具有自对准永磁体内转子的混合式感应马达的制作方法
【专利摘要】一种混合式感应马达10，包括感应转子20和独立旋转的永磁体转子26。该感应转子20为启动时用于感应马达操作的鼠笼式转子。该永磁体转子26径向地或轴向地移位并且通过离合器34可变化地联接至感应转子20或联接至马达轴32，并且该永磁体转子26允许在启动时独立于感应转子旋转。该独立旋转的永磁体转子26在启动时快速达到同步转数(RPM)。当感应转子20接近或达到同步RPM时，感应转子20与永磁体转子26之间的联接增强直到两个转子以同步RPM进行联接，并且马达10过渡至高效同步操作。
【专利说明】具有自对准永磁体内转子的混合式感应马达
[0001]本发明要求2012年4月20日提交的序列号为13/452，514的美国专利申请和2012年11月29日提交的序列号为13/689,400的美国专利申请的优先权，这些申请的全部内容通过参引的方式并入本文。
【技术领域】
[0002]本发明涉及电动马达并且特别涉及感应马达，该感应马达具有独立旋转的永磁体转子，该独立旋转的永磁体转子可变化地联接至感应转子以出于高效操作的目的而将马达从启动时的不同步感应操作重新构造为启动后的同步操作。
【背景技术】
[0003]电动马达的优选形式为无刷AC(交流)感应马达。感应马达的转子包括在定子内旋转的笼状部(或类似于“仓鼠轮”的鼠笼状部)。该笼状部包括轴向延伸的杆，该轴向延伸的杆在转子的外周缘上成角度地间隔开。给定子提供的AC电流在转子内侧产生旋转定子磁场，并且该旋转场在杆中感生电流。在杆中感生的电流产生了感应磁场，该感应磁场与定子磁场配合以产生转矩并因此使转子旋转。
[0004]在杆中引入电流要求杆不随着旋转定子磁场同步运动(或旋转)，因为电磁感应要求磁场与磁场中的导体之间有相对运动(称作滑动)。因此，转子必须相对于旋转定子磁场滑动以在杆中感生电流从而产生转矩，因此，感应马达被称为异步马达。
[0005]不幸的是，低功率感应马达在处于设计操作速度时并不高效，且甚至在较小负载的情况下更低效，因为由定子消耗的功率值在这种较小负载的情况下保持恒定。
[0006]一种提高感应马达效率的方法为给转子添加永磁体。马达开始以与典型感应马达相同的方式启动，但是当马达达到其操作速度时，定子磁场与永磁体配合以进入同步操作。不幸的是，永磁体在尺寸上受到限制，因为如果永磁体过大则会阻碍马达启动。这样的尺寸限制限制了通过添加永磁体所获得的益处。
【发明内容】
[0007]本发明通过提供混合式感应马达解决了上述和其他需求，该混合式感应马达包括感应转子和独立旋转的永磁体转子。感应转子为鼠笼式转子，该鼠笼式转子永久地联接至马达轴以在启动时用于感应马达操作。永磁体转子相对于感应转子径向或轴向移位，并且通过离合器可变化地联接至感应转子(或联接至马达轴)，并且允许在启动时独立于感应转子旋转。该独立旋转的永磁体转子在启动时快速达到同步RPM(转数)。当感应转子接近或达到同步RPM时，感应转子与内永磁体转子之间的联接增强直到两个转子联接并以同步RPM旋转为止，并且马达过渡至高效同步操作。
[0008]在一种实施方式中，内永磁体转子通过离散位置滑动式离合器联接至感应转子，该离散位置滑动式离合器提供永磁体转子与感应转子之间的旋转对准的离散角度位置。
[0009]根据本发明的一个方面，提供了混合式感应马达，其包括外感应转子和自由旋转的内永磁体转子，该自由旋转的内永磁体转子随着旋转定子通量自由旋转。当向马达施加电力时，内永磁体转子立即加速以紧随旋转定子磁场，而外感应转子和负载速度上升。当外感应转子接近同步RPM (定子磁场的RPM和内永磁体转子的RPM)时，锁定离合器接合，以使外感应转子内部和内永磁体转子同步。锁定离合器在刚超过马达的设计转矩处锁定，任何过载将会使离合器解锁并且开始滑动直到负载返回到接近同步速度为止。离合器锁定件设计成在刚刚离开工作滑动的特定频率处发生转换(skip)并且在操作频率内接合。
[0010]根据本发明的另一方面，提供了混合式感应马达，其包括与旋转定子磁场联接的内永磁体转子。在内永磁体转子达到同步RPM后，外感应转子只需克服滑动式离合器(离合器转矩设定为马达额定峰值转矩)的初始摩擦和内永磁体转子本身的惯性。
[0011]根据本发明的又一方面，提供了外感应转子，该外感应转子包括阻尼绕组，该阻尼绕组在没有任何负面的永磁体影响或瞬断转矩的情况下作为普通的感应马达转子加速，并且该外感应转子获得由内永磁体转子通过滑动式离合器提供的正施加转矩，该正施加转矩起启动转矩的作用。这样的阻尼绕组在启动期间以不存在固定异步启动永磁体(LineStart Permanent Magnet, LSPM)马达中固有的波动和脉动的方式提供转矩。
