件包括多个爪，这些爪布置成多排，且各爪的基部与公共轭铁连接。它包括构成多相绕组的多个非交织的线圈，且该线圈缠绕在相应爪的基部上，并沿运动方向均匀分布。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种电机。特别是，本专利技术涉及一种用于多相电机的爪磁极(claw pole)结构设计。电机利用变化的磁场来产生电流或机械力。当电机用于产生电流时，磁场从线圈上面经过，这在线圈中引起想要的电流。当电机用于产生机械力时，电流穿过线圈，这使得线圈受到相邻磁场的吸引(或排斥)，从而产生想要的力。前述原理通常应用于旋转电机。例如，在发电机或交流发电机中，旋转元件或转子穿过由定子间歇产生的磁场，该定子有环绕旋转方向布置的多个磁极，以便提供磁场(该磁场可以以电磁方式产生)。电动机可以有类似结构；主要区别只是向转子线圈提供电流，而不是由转子线圈产生电流(当为发电机或交流发电机时)。定子磁极的几何形状设计和构成影响运行效率以及电机的尺寸、形状和重量。爪形结构通常用于具有单定心绕组或线圈的电机的转子磁极。当为交流发电机转子时，D.C电流供给线圈。在另一用途中(例如异步马达、步进马达和无刷永磁体马达)，A.C电流或脉冲电流供给定子线圈。层叠材料的使用限制了多相电机的电枢几何形状。通常，通过将相同的层叠物一个堆垛在另一个顶上而构造成磁路，这些层叠物彼此电绝缘，以避免产生涡电流的循环。这些电枢的几何形状沿旋转轴线不变。还有，因为磁通在层叠物的平面中流通，因此它们可以被看作是二维结构。使用层叠物堆垛的电机的装配通常需要几个附加的机械部件。例如，需要在层叠物堆垛的各相对侧添加法兰，以便支承轴承壳体，该轴承壳体执行将转子固定在定子上的功能。由于层叠物的性质以及由于存在端绕组(该端绕组伸出狭槽)，将这些法兰装配在堆垛上会更困难。这些法兰必须远离端绕组，以便当它们由磁性材料制成时使磁通的泄漏最小，或者当它们由导电材料制成时使涡电流最小。这些组件通常增加了电机的总轴向长度。在使用层叠材料的电机结构中，散热也是一个关键问题，因为沿与层叠平面垂直的方向的传热效率低得多。冷却系统(例如装备有冷却翅片的向外凸出铝轭铁)通常环绕层叠物堆垛来进行压力装配，以便设法增进与周围大气的传热，但是该冷却系统的效率受到它们与层叠物的较差的热接触的限制。所有这些问题说明在普通电机中需要相对大量的异质部件来执行电磁、机械和热的功能，这些异质部件增加了电机的材料和装配成本绕组、层叠物、法兰、轴承壳体支架、固定螺钉和杆、外部轭铁、铝翅片等。可以用各向同性的磁性材料来制成电机部分，例如由铁粉制成的软磁复合材料。由相同磁性材料制成的冷却翅片也可以集成在磁路部分中。(加拿大专利2282636 12/1999)。还已知爪磁极结构在低功率用途中有多个优点。使用大量爪磁极的电机实例是用于定时器或汽车交流发电机中的“密封马达”，它们使用爪磁极转子(美国专利No.3271606和美国专利No.3714484)。不过，该结构通常用于单相电机，该单相电机只使用一个线圈，该线圈埋入由装备有爪的两个部件制成的磁路中。这种装置称为“定心绕组”。定心绕组比其它绕组结构更容易实现，因为线圈的总数通常等于马达的相数。当为汽车交流发电机的感应器时，DC电流供给线圈。其它用途(例如异步马达(美国专利No.3383534)、步进电机(美国专利No.5331237)和无刷永磁体马达(美国专利No.5854524)的定子)说明了爪磁极结构的使用，其中，AC电流或脉冲电流供给线圈。图1A、1B和1C表示了现有技术的磁路部件100(单相定子结构)的几个视图。该结构有轭铁(yoke)105(图1B)，该轭铁105由磁性材料形成。轭铁105由两个相对环110、120制成，这两个环110、120有径向向内延伸的凸出指或爪112、114、116、122、124、126，以便沿着转子(未示出)表面旁的气隙对着该气隙。环形线圈130沿轴向布置，与转子轴线(未示出)同心，并由磁路的两个环110、120包围。由线圈确定的平面垂直于在定子和转子之间的气隙表面。