【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于机电能量转换的电机，并且更具体地，涉及一种以低的材料使用和最小化的制造成本和制造浪费实现高效率的无槽旋转电机。
技术介绍
1、目前，人们正在努力开发能够在电能与旋转机械能之间提供更高效的动力转换的新型电动马达和发电机。与此同时，人们也在致力于减少材料使用量，并且降低制造成本，同时获得更高的效率。能够实现更高的功率转换效率但比目前的常规机器更昂贵的新型电机不太可能被市场所接受。整个行业的目标是提供更高的效率同时还具有更低的成本。
2、为了实现更高的效率，新型电动马达的开发主要集中在同步拓扑结构的使用，这需要使用变频器来运作。作为通过改变转速来提高所有马达的运作效率的手段，电子变频器的使用也变得越来越普遍，这支持了新型同步马达的出现。永磁同步马达能够潜在地提供尽可能高的效率，并且没有与磁阻式马达相关的齿槽振动和噪声，这取决于设计。不幸的是，到目前为止，高效率的永磁马达需要太多的材料和/或具有太耗时且浪费的制造。
3、因此，需要一种能够提供高效率同时具有较低的材料使用和最小化的制造浪费的新型旋转电机。这样的电机可以为马达用户实现降低的运作成本和前期购置成本，从而提高商业成功的可能性。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种无槽旋转电机，该无槽旋转电机采用允许其以更高的效率运作，同时降低材料使用量并且最小化制造浪费的构造。新型电机可以超越最新的效率标准，同时重量比当前的常规马达轻80％。除了减少材料使用和制造浪费外，新型无槽旋转电机的生产还特别适合
2、无槽旋转电机包括转子，该转子具有多个交替极性的永磁体，这些交替极性的永磁体驱动磁通来回穿过由无槽铁磁定子的径向气隙表面形成的磁气隙。无槽铁磁定子包括螺旋定子背铁和位于该螺旋定子背铁的径向气隙表面上的粘合剂膜，该螺旋定子背铁由沿边缘卷绕并轴向延伸的铁磁条形成。导线电枢绕组粘附到位于径向气隙表面上的粘合剂膜，其中，导线包括被外卷缠件完全包封的单独的绝缘绞合线束。粘合剂膜提供了卷缠件对螺旋定子背铁的固持，而卷缠件提供了线束对粘合剂膜的固持。电枢绕组包括在单线径向层中直接形成于粘合剂膜上的气芯绕组型式并且具有多相重叠的端匝，该单线径向层在磁气隙内仅一根线深。电枢绕组在粘合剂固化时被压入粘合剂膜，使得导线部分嵌入粘合剂膜中。
3、与常规电机不同，本专利技术独特地提供了高的运作效率，同时具有低的材料使用，以及基本上接近零的制造浪费。高运作效率是通过以下各项来提供的：结合使用不需要电源进行场激励的永磁体、成为无槽构造以及没有极齿相关的损耗，使磁感应损耗最小化的定子材料以及使绕组电阻和相关电阻功率损耗最小化的绕组构造。
4、低的材料使用同样是通过各种因素的组合来实现的。该电机优选地结合非常高的极数，通常在36极至60极之间，这比大多数常规电机高10倍左右。高极数成比例地减少了必须在相邻机器的极中的每个之间周向传导的磁通的量。因此，它极大地减少了转子和定子铁磁背铁传导通量所需的径向厚度，该转子和定子铁磁背铁通常是电机中最大重量的部件。缺少附接到定子背铁的极齿同样也消除了铁磁定子材料。
5、低的铜绕组材料使用是通过电枢绕组来实现的，该电枢绕组被构造为在磁气隙内仅一根线深的仅单线径向层。已经发现，这可以用来最小化绕组长度和所使用的铜的最终重量；与当前的常规电动马达相比，这提供了约13倍的减少。通常，电机的设计者会在绕组中添加更多的铜重量，以实现更高的效率。新型无槽电机减少绕组中的铜的量的方法正好相反。它与本领域内已知的既定惯例相悖。然而，我们出乎意料地发现，对于无槽电机来说，提高性能的并不一定是铜的总量。相反，性能与每总磁气隙体积的铜绕组体积高度相关，这是至关重要的。已经发现，气隙中较高的铜密度实际上可以用于减少电机中所需要的铜的量，以实现高性能。新型无槽电机的独特地没有用大量的粘合剂、灌封或其他绕组支持形式占据气隙空间。新型电机实现了非常高的铜密度，从而引起绕组的铜的量大幅减少，同时提供了非常高的运作效率。
