专利名称：具有相偏移的横向和/或换向通量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动系统，尤其是涉及横向通量机器和换向通量机器。
背景技术：
齿槽效应转矩是大多数永磁电动机器(例如电动马达和发电机)中存在的情况。未通电时，电动机器会朝产生最低磁路磁阻(或最高磁导)的旋转位置而去。这种情况可视为电动机器旋转的间歇阻力。由于齿槽效应转矩交替“阻止”和“促进”电动机器的旋转，因此在电动机器旋转时净齿槽效应转矩为零。然而，因为在电动机器的大多数旋转位置上瞬时齿槽效应转矩不为零，所以齿槽效应转矩导致电动机器内产生噪音和振动。这会潜在地导致电气和/或机械部件的磨损和/或过早故障。另外，还会导致由电动机器驱动的系
统内和/或驱动电动机器的系统内产生振动，从而造成额外的噪音、磨损和/或故障。因为齿槽效应转矩的这些及其它不希望的后果，所以先前已经尝试过减少和/或最小化齿槽效应转矩的许多方法。然而，人们仍旧希望提供改善的系统和方法，来减少和/或最小化电动机器中的齿槽效应转矩，和/或提供具有更接近理想正弦波的反电动势波形的电动机器，特别是横向通量机器和/或换向通量机器。
发明内容
本发明涉及用于改变横向和/或换向通量机器中齿槽效应转矩(coggingtorque)的系统和方法。在一个示例性实施例中，用于横向通量机器的定子包括第一定子部分，该第一定子部分包括齿数为N并且围绕第一定子部分外周设置的第一组定子齿。第一组定子齿中的第一定子齿和相邻的第二定子齿以大约(360/N)度加上大约(1/6*(360/Ν))度的中心到中心角距离分开。第一组定子齿中的所有其它相邻的定子齿以大约(360/N)度减去大约((1/6*(360/N))/(N-I))度的中心到中心角距离分开。在另一个示例性实施例中披露了一种电动机器，其包括转子以及分别至少部分地包围第一线圈、第二线圈和第三线圈的第一定子、第二定子和第三定子。该第一定子、第二定子和第三定子每一个都配置成具有六分之一相偏移(sixth-phase offset)。该第一定子、第二定子和第三定子每一个都磁耦合至转子，并且第一定子、第二定子和第三定子彼此相位不同。该电动机器为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。在另一个示例性实施例中披露了一种电动机器，其包括转子和至少部分地包围线圈的定子。该转子和定子的相互作用产生了多个齿槽效应转矩波形，并且该多个齿槽效应转矩波形在从零到电动机器的电压相位的六分之一的相位移上均勻分布。该电动机器为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。该发明内容部分的内容仅作为本发明的简介，并不用于限制所附权利要求的范围。
请参阅下列说明书、所附权利要求书和附图图IA示出了依照示例性实施例的示例性横向通量机器；图IB示出了依照示例性实施例的示例性换向通量机器；图2A示出了依照示例性实施例的示例性轴向间隙配置；图2B示出了依照示例性实施例的示例性径向间隙配置；图3A示出了依照示例性实施例的示例性空腔接合配置；图3B示出了依照示例性实施例的示例性表面接合配置；图3C示出了依照示例性实施例的示例性表面接合横向通量配置；·图4A示出了依照示例性实施例的具有均匀分布的定子齿间隔的示例性定子部分；图4B示出了依照示例性实施例的耦合至线圈的图4A的定子部分；图4C示出了依照示例性实施例的经耦合形成定子组件的两个示例性定子部分；图4D示出了依照示例性实施例的均匀分布的定子齿间隔；图4E示出了依照示例性实施例的由图4C中示例性定子组件产生的齿槽效应转矩和反电动势波形；图5A示出了依照示例性实施例的具有不均等分布的定子齿间隔的示例性定子部分；图5B示出了依照示例性实施例的根据