[0012]根据本发明的另一方面，提供了混合式感应马达，如果施加过多负载，该混合式感应马达可以自调节并且避免磁过载和停转。当马达接近磁过载或停转时，永磁体转子与感应转子断开接合并且保持同步RPM，当瞬态的情况过去之后，感应转子和永磁体转子重新联接。
[0013]根据本发明的另一个方面，提供了混合式感应马达，由于在过大的负载受到控制之前离合器允许永磁体马达以同步速度旋转，所以离合机构不将磁体置于高强制消磁力中，所以该混合式感应马达可以安全地使用铁素体磁体。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]本发明的上述和其他方面、特征和优点将在本发明的结合下列附图的以下更具体的描述中变得明显，在附图中:
[0015]图1示出了根据本发明的具有独立旋转的内永磁体转子、感应转子以及定子的电动马达构型的实施方式，其中，感应转子固定联接至马达轴并且位于永磁体转子外侧，该定子位于感应转子外侧。
[0016]图2示出了根据本发明的具有感应转子、独立旋转的永磁体转子以及定子的电动马达构型的实施方式，其中，感应转子联接至马达轴，独立旋转的永磁体转子位于感应转子外侧，并且定子位于永磁体转子外侧。
[0017]图3示出了根据本发明的具有定子、独立旋转的永磁体转子以及感应转子的电动马达构型的实施方式，其中，定子位于转子内侧，该独立旋转的永磁体转子位于定子外侧，感应转子联接至负载并且位于永磁体转子和定子外侧。
[0018]图4示出了根据本发明的具有定子、感应转子以及独立旋转的永磁体转子的电动马达构型的实施方式，其中，该定子位于转子内侧，该感应转子联接至负载并且位于定子外侧，该独立旋转的永磁体转子位于感应转子外侧。
[0019]图5示出了感应转子和永磁体转子的相对RPM和转矩。
[0020]图6示出了根据本发明的连续滑动式离合器的侧视图。
[0021]图7示出了根据本发明的连续滑动式离合器的端视图。
[0022]图8示出了根据本发明的离散滑动式离合器的侧视图。
[0023]图9示出了根据本发明的离散滑动式离合器的端视图。
[0024]图10示出了根据本发明的将永磁体转子与感应转子联接的离心式离合器的侧视图。
[0025]图11示出了根据本发明的沿着图10中的线11-11截取的将永磁体转子与感应转子联接的离心式离合器的截面图。
[0026]图12示出了根据本发明的将永磁体转子和感应转子联接的电磁式离合器的侧视图。
[0027]图13示出了根据本发明的沿着图12中的线13-13截取的将永磁体转子和感应转子联接的电磁式离合器的截面图。
[0028]图14示出了根据本发明的马达的第一实施方式的侧视图。
[0029]图15示出了根据本发明的马达的第一实施方式的截面图。
[0030]图16示出了根据本发明的马达的第一实施方式的第一转子的更详细的侧视图。
[0031]图17示出了根据本发明的马达的第一实施方式的第一感应转子的侧视图。
[0032]图18示出了根据本发明的马达的第一实施方式的第一感应转子的截面图。
[0033]图19A示出了根据本发明的马达的第一实施方式的第一永磁体转子的侧视图。
[0034]图19B示出了根据本发明的马达的第一实施方式的第一永磁体转子的端视图。
[0035]图20示出了根据本发明的沿着图19A中的线20-20截取的马达的第一实施方式的第一永磁体转子的截面图。
[0036]图21示出了根据本发明的马达的第一实施方式的第一定子磁场线。
[0037]图22示出了根据本发明的马达的第二实施方式的侧视图。
[0038]图23示出了根据本发明的马达的第二实施方式的截面图。
[0039]图24示出了根据本发明的马达的第二实施方式的第二转子的详细的侧视图。
[0040]图25示出了根据本发明的马达的第二实施方式的第二感应转子的侧视图。
[0041]图26示出了根据本发明的马达的第二实施方式的第二感应转子的截面图。
[0042]图27A示出了根据本发明的马达的第二实施方式的第二永磁体转子的侧视图。
[0043]图27B示出了根据本发明的马达的第二实施方式的第二永磁体转子的端视图。
[0044]图28示出了根据本发明的沿着图27A中的线28_28截取的马达的第二实施方式的第二永磁体转子的截面图。
[0045]图29示出了根据本发明的马达的第二实施方式的永磁体转子的定子磁场线。
[0046]图30示出了根据本发明的马达的第三实施方式的侧视图。
[0047]图31示出了根据本发明的马达的第三实施方式的截面图。
[0048]图32示出了根据本发明的马达的第三实施方式的第三转子的详细的侧视图。
