用于电机的定子和转子的制作方法

用于电机的定子和转子的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于电机的定子，所述定子包括定子芯和绕组。所述定子芯包括环形定子芯背部构件，所述环形定子芯背部构件在该环形定子芯背部构件的圆周方向和轴向方向上提供磁通量路径；以及，多个定子极构件，每个定子极构件都包括安装至所述定子芯背部构件的安装部、限定出面向所述电机的定子和转子之间的有效气隙的界面表面的界面部和自所述环形定子芯构件沿径向延伸并且将所述界面部与所述安装部连接起来的径向地取向的齿部。
【专利说明】用于电机的定子和转子

【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及电机，尤其涉及调极电机。更具体地，本发明涉及用于这种电机 的定子和转子。

【背景技术】
[0002] 多年来，诸如调极电机--例如爪极电机、Lundell (伦德尔）电机和横向磁通电 机（TFM)--的电机设计已经吸引了越来越多的关注。美国专利US 437501早在1890年以 及Alexandersson和Fessenden在1910年左右公开了使用这些电机的原理的电机。增加 关注的原因之一是，该设计相对于诸如感应电机、开关磁阻电机和甚至永磁无刷电机而言 实现了很高的转矩输出。此外，这样的电机的有利之处在于线圈通常易于制造。然而，该设 计的缺点之一在于，它们的制造通常比较昂贵。
[0003] 调极电机的定子一般包括中间单绕组，该中间单绕组对由软磁定子芯结构形成的 多个齿进行磁馈送。软磁芯围绕绕组形成，而对于其它常见的电机结构而言绕组围绕芯部 的齿形成。调极电机拓扑的示例有时被认为是例如爪极-电机，鸦脚-电机，Lundell-电 机或TFM-电机。具有包埋式磁体的调极电机的特征还在于包括被转子极部段分隔开的多 个永磁体的活动转子结构。
[0004] 横向磁通电机（TFM)拓扑是调极电机的不例。已知其具有优于传统电机的许多优 点。单面径向磁通定子的基本设计的特征在于：单个、简单的相绕组，其平行于气隙，并具有 围绕绕组并大体暴露齿部的面向气隙的两平行排的近似U形的磁轭部段。多相布置包括磁 分离的单相单元，其垂直于转子或动子的运动方向堆叠。对于三相布置，相因此电移位和磁 移位120度，以独立于转子或动子的位置地使运行平滑并且产生近似均匀的力或转矩。这 里要注意的是，所指的角度以电角度给出，该电角度等于机械角度除以磁极对的数量。
[0005] 在所谓的爪极电机中，定子芯的极齿均包括径向地取向的部分和在定子与转子之 间的气隙的整个轴向延伸范围上沿轴向延伸的轴向地取向的部分。目前，如果定子同被用 作车用交流发电机的常见电机那样完全由钢构成，则爪极电机受限于小尺寸和/或低速。
[0006] W02007/024184公开了一种旋转电机，其包括基本上圆形的并包括多个齿的第一 定子芯部、基本上圆形的并包括多个齿的第二定子芯部、布置在第一和第二圆形的定子芯 部之间的线圈以及包括多个永磁体的转子。所述第一定子芯部、第二定子芯部、线圈和转子 环绕共同的几何轴线，并且所述第一定子芯部和所述第二定子芯部的多个齿布置成朝向转 子突出。另外，所述第二定子芯部的齿相对于所述第一定子芯部在周向上移位，并且转子中 的永磁体通过由软磁性材料制成的沿轴向延伸的极部段而在圆周方向上彼此分隔。
[0007] 通常期望提供形成电机的坚固设计的定子。通常希望提供用于调极电机的允许所 形成的总电机的相对便宜的生产和装配的定子。还期望提供具有良好性能参数的定子，所 述参数例如是下述中的一个或多个：高结构稳定性，低磁阻，高效的磁通量路径导引，低重 量，小尺寸，1?容量特定性能，等等。
[0008] 类似地，通常期望提供一种用于电机的转子，该转子坚固、制造比较便宜、并具有 良好的性能参数。


【发明内容】

[0009] 根据本文公开的第一方案，一种用于电机的定子。所述定子包括定子芯和绕组。所 述定子芯的实施例包括：
[0010] -环形定子芯背部构件，其至少在该环形定子芯背部构件的圆周方向和轴向方向 上提供磁通量路径；和
[0011]-多个定子极构件，每个定子极构件都包括安装至所述定子芯背部构件的安装部， 限定出面向所述电机的定子和转子之间的有效气隙（工作气隙）的界面表面的界面部；和 自所述环形定子芯构件沿径向延伸并将所述界面部与所述安装部连接起来的径向地取向 的齿部。
[0012] 本文所公开的定子的实施例允许电机--诸如爪极型电机--的坚固结构。
[0013] 因此，本文所公开的定子的实施例包括多个单独的构件，包含环形定子芯背部构 件和多个定子极构件。所述定子芯的各个构件可单独地制造成独立的构件。在使用中，各 定子极构件的界面部可形成所述定子的磁极，即，不同定子极由单独的相应的定子极构件 形成。所述定子极构件均包括安装部，所述安装部允许所述定子极构件与所述环形定子芯 背部构件装配在一起以形成装配好的定子芯。
[0014] 所述定子芯的各个构件的形状和尺寸可设计成允许在不明显增加所形成的电机 的制造成本或复杂性的情况下制造所述定子芯。此外，相比于其它已知的电机，不需要改造 转子。然而，本文所公开的实施例允许非常简单的转子结构，同时允许通常具有比对应的转 子大的尺寸的定子构件的合理地容易的装配。因此，本文所公开的定子的实施例提供了针 对整个电机的结构的更容易的装配和降低的成本。
[0015] 本文所公开的定子的实施例的组件式设计允许层压钢被用于所述定子极构件，以 提供连结电机的线圈同时还保持电机中的损耗低的磁通量的路径。当所述定子极构件由层 压金属板/片制成时，便在气隙区域内提供了机械牢固层压（结构）。当所述层压金属板在 圆周方向上堆叠时，即，使得所述金属板限定出大致轴向-径向的平面，则在所述定子极构 件中提供了有效的轴向-径向磁通量路径，同时在圆周方向上提供了比在轴向和径向方向 上低得多的透磁率。层压板的使用因而进一步减少了相邻的定子极构件之间的磁泄漏和圆 周方向上的涡电流损失。此外，在圆周方向上层压的金属板进一步提供了防止由于径向力 而引起的弯曲的1?稳定性。
[0016] 在一些实施例中，所述具有层压结构的金属板全都在冲压方向上具有相同的层压 轮廓，从而降低了构造成本。在一些实施例中，各个层压的定子极构件包括用于改善的装配 的机械互锁特征。
[0017] 在一些实施例中，所述定子包括由大致L形的层压定子极构件包封的简单的成箍 卷绕线圈。所述定子的磁路由环形定子芯背部构件形成，所述环形定子芯背部构件可由软 磁性复合材料（SMC)、带式卷绕层压件或脱氧钢板/片制成。
[0018] 所述定子极构件布置成朝向所述转子突出。所述定子极构件交替地布置在所述环 形定子芯背部构件的相对轴向侧上，其中布置在所述环形定子芯背部构件的第一侧上的定 子极构件相对于布置在所述环形定子芯背部构件的与所述第一侧对向的第二侧上的定子 极构件在周向上移位。所述环形定子芯背部构件提供了使布置在所述环形定子芯背部构件 的相应侧上的定子极构件连通的磁通量路径。
[0019] 本文所描述的定子的实施例的又一个优点在于，所述定子极构件和所述环形定子 芯背部构件可紧配合地彼此安装，即，因为述定子极构件和所述环形定子芯背部构件之间 的界面表面可以是平的并且因为它们在装配期间被挤压在一起，所以述定子极构件和所述 环形定子芯背部构件之间不留下明显的间隙。这种对制造公差相对不敏感的紧配合提供了 所述定子极构件与所述环形定子芯背部构件之间的有效的磁耦合。