六分之一相偏移的不均等分布的定子齿间隔;图5C示出了依照示例性实施例的通过改变偏移量产生的示例性齿槽效应齿波形；图示出了由图4C中示例性定子组件产生的示例性齿槽效应转矩波形与依照示例性实施例的由配置成具有六分之一相偏移的示例性定子组件产生的示例性齿槽效应转矩波形的对比图；图5E示出了由图4C中示例性定子组件产生的示例性齿槽效应转矩和反电动势波形与依照示例性实施例的由配置成具有六分之一相偏移的示例性定子组件产生的示例性齿槽效应转矩和反电动势波形的对比图；图6示出了电动机器的示例性的齿槽效应转矩波形，其中齿槽效应转矩波形之间的关系与相关实体部件之间的实体关系无关；图7A示出了示例性的多相装置，其中，每一相都利用了依照示例性实施例的六分之一相偏移；图7B示出了示例性的多相装置，其中，每一相都利用了依照示例性实施例的六分之一相偏移；图7C示出了依照示例性实施例配置成具有六分之一相偏移的示例性多相装置的齿槽效应转矩波形；和图7D示出了依照示例性实施例配置成具有零相位偏移的示例性多相装置的齿槽效应转矩波形。
具体实施方式
以下只说明各种示例性实施例，并非以任何方式用于限制本发明的范围、应用或配置。更确切地说，下列描述用于提供适当的示例，以用于实施包括最佳方式的各种实施例。显而易见的是，在不脱离所附权利要求范围的情况下，可以对这些实施例中所描述的元件的功能和布置进行各种改变。为了简洁起见，本说明书并不会详细说明用于电动系统构造、管理、操作、测量、优化和/或控制的传统技术以及用于减少齿槽效应转矩的传统技术以及磁通量的运用、集中、控制和/或管理的传统技术。此外，这里包含的各附图中显示的连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应该注意，在实际的电动系统(例如交流同步电动马达)中，可能有许多替代的或另外的功能关系或物理连接。
先前的电动马达(例如传统交流同步马达)具有许多缺陷。例如，许多先前的电动马达具有高峰值齿槽效应转矩，例如超过马达输出转矩的十分之一(1/10)的峰值齿槽效应转矩，因而尤其是在较高的每分钟转数(RPM)运转时，易于有过大的振动和/或噪音。另夕卜，许多先前的电动马达具有至少部分为非正弦的齿槽效应转矩波形，尤其是当多相马达中多重相位的齿槽效应转矩相加时，这使得马达的峰值齿槽效应转矩难以减少。另外，许多先前的电动马达具有至少部分非正弦的反电动势波形。因此，由基本上正弦输入来驱动这些电动马达时，马达由此产生的转矩随马达旋转而变化，也就是熟知的转矩脉动(torque ripple)的情况。即使先前的横向通量机器和/或换向通量机器也无法克服这些困难。例如，某些先前的横向通量机器受到相对较高的齿槽效应转矩的困扰。还有一些具有明显偏离理想正弦波的齿槽效应转矩波形。另外，先前用于减少齿槽效应转矩的方法常常导致所得到的横向通量机器和/或换向通量机器的复杂度和/或费用显著增加。此外，某些先前的横向通量机器已经配置成具有明显非正弦的反电动势波形，从而导致由近似正弦输入驱动这些横向通量机器时转矩波动增加。相反，通过应用根据本发明原理配置的横向通量机器和/或换向通量机器，能够减少和/或最小化齿槽效应转矩和/或反电动势所带来的各种这类问题。在此所使用的“横向通量机器”和/或“换向通量机器”可以是其中磁通量路径具有通量大体上横向于机器旋转面的部分的任何电动机器。在一个示例性实施例中，当磁铁和/或通量集中部件位于转子上和/或随电动机器的操作而运动时，该电动机器可以是纯“横向”通量机器。在另一个示例性实施例中，当磁铁和/或通量集中部件位于定子上和/或随电动机器的操作而保持不动时，该电动机器可以是纯“换向”通量机器。显然，在某些配置中，“横向通量机器”可通过使转子固定而使定子运动而成为“换向通量机器”，反之亦然。此外，线圈可固定至定子；作为选择，线圈可固定至转子。