旋轉電機轉子磁極結構的製作方法

2023-09-10 19:48:30

旋轉電機轉子磁極結構的製作方法
【專利摘要】用於旋轉電機的轉子，轉子包括第一極片和第二極片（44',48'），第一極片（44'）和第二極片（48'）分別具有各自的磁性的轂部分（92,96），該轂部分設置為繞軸線（60）旋轉且沿軸線隔開。多個磁性的第一極指和第二極指（100',104'）彼此間隔且在轂部分之間延伸。每個極指具有近端（148'）和沿軸向相反的遠端（152'），近端與各自的轂部分連接。第一極指和所述第二極指圍繞軸線沿周向交替，且每個極指具有各自的徑向內表面（184',192'），該徑向內表面限定了從遠端到腔末端（224）沿軸向延伸的腔（220）。對於每個極指，在位於遠端和腔末端之間的各個軸向位置處，在腔內側的軸線與徑向內表面之間的徑向距離大體上大於在腔外側的軸線與徑向內表面之間的徑向距離。
【專利說明】旋轉電機轉子磁極結構
[0001] 相關申請的優先權要求
[0002] 本申請要求以下各專利申請的優先權：於2013年4月5日提交的、申請號為 No. 61/808, 991、名稱為 "ROTARY ELECTRIC MACHINE R0T0RP0LE C0NFI⑶RATION (旋轉電 機轉子磁極結構）"的美國臨時專利申請，以及於2013年11月20日提交的、申請號為 No. 14/085, 241、名稱為"ROTARYELECTRIC MACHINE ROTOR POLE CONFIGURATION(旋轉電機轉 子磁極結構)"的美國專利申請。
[0003]

【技術領域】本發明涉及旋轉電機，尤其是旋轉電機的轉子，且更具體地是包括永久 磁體的轉子類型。

【背景技術】
[0004] 圖1顯示了現有技術中的旋轉電機(應用於車輛上的交流電機）的例子，本發明的 技術可以應用於該旋轉電機。交流電機20具有殼體24和轉軸28,所述轉軸28分別地通 過前滾動軸承32和後滾動軸承36支撐在所述殼體24中。皮帶傳動輪40固定於所述轉軸 28的突出的前端。所示旋轉電機20的轉子56包括分別可轉動地安裝在所述軸28上的前 交流電機極片44和後交流電機極片48。交流電機20大體上包括圍繞所述轉子56的定子 52,所述定子52固定在所述殼體24上。所述轉子56繞其旋轉軸線(機器中心軸線60)的 旋轉使得定子繞組68中產生交流電。
[0005] 所述定子52大體上包括定子鐵芯64,定子繞組68圍繞所述定子鐵芯64纏繞。如 在本領域中所知，所述定子鐵芯64大體上包括堆片（lamina stack)72,該堆片72由多個薄 片沿相對於所述轉軸28的旋轉軸線60軸向堆疊而成。每個薄片可能由電工鋼或者其他合 適的鐵磁材料製成。參考圖2,所述定子繞組68通常包括多個導體76,且所述定子鐵芯64 限定了多個狹槽（slots) 80,所述狹槽80位於多個定子齒84之間；圖10也示出了所述定 子狹槽80和所述齒84。所述多個導體76軸向延伸穿過所述狹槽80且以常規的方式形成 環形，以使所述環形圍繞所述定子52的周向分布。如圖2中，多個定子繞組導體76,也就是 第一導體76a、第二導體76b以及第三導體76c，所述導體限定由交流電機產生的三相電功 率。
[0006] 所述轉子56是眾所周知的爪極轉子，且所述轉子56包括一對相對的爪極片44， 48和圍繞所述中心軸線60設置的勵磁線圈（excitation field coil) 88。極片44和48是 由磁性材料(例如鋼)製成，且所述極片44和48大體上相同，所述極片44和48均具有轂部 分92,96和多個單獨地加長極段或者極指（pole segments or fingers) 100,104。每個所述 極片44和48的極指圍繞各自的轂部分92,96沿周向並且間隔有空隙地設置在各自的轂部 分92,96上。每個所述極片44和48的極指100,104沿著遠離各自的轂部分且朝向另一極 片的轂部分92,96軸向地延伸。進一步，如圖2所示，每個極片44,48的極指100,104圍繞 各自的轂部分92,96的邊緣均勻地隔開，並且，如圖2所示，通過將所述轉子56設置為裝配 在所述軸28上，每個極片44,48的極指100,104與另一極片的極指以非接觸且間隔的關係 交錯設置。因此，空氣間隙或者通道形成在鄰近的極指100,104之間並且圍繞所述轉子56 的周向分布。
[0007] 參考圖3,所述轉子56的勵磁線圈88纏繞在電絕緣筒112上，且所述線圈88和 電絕緣筒112夾在極片的轂部分92,96的一對相反的、沿軸向向內相對的表面116,120之 間。如圖1所示，極片44,48可以具有軸向延伸部121，所述勵磁線圈88和其電絕緣筒112 設置在所述軸向延伸部121上，或者，如圖3所示，所述勵磁線圈88和其電絕緣筒112可能 設置在圓柱形轉子鐵芯部件122上，該圓柱形轉子鐵芯部件122圍繞所述中心軸線60布置 且位於所述極片44, 48之間。再次參考圖1，直流勵磁電流通過一對集電環124和關聯的接 觸電刷128施加於勵磁繞組88上。所述集電環124固定在所述軸28上，且通過所述接觸 電刷128配合操作所述勵磁繞組88以形成規律化的直流電源。稱作穩壓器的控制系統(未 示出）用於施加適當水平的電壓於所述勵磁繞組88。
[0008] 所述極片44,48和通電的勵磁繞組88產生交變極性磁場，該交變極性磁場隨所 述轉子56繞中心軸線60旋轉。雖然直流勵磁電流施加到了所述勵磁繞組88上，但是交 錯的極指100,104的間隔產生了交變極性的磁通鏈（alternating polarity magnetic flux linkage)。該磁通鏈提供給圍繞所述轉子56的靜止的定子52的所述繞組導體76。由所述 轉子56提供的所述交變極性的磁通鏈穿過所述定子繞組導體76a，76b，76c的運動以一種 熟知的方式產生三相交流電功率。
[0009] -般地，如圖1所示，通過交流發電機20輸出的交流電被施加到整流器132上，所 述整流器132可能位於所述殼體24的後側。所述交流發電機還可以包括過濾器和功率調節 裝置，通過所述功率調節裝置輸出的電能在被作為直流電傳導至汽車電池(未示出）或電動 分配總線（electric distributionbus)(也未示出）的正極端子之前被直流化（directed)。 從所述交流發電機20中輸出的交流電的期望均方根值取決於通過穩壓器施加到勵磁繞組 88上的直流電壓的水平。另外，前空氣循環風扇136和後空氣循環風扇140在所述極片44， 48的外側沿軸線相對地設置。風扇136,140連接於轉子56並且隨轉子56 -致地旋轉。通 過所述風扇136,140,冷空氣一般沿軸向吸入所述殼體24內，且沿徑向排出至所述殼體24 夕卜。後風扇140通常使冷空氣氣流直接穿過整流器132和所述交流發電機的其他電子組件。 如果提供空氣氣流路徑，所述風扇136,140也可以使得一些冷空氣氣流圍繞所述極指100， 104和勵磁繞組88流動。
