專利名稱：批量生產(chǎn)內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器的方法及內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及象電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)這樣的內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器，特別是涉及一種以低的成本批量生產(chǎn)內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器的方法及由此方法生產(chǎn)出的內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器。
內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器在本領(lǐng)域中是眾所周知的，它包括內(nèi)磁體電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器是一種永久性磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器，它通常包括一個(gè)其內(nèi)部裝有磁體的轉(zhuǎn)子。在美國專利第4，700，097和4，486，678中可以看到內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器的例子。
人們已對(duì)內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器進(jìn)行了廣泛的研究，這是因?yàn)檫@種獨(dú)特的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是在采用永久磁體的實(shí)心轉(zhuǎn)子中結(jié)合了同步和感應(yīng)特性。內(nèi)磁體機(jī)器可用于不同的場合，可使用交流或直流電，而且它們在整個(gè)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)一般提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，由于內(nèi)磁體轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到非常高。另外，由于在轉(zhuǎn)子和定子之間存在著不接觸的二維(垂直于轉(zhuǎn)子軸線)磁路，所以內(nèi)磁體機(jī)器也是比較好的。
在開發(fā)內(nèi)磁體機(jī)器之前，旋轉(zhuǎn)機(jī)器的特征是在轉(zhuǎn)子上繞上電力線圈，利用滑環(huán)或電刷來適配線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)或使電流換向，并保持旋轉(zhuǎn)的電連接。這種先有的機(jī)器要求轉(zhuǎn)子與定子電接觸。所以，盡管由于電刷接觸電阻所造成的能量損失和電刷在轉(zhuǎn)子上滑動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械摩擦損失而會(huì)降低工作效率，但還必須使用滑環(huán)和電刷。轉(zhuǎn)子上的線圈還會(huì)顯著地增加轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，這就必然導(dǎo)致其轉(zhuǎn)動(dòng)速度較低或要從原動(dòng)機(jī)獲取更多的能量。另外，線圈的恒定轉(zhuǎn)動(dòng)、發(fā)熱和經(jīng)受的磁性力以及它們的絕緣會(huì)使它們隨時(shí)間的延長而疲勞、破裂、性能下降和最終失效。
內(nèi)磁體機(jī)器通過在轉(zhuǎn)子上安裝永久磁體而不是電磁鐵就可以解決上述問題。它不需要旋轉(zhuǎn)的電連接，節(jié)省了以往激勵(lì)磁場所花費(fèi)的電力，減小了內(nèi)部發(fā)熱量并提高了能量密度。
雖然內(nèi)磁體機(jī)器具有上述優(yōu)點(diǎn)，但它仍未被廣泛地使用，其原因是至今為止尚未獲得一種能以低成本批量生產(chǎn)內(nèi)磁體機(jī)器的行之有效的方法。例如參見美國專利第4，725，750號(hào)，它描述了一種具有一個(gè)芯骨的內(nèi)磁體轉(zhuǎn)子，該芯骨其周邊具有一組長槽形開口，這些開口平行于轉(zhuǎn)子芯骨的軸線延伸并位于芯骨的中心部位。在每個(gè)轉(zhuǎn)子芯骨的開口中都插入一根相應(yīng)的長槽形永久磁體。