[0020] 在一些实施例中，所述定子为爪极形定子，其中各定子极构件的界面部包括轴向 延伸的爪部。因此，所述定子极构件可以是大致L形的，其中所述L的第一腿部形成齿部， 而所述L的第二腿部形成所述定子极构件的界面部。
[0021] 由于所述轴向延伸的爪部限定出在所述有效气隙区域的部分或整个轴向范围上 轴向延伸的界面表面，因此在所述转子中不需要或需要至少减小的轴向通量集中，从而降 低了转子结构的复杂性。此外，本文所公开的定子的实施例获得了高转矩密度电机并且提 供了针对特定容积而言的提高的性能。本文所公开的定子的实施例还允许使用较便宜的替 代品替代较昂贵的材料以进一步降低成本。
[0022] 在一些实施例中，附接至所述环形定子芯背部构件的定子极构件是由在周向上堆 叠的层压件/结构制成的爪部，其覆盖气隙的整个轴向长度以聚集来自永磁体转子的磁通 量。
[0023] 在一些实施例中，各定子极构件的安装部包括轴向延伸的突出部或凸缘。所述突 出部可贴靠所述环形定子芯背部的径向地取向的后表面，其中所述后表面背向所述定子极 元件的界面部。所述轴向延伸的突出部防止所述定子极构件朝向所述转子在径向上移位。 此外，所述轴向延伸的凸缘引起所述定子极构件与所述环形定子芯背部构件之间的增大的 磁通界面。
[0024] 本文所描述的环形定子芯背部构件的实施例非常适合通过粉末冶金（P/Μ)生产 方法进行生产。因此，在一些实施例中，电机的环形定子芯背部构件和/或其它构件由软磁 性材料--诸如压实的软磁性粉末--制成，由此简化成问题的构件的制造并且在所述软 磁性材料中提供有效的三维磁通量路径，允许在旋转电机中的例如径向、轴向和周向的磁 通量路径组成。此处和下文中，术语"软磁性"是指材料的能被磁化但在磁化磁场被消除时 不趋于保持磁化的材料特性。通常，当材料的矫顽力/矫顽磁性不大于lkA m时，该材料可 被描述为软磁性的（参看例如"Introduction to Magnetism and Magnetic materials"， David Jiles，1991 年第一版，ISBN 0 412 38630 5(HB)，第 74 页）。
[0025] 如本文中所用的术语"软磁性复合材料"（SMC)是指具有三维（3D)磁特性的经压 制和热处理的金属粉末成分。SMC材料通常由表面绝缘的铁粉末颗粒组成，所述铁粉末颗粒 在单个工序中被压实以形成可具有复杂形状的均匀的各向同性构件。
[0026] 本文所描述的定子的实施例的又一个优点在于，由压实的SMC构件制成的定子部 件/部分具有这样的长宽比，即，该长宽比允许相对低复杂度的工具和有效的压制工艺、采 用相对少的压实步骤、同时避免不必要的复杂和脆性构件。例如，在一些实施例中，定子极 构件由层压金属制成，而所述环形定子芯背部构件为压实的SMC构件。
[0027] 软磁性粉末例如可以是软磁性铁粉末，或含有钴或镍的粉末，或包含相同部分的 合金。软磁性粉末可以是已经涂覆有电绝缘体（电绝缘层）的基本上纯水雾化的铁粉或具 有不规则形状颗粒的海绵状铁粉末。在本文中，术语"基本上纯的"是指所述粉末应当基本 上不含杂质，并且杂质〇(氧）、c(碳）和N(氮）的含量应保持在最低水平。平均颗粒尺寸 通常低于300 μ m并高于10 μ m。
[0028] 然而，也可以使用任意软磁性金属粉末或金属合金粉末，只要软磁性特性充分并 且粉末适合模压即可。
[0029] 粉末颗粒的电绝缘体（电绝缘层）可以由无机材料制成。特别合适的是US 6348265(其通过引用并入本文）中公开的绝缘体类型，其中涉及由具有绝缘的含氧和含 磷的屏障的基本上纯铁组成的基础粉末的颗粒。具有绝缘颗粒的粉末可以通过向瑞典 HSganas AB 购买Soma〖oy? 5〇〇, Somaioy? 550 或Somaloy? 7〇〇 来获得。
[0030] 所述环形定子芯背部构件的实施例使所述定子极构件彼此通过磁力连接。所述环 形定子芯背部构件可由压实的软磁性粉末的简单环制成、由带式卷绕层压件制成，或由脱 氧钢制成，用以在轴向和圆周方向上提供磁通量路径。
[0031] 在一些实施例中，所述环形定子芯背部构件包括指引装置，所述指引装置在所述 定子的装配期间导引层压件并辅助其正确定位，从而获得易于自动化执行的装配工艺。例 如，当所述环形定子芯背部构件由压实的SMC制成时，所述构件可被压制成包括合适的指 引特征的环状件。所述定子极构件和所述指引装置可因而具有互补的形状并形成配对连接 结构。
[0032] 每个指引装置都可限定出轴向向外取向的安装表面，该安装表面贴靠所述定子极 元件中的一者的对应的接触表面；和防止所述定子极元件在圆周方向上移位的指引元件。 在本上下文中，术语"轴向向外取向的"旨在包括精确地定向在轴向上的安装表面并且还 包括限定出略微偏离该轴向--例如，偏离小于20°、诸如小于10°的角度--的方向的 安装表面。当所述安装表面相对于轴向方向限定出一定角度--例如小于20°、诸如小于 10°的角度--时，以及当所述定子极构件包括轴向延伸的爪部时，所述爪部同样相对于 该轴向方向成一角度地取向。因此，术语"轴向延伸的爪部"意在包括精确地定向在所述 轴向方向上的爪部以及还包括定向在略微偏离所述轴向--例如，偏离小于20°、诸如小 于10°的角度--的方向上的爪部。定子极元件的这种偏斜布置减小了所谓的齿槽转矩 (cogging torque)。齿槽转矩是指由于转子和定子的永磁体之间的相互作用引起的非期望 的转矩。其也被称为止动转矩（detent torque)或"无电流"转矩。
[0033] 所述定子还包括布置在所述爪部之间并环绕电机的轴线的线圈。所述线圈可以是 连结来自转子的磁通量并使电流施加至该线圈以产生转矩的简单卷绕成箍线圈。
[0034] 在一些实施例中，所述定子还包括两个端板，其中所述环形定子芯背部构件和所 述定子极构件在轴向上夹在所述端板之间。所述端板因而允许所述定子构件的有效和牢固 的装配。所述端板中的至少一者可包括与所述定子极构件中的相应的定子极构件配对的指 引特征。
[0035] 本发明涉及不同方案，所述不同方案包括上述的定子以及下文的转子、对应的方 法、装置和/或制造装置，每一者均产生结合首先提到的方案所描述的益处和优点中的一 个或多个，并且每一者均具有与结合首先提到的方案所述的和/或在所附权利要求中公开 的实施例对应的一个或多个实施例。
[0036] 根据一个方案，本文公开了一种电机，所述电机包括本文所公开的定子和经由允 许磁通量在转子与定子之间传送的有效气隙与定子磁连通的转子的实施例。所述有效气隙 通常充填有空气，但也可充填其它介质。
[0037] 所述电机可以是调极电机。在传统电机中，线圈明确地形成磁场的多极结构，并且 磁芯功能仅仅是承载这种多极场以连结磁体和/或其它线圈。在调极电机中，是磁路从由 线圈产生的少得多的极（通常是两极）场形成了多极磁场。在调极电机中，磁体通常明确 地形成相匹配的多极磁场，但也可以具有从单一磁体形成多极场的磁路。调极电机具有利 用在定子和移动设备两者中的横向方向（相对于转子的移动方向）-例如在旋转电机的 轴向上--的磁通量路径的三维（3D)磁通量路径，其中所述移动设备是转子。因而，在一 些实施例中，定子设备和/或转子包括三维（3D)磁通量路径，其包括在轴向上的磁通量路 径组成。在一些实施例中，所述电机是爪极型电机。
[0038] 在所述电机的一些实施例中，所述转子包括多个永磁体，所述多个永磁体布置成 使得沿着运动方向的每隔一个的磁体的磁化方向是相反的。通常，所述永磁体也可以是在 电机的轴向方向上的直线形的杆件；所述杆件可在所述有效气隙的轴向范围上延伸。