[0010] 所述轉子56相對於所述定子52的旋轉方向以及因此轉子極指100,104相對於定 子齒84的運動方向通過箭頭144示出。一旦向勵磁繞組88施加規律的直流電，轉子56被 磁化，相鄰的極指100, 104在磁性北極（N)和磁性南極（S)之間沿周向交替。換句話說，所 有的極指100都具有N磁極且所有的極指104都具有S磁極。因此，可以認為當所述轉子 56旋轉時，所述極指100,104的交替磁極圍繞轉子52連續通過，從而在定子繞組68中形成 輸出電流。本領域普通技術人員可以理解的是，前側和後側的極片44,48的各自的N磁極 和S磁極是根據通過勵磁繞組88的直流電流的方向的選擇而決定的。
[0011] 圖5A-圖5H示出了一個現有的爪極片44或48的例子，每個爪極片44或48包 括多個極指或極段100,104,每個極指或極段100,104具有基部或近端148,所述基部或近 端148在空隙108之間的位置連接於各自的極片的轂部分92,96。如同3所示，每個極指 100, 104還具有與各自的基部相反的尖端或遠端152,並且其中一個爪極片44,48的極指 100,104的尖端152靠近另一個爪極片44,48的極指100,104的基部148。
[0012] 每個極指100,104還具有前緣156以及相對的後緣160,每個前緣156以及相對的 後緣160在所述極指的所述基部148與所述尖端152之間延伸。根據極指相對於定子鐵芯 齒84的運動的方向，正如箭頭144所指的一樣，將邊緣156,160指定為前或後。前極片44 的每個極指100的前緣156和後緣160分別限定了前緣側表面164和後緣側表面168 ;後 極片48的每個極指104的前緣156和後緣160分別限定了前緣側表面172和後緣側表面 176。
[0013] 每個極指100還限定了徑向外表面180和徑向內表面184,該徑向外表面180和 徑向內表面184中的每一個在與其相對的前緣側表面164和後緣側表面168之間沿周向延 伸。每個極指104也限定了徑向外表面188和徑向內表面192,每個極指104在與其相對的 前緣側表面172和後緣側表面176之間沿周向延伸。如圖2和圖5A所示，每個徑向外表面 180,188沿著各自的表面線196 (大體上平行於中心軸60)延伸，以使得可以通過設置多個 所述表面線196來限定出圓柱狀物體。因此，多個交替的極指100,104的徑向外表面180， 188限定所述轉子56的大體上圓柱形狀的外周面。
[0014] 關於圖1-圖8以及圖10中的各個極指100, 104,被描述為具有大體上呈錐形狀的 結構，各自的徑向內表面184,192在它的基部或者近端148附近靠近所述中心軸60,並且 在它的尖端或遠端152附近遠離所述中心軸60,如圖所示，所述錐形狀的結構可以是平的。 因此，每個錐形的極指100, 104,在它的徑向外表面180,188和徑向內表面184,192之間， 在它的近端或基部148 -側比在它的遠端或尖端152 -側，相對於所述軸60沿徑向更厚。 另外，當沿徑向觀察時，隨著所述極指沿遠離各自的轂部分92, 96的方向延伸，每個錐形的 極指100, 104逐漸縮小，並且，因此每個錐形的極指100, 104的位於其前緣156和後緣160 之間的部分在它的近端148 -側較寬而在它的遠端152 -側較窄。因此，可以理解，沿著相 對於所述軸線60的徑向方向和沿著一個垂直於同時包含各自的表面線196和中心軸線60 的一假想平面的方向觀察，每個極指100, 104都大體呈V型。換句話說，對於每個大致錐形 的極指100,104,如果在它的基部148被一個垂直於中心軸線60的假想平面橫切並且平滑 其尖端，則所述錐形極指1〇〇, 104大體上是六面體。
[0015] 而且，從圖1-圖8的各個視圖可以清晰地理解，在垂直於所述軸線60的假想平面 中，在各個錐形狀極指100,104的沿軸向的不同距離處(就是說，在大致平行於中心軸線60 的方向的各個軸向位置處)，對於每個極指，在其前緣156和後緣160之間，該極指在它的徑 向外表面180,188和徑向內表面184,192之間的厚度大體上一致。另外，如果不是徑向內、 外表面180, 188, 184和192對應於轉子56的圓柱體形狀而關於中心軸線60呈現出稍微彎 曲（徑向外表面180, 188凸出，徑向內表面184, 192凹陷)，，這些表面180, 188, 184和192 在它們各自的極指的前緣156和後緣160之間大體上是平的。
[0016] 現有的一些機器20的極指100,104並不是像上述討論的一樣呈錐形狀，而是具有 不同的幾何形狀。例如，參考圖9,當相對於所述中心軸線60徑向觀察時，所述極片44,48 可以改為限定大體上呈矩形狀的極指或者極段100,104。正如上述描述的大體上呈錐形狀 的極段的例子，圖9所示的現有的爪極片44或48的極指或極段100,104具有：基部或者近 端148,該基部或者近端148在空隙108之間的位置連接於各自的極片轂部分92,96 ;尖端 或者遠端152,該尖端或者遠端152與其各自的基部148相對，一個極片44, 48的極指的尖 端位於另一個極片44, 48的極指的基部148的附近；前緣156 ;以及相反的後緣160,所述 前緣與後緣156, 160在所述極指的基部148與尖端152之間延伸。每個極指100的大體上 平行的前緣和後緣156, 160限定了所述前緣側表面164和後緣側表面168,而每個極指104 的所述前緣和後緣156, 160分別限定了所述前緣側表面172和後緣側表面176。如上所述， 作為邊緣156, 160的名稱的前或後是相對於極指的方向而言的，而極指的方向是相對於所 述定子鐵芯的齒84而言的，正如箭頭144所指的一樣。
[0017] 然而，不同於上述的錐形形狀的極，圖9的實施例中的前緣和後緣156,160大體上 彼此平行，且平行於所述中心軸線60。在這裡，所描述的極指的尖端或者遠端152是平坦 的，如果通過一個垂直於所述中心軸線的方向的假想平面截取，每個極指100, 104可能大 體上呈六面體形狀。在圖9的實施例中，每個極指100,104分別限定了徑向外表面180,188 和徑向內表面184,192 (圖9未示出）。正如大體呈錐形形狀的極指一樣，每個呈長方形形 狀的徑向外表面180,188均沿著各自的表面線196,所述表面線196大體上平行於所述中 心軸線60,這樣，多個表面線196的設置限定了圓柱形轉子的形狀。相對於每個極指100， 104,其各自的徑向外表面180,188在前緣156和後緣160之間沿周向相對延伸大致相同的 距離；類似地，其各自的徑向內表面184,192在前緣156和後緣160之間沿周向相對延伸大 致相同的距離。因此，如上所述，當從徑向觀察時，每個極指100,104大體上呈矩形形狀。
