采用可调Halbach磁体阵列的可变转矩生成电机制造技术

具有可变转矩生成的电机，具有可调Halbach阵列配置构造。电机包括用于生成磁场的磁体组件。磁体组件包括：多个固定磁体，所述多个固定磁体设置成环形布置结构使得，具有面朝转子或定子的北极的固定磁体与具有面朝转子或定子的南极的固定磁体交替；多个可旋转磁体，所述多个可旋转磁体在两个相邻的固定磁体之间形成的相应的槽内设置；驱动组件，驱动组件用于使可旋转磁体在槽内转动以改变磁体组件在转子或定子中生成的磁场，驱动组件配置为使可旋转磁体在第一位置和第二位置之间转动，在第一位置中，转子或定子中的磁场被加强，并且在第二位置中，转子或定子中的磁场被抵消。转子或定子中的磁场被抵消。转子或定子中的磁场被抵消。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用可调Halbach磁体阵列的可变转矩生成电机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年3月2日提交且题为“Variable Torque Generation Electric Machine Employing Tunable Halbach Magnet Array”的美国临时申请序列号62/984,270的根据35U.S.C.
§
119(e)的优先权。本申请要求于2020年9月11日提交且题为“Cascade Mosfet Design for Variable Torque Generator/Motor Gear Switching”的美国临时申请序列号62/077,243的根据35U.S.C
§
119(e)的优先权。申请日为2021年3月2日的题为“Cascade Mosfet Design for Variable Torque Generator/Motor Gear Switching”的共同待决非临时申请序列号XX/XXX,XXX的全部内容以引用的方式并入本文中。此外，申请日为2021年3月2日的题为“Cooling System for Variable Torque Generation Electric Machine”的共同待决非临时申请序列号XX/XXX,XXX的全部内容也以引用的方式并入本文中。

技术介绍

[0003]电机是使用电磁力将电能转换为机械能或将机械能转换为电能的装置。常见的电机包括发电机和电动机。
[0004]发电机将机械能转换为电能以供诸如电网、车辆中的电气系统等的外部电路使用。大多数发电机采用诸如轴的旋转之类的旋转力(转矩)形式的原动力源。旋转力通过由发电机内的磁体产生的磁场与电线绕组之间的相互作用而在一个或多个电线绕组中引起电流生成。常见的原动力源包括具有恒定转矩和连续转速(以每分钟转数(RPM)表达)的蒸汽轮机、燃气轮机、水力发电涡轮机、内燃机等。
[0005]电动机的机械方面与发电机相同，但电动机以相反方式工作。电动机通过由电动机内的磁体产生的磁场与通过一个或多个电线绕组的电流之间的相互作用使电能转换为机械能，而生成呈电动机轴旋转形式的原动力(即旋转力或转矩)。该旋转力(转矩)然后被使用来推进一些外部机构。电动机一般设计为提供连续的旋转和恒定转矩。在某些应用中，比如在采用以牵引电动机进行再生制动的车辆中，电动机可逆向使用作为发电机来回收原本可能因为热和摩擦而损失掉的能量。
[0006]越来越多地，由于使用的能源可变、不定时且往往不可预测，可再生能源技术中采用的发电机必须在广泛变化的转速(RPM)和转矩条件下工作。相似地，环境友好型技术或绿色技术采用的电动机也必须能够产生一系列的转速(RPM)和转矩。然而，尽管传统发电机和电动机在接近它们的额定转速(RPM)和转矩工作时常常表现出从百分之九十到百分之九十八(90％
‑
