專(zhuān)利名稱(chēng)：分段定子開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)，更具體地說(shuō)涉及具有分段定子的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。
背景技術(shù)：
磁阻電機(jī)，如電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，通常包括一個(gè)安裝在機(jī)架內(nèi)側(cè)部分的定子和一個(gè)被支撐著的相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)子試圖旋轉(zhuǎn)到使得磁電路的磁阻最小化和被激勵(lì)的定子繞組電感最大化的位置時(shí)，磁阻電機(jī)就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一組定子繞組電流，將其輸出至定子繞組并產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子在這個(gè)磁場(chǎng)的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，試圖使得定子被激勵(lì)繞組的電感最大化。
在同步磁阻電機(jī)中，以一個(gè)被控頻率激勵(lì)繞組。用控制電路和/或變換器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的角位置。驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置激勵(lì)定子繞組。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)和操作在本領(lǐng)域中是已知的，T.J.E.Miller在文章“Switched Reluctance Motors and Their Control”，Magna PhysicsPublishing and Clarendon Press，Oxford，1993年中對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行了論述，該文在此處作為參考被引入。
傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)通常包括一個(gè)具有一個(gè)固體定子芯的定子或者一個(gè)具有多個(gè)由導(dǎo)磁物質(zhì)沖壓而成并堆疊在一起的環(huán)形定子板的堆疊式定子。定子板限定徑向向內(nèi)突出的定子極和位于臨近定子極之間的極間縫隙。定子通常包括徑向相對(duì)的定子極對(duì)。轉(zhuǎn)子也通常包括徑向相對(duì)的轉(zhuǎn)子極對(duì)。繞組或者線圈纏繞在定子極周?chē)＠p繞在一對(duì)徑向相對(duì)的轉(zhuǎn)子周?chē)睦@組互相連接，以形成一個(gè)相位線圈。
當(dāng)對(duì)相位線圈施加電流時(shí)，在定子極內(nèi)就會(huì)建立磁場(chǎng)，并且吸引一個(gè)轉(zhuǎn)子極對(duì)。相位線圈中的電流是按照預(yù)先設(shè)定的順序產(chǎn)生的，以便在轉(zhuǎn)子上生成轉(zhuǎn)矩。將電流施加給相位線圈的周期，將轉(zhuǎn)子極與定子極對(duì)齊的過(guò)程，被稱(chēng)作相位線圈的活躍階段。
在預(yù)定點(diǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子極與定子極對(duì)齊或者在其之前的某一點(diǎn)，相位線圈中的電流被轉(zhuǎn)換，以防止負(fù)轉(zhuǎn)矩作用在轉(zhuǎn)子極上。一旦到達(dá)轉(zhuǎn)換點(diǎn)，電流將不再被輸出到相位線圈并允許被耗散。這種允許電流在相位線圈中耗散的階段稱(chēng)為非活躍階段。
為了維持在轉(zhuǎn)子極上的轉(zhuǎn)矩，從而優(yōu)化機(jī)器的效率，重要的是維持轉(zhuǎn)子位置和每個(gè)相位線圈的活躍階段的恰當(dāng)?shù)年P(guān)系。如果相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置活躍階段被過(guò)早或過(guò)遲的啟動(dòng)和/或轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)子上的持續(xù)轉(zhuǎn)矩就不能得到保持，機(jī)器將不會(huì)以最優(yōu)效率工作。傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)用不斷感應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的方法來(lái)嘗試維持相位線圈的活躍階段和轉(zhuǎn)子位置。