[0018] 此外，圖9中的極指100, 104實際上是各自設置成長方體形狀或立方體形狀，其 中，沿垂直於各自的表面線196和中心軸線60所在的假想平面的方向觀察，沿著其軸線方 向，也就是大體上平行於表面線196的方向，每個極指在其徑向外表面180, 188和內表面 184, 192之間的厚度大體上是相同的。這樣，在垂直於所述中心軸線60的切線方向上觀察， 每個極指1〇〇, 104大體上呈長方體形狀。此外，要不是表面180,188,184,192呈對應於所 述轉子56的圓柱狀圍繞中心軸線60輕微彎曲(在徑向外表面180, 188形成凸面，在徑向 內表面184, 192形成凹面)，大體上呈立方體形狀的極指100, 104的表面180, 188, 184, 192 在極指100, 104各自的前緣與後緣156, 160之間是平的。此外，大體上呈立方體形狀的極 指100, 104的相對的徑向外表面180, 188和徑向內表面184, 192大體上是平行的。換句話 說，在與中心軸線60垂直的假想平面上，沿著每個錐形極指100,104軸線方向的不同距離 (也就是在平行於表面線196的方向上的距離)，在極指徑向外表面180, 188和徑向內表面 184, 192之間的每個極指的厚度大體上是一樣的。目前已有的電機(包括極指或具有相互平 行的前緣與後緣的極段）和機器中心軸線的發明也已經在美國的專利號為7, 973, 444的名 稱為電機和及用於電機轉子的專利公布了，並且也授權給該申請專利的代理人。
[0019] 如上所述，不管極指1〇〇, 104是錐形形狀還是立方體形狀，在現有的旋轉電機α匕 如說交流發電機20)中，在極指沿軸線方向的不同位置，也就是平行於表面線196的方向 上，極指徑向內表面184, 192是平的或者在他們各自的前緣和後緣156, 160之間圍繞中心 軸線60具有非常小的的凹曲度。通過比較圖5F-圖5Η，以及圖7Β-圖7Ε，比起在極指的基 部或近端148,所述徑向內表面184, 192的曲率在極指的尖端附近或遠端152更為明顯。
[0020] 眾所周知，旋轉電機(如交流發電機）的轉子採用的是永久磁體。在目前已有的一 些發電機中，高磁感強度的永久磁體200設置於相鄰的爪式極指100, 104之間以補充由勵 磁線圈88產生的磁場。這個磁體200在圖6-圖9中都有顯示。各種永久磁體材料中的任意 一種都有可能被應用到永久磁體200,比如銣鐵硼、釤鈷或者鐵素體。利用勵磁線圈和耦合 了定子線圈的永磁通量的交流發電機被稱為混合式交流發電機。如圖10所示，在混合式交 流發電機20中，永久磁體200保持永久磁體的磁通穿過通道204,否則在爪式極指100, 104 之間會形成空氣間隙，這在交流發電機中是連接於設置在通道204中並由轉子56運轉的永 久磁體200以及定子結構52的一部分，從而通過定子結構耦合成明顯的磁通鏈。磁通量路 徑208在圖10中以虛線部分顯示。當勵磁線圈88不通電時，由永久磁體200產生的通過 定子56的磁感是不通的。然而，當勵磁線圈88通電時，由永久磁體200產生的磁感更有助 於電磁產生的磁通鏈在定/轉子間隙212形成勵磁電磁。依賴於所述混合式發電機20的 期望輸出值，當所述直流電產生的所述電磁通沿一個方向通過所述勵磁線圈88時，所述永 久磁體200穿過所述徑向定/轉子間隙212的磁通的效果可能增強或提高；當所述直流電 產生的電磁通以相反方向通過勵磁線圈88時，所述永久磁體穿過徑向定/轉子間隙的磁通 的效果可能會減弱，或抵消。交流發電機的降壓/升壓控制電路是為本領域技術人員熟知 的且可能設計多樣，其中一種被上述美國專利(專利號為7973444)公開。
[0021] 上文所說的通道204可以被定向為；通常，這個方向和永久磁體200的形狀類似。 因此，永久磁體200通常是由6個基本平滑的面組成的面稜體。面稜體形狀的永久磁體200 在各自的有前緣側表面和後緣側表面164, 168, 172, 176形成基本上對稱的接觸表面。面稜 體形狀的永久磁體200這裡作為一個典型的形狀說明，永久磁體的其他形狀對熟練的技術 工人來說是顯而易見的。正如此顯示的，每個永久磁體200都有一對沿周向相反的極性面 216,所述極性面216包括極性面216N和216S且分別對應於N和磁極。所述永久磁體的磁 極是交替的，因此相鄰磁體的極性是相反的。因此，可以理解為，爪式極指100與永久磁體 的磁極216N相連並有第一個極性（也就是N極)，爪式極指104與永久磁體的磁極216S相 連並有第一個極性（也就是S極)。磁體200的磁極216N，216S緊鄰各自的在爪式極指100 和104上的前緣側表面和後緣側表面164, 168, 172, 176。如上所述，所有爪式極指100具有 N磁極，所有爪式極指104具有S磁極。所有永磁體磁極216N和每個N極指100的側表面 164, 168相鄰。同樣地，所有永磁體磁極216S和每個S極指104的側表面172, 176相鄰。 上述安排對本領域的技術人員來說一般是眾所周知的。
[0022] 通常，當永久磁體200在交流電動機20的爪式極指100, 104之間加強提高 機器的性能時，間隙通道204被形成或者適用於在相反極指前緣側表面和後緣側表面 164, 168, 172, 176之間提供不變的寬度以包含所述磁體。然而，用於現有技術的混合電機的 爪極片44, 48的形狀並沒有最大限度地優化永久磁體200的使用。相反地，這種混合電機 的極片設計，特別是它們的極段或極指100, 104的設計是從傳統的，非永磁爪極轉子設計 演變而來的，它已經發展到極大限度地提高機器的性能，在沒有附加永久磁體到爪極轉子 上的情況下。只要堅持這樣的實踐不會充分利用附加磁爪極轉子的優勢。
[0023] 配置有最大限度的發揮永久磁體轉子的優勢的旋轉電機將會在本【技術領域】提供 理想的改善。


【發明內容】

[0024] 本發明的目的在於提供一種旋轉電機和轉子。本發明傳授一種極片結構，當使用 永久磁體時，通過改變極片的幾何形狀，能夠最大限度地增大它的爪式極段的性能。靠近尖 端區域的極指的徑向內表面的形狀設置成大致凹形，這最大限度的減少從第一極指或者極 段的尖端或者遠端到沿周向的鄰近的第二極指或極段的基部或者近端的磁漏，在從第一極 指或者極段的尖端或者遠端到沿周向的鄰近的第二極指或極段的基部或者近端處，第一極 段的尖端與第二極段的基部重疊。然而，沿著位於第一極指與第二極指之間的永久磁體的 側部，第一極指或極段可能也具有其充分的徑向厚度或者深度，這有助於磁體的磁通量的 充分利用。
[0025] 永久磁體抵靠於的極指的一側於極指的整個軸向長度上基本平整而且具有恆定 的徑向深度或者厚度。儘管改善的極指的幾何形狀的【具體實施方式】顯示為具有包括大致方 形的軸向橫切面的立方體狀外表，可以理解的是，本發明公開的技術啟示同樣可以應用到 傳統的、大致錐形形狀的交流發電機爪式極段或者極指。本發明公開的技術同樣適用於刷 式交流發電機或者無刷交流發電機。
[0026] 這種幾何形狀的優勢是：對於給定的轉子的磁性激活軸向長度，其允許轉子中使 用更長的永久磁體。與現有的交流發電機相比，對於給定的轉子軸向堆疊長度和/或給定 的定子軸向堆疊長度，通過在定子與轉子之間產生更高水平的磁通鏈，本發明能夠大大的 提高電機的性能。第二，憑藉極指的彎曲的徑向內表面，形成自然空氣路徑，其允許軸向空 氣流通過轉子組件以提高冷卻效果。