[0039] 在一些实施例中，所述永磁体可在径向方向上被磁化。例如，转子的实施例可包括 表面安装（通过表面安装）的多个永磁体。所述转子可包括例如由低碳钢（软钢）制成的 芯背部，从而获得允许容易装配的简单结构。可利用永磁体的Hallbach(海尔贝克）磁化 布置来进一步简化所述转子，从而允许省略所述转子芯背部。
[0040] 在替代实施例中，转子包括在运动方向上通过由极部段而彼此分隔开的多个永磁 体。所述多个永磁体可在圆周方向上被磁化。由此各个极部段可仅与显示相等极性的永磁 体连系。
[0041] 根据又一个方案，本文公开了一种用于电机的转子，所述转子构造成产生用于与 定子的定子磁场相互作用的转子磁场，其中所述转子适于围绕所述转子的纵向轴线旋转， 并且其中所述转子包括：
[0042] -在轴向上被磁化的环形永磁体，
[0043]-多个转子极构件，每个转子极构件均包括安装部，限定出面向所述定子与所述转 子之间的有效气隙的界面表面的界面部；和相对于所述永磁体沿径向延伸并将所述界面部 与所述安装部连接起来的径向地取向的齿部。
[0044] 在一些实施例中，所述转子包括第一和第二环形转子芯背部构件；其中所述环形 永磁体被夹在所述第一和第二环形转子芯背部构件之间；每个转子极构件的安装部都联接 至所述第一和第二环形转子芯背部构件中的相应一者。所述第一和第二环形转子芯背部构 件用作磁通量导引部件和用于转子极构件的安装元件。特别地，所述环形转子芯背部构件 提供了使所述转子极构件的第一和第二子组的相应转子极构件与所述永磁体连通的磁通 量路径。
[0045] 在一些实施例中，所述第一环形转子芯背部构件限定出第一轴向向外取向的侧 面，而所述第二环形转子芯背部构件限定出与所述第一轴向向外取向的侧面相对的第二轴 向向外取向的侧面；并且其中所述多个转子极构件的第一子组安装在所述第一轴向向外取 向的侧面上，而所述多个转子极构件的第二子组安装在所述第二轴向向外取向的侧面上。 [0046] 在一些实施例中，所述转子极构件沿着所述环形转子芯背部构件的圆周分布，并 且所述第一和第二子组的转子极构件以交替顺序沿着所述圆周布置。
[0047] 所述第一和第二环形转子芯背部构件中的每一者都可包括构造成与转子极构件 中的相应的转子极构件的安装部接合的多个指引装置。每个所述指引装置都可限定出安装 表面，该安装表面贴靠所述转子极元件中的一者的对应的接触表面；和防止所述转子极元 件在圆周方向上移位的指引元件。所述安装表面可面向与所述轴向方向平行的方向或面向 偏离该轴向方向的方向。
[0048] 每个转子极构件都可包括在圆周方向上堆叠的层压金属板。每个所述转子极构件 的界面部都可包括轴向延伸的爪部。所述环形转子芯背部构件可由SMC材料制成。
[0049] 每个转子极构件的安装部都可包括例如贴靠所述第一和第二环形转子芯背部构 件中的一者的径向地取向的后表面的轴向延伸的突出部，其中所述后表面背向所述转子极 构件的界面部。
[0050] 替代地，所述轴向延伸的突出部可与在所述转子芯背部构件中的一者的轴向侧面 中的对应的凹部接合。
[0051] 在一些实施例中，所述转子包括端板，其中所述环形转子芯背部构件、环形永磁体 和转子极构件在轴向上夹在所述端板之间。

【专利附图】

【附图说明】
[0052] 本发明的上述和/或其它目的、特征和优点，将参照附图通过下面的本发明实施 例的说明性和非限制性的详细描述来进一步阐明，在附图中：
[0053] 图1 a_b示出调极电机的示例。
[0054] 图2a_c示出用于调极电机的定子的示例。
[0055] 图3a_b示出单相定子的示例。
[0056] 图4a_b示出三相外转子电机的示例。
[0057] 图5示出用于外转子电机的单相定子的示例。
[0058] 图6a_b示出图5的定子的一部分的更详细的视图。
[0059] 图7示出环形定子芯背部构件。
[0060] 图8示出环形定子芯背部构件的另一个示例。
[0061] 图9a_d图解了定子极构件的截面的不同实施例。
[0062] 图10a-c图解了定子芯的另一个实施例。
[0063] 图11示出外转子电机的单相切割部。
[0064] 图12a_c示出具有偏斜爪部的外转子电机的定子部件（部分）的视图。
[0065] 图13a图解了定子极构件的另一个实施例。图13b图解了偏斜的定子极构件的另 一个实施例。
[0066] 图14a_c图解了用于装配如本文中所述的定子的装配过程的示例。
[0067] 图15a_d示出单相电机的不同示例，其中本文所描述的定子的示例与不同类型的 转子组合。图15a_c示出外转子电机，而图15d示出内转子电机。
[0068] 图16示出单相定子的另一个实施例。
[0069] 图17a_b示出转子的另一个示例。
[0070] 图18a_b示出内转子的另一个示例。

【具体实施方式】
[0071] 在下面的描述中，参考附图，附图通过图示的形式图解了如何实施本发明。在全部 附图中，同样的附图标记表示同样或对应的构件、元件和特征。
[0072] 图la和lb图解了三相内转子调极电机的示例。特别地，图la示出电机的透视图， 其中该电机的一部分被切掉，而图lb示出电机的磁激活部件的对应视图。
[0073] 该电机包括壳体5、定子10和转子30,该转子在壳体的内部布置成使得转子轴7 从壳体5中轴向地突出，该转子由轴承8支承以允许转子相对于壳体转动。定子10和转子 30环绕由转子轴7限定出的共同的几何轴线。转子和定子在它们之间限定出有效气隙23 以允许通量在定子与转子之间传送，同时还留下允许转子转动的机械间隙。
[0074] 在图1的示例中，定子环绕转子，S卩，所述电机是内转子型。然而，定子也可相对于 所述转子放置在外部。本文所描述的定子的实施例可用于单相和/或多相电机中。类似地， 本文所描述的定子的实施例可用于诸如内和外转子电机的旋转电机中。
[0075] 定子10包括三相，每一相都包括对定子芯进行磁馈送的中央单绕组20。每个定子 芯都包括环形定子芯背部构件18和多个定子极构件102。定子极构件从环形定子芯背部构 件的两侧朝向转子沿径向延伸，并且所述定子极构件以交替方式布置成使得从环形定子芯 背部构件的第一侧延伸的每个定子极构件都具有从环形定子芯背部构件的与第一侧对向 的第二侧延伸的两个在周向上相邻的定子极构件。每个定子相的定子极构件因而可分为两 个子组，第一子组布置在该相的绕组20的一个轴向侧上，而第二子组布置在该绕组的对向 轴向侧上。定子极构件也称为齿。定子芯形成在绕组20周围，而对于其它常见的电机结构 而言绕组形成在各个齿周围。
[0076] 每个定子极构件都包括安装部、径向延伸的齿部和界面部。在图la-b的实施例 中，每个定子极构件是大致L形的，其中L的一个腿部132形成齿部并沿径向方向延伸，而 L的另一腿部131形成沿电机的轴向方向延伸的爪部，其在绕组20的部分或整个轴向宽度 上延伸。爪部131因而形成定子极构件102的界面。在图la-b的示例中，定子极构件的第 一子组的定子极构件的轴向爪部131朝向第二子组的定子极构件的径向腿部132沿轴向延 伸，从而使每相的定子极构件的两个子组的定子极构件的爪部在轴向上交错。每个定子极 构件102还包括沿轴向延伸的突出部，所述突出部形成定子极构件的安装部。突出部133 自径向延伸的腿部132的与有爪部131延伸出的端部对向的端部延伸。在图la-b的示例 中，突出部133比爪部131短。突出部133贴靠环形定子芯背部构件18的背向气隙23的 周向表面134。