有兩種不同的用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子角位置的方法。在“感應(yīng)”法中，用一個(gè)外側(cè)部分物理傳感器來(lái)感應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置。例如，一個(gè)具有霍爾效應(yīng)傳感器或者一個(gè)光傳感器的轉(zhuǎn)子位置傳感器(RPT)用物理的方法感應(yīng)轉(zhuǎn)子的角位置。在“無(wú)傳感器”法中，與驅(qū)動(dòng)電路相連的電子儀器在沒(méi)有外側(cè)部分物理傳感器的情況下得到轉(zhuǎn)子的角位置。例如，可以用測(cè)量未被激勵(lì)的繞組中的反電動(dòng)勢(shì)(EMF)的方法來(lái)得到轉(zhuǎn)子位置。在Kalpathi等人的美國(guó)專(zhuān)利6,011,368、6,107,772、Taylor等人的美國(guó)專(zhuān)利5,982,117、Tang等人的美國(guó)專(zhuān)利5,929,590、Mehlhom等人的美國(guó)專(zhuān)利5,883,485、Maes等人的美國(guó)專(zhuān)利5,877,568、Kolomeitsev的美國(guó)專(zhuān)利5,777,416、和MacMinn的美國(guó)專(zhuān)利4,772,839(在本文中都作為參考引入)中，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)相位線圈中的電感來(lái)估計(jì)出轉(zhuǎn)子位置。
另一種無(wú)傳感器方法將診斷脈沖輸出給未被激勵(lì)的繞組，并感應(yīng)由此產(chǎn)生的電響應(yīng)。例如，在MacMinn等人的美國(guó)專(zhuān)利4,959,596、和Vitunic的美國(guó)專(zhuān)利5,589,518(在本文中作為參考引入)中，驅(qū)動(dòng)電路采用了輸出到相位線圈的電壓感應(yīng)脈沖。
在使用“感應(yīng)”法的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，RPT檢測(cè)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的角位置。RPT提供給驅(qū)動(dòng)電路一個(gè)角位置信號(hào)，然后由這個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的繞組進(jìn)行激勵(lì)。RPT通常包括一個(gè)傳感器板，在其上具有一個(gè)或多個(gè)傳感器和一個(gè)連接在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上并與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)的光閘。這個(gè)光閘包括多個(gè)光閘齒，這些光閘齒隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而通過(guò)光傳感器。
由于轉(zhuǎn)子角位置信息對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的正常工作非常關(guān)鍵，采用復(fù)雜的對(duì)齊技術(shù)能夠確保RPT的傳感器板相對(duì)于機(jī)架和定子的恰當(dāng)?shù)奈恢?。傳感器板沒(méi)有對(duì)齊，將會(huì)影響到電機(jī)的操作。但是，這些復(fù)雜對(duì)齊技術(shù)的采用增加了帶有RPT的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的制造成本。
RPT還增加了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的整體尺寸，這就影響了對(duì)機(jī)器和產(chǎn)品的包裝要求。PRT的成本使得開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在適合于不需要RPT的開(kāi)環(huán)感應(yīng)電機(jī)的應(yīng)用中經(jīng)常處于不利的競(jìng)爭(zhēng)位置。