[0049]图33示出了根据本发明的马达的第三实施方式的第三感应转子的侧视图。
[0050]图34示出了根据本发明的马达的第三实施方式的第三感应转子的截面图。
[0051]图35A示出了根据本发明的马达的第三实施方式的第三永磁体转子的侧视图。
[0052]图35B示出了根据本发明的马达的第三实施方式的第三永磁体转子的端视图。
[0053]图36示出了根据本发明的马达的第三实施方式的永磁体转子的定子磁场线。
[0054]图37示出了根据本发明的马达的第四实施方式的侧视图。
[0055]图38示出了根据本发明的马达的第四实施方式的第四转子的分解图。
[0056]图39示出了根据本发明的马达的第四实施方式的第四感应转子的侧视图。
[0057]图40示出了根据本发明的马达的第四实施方式的第四感应转子的截面图。
[0058]图41示出了根据本发明的马达的第四实施方式的第四永磁体转子的侧视图。
[0059]图42示出了根据本发明的沿着图41中的线42-42截取的马达的第四实施方式的第四永磁体转子的截面图。
[0060]图43示出了处于低RPM的第四转子的侧视图，其中，离心式离合器正在滑动；
[0061]图44示出了沿着图43中的线44-44截取的第四转子的截面图。
[0062]图45示出了处于高RPM的第四转子的侧视图，其中，离心式离合器进行接合；
[0063]图46示出了沿着图45中的线46_46截取的第四转子的截面图。
[0064]图47示出了根据本发明的马达的第五实施方式的侧视图。
[0065]图48示出了根据本发明的马达的第五实施方式的第五转子的分解图。
[0066]图49示出了根据本发明的马达的第五实施方式的第五感应转子的侧视图。
[0067]图50示出了根据本发明的马达的第五实施方式的第五感应转子的截面图。
[0068]图51示出了根据本发明的马达的第五实施方式的第五永磁体转子的侧视图。
[0069]图52示出了根据本发明的沿着图51中的线52-52截取的马达的第五实施方式的第五永磁体转子的截面图。
[0070]图53示出了根据本发明的马达的第六实施方式的侧视图。
[0071]图54示出了根据本发明的马达的第六实施方式的第六转子的分解图。
[0072]图55示出了根据本发明的马达的第六实施方式的第六感应转子的侧视图。
[0073]图56示出了根据本发明的沿着图55中的线56_56截取的马达的第六实施方式的第六感应转子的截面图。
[0074]图57示出了根据本发明的马达的第六实施方式的芯层部的侧视图。
[0075]图58示出了根据本发明的沿着图57中的线58_58截取的马达的第六实施方式的芯层部的截面图。
[0076]图59A示出了根据本发明的马达的第六实施方式的第六永磁体转子的侧视图。
[0077]图59B示出了根据本发明的马达的第六实施方式的第六永磁体转子的端视图。
[0078]图60示出了用于包绕根据本发明的马达的第六实施方式的第六永磁体转子的感应条的立体图。
[0079]图61示出了根据本发明的展开的感应条。
[0080]图62示出了根据本发明的马达的第七实施方式的侧视图。
[0081]图63示出了根据本发明的马达的第八实施方式的侧视图。
[0082]图64示出了根据本发明的马达的第九实施方式的侧视图。
[0083]图65示出了根据本发明的马达的第十实施方式的侧视图。
[0084]图66示出了根据本发明的沿着图65中的线66_66截取的第十实施方式的马达的包括杆的独立旋转的永磁体转子的截面图。
[0085]图67示出了根据本发明的沿着图65中的线67_67截取的第十实施方式的马达的感应转子的截面图。
[0086]图68示出了根据本发明的马达的第十一实施方式的侧视图。
[0087]对应的附图标记在附图中的若干视图中表示对应的部件。
【具体实施方式】
[0088]实施本发明的最佳方式
[0089]下面将描述目前用于实施本发明所设想的最佳模式。该描述不应被理解为限制的含义，而仅仅是出于说明本发明的一个或更多个优选实施方式的目的。本发明的范围应根据权利要求来确定。感应转子和永磁体转子的结构
[0090]在图1中示出了根据本发明的第一电动马达构型10’，该第一电动马达构型10’具有独立旋转的内永磁体转子26、感应转子20以及定子12，该感应转子20联接至马达轴32 (或其它负载)并且位于永磁体转子26外侧，该定子12位于感应转子20外侧。该独立旋转的内永磁体转子26可变化地联接至感应转子20。这种可变化的联接允许独立旋转的内永磁体转子26在马达10’启动时独立于感应转子20非常快地旋转加速至同步速度，该感应转子20连接至负载并且比内永磁体转子26稍慢地旋转加速。这种可变化的联接可以呈如以下段落中所描述的形式:滑动式离合器、离心式离合器或电动控制离合器。一旦感应转子20接近同步速度，感应转子20和永磁体转子26锁定成同步操作，并且由于在旋转定子磁场与鼠笼状部(squirrel cage)的杆之间没有滑动，则感应转子20中的鼠笼状部停止产生电流，并且马达10’操作成高效永磁体马达。
