具有圓錐形定子的永磁電機的製作方法

2023-10-18 00:23:19

專利名稱：具有圓錐形定子的永磁電機的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及永磁電機，更具體地涉及用於擴展這種電機的範圍和轉矩的系 統和方法。
背景技術：
永磁電機用於各種場合中，包括混合動力轎車、傳統汽車等。總體來說，典型的永 磁電機包括轉子，該轉子具有附接到或嵌入其外部的永磁體組，並且構造成關於定子軸向 旋轉。定子和轉子一般是同心的，使得在它們之間形成固定的氣隙。目前已知的永磁電機在許多方面都不能令人滿意。例如，已知的是，對於任何給定 的旋轉速度，達到最大轉矩所必需的氣隙不是恆定的。因此，傳統的固定氣隙電機典型地在 較窄的速度範圍上提供優化的轉矩。此外，永磁電機產生的反電動勢(back-EMF)取決於氣隙大小。在故障狀態期間， 該反電動勢電壓可能足夠大以導致逆變器開關的失效。因此，希望在一定條件下增大氣隙 以降低反電動勢，從而降低逆變器開關的電壓要求。因此，希望提供改進的永磁電機，其具有優化的轉矩特性。結合附圖和前述技術領 域和背景技術，通過下面的詳細描述和所附權利要求書，本發明另外的期望特徵和特性將 變得明顯。

發明內容
根據一個實施例的永磁電機包括定子、轉子、以及定子和轉子之間的氣隙，所述轉 子構造成關於定子同軸旋轉並且具有聯接到所述轉子的多個永磁體，所述氣隙具有連續可 調的大小以優化轉矩，降低反電動勢等。本發明還提供了以下方案方案1. 一種永磁電機，包括定子；轉子，所述轉子構造成關於所述定子同軸旋轉並且具有聯接到所述轉子的多個永 磁體；以及所述定子和所述轉子之間的氣隙；其中，所述氣隙的大小是連續可調的。方案2.如方案1所述的永磁電機，其特徵在於，所述定子具有大致錐形的內表面， 所述轉子具有大致錐形的外表面，所述氣隙由所述定子的內表面和所述轉子的外表面限定。方案3.如方案2所述的永磁電機，其特徵在於，所述定子的內表面和所述轉子的 外表面均大致為圓錐形並且是同心的。方案4.如方案3所述的永磁電機，其特徵在於，所述轉子構造成在所述定子內軸 向平移。
方案5.如方案4所述的永磁電機，其特徵在於，軸向平移與氣隙大小變化的比值在約2. 9和5. 75之間。方案6. —種用於永磁電機的定子，包括；限定外表面的多個表面安裝磁體；其中，所述外表面為大致錐形並且構造成在匹配的轉子內軸向平移。方案7.如方案6所述的定子，其特徵在於，所述外表面為圓錐形。 方案8.如方案7所述的定子，其特徵在於，所述外表面由圓錐體限定，所述圓錐體 具有的底與高的比在約0. 25到3. 0之間。方案9. 一種操作永磁電機的方法，包括提供定子；提供轉子，所述轉子構造成關於所述定子同軸旋轉並且具有聯接到所述轉子的多 個永磁體，其中，所述定子和所述轉子之間限定了氣隙；在旋轉期間調節所述轉子關於所述定子的位置以調節所述氣隙的大小。方案10.如方案9所述的方法，其特徵在於，所述定子具有大致錐形的內表面，所 述轉子具有大致錐形的外表面，所述氣隙由所述定子的內表面和所述轉子的外表面限定。方案11.如方案10所述的方法，其特徵在於，所述定子的內表面和所述轉子的外 表面均大致為圓錐形並且是同心的。方案12.如方案11所述的方法，其特徵在於，所述轉子構造成在所述定子內軸向 平移。方案13.如方案12所述的方法，其特徵在於，軸向平移與氣隙大小變化的比值在 約2. 9和5. 75之間。方案14.如方案1所述的方法，進一步包括當對所述永磁電機的屬性進行監控時， 在旋轉期間連續調節所述氣隙以優化該屬性。方案15.如方案14所述的方法，其特徵在於，所述屬性是轉矩。方案16.如方案1所述的方法，進一步包括連續調節所述氣隙以最小化反電動勢。


