专利名称：具有圆锥形定子的永磁电机的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及永磁电机，更具体地涉及用于扩展这种电机的范围和转矩的系 统和方法。
背景技术：
永磁电机用于各种场合中，包括混合动力轿车、传统汽车等。总体来说，典型的永 磁电机包括转子，该转子具有附接到或嵌入其外部的永磁体组，并且构造成关于定子轴向 旋转。定子和转子一般是同心的，使得在它们之间形成固定的气隙。目前已知的永磁电机在许多方面都不能令人满意。例如，已知的是，对于任何给定 的旋转速度，达到最大转矩所必需的气隙不是恒定的。因此，传统的固定气隙电机典型地在 较窄的速度范围上提供优化的转矩。此外，永磁电机产生的反电动势(back-EMF)取决于气隙大小。在故障状态期间， 该反电动势电压可能足够大以导致逆变器开关的失效。因此，希望在一定条件下增大气隙 以降低反电动势，从而降低逆变器开关的电压要求。因此，希望提供改进的永磁电机，其具有优化的转矩特性。结合附图和前述技术领 域和背景技术，通过下面的详细描述和所附权利要求书，本发明另外的期望特征和特性将 变得明显。
发明内容
根据一个实施例的永磁电机包括定子、转子、以及定子和转子之间的气隙，所述转 子构造成关于定子同轴旋转并且具有联接到所述转子的多个永磁体，所述气隙具有连续可 调的大小以优化转矩，降低反电动势等。本发明还提供了以下方案方案1. 一种永磁电机，包括定子；转子，所述转子构造成关于所述定子同轴旋转并且具有联接到所述转子的多个永 磁体；以及所述定子和所述转子之间的气隙；其中，所述气隙的大小是连续可调的。方案2.如方案1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子具有大致锥形的内表面， 所述转子具有大致锥形的外表面，所述气隙由所述定子的内表面和所述转子的外表面限定。方案3.如方案2所述的永磁电机，其特征在于，所述定子的内表面和所述转子的 外表面均大致为圆锥形并且是同心的。方案4.如方案3所述的永磁电机，其特征在于，所述转子构造成在所述定子内轴 向平移。
方案5.如方案4所述的永磁电机，其特征在于，轴向平移与气隙大小变化的比值在约2. 9和5. 75之间。方案6. —种用于永磁电机的定子，包括；限定外表面的多个表面安装磁体；其中，所述外表面为大致锥形并且构造成在匹配的转子内轴向平移。方案7.如方案6所述的定子，其特征在于，所述外表面为圆锥形。 方案8.如方案7所述的定子，其特征在于，所述外表面由圆锥体限定，所述圆锥体 具有的底与高的比在约0. 25到3. 0之间。方案9. 一种操作永磁电机的方法，包括提供定子；提供转子，所述转子构造成关于所述定子同轴旋转并且具有联接到所述转子的多 个永磁体，其中，所述定子和所述转子之间限定了气隙；在旋转期间调节所述转子关于所述定子的位置以调节所述气隙的大小。方案10.如方案9所述的方法，其特征在于，所述定子具有大致锥形的内表面，所 述转子具有大致锥形的外表面，所述气隙由所述定子的内表面和所述转子的外表面限定。方案11.如方案10所述的方法，其特征在于，所述定子的内表面和所述转子的外 表面均大致为圆锥形并且是同心的。方案12.如方案11所述的方法，其特征在于，所述转子构造成在所述定子内轴向 平移。方案13.如方案12所述的方法，其特征在于，轴向平移与气隙大小变化的比值在 约2. 9和5. 75之间。方案14.如方案1所述的方法，进一步包括当对所述永磁电机的属性进行监控时， 在旋转期间连续调节所述气隙以优化该属性。方案15.如方案14所述的方法，其特征在于，所述属性是转矩。方案16.如方案1所述的方法，进一步包括连续调节所述气隙以最小化反电动势。
结合下面的附图，通过参照详细描述和权利要求，可更加全面地理解本发明。在全 部附图中，相同的附图标记表示相似的元件。图1是具有表面安装磁体的典型永磁电机的总体轴向剖视图；以及图2和图3是根据一个实施例的永磁电机的概念性侧视图，其中示出了可变化的气隙。
具体实施例方式下面的论述总体上涉及具有锥形或圆锥形定子(以及匹配的转子)的永磁电机， 该定子能够轴向移动以实现可变化的气隙。在这点上，下面的详细描述本质上仅仅是示例 性的，并不试图限制本发明或其应用和用途。此外，没有意图通过前面的技术领域、背景技 术、发明内容或下面的详细描述中出现的任何明示或暗示的理论来加以约束。为了简洁起 见，涉及磁性、永磁电机、马达等的常规技术和原理不需要并且不在本文中加以描述。