由环形线圈130产生的磁通经由在线圈130各侧的爪112、114、116、122、124、126穿过气隙通向转子。当为AC爪磁极电枢时，优选的是用磁性复合材料来制造芯，以便使涡电流损失最小(美国专利No.3383534和美国专利No.5331237)。还可以使用磁性板或层叠物的组件，以及使用通过粉末冶金方法而由铁粉材料制造的其它部件(美国专利No.6320294、美国专利No.6201324)。通常更难实现具有爪磁极电枢的多相结构。它需要堆垛布置在定子或转子上的多个单相结构，并通过气隙使它们分开，以避免磁短路和性能退化。不过，当为小功率马达(例如步进马达)时，人们通常能够容忍由于没有在结构之间添加气隙的情况下直接并列布置几个单相结构而引起的这种性能退化(美国专利No.6259176和美国专利No.6031304)。美国专利No.5854526表示了使用不同线圈结构的三相、爪形结构。三个线圈布置在相同平面中，同时它们的轴平行于在定子和转子之间的气隙表面。与前述结构相同，由线圈确定的平面垂直于气隙表面。不过，这些结构并不能解决磁短路问题，且只能用于非常小功率的用途。
技术实现思路
本专利技术涉及用于电机的多相爪磁极电枢的不同结构以及它们的相应装配方法。这些结构可以用于多相电机(马达或交流发电机)的定子(AC或脉冲电流供给该定子)的设计和构造，该多相电机(例如同步和永磁体电机、步进马达、异步电机和磁阻电机)覆盖较大功率范围。这些多相结构也可以用于DC电机(马达或发电机)的转子电枢的设计。在这些电机中，气隙表面为平面(当为线性运动时)或柱形(当为圆形运动时)。为了简化下面的说明，我们将只考虑电枢磁路。图中只表示了具有柱形气隙表面以及绕该气隙表面的轴线进行圆形运动的结构。不过，相同结构也可以用于其它种类的电机(如DC电机)的转子。也可以有平面气隙表面，并进行线性运动或绕与气隙表面垂直的轴线进行圆形运动。与现有的爪磁极结构相同，磁路环绕线圈，且该磁路能够分成几个扇区，以便于它与线圈的装配。该磁路装备有对着转子气隙的几排爪。两个相邻排的爪(或指)交织(或间隔开)，以便覆盖更大的气隙表面，同时不增加所占据的轴向空间。本专利技术与前述尝试的不同在于线圈和爪在磁路的不同部分上的布置。线圈缠绕在特定爪的基部上。爪的基部形成与气隙表面垂直的磁路的部分。几个爪安装在单个爪基部上。在相同排中的所有爪的基部都与公共轭铁连接。线圈的轴线总是垂直于气隙表面；也就是说，由线圈确定的平面与气隙表面平行。线圈并不交织，并沿运动轴线规则地间隔开。通过该结构，由转子磁极产生的磁通在芯和爪中沿三个方向交替循环，且没有DC分量。在给定排或相邻排中，并不需要使所有的爪都有相同尺寸。爪的形状使得可以调节电动势的谐波分量，并能够控制变动力矩(coggingtorque)的幅值。根据用途的要求和限制，也可以考虑使对着气隙的爪部分有不同形状。最普通的形状为矩形、三角形或梯形。也可以沿运动方向与气隙表面相切地偏斜该爪，以便通过使用在普通电机中采用的相同的偏斜方法来减小变动力矩。在转子和定子之间的气隙厚度也可以沿相同爪的表面变化。通过该方法，可以精确改变电磁感应在气隙中的空间分布和电磁感应在爪的不同部分中的分布。支承线圈的爪基部通常有矩形形状。不过，优选是使拐角成圆角，以便简化缠绕。在某些情况下，也可以采用椭圆形或圆形，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁路部件，其用作电机的活动或静止电枢，该部件用于与感应器磁耦合，该感应器有沿运动方向交替磁化成北极－南极的磁极，其中，所述感应器与所述部件通过气隙而分开，该磁路部件包括：多个爪，这些爪布置成多排；在相同排中的各爪的基部与公共轭铁连接；多相绕组，该多相绕组包括多个非交织的线圈，各线圈缠绕在相应爪的基部上；线圈沿运动方向均匀分布。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J克罗斯，P维亚鲁热，
申请(专利权)人：魁北克金属粉末有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]