磁通切换式调极电机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及磁通切换式调极电机。
【背景技术】
[0002] 多年来，已经提出了诸如调极电机一一例如爪极电机、伦德尔式电机和横向磁 通电机（TFM)--的各种电机设计。W. M. Mordey早在1890年以及Alexandersson和 Fessenden在1910年左右公开了使用这些电机原理的电机。增加对此类电机的关注的原因 之一是，该设计相比于其它已知的电机设计而言实现了很高的转矩输出。
[0003] W02007/024184公开了一种旋转电机，其包括基本上圆形的并包括多个齿的第一 定子芯部、基本上圆形的并包括多个齿的第二定子芯部、布置在圆形的第一和第二定子芯 部之间的线圈以及包括多个永磁体的转子。所述第一定子芯部、第二定子芯部、线圈和转子 环绕共同的几何轴线，并且所述第一定子芯部和所述第二定子芯部的多个齿布置成朝向转 子突出。另外，所述第二定子芯部的齿相对于所述第一定子芯部的齿在周向上移位，并且转 子中的永磁体通过由软磁性材料制成的沿轴向延伸的磁极部分/磁极片/磁极件而在周向 上彼此分隔。
[0004] 现有技术的横向磁通调极电机的缺点之一是，它们制造起来通常比较昂贵。特别 地，此类电机的转子具有相对复杂的结构，其包括大量永磁体。
[0005] 最近，Jianhu Yan等人的《利用3-D FEM对新型磁通切换横向磁通永磁体风力发 电机的石兹场分析（Magnetic Field Analysis of a Novel Flux Switching Transverse Flux Permanent Magnet Wind Generator with 3-D FEM)》（International Conference on Power Electronics and Drive Systems 2009,第 332-335 页）记载了一种用于风力发 电机中的横向磁通永磁体电机，其中永磁体位于定子中而不是转子中。特别地，这种电机已 经被描述为由于其相比于常规横向磁通永磁体电机更高的空间利用率而有希望应用于大 型低速风力发电。
[0006] 然而，该现有技术电机的定子仍需要大量构件。
[0007] 类似的电机还在Z. Q. Zhu等人的《新型直线磁通切换永磁体电机（Novel Linear Flux-Switching Permanent Magnet Machines)》（International Conference on electrical machines and systems 2008,第 2948-2953 页）中被公开。
[0008] 通常希望提供生产和装配相对便宜的调极电机。还希望提供具有良好性能参数的 电机，所述参数例如是下述中的一个或多个：高结构稳定性，低磁阻，高效的磁通量路径导 弓丨，低重量，小尺寸，高容量特定性能，等等。还希望提供用于这种电机的构件。
【发明内容】
[0009] 根据本文公开的第一方案，一种用于磁通切换式调极电机的定子包括η相，η为正 整数，所述定子包括定子芯、η个线圈和至少η+1个磁体。定子芯包括多个共轴的环形定子 芯部件，每个定子芯部件包括至少一组径向突出的齿，每组齿沿周向分布，其中环形定子芯 部件相对于彼此在轴向上移位，并且其中每个环形定子芯部件的齿相对于每个相邻的环形 定子芯部件的齿在周向上移位。每个线圈与环形定子芯部件共轴地布置并且轴向地夹设在 两组齿之间。每个磁体被轴向地磁化并且轴向地夹设在两个环形定子芯部件之间。
[0010] 因此，本文公开了用于调极电机的定子的实施例，该调极电机不需要许多构件且 其构件可高效地生产。
[0011] 环形芯部件限定出一轴线以及对应的径向方向和周向方向。定子芯部件、线圈和 转子环绕共同的几何轴线。在旋转电机中，横向方向为电机的轴线方向，而运动方向为电机 的周向方向。