6、通过在磁气隙内仅一根线深的绕组构造并且通过非灌封或非模制构造，也实现了低的磁材料使用。与在磁气隙中具有多个绕组层以及使用都占用磁气隙空间的模制或灌封材料的其他无槽电机相比，新型电机使所需的磁气隙最小化。较小的磁气隙减少了对于给定的通量密度驱动磁通穿过其所需的磁体材料的量。
7、通过独特的定子构造实现了低的聚合物粘合剂的使用，在该定子构造中，绕组通过薄的粘合剂膜粘附到位，该粘合剂膜的厚度通常小于0.015”(0.38mm)。这与使用多出很多倍的粘合剂通过材料-低效模制来装配并且将绕组固持在一起的其他常规无槽电机相反。也没有使用玻璃纤维聚合物复合材料的形式来包裹绕组。
8、低制造浪费也是通过各种因素的组合来实现的。通过将无槽铁磁条边缘轧制成轴向延伸的螺旋形来提供铁磁定子背铁的生产。无切槽浪费。无叠片冲压浪费，诸如针对常规冲压和堆积制造通过冲孔移除的中心直径，并且其中约90％的叠片材料必须被移除并丢弃或回收。相反，在制造定子背铁时没有浪费，因为预设宽度的铁磁条围绕设计直径的芯轴被轧制，并且当螺旋达到所需的定子长度时被切割。
9、低聚合物粘合剂浪费是通过将绕组粘附到薄粘合剂膜层实现的。粘合剂膜被生产为模切成精确的形状和尺寸的条，该条在施加绕组型式之前被施加到定子背铁的径向磁气隙表面。没有来自混合、注射或工具清理的模制粘合剂树脂浪费损耗。没有树脂浸渍槽浸渍粘合剂的浪费。所有这些因素一起支持新型无槽电机以较低的材料使用和最小化的制造浪费提供高效率的能力。
10、用于新型电机定子的独特的制造工艺有利于实现本专利技术的益处。在定子装配过程期间，在不同时间/步骤处通过不同手段将绕组固持到无槽铁磁定子背铁。在另一实施方案中，无槽铁磁定子适于通过以下方式将处于气芯绕组型式的电枢绕组固持到螺旋定子背铁上：在气芯绕组型式形成时，粘合到处于b阶段状态的粘合剂膜，而在粘合剂膜从b阶段状态过渡到c阶段状态期间，抵靠螺旋定子背铁向电枢绕组施加径向压力，以及在无槽旋转电机的运作中，粘合到处于c阶段状态的粘合剂膜。在卷绕步骤期间，处于b阶段状态的粘合剂膜优选地具有非常高的粘性水平，该粘性水平与高度柔性的绞合线协作，以稍后准确并刚性地固持在运作中产生扭矩所需的绕组型式。然而，在b阶段状态中，粘合强度不足以实现可靠的电机运作。必须通过另外固化到c阶段状态来增加对导线的粘合剂膜粘结强度。该过渡可以在绕组温度下完成，但是已经发现所需的时间对于经济生产来说太长了。已经发现，对于更高速率的制造生产优选的是，在卷绕后提高膜粘合剂的温度，以允许快速过渡到c阶段状态。然而，提高温度会导致重大问题的产生。这些问题很可能使其成为对于本领域普通技术人员来说不期望的解决方案。过渡将无意中导致粘合剂失去粘性，因为它变得更加液体化。因此，由于导线可以自由移动，绕组形式将丢失。在过渡到c阶段状态期间，抵靠定子背铁对电枢绕组施加径向压力用于固持已经建立的绕组型式。在粘合剂处于c阶段状态后，压力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无槽旋转电机，包括：转子，所述转子具有多个交替极性的永磁体，所述多个交替极性的永磁体驱动磁通来回穿过由无槽铁磁定子的径向气隙表面形成的磁气隙；所述无槽铁磁定子包括由沿边缘卷绕并轴向延伸的铁磁条形成的螺旋定子背铁和位于所述螺旋定子背铁的所述径向气隙表面上的粘合剂膜；导线电枢绕组，所述导线电枢绕组粘附到所述径向气隙表面上的所述粘合剂膜，其中所述导线包括被外卷缠件完全包封的单独的绝缘绞合线束，所述粘合剂膜将所述卷缠件固持到所述螺旋定子背铁，所述卷缠件将所述线束固持到所述粘合剂膜；所述电枢绕组具有在单线径向层中直接形成于所述粘合剂膜上的气芯绕组型式并且具有多相重叠的端匝，所述单线径向层在所述磁气隙内仅一根线深，所述电枢绕组在形成后作为一组被压入所述粘合剂膜，并且在所述粘合剂固化时被粘附，使得所述导线既粘结到所述螺旋定子背铁的径向气隙表面，又另外部分地嵌入所述粘合剂膜中。