[0077] 转子30包括转子轴7、环绕轴7的管状套筒31和表面安装在该管状套筒的外表面 上的多个永磁体22。然而，如下文将描述的，可替代地使用其它转子类型。取决于永磁体的 磁化模式，所述套筒可以是透磁的或不透磁的。
[0078] 多个定子极构件102、环形定子芯背部构件18和套筒31共同形成永磁体之间的 闭合回路磁通量路径并环绕线圈20。为此，每个定子极构件102都可由层压金属--例如 层压钢--制成，其中层压材料在圆周方向上堆叠，从而在径向和轴向方向上提供有效的 磁通量路径。在图la-b和下面的一些附图中，仅以一些极构件（用附图标记102a表不） 示出定子极构件的层压结构。然而，应该了解的是，所有定子极构件都可由这样的层压件制 成。环形定子芯背部构件18可由软磁性材料--例如，压实的软磁性粉末--制成，或由 条带卷绕层压件制成，从而至少在轴向和圆周方向上形成有效的磁通量路径。
[0079] 转子30的活动转子结构由偶数个永磁体22组成。所述永磁体（通过）表面安 装--例如胶粘或以其它方式结合--在套筒31上。套筒可由低碳钢（软钢）或其它软 磁性材料制成，从而对永磁体提供机械支承以及在相邻的磁体之间形成磁通量路径。尤其， 所述套筒可在周向和径向方向上形成磁通量路径。或者，所述套筒可由压缩软磁性粉末或 另一种软磁性材料制成。
[0080] 永磁体22布置成使得永磁体的磁化方向是基本上径向的，S卩，北极和南极分别面 向基本上径向方向。此外，在周向上计数每隔一个永磁体22相对于其相邻的永磁体具有在 反方向上的磁化方向。
[0081] 图2a-c图解了用于调极电机的定子的示例。图2a示出定子的透视图。总体上用 附图标记10表示的定子与图la-b中的电机的定子相似。所述定子是3相内转子定子并且 包括都已结合图la-b描述过的环形定子芯背部构件（在图2a中未清晰示出）和多个定子 极构件102。
[0082] 所述定子的不同相在轴向上被隔离板225分隔，并且所述定子的轴向外表面由端 板226覆盖。图2b示出隔离板的示例，而图2c示出端板的示例。隔离板225的表面和/或端 板226的内表面可包括凹部229和/或其它合适的定位/指引特征（indexing feature)，用 于定子构件的更简单的组装和互相对齐。隔离板225和端板226可由任意合适的材料-- 例如，非磁性材料，诸如铝或塑料--制成。在多相电机的一些实施例中，不同的相可不被 隔离板分隔开。定子极构件之间的空间充填有合适的材料227--例如塑料或其它非磁性 材料。例如，所述材料可通过合适的成型工艺--例如包覆成型（二次成型）工艺--沉 积，其中端板和隔离板形成模具的一部分。端板226可通过轴向延伸的螺栓、螺钉等彼此连 接，从而允许被夹在端板之间的定子构件固定和/或被迫压在一起。
[0083] 在一些实施例中，不同的相可单独制造和装配。在包覆成型工艺中，隔离板225可 与包覆成型材料227制在一起；这减小了装配工艺中的构件的数量。
[0084] 图3a_b示出单相定子的示例。具体地，图3a示出定子的透视图，而图3b示出定 子的磁激活部件的对应视图，但其中一些定子极构件被移除以允许更清楚地看到被定子极 构件阻挡的特征。总体上用附图标记10表示的定子是与图2所示的定子的中间相相似的 单相内转子定子。定子10包括已结合图2和图la-b描述过的环形定子芯背部构件18、绕 组20以及多个定子极构件102。图3a-b的定子10可被用作单相电机的定子或多相定子的 相。定子的轴向外表面被端板225覆盖。定子极构件之间的空间充填有已结合图2描述过 的合适的材料--例如塑料或其它非磁性材料。当要将图3a的定子10用作图2的定子的 中间相时，图3a的定子的端板225可用作3相定子的隔离板。为此，端板225的横向外表 面可具有用于接纳相邻的定子相的对应的定子极构件的凹部329和330 (或其它合适的定 位/指引特征），从而允许定子构件的更简单的组装和互相对齐。
[0085] 环形定子芯背部构件18在其背向所述气隙的表面上包括凹部328。所述凹部环绕 所述环形定子芯背部构件的圆周分布，并且每个凹部都具有用以接纳定子极部段102中的 相应的定子极部分的突出部133的形状和尺寸。在图3b的示例中，所述凹部沿着圆周等距 地分布；然而，在其它实施例中，凹部之间的距离可以不同。所述凹部允许定子极构件102 与环形定子芯背部构件的精确和容易的装配。每个凹部都限定出平的接触面，突出部133 的对应的接触表面贴靠所述平的接触表面。所述凹部的接触表面由限定出定子极构件的周 向位置的侧壁342界定。应该了解的是，所述环形定子芯背部构件除凹部328外或代替凹 部328地可包括不同的指引特征。
[0086] 图4a_b示出三相外转子电机的示例。具体地，图4a示出包括磁激活部件的电机 的部件的透视图，而图4b示出与图4a相同的视图，但其中移除了转子的外套筒。
[0087] 所述电机包括定子10和转子30,该定子和转子具有公共轴线使得所述转子包围 所述定子。所述转子和所述定子在它们之间限定出允许磁通量在所述定子与所述转子之间 传递的有效气隙23。
[0088] 所述定子包括三相，每一相都包括对定子芯进行磁馈送的中间单绕组20。每个定 子芯都包括环形定子芯背部构件18和多个定子极构件102。定子极构件自环形定子芯背部 构件的各侧朝向转子沿径向延伸，并且所述环形定子芯背部构件以交替方式布置成使得从 环形定子芯背部构件的第一侧延伸的每个定子极构件都具有从环形定子芯背部构件的与 所述第一侧对向的第二侧延伸的两个在周向上相邻的定子极构件。每个定子相的定子极构 件因而可被分为两个子组，第一子组布置在该相的绕组20的一个轴向侧上，而第二子组布 置在该绕组的对向轴向侧上。定子极构件也被称为齿。
[0089] 与图la-b的实施例中一样，每个定子极构件都可以是大致L形的，其中L的一个 腿部132沿径向方向延伸，而L的另一个腿部131形成沿电机的轴向方向延伸的爪部，所述 爪部在绕组20的部分或整个轴向宽度上延伸。定子极构件还包括例如呈轴向延伸突出部 133形式的安装部，其自径向延伸的腿部的一端部延伸，该端部与有爪部延伸出的端部对 置。
[0090] 转子30包括管状套筒31和（通过）表面安装在所述管状套筒的内表面上的多个 永磁体22,如结合图la-b所描述的，但针对外转子结构。
[0091] 在一些实施例中，外套筒31可以是磁激活的，S卩，在这种实施例中，图4a所示的所 有构件都是磁激活的。在其它构件中，例如当磁体的磁化模式为Hallbach阵列类型时，夕卜 套筒不是磁激活的，但其仍可存在以向转子提供机械支承。
[0092] 图5示出用于外转子电机的单相定子的示例，例如图4a_b的三相定子的一相。
[0093] 定子10包括对定子芯进行磁馈送的中间单绕组20。所述定子芯包括环形定子芯 背部构件18和多个定子极构件102。定子极构件从环形定子芯背部构件的两侧朝向转子沿 径向延伸，并且所述环形定子芯背部构件以交替方式布置，如结合图4a-b所述的。
[0094] 每个定子极构件都都是大致L形的，其中L的一个腿部132形成径向延伸的齿部， 而L的另一个腿部131形成轴向延伸的爪部，如上所述。该定子极构件还包括例如呈轴向 延伸的突出部133形式的安装部，该安装部自径向延伸的腿部的一个端部延伸，该端部与 径向延伸的腿部的有第一轴向腿部延伸出的端部对置。突出部133允许定子极构件与环形 定子芯背部构件18的对应的指引特征互锁。
