[发明专利]定子组件磁通对准

说明书

本发明涉及一种定子组件磁通对准，尤其涉及一种用于轴向磁通永磁电机的定子组件。定子组件可包括：一组定子线棒，以及用于定子线棒的一组靴部。靴部可提供于定子线棒的一端或每一端。定子组件还可包括一组线圈，每个线圈缠绕在各自的定子线棒上。每个靴部具有与一个定子线棒的端部相邻的内表面。每个定子线棒的端部具有边沿，并且每个内表面在边沿的一部分上具有切除区域，以减少定子线棒端部的磁通量分量。

技术领域

本发明涉及具有降低的功率损耗的轴向磁通永磁电机的定子组件及其制造方法。

背景技术

如本文所述，轴向磁通永磁电机可以是电动机或发电机。通常，这种电机通常具有围绕轴线布置的盘形或环形转子和定子结构。定子包括一组线圈，每个线圈都平行于轴线，转子承载一组永磁体并安装在轴承上，以便可以在由定子线圈产生的磁场驱动下绕轴线旋转。

图1a显示了示例轴向磁通电机的一般配置，在定子S的任一侧具有一对转子R1、R2，尽管简单的结构可以省略其中一个转子。在转子和定子之间存在气隙G，并且在轴向磁通电机中，通过气隙的磁通方向基本上是轴向的。另一种配置(未示出)扩展了这种配置并具有三个定子和两个转子。图1b显示了一个示例配置，具有单个转子(其两侧可以具有永磁体)和两个定子，分别位于转子的任一侧。还可以是其他的变型。

还可能存在轴向磁通永磁电机的各种变型配置，其取决于例如转子上北极和南极的布置。图1c(从左到右)说明了Torus NS电机、Torus NN电机(由于NN磁极排列需要磁通流过轭的厚度，因而具有较厚的轭)、双定子单转子Torus NS电机和YASA(无轭分段式电枢)拓扑的基本配置。YASA拓扑图示出了通过两个线圈的横截面，断面线区域示出了每个线圈周围的绕组。在此，取消定子磁轭可显着减轻重量和铁损，但也存在缺陷。其一是铁提供的定子结构强度的损失，尽管由于YASA拓扑结构紧凑并且可能导致非常大的应力，因此对强度的需求可能会增加。其二是热量从定子线圈中逸出的路径丢失，因此冷却剂可能会在电机中循环。

在此类电机中，需要最大限度地减少多余热量的产生。更具体地说，从图1c中可以看出，为了高效运行，即高磁阻气隙中的损耗最小，转子和定子之间的间隙应尽可能小。然而，这是一个问题，因为它抑制了该区域的热量损耗。这个问题在YASA拓扑中可能特别严重。还普遍需要降低损耗和提高电效率的设计。背景现有技术描述于EP2760112A、JPH04169205A、JP2003/303728A、US5382853、KR101123676B和WO2020/072734中。

发明内容

解决冷却问题的一种方法是减少定子本身的热量产生。这可以通过降低每个定子线棒中的涡电流来实现，定子线棒通常由导电金属(例如铁)或铁基材料或合金或软磁复合材料制成。

通常，通过定子线棒的任何磁通都会在定子线棒内产生不需要的涡电流，从而导致电阻损耗。减少这些涡电流的一种方法是制造叠层定子线棒。叠层定子线棒是由一系列堆叠的叠层或层形成的定子线棒。定子线棒的分层特性防止涡电流垂直于叠层平面(即平行于叠层的堆叠方向)传播。然而，在叠层定子线棒中，涡电流可能会在叠层平面内由垂直于叠层平面传播的磁通量分量产生。因此，减少定子中电阻损耗的一种方法是减少或最小化定子线棒内平行于叠层的堆叠方向行进的磁通量分量。

根据第一方面，在此描述了一种用于轴向磁通永磁电机的定子组件。定子组件可包括：一组定子线棒(或等效的齿)，以及用于定子线棒的一组靴部。可在定子线棒的一端或每一端提供靴部。定子组件还可包括一组线圈，每个线圈缠绕在各自的定子线棒(或齿)上。每个靴部具有与定子线棒之一的端部相邻的内表面。每个定子线棒(或齿)的端部具有边沿，并且每个靴部内表面在边沿的一部分上具有切除区域，以减少定子线棒(或齿)端部的磁通量分量。

用语“切除区域”并不意在暗示形成这些区域的方法，而是仅指定子靴部的内表面中材料已从其去除或以其他方式(例如在成型工艺)中限制的区域。