[0027] 根據本發明的極指的幾何形狀通過使用三維有限元分析（threedimens ional Finite Element Analysis) (3D FEA)分析磁場模型和漫長的設計過程而獲得。真實交流發 電機原型的性能測量數據表明，輸出電流水平是傳統爪極交流發電機的兩倍，這就相比現 有技術有了很大的改善。
[0028] 本發明提供一種用於旋轉電機的轉子，第一極片和第二極片，所述第一極片和所 述第二極片分別具有各自的磁性的轂部分，該轂部分用於繞軸線旋轉，所述第一極片的轂 部分和所述第二極片的轂部分沿所述軸線隔開。所述轉子還包括多個磁性的第一極指和多 個磁性的第二極指，所述多個磁性的第一極指和所述多個磁性的第二極指彼此間隔且在所 述第一極片的轂部分與所述第二極片的轂部分之間延伸，每個極指具有近端和沿軸向相反 的遠端，所述第一極指和所述第二極指的所述近端分別對應連接於所述第一極片的轂部分 與所述第二極片的轂部分中的一者，所述第一極指和所述第二極指圍繞所述軸線沿周向交 替布置，每個極指具有各自的徑向內表面，該徑向內表面限定了從所述遠端到腔末端沿軸 向延伸的腔。對於每個極指，在位於所述遠端和所述腔末端之間的各個軸向位置處，在所述 腔內側的所述軸線與所述徑向內表面之間的徑向距離大體上大於在所述腔外側的所述軸 線與所述徑向內表面之間的徑向距離。
[0029] 根據所述轉子的另一個方面，對於每個極指，所述腔末端位於所述近端與所述遠 端之間。
[0030] 根據所述轉子的又一個方面，對於每個極指，在所述腔內側的所述軸線與所述徑 向內表面之間的徑向距離在所述遠端和所述腔末端之間的第一軸向位置處大於在所述第 一軸向位置和所述腔末端之間的第二軸向位置處。
[0031] 根據所述轉子的又一個方面，每個極指具有沿周向相對的前緣和後緣，且各個所 述腔位於所述前緣和後緣之間。
[0032] 根據所述轉子的又一個方面，對於每個極指，所述腔具有沿垂直於所述軸線的方 向變化的寬度，所述遠端和所述腔末端之間的第一軸向位置處的所述寬度大於位於所述第 一軸向位置和所述腔末端之間的第二軸向位置處的所述寬度。
[0033] 根據所述轉子的又一個方面，對於每個極指，在垂直於所述軸線的假想平面中，所 述腔大體呈三角形狀。
[0034] 根據所述轉子的又一個方面，對於每個極指，在平行於所述軸線的假想平面中，所 述腔大體呈三角形狀。
[0035] 根據所述轉子的又一個方面，每個極指的所述腔末端限定腔頂點。
[0036] 根據所述轉子的又一個方面，對於每個極指，在各自的腔末端和遠端，在所述腔外 側的位置上所述徑向內表面距離所述軸線的徑向距離相等。
[0037] 根據所述轉子的又一個方面，每個極指限定有徑向外表面，各個所述極指具有位 於所述徑向內表面與所述徑向外表面之間的徑向厚度，該徑向厚度在所述腔外側的第一位 置處比在所述腔內側的第二位置處大。
[0038] 根據所述轉子的再一個方面，每個極指具有沿周向相對的前緣和後緣，且所述第 一位置沿周向位於各個所述極指的所述腔與所述前緣和後緣中的一者之間。
[0039] 根據所述轉子的再一個方面，所述第一位置位於各個所述極指的所述近端與所述 腔末端之間。
[0040] 根據所述轉子的又一個方面，每個極指具有沿周向相對的前緣和後緣，各自的所 述徑向內表面在所述前緣和後緣之間沿周向延伸，且所述前緣和後緣大體上平行於所述軸 線。
[0041] 根據所述轉子的又一個方面，對於磁性，所述第一極指為N極指且所述第二極指 為S極指，且進一步包括至少一個磁體，該磁體設置在沿周向相鄰的一對N極指與S極指之 間，所述磁體具有相對的N極面和S極面，所述磁體的N極面接合所述N極指，所述磁體的 S極面接合所述S極指。
[0042] 根據所述轉子的又一個方面，每個極指具有沿周向相對的前緣側表面與後緣側表 面且各自的所述徑向內表面在所述前緣側表面與後緣側表面之間沿周向延伸。進一步包括 至少一個磁體，該磁體設置在沿周向相鄰的一對第一極指和第二極指的接合的前緣側表面 和後緣側表面之間，並且該磁體具有磁性相反的極側面，每個磁性相反的極側面鄰接所述 極指的前緣側表面和後緣側表面中的一者，所述前緣側表面和後緣側表面大體上沿各自的 極指的位於近端和遠端之間的整個長度延伸。
[0043] 根據所述轉子的又一個方面，該轉子進一步包括勵磁線圈，該勵磁線圈圍繞所述 軸線設置且位於所述第一極片的轂部分和第二極片的轂部分之間，所述第一極片的轂部分 和第二極片的轂部分的N磁極和S磁極的指定通過選定流過所述勵磁線圈的電流方向可選 擇地確定。
[0044] 本發明還提供一種旋轉電機，該旋轉電機包括：前述的轉子；圍繞所述轉子的定 子；以及連接於所述定子的殼體，所述轉子通過所述殼體支撐以能夠相對於所述定子旋轉。 [0045] 本發明還提供一種用於旋轉電機的轉子，所述轉子包括：一對有磁性的第一極片 和第二極片，所述第一極片和所述第二極片分別具有各自的轂部分，所述第一極片的轂部 分和所述第二極片的轂部分沿軸線間隔設置且分別具有多個第一極指和多個第二極指，該 多個第一極指和多個第二極指中的每一個彼此間隔，且圍繞所述軸線分布以限定出大致圓 柱形的轉子外表面，每個極指具有基部，該基部連接於各自的第一極片的轂部分或第二極 片的轂部分上，且朝向另一個極片的轂部分延伸，所述多個第一極指和多個第二極指中的 一者的每個極指終止於尖端，該尖端定位為與包括所述多個第一極指和多個第二極指中的 另一者的一對極指的基部接近。每個極指的尖端具有徑向向內開放的腔，該腔具有沿軸向 向內方向從所述尖端朝向各個極指的基部延伸到所述腔末端的長度，該腔具有沿大體上垂 直於所述軸線的方向在各個極指的相對的邊緣之間延伸的寬度尺寸、以及大體上沿徑向延 伸至各個極指中的深度尺寸，所述腔的寬度尺寸和深度尺寸中的至少一者在軸向向內方向 上沿著所述腔的長度減小。
[0046] 根據所述轉子的另一方面，對於磁性，所述第一極指具有磁性地是N極指且所述 第二極指具有磁性地是S極指，且進一步包括至少一個磁體，該磁體設置在沿周向相鄰的 一對N極指與S極指之間，該磁體具有相對的N極面和S極面，所述磁體的N極面接合所述 N極指，所述磁體的S極面接合所述S極指。
[0047] 本發明還提供一種旋轉電機，該旋轉電機包括：上述的轉子；圍繞所述轉子的定 子；以及連接於所述定子的殼體，所述轉子通過所述殼體支撐以能夠相對於所述定子旋轉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048] 當配合相應的附圖考慮時，本發明的各個對象、特徵和伴隨的優勢將會變的更好 理解。值得注意的是所述附圖沒有必要按照比例或者相同比例繪製；尤其是，所述附圖的一 些部件的比例可能放大以便強調該部件的特徵。而且，幾個附圖中相似的附圖標記用於表 明相同、相似或相應的部件，其中：
[0049] 圖1是現有交流電機總成的剖視圖，本發明的技術方案適用於該交流電機總成；
[0050] 圖2是現有交流電機的定子和轉子的正視立體局部剖視圖，本發明的技術方案適 用於該交流電機的定子和轉子；
[0051] 圖3是現有交流電機的轉子沿圖4的線3-3的剖視圖；
[0052] 圖4是現有交流電機轉子的局部主視圖；