遺憾的是，美國專利第4，725，750中的轉(zhuǎn)子難于有效地批量生產(chǎn)，原因是需要在轉(zhuǎn)子的中心部位加工長槽形開口。具體地說，轉(zhuǎn)子芯骨必須利用模制工藝一次一個(gè)地制造出來，或者，每個(gè)長槽形開口都必須逐個(gè)地從轉(zhuǎn)子芯骨的中心部位切挖出來。這種模制和切挖工藝本身就很費(fèi)時(shí)和費(fèi)錢，因此不能高效率地批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)子。
另外，除了不能高效地進(jìn)行批量生產(chǎn)以外，該美國專利描述的機(jī)器的效率也是不高的，這是因?yàn)橹行脑O(shè)置的長槽形磁體存在著漏磁通路。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所周知的那樣，磁力線的泄漏引起磁滯損失、渦流損失、發(fā)熱和形成工作在非飽和狀態(tài)下的磁路，其結(jié)果是降低了能量密度，增加了體積和重量。另外，即使是可能的話，也非常難于均勻地磁化這些長槽形磁體，尤其是在它們的兩端。
因此，本發(fā)明的目的就是提供一種改進(jìn)的內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供生產(chǎn)內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器的一種改進(jìn)的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種高效、低成本、可批量生產(chǎn)的內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供這樣一種內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器，它不需要逐個(gè)地模制出位于轉(zhuǎn)子芯骨的中心部位用于裝納相應(yīng)形狀的永久磁體的長槽形開口。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣一種內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器，它不需要逐個(gè)地切挖位于轉(zhuǎn)子芯骨的中心部位用于裝納相應(yīng)形狀的永久磁體的長槽形開口。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種能降低漏磁、磁滯損失、渦流損失和發(fā)熱的內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供這樣一種內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器，它采用能被均勻磁化的、低成本、可批量生產(chǎn)的磁體。
本發(fā)明的這些及其它目的和優(yōu)點(diǎn)是利用本發(fā)明的制造轉(zhuǎn)子的方法來實(shí)現(xiàn)的。此方法是成型出一種其周邊上帶有平行于其縱軸線的溝槽的長構(gòu)件;將所述長構(gòu)件切成具有預(yù)定長度和具有從其一端延伸到另一端的所述溝槽的轉(zhuǎn)子芯骨;將磁體放置在所述溝槽中;并可將極靴放置在所述溝槽中的磁體上。溝槽、極靴和磁體可以呈U形、V形或其它形狀。磁體的外壁面與溝槽的表面相吻合，而極靴與磁體的內(nèi)壁面相吻合。
將會(huì)看到，本發(fā)明的方法能夠連續(xù)地(最好是用擠壓法)成型出大量的轉(zhuǎn)子芯骨，而成型出的轉(zhuǎn)子芯骨本身就帶有從其一端延伸到另一端的溝槽，而不必從轉(zhuǎn)子芯骨的中部逐個(gè)地模制或切挖出溝槽?？刹捎脗鹘y(tǒng)的擠壓和切割工具來成型出轉(zhuǎn)子芯骨。因此，可提供出成本低且能批量生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子。
通過應(yīng)用本發(fā)明的方法，就能生產(chǎn)出具有高效轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的內(nèi)磁體機(jī)器。特別是，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有一個(gè)帶有從其一端延伸到另一端的溝槽的轉(zhuǎn)子芯骨。每條溝槽中可設(shè)有一或多塊不同形狀的磁體。