[0095] 图6a_b示出图5的定子的一部分的更详细的视图，而图7示出环形定子芯背部构 件18--例如图5和图6a_b中示出的环形定子芯背部构件--的一个示例。具体地，图 6a-b均示出定子极构件102、绕组20的对应部分和环形定子芯背部构件18这三者。图6a 和6b示出剖视图，其中在相应齿的中心进行切割。
[0096] 图6b是局部分解图，其中定子极构件中的一者沿轴向放置地示出以更清楚地显 示环形定子芯背部构件18的细节。具体地，环形定子芯背部构件18包括凹部628,所述凹 部环绕环形定子芯背部构件18的圆周分布在两个轴向侧上。每个凹部628都接纳定子极 构件中的一者的轴向突出部133,从而允许定子极构件102沿着环形定子芯背部构件18的 圆周的精确定位。在图7的示例中，所述凹部位于边缘734处，所述边缘由环形定子芯背部 构件的轴向地取向的侧面735和背向有效气隙径向地取向的面736--即，在外转子电机 的情况中，沿径向向内取向的面--形成。
[0097] 图8示出环形定子芯背部构件的另一个示例。环形定子芯背部构件18包括凹部 628,所述凹部环绕环形定子芯背部构件18的圆周分布在两个轴向侧上。每个凹部628都接 纳定子极构件的沿径向延伸的腿部，从而允许定子极构件沿着环形定子芯背部构件18的 圆周的精确定位。在图8的示例中，每个凹部都在环形定子芯背部构件的轴向地取向的侧 面735的全部径向宽度上延伸。凹部的侧壁842防止定子极构件在周向上移位并且帮助定 子极构件沿着环形定子芯背部构件的圆周精确定位。凹部的底面841提供了定子极构件可 贴靠的平的贴靠表面。
[0098] 图8的环形定子芯背部构件18可与具有不同形状的定子极构件--例如如以下 图9a所示的L形的定子极构件，该定子极构件在其安装部处不具有轴向突出部，或如以下 图9b所示的L形的定子极构件，该定子极构件在其安装部处具有轴向突出部--一起使 用。在前一种情况中，可通过端板或隔离板中的或者装配模具中的合适的指引特征来实现 定子极构件在径向方向上的固定。因此可通过包覆成型材料来防止定子极构件在径向上移 位。在后一种情况下，定子极构件的轴向突出部可与定子芯背部构件的径向地取向的面736 贴靠在一起，从而使定子极构件与环形定子芯背部构件在周向和径向方向两者上互锁。
[0099] 图9a_d图解了定子极构件的截面的不同实施例。所述定子极构件是大致L形的， 其包括沿定子的径向方向延伸的腿部132和沿定子的轴向方向延伸的腿部131。所述径向 的腿部提供了从环形定子芯背部构件朝向转子的径向磁通量路径，而轴向的腿部131形成 了提供从所述径向的腿部跨越有效气隙的轴向宽度的轴向磁通量路径的爪部。轴向的腿部 因而提供了面向气隙的界面表面837。在内转子电机中，界面表面837在径向上朝内，而在 外转子电机中，界面表面837在径向上朝外。
[0100] 图9b-d的定子极构件还包括自径向的腿部132沿定子的轴向方向突出的突出部 133。所述突出部位于腿部132的在有腿部131延伸出的端部的远侧的端部处。如上所述， 突出部133允许定子极构件102与环形定子芯背部构件的凹部互锁。应理解的是，代替所 述突出部或除所述突出部外，可提供其它指引特征。这样的替代或附加指引特征可与环形 定子芯背部构件的指引特征接合，以允许定子极构件的精确定位，并且防止定子极构件例 如由于来自转子永磁体的磁力而在径向和/或轴向上移位。所述突出部进一步增加了定子 极构件与环形定子芯背部构件之间的接触表面的面积，从而帮助磁通量有效转移。这可在 定子极构件由具有高透磁率的层压材料制成且环形定子芯背部构件由具有低透磁率的材 料制成时尤其有益。
[0101] 图9a的定子极构件不包括任何从L形的定子极构件的腿部131和132延伸的突 出部。定子极构件相对于定子芯背部构件--例如图8或图12c的定子芯背部构件--在 径向方向上的固定、定子极构件在径向方向上的固定可通过端板或隔离板中的或装配模具 中的适合的指引特征来实现。因此可通过包覆成型材料来防止定子极构件径向移位。
[0102] 轴向延伸的爪部131可以不同的方式成形。在图9a-b的示例中，爪部131在其整 个轴向长度上具有恒定的径向宽度，而图9c和9d的爪部131渐缩成使得腿部的径向宽度 随着与径向腿部132的距离增加而减小。由于爪部131沿着界面表面837的轴向长度传送 磁通量，因此从腿部132流出/流向腿部132的磁力线的量随着与腿部132的距离减小而 增大。因此，爪部131的增大的径向宽度需要较少的材料，同时提供用于磁通量的足够的横 截面。因此，本实施例提供了较低的重量，同时保持了良好的磁特性和抵抗径向力的高稳定 性。
[0103] 如图9d的示例中所示，定子极构件还可包括径向突出的部分，其在腿部132的与 轴向爪部131相同的一端在朝向转子的方向上沿径向突出。爪部131和径向突出部分1039 自腿部132的轴向对向侧延伸，而径向突出部分1039沿着转子的永磁体22的横向侧面延 伸，如图11所示。图11示出外转子电机的一部分，其中定子极构件102具有如图9d所示 的轮廓。径向延伸部分1039允许可能发生在永磁体22的轴向边缘1140处的磁泄漏通量 传递至定子极构件并因而为电机所用。
[0104] 图10a-c图解了定子芯的另一个实施例。图10a示出定子的一部分的详细剖视图， 其中在相应齿的中心进行切割。图l〇a的定子与结合图5和图6a_b所描述的定子的相似 之处在于，该定子包括对定子芯进行磁馈送的中间单绕组20。所述定子芯包括环形定子芯 背部构件18和多个定子极构件102。所述定子极构件从环形定子芯背部构件的两侧朝向转 子沿径向延伸，并且所述定子极构件以交替方式布置。每个定子极构件是大致L形的，其中 L的一个腿部132形成径向延伸的齿部，而L的另一个腿部131形成轴向延伸的爪部，如上 所述的，全部如结合图5所述。图10b示出定子芯的环形芯背部构件，而图10c示出定子的 定子极构件中的一者的侧视图。
[0105] 定子极构件102还包括呈轴向延伸的突出部133形式的安装部，其在与有第一轴 向腿部延伸出的端部对向的端部自径向延伸的腿部延伸。突出部133允许定子极构件与环 形定子芯背部构件18的对应的指引特征628互锁。
[0106] 特别地，环形定子芯背部构件18包括凹部628,所述凹部环绕环形定子芯背部构 件18的圆周分布在两个轴向侧上。每个凹部628都接纳定子极构件中的一者的轴向突出 部133,从而允许定子极构件102沿着环形定子芯背部构件18的圆周精确定位。所述突出 部可具有在定子极构件的全部宽度上延伸的脊部的形式。特别地，当定子极构件由层压金 属板/金属片制成时，这允许层压件具有一致的形状。所述脊部可具有弧形的--例如半 圆形的--顶部的横截面。
[0107] 在图l〇a-c的示例中，凹部628布置在环形定子芯背部构件的沿轴向取向的侧面 735中。所述凹部可具有细长凹陷的形式，其在圆周方向上是细长的并具有允许凹部133 滑动配合在所述凹陷中的长度和宽度。所述凹陷可在径向上位于侧面735的中心或靠近该 侧面的中心。具有这种类型的凹陷的环形芯背部构件允许特别有成本效益的制造为SMC构 件。此外，侧面735提供了用于定子极构件的平的贴靠表面，从而提供了可靠的安装和有效 的磁界面。
[0108] 在上述实施例中，L形的定子极构件的轴向延伸的爪部与电机的轴线平行。在下 文中，将描述定子的其它实施例，其中轴向延伸的爪部是偏斜的，即，相对于电机的轴线形 成角度。爪部的这种偏斜减小了电机的非期望的齿槽转矩。