[0053] 圖5A是現有的具有錐形形狀的極指的極片的透視圖；
[0054] 圖5B是圖5A的極片的軸向端面視圖；
[0055] 圖5C是與圖5B的極片的相對的軸向端面圖；
[0056] 圖是圖5C的極片的側視圖；
[0057] 圖5E是圖5C的極片沿線5E-5E的剖視圖；
[0058] 圖5F是圖?的極片的極指沿線5F-5F的剖視圖；
[0059] 圖5G是圖?的極片的極指沿線5G-5G的剖視圖；
[0060] 圖5H是圖ro的極片的極指沿線5H-5H的剖視圖；
[0061] 圖6是現有交流電機轉子的局部分解圖，該轉子具有大體上呈錐形的極指和可選 擇的永久磁體；
[0062] 圖7A是現有的具有永久磁體的交流電機的轉子沿圖8的線7A-7A的剖視圖；
[0063] 圖7B是圖7A的轉子沿線7B-7B的軸向端面圖，圖中示出了極指的尖端。
[0064] 圖7C是圖7A的轉子沿線7C-7C的剖視圖，圖中示出了極指的軸向截面；
[0065] 圖7D是圖7A的轉子沿線7D-7D的剖視圖，圖中示出了極指和永久磁體的軸向截 面；
[0066] 圖7E是圖7A的轉子沿線7E-7E的剖視圖，圖中示出了極指和永久磁體的軸向截 面；
[0067] 圖8是現有的具有永久磁體的交流電機轉子的局部主視圖；
[0068] 圖9是現有轉子的局部的爆炸圖，該轉子具有大體上呈長方體狀的極指和可選擇 的永久磁體；
[0069] 圖10是現有的具有永久磁體的轉子和定子鐵芯(他們的勵磁線圈和定子繞組已 拆除）的局部放大圖，圖中示出了磁通量路徑；
[0070] 圖11是根據本發明的轉子的實施方式的局部剖視分解圖；
[0071] 圖12是根據本發明的交流電機的轉子沿圖13的線12-12的剖視圖；
[0072] 圖13是根據本發明的交流電機的轉子的局部主視圖；
[0073] 圖14A是根據本發明的交流電機沿圖15的線14A-14A的剖視圖；
[0074] 圖14B是圖14A中的轉子沿線14B-14B的局部剖視圖，圖中示出了極指和永久磁 體的軸向端面圖；
[0075] 圖14C是圖14A中的轉子沿線14C-14C的局部的剖視圖，圖中示出了極指和磁體 的軸向截面；
[0076] 圖14D是圖14A中的轉子沿線14D-14D的局部的剖視圖，圖中示出了極指和磁體 的軸向截面；
[0077] 圖15是根據本發明的交流電機的轉子的局部主視圖；
[0078] 圖16是根據本發明的極指的尖端和永久磁體的實施方式的局部放大圖；
[0079] 圖17是根據現有技術中的交流電機的轉子和定子的剖視圖，用於與圖18相比 較；
[0080] 圖18是根據本發明的交流電機的轉子和定子的剖視圖，用於與圖17相比較；以及
[0081] 圖19是表明本發明的混合式交流發電機的與現有的非混合式交流發電機相比性 能提1?的曲線圖。
[0082] 對應的標記與所有圖形的相應的部件對應。雖然附圖代表公開裝置的實施方式， 但是附圖沒有必要按照規定比例或者同一比例繪製，且確定的特徵可能會放大以為了更好 表達和解釋本發明。而且，為了清晰，附圖示出的截面圖、各個局部圖的交叉陰影線可能省 略。可以理解，這種陰影線的省略是只是出於清楚、理解的目的。

【具體實施方式】
[0083] 本發明能夠容易地進行各種修改和替代形式，且其具體的實施方式在這裡通過附 圖以實施例的方式詳細描述。本發明選擇且描述了典型實施方式以使得其他領域技術人員 能夠領會和理解本發明的原理和實踐。然而，可以理解的是，附圖和詳細說明並不是用於限 制本發明以特定的形式的公開，而是相反地，本發明旨在包括如權利要求所限定的本發明 的精神與保護範圍內的所有的修改、等同以及替代形式。
[0084] 在根據本發明的下面將通過附圖提到旋轉電機或者轉子中，與上面描述的現有技 術中結構要素相對應的結構要素採用相似的附圖標記表示。因此，例如，根據本發明進行改 進後的上述描述的實施方式中的旋轉電機20和轉子56標記為旋轉電機20'和轉子56'。相 對於上述現有技術中的基本沒有變化的機器20'的相對應的結構分別採用普通數字標記。 儘管機器20和20'的磁通量路徑不同，但是磁通量路徑是無結構的，且通常通過參考標記 208表示。
[0085] 圖11示出根據本發明的轉子56'。除了轉子56'的極指100'，104'的配置和永久 磁體200'的軸向長度之外，轉子56'的將被描述的實施方式基本上類似於現有技術中的具 有大體上呈立方體狀的極指100,104和稜鏡狀的磁體200的轉子56。
[0086] 如上所述，在現有技術中的旋轉電機20中，不管其極指100,104是否大體上呈錐 形狀或者立方體狀，所述極指徑向內表面184,192大體上是平的或者在其各自的前緣和後 緣156,160之間相對於中心軸線60隻有一個很小的凹曲度。這個表面凹曲度在靠近所述 極指的基部或者近端148處比靠近所述極指的尖端或者遠端152處更加明顯，正如通過比 較圖5F-圖5H以及圖7B-圖7E所揭示的一樣。在具有永久磁體200的轉子56和無永久 磁體200的轉子56之間，所述極指的徑向內表面184, 192的特點是相同。如上所述，對於 不包括永久磁體200的轉子56,現有的極指100, 104的結構在一定程度上可能是優化的，而 當轉子包括磁體時，所述極指的結構基本上沒有改變。換句話說，儘管在現有的轉子56上 增加磁體能提高所述機器20 (例如，混合式交流發電機）的性能，現有的機器的極段或者極 指100, 104基本上沒有改變，永久磁體200設置在所述極段或者極指100, 104之間。
[0087] 本發明中具有極片44'，48'，該極片44'，48'具有改進的極指結構，當使用永久磁 體200'時，該極指結構能夠最大限度地提高轉子56'和電機20'的性能。如圖12-圖16更 好地顯示，電機20'的轉子56'包括大體上相同的極片44'，48'。極片44'，48'的極段或極 指（pole segments or fingers)100'，104'在形狀上大體上不同於現有的極片44, 48的極指 100, 104。特別是，極指100'，104'的徑向內表面184'，192'的結構與現有的極指100, 104 的徑向內表面184, 192的結構就有顯著不同。圖14B-圖14D與圖5F-圖5H和/或圖7B-圖 7E的對照就能最好地說明這種不同，根據本發明，所述極指100'，104'大體上呈立方體形 狀，而根據現有技術，其描述的極指100, 104則呈錐形形狀。可以理解的是，本發明的技術 啟示適用於不限制於所述形狀的具有其他形狀的極指100'，104'，例如大體上呈錐形形狀 的極指。比較後表明，根據本發明，接近極指尖端或遠端152'的每個極指100'，104'的徑向 內表面184'，192'設置有明顯的凹面，在轉子56'的第一極段的尖端152'與第二極段的基 部148'重疊的區域中，這最大限度地減少了從第一極指或第一極段100'或104'的尖端或 者遠端152'到沿周向接近第二極指或第二極段100'，104'的基部或近端148'的磁漏。現 有的極指100, 104的徑向內表面基本上是平坦的表面，帶有一些小凹形，這些小凹形很微 小並且僅僅與所述轉子56的直徑對應。相對地，徑向內表面184'，192'具有的沿徑向內開 設的腔220限定的所有凹面是相當大的。如圖示，所述腔220通過極指100'，104'的遠端 152'形成的三角的錐形空隙而限定；這個三角空隙的底部可以理解為位於極指尖端152' 的位置，而極指的頂部（也就是腔220的終端）可以理解為位於沿軸向介於極指的近端和遠 端148'，152'之間的位置224處，如圖12,圖14A以及圖16明確顯示。