通過不只是在轉(zhuǎn)子芯骨的中部而是設(shè)置從其一端延伸到另一端的溝槽和磁體，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子能有效地確立磁路，以防止不希望有的漏磁，從而獲得非常高的能量密度。實(shí)質(zhì)上不存在磁滯和渦流損失，發(fā)熱也被大大地降低了?；旧纤械膶?dǎo)磁路徑在任何時(shí)候都處于充分飽和狀態(tài)，降低了用鐵量、體積和重量，同時(shí)卻提高了功率-重量比。
上面已對(duì)本發(fā)明的一些特征和優(yōu)點(diǎn)做了說明，而其它的特征和優(yōu)點(diǎn)可從結(jié)合附圖所做的描述中了解到。
附圖中

圖1是表示制造本發(fā)明具有溝槽的長構(gòu)件的方法的透視圖，圖2是圖1所示的長構(gòu)件的部分平面圖，表示的是該構(gòu)件已切成本發(fā)明的轉(zhuǎn)子芯骨。
圖3是圖2所示的一個(gè)轉(zhuǎn)子芯骨的部分分解放大圖，表示了本發(fā)明的將磁體和極靴定位在溝槽中的一個(gè)實(shí)施例，圖4為圖3所示的溝槽中裝有磁體和極靴的轉(zhuǎn)子芯骨的平面剖視圖，其中在轉(zhuǎn)子芯骨的兩端裝有端蓋，圖5為一臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)器的平面剖視圖，該機(jī)器具有一個(gè)設(shè)置在常規(guī)的環(huán)形定子組件中的封閉式轉(zhuǎn)子，采用的是圖4所示的在溝槽中裝有磁體和極靴的轉(zhuǎn)子，
圖6是沿圖5中的線6-6所截取的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的橫剖面圖，其中包括驅(qū)動(dòng)電路，圖7是圖3所示轉(zhuǎn)子的部分放大橫剖面圖，表示了溝槽和磁體為V形的本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例，圖8是圖3所示轉(zhuǎn)子的部分放大橫剖面圖，表示了溝槽和磁體為U形的本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例，圖9是圖3所示轉(zhuǎn)子的部分放大橫剖面圖，表示了在每條溝槽中設(shè)置一對(duì)磁體的本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例，圖10是圖3所示轉(zhuǎn)子的部分放大橫剖面圖，表示了在每條溝槽中設(shè)置三塊磁體的本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施例，圖11是圖3所示轉(zhuǎn)子的部分放大橫剖面圖，表示了本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施例，其中溝槽和磁體緊密地保持在一起，而且非磁性蓋幾乎與轉(zhuǎn)子芯骨的外周面對(duì)齊地連接在每塊磁體的頂端，圖12是兩極內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器的橫剖面圖，該機(jī)器帶有一塊位于一對(duì)轉(zhuǎn)子芯骨之間的磁體。
雖然下面將具體地結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明加以說明，但可以理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述和圖示的具體結(jié)構(gòu)做出修改而仍能達(dá)到本發(fā)明所希望的結(jié)果。因此，這里所做的說明和圖示應(yīng)被看做是給本領(lǐng)域的技術(shù)人員一個(gè)廣泛的指導(dǎo)性公開，而不應(yīng)視為用于限制本發(fā)明的范圍。
圖1表示了正在利用常規(guī)的擠壓機(jī)20通過口模30成型的一根整體式長構(gòu)件15。擠壓機(jī)20可以是一種常規(guī)型的，例如由Sutton工程公司制造的。擠壓機(jī)20最好應(yīng)用熱或冷拉拔工藝。根據(jù)所采用的擠壓工藝，有時(shí)還需對(duì)構(gòu)件15進(jìn)行機(jī)械加工，以使它們落在合適的公差范圍內(nèi)。