另一個(gè)關(guān)于RPT的缺點(diǎn)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)相關(guān)。位于封閉的轉(zhuǎn)子機(jī)架內(nèi)的磨損元件，如軸承，可能需要維修或者替換。為了取出磨損的元件，必須取下機(jī)架一端的擋板。由于傳感器板對(duì)齊的重要性，在取下?lián)醢宓臅r(shí)候通常需要采用復(fù)雜的對(duì)齊技術(shù)。如果服務(wù)工程師不恰當(dāng)?shù)氖褂昧藢?duì)齊技術(shù)，那么傳感器板就不會(huì)對(duì)齊，并且電動(dòng)機(jī)的性能也會(huì)受到影響。
當(dāng)采用“無(wú)傳感器”法感應(yīng)轉(zhuǎn)子角位置時(shí)，每個(gè)定子極繞組電氣特性的不同會(huì)極大的影響無(wú)傳感器驅(qū)動(dòng)電路正確得到轉(zhuǎn)子角位置的能力。大多數(shù)的無(wú)傳感器方法測(cè)量繞組的電阻和/或電感。如果一個(gè)繞組的電阻和/或電感與其他的不同，那么無(wú)傳感器驅(qū)動(dòng)電路就可能不能正確的得到轉(zhuǎn)子的角位置。
有幾種將繞組線安裝在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)定子上的傳統(tǒng)方法。繞組線可以先繞好然后再轉(zhuǎn)移到定子極上。轉(zhuǎn)移線圈往往在定子軸向端周?chē)舫鲱~外的繞組線或者線圈匝。轉(zhuǎn)移線圈通?？梢岳脦缀?0-65％的可用的定子縫隙區(qū)域。針式繞線采用一個(gè)針，直接將線纏繞在定子極上。然而，這個(gè)針占用了一些定子極縫隙區(qū)域的空間，這就使得縫隙的填充減少到了將近50％。采用這些方法形成的繞組使得繞組線在定子上的位置依各個(gè)定子極而不同。繞組蠕動(dòng)或者其他的組裝差別也隨時(shí)間而影響繞組線的電感和電阻，這樣由于定子突出部分的非一致性而導(dǎo)致“無(wú)傳感器”控制的精確執(zhí)行變得非常困難。
在繞組的纏繞和形成期間，將繞組線保持在位是非常困難的。尤其是對(duì)于通常具有不能很好的將繞組線很好保持的平行側(cè)邊的齒狀突出定子極的磁阻電機(jī)。柄腳(tang)或者圓形的突出已經(jīng)被應(yīng)用到突出定子極的放射狀內(nèi)端，以便提供用來(lái)將繞組線保持在位的限制表面。柄腳突出在臨近突出電極之間限制了縫隙開(kāi)口的尺寸。當(dāng)具有柄腳體積增大時(shí)，保持繞組線的能力也會(huì)得到改善。然而，當(dāng)柄腳體積增大時(shí)，縫隙開(kāi)口的尺寸也就相應(yīng)的縮小，這就使得采用傳統(tǒng)針式和轉(zhuǎn)移繞組的方法變得非常困難或不可能。柄腳的變寬還可能犧牲電機(jī)的性能。除了保持繞組線，加寬柄腳還有其他的電氣原因，這些纏繞方法可以防止這些問(wèn)題。
當(dāng)采用針式和轉(zhuǎn)移繞組法時(shí)，定子極上纏繞線的位置隨著定子極和電機(jī)的不同而不同。也就是說(shuō)，各繞組的匝放置位置不同，而且定子極繞組的橫截面圖形不同。結(jié)果，盡管都采用了相同的繞組匝數(shù)，定子極繞組的電感和電阻經(jīng)常隨著定子極的不同而不同。
盡管開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)比較成熟，但是仍然有幾個(gè)地方需要改進(jìn)。具體的，需要改進(jìn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。通過(guò)提高轉(zhuǎn)矩密度，對(duì)于給定的轉(zhuǎn)矩輸出，可以減小開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的尺寸和/或在保持原有體積的情況下增加轉(zhuǎn)矩輸出。電機(jī)實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩密度將賦予設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)產(chǎn)品中更大的靈活性，并通過(guò)產(chǎn)品差別化和/或改善利潤(rùn)率來(lái)提高產(chǎn)品的銷(xiāo)售。
還希望排除在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中對(duì)RPT的需要。還希望用一種具有更高的一致性和可重復(fù)性的方式來(lái)組裝開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，以通過(guò)減少定子的電感和電阻的差別來(lái)改善無(wú)傳感器開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的性能。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)具有多個(gè)定子段組件的分段定子。定子段組件限定了突出的定子以及極間的定子縫隙。每個(gè)定子段組件包括一個(gè)定子段鐵芯，一個(gè)安裝在定子段鐵芯的相對(duì)軸向端表面上的端帽組件，和纏繞在定子段鐵芯和端帽組件周?chē)睦@組線。轉(zhuǎn)子限定多個(gè)的轉(zhuǎn)子極。轉(zhuǎn)子趨向相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)使得被激勵(lì)的繞組的電感最大化。驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)轉(zhuǎn)子位置激勵(lì)纏繞在定子段組件周?chē)睦@組線。