[0088] 此外，沿著前緣和後緣156, 160,在徑向外表面180, 188和徑向內表面184'，192' 之間，每個極指或極段100'，104'也可能有充分的徑向厚度和深度，這樣，各個磁體200'的 每個圓周面216可與對應的前緣面或者後緣面164'，168'，172'，176'鄰接。每個磁極面 216N，216S和其相應的相配合的前緣和後緣面164'，168'，172'，176'的相互接合的能力促 進了產生的磁通量的充分利用。很明顯，前緣面或後緣面164'，168'，172'，176'基本上是 平的，並且對於極指100'，104'的整個軸向長度(也就是與表面線196平行方向上的整個長 度）有恆定的徑向深度和厚度。儘管改進的極指的幾何形狀的典型實施例是作為具有立方 體形狀的外表而顯示的，該立方體形狀的外表具有軸向正方形截面，可以理解為，本發明的 技術同樣適用於平常的錐形形狀的發電機的爪式極段或爪式極指。本發明的技術也同樣適 用於帶電刷或無電刷式的交流發電機。
[0089] 參考圖17和圖18,和現有的機器20相比，在機器20'中的極指的幾何形狀的 有益效果是：對於轉子56, 56'的給定的磁性活動軸向長度（magnetically active axial length) (L1=L1)，允許在轉子56'中使用更長的永久磁體200'（L3?L2)，這就使得允許更 大的定子堆片（stator lamina stack)軸向長度（L5>L4)。這樣，與機器20相比，對於給定 的轉子軸向堆疊（stack)長度和/或給定的定子堆片（laminae stack)軸向長度（L4=L5)， 在機器20'中，通過在定子52'與轉子56'之間產生更高水平的磁通鏈，而大大提高了電機 20'的性能。
[0090] 相比機器20,在機器20'中的極指的幾何形狀提供的第二個有益效果是：基於在 極指100'，104'的徑向內表面184'，192'上的槽220的優點，形成自然空氣路徑，其允許相 對較大的軸向空氣氣流通過轉子組件56'（rotor assembly)以相對地提高冷卻效果。
[0091] 如上所述，根據本發明的所述極指的幾何形狀通過使用三維有限元分析分析 磁場模型和漫長的設計過程而獲得，且根據本發明的真實交流發電機原型（alternator prototypes)的已經測量其輸出電流水平為具有可比尺寸且無磁體的傳統的爪極交流發電 機的200%。這種性能的改善在圖19中通過顯示交流發電機在25°C下操作時加以說明。在 圖19中，曲線228代表原型混合動力發電機20'（prototype hybrid alternator)的性能， 根據本發明該原型混合動力發電機20'具有大體上呈立方體狀的爪式極指；且曲線232代 表生產非混合動力發電機20 (production non-hybrid alternator)(無轉子永久磁體）的 性能，根據現有技術該生產非混合動力發電機20具有大體上呈錐形形狀的爪式極指。
[0092] 以下是根據本發明所列的優選實施方式：
[0093] 1、一種用於旋轉電機的轉子，所述轉子包括：
[0094] 第一極片和第二極片，所述第一極片和所述第二極片分別具有各自的磁性的轂部 分，該轂部分用於繞軸線旋轉，所述第一極片的轂部分和所述第二極片的轂部分沿所述軸 線隔開；
[0095] 多個磁性的第一極指和多個磁性的第二極指，所述多個磁性的第一極指和所述多 個磁性的第二極指彼此間隔且在所述第一極片的轂部分與所述第二極片的轂部分之間延 伸，每個極指具有近端和沿軸向相反的遠端，所述第一極指和所述第二極指的所述近端分 別連接於各自的所述第一極片的轂部分與所述第二極片的轂部分中的一者，所述第一極指 和所述第二極指圍繞所述軸線沿周向交替布置，每個極指具有各自的徑向內表面，該徑向 內表面限定了從所述遠端到腔末端沿軸向延伸的腔；以及
[0096] 對於每個極指，在位於所述遠端和所述腔末端之間的各個軸向位置處，在所述腔 內側的所述軸線與所述徑向內表面之間的徑向距離大體上大於在所述腔外側的所述軸線 與所述徑向內表面之間的徑向距離。
[0097] 2、根據優選實施方式1所述的轉子，其中，對於每個極指，所述腔末端位於所述近 端與所述遠端之間。
[0098] 3、根據優選實施方式1或2所述的轉子，其中，對於每個極指，在所述腔內側的所 述軸線與所述徑向內表面之間的徑向距離在所述遠端和所述腔末端之間的第一軸向位置 處大於在所述第一軸向位置和所述腔末端之間的第二軸向位置處。
[0099] 4、根據前述任意一項優選實施方式所述的轉子，其中，每個極指具有沿周向相對 的前緣和後緣，且各個所述腔位於所述前緣和後緣之間。
[0100] 5、根據前述任意一項優選實施方式所述的轉子，其中，對於每個極指，所述腔具有 沿垂直於所述軸線的方向變化的寬度，所述遠端和所述腔末端之間的第一軸向位置處的所 述寬度大於位於所述第一軸向位置和所述腔末端之間的第二軸向位置處的所述寬度。
[0101] 6、根據前述任意一項優選實施方式所述的轉子，其中，對於每個極指，在垂直於所 述軸線的假想平面中，所述腔大體呈三角形狀。
[0102] 7、根據前述任意一項優選實施方式所述的轉子，其中，對於每個極指，在平行於所 述軸線的假想平面中，所述腔大體呈三角形狀。
[0103] 8、根據前述任意一項優選實施方式所述的轉子，其中，每個極指的所述腔末端限 定腔頂點。
[0104] 9、根據前述任意一項優選實施方式所述的轉子，其中，對於每個極指，在各自的腔 末端和遠端，在所述腔外側的位置上所述徑向內表面距離所述軸線的徑向距離相等。
[0105] 10、根據優選實施方式1-3中任意一項所述的轉子，其中，每個極指限定有徑向外 表面，各個所述極指具有位於所述徑向內表面與所述徑向外表面之間的徑向厚度，該徑向 厚度在所述腔外側的第一位置處比在所述腔內側的第二位置處更大。
[0106] 11、根據優選實施方式10所述的轉子，其中，每個極指具有沿周向相對的前緣和 後緣，且所述第一位置沿周向位於各個所述極指的所述腔與所述前緣和後緣中的一者之 間。
[0107] 12、根據優選實施方式10或11所述的轉子，其中，所述第一位置位於各個所述極 指的所述近端與所述腔末端之間。
[0108] 13、根據優選實施方式1-3中任意一項所述的轉子，其中，每個極指具有沿周向相 對的前緣和後緣，各自的所述徑向內表面在所述前緣和後緣之間沿周向延伸，且所述前緣 和後緣大體上平行於所述軸線。