擠壓口模30的形狀能使得擠出構(gòu)件15時(shí)在構(gòu)件15的圓周上成型出平行于其縱軸線的溝槽16。擠壓口模30可由工具鋼制成。一種適用的擠壓口模30是由普利茅斯管道公司plymouth Tube Company)制造的，它具有100噸的尺寸。為改變溝槽16(或尤其是改變其數(shù)量)和構(gòu)件15，也可采用不同形狀的口模。擠壓構(gòu)件15的優(yōu)選長度為12英寸至30英尺。
除了用常規(guī)的擠壓技術(shù)進(jìn)行擠壓之外，還可用鍛造、或由經(jīng)過機(jī)加工的棒材、沖壓、或用砂型鑄造、熔模鑄造或壓鑄技術(shù)來成型長構(gòu)件15。構(gòu)件15沿其周邊11可呈圓柱形或其它任何形狀。例如，在不同的應(yīng)用場合，構(gòu)件15可以是香腸形、烤餅形或方形。
構(gòu)件15最好用軟鐵、低碳鋼或其它具有高導(dǎo)磁率的軟鐵磁性材料制成。構(gòu)件15沿其軸線12可有一條中心孔(未示出)，以便于讓一根軸插入其中。然而，構(gòu)件15也可以在預(yù)定的位置進(jìn)行加工，以成型出軸42。
參見附圖2，在充分冷卻之后，對(duì)長構(gòu)件15沿縱軸12的橫向在鋸縫45處進(jìn)行切割或切段，形成多個(gè)具有預(yù)定長度的轉(zhuǎn)子芯骨40。常規(guī)的切割技術(shù)，如帶鋸或帶有金屬開槽鋸刀的臥式銑床(如LeBlond，Mazak和Makino公司制造的)都可采用。每個(gè)切段的長度取決于使用這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的象電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)這樣的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的類型。
圖3表示了一個(gè)具有從其一端延伸到另一端的溝槽16的轉(zhuǎn)子芯骨40。在一個(gè)溝槽16中放置一塊磁體17。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)知道，每塊磁體17都可由兩塊或更多塊磁體構(gòu)成，并且可以和溝槽一同延伸。最好在每條溝槽16中的磁體17的內(nèi)壁面17b上設(shè)置可導(dǎo)磁的極靴18，極靴18沿著轉(zhuǎn)子芯骨40的周邊11與轉(zhuǎn)子芯骨40對(duì)齊而形成一個(gè)圓柱面。為便于組裝和拆卸，磁體17、溝槽16和極靴18彼此可解脫地相連。或者，在構(gòu)件15成型之后且在它被切成單個(gè)的轉(zhuǎn)子芯骨40之前，將磁體17和極靴18設(shè)置在每個(gè)相應(yīng)的溝槽中。
溝槽16具有靠近周邊11的側(cè)表面16b和靠近軸線12的底表面16a。如圖3和圖7至圖11所示的各種形狀的溝槽16，多少使表面16a和16b發(fā)生變化。應(yīng)該理解，這里所用的側(cè)表面和底表面這樣的術(shù)語僅僅是為了在描述溝槽16的各種形狀時(shí)利于辨認(rèn)的目的。
溝槽16在靠近側(cè)表面16b的地方具有一個(gè)擴(kuò)大部16c。具有圖3、9和11所示形狀的各種溝槽16也可以不帶有擴(kuò)大部16c。溝槽16還可以具有凸出部96，下面將要對(duì)此加以說明。
極靴18可利用擠壓、層壓或其它工藝單獨(dú)地制成。這些極靴18是可導(dǎo)磁的，并可由軟鐵、低碳鋼或其它任何軟的鐵磁性材料構(gòu)成。
下面結(jié)合圖3和圖7至圖11對(duì)磁體17的形狀和構(gòu)造進(jìn)行說明。磁體17可由下列已知的材料制成鐵氧體(鐵素體)磁鐵、稀土磁體、鋼磁體、鋁鎳鈷永磁合金、鐵-鉻-鈷合金和Lodex(電鍍鐵-鈷磁鐵)，或類似材料。鐵氧體磁鐵和稀土磁體是通過燒結(jié)工藝生產(chǎn)的，這種工藝?yán)眉訜?而不是熔化)形成均質(zhì)的材料。對(duì)磁體17均勻勵(lì)磁的較好方式是使其內(nèi)外壁面17a和17b具有不同的極性。換句話說，外壁面17a可以具有南極磁性，而且它設(shè)置成與溝槽16接觸，以便在兩材料16和17之間構(gòu)成導(dǎo)磁回路。磁體17的內(nèi)壁面17b具有北極磁性，并且通常設(shè)置成與導(dǎo)磁極靴18接觸，以便在材料17和18之間構(gòu)成導(dǎo)磁回路。因此，本發(fā)明的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例具有作為北極的極靴18和作為南極的轉(zhuǎn)子芯骨40。不過，上述極性也可以顛倒過來，照樣能實(shí)現(xiàn)相同的機(jī)器性能。