根據(jù)本發(fā)明的其他特點(diǎn)，每個(gè)定子板都具有外輪緣部分和齒狀極部分。端帽組件包括一對(duì)安裝在定子段鐵芯的相對(duì)軸向端表面上的端帽組件，和一對(duì)與安裝在定子段鐵芯的相對(duì)側(cè)的端帽相連接的固定器板。端帽組件定義了一個(gè)其中纏繞著繞組線的環(huán)形保持通道。保持通道方便了纏繞過(guò)程中精度的提高，并且往往減少使用中的繞組蠕動(dòng)。
通過(guò)提供一個(gè)分段定子，本發(fā)明改善了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。從而，對(duì)于給定的轉(zhuǎn)矩輸出，能夠提高開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出和/或減少開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的的尺寸。另外，可以在制造中使定子段組件具有更強(qiáng)的電氣一致性，并具有更小的電感和電阻差別?？梢允褂脽o(wú)傳感器轉(zhuǎn)子位置感應(yīng)技術(shù)，以極大的降低開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的制造成本，并改善可靠性。
從說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求和附圖可以更加清楚的理解其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1示出了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的分段定子和轉(zhuǎn)子；圖2A給出了一個(gè)定子板；圖2B給出了圖7B中定子板的齒寬度、投影寬度和定子極??；圖3是一個(gè)與定子關(guān)聯(lián)的定子段組件的立體圖；圖4示出了驅(qū)動(dòng)電路和用于將驅(qū)動(dòng)電路連接至定子段組件終端的電路板；圖5A示出了定子段組件，為了更好的示出定子板堆和端帽組件，取下了組件上的繞組線和絕緣物質(zhì)；圖5B是圖5A中所示端帽組件的平視圖；圖5C是圖5B中所示端帽組件的端視圖；圖6A類(lèi)似于圖5A，其區(qū)別在于采用了另一種端帽；
圖6B是圖6A中所示另一種端帽組件的平視圖；圖6C是圖6B中所示另一種端帽組件的端視圖；優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明如下的詳細(xì)說(shuō)明只提供了優(yōu)選示例性實(shí)施例，但并不打算限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用、或者配置。相反，該優(yōu)選示例性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供了可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明優(yōu)選范例實(shí)施例的描述。應(yīng)該明白，在不背離所加權(quán)利要求中列出的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明中要素的功能和配置進(jìn)行不同的修改。
參見(jiàn)附圖，圖中示出了一個(gè)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)10包括一個(gè)機(jī)架12、一個(gè)安裝在機(jī)架12上的分段定子14、和一個(gè)被支撐著相對(duì)于分段定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子16。根據(jù)本發(fā)明，分段定子14包括多個(gè)定子段組件18，這些組件可以獨(dú)立組裝并且隨后與其它定子段組件進(jìn)行組合，以提供一個(gè)分段定子14。正如下面將要詳細(xì)說(shuō)明的，每個(gè)定子段組件18包括一個(gè)定子段鐵芯20、一個(gè)支持定子段鐵芯20的端帽組件22、和一個(gè)纏繞在定子段鐵芯20和端帽組件22上的繞組線24。