[0012] 每个磁体可以是永磁体或电磁体或它们的组合。至少（n+1)个磁体中的每个磁体 定位成在不同的轴向位置处夹设在不同的一对齿组之间。在一些实施例中，每个磁体都是 沿轴线方向被磁化且与定子芯部件共轴地布置的环形永磁体。因此，仅需数量不多的永磁 体，因而还简化了电机的装配，因为大量永磁体的装配和安装会是一个繁琐的过程。例如， 永磁体可由NdFeB或铁氧体制成。此外，当永磁体形成为环状件时，可实现高性能。或者， 至少（n+1)个磁体中的每个磁体可由多个磁体元件装配而成。例如，代替环形永磁体，可使 用多个圆弧形的永磁体，其中多个圆弧被装配以形成环。在两种情况下，定子在相应的轴向 位置处包括（n+1)个环形磁体。
[0013] 在一些实施例中，定子包括在轴向上层叠的2 (n+1)个定子芯部件；每对定子芯部 件可通过至少（n+1)个磁体中的一个磁体或通过η个线圈中的一个线圈分隔开，以使得磁 体和线圈形成交替序列。特别地，在一些实施例中，磁体中的第一个磁体夹设在定子芯部件 中的第一个和第二个定子芯部件之间，磁体中的第二个磁体夹设在定子芯部件中的第三个 和第四个定子芯部件之间，且线圈夹设在第二个和第三个定子芯部件之间。因此，定子芯部 件在轴向上层叠，且每对定子芯部件通过磁体或线圈分隔，使得磁体和线圈形成交替序列。
[0014] 定子芯可由多个单独的构件制成。例如，定子芯部件中的一部分或每个定子芯部 件可形成为与其它定子芯部件分离的相应定子芯构件。因而可例如通过P/Μ工艺方便地制 造单个构件。
[0015] 每个定子芯部件可包括环形定子芯背部和从定子芯背部朝向转子径向延伸的一 组齿，其中定子芯背部例如经由连接两个定子芯部件的合适的轴向磁通桥接器来提供允许 定子芯部件的相应齿与定子的在轴向上与该定子芯部件相邻的其它构件一一尤其是磁体 中的一个磁体或定子芯部件中的另一个定子芯部件一一之间的磁通量的有效连通的径向 和轴向磁通路径。磁体因而可与定子芯背部在径向上对齐。例如，每个定子芯背部可限定出 具有内半径的内周和具有外半径的外周，并且每个永磁体可在内、外半径之间径向地延伸。
[0016] 两个相邻的定子芯部件的齿构成沿周向的相应的齿排，其中所述齿排在轴向上间 隔开并通过周向地延伸的间隙分隔。线圈夹设在这样的一对定子芯部件之间，所述线圈被 容纳于在它们相应排的齿之间周向地延伸的间隙中。线圈绕组可具有与齿的径向尺寸对应 的径向厚度。线圈绕组可从齿的根部一一即从定子芯背部的外周一一径向地延伸到的齿的 末端部。然而，应理解的是，可能希望齿的末端部在径向上比线圈稍微更向外延伸，以便在 齿的末端部与转子之间提供界限清楚的气隙并避免线圈干扰转子的运动。
[0017] 在一些实施例中，定子芯包括连接其间夹设有线圈的定子芯部件的磁通桥接器。 该磁通桥接器能操作成提供在所述定子芯部件之间且尤其是在相应的定子芯部件的定子 芯背部之间的至少一个轴向磁通路径。
[0018] 该磁通桥接器可被设置为单独的构件，例如与定子芯部件分离且夹设在定子芯部 件之间的环形构件，或它可被集成在一个或两个定子芯部件中。为此，定子芯部件还可包括 例如形式为从定子芯背部轴向地延伸的环形凸缘的桥接部段，其提供朝向另一定子芯部件 的轴向磁通路径。芯背部和桥接部段因而可提供相应定子芯部件的齿之间的磁通路径。一 个定子芯部件的桥接部段可与相邻的定子芯部件的芯背部相靠接。或者，两个相邻的定子 芯部件都可包括桥接部段，使得它们的桥接部段朝向彼此突出并且彼此相靠接。再或者，两 个定子芯部件以及连接它们的磁通桥接器可形成为单个一体的构件。因此，定子芯部件可 成对地互相连接。
[0019] 通常，在一些实施例中，轴向地层叠的定子芯部件包括两个外部定子芯部件和位 于外部定子芯部件之间的2η个内部定子芯部件，所述外部定子芯部件因而构成叠层的相 应端部。在一些实施例中，每个定子芯部件都形成为与其它定子芯部件、线圈和磁体一起装 配以形成定子的单独构件。在其它实施例中，一部分或全部的内部定子芯部件可被成对地 互相连接，使得一对定子芯部件形成为一体的构件。因此，当内部定子芯部件全都被成对地 连接时，2(η+1)个定子芯部件由（η+2)个单独的构件形成。例如，每个这样的构件都可包括 两个周向的齿排，其中各齿排轴向地间隔开以便形成用于容纳线圈的周向间隙。