图1示出了用于描述本发明的典型永磁电机100的轴向剖视图。总体而言，转子 120具有附接到其外部的永磁体组，并且转子120构造成关于定子110轴向旋转，从而引起 轴130的旋转。定子110和转子120大体上是同心的，使得在它们之间形成气隙115。参见图2和图3所示的侧面剖视图，根据本发明的永磁电机(或简称为“电 机”)100通常包括定子110和转子120，转子120构造成关于定子110同轴旋转并具有包含 在外表面内的多个永磁体(未示出)。气隙115形成在转子120的外表面和定子110的内表面之间。根据本发明，气隙 115的大小是连续可调的，从而允许根据任何期望标准对电机100的工作进行优化。定子110和转子120的每一个均具有大致锥形的内表面。也就是说，直径沿z轴 (旋转轴线102)单调增或单调减。在所示实施例中，定子110的内表面和转子120的外表 面均大致为圆锥形并且是同心的。因此，在这两个表面之间形成了具有大小为屯的不变间 隙 115。如图3所示，转子120构造成在定子110内轴向平移(AX)，从而增大或减小气隙 115 (例如，屯〉^)。可选择轴向平移与气隙大小变化Ad的比值(即AX/AZ)以实现气 隙值的任何期望的解(resolution)和范围。在一个实施例中，例如，该比值在约2. 9和5. 75 之间。限定定子和转子的圆锥体形状可具有任何合适的底/高比，例如在约0. 25到3. 0之 间。间隙可在例如约0. 7mm到4. 0mm之间调节。由于气隙115在旋转期间是连续可调的，所以当对永磁电机的属性进行监控时可 在旋转期间改变气隙，从而允许对属性进行优化。在一个实施例中，对于任何的特定条件， 可在例如最小化反电动势时最大化电机100的转矩。这种调节可为开环的(设置特定的气 隙大小以实现相应的实验确定的扭矩)或闭环的(提供控制系统，该控制系统连续地对特 性进行监控并且迭代地改变气隙大小以优化该特性)。本发明人发现上述可调节的气隙系统使得永磁电机具有非常期待的特性。例如， 通过根据旋转速度改变气隙，可在任何给定的空间限制内获得更高的功率输出。同时，随着 气隙增大，电动势(EMF)电压降低。在故障状态期间，此类电动势电压会导致任何相关联的 逆变器开关故障。因此，降低电动势电压降低了逆变器开关的电压要求。虽然在前面的详细描述中已经给出了至少一个示例性实施例，但是应当意识到仍 然存在数量众多的变化形式。还应当意识到的是，本文所描述的一个或多个示例性实施例 并不旨在以任何方式对本发明的范围、应用性或构造进行限制。前面的详细描述为本领域 技术人员提供了用于实施所述一个或多个实施例的方便且有启发性的路径图。应当理解， 在不偏离本发明及其法律等同物的范围的情况下，可对元件的功能和布置进行各种改变。
权利要求
一种永磁电机，包括定子；转子，所述转子构造成关于所述定子同轴旋转并且具有联接到所述转子的多个永磁体；以及所述定子和所述转子之间的气隙；其中，所述气隙的大小是连续可调的。
2.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子具有大致锥形的内表面，所述 转子具有大致锥形的外表面，所述气隙由所述定子的内表面和所述转子的外表面限定。
3.如权利要求2所述的永磁电机，其特征在于，所述定子的内表面和所述转子的外表 面均大致为圆锥形并且是同心的。
4.如权利要求3所述的永磁电机，其特征在于，所述转子构造成在所述定子内轴向平移。
5.如权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，轴向平移与气隙大小变化的比值在约 2. 9禾口 5. 75之间。
6.一种用于永磁电机的定子，包括； 限定外表面的多个表面安装磁体；其中，所述外表面为大致锥形并且构造成在匹配的转子内轴向平移。
7.如权利要求6所述的定子，其特征在于，所述外表面为圆锥形。
8.如权利要求7所述的定子，其特征在于，所述外表面由圆锥体限定，所述圆锥体具有 的底与高的比在约0. 25到3. 0之间。
9.一种操作永磁电机的方法，包括 提供定子；提供转子，所述转子构造成关于所述定子同轴旋转并且具有联接到所述转子的多个永 磁体，其中，所述定子和所述转子之间限定了气隙；在旋转期间调节所述转子关于所述定子的位置以调节所述气隙的大小。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述定子具有大致锥形的内表面，所述转 子具有大致锥形的外表面，所述气隙由所述定子的内表面和所述转子的外表面限定。
全文摘要
本发明涉及具有圆锥形定子的永磁电机。具体地，永磁电机包括定子、转子、以及定子和转子之间的气隙，所述转子构造成关于定子同轴旋转并且具有连接到所述转子的多个永磁体，所述气隙具有连续可调的大小。可调节气隙以在旋转期间优化扭矩，最小化反电动势或者优化永磁电机的任何特性。
文档编号H02K21/02GK101867274SQ20101016329
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月16日 优先权日2009年4月16日
发明者A·L··小麦格鲁, A·M·埃尔-安塔布利, T·J·阿尔费尔曼 申请人:通用汽车环球科技运作公司;通用汽车有限责任公司