參見(jiàn)圖1、2A和2B，定子段鐵芯20包括一個(gè)固體核或者一堆獨(dú)立定子板26。每個(gè)定子板26包括一個(gè)弧形外輪緣部分28和一個(gè)齒狀電極部分30。外輪緣部分28的外輪緣表面32被成型以安裝在機(jī)架12的內(nèi)壁表面34上。每個(gè)外輪緣部分28具有一個(gè)形成于其一個(gè)端表面38的舌狀突出36和一個(gè)形成于相對(duì)的端表面42的凹槽40。這種舌形和凹槽的設(shè)置在生產(chǎn)過(guò)程中使定子段組件的對(duì)齊。定子板26的每個(gè)電極部分30具有一個(gè)弧形的內(nèi)邊緣表面44和一對(duì)周向擴(kuò)展突出46。
如前所述，定子段鐵芯20是由多個(gè)的堆疊在一起的定子板26限定的。定子板26是用導(dǎo)磁物質(zhì)的薄片沖切而成的。在沖切過(guò)程中，第一對(duì)切口50被切在外輪緣部分28，第二對(duì)切口52被切在齒狀電極部分30。切口50橫向地相對(duì)于切口52對(duì)齊。在將形成定子段鐵芯20的定子板26是堆疊在一起之后，要用一個(gè)沖壓過(guò)程來(lái)使切口50和52之間的中間部分變形。這樣的操作使得定子板26之間可松開(kāi)地互相連接來(lái)定義定子段鐵芯20。
從圖中可以看出，轉(zhuǎn)子16包括一個(gè)環(huán)形輪緣部分54和多個(gè)的從邊緣部分54向外徑向突出的齒狀極部分56。環(huán)形孔58成型于轉(zhuǎn)子16上并且可以包括鍵槽60。轉(zhuǎn)子16的環(huán)形孔58接收轉(zhuǎn)子軸(圖中沒(méi)有示出)。在這個(gè)特定的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子16具有八個(gè)等間距隔開(kāi)的轉(zhuǎn)子極部分56，分段定子14具有十二個(gè)等間距隔開(kāi)的齒狀電極部分30。還可以有其它定子極和轉(zhuǎn)子極的組合。另外，每個(gè)轉(zhuǎn)子極部分56具有一個(gè)弓形的外輪緣表面62，在這個(gè)外輪緣表面和定子板26的齒狀電極部分30上的弓形內(nèi)邊緣表面44之間形成一個(gè)空氣縫隙63。
參見(jiàn)圖2B，圖中示出了齒寬W1，突起寬度W2和定子極弧Bs。作為對(duì)定子進(jìn)行分段的結(jié)果，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)定子分段組件尺寸時(shí)具有更大的靈活性。當(dāng)采用針式和傳輸繞組方法時(shí)，突起寬度W2受到定子齒狀突出的徑向內(nèi)端之間縫隙張開(kāi)尺寸的約束。當(dāng)采用分段定子組件時(shí)，可以消除這種約束，這是因?yàn)樵诮M裝到定子上之前，定子齒可以被分別纏繞。
齒寬W1決定了定子齒中的磁通密度，以及在極之間的定子縫隙有多大區(qū)域是可以被繞組線利用的。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)者可以選擇齒寬W1，這樣就可以充分調(diào)節(jié)定子極中的最大預(yù)定磁通，但并不超過(guò)需要的寬度。通過(guò)優(yōu)化齒寬W1，可以增大縫隙區(qū)域，可以容納額外的繞組線。通過(guò)在并不引起熱度過(guò)高的前提下提高電流的載荷能力，可以改善開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。定子板的設(shè)計(jì)還依賴于其他的因素，例如所選擇的鋼的類(lèi)型、定子堆的軸向長(zhǎng)度、工作速度、電動(dòng)機(jī)的整體尺寸和所需的定子齒中的磁通密度。
參見(jiàn)圖3，其中所示了完全組裝的定子段組件18，包括定子段鐵芯20、端帽組件22和繞組線24。端帽組件22由透磁物質(zhì)制成，并且包括第一端帽64A、第二端帽64B和一對(duì)長(zhǎng)的繞組固定器部分66。第一端帽64A位于定子段鐵芯20的一端，第二端帽64B位于定子段鐵芯20的相對(duì)一端。繞組固定器部分66連接第一和第二端帽64A和64B，并且位于臨近突起46、靠近定子板26的電極部分30的徑向內(nèi)端的附近。端帽64A和64B的結(jié)構(gòu)最好相似。同樣，固定器部分66在結(jié)構(gòu)上也最好相似?？梢圆捎媒硬寮?lái)將每個(gè)固定器66的另一端連接到端帽64A和64B上。另外，可以采用粘合劑來(lái)將端帽64A和64B粘合在定子段鐵芯20的相對(duì)端上，還可以用粘合劑將固定器部分粘合在定子段鐵芯20的側(cè)面。端帽64A和64B以及固定器部分66也可以鑄造成為一個(gè)完整的端帽組件22。由于第一端帽64A和與第二端帽64B相類(lèi)似，下面對(duì)組成部分的說(shuō)明中將采用帶有后綴“A”的參考號(hào)來(lái)表示第一端帽64A，用帶有后綴“B”的參考號(hào)來(lái)表示相似的第二端帽64B。