[0109] 图12a_c示出外转子电机的具有偏斜爪部的定子的视图。图12a示出定子的径向 视图，而图12b示出定子的透视图，其中一些定子极部段被移除以提供环形定子芯背部构 件的细节的不受阻挡的视图。图12c示出定子的环形定子芯背部构件。所述定子与图5所 示的定子相似并且包括如已结合以上实施例描述过的环形定子芯背部构件18、定子极构件 102和绕组20。然而，在图12的实施例中，形成定子极部段102的爪部的轴向延伸的腿部 131相对于定子的轴线1243成一角度地取向。通过为环形定子芯背部构件18设置合适的 指引特征来获得所述偏斜，所述指引特征在环形定子芯背部构件的轴向侧面上限定出倾斜 表面1241，该倾斜表面终止于轴向端壁1242。端壁1242限定出定子极构件所在的周向位 置，而倾斜表面1241限定出定子极构件的偏斜角度。此外，环形定子芯背部构件18的径向 向内取向的柱形表面1245包括平的贴靠表面1244,所述定子极部段的轴向延伸的突出部 133可贴靠所述贴靠表面。
[0110] 图13图解了偏斜的定子极构件的另一个实施例。图13a示出用于外转子电机的 定子的一部分。具体地，图13a示出层压定子极构件102中的一者、环形定子芯背部构件18 的一部分和绕组20的一部分。环形定子芯背部构件18包括用于接纳定子极构件102的轴 向突出部133的指引特征328。图13b示出相似的定子，但其具有定子极构件102的偏斜爪 部。在此示例中，偏斜是由层压件提供的，而不是由指引特征328限定的。具体地，层压件 的各个片/板相对于彼此略微移位，以限定出腿部132的偏斜边缘。
[0111] 图14a_c图解了用于装配如本文所述的定子--例如用于内转子电机的定子-- 的装配过程的示例。所述定子包括环形定子芯背部构件18、绕组20、多个定子极构件 102a，b和两个端板226,图14a-c中仅示出其中一个端板。图14a示出在装配前的定子构 件的分解图。图14b示出装配好的定子构件，而图14c示出包覆成型工序之后的装配好的 定子。
[0112] 端板226包括呈凹部形式的多个指引特征329a，b，所述多个指引特征的尺寸和形 状设计成用于接纳定子极构件l〇2a，b中的相应的一者。指引特征的第一子组329a的尺寸 和形状设计成接纳定子极构件的位于绕组20和环形定子芯背部构件18的第一侧上的第一 子组102a。指引特征的第二子组329b的尺寸和形状设计成接纳定子极构件的位于绕组20 和环形定子芯背部构件18的与第一侧对向的第二侧上的第二子组102b。组装期间，定子极 构件的第一子组l〇2a最初利用用于精确定位的指引特征329a定位在端板226上。随后， 绕组20和环形定子芯背部构件18例如利用环形定子芯背部构件18的用于帮助精确定位 的指引特征而定位在定子极构件l〇2a上。应该了解的是，在一些实施例中，仅端板/隔离 板可设置有指引特征，而在其它实施例中，仅环形定子芯背部构件可设置有指引特征。在又 一些实施例中，端板/隔离板和环形定子芯背部构件两者都设置有指引特征。
[0113] 随后，利用用于帮助精确装配的指引特征329b和可选的环形定子芯背部构件的 指引特征可将定子极构件的第二子组102b装配在已装配好的构件上。由此形成的组件在 图14b中示出。最后，可安装可选地包括与第一端板相同的指引特征的第二端板（未示出）， 并且可通过合适的材料227--例如塑料--将装配好的定子包覆成型。
[0114] 应该了解的是，可对外转子电机和/或多相电机执行相似的装配方法。在后一种 情况下，可通过在两侧上均具有指引特征的隔离板来分隔各相。因而可每次一相连续地执 行装配，其中将后续相的定子构件被装配到已装配好的相的隔离板上。还应该了解的是，可 以各种方式修改所述装配过程。例如，除包覆成型外或代替包覆成型，可通过允许将定子构 件轴向地迫压在一起的轴向螺钉或其它紧固装置而使端板彼此固定。
[0115] 因而，本文所描述的定子的实施例的一个优点在于其允许通过施加轴向压力来装 配构件。此外，其允许通过施加压力以将平的表面迫压在一起来进行装配。因此，本文所描 述的定子的实施例提供了定子极构件与环形定子芯背部构件之间的紧密接触，这进而提供 了良好的磁特性和高机械稳定性。
[0116] 在又一个替代实施例中，端板226可在装配过程中由装配模具取代。这种装配模 具可具有与结合端板226所示的指引特征329a，b相似的指引特征。所述装配模具因而可 提供安装表面并以与如上文参考端板226所述相似的方式使用，以帮助定子极构件、绕组 和环形定子芯背部构件的装配。在包括可选的包覆成型工序的装配过程完成之后，可移除 装配模具或用端板替换该装配模具。
[0117] 图15a_d示出电机的不同示例，其中本文所描述的定子的示例与不同类型的转子 组合。
[0118] 图15a示出包括转子的电机的示例，所述转子具有在径向方向上被磁化的表面安 装的磁体22。因为可通过增加磁体的径向厚度来补偿磁体的降低的强度，所以这种转子结 构允许使用相对便宜的铁氧体磁体。在外转子电机中，带有表面安装的磁体的转子可对于 较小的转子直径而言特别有益。
[0119] 图15b示出包括转子的电机的示例,所述转子具有在周向上磁化的磁体22,所述 磁体通过软磁性转子极件1546而在周向方向上彼此分隔开用于集中来自所述永磁体的磁 通量，例如在W0 2007/024184中公开的。
[0120] 图15c示出包括转子的电机的示例,所述转子具有在周向上磁化的磁体22,所述 磁体通过软磁性转子极件1546而在周向方向上彼此分隔开以集中来自所述永磁体的磁通 量。定子限定出定子与转子之间的用于在该定子与转子之间传送磁通量的气隙23的轴向 限制。所述极件具有接触表面和位于接触表面之间的中央部分1551，每个所述接触表面都 贴靠与各个相邻的永磁体的对应的接触表面。中央部分1551具有比对应的相邻永磁体的 径向厚度小的径向厚度。替代地或附加地，所述中央部分可具有比相邻的永磁体的轴向长 度短的轴向长度。这可例如在永磁体的轴向延伸比由磁激活的定子结构限定的有效气隙的 轴向延伸大时是有益的，例如W02009/116937中所公开的。
[0121] 图15d示出包括具有包埋磁体的转子的内转子电机。所述转子包括由管状磁通量 导引部件1548环绕的管状支承部件1547,所述管状磁通量导引部件在周向和径向方向上 提供磁通量路径。磁通量导引部件1548包括轴向延伸的腔室，相应的永磁体22设置在所述 腔室中。永磁体在周向上被磁化，其中每隔一个磁体在反方向上被磁化。磁通量导引部件 可形成环绕永磁体的外管状支承结构，并且该磁通量导引部件可以由在轴向方向上层压的 层压金属制成，由此提供有效的磁通量路径并在结构上支承永磁体抵抗离心力。转子包括 多个辐条状部件1550,该多个辐条状部件从内管状支承结构1547沿径向向外延伸并在圆 周方向上分隔相邻的永磁体。内支承结构1547可由诸如铝或塑料的非磁性材料制成。在 图15d的示例中，内支承部件包括其上设置有永磁体的轴向延伸的脊部1549--例如内支 承部件的径向突出的挤出部。所述脊部支承扭转负荷。磁体可被胶粘到该结构上，但由于 大的层压环1548在径向方向上支承磁体，故可不需要磁体的附加固定。
