轴向磁通电机靴部优化制造技术

本发明专利技术涉及一种轴向磁通电机靴部优化，轴向磁通电机包括承载一组永磁体的转子和包含电磁线圈组件的定子，电磁线圈组件围绕轴线间隔地周向布置。每个线圈组件都有一个轴向延伸的定子齿；缠绕在齿上的一个或多个线圈；以及在定子齿的一端处的一个或多个端靴部。每个端靴部都具有与相邻线圈组件相邻的至少一个周向边缘。在一些实现方式中，至少一个周向边缘的径向最内和最外部分由从至少一个周向边缘突出的台阶隔开。在一些实现方式中，至少一个周向边缘的至少一部分的厚度小于内部径向边缘的厚度，从而减少相邻电磁线圈组件之间的漏磁通。磁通。磁通。

Optimization of axial flux motor boots

【技术实现步骤摘要】
轴向磁通电机靴部优化


[0001]本专利技术涉及用于具有降低的功率损耗的轴向磁通永磁电机的定子组件及其制造方法。

技术介绍

[0002]如本文所述，轴向磁通永磁电机可以是电动机或发电机。通常，这种电机通常具有围绕轴线布置的盘形或环形转子和定子结构。定子包括一组线圈，每个线圈都平行于轴线，转子承载一组永磁体并安装在轴承上，以便可以在由定子线圈产生的磁场驱动下绕轴线旋转。
[0003]图1a显示了示例轴向磁通电机的一般配置，在定子S的任一侧具有一对转子R1、R2，尽管简单的结构可以省略其中一个转子。在转子和定子之间存在气隙G，并且在轴向磁通电机中，通过气隙的磁通方向基本上是轴向的。另一种配置(未示出)扩展了这种配置并具有三个定子和两个转子。图1b显示了一个示例配置，具有单个转子(其两侧可以具有永磁体)和两个定子，分别位于转子的任一侧。还可以是其他的变型。
[0004]还可能存在轴向磁通永磁电机的各种变型配置，其取决于例如转子上北极和南极的布置。图1c说明了Torus NS电机、Torus NN电机(其具有较厚的轭，因为NN磁极排列需要磁通流过轭的厚度)和YASA(无轭分段电枢)拓扑的基本配置。YASA拓扑图示出了通过两个线圈的横截面，断面线区域示出了每个线圈周围的绕组。在此，取消定子磁轭可显着减轻重量和铁损，但也存在缺陷。其一是铁提供的定子结构强度的损失，尽管由于YASA拓扑结构紧凑并且可能导致非常大的应力，因此对强度的需求可能会增加。其二是热量从定子线圈中逸出的路径丢失，因此冷却剂可能会在电机中循环。<br/>[0005]在这样的电机中，相邻线圈之间的间隙通常被最小化以减少死区。然而，相邻线圈之间较小的间隙可以抑制热损失。此外，当相邻靴部之间存在小间隙时，磁通可能会从一个线圈泄漏到下一个线圈，最终导致电感增加。在负载下，这会导致在其他情况下相同的电流产生更高的电压，并降低峰值功率输出。
[0006]此外，齿槽转矩和轴向力波动取决于磁体形状和靴部轮廓。一些最小化这些谐波效应的方法，例如扭曲(skewing)定子或转子，会对性能和/或成本产生负面影响。此外，大的力波动会激发转子共振，这会在某些速度下引起噪声、振动和粗糙度(NVH)问题。此外，许多客户要求齿槽转矩低于某个值。
[0007]还普遍需要降低损耗和提高电效率的设计。背景现有技术描述于EP2760112A、JPH05169205A、JP2003303728A、CN110492629A、US7233090、GB2547421A、US2008/136285、US2017/093259、EP2618466A和相关的US8878415和WO2020/072734中。