此外，还存在填补了换向通量机器与横向通量机器之间的空白的一系列功能和装置设计。某些设计可以正好落在这两类之间，或被认为同时属于两者。所以，对本领域技术人员来说显而易见的是，本发明中对于“横向通量机器”所涉及的内容同样可适用于“换向通量机器”，反之亦然。此外，横向通量机器和/或换向通量机器可以以多种方式配置。例如，参阅图2A，换向通量机器可配置成具有定子210，所述定子至少部分围绕线圈220并且与转子250的旋转平面大体对齐。这样的配置在此被称为“轴向间隙”。在另一配置中，参阅图2B，换向通量机器可配置成具有定子210，所述定子相对于转子250的旋转平面旋转了大约90度。这样的配置在此被称为“径向间隙”。现在参阅图3A，换向通量机器中的通量开关352通过至少部分延伸进入由定子310所限定的空腔内而可接合至少部分地围绕线圈320的定子310。这样的配置在此被称为“空腔接合”。现在转到图3B，换向通量机器中的通量开关352通过紧密接近定子310的两个端面而可接合定子310。这样的配置在此被称为“表面接合”。类似的接合方式可用于横向通量机器，并且以类似方式参照。例如，在一个示例性实施例中，参阅图3C，横向通量机器300包括至少部分由定子310围绕的线圈320。在轴向间隙配置中，定子320表面接合转子 350。现在参阅图4A-4C，依照一示例性实施例，定子部分410A包括大体上环状的结构， 该结构具有一组定子“齿”412A。在横向通量机器中，至少部分所述定子部分410A被配置成作为转子的通量开关。例如，该组定子齿的一个或更多个齿412A或其一部分，每一个都可作为通量开关。依照各种示例性实施例，定子齿412A之间的区域可被当作“间隙”或“沟道”并且可包括各种形状。例如，沟道可包括圆柱形、椭圆形、三角形、矩形、梯形和/或任何合适的形状。类似地，定子齿412A也可以包括各种形状。例如，定子齿412A可包括矩形、三角形、方形、立方体形、锥形和/或配置成允许定子齿412A作为通量开关的任何其它合适形状或几何形状。定子部分410A和/或定子齿412A可以由任何适合的材料制成以传导磁通量。例如，定子部分410A可以由硅钢、粉末状金属、电镀粉末状金属、软磁复合材料、非晶态金属、纳米结晶组合物、铁钴合金和/或类似物和/或这些的组合制成。在一个示例性实施例中，定子部分410A可通过由粉末状金属或其它合适材料模制所需形状而形成。在另一个示例性实施例中，定子部分410A可通过从大体上环状的整块材料(例如硅钢)中例如利用机加工去除材料而形成。此外，通过任何合适的方法和/或设备来铸造、压制、烧结、冲切、机加工、冲压、粘结、层压、抛光、平滑化、弯曲、模制、电镀、涂敷和/或成形和/或形成定子部分410A。现在参阅图4B，在各种示例性实施例中，定子部分410A可配置成至少部分包围线圈420。例如，定子部分410A可配置成具有其中可以放置部分线圈420的沟道、空腔或其它空间。另外，定子部分410A可配置成具有一个或更多个进入孔416A，由此线圈420可穿入定子部分410A和/或从所述定子部分穿出，或者耦合至外部电气部件，例如以便为线圈420提供供电电流和/或从线圈420接收感应电流。现在参阅图4C，依照各种示例性实施例中，可将两个类似的定子部分410A和410B置于一起，以便至少部分围绕或包围线圈420 (如图4B中所描绘的)。这样，定子部分410A和410B可以形成定子组件410。在一个示例性实施例中，定子部分410A和410B围绕线圈420放在一起时，定子齿412A和定子齿412B相交错。这样，定子组件410配置成具有由定子齿412A和定子齿412B形成的一组交变通量开关。通过进入孔416A和416B为定子组件410内的线圈420提供电连接。此外，在各种示例性实施例中，定子组件410配置成“多路”定子组件。