[0091]图2中示出了根据本发明的第二电动马达构型10”，该第二电动马达构型10”具有感应转子20、独立旋转的永磁体转子26以及定子12，其中，该感应转子20联接至马达轴32，该独立旋转的永磁体转子26位于感应转子外侧，并且该定子12位于独立旋转的永磁体转子26外侧。除了永磁体转子26位于感应转子20外侧(即位于感应转子20与定子12之间)之外，电动马达构型10”大体上与电动马达构型10’相似。该永磁体转子26优选地包括环形磁体。
[0092]图3中示出了根据本发明的第三电动马达构型10”’，该第三电动马达构型10”’具有定子12、独立旋转的永磁体转子26以及感应转子20，该定子12位于转子20和26内侧，该独立旋转的永磁体转子26位于定子12外侧，并且该感应转子20联接至负载并且位于永磁体转子26和定子12外侧。除了定子12位于转子20和26两者内侧之外，电动马达构型10”’大体上与电动马达构型10’相似，并且该永磁体转子26优选为位于定子12与感应转子20之间的环形磁体。
[0093]图4中示出了根据本发明的第四电动马达构型10””，该第四电动马达构型10””具有定子12、感应转子20以及独立旋转的永磁体转子26，其中，该定子12位于转子20和26内侧，该感应转子20联接至负载并且位于定子12外侧，并且该独立旋转的永磁体转子26位于感应转子20外侧。除了定子12位于转子20和26两者内侧且该永磁体转子26位于感应转子20外侧以外，电动马达构型10””大体上与电动马达构型10，相似。该永磁体转子26优选地包括环形磁体。
[0094]图5中示出了感应转子20和永磁体转子26在马达启动时的相对RPM和转矩。当施加电力40时，永磁体转子转矩48迅速增大，从而使得永磁体转子26克服任何连接并且摆脱感应转子20，并且永磁体转子RPM 42快速达到同步RPM。当感应转子的RPM 44接近同步RPM并且转矩48下降时，永磁体转子26和感应转子20锁定在同步RPM，并且马达过渡为高效永磁体操作。
[0095]将感应转子和永磁体转子可变化地联接的离合器的实施方式
[0096]图6中示出了根据本发明的连续滑动式离合器34’的侧视图并且图7中示出了连续滑动式离合器34’的端视图。连续滑动式离合器34’包括环形板52，环形板52由永磁体转子26承载并且通过弹簧50推压抵靠感应转子20的环形摩擦表面54。该连续滑动式离合器34’提供恒定的动摩擦，其中，弹簧50选择成在启动时当永磁体转子转矩48(参见图5)达到峰值时允许永磁体转子26摆脱感应转子，并且当永磁体转子转矩48下降时，允许两个转子20和26锁定在同步RPM。
[0097]图8中示出了根据本发明的离散滑动式离合器34”的侧视图，并且图9中示出了离散滑动式离合器34”的端视图。该离散滑动式离合器34”包括均匀间隔开的齿59，该均匀间隔开的齿59位于环形板56上并且与槽58配合以使离散滑动式离合器34”锁定成在永磁体转子26与感应转子20之间的所选关系从而使转子的极点(pole)与定子磁场对准。当转子具有少数个极点例如四个极点时，这样的离散对准是优选的。
[0098]图10中示出了根据本发明的将永磁体转子26与感应转子20联接的离心式离合器34”’的侧视图，并且图11中示出了沿图10中的线11-11截取的将永磁体转子26与感应转子20联接的离心式离合器34”’的截面图。附接至感应转子20的叶片60进入到位于永磁体转子26的一个端部上的凹陷的圆筒形口部64中。离心质量块62位于叶片60之间并且保持为随着感应转子20旋转。当感应转子20的旋转速度接近同步速度时，质量块62推动抵靠口部64的圆筒形内部面，从而将永磁体转子26的旋转锁定至感应转子20的旋转。
[0099]图12中示出了根据本发明的将永磁体转子26与感应转子20联接的电磁式离合器34””的侧视图，并且图13中示出了沿着图11中的线13-13截取的将永磁体转子26与感应转子20联接的电磁式离合器34””的截面图。电磁式离合器34””包括线圈(或螺线管)74，该线圈(或螺线管)74接收通过感应转子20中的感应绕组76的电流。线圈74拉动离合器滑块70离开口部64的圆筒形内部面，并且弹簧72朝向口部64的圆筒形内部面推动滑块。滑块70还可以包括与图11中的质量块62相似的质量块，以当感应转子RPM增大时增加靠着口部64的圆筒形内部面的接合。由绕组76产生的电流与感应转子RPM和同步RPM两者之差成正比，从而在启动时使电磁式离合器34”’断开接合并且当感应转子RPM接近同步RPM时使电磁式离合器34”’接合。