[0109] 14、根據前述任意一項優選實施方式所述的轉子，其中，對於磁性，所述第一極指 為N極指且所述第二極指為S極指，且進一步包括至少一個磁體，所述磁體設置在沿周向相 鄰的一對N極指與S極指之間，該磁體具有相對的N極面和S極面，所述磁體的N極面接合 所述N極指，所述磁體的S極面接合所述S極指。
[0110] 15、根據前述任意一項優選實施方式所述的轉子，其中，每個極指具有沿周向相對 的前緣側表面與後緣側表面且各自的所述徑向內表面在所述前緣側表面與後緣側表面之 間沿周向延伸；以及
[0111] 進一步包括至少一個磁體，所述磁體設置在沿周向相鄰的一對第一極指和第二極 指的接合的前緣側表面和後緣側表面之間，並且該磁體具有磁性相反的極側面，每個磁性 相反的極側面鄰接所述極指的前緣側表面和後緣側表面中的一者，所述前緣側表面和後緣 側表面大體上沿各自的極指的位於近端和遠端之間的整個長度延伸。
[0112] 16、根據前述任意一項優選實施方式所述的轉子，其中，該轉子進一步包括勵磁線 圈，該勵磁線圈圍繞所述軸線設置且位於所述第一極片的轂部分和第二極片的轂部分之 間，所述第一極片的轂部分和第二極片的轂部分的N磁極和S磁極的指定通過選定流過所 述勵磁線圈的電流方向可選擇地確定。
[0113] 17、一種旋轉電機，該旋轉電機包括：
[0114] 前述任意一項優選實施方式所述的轉子；
[0115] 圍繞所述轉子的定子；以及
[0116] 連接於所述定子的殼體，所述轉子通過所述殼體支撐以能夠相對於所述定子旋 轉。
[0117] 18、一種用於旋轉電機的轉子，所述轉子包括：
[0118] 一對有磁性的第一極片和第二極片，所述第一極片和所述第二極片分別具有各自 的轂部分，所述第一極片的轂部分和所述第二極片的轂部分沿軸線間隔設置且分別具有多 個第一極指和多個第二極指，該多個第一極指和多個第二極指中的每一個相對於彼此間 隔，且圍繞所述軸線分布以限定出大致圓柱形的轉子外表面，每個極指具有基部，該基部連 接於各自的第一極片的轂部分或第二極片的轂部分上，且朝向另一個極片的轂部分延伸， 所述多個第一極指和多個第二極指中的一者的每個極指終止於尖端，該尖端定位為與包括 所述多個第一極指和多個第二極指中的另一者的一對極指的基部接近，
[0119] 其中，每個極指的尖端具有徑向向內開放的腔，該腔具有沿軸向向內方向從所述 尖端朝向各個極指的基部延伸到所述腔末端的長度，該腔具有沿大體上垂直於所述軸線的 方向在各個極指的相對的邊緣之間延伸的寬度尺寸、以及大體上沿徑向延伸至各個極指中 的深度尺寸，所述腔的寬度尺寸和深度尺寸中的至少一者在軸向向內方向上沿著所述腔的 長度減小。
[0120] 19、根據優選實施方式18所述的轉子，其中，對於磁性，所述第一極指為N極指且 所述第二極指為S極指，且進一步包括至少一個磁體，該磁體設置在沿周向相鄰的一對N極 指與S極指之間，該磁體具有相對的N極面和S極面，所述磁體的N極面接合所述N極指， 所述磁體的S極面接合所述S極指。
[0121] 20、一種旋轉電機，該旋轉電機包括：
[0122] 根據優選實施方式18或者19所述的轉子；
[0123] 圍繞所述轉子的定子；以及
[0124] 連接於所述定子的殼體，所述轉子通過所述殼體支撐以能夠相對於所述定子旋 轉。
[0125] 雖然示例性的實施方式已經在上文予以公開，但是本發明並不限於公開的實施方 式。相反，本申請意在覆蓋所有使用本發明的原理的對本發明進行的變化、使用或者修改。 進一步，本申請意在覆蓋偏離本發明的公開內容而屬於公知的或者與本發明相關的常規選 擇並且落入本申請的權利要求中的方案。因此，雖然公開的旋轉電機是刷式交流發電機，但 是可以理解的是，本發明公開的技術能夠適用於其他類型的旋轉電機的轉子，諸如具有使 用永久磁體的轉子的電動機或無刷交流電機。
[0126] 關於本發明的使用方法以及操作的進一步討論，基於上述描述同樣應該是顯而易 見的。關於上述描述的，可以理解的是：對於本發明的部件的最適合的尺寸關係，包括尺寸 的變化、材料的變化、形狀的變化、結構的變化、作用的變化和操作方法的變化之間的組合 和使用，對於本領域技術人員都是顯而易見的，且所有與附圖中所示的和與說明書中所描 述的等價的關係都在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種用於旋轉電機（20'）的轉子（56'），所述轉子（56'）包括： 第一極片（44'）和第二極片（48'），所述第一極片（44'）和所述第二極片（48'）分別具 有各自的磁性的轂部分（92, 96)，該轂部分（92, 96)用於繞軸線（60)旋轉，所述第一極片的 轂部分和所述第二極片的轂部分（44'，48'）沿所述軸線（60)隔開； 多個磁性的第一極指（100'）和多個磁性的第二極指（104'），所述多個磁性的第一極 指（100'）和所述多個磁性的第二極指（104'）彼此間隔且在所述第一極片的轂部分與所述 第二極片的轂部分（92, 96)之間延伸，每個極指（100'，104'）具有近端（148'）和沿軸向相 反的遠端（152'），所述第一極指和所述第二極指的所述近端（148'）分別對應連接於所述 第一極片的轂部分與所述第二極片的轂部分（92, 96)中的一者，所述第一極指和所述第二 極指（100'，104'）圍繞所述軸線（60)沿周向交替布置，每個極指（100'，104'）具有各自的 徑向內表面（184'，192'），該徑向內表面（184'，192'）限定了從所述遠端（152'）到腔末端 (224)沿軸向延伸的腔（220);以及 對於每個極指（1〇〇'，104'），在位於所述遠端（152'）和所述腔末端（224)之間的各個 軸向位置處，在所述腔（220)內側的所述軸線（60)與所述徑向內表面（184'，192'）之間的 徑向距離大體上大於在所述腔（220)外側的所述軸線（60)與所述徑向內表面（184'，192'） 之間的徑向距離。
2. 根據權利要求1所述的轉子（56'），其中，對於每個極指（100'，104'），所述腔末端 (224)位於所述近端（148'）與所述遠端（152'）之間。
3. 根據權利要求1或2所述的轉子（56'），其中，對於每個極指（100'，104'），在所述腔 (220)內側的所述軸線（60)與所述徑向內表面（184'，192'）之間的徑向距離在所述遠端 (152'）和所述腔末端（224)之間的第一軸向位置處大於在所述第一軸向位置和所述腔末端 (224)之間的第二軸向位置處。
4. 根據前述任意一項權利要求所述的轉子（56'），其中，每個極指（100'，104'）具有沿 周向相對的前緣和後緣（156, 160)，且各個所述腔（220)位於所述前緣和後緣（156, 160)之 間。
5. 根據前述任意一項權利要求所述的轉子（56'），其中，對於每個極指（100'，104'）， 所述腔（220)具有沿垂直於所述軸線（60)的方向變化的寬度，所述遠端（152'）和所述腔 末端（224)之間的第一軸向位置處的所述寬度大於位於所述第一軸向位置和所述腔末端 (224)之間的第二軸向位置處的所述寬度。
6. 根據前述任意一項權利要求所述的轉子（56'），其中，對於每個極指（100'，104'）， 在垂直於所述軸線（60)的假想平面中，所述腔（220)大體呈三角形狀。