結合下面的附圖，通過參照詳細描述和權利要求，可更加全面地理解本發明。在全 部附圖中，相同的附圖標記表示相似的元件。圖1是具有表面安裝磁體的典型永磁電機的總體軸向剖視圖；以及圖2和圖3是根據一個實施例的永磁電機的概念性側視圖，其中示出了可變化的氣隙。
具體實施例方式下面的論述總體上涉及具有錐形或圓錐形定子(以及匹配的轉子)的永磁電機， 該定子能夠軸向移動以實現可變化的氣隙。在這點上，下面的詳細描述本質上僅僅是示例 性的，並不試圖限制本發明或其應用和用途。此外，沒有意圖通過前面的技術領域、背景技 術、發明內容或下面的詳細描述中出現的任何明示或暗示的理論來加以約束。為了簡潔起 見，涉及磁性、永磁電機、馬達等的常規技術和原理不需要並且不在本文中加以描述。
圖1示出了用於描述本發明的典型永磁電機100的軸向剖視圖。總體而言，轉子 120具有附接到其外部的永磁體組，並且轉子120構造成關於定子110軸向旋轉，從而引起 軸130的旋轉。定子110和轉子120大體上是同心的，使得在它們之間形成氣隙115。參見圖2和圖3所示的側面剖視圖，根據本發明的永磁電機(或簡稱為「電 機」)100通常包括定子110和轉子120，轉子120構造成關於定子110同軸旋轉並具有包含 在外表面內的多個永磁體(未示出)。氣隙115形成在轉子120的外表面和定子110的內表面之間。根據本發明，氣隙 115的大小是連續可調的，從而允許根據任何期望標準對電機100的工作進行優化。定子110和轉子120的每一個均具有大致錐形的內表面。也就是說，直徑沿z軸 (旋轉軸線102)單調增或單調減。在所示實施例中，定子110的內表面和轉子120的外表 面均大致為圓錐形並且是同心的。因此，在這兩個表面之間形成了具有大小為屯的不變間 隙 115。如圖3所示，轉子120構造成在定子110內軸向平移(AX)，從而增大或減小氣隙 115 (例如，屯〉^)。可選擇軸向平移與氣隙大小變化Ad的比值(即AX/AZ)以實現氣 隙值的任何期望的解(resolution)和範圍。在一個實施例中，例如，該比值在約2. 9和5. 75 之間。限定定子和轉子的圓錐體形狀可具有任何合適的底/高比，例如在約0. 25到3. 0之 間。間隙可在例如約0. 7mm到4. 0mm之間調節。由於氣隙115在旋轉期間是連續可調的，所以當對永磁電機的屬性進行監控時可 在旋轉期間改變氣隙，從而允許對屬性進行優化。在一個實施例中，對於任何的特定條件， 可在例如最小化反電動勢時最大化電機100的轉矩。這種調節可為開環的(設置特定的氣 隙大小以實現相應的實驗確定的扭矩)或閉環的(提供控制系統，該控制系統連續地對特 性進行監控並且迭代地改變氣隙大小以優化該特性)。本發明人發現上述可調節的氣隙系統使得永磁電機具有非常期待的特性。例如， 通過根據旋轉速度改變氣隙，可在任何給定的空間限制內獲得更高的功率輸出。同時，隨著 氣隙增大，電動勢(EMF)電壓降低。在故障狀態期間，此類電動勢電壓會導致任何相關聯的 逆變器開關故障。因此，降低電動勢電壓降低了逆變器開關的電壓要求。雖然在前面的詳細描述中已經給出了至少一個示例性實施例，但是應當意識到仍 然存在數量眾多的變化形式。還應當意識到的是，本文所描述的一個或多個示例性實施例 並不旨在以任何方式對本發明的範圍、應用性或構造進行限制。前面的詳細描述為本領域 技術人員提供了用於實施所述一個或多個實施例的方便且有啟發性的路徑圖。應當理解， 在不偏離本發明及其法律等同物的範圍的情況下，可對元件的功能和布置進行各種改變。
權利要求
一種永磁電機，包括定子；轉子，所述轉子構造成關於所述定子同軸旋轉並且具有聯接到所述轉子的多個永磁體；以及所述定子和所述轉子之間的氣隙；其中，所述氣隙的大小是連續可調的。
2.如權利要求1所述的永磁電機，其特徵在於，所述定子具有大致錐形的內表面，所述 轉子具有大致錐形的外表面，所述氣隙由所述定子的內表面和所述轉子的外表面限定。
3.如權利要求2所述的永磁電機，其特徵在於，所述定子的內表面和所述轉子的外表 面均大致為圓錐形並且是同心的。
4.如權利要求3所述的永磁電機，其特徵在於，所述轉子構造成在所述定子內軸向平移。
5.如權利要求4所述的永磁電機，其特徵在於，軸向平移與氣隙大小變化的比值在約 2. 9禾口 5. 75之間。
6.一種用於永磁電機的定子，包括； 限定外表面的多個表面安裝磁體；其中，所述外表面為大致錐形並且構造成在匹配的轉子內軸向平移。
7.如權利要求6所述的定子，其特徵在於，所述外表面為圓錐形。
8.如權利要求7所述的定子，其特徵在於，所述外表面由圓錐體限定，所述圓錐體具有 的底與高的比在約0. 25到3. 0之間。
9.一種操作永磁電機的方法，包括 提供定子；提供轉子，所述轉子構造成關於所述定子同軸旋轉並且具有聯接到所述轉子的多個永 磁體，其中，所述定子和所述轉子之間限定了氣隙；在旋轉期間調節所述轉子關於所述定子的位置以調節所述氣隙的大小。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述定子具有大致錐形的內表面，所述轉 子具有大致錐形的外表面，所述氣隙由所述定子的內表面和所述轉子的外表面限定。
全文摘要
本發明涉及具有圓錐形定子的永磁電機。具體地，永磁電機包括定子、轉子、以及定子和轉子之間的氣隙，所述轉子構造成關於定子同軸旋轉並且具有連接到所述轉子的多個永磁體，所述氣隙具有連續可調的大小。可調節氣隙以在旋轉期間優化扭矩，最小化反電動勢或者優化永磁電機的任何特性。
文檔編號H02K21/02GK101867274SQ20101016329
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月16日 優先權日2009年4月16日
發明者A·L··小麥格魯, A·M·埃爾-安塔布利, T·J·阿爾費爾曼 申請人:通用汽車環球科技運作公司;通用汽車有限責任公司