[0100]实现本发明的马达设计
[0101]图14中不出了根据本发明的第一马达10a的侧视图，图15中不出了第一马达10a的截面图，图16中示出了第一马达10a的转子的更详细的侧视图，图17中示出了第一马达10a的感应转子20a的侧视图，图18中示出了第一马达10a的感应转子20a的截面图，图19A中示出了第一马达10a的永磁体转子26a的侧视图，图19B中示出了第一马达10a的永磁体转子26a的端视图，图20中示出了第一马达10a的永磁体转子26a的截面图，以及图21中示出了第一马达10a的定子磁场50a。马达10a包括壳体11、定子绕组14和定子背铁(back iron) 18。感应转子20a包括杆22a，该杆22a几乎在感应转子20a的整个深度上伸展，以避免磁通泄漏并且使定子磁场32延伸至永磁体转子26a中。该马达10a包括离合器34a，该离合器34a可以为离合器34’、34”、34”，或34””。
[0102]图22中示出了根据本发明的第二马达10b的侧视图，图23中示出了第二马达10b的截面图，图24中示出了第二马达10b的转子16b的更详细的侧视图，图25中示出了第二马达10b的感应转子20b的侧视图，图26中示出了沿着图25中的线26-26截取的第二马达10b的感应转子20b的截面图，图27A中示出了第二马达10b的永磁体转子26b的侧视图，图27B中示出了第二马达10b的永磁体转子26b的端视图，图28中示出了沿着图27A中的线28-28截取的第二马达10b的永磁体转子26b的截面图，以及图29中示出了第二马达10b的定子磁场。马达10b包括壳体11、定子绕组14和定子背铁16。感应转子20b包括四个空气间隙25，该四个空气间隙25形成四个极点并且几乎在感应转子20a的整个深度上伸展，以避免磁通泄漏并且使定子磁场32延伸至永磁体转子26a中。该马达10a包括离合器34a，该离合器34a可以为离合器34’、34”、34”，或34””，但是优选为离合器34”。
[0103]图30中不出了根据本发明的第三马达10c的侧视图，图31中不出了第三马达10c的截面图，图32中示出了第三马达10c的转子16c的更详细的侧视图，图33示出了第三马达10c的感应转子20c的侧视图，图34中示出了沿着图33中的线34-34截取的第三马达10c的感应转子20c的截面图，图35A中示出了第三马达10c的永磁体转子26c的侧视图，图35B中示出了第三马达10c的永磁体转子26c的端视图，以及图36中示出了第三马达10c的定子磁场50c。该马达10c包括离合器34c,该离合器34c可以为离合器34’、34”、34”，或34””，但是优选为离合器34”。
[0104]图37中示出了根据本发明的第四马达10d的侧视图，图38中示出了第四马达10d的转子16d的分解侧视图，图39中示出了第四马达10d的感应转子20d的侧视图，图40中示出了沿着图38中的线40-40截取的第四马达10d的感应转子20d的截面图，图41中示出了第四马达10d的永磁体转子26d的侧视图，以及图35B中示出了沿着图41中的线42-42截取的第四马达10d的永磁体转子26d的截面图。该马达10d包括离合器34d，该离合器34d可以为离合器34’、34”、34”，或34””，但是优选为离心式离合器34”’。
[0105]图43中示出了处于低RPM的第四转子16d的侧视图，其中，离心式离合器34”’正在滑动，以及图44中示出了沿着图43中的线44-44截取的第四转子34”’的截面图。旋转速度66a较低并且在配重部62中仅产生了很小的离心力68a，因此只轻微地将永磁体转子26d的旋转与感应转子20d联接。
[0106]图45中示出了处于高RPM的第四转子16d的侧视图，其中，离心式离合器34”’处于锁定状态，以及图46中示出了沿着图45中的线46-46截取的第四转子34”’的截面图。旋转速度66b较高并且在配重部62中产生了较大离心力68b，因此将永磁体转子26d的旋转与感应转子20d稳固地联接起来。