在圖3和圖5A中所示的終端70和72將要安裝在形成在第一端帽64A的一個(gè)端表面78A中的縫隙74和76(圖5C)中。繞組線24的一端連接在第一末端70上，繞組線24的另一相對(duì)端連接在第二末端72上。在繞組線24和定子段鐵芯20的側(cè)面覆蓋有絕緣物質(zhì)77。在定子段鐵芯20和繞組線24之間也有絕緣物質(zhì)77(但沒(méi)有示出)。
參見(jiàn)圖4，驅(qū)動(dòng)電路80通過(guò)連接線82、84和86與印刷電路板88相連接。印刷電路板88是環(huán)形的，并且具有多個(gè)的徑向向外突出的終端片90。每個(gè)終端片90具有用于安裝每個(gè)定子段組件18的終端70和72的傳導(dǎo)終端槽92和94。驅(qū)動(dòng)電路80用于控制對(duì)定子段組件18上的繞組線24的激勵(lì)。
為了更加清楚的示出端帽組件22的結(jié)構(gòu)，圖5A示出了在纏繞上繞組線24之前的定子段組件18。第一端帽64A包括用中心部分102A相互連接的一個(gè)外側(cè)部分98A和一個(gè)內(nèi)側(cè)部分100A，共同定義了公共表面104A。表面104A鄰接并且與定子段鐵芯20的端表面106相接合。類(lèi)似地，第二端帽68B表面104B鄰接并且與定子段鐵芯20的端表面108相接合。當(dāng)?shù)谝欢嗣?4A被固定在定子段鐵芯20上時(shí)，其外側(cè)部分98A相對(duì)于外輪緣部分28稍微徑向向內(nèi)連接，并且同時(shí)保持與外輪緣部分28相平行。中心部分102A與齒狀電極部分30對(duì)齊，內(nèi)側(cè)部分100A與內(nèi)邊緣表面44和突起46對(duì)齊并沿它們的側(cè)面延伸超過(guò)它們。當(dāng)?shù)诙嗣?4B被固定在定子段鐵芯20的另一端表面108上時(shí)，提供一種相似的對(duì)齊。此外，中心部分102A和102B的寬度要小于或等于定子段鐵芯20的齒狀電極部分30的寬度。固定器部分66的相對(duì)端分別與端帽64A和64B的表面104A和104B相連，與內(nèi)側(cè)部分100A與100B相鄰。這樣，端帽組件22具有連續(xù)的環(huán)形通道，在其中繞組線24可以被精確的安裝和保持。
圖5B示出了第一端帽64A的內(nèi)側(cè)部分100A和第二端帽64B的內(nèi)側(cè)部分100B，他們都是矩形的。然而，可以采用其他的形狀(即，半園形、方形、錐形等)。作為進(jìn)一步的選擇，固定器部分66可以被做成懸臂部分，與端帽64A和/或64B形成整體，并適用于連接相對(duì)的端帽的內(nèi)側(cè)部分。為了減小端帽組件22的重量，側(cè)面軸向凹槽110和中心軸向凹槽112可以形成在端帽64A和64B的外側(cè)部分。類(lèi)似地，也可以形成空腔114來(lái)進(jìn)一步減少重量。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖6A、6B和6C，圖中示出了可選的用于連接定子段鐵芯20并支撐繞組線24的帽組件122。圖5A、5B和5C中的參考號(hào)將用于適當(dāng)?shù)臉?biāo)識(shí)相同的元件。具體地，第一端帽124A通常與第一端帽64A類(lèi)似。該可選端帽組件122包括一對(duì)附加的固定器部分。一個(gè)外固定器部分126A在臨近外側(cè)部分98A處從公共表面104A軸向伸展，以便用于連接第二端帽124B的外側(cè)部分98B。外固定器部分126B類(lèi)似的從其公共表面104B軸向伸展，以便用于連接第一端帽124A的公共表面104A。外固定器部分126A和126B為端帽組件22提供額外的支撐。此外，外固定器部分126A和126B填充定子段鐵芯20的沖切下的部分，并且消除內(nèi)壁表面130上的可能在纏繞過(guò)程中刮擦繞組線的鋒利邊緣。外固定器部分126A和126B具有錐形的剖面，以緊密的配合外輪緣部分28的內(nèi)側(cè)部分弓形表面130(圖2)。
從前面的描述可以看出，根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的分段定子改善了轉(zhuǎn)矩密度，這部分是通過(guò)提高縫隙的填充、允許更加精確的定子段組件纏繞(這改善了繞組和縫隙之間的熱交換)和提供一個(gè)對(duì)于整體長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)更加活躍的終端匝數(shù)長(zhǎng)度(由于減小了終端匝數(shù))。