2.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述无槽铁磁定子适于通过以下方式将处于所述气芯绕组型式的所述电枢绕组固持到所述螺旋定子背铁上：在所述气芯绕组型式形成时，粘合到处于B阶段状态的所述粘合剂膜，而
3.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述粘合剂膜在背离所述螺旋定子背铁和朝向所述转子的方向上部分地沿着位于所述磁气隙内的所述导线的两侧流动。
4.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述粘合剂膜包括内部载体，所述内部载体保持位于所述磁气隙内的所述导线与所述螺旋定子背铁之间的最小介电强度。
5.如权利要求6所述的无槽旋转电机，其中：所述载体包括织物。
6.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述磁气隙中的每根所述导线与所述粘合剂膜直接热传导，并且所述粘合剂膜与所述螺旋定子背铁直接热传导。
7.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述导线的线束在所述磁气隙内的位置中广泛地未被浸渍。
8.一种无槽旋转电机，包括：转子，所述转子具有多个交替极性的永磁体，所述多个交替极性的永磁体驱动磁通来回穿过由无槽铁磁定子的气隙表面形成的磁气隙；所述无槽铁磁定子包括由铁磁材料形成的定子背铁环和位于所述定子背铁环的所述气隙表面上的粘合剂膜；导线电枢绕组，所述导线电枢绕组粘附到所述气隙表面的所述粘合剂膜，其中所述导线包括单独的绝缘绞合线束；所述电枢绕组具有直接形成于所述粘合剂膜上的气芯绕组型式；所述电枢绕组在形成后作为一组压靠所述定子背铁环并利用热被粘附，从而使所述电枢绕组以形成于所述气隙表面上的所述气芯绕组的型式固定，此外，所述粘合剂膜在背离所述定子背铁环并且朝向所述转子的方向上部分地沿着所述导线的在所述磁气隙内的位置处的两侧流动；所述流动的粘合剂提供了所述电枢绕组上的增加的阻力。
9.如权利要求8所述的无槽旋转电机，其中：所述无槽铁磁定子适于通过以下方式将处于所述气芯绕组型式的所述电枢绕组固持到所述定子背铁环上：在所述气芯绕组型式形成时，粘合到处于B阶段状态的所述粘合剂膜，而在所述粘合剂膜从所述B阶段状态过渡到C阶段状态期间，针对所述螺旋定子背铁向所述电枢绕组施加压力，以及在所述无槽旋转电机的运作中，粘合到处于所述C阶段状态的所述粘合剂膜。
10.如权利要求8所述的无槽旋转电机，其中：所述压力是在所述粘合剂膜在到所述C阶段状态的所述过渡期间达到最大固化温度之前施加的。
11.如权利要求8所述的无槽旋转电机，其中：所述电枢绕组在所述磁气隙内的位置处未被模制的粘合剂所包覆。
12.如权利要求8所述的无槽旋转电机，其中：所述定子背铁环是由沿边缘卷绕并且以螺旋形轴向延伸的铁磁条形成的，其中所述粘合剂膜施加于包括所述条的边缘的所述径向气隙表面上。
13.如权利要求8所述的无槽旋转电机，其中：所述导线包括螺旋地包在所述线束上的介电材料卷缠件，其中所述粘合剂膜将所述导线固持到所述定子背铁环，并且所述卷缠件将所述线束固持到所述粘合剂膜。
14.如权利要求8所述的无槽旋转电机，其中：所述粘合剂膜包括内部载体，在所述粘合剂膜固化到所述C阶段状态后，所述内部载体保持位于所述磁气隙内的所述导线与所述定子背铁环之间的最小介电强度。