[0122] 图15d的转子特别适合于转子以高转速运转的高速应用。在替代实施例中，所述 转子可包括附加的磁通量导引部件，其在周向上邻近包埋的磁体22定位并在周向和轴向 方向上提供磁通量路径，例如，如共同未决的国际申请号PCT/EP2011 /065905中所述的。这 种转子因而将在转子中提供轴向磁通量集中并且可与其中定子极构件不具有爪部或仅具 有小的爪部的定子一起使用。所述附加磁通量导引部件可由在径向方向上层压的层压件制 成，或由其它软磁性材料--例如压实的软磁性粉末--制成。
[0123] 图16示出定子的另一个实施例，其中定子极构件分布成使得通过定子极构件的 所谓的倾斜而使所述定子极构件具有与各相邻的定子极部段的不同的距离。在图16的示 例中，定子极元件102具有到在一侧上与其相邻的定子极元件的距离dl和到在另一侧上与 其相邻的定子极元件的不同距离d2。这种倾斜减小了非期望的齿槽转矩并且可在本文所公 开的定子的实施例中在不对定子制造增加任何明显的复杂度的情况下以简单的方式提供。 例如，定子极构件的倾斜可用于减小图l〇a-c的定子中的非期望的齿槽转矩。
[0124] 图17a_b示出内转子的另一个示例。图17a示出转子的透视图，而图17b示出转 子的分解图。所述转子以与本文中所述的定子的实施例相同的原理为基础。图17的转子 属于内转子类型，但应该理解的是，可利用相同的原理构造外转子。
[0125] 所述转子包括在轴向方向上被磁化的环形永磁体1722。在磁体1722的每一侧上 存在环形转子芯背部构件，该环形转子芯背部构件呈将三维磁通量从磁体传送到齿1732 和1733中的环形软磁盘片1766的形式。所述盘片可被制造为SMC构件，并且它们允许磁 通量集中在转子中使用。盘片1766用作转子芯背部，其具有与如上文结合定子所述的定子 芯背部相同的用于转子的功能。
[0126] 所述转子还包括多个转子极构件1702。转子极构件自环形永磁体的两侧朝向定子 沿径向延伸，并且所述转子极构件以交替方式布置成使得从环形永磁体的第一侧延伸的每 个转子极构件都具有从环形永磁体的与所述第一侧对向的第二侧延伸的两个在周向上相 邻的转子极构件。所述转子极构件因而可被分为两个子组，即，布置在永磁体1722的一个 轴向侧上的第一子组和布置在永磁体的对向轴向侧上的第二子组。
[0127] 每个转子极构件都包括安装部、径向延伸的齿部和界面部。在图17a_b的实施例 中，每个转子极构件是大致L形的，其中L的一个腿部1732形成沿径向方向延伸的齿部，而 L的另一个腿部1733形成沿转子的轴向方向延伸的爪部。爪部1731因而形成转子极构件 1702的界面。在图17a-b的示例中，转子极构件的第一子组的转子极构件的轴向爪部1731 朝向第二子组的转子极构件的径向腿部1731沿轴向延伸，从而使转子极构件的两个子组 的转子极构件的爪部在轴向上交错。各转子极构件1702还包括轴向延伸的突出部1733， 其形成转子极构件的用于使转子极构件连接至相应的盘片1766和/或直接联接至永磁体 的安装部。突出部1733从径向延伸的腿部1732的一端部延伸，该端部与有爪部1731延伸 出的端部对向。在图17a-b的示例中，突出部1733比爪部1731短。突出部1733贴靠盘片 1766的背向气隙的周向表面1734。
[0128] 因此，图17的转子的结构与本文所描述的定子的结构相似，并且可有效地制造。 转子极构件1702可由SMC材料或层压金属板/片制成，如已结合本文所描述的定子极构件 描述的。
[0129] 盘片1766提供了永磁体1722与转子极构件1702之间的磁通量路径，并且所述盘 片对转子极构件1702提供了机械支承。为此，盘片1766可包括与结合上述环形定子芯背 部元件的实施例所述相同或相似类型的特征。例如，盘片1766可设置有构造成与例如在图 18a_b的示例中所示的转子极构件中的相应的转子极构件的安装部接合的指引元件。
[0130] 图18a_b示出内转子的另一个示例。图18a示出转子的透视图，而图18b示出转 子的分解图。在图18a_b中，一些转子极构件已被省略，以允许视线上不受阻挡地看到环形 永磁体1722和盘片1766。图18a-b的转子与图17a-b的转子相似，但其中盘片1766包括 适于与转子极构件的对应的轴向突出部1733配合的指引特征1828。在图18a-b的示例中， 指引特征1828具有沿着盘片1766的中央孔的背向气隙的边沿分布的凹部的形式。各凹部 具有用以接纳转子极部段1702中的相应的一者的突出部1733的形状和尺寸。在图18a-b 的示例中，所述凹部沿着圆周等距地分布；然而，在其它实施例中，凹部之间的距离可以不 同。所述凹部允许转子极构件1702与环形转子芯背部构件1766的精确和容易的装配。每 个凹部限定出突出部1733的对应的接触表面可贴靠的平的接触表面。所述凹部的接触表 面由限定转子极构件的周向位置的侧壁界定。应该了解的是，所述环形转子芯背部构件除 凹部1828外或代替凹部1828地可包括不同的指引特征。
[0131] 在转子的一些实施例中，所述指引特征限定出贴靠转子极元件中的一者的对应的 接触表面的大致轴向向外取向的安装表面。所述安装表面可面向平行于轴向方向的方向或 面向略微偏离所述轴向方向的方向，以提供如上文结合定子所述的转子极元件的偏斜。所 述盘片提供更高的磁通量并且所述盘片允许在盘片1766中设置指引特征等的更高的自由 度。然而，应该了解的是，转子也可构造成不带盘片1766。在这种实施例中，转子极构件的 安装部可直接联接至永磁体。
[0132] 该类型的转子可以用于共同径向磁通量3相定子中，并且其通过仅使用一个磁体 而允许大的磁极数因而节省了成本。
[0133] 虽然已经详细描述和示出了一些实施例，但是本发明并不限于这些实施例，也可 能在所附权利要求限定的主题范围内以其它方式体现。特别地，应当理解的是可以利用其 它实施例，并且可以在不脱离本发明的范围情况下做出结构和功能的修改。此外，尽管已经 参考特定类型的电机说明了一些特征，但技术人员将容易地了解的是，这些特征也可以在 其它类型的电机中实施。例如，参考内转子电机说明的特征也可在外转子电机中实施。类 似地，已主要参考爪极型电机描述了本文所公开的定子的实施例，在所述爪极型电机中定 子极构件具有在气隙的一部分或全部轴向范围延伸的轴向延伸的爪部。然而，应该了解的 是，本文所公开的定子的替代实施例可以用于不带爪部的电机设计中。在这样的实施例中， 轴向磁通量集中可借助例如图15b、15c所示或如结合图15d所述的转子设计而至少部分地 在转子中执行。这样的实施例可对于大型电机而言特别有益，因为本文所描述的定子设计 甚至在使用节约成本的制造方法时也允许牢固的定子设计。例如，所述环形定子芯背部构 件可由多个环部段制造，并且可容易地将其它定子构件的规格设计成与更大的定子设计配 合。
[0134] 本文所公开的本发明的实施例可用于电动自行车或其它电动车辆--特别是轻 量车辆一的直接轮驱动电机。这样的应用会要求高转矩、相对低的速度和相对低的成本。 这些需求可通过使用小体积的永久磁体和电线线圈在紧凑的几何构型中以相对高的极数 量以通过增强的转子装配程序来适应和满足成本需求而实现。
[0135] 在列举几个装置的设备权利要求中，这些装置中的多个可以由同一个结构构件来 体现。某些措施在相互不同的从属权利要求中记载或在不同的实施例中描述的简单事实并 不表示这些措施的组合不能有利地使用。
[0136] 应该强调的是，当在本说明书中使用术语"包括/包含"指定所述特征、构成要素、 步骤或构件的存在时，并不排除一个或多个其它特征、构成要素、步骤、构件或它们的组合 的存在或附加。
【权利要求】