可以以很大的電氣一致性和很小的電感和電阻的變化制造電機(jī)的定子段組件。結(jié)果，可以采用無(wú)傳感器轉(zhuǎn)子位置感應(yīng)技術(shù)，這極大的降低了制造成本并改善了可靠性和適用性。由于定子段的制造公差已經(jīng)得到了改善，可以采用低成本驅(qū)動(dòng)電路和/或可以實(shí)現(xiàn)更加精確的控制。另外，根據(jù)本發(fā)明的端帽組件能夠防止繞組蠕動(dòng)，并且還有助于改善定子段組件在使用中的電氣一致性。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從前面的說(shuō)明看出，本發(fā)明的主要內(nèi)容可以用多種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，雖然對(duì)本發(fā)明的描述是與具體例子相結(jié)合的，但是本發(fā)明的實(shí)際范圍不應(yīng)受此局限，這是因?yàn)樵谘芯苛烁綀D、說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求之后，本領(lǐng)域的從業(yè)人員就會(huì)理解對(duì)本發(fā)明的其他修改。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，包括一個(gè)包括多個(gè)周向間隔開(kāi)的定子段組件的定子，定子段組件包括定子段鐵芯和纏繞在該定子段鐵芯上的繞組線；限定多個(gè)的轉(zhuǎn)子極的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子趨向相對(duì)于所述定子旋轉(zhuǎn)，以使得被激勵(lì)繞組的電感最大化；以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置激勵(lì)纏繞在定子段組件周?chē)睦@組線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其中所述的定子段鐵芯包括堆疊在一起的定子板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其中所述的定子板包括一個(gè)徑向的外輪緣部分；以及一個(gè)從所述徑向外輪緣部分的中心部分徑向向內(nèi)延伸的齒狀部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)還包括位于所述繞組線和所述定子段鐵芯之間的絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)還包括從所述齒狀部分的一個(gè)徑向內(nèi)端相對(duì)的兩側(cè)伸展出的突出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)還包括連接到所述定子段鐵芯的對(duì)相表面的第一和第二端帽；以及第一和第二端帽固定器部分，沿所述突起伸展，并連接所述第一和第二端帽相，其中所述第一和第二端帽以及所述第一和第二端帽固定器部分減小在使用中所述繞組的移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其中所述的定子段鐵芯的定子板包括徑向和橫向的切口以及由沖壓機(jī)使之形變以將定子板堆疊在一起的第一和第二中心部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其中所述的驅(qū)動(dòng)電路用無(wú)傳感器技術(shù)感應(yīng)轉(zhuǎn)子位置。
9.在一個(gè)包括一個(gè)定子、一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)機(jī)架的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中，改進(jìn)的定子包括多個(gè)周向間隔開(kāi)的定子段組件，被沿所述機(jī)架的內(nèi)表面設(shè)置；每個(gè)所述的定子段組件限定一個(gè)徑向向內(nèi)伸展的突出定子極，其中在臨近定子段組件之間定義了極間定子縫隙，以及所述的定子段組件包括一個(gè)定子段鐵芯和纏繞在所述定子段鐵芯上的繞組線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的改進(jìn)的定子，其中所述定子段鐵芯包括堆疊在一起的定子板。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的改進(jìn)的定子，其中所述的定子板包括一個(gè)徑向的外輪緣部分；以及一個(gè)從所述徑向外輪緣部分的中心部分徑向向內(nèi)延伸的齒狀部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的改進(jìn)的定子還包括位于所述繞組線和所述定子段鐵芯之間的絕緣層。