一般而言，横向通量机器的多路定子组件可包括被配置成在多个第一通量集中转子部分和具有相反极性的多个第二通量集中转子部分之间提供多个通量路径的任何结构、组件和/或机构或装置。换言之，多路定子组件可为横向通量机器提供“多对多”通量开关配置，其中通量可从任何第一通量集中转子部分传导至具有相反极性的任何第二通量集中转子部分。现在参阅图4D，依照一示例性实施例，定子齿412A中的每一个可以均匀分布在定子部分410A的外周。例如，示例性定子部分410A可配置成具有50个定子齿412A。定子齿412A均匀分布在定子部分410A外周时，定子齿间隔大约7. 2° (360°除以50=7. 2° )的中心到中心角距离。在此所使用的“均匀分布的角距离”被认为是相邻定子齿之间(例如定子部分410A上相邻的定子齿412A之间)中心到中心的角距离，其具有(360/X)度之值，其中X为定子齿的总数。按照均匀分布的角距离配置的定子齿或其它通量开关可被认为是“均匀分布的”。换言之，“均匀分布角距离”可被认为是横向通量机器和/或换向通量机器中具有共同极性的连续通量集中器(或具有共同极性的连续磁极)之间中心到中心的角距离。一般而言，在该示例性计算方式之下，“均匀分布角距离”将具有等于720度除以电动机器中极数(或360除以极对数)的值。 在一个示例性实施例中，具有均匀分布的定子齿412A的定子部分410A耦合至具有均匀分布的定子齿412B的类似定子部分410B，以形成具有均匀分布的通量开关的定子组件410。在定子组件410中，定子齿412A和412B充当通量开关。因此，定子齿412A和412B提供多个通量路径，所述多个通量路径从具有交替的永久磁铁和通量集中器的转子中的第一组通量集中器通至具有相反极性的转子中的第二组通量集中器。因此，定子组件410可用于与转子连接，以便形成可操作的横向通量机器。转到图4E，依照示例性实施例，定子组件410以及线圈420和转子450的操作导致横向通量机器400的可操作行为，该行为至少部分以齿槽效应转矩波形480和反电动势(EMF)波形490为特征。可以看到，齿槽效应转矩波形480与理想正弦波有显著的偏离，例如在齿槽效应转矩波形480的区段482和484部分。换言之，齿槽效应转矩波形480包括与第一谐波显著不同的谐波部分(例如第二谐波和/或更高阶谐波的幅度超过第一谐波的幅度一定百分比，例如5%)。由于齿槽效应转矩波形480具有非零的峰值幅度，因此横向通量机器400遭受由此产生的操作噪音和/或振动。然而，根据本发明原理，通过应用相偏移(例如六分之一相偏移)，可降低电动机器的齿槽效应转矩波形的峰值幅度。例如，齿槽效应转矩波形的峰值幅度可从大约6牛顿-米降低至大约O. I牛顿-米。另外，例如通过减少第二谐波和/或更高阶谐波的幅度，可使电动机器的齿槽效应转矩波形更接近正弦波。此外，例如通过减少第二谐波和/或更高阶谐波的幅度，可使电动机器的反电动势波形更接近正弦波。现在转到图5A，依照一示例性实施例，定子部分510配置成具有若干定子齿512。如上文所述，定子部分510可类似于定子部分410A和/或410B，并且定子齿512可类似于定子齿412A和/或412B。然而，定子齿512围绕定子部分510的分布方式与定子齿412A围绕定子部分410A的分布方式不同。具体地，定子齿512非均匀地分布在定子部分510外周。现在参阅图5B，依照一示例性实施例，定子齿512非均匀地分布在定子部分510的外周。相反，“偏移”被应用到至少一个定子齿512上。例如，示例性定子部分510可配置成具有50个定子齿512。假若定子齿512均匀分布在定子部分510外周，定子齿512之间将间隔7. 2° (360°除以50=7. 2° )的中心到中心角距离。取而代之的是，用均匀分布角距离加上等于均匀分布角距离的六分之一(1/6)的角距离增量来分隔两个定子齿512A和512B。