[0107]图47中不出了根据本发明的第五马达10e的侧视图，图48中不出了第五马达10e的第五转子16e的分解侧视图，图49中示出了第五马达10e的第五感应转子20e的侧视图，图50中示出了沿着图49中的线50-50截取的第五马达10e的第五感应转子20e的截面图，图51中示出了第五马达10e的包括杆22e的第五永磁体转子26e的侧视图，以及图52中示出了沿着图51中的线52-52截取的第五马达10e的永磁体转子26e的截面图。杆22e有助于永磁体转子26e的初始角加速并且有助于接近同步RPM。该马达10e包括离合器34e，该离合器34e可以为离合器34’、34”、34”，或34””，但是优选为离心式离合器34”，。
[0108]图53中示出了根据本发明的第六马达10f的侧视图，图54中示出了第六马达10f的第六转子16f的分解侧视图，图55中示出了第六马达10f的第六感应转子20f的侧视图，图56中示出了沿着图55中的线56-56截取的第六马达10f的第六感应转子20f的截面图，图57中示出了芯层部31的侧视图，以及图58中示出了芯层部31的截面图，图59A中示出了第六马达10f的第六永磁体转子26f的侧视图，图59B中示出了第六马达10f的永磁体转子26f的端视图，图60中示出了用于包绕根据本发明的马达的第六实施方式的第六永磁体转子的感应条23的立体图，以及图61中示出了展开的感应条23。芯层部31固定至马达轴32并且永磁体26f绕着芯层部31旋转。感应条23包括间隔开的导电条23a，所有间隔开的导电条23a在感应条23的每个端部处电连接至导电环23b。感应条23的一种实施方式为连接至环形磁体的铜条。铜条的厚度优选在0.015英寸与0.020英寸之间，从而保持空气间隙最小但是允许良好的涡电流效果以将永磁体转子快速牵引离开外感应转子至同步RPM，从而在负载下加速，使得离合器将感应转子拉向最终同步RPM。永磁体转子26f为可变化地联接至如上述的感应转子的简单的环形磁体。该马达10f包括离合器34e，该离合器34e可以为离合器34’、34”、34”，或34””，但是优选为离心式离合器34”，。
[0109]图62中示出了根据本发明的马达10g的第七实施方式的侧视图。该马达10g包括定子12g、永磁体转子26g、感应转子20g、鼠笼式转子端环17g以及离合器34g。该永磁体转子26g为具有铜制外缠绕部的环形磁体。
[0110]图63中示出了根据本发明的马达10h的第八实施方式的侧视图。该马达10h包括定子12h、永磁体转子26h、感应转子20h、鼠笼式转子端环17h以及离合器34h。该永磁体转子26h为具有铜制内缠绕部的环形磁体。该马达10h具有内部定子12h，并且感应转子20h和永磁体转子26h位于定子12h外侧。离合器34h位于鼠笼式转子端环17h内侧。
[0111]图64中示出了根据本发明的马达10i的第九实施方式的侧视图。该马达10i包括定子121、永磁体转子261、感应转子201、鼠笼式转子端环17i以及离合器34i。该永磁体转子26i为具有铜制内缠绕部的环形磁体。该马达10h具有内部定子12i，并且感应转子20?和永磁体转子26i位于定子12i外侧。离合器34i位于鼠笼式转子端环17i外侧。
[0112]图65中示出了根据本发明的马达10j的第十实施方式的侧视图，图66中示出了沿着图65中的线66-66截取的马达10j的独立旋转的永磁体转子26j的截面图，以及图67中示出了沿着图65中的线67-67截取的马达10j的感应转子20j的截面图。该马达10j包括定子12j、感应转子20j、独立旋转的永磁体转子26j以及离合器34j，该感应转子20j旋转地固定至马达轴29，独立旋转的永磁体转子26 j通过衬套或轴承82与轴29同轴，该离合器34j将独立旋转的永磁体转子26j联接至轴29。与在马达10a-10i中的径向移位不同，该感应转子20j和独立旋转的永磁体转子26j轴向移位。
[0113]独立旋转的永磁体转子26j包括用于同步操作的永磁体(例如，环形磁体)84，并且包括杆22 j。杆22 j有助于在旋转定子磁通的方向上独立于永磁体84来启动永磁体26 j，从而使独立旋转的永磁体转子26 j联接至旋转定子磁通。此外,在双极60Hz的马达中,旋转定子磁通频率为3600rpm，所以即使该独立旋转的永磁体转子26j具有非常小的内部质量块且可自启动，仍会发生转换(skipping)。在独立旋转的永磁体转子26j中的转子杆22j有助于在这种转换的情况下使独立旋转的永磁体转子26j加速，使独立旋转的永磁体转子26 j加速直到永磁体84的磁通联接至旋转定子磁通，从而使得独立旋转的永磁体转子26 j变为同步速度。