7. 根據前述任意一項權利要求所述的轉子（56'），其中，對於每個極指（100'，104'）， 在平行於所述軸線（60 )的假想平面中，所述腔（220 )大體呈三角形狀。
8. 根據前述任意一項權利要求所述的轉子（56'），其中，每個極指（100'，104'）的所述 腔末端（224)限定腔頂點。
9. 根據前述任意一項權利要求所述的轉子（56'），其中，對於每個極指（100'，104'）， 在各自的腔末端（224)和遠端（152'），在所述腔（220)外側的位置上所述徑向內表面 (184'，192'）距離所述軸線（60)的徑向距離相等。
10. 根據權利要求1-3中任意一項所述的轉子（56'），其中，每個極指（100'，104'） 限定有徑向外表面（180, 188)，各個所述極指（100'，104'）具有位於所述徑向內表面 (184'，192'）與所述徑向外表面（180, 188)之間的徑向厚度，該徑向厚度在所述腔（220)外 側的第一位置處比在所述腔（220)內側的第二位置處大。
11. 根據權利要求10所述的轉子（56'），其中，每個極指（100'，104'）具有沿周向相對 的前緣和後緣（156, 160)，且所述第一位置沿周向位於各個所述極指（100'，104'）的所述 腔（220)與所述前緣和後緣（156, 160)中的一者之間。
12. 根據權利要求10或11所述的轉子（56'），其中，所述第一位置位於各個所述極指 (100'，104'）的所述近端（148'）與所述腔末端（224)之間。
13. 根據權利要求1-3中任意一項所述的轉子（56'），其中，每個極指（100'，104'）具 有沿周向相對的前緣和後緣（156, 160)，各自的所述徑向內表面（184'，192'）在所述前緣 和後緣（156, 160)之間沿周向延伸，且所述前緣和後緣（156, 160)大體上平行於所述軸線 (60)。
14. 根據前述任意一項權利要求所述的轉子（56'），其中，對於磁性，所述第一極指 (100'）為N極指且所述第二極指（104'）為S極指，且進一步包括至少一個磁體（200'），所 述磁體（200'）設置在沿周向相鄰的一對N極指與S極指（100'，104'）之間，該磁體（200'） 具有相對的N極面和S極面（216)，所述磁體的N極面（216N)接合所述N極指（100'），所述 磁體的S極面（216S)接合所述S極指（104'）。
15. 根據前述任意一項權利要求所述的轉子（56'），其中，每個極指（100'，104'）具有 沿周向相對的前緣側表面與後緣側表面（164'，168' ； 172'，176'）且各自的所述徑向內表面 (184'，192'）在所述前緣側表面與後緣側表面（164'，168' ； 172'，176'）之間沿周向延伸； 以及 進一步包括至少一個磁體（200'），所述磁體（200'）設置在沿周向相鄰的一對第一極 指和第二極指（100'，104'）的接合的前緣側表面和後緣側表面（164'，168' ； 172'，176'）之 間，並且該磁體（200'）具有磁性相反的極側面（216)，每個磁性相反的極側面（216)鄰接所 述極指的前緣側表面和後緣側表面（164'，168' ； 172'，176'）中的一者，所述前緣側表面和 後緣側表面（164'，168' ； 172'，176'）大體上沿各自的極指（100'，104'）的位於近端和遠端 (148'，152'）之間的整個長度延伸。
16. 根據前述任意一項權利要求所述的轉子（56'），其中，該轉子（56'）進一步包括勵 磁線圈（88)，該勵磁線圈（88)圍繞所述軸線（60)設置且位於所述第一極片的轂部分和第 二極片的轂部分（92, 96)之間，所述第一極片的轂部分和第二極片的轂部分（92, 96)的N磁 極和S磁極的指定通過選定流過所述勵磁線圈（88)的電流方向可選擇地確定。
17. -種旋轉電機（20'），該旋轉電機（20'）包括： 前述任意一項權利要求所述的轉子（56'）； 圍繞所述轉子（56'）的定子（52'）；以及 連接於所述定子（52'）的殼體（24)，所述轉子（56'）通過所述殼體（24)支撐以能夠相 對於所述定子（52'）旋轉。
18. -種用於旋轉電機（20'）的轉子（56'），所述轉子（56'）包括： 一對有磁性的第一極片和第二極片（44'，48'），所述第一極片和所述第二極片 (44'，48'）分別具有各自的轂部分（92, 96)，所述第一極片的轂部分和所述第二極片的轂部 分（92, 96)沿軸線（60)間隔設置且分別具有多個第一極指和多個第二極指（100'，104'）， 該多個第一極指和多個第二極指（100'，104'）中的每一個相對於彼此間隔，且圍繞所述軸 線（60)分布以限定出大致圓柱形的轉子外表面，每個極指（100'，104'）具有基部（148'）， 該基部（148'）連接於各自的第一極片的轂部分或第二極片的轂部分（92, 96)上，且朝向另 一個極片的轂部分（92, 96)延伸，所述多個第一極指和多個第二極指（100'，104'）中的一 者的每個極指終止於尖端（152'），該尖端（152'）定位為與包括所述多個第一極指和多個 第二極指（100'，104'）中的另一者的一對極指（100'，104'）的基部（148'）接近， 其中，每個極指的尖端（152'）具有徑向向內開放的腔（220 )，該腔（220 )具有沿軸向向 內方向從所述尖端（152'）朝向各個極指（100'，104'）的基部（148'）延伸到腔末端（224) 的長度，該腔（220)具有沿大體上垂直於所述軸線（60)的方向在各個極指（100'，104'） 的相對的邊緣（156, 160)之間延伸的寬度尺寸、以及大體上沿徑向延伸至各個極指 (100'，104'）中的深度尺寸，所述腔的寬度尺寸和深度尺寸中的至少一者在軸向向內方向 上沿著所述腔的長度減小。
19. 根據權利要求18所述的轉子（56'），其中，對於磁性，所述第一極指（100'）為N極 指且所述第二極指（104'）為S極指，且進一步包括至少一個磁體（200'），該磁體（200'）設 置在沿周向相鄰的一對N極指與S極指（100'，104'）之間，該磁體（200'）具有相對的N極 面和S極面（216)，所述磁體的N極面（216N)接合所述N極指（100'），所述磁體的S極面 (216S)接合所述S極指（104'）。
20. -種旋轉電機（20'），該旋轉電機（20'）包括： 根據權利要求18或19所述的轉子（56'）； 圍繞所述轉子（56'）的定子（52'）；以及 連接於所述定子（52'）的殼體（24)，所述轉子（56'）通過所述殼體（24)支撐以能夠相 對於所述定子（52'）旋轉。
【文檔編號】H02K1/24GK104104165SQ201410138837
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2013年4月5日
【發明者】M·D·布拉德菲爾德 申請人:瑞美技術有限責任公司