在该例子中，定子齿512A和512B以7. 2° +(1/6*7. 2° )=8.4°的中心到中心的角距离隔开。为了适应定子齿512A和512B之间增加的角距离，相比于均匀分布角距离，定子部分510上的一个或更多个其余定子齿512彼此略微更靠近一些。例如，其余定子齿512中的每一个都可改变相似的角距离，以便补偿定子齿512A和512B之间增加的角度间隔。在一个示例性实施例中，通过对定子齿512之间的其它49个角距离的间隔略微减少量进行等量分配，来补偿增加的I. 2°的角距离(该I. 2°的角距离被增加至定子齿512A和512B之间的角距离)。该间隔减少导致除了定子齿512A和定子齿512B之间 的间隔以外的所有定子齿间隔都具有7. 2° -(1.2° /49)=7. 17551020°的中心到中心角距离。因此，在定子部分510上的50个齿内间隔中，49个配置成具有7. 17551020°的角距离，而其中一个配置成具有8. 4°的角距离。一般来说，其中一个间隔已经增加了均匀分布角距离的大约六分之一，并基本均等地压缩其余的间隔，以便适应已经增加的所述一个间隔。上述“六分之一相偏移”间隔原理可应用于任何合适数量的定子齿、马达极和/或类似部件。例如，在具有60个齿的示例性定子部分中，均匀分布的中心到中心角距离应为360° /60=6°。因而，为了实施六分之一相偏移，两个相邻定子齿中心到中心可间隔开
6。+(6。* 1/6)=7°，而其余齿的中心到中心可间隔开6° -((6。*1/6)/59) =5. 98305°。在具有30个齿的另一示例性定子部分中，均匀分布的中心到中心角距离应为360° /30=12°。因而，两个相邻定子齿中心到中心可间隔开12° +(12° * 1/6)=14°，而其余齿中心到中心可间隔开12° -((12。* 1/6)/29)=11.931034°。此外，可运用任何合适数量的定子齿和/或任何合适的均匀分布角距离。除了上述六分之一相偏移以外，也可实施均匀分布角距离的六分之一的整数倍的间隔偏移。例如，可实施三分之一间隔偏移(2*1/6)、二分之一间隔偏移(3*1/6)、三分之二间隔偏移(4*1/6)和/或其它合适间隔偏移。在一个例子中，在具有60个齿的示例性定子部分中，均匀分布的中心到中心角距离应为360° /60=6°。因而，如果应用三分之一间隔，两个定子齿中心到中心可间隔开6° +(6° * 1/3)=8°，而其余齿中心到中心可间隔开6° -((6° *1/3)/59) =5. 966101 °。如果应用二分之一间隔偏移，两个定子齿中心到中心可间隔开6° +(6° * 1/2)=9°，而其余齿中心到中心可间隔开6° -((6° *1/2)/59) =5. 949152°。运用均匀分布角距离的六分之一的整数倍进行间隔的类似间隔方式可应用于任何合适数量的马达极、定子齿和/或类似部件。在此所使用的，在某些示例性实施例中，“六分之一相偏移”可视为表示任何横向通量机器和/或换向通量机器中的马达极(和/或通量开关和/或通量集中器)的配置，其中共同极性的两个相邻马达极(和/或通量开关和/或通量集中器)之间的角距离等于共同极性的马达极(和/或通量开关和/或通量集中器)之间的均匀分布角距离加上等于均匀分布角距离的六分之一的不为零的正整数倍的角距离，以及其中，共同极性的至少部分其余的相邻马达极(和/或通量开关和/或通量集中器)之间的角距离则减去所增加角距离的预定比例部分。在各种示例性实施例中，根据下列通用方程式，可计算六分之一相偏移或其它偏移移相角度=((720/极)* (开关数量-移相-I)) / (开关数量-I)