[0114]在替代性的实施方式中，该独立旋转的永磁体转子26 j可以包括包绕独立旋转的永磁体转子26j的替代杆22j的上述感应条23。图60中示出了感应条23的立体图，以及图61中示出了展开的感应条23。该感应条23可以是铜带或有色金属带，并且可以在启动时提供与杆22j相同的益处。转子杆22j和感应条23两者都产生感应磁场，感应条23产生涡电流，并且转子杆产生磁通，转子杆22 j和感应条23两者都与所述定子磁通配合。
[0115]该马达10j包括离合器34j，该离合器34j可以为离合器34’、34”、34”，或34””，但是优选为离心式离合器34”’。离心式离合器34”’如图44和图46中所描述的那样进行操作。
[0116]图68中示出了根据本发明的马达10k的第十一实施方式。感应转子、永磁体转子和定子如同马达10j中的感应转子、永磁体转子和定子，但是马达10j中的离心式离合器被滑动式离合器34’代替。
[0117]工业应用
[0118]本发明在电动马达领域具有其工业应用。
[0119]发明的范围
[0120]虽然本文公开的本发明已通过其具体的实施方式和应用作出了描述，但是在不偏离权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可以对其作出多种改型和变化。
【权利要求】
1.一种混合式永磁体/感应马达,所述混合式永磁体/感应马达作为感应马达启动并且过渡成同步操作，所述马达包括: 马达轴； 固定的定子，所述固定的定子产生旋转的定子磁场； 旋转的转子，包括: 感应转子，所述感应转子同轴地固定至所述马达轴并且包括鼠笼状部以感生电流；以及 永磁体转子，所述永磁体转子与所述马达轴同轴并且以可变化的方式旋转地联接至所述马达轴，从而允许所述永磁体转子独立于所述马达轴旋转； 其中，所述定子磁场与所述鼠笼状部配合以每当所述感应转子的旋转与所述定子磁场的旋转不同步时在所述感应转子中感生电流，并且所述定子磁场与所述永磁体转子配合以使所述永磁体转子的旋转加速成与所述定子磁场的所述旋转同步。
2.根据权利要求1所述的混合式永磁体/感应马达,其中，随着所述马达轴和所述永磁体转子两者都接近同步转数，所述永磁体转子与所述马达轴之间的联接接近固定联接。
3.根据权利要求2所述的混合式永磁体/感应马达，其中，当所述马达轴与所述永磁体转子达到同步转数时，所述永磁体转子与所述马达轴之间的所述联接变为固定联接。
4.根据权利要求2所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述永磁体转子与所述感应转子通过电操作式离合器联接。
5.根据权利要求4所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述永磁体转子与所述马达轴之间的联接为机电离合器，在所述感应转子中的感应杆与所述定子磁场之间的滑动在启动时较大的情况下，所述机电离合器减弱所述永磁体转子与所述马达轴之间的联接。
6.根据权利要求2所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述永磁体转子与所述马达轴之间的联接为离心式离合器。
7.根据权利要求6所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述离心式离合器随着所述感应转子的速度增大而增强所述永磁体转子与所述马达轴之间的联接。
8.根据权利要求7所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述离心式离合器中的配重部随着所述感应转子旋转。
9.根据权利要求8所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述离心式离合器包括: 外钟形部，所述外钟形部旋转地固定至所述永磁体转子；以及 内质量部，所述内质量部包括多个质量块，所述多个质量块旋转地固定至所述感应转子并且径向自由接触所述外钟形部，并且所述多个质量块向所述外钟形部施加力以随着所述感应转子接近同步旋转速度而将所述感应转子的所述旋转联接至所述永磁体转子。
10.根据权利要求2所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述永磁体转子与所述马达轴之间的联接为滑动式离合器，所述滑动式离合器允许所述永磁体转子在启动时迅速加速。
11.根据权利要求10所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述滑动式离合器为离散位置滑动式离合器，所述离散位置滑动式离合器提供所述永磁体转子与所述感应转子之间的旋转对准的离散角度位置。