98％)范围的效率，然而当同样的这些发电机和电动机在它们的额定转速(RPM)和/或转矩之外(的条件下)工作时，它们的效率急剧下降，常常低至百分之三十到百分之六十(30％
‑
60％)。
附图说明
[0007]参考附图来描述具体实施方式。相同附图标记在该描述中的不同实例中和附图中
的使用可指示相似或相同的物项。此外，本领域普通技术人员将理解的是，本文中公开的构思可应用于各种电机，包括但不限于电动机、发电机和/或机电传动系统。因此，贯穿本公开和在随附的权利要求书中，术语电机总的用于描述能够采用本文中描述的构思的任何机电装置，且应当理解的是，除非另作如此说明，否则术语电机可指代电动机、发电机、机电传动系统、它们的组合(例如，电机可包括适合于在采用再生制动的混合动力车辆中使用的电动机/发电机)等等。
[0008]图1是侧视图，图示出根据本公开的示例实施例的电机。
[0009]图2是立体图，图示出根据本公开的示例实施例的图1中所示的电机；
[0010]图3是图1中所示的电机的剖视立体图，根据本公开的示例实施例，所述电机具有壳体、转子组件、定子组件和主轴；
[0011]图4示出图3中所示的电机的另一剖视立体图，示出了根据本公开的示例实施例的具有Halbach配置构造的转子组件；
[0012]图5示出图2中所示的电机的不相同的、平行于主轴线的剖视立体图，示出了根据本公开的示例实施例的定子组件和转子组件；
[0013]图6是侧视图，图示出图5中的电机的转子组件，所述转子组件根据本公开的示例实施例成Halbach阵列布置，所述Halbach阵列具有两组可旋转的磁体；
[0014]图7是立体图，图示出图6中的电机的转子组件，所述转子组件根据本公开的示例实施例成Halbach阵列布置；
[0015]图8是根据本公开的示例实施例的图6中所示的转子的Halbach阵列的固定磁体的立体图；
[0016]图9是根据本公开的示例实施例的图6中所示的转子的Halbach阵列的固定磁体的正视图；
[0017]图10是图6中所示的转子组件的立体图，示出了根据本公开的示例实施例的磁体组件和用于使磁体组件内的可旋转磁体旋转的驱动组件；
[0018]图11是图10中所示的转子组件的立体图，进一步示出了根据本公开的示例实施例的磁体组件和驱动组件；
[0019]图12是图2中所示的转子组件的不同实施例的立体图，根据本公开的示例实施例，所述转子组件具有驱动组件和绕着磁体组件的周缘的磁体固定帽；
[0020]图13是根据本公开的示例实施例的电机的另一实施例的立体图；
[0021]图14是图13中所示的安装支架的立体图，所述安装支架根据本公开的示例实施例具有转矩传感器；
[0022]图15是图13中所示的电机的剖视立体图，根据本公开的示例实施例，所述电机具有壳体、转子组件、定子组件和主轴；
[0023]图16是根据本公开的示例实施例的图13中所示的轴的端帽的立体图；
[0024]图17是侧视图，图示出图15中的电机的转子组件，所述转子组件根据本公开的示例实施例成Halbach阵列布置，该Halbach阵列具有一组可旋转的磁体；
[0025]图18是图15中所示的转子组件的立体图，示出了根据本公开的示例实施例的主轴、磁体组件和用于使磁体组件内的可旋转磁体旋转的驱动组件；
[0026]图19是根据本公开的示例实施例的图18中所示的转子的Halbach阵列的固定磁体
的立体图；
[0027]图20是根据本公开的示例实施例的图18中所示的转子的Halbach阵列的固定磁体的侧视图；
[0028]图21是图15中所示的转子组件的立体图，示出了根据本公开的示例实施例的磁体组件和用于使磁体组件内的可旋转磁体旋转的驱动组件；以及
[0029]图22是图15中所示的转子组件的立体图，示出了根据本公开的示例实施例的成Halbach阵列配置本文档来自技高网...