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的改進(jìn)的定子還包括從所述齒狀部分的徑向內(nèi)端相對(duì)的兩側(cè)伸展出的突出。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的改進(jìn)的定子還包括連接到所述定子段鐵芯的對(duì)相軸向末端的第一和第二端帽；第一和第二端帽固定器部分，沿所述突起伸展，并連接所述第一和第二端帽，其中所述第一和第二端帽以及所述第一和第二軸向端帽固定器部分減小在使用中所述繞組的移動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的改進(jìn)的定子，其中所述的定子段鐵芯的定子板包括徑向和橫向的切口以及被形變以將定子板堆疊在一起的第一和第二中心部分。
16.一種開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)包括一個(gè)機(jī)架；一個(gè)相對(duì)于所述機(jī)架旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子；一個(gè)安裝在所述機(jī)架內(nèi)表面上的定子，所述定子包括多個(gè)周向間隔來(lái)的定子段組件，其中所述的定子段組件包括形成定子段鐵芯的堆疊在一起的多個(gè)定子板和纏繞在所述定子段鐵芯上的繞組線，其中每個(gè)定子板都具有基本上“T”形的橫截面、一個(gè)徑向外輪緣部分和一個(gè)從所述徑向外輪緣部分的中心部分徑向向內(nèi)延伸的齒狀部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)還包括位于所述繞組線和所述定子段鐵芯之間的絕緣層。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)還包括從所述齒狀部分的徑向內(nèi)端相對(duì)的兩側(cè)伸展出的突出。
19.根據(jù)權(quán)利要求16中開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)還包括連接到所述定子段鐵芯的對(duì)相軸向末端的第一和第二端帽；以及第一和第二端帽固定器部分，沿所述突起伸展，并連接所述第一和第二端帽，其中所述第一和第二端帽以及所述第一和第二軸向端帽固定器部分減小在使用中所述繞組的移動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其中所述的定子段鐵芯的定子板包括徑向和橫向的切口以及被形變以將定子板堆疊在一起的第一和第二中心部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求14的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)還包括一個(gè)與所述定子段組件的所述繞組線相連的驅(qū)動(dòng)電路，其中所述驅(qū)動(dòng)電路利用無(wú)傳感器轉(zhuǎn)子技術(shù)感應(yīng)轉(zhuǎn)子位置。
全文摘要
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(10)包括一個(gè)具有多個(gè)周向間隔開(kāi)的定子段組件(18)的定子(14)，所述定子段組件包括突出的定子極和極間定子縫隙。每個(gè)定子段組件(18)包括一個(gè)由堆疊在一起的多個(gè)定子板形成的定子段鐵芯(20)、一個(gè)端帽組件(22)和纏繞在所述定子段鐵芯(20)及端帽組件(22)上的繞組線(24)。轉(zhuǎn)子(16)限定了多個(gè)定子極(56)。轉(zhuǎn)子趨向相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)到一個(gè)使得被激勵(lì)繞組的電感最大化的旋轉(zhuǎn)位置。一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置激勵(lì)所述定子段組件上的繞組線。每個(gè)定子板包括一個(gè)第一徑向外輪緣部分和一個(gè)從所述第一徑向外輪緣部分的中心部分徑向向內(nèi)延伸的齒狀部分。
文檔編號(hào)H02K1/14GK1502161SQ02807946
公開(kāi)日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2002年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月12日
發(fā)明者C·T·皮奇, D·J·威廉斯, J·A·韋弗, M·皮龍, S·P·蘭達(dá)爾, R·S·華萊士, M·L·麥克萊蘭, C T 皮奇, 蘭達(dá)爾, 華萊士, 威廉斯, 韋弗, 麥克萊蘭 申請(qǐng)人:美國(guó)艾默生電氣公司