15.一种无槽旋转电机，包括：转子，所述转子具有多个磁极，所述多个磁极驱动磁通穿过由无槽铁磁定子的径向气隙表面形成的磁气隙；无槽铁磁定子，所述无槽铁磁定子形成为沿边缘卷绕并轴向延伸的铁磁条的螺旋定子背铁；粘合剂膜，所述粘合剂膜位于所...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种无槽旋转电机，包括：转子，所述转子具有多个交替极性的永磁体，所述多个交替极性的永磁体驱动磁通来回穿过由无槽铁磁定子的径向气隙表面形成的磁气隙；所述无槽铁磁定子包括由沿边缘卷绕并轴向延伸的铁磁条形成的螺旋定子背铁和位于所述螺旋定子背铁的所述径向气隙表面上的粘合剂膜；导线电枢绕组，所述导线电枢绕组粘附到所述径向气隙表面上的所述粘合剂膜，其中所述导线包括被外卷缠件完全包封的单独的绝缘绞合线束，所述粘合剂膜将所述卷缠件固持到所述螺旋定子背铁，所述卷缠件将所述线束固持到所述粘合剂膜；所述电枢绕组具有在单线径向层中直接形成于所述粘合剂膜上的气芯绕组型式并且具有多相重叠的端匝，所述单线径向层在所述磁气隙内仅一根线深，所述电枢绕组在形成后作为一组被压入所述粘合剂膜，并且在所述粘合剂固化时被粘附，使得所述导线既粘结到所述螺旋定子背铁的径向气隙表面，又另外部分地嵌入所述粘合剂膜中。
2.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述无槽铁磁定子适于通过以下方式将处于所述气芯绕组型式的所述电枢绕组固持到所述螺旋定子背铁上：在所述气芯绕组型式形成时，粘合到处于b阶段状态的所述粘合剂膜，而在所述粘合剂膜从所述b阶段状态过渡到c阶段状态期间，抵靠所述螺旋定子背铁向所述电枢绕组施加径向压力，以及在所述无槽旋转电机的运作中，粘合到处于所述c阶段状态的所述粘合剂膜。
3.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述粘合剂膜在背离所述螺旋定子背铁和朝向所述转子的方向上部分地沿着位于所述磁气隙内的所述导线的两侧流动。
4.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述粘合剂膜包括内部载体，所述内部载体保持位于所述磁气隙内的所述导线与所述螺旋定子背铁之间的最小介电强度。
5.如权利要求6所述的无槽旋转电机，其中：所述载体包括织物。
6.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述磁气隙中的每根所述导线与所述粘合剂膜直接热传导，并且所述粘合剂膜与所述螺旋定子背铁直接热传导。
7.如权利要求1所述的无槽旋转电机，其中：所述导线的线束在所述磁气隙内的位置中广泛地未被浸渍。
8.一种无槽旋转电机，包括：转子，所述转子具有多个交替极性的永磁体，所述多个交替极性的永磁体驱动磁通来回穿过由无槽铁磁定子的气隙表面形成的磁气隙；所述无槽铁磁定子包括由铁磁材料形成的定子背铁环和位于所述定子背铁环的所述气隙表面上的粘合剂膜；导线电枢绕组，所述导线电枢绕组粘附到所述气隙表面的所述粘合剂膜，其中所述导线包括单独的绝缘绞合线束；所述电枢绕组具有直接形成于所述粘合剂膜上的气芯绕组型式；所述电枢绕组在形成后作为一组压靠所述定子背铁环并利用热被粘附，从而使所述电枢绕组以形成于所述气隙表面上的所述气芯绕组的型式固定，此外，所述粘合剂膜在背离所述定子背铁环并且朝向所述转子的方向上部分地沿着所述导线的在所述磁气隙内的位置处的两侧流动；所述流动的粘合剂提供了所述电枢绕组上的增加的阻力。
9.如权利要求8所述的无槽旋转电机，其中：所述无槽铁磁定子适于通过以下方式将处于所述气芯绕组型式的所述电枢绕组固持到所述定子背铁环上：在所述气芯绕组型式形成时，粘合到处于b阶段状态的所述粘合剂膜，而在所述粘合...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·W·加布里斯，蒂莫西·S·罗杰斯，
申请(专利权)人：克里斯托弗·W·加布里斯，
类型：发明
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