1. 一种用于电机的定子（10)，所述定子包括定子芯和绕组（20)，所述定子芯包括： -环形定子芯背部构件（18)，所述环形定子芯背部构件至少在该环形定子芯背部构件 的圆周方向和轴向方向上提供磁通量路径；和 -多个定子极构件（102)，每个定子极构件都包括安装至所述定子芯背部构件的安装 部（133)、限定出面向所述电机的定子和转子（30)之间的有效气隙（23)的界面表面（837) 的界面部（131)和自所述环形定子芯背部构件沿径向延伸并将所述界面部与所述安装部 连接起来的径向地取向的齿部（132)。
2. 根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述环形定子芯背部构件限定出第一轴 向向外取向的侧面（735,841)和与该第一轴向向外取向的侧面对向的第二轴向向外取向 的侧面（735,841);其中，所述多个定子极构件的第一子组（102a)安装至所述第一轴向向 外取向的侧面，所述多个定子极构件的第二子组（l〇2b)安装至所述第二轴向向外取向的 侧面。
3. 根据权利要求2所述的定子，其特征在于，所述多个定子极构件沿着所述环形定子 芯背部构件的圆周分布，所述第一和第二子组的定子极构件以交替的顺序沿着所述圆周布 置。
4. 根据权利要求2或3所述的定子芯背部，其特征在于，所述环形定子芯背部构件提供 了使所述第一和第二子组的相应的定子极构件连通的磁通量路径。
5. 根据权利要求2至4中任一项所述的定子，其特征在于，所述定子包括夹在所述多个 定子极构件的第一和第二子组之间的绕组。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，所述环形定子芯背部构件包 括多个指引装置（628)，所述多个指引装置构造成与所述多个定子极构件中的相应的定子 极构件的安装部接合。
7. 根据权利要求6所述的定子，其特征在于，每个指引装置都限定出：大致轴向向外取 向的安装表面（841，1241)，所述安装表面贴靠所述多个定子极元件中的一者的对应的接触 表面；和防止所述多个定子极元件在圆周方向上的移位的指引元件（842,1242)。
8. 根据权利要求7所述的定子，其特征在于，所述安装表面（1241)面向偏离所述轴向 方向的方向。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，每个定子极构件都包括在所 述圆周方向上堆叠的层压金属板。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，每个定子极构件的所述界面 部都包括轴向延伸的爪部（131)。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，每个定子极构件的所述安装 部都包括轴向延伸的突出部（133)，该轴向延伸的突出部贴靠所述环形定子芯背部构件的 径向地取向的后表面（736,1244)，其中所述后表面背向所述定子极构件的界面部。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的定子，其特征在于，所述定子还包括两个端板 (226)，其中所述环形定子芯背部构件和所述多个定子极构件在轴向上夹在所述端板之间。
13. 根据权利要求12所述的定子，其特征在于，所述端板中的至少一者包括与所述多 个定子极构件中的相应的定子极构件匹配的指引特征（229)。
14. 一种电机，包括转子（30)和根据前述权利要求中任一项所述的定子，所述转子构 造成产生用于与所述定子的定子磁场相互作用的转子磁场，其中所述转子适于围绕该转子 的纵向轴线转动。
15. 根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述转子包括：安装部，该安装部限定 出面向所述定子的柱形的安装表面；和安装至所述安装表面并环绕所述纵向轴线沿周向布 置的表面安装的多个永磁体（22)，每个永磁体都在磁化方向上被磁化以产生磁通量。
16. 根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述转子包括： -环绕所述纵向轴线沿周向布置的多个永磁体（22)，每个永磁体都在磁化方向上被磁 化以产生磁通量， -支承结构，所述支承结构包括在径向上布置在所述多个永磁体的内侧的内管状支承 部件（1547);和 -至少一个磁通量导引部件（1548)，所述磁通量导引部件适于至少在径向方向上提供 用于由所述多个永磁体中的一个或多个产生的磁通量的路径。
17. 根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述转子包括： -在所述轴向方向上被磁化的环形永磁体（1722)， -多个转子极构件（1702)，每个转子极构件都包括安装部（1733)、限定出面向所述定 子与所述转子之间的有效气隙的界面表面的界面部（1731)和自所述永磁体沿径向延伸并 将所述界面部与所述安装部连接起来的径向地取向的齿部（1732)。
18. -种用于电机的定子的环形定子芯背部构件（18)，所述环形定子芯背部构件在该 环形定子芯背部构件的圆周方向和轴向方向上提供磁通量路径；其中，所述环形定子芯背 部构件包括多个指引装置￠28)，所述多个指引装置构造成与所述多个定子极构件中的相 应的定子极构件接合。
19. 根据权利要求18所述的环形定子芯背部构件，其特征在于，所述环形定子芯背部 构件由软磁性粉末制成。
20. -种制造根据权利要求1-12中任一项所述的定子的方法，所述方法包括： -提供安装表面； -将所述多个定子极构件的第一子组放置在所述安装表面的预定位置上； -相对于所述多个定子极构件的第一子组定位所述绕组和所述环形定子芯背部构件， 以使所述第一子组的定子极构件的安装部与所述环形定子芯背部构件接合； -相对于所述环形定子芯背部构件和所述定子极构件的第一子组定位所述多个定子极 构件的第二子组，以使所述第二子组的定子极构件的安装部与所述环形定子芯背部构件接 合。
21. -种用于电机的转子，所述转子构造成产生用于与定子的定子磁场相互作用的转 子磁场，其中所述转子适于围绕所述转子的纵向轴线转动，其中所述转子包括： -在所述轴向方向上被磁化的环形永磁体（1722)， -多个转子极构件（1702)，每个转子极构件都包括安装部（1733)、限定出面向所述定 子与所述转子之间的有效气隙的界面表面的界面部（1731)和相对于所述永磁体沿径向延 伸并将所述界面部与所述安装部连接起来的径向地取向的齿部（1732)。
22. 根据权利要求21所述的转子，其特征在于，所述转子包括第一和第二环形转子芯 背部构件（1766);所述环形永磁体夹在所述第一和第二环形转子芯背部构件之间；并且每 个转子极构件的安装部联接至所述第一和第二环形转子芯背部构件中的相应的一者。
23.根据权利要求21-22中任一项所述的转子，其特征在于，所述第一和第二环形转子 芯背部构件中的每一者都包括构造成与所述多个转子极构件中的相应的转子极构件的安 装部接合的多个指引装置。
【文档编号】H02K1/14GK104272559SQ201380014157
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年3月8日 优先权日:2012年3月12日
【发明者】G·诺德, J·华盛顿 申请人:霍加纳斯股份有限公司