技术实现思路

[0008]解决磁通泄漏的一种方法是减小定子靴部的厚度。然而，为了实现靴部所需的机械强度，通常需要最小的靴部厚度。相反，可以在对相邻靴部之间的磁通泄漏贡献最大的区
域中局部减小靴部的厚度。
[0009]根据第一方面，轴向磁通电机包括转子，其承载一组永磁体并安装为绕轴向磁通电机的轴线旋转，以及定子，其具有形成在壁之间的空腔，并在该空腔中包含多个电磁线圈组件，这些电磁线圈组件围绕轴线间隔地周向布置，其中所述转子和所述定子沿所述轴线间隔开。每个电磁线圈组件可以包括一个或多个轴向延伸的定子齿或线棒、各自缠绕在每个定子齿上的线圈以及在每个定子齿的端部处的端靴部。每个端靴部可以具有至少一个与其周向分开的相邻端靴部。端靴部还可包括突出部，该突出部形成该端靴部一个或多个周向边缘的一部分，其中周向边缘的突出部分通过从周向边缘突出(例如垂直于周向边缘突出)的台阶与周向边缘的其余部分分开。
[0010]周向边缘的突出部分被包括导致了相邻靴部之间的间隙更小。通过提供将周向边缘的突出部分和非突出部分分开的台阶，可以减小齿槽转矩。
[0011]根据另一方面，轴向磁通电机包括转子，其承载一组永磁体并安装为绕轴向磁通电机的轴线旋转，以及定子，其具有形成在壁之间的空腔，并在该空腔中包含多个电磁线圈组件，这些电磁线圈组件围绕轴线间隔地周向布置，其中所述转子和所述定子沿所述轴线间隔开。每个电磁线圈组件可以包括一个或多个轴向延伸的定子齿或线棒、各自缠绕在每个定子齿上的线圈以及在每个定子齿的端部处的端靴部。每个端靴部可以具有至少一个与其周向分开的相邻端靴部。端靴部还可包括突出部，该突出部形成该端靴部一个或多个周向边缘的一部分，其中该突出部的厚度小于端靴部的内径向边缘的厚度。
[0012]周缘的突出部分厚度被减小可以减少相邻电磁线圈组件之间的漏磁通。使用较薄的突出部来实现该效果可有助于保持靴部的机械坚固性，因为端靴部的厚度仅在局部减小。
[0013]端靴部的突出部可以形成靴部的周向边缘的径向最外部分。可选地，周向边缘的径向最内部分的厚度可以大于突出部，并且近似等于靴部的内径向边缘的厚度。
[0014]在一些实施方式中，轴向力波动和齿槽转矩的优化要求径向内边缘与径向外边缘处的靴部
‑
靴部间隙不同。通常，靴部的径向外端处的靴部
‑
靴部间隙可以最小化。因此，周向边缘的较薄的突出部分可以突出超过至少一个周向边缘的径向最内部分。可选地，这可以包括台阶，该台阶在例如垂直于将突出部与内径向部分分开的周向边缘上突出。
[0015]每个靴部通常包括两个表面，即邻近定子齿的内表面和背离定子齿的外表面。由于周向边缘的突出部分比靴部的其他部分薄，所以突出部分的表面可以与靴部的内表面和外表面中的一个或两个都不齐平。在一些实现方式中，周向边缘的突出部分位于轴向最靠近电机转子的一个或多个端靴部的表面处。在一些实现方式中，突出部分可以位于轴向最靠近电机永磁体的靴部的表面处。
[0016]在大多数电机拓扑中，每个端靴部都是与同一定子齿相关联的一对端靴部的一部分。端靴部通常位于定子齿的相对端。因此，在一个实现方式中，端靴部包括在定子齿的第一轴向端部处的第一端靴部和在定子齿的第二轴向端部处的第二端靴部，其中所述第一轴向端部和所述第二轴向端部是所述定子齿的相对端部。在这些实现方式中，包括每对的端靴部可以相同或不同。例如，第一端靴部可以在其内表面具有其周向边缘的突出部分，而第二端部可以在其外表面具有其周向边缘的突出部分。
[0017]通常，每个端靴部可以具有与其周向边缘周向分离的两个相邻的端靴部。在该实
现方式中，每个端靴部可以包括从其周向边缘中的每一个突出的突出部分，其厚度小于端靴部的径向内边缘的厚度。
[0018]靴部可以由软磁复合材料制成，并且轴向磁通电机可能具有YASA(无轭分段电枢)拓扑。
[0019]根据另一方面，提供了一种对用于轴向磁通永磁电机的定子组件中的靴部形状进行优化的方法。定子组件可包括围绕轴线周向布置的定子齿组，定子齿组的每个定子齿从轴线径向延伸。定子还可包括用于定子齿的靴部组和线圈组，线圈组中的每个线圈都缠绕在相应的定子齿上。可以通过针对多个靴部形状确定距轴线的多个径向距离处的轴向力波动，并且对在多个径向距本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴向磁通电机，包括转子，该转子承载一组永磁体并安装为用于绕所述轴向磁通电机的轴线旋转，以及定子，该定子具有形成在壁之间的空腔，在该空腔中包含多个电磁线圈组件，该多个电磁线圈组件围绕所述轴线间隔地周向布置，其特征在于，所述转子和所述定子沿所述轴线间隔开，每个所述电磁线圈组件包括：定子齿，所述定子齿轴向延伸；至少一个线圈，每个所述线圈缠绕在所述定子齿上；和至少一个端靴部，位于所述定子齿的端部处，每个所述端靴部包括径向内边缘、径向外边缘和与相邻的所述电磁线圈组件相邻的至少一个周向边缘；其中，所述至少一个周向边缘包括径向最内部分和径向最外部分，所述径向最内部分和所述径向最外部分由从所述至少一个周向边缘突出的台阶隔开。2.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述至少一个周向边缘的所述径向最外部分的厚度小于所述至少一个周向边缘的所述径向最内部分的厚度。3.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述至少一个周向边缘的所述径向最内部分的厚度大致等于所述径向内边缘的厚度。4.根据权利要求3所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述至少一个周向边缘的所述部分突出超过所述至少一个周向边缘的所述径向最内部分。5.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述至少一个周向边缘的所述部分位于所述至少一个端靴部的沿轴向最靠近所述转子的表面处。6.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述至少一个端靴部包括在所述定子齿的第一轴向端部处的第一端靴部和在所述定子齿的第二轴向端部处的第二端靴部，所述第一轴向端部和所述第二轴向端部是所述定子齿的相对的端部。7.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述至少一个端靴部由软磁复合材料形成。8.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，每个所述端靴部包括与不同的相邻电磁线圈组件相邻的两个相对的周向边缘，每个所述周向边缘的至少一部分的厚度小于所述径向内边缘的厚度。9.根据权利要求1所述的轴向磁通电机，其特征在于，所述轴向磁通电机具有无轭分段电枢拓扑。10.一种轴向磁通电机，包括转子，该转子承载一组永磁体并安装为用于绕所述轴向磁通电机的轴线旋转，以及定子，该定子具有形成在壁之间的空腔，在该空腔中包含多个电磁线圈组件，该多个电磁线圈组件围绕所述轴线间隔地周向布置，其特征在于，所述转子和所述定子沿所述轴线间隔开，每个所述电磁线圈组件包括：定子齿，所述定子齿轴向延伸；至少一个线圈，每个所述线圈缠绕在...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤姆，
申请(专利权)人：YASA有限公司，
类型：发明
国别省市：