其中“移相角度”是均匀分布角距离减去所增加的角距离的预定比例部分；“极”是横向通量机器、换向通量机器或其它电动机器的极数；“开关数量”是其上要分布六分之一相偏移或其它偏移的通量开关数量；和“移相”是所需的偏移，例如1/6、1/3、1/5等等。例如，在具有100个磁极的横向通量机器中，当偏移需要适用于整个横向通量机器时，开关数量通常应为50 (即每对磁极一个)。相反，如果偏移只需适用于横向通量机器的一半，则开关数量应为25。·
在一个不例性实施例中，磁极数量为100的横向通量机器配置成具有适用于整个横向通量机器的1/6偏移。因而，均匀分布角距离是7. 2° (即720°除以100极)。均匀分布角距离的六分之一是I. 2° (即7. 2° /6)。使用上述公式，获得的其余极的适当间隔为移相角度=((720/100)* (50-1/6-1))/ (50-1)=7. 17551020°。因而，为了实施横跨具有100个磁极的整个横向通量机器分布的六分之一相偏移，两相邻极之间的中心到中心间隔为8. 4° (即7. 2° +1.2° )，而其余相邻极中的每一个之间的中心到中心间隔为
7.17551020°。类似方式可用于横向通量机器、换向通量机器和/或其它电动机器中任何数量的极。如之前所提及的，六分之一相偏移或其它偏移可适用于整个电动机器；作为选择，六分之一相偏移或其它偏移也可以只适用于电动机器的一部分。另外，电动机器中可存在多重偏移，每一偏移都只适用于电动机器的一部分。在各种示例性实施例中，“单重”六分之一相偏移可视为通过调节横向通量机器和/或换向通量机器中的全部极(和/或通量开关和/或通量集中器)的间隔而实施的六分之一相偏移。另外，“双重”六分之一相偏移，可通过依照六分之一相偏移调节横向通量机器和/或换向通量机器中大约一半的极(和/或大约一半的通量开关和/或通量集中器)的间隔、并还依照另一六分之一相偏移调节其余一半的间隔而实施。换言之，在“双重”六分之一相偏移配置中，第一个六分之一相偏移只分布于横向通量机器和/或换向通量机器的一部分，而第二个六分之一相偏移分布于横向通量机器和/或换向通量机器的其余部分。也可以实施〃三重〃六分之一相偏移和更多重的六分之一相偏移。使用多于单重六分之一相偏移的六分之一相偏移是希望的，例如以便减少由于累积制造和/或组装公差问题造成的对准误差。另外,在各种不例性实施例中,六分之一相偏移可对多相装置中每一线圈实施。例如，特定多相装置可配置成具有第一线圈、第二线圈以及第三线圈，每一线圈都只横穿多相装置的外周的一部分。通过调节与第一线圈相关的通量开关的间隔，可实施六分之一相偏移。通过调节与第二线圈相关的通量开关的间隔，可实施另一六分之一相偏移。通过调节与第三线圈相关的通量开关的间隔，可实施又一六分之一相偏移。此外，通过调节极(和/或通量集中器)的间隔而不调节通量开关的间隔和/或额外调节通量开关的间隔，也可实施六分之一相偏移。与每一线圈相关的六分之一相偏移可以是类似的；作为选择，六分之一相偏移也可以依线圈而异。有关多相横向机器和/或多相换向通量机器的额外详细信息披露于2009年11月3日提交并且与本申请为同一申请人所申请的、标题为“多相横向和/或换向通量系统(POLYPHASE TRANSVERSE AND/OR COMMUTATED FLUXSYSTEMS)”、申请号为No. 12/611,737的共同未决美国专利申请中，其全部内容在此引入作为参考。
在各种示例性实施例中，制造公差、材料特性、热变化、机械变化和/或类似因素都会导致难以用精确和/或准确的方式实现间隔。因此，在某些示例性实施例中，当马达极、通量开关和/或通量集中器之间的角距离与考虑了制造公差和/或其它过程变量时所计算的六分之一相偏移角距离相一致时，横向通量机器和/或换向通量机器中的极、通量开关和/或通量集中器的配置可视为“六分之一相偏移”构思(根据本发明原理)的实施。换言之，即使任何特定极、通量开关和/或通量集中器未精确地根据六分之一相偏移隔开，平均来说，极、通量开关和/或通量集中器之间的间隔也能接近于依照六分之一相偏移的适当间隔。在一个不例性实施例中，参阅图5A和5B,具有以六分之一相偏移配置的定子齿512的第一定子部分510耦合至也具有以六分之一相偏移配置的定子齿512的另一定子部分510，以形成具有六分之一相偏移通量开关的定子组件。然后，该定子组件可用于与具有交替的永久磁铁以及通量集中器的转子和线圈连接，以便形成可操作的横向通量机器。