【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：磁体组件，所磁体组件用于在转子或定子中具有承载电流的多个电线绕组的一者中生成磁场，所述磁体组件包括：设置成环形布置结构的多个固定磁体，所述固定磁体中的每个具有北极和南极并在环形布置结构内布置成使得，具有面朝转子或定子的北极的固定磁体与具有面朝转子或定子的南极的固定磁体交替且在它们之间形成槽；多个能够旋转的磁体，每个能够旋转的磁体具有北极和南极并在具有面朝转子或定子的北极的固定磁体与具有面朝转子或定子的南极的固定磁体之间形成的相应的槽内设置成使得，所述能够旋转的磁体能够在所述槽内旋转；以及驱动组件，所述驱动组件用于使所述能够旋转的磁体在所述槽内转动以改变磁体组件在转子或定子中生成的磁场，所述驱动组件配置为使所述能够旋转的磁体在第一位置和第二位置之间转动，在所述第一位置中，转子或定子中的磁场被加强，并且在所述第二位置中，转子或定子中的磁场被抵消。2.如权利要求1所述的电机，其中，所述固定磁体中的相应各者为大体I形的、具有凹形弯曲的侧部，使得在每对固定磁体之间形成的槽为大体圆筒形的，所述固定磁体具有多个磁体固定帽，所述磁体固定帽使转子组件的磁场朝向定子组件集中。3.如权利要求2所述的电机，其中，所述能够旋转的磁体中的相应各者包括具有第一端和第二端的大体圆筒形的本体，所述圆筒形的本体包括第一半圆筒和第二半圆筒，第一半圆筒包括所述能够旋转的磁体的北极，并且第二半圆筒包括所述能够旋转的磁体的南极，第一半圆筒和第二半圆筒从所述第一端延伸到所述第二端。4.如权利要求1所述的电机，还包括第二磁体组件，所述第二磁体组件包括：第二多个固定磁体，所述第二多个固定磁体绕着转子芯部的外面隔开、成第二环形布置结构，第二多个固定磁体中的每个固定磁体具有北极和南极、在所述第二环形布置结构内布置成使得具有面朝定子组件的北极的固定磁体与具有面朝定子组件的南极的固定磁体交替而在它们之间形成槽；第二多个能够旋转的磁体，所述第二多个能够旋转的磁体中的相应各者能够旋转的磁体具有北极和南极并且在具有面朝定子组件的北极的固定磁体与具有面朝定子组件的南极的固定磁体之间形成的相应的槽内设置成使得，所述能够旋转的磁体能够在所述槽内旋转；其中，所述驱动组件被配置用于使所述第二多个能够旋转的磁体中的各能够旋转的磁体在所述第二多个固定磁体中形成的各槽内转动以改变定子组件中的磁场，所述驱动组件配置为使所述能够旋转的磁体在第一位置和第二位置之间转动，在所述第一位置中，定子组件中的磁场被加强，并且在所述第二位置中，定子组件中的磁场被抵消。5.如权利要求4所述的电机，其中，所述第二磁体组件与所述第一磁体组件相邻使得，所述第一多个固定磁体中具有面朝定子组件的北极的固定磁体与所述第二多个磁体组件中具有面朝定子组件的南极的固定磁体相邻，并且所述第一多个磁体中具有面朝定子组件的南极的固定磁体与所述第二多个磁体中具有面朝定子组件的北极的固定磁体相邻。6.如权利要求5所述的电机，其中，所述第一多个能够旋转的磁体中的能够旋转的磁体与所述第二多个能够旋转的磁体中的能够旋转的磁体联接在一起而形成能够旋转的磁体
组件。7.如权利要求6所述的电机，其中，所述能够旋转的磁体组件中的相应各者具有第一侧和第二侧，其中，所述第一多个能够旋转的磁体中的能够旋转的磁体具有设置在所述第一侧处的北极和设置在所述第二侧处的南极，并且所述第二多个能够旋转的磁体中的能够旋转的磁体具有设置在所述第一侧处的南极和设置在所述第二侧处的北极。8.如权利要求7所述的电机，其中，每隔一个的能够旋转的磁体组件相对于余留的能够旋转的磁体组件成一百八十度的旋转定位。9.如权利要求8所述的电机，其中，所述固定磁体中的相应各者为大体I形的、具有凹形弯曲的侧部，使得所形成的槽为大体圆筒形的。10.如权利要求9所述的电机，其中，所述第一多个能够旋转的磁体和第二多个能够旋转的磁体中的相应各者能够旋转的磁体包括具有第一端和第二端的大体圆筒形的本体。11.一种电机，包括：壳体；设置在壳体中的轴，所述轴由至少一个轴承组件支撑使得轴能够相对于电机壳体旋转；设置在电机壳体内的定子组件，所述定子组件包括定子芯部和由定子芯部支撑的多个电线绕组；转子组件，所述转子组件联接到所述轴并配置为相对于定子组件旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：福尔肯电力有限责任公司，
类型：发明
国别省市：