12.根据权利要求10所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述滑动式离合器为连续位置滑动式离合器，所述连续位置滑动式离合器提供所述永磁体转子与所述感应转子之间的旋转对准的连续角度范围的位置。
13.根据权利要求1所述的混合式永磁体/感应马达,其中,所述永磁体转子包括感应杆，所述感应杆在启动时与所述旋转的定子磁场配合以使所述永磁体转子加速。
14.根据权利要求1所述的混合式永磁体/感应马达,其中,所述永磁体转子包括感应条，所述感应条在启动时与所述旋转的定子磁场配合以使所述永磁体转子加速。
15.根据权利要求14所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述感应条包绕所述永磁体转子。
16.根据权利要求15所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述感应条包括间隔开的导电条，所有所述间隔开的导电条均在所述感应条的每个端部处电连接至导电环。
17.根据权利要求15所述的混合式永磁体/感应马达，其中，永磁体为环形永磁体并且所述感应条包括间隔开的导电条，所述间隔开的导电条在所述感应条的每个端部处电连接至导电环，所述感应条包绕所述环形磁体，从而提供感生转矩以使所述环形永磁体转子初始地加速。
18.根据权利要求17所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述感应条为厚度在0.015英寸与0.020英寸之间的铜条。
19.根据权利要求1所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述转子位于所述定子内侧。
20.根据权利要求19所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述永磁体转子位于所述感应转子内侧。
21.根据权利要求19所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述永磁体转子位于所述感应转子外侧。
22.根据权利要求19所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述永磁体转子定位成相对于所述感应转子轴向移位。
23.根据权利要求1所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述转子位于所述定子外侧。
24.根据权利要求23所述的混合式永磁体/感应马达，其中，所述永磁体转子位于所述感应转子内侧。
25.—种混合式永磁体/感应马达，所述混合式永磁体/感应马达作为感应马达启动并且过渡成同步操作，所述马达包括: 马达轴； 固定的定子，所述固定的定子产生旋转的定子磁场； 旋转的转子，包括: 感应转子，所述感应转子同轴地固定至所述马达轴并且包括鼠笼状部以感生电流；以及 永磁体转子，所述永磁体转子与所述马达轴同轴并且以可变化的方式旋转地联接至所述马达轴，从而在所述感应转子以低转数旋转时允许所述永磁体转子独立于所述马达轴旋转，并且随着所述感应转子接近同步转数使得所述永磁体转子逐渐联接至所述马达轴， 其中，所述定子磁场与所述鼠笼状部配合以每当所述感应转子的旋转与所述定子磁场的旋转不同步时在所述感应转子中感生电流，并且所述定子磁场与所述永磁体转子配合以使所述永磁体转子的旋转加速成与所述定子磁场的所述旋转同步。
26.—种混合式永磁体/感应马达，所述混合式永磁体/感应马达作为感应马达启动并且过渡成同步操作，所述马达包括: 马达轴； 固定的定子，所述固定的定子产生旋转的定子磁场； 旋转的转子，所述旋转的转子与所述马达轴同轴并且包括:感应转子，所述感应转子固定至所述马达轴并且包括鼠笼状部以感生电流；以及永磁体转子，所述永磁体转子与所述感应转子同轴并且通过离心式离合器以可变化的方式旋转地联接至所述感应转子，从而在所述感应转子以低转数旋转时允许所述永磁体转子独立于所述感应转子旋转，并且随着所述感应转子接近同步转数使得所述永磁体转子逐渐联接至所述感应转子， 其中，所述定子磁场与所述鼠笼状部配合以每当所述感应转子的旋转与所述定子磁场的旋转不同步时在所述感应转子中感生电流，并且所述定子磁场与所述永磁体转子配合以使所述永磁体转子的旋转加速成与所述定子磁场的所述旋转同步。
【文档编号】H02K1/27GK104321954SQ201380027148
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年4月18日 优先权日:2012年4月20日
【发明者】路易斯·芬克尔 申请人:路易斯·芬克尔