通过在某些定子齿之间运用六分之一相偏移，横向通量机器500实现了具有减小的峰值幅度和增加的正弦波性的齿槽效应转矩波形。此外，运用六分之一相偏移，相对于不同的偏移(例如大于或小于六分之一相偏移的偏移)，横向通量机器500实现了具有减小的峰值幅度和增加的正弦波性的齿槽效应转矩波形。正如在此所使用的，“增加的正弦波性”和类似术语可视为表示更接近理想的正弦波(例如特征在于减少第二谐波和/或更高阶谐波的幅度)，“减小的正弦波性”和类似术语可视为表示更偏离理想的正弦波(例如特征在于第二谐波和/或更高阶谐波的幅度增大)。现在转到图5C，依照各种示例性实施例，横向通量机器500的齿槽效应转矩波形随着横向通量机器500中相偏移的变化而变化。图中不出了对应于不例性的100极横向通量机器500中各种偏移的齿槽效应转矩波形，该波形的幅度单位为牛顿-米。齿槽效应转矩波形580A表示横向通量机器500在实施零相偏移时(换言之，所有定子齿都依照均匀分布的中心到中心角距离间隔时)的运行。齿槽效应转矩波形580B表不二十分之一相偏移的实施(均勻分布角距离的1/20或O. 05);齿槽效应转矩波形580C表示九分之一相偏移的实施(均匀分布角距离的1/9或O. 1111);齿槽效应转矩波形580D表示五分之一相偏移的实施(均匀分布角距离的1/5或O. 2);齿槽效应转矩波形580E表示四分之一相偏移的实施(均勻分布角距离的1/4或O. 25);齿槽效应转矩波形580F表不十分之三相偏移的实施(均匀分布角距离的3/10或O. 3)；以及齿槽效应转矩波形580G表示三分之一相偏移的实施(均匀分布角距离的1/3或O. 3333)。有关这些示例性模式的齿槽效应转矩波形的额外详细情况以及在横向通量机器500的线圈520中所产生的相应示例性模式的开路均方根(RMS)电压，都呈现在下表I中。表I
权利要求
1.一种用于横向通量机器的定子，该定子包括 第一定子部分，该第一定子部分包括数量为N并且围绕第一定子部分外周设置的第一组定子齿， 其中，第一组定子齿中的第一定子齿和相邻的第二定子齿以大约(360/N)度加上大约(1/6*(360/Ν))度的中心到中心角距离间隔开，以及 其中第一组定子齿中的所有其它相邻的定子齿以大约(360/N)度减去大约((1/6*(360/N))/(N-I))度的中心到中心角距离间隔开。
2.如权利要求I所述的定子，还包括 第二定子部分，该第二定子部分包括数量为M并且围绕第二定子部分外周设置的第二组定子齿， 其中，第二组定子齿中的第一定子齿和相邻的第二定子齿以大约(360/M)度加上大约(1/6*(360/Μ))度的中心到中心角距离间隔开，以及 其中，第二组定子齿中的所有其它相邻的定子齿均以大约(360/M)度减去大约((1/6*(360/M))/(M-I))度的中心到中心角距离间隔开。
3.如权利要求2所述的定子，其中，数量N大于50。
4.如权利要求2所述的定子，其中，N等于M。
5.如权利要求2所述的定子，其中，第一定子部分和第二定子部分耦合，从而使得第一组定子齿和第二组定子齿交错。
6.如权利要求2所述的定子，其中，所述第一组定子齿中的任一个定子齿都提供到该第二组定子齿中的任一个定子齿的通量路径，该通量路径至少部分地围绕并穿过线圈，而所述线圈至少部分地由该第一定子部分和该第二定子部分所包围。
7.如权利要求I所述的定子，其中，第一定子部分由硅钢、粉末状金属或非晶态金属中的至少一种制成。
8.如权利要求2所述的定子，其中，与该定子运行相关联的叠加的齿槽效应转矩波形近似为一理想的正弦波。
9.如权利要求2所述的定子，其中，所述定子以双重六分之一相偏移或三重六分之一相偏移中的至少一种来配置。
10.一种电动机器，其包括 转子；和 分别至少部分地包围第一线圈、第二线圈和第三线圈的第一定子、第二定子和第三定子， 其中，所述第一定子、第二定子和第三定子都采用六分之一相偏移来配置， 其中，所诉第一定子、第二定子和第三定子均磁耦合至转子， 其中，所述第一定子、第二定子以及第三定子的相位彼此都不同，以及 其中，所述电动机器为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。
11.如权利要求10所述的电动机器，其中，所述第一定子和所述第二定子的相位差大约为120度，其中所述第二定子和第三定子的相位差大约为120度，并且其中所述第三定子和第一定子的相位差大约为120度。
12.如权利要求10所述的电动机器，其中，所述电动机器的齿槽效应转矩峰值幅度比以零相偏移配置的类似的电动机器降低了至少90%。
13.如权利要求10所述的电动机器，其中，所述电动机器被配置成具有超过50的极数，以及其中，电动机器被配置成具有小于6英寸的外径。
14.如权利要求10所述的电动机器，其中，与该第一定子运行相关的各个齿槽效应转矩波形跨所述电动机器的电压相位的大约六分之一而在相位上均匀分布。
15.如权利要求10所述的电动机器，其中，第一线圈、第二线圈以及第三线圈未横穿相对于所述电动机器的旋转轴线角度重叠的部分。
16.如权利要求10所述的电动机器，其中，第一线圈、第二线圈以及第三线圈中的每一个都没有完全横穿所述机器的旋转轴线的周围。
17.如权利要求10所述的电动机器，其中，所述电动机器具有齿槽效应转矩，该齿槽效应转矩具有小于所述电动机器峰值输出转矩的1%的峰值幅度。
18.—种电动机器,其包括 转子；和 至少部分地围绕线圈的定子， 其中，转子和定子的相互作用产生了多个齿槽效应转矩波形， 其中，所述多个齿槽效应转矩波形在从零到所述电动机器的电压相位的六分之一的相位移上均匀分布，以及 其中，所述电动机器为横向通量机器或换向通量机器中的至少一种。
19.如权利要求18所述的电动机器，其中，转子包括多个磁铁和多个通量集中器，并且其中所述多个磁铁中的至少二个磁铁在远离所述线圈的方向上延伸一段距离，该段距离比所述多个通量集中器中与所述磁铁相邻的通量集中器在远离所述线圈的方向上延伸的距离更大。
20.如权利要求19所述的电动机器，其中，所述转子的至少一部分在所述定子的不同的第一侧、所述定子的不同的第二侧或所述定子的所述不同的第一侧和所述不同的第二侧中的至少一个上，突伸超出所述定子。
21.如权利要求18所述的电动机器，其中，在所述电动机器中产生所述多个齿槽效应转矩波形的实体部件的布置与所述多个齿槽效应转矩波形之间的相位关系无关。
22.如权利要求18所述的电动机器，其中，所述电动机器采用双重六分之一相偏移或三重六分之一相偏移中的至少一种来配置。
全文摘要
电动机器，例如横向通量机器及/或换向通量机器，该电动机器可配置成通过实施六分之一相偏移，而实现总体齿槽效应转矩降低。该电动机器中各个齿槽效应转矩波形可在电压相位的六分之一或其它合适间隔上均匀分布，从导致该电动机器的总体齿槽效应转矩波形幅度减小及/或正弦性增加。
文档编号H02K1/16GK102959832SQ201080066485
公开日2013年3月6日 申请日期2010年5月3日 优先权日2010年3月15日
发明者D·G·卡利, D·S·科尔, J·M·戴尔, T·F·简塞克 申请人:电扭矩机器股份有限公司