恒定的磁場強(qiáng)度以及采用適當(dāng)形狀和間隔設(shè)置的轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁部分可產(chǎn)生更均勻的轉(zhuǎn)矩或電壓輸出，即實(shí)質(zhì)上不存在高的諧波畸變。南、北極沿轉(zhuǎn)子芯骨40的周邊11的表面積最好是相等的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，其中在帶有磁體17和極靴18的轉(zhuǎn)子芯骨40(在本實(shí)施例中，它們裝配起來后呈圓柱形)的兩相對(duì)端裝有端蓋50。端蓋(或端板)50可利用緊固件51連到轉(zhuǎn)子芯骨40(或極靴18)上。緊固件51可裝在螺紋孔82中。端蓋50用不導(dǎo)磁的材料制成。端蓋50適用于較高的速度和較大的轉(zhuǎn)子芯骨40，并且裝配和拆卸都很方便。高速轉(zhuǎn)子還要求圍繞著轉(zhuǎn)子芯骨40的周邊設(shè)置保持環(huán)。軸42可連到端蓋50上，并被插接到沿轉(zhuǎn)子芯骨40的軸線12延伸的孔(未示出)中;或者如前面所述的那樣，直接從轉(zhuǎn)子芯骨40上加工出軸42。
圖5表示了取自圖4的完整的轉(zhuǎn)子芯骨40，它由常規(guī)的定子組件60包圍并設(shè)定在機(jī)器70的外殼65中。此轉(zhuǎn)子由軸42上的軸頸軸承59支承，以利于旋轉(zhuǎn)。
圖6表示了裝配好的轉(zhuǎn)子芯骨40和定子組件60的橫剖面圖。定子組件60包圍著轉(zhuǎn)子芯骨40，并在其間形成一個(gè)小的氣隙80。氣隙80使裝配好的轉(zhuǎn)子芯骨40與定子組件60熱絕緣，以便降低由于溫度升高而引起的磁體70的性能下降。定子上具有定子齒85，定子齒85由電力線圈86(僅示出一個(gè))環(huán)繞。此外，電力驅(qū)動(dòng)電路87以本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的方式連到電力線圈86?？梢圆捎靡粋€(gè)適用的驅(qū)動(dòng)電路87，例如本領(lǐng)域常用的由Reliance制造的No.AC2105型驅(qū)動(dòng)電路。眾所周知，驅(qū)動(dòng)電路87可根據(jù)需要提高或降低磁通量。驅(qū)動(dòng)電路87還可被有選擇地用于抑制電壓尖峰或沖擊。另外，驅(qū)動(dòng)電路87以及阻尼線圈可以提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并在負(fù)載變化期間消除不希望的振顫。另外，驅(qū)動(dòng)電路87通過和一個(gè)變換器連接還能將轉(zhuǎn)子芯骨40鎖定到速度為零的同步狀態(tài)，并將該轉(zhuǎn)子芯骨40帶動(dòng)到所需的高速。這可以制成可變速的旋轉(zhuǎn)機(jī)器。此外，驅(qū)動(dòng)電路87可以單相或多相結(jié)構(gòu)連接，以使它對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用(如利用工業(yè)廢熱發(fā)電)表現(xiàn)出更大的通用性。
圖7是圖3所示完整的轉(zhuǎn)子芯骨40的部分放大橫剖面圖。具體地說，溝槽16具有位于角頂處的底表面16a和側(cè)表面16b。磁體17的外壁面17a貼靠在溝槽表面16a和16b上。在此實(shí)施例中，溝槽表面16a與16b以及磁體的外壁面17a都呈V形，并且配合在一起。也可以使用兩塊或更多塊磁體來構(gòu)成V形磁體17。另外，極靴18與轉(zhuǎn)子芯骨40沿其周邊11呈圓柱形對(duì)齊。在磁體17的頂端與轉(zhuǎn)子芯骨40的周邊11之間，存在著氣隙90，它對(duì)磁通泄漏來說是個(gè)阻隔體(即它的導(dǎo)磁性低，故無法構(gòu)成磁路)，并有助于引導(dǎo)磁力線穿過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子和定子組件，由此使能量密度提高。
圖8是圖3所示完整的轉(zhuǎn)子芯骨40的部分放大橫剖面圖。在這個(gè)實(shí)施例中，磁體17和溝槽16都是U形的，而且它們的對(duì)應(yīng)表面如圖7所示的那樣相互配合。
圖9是圖3所示完整的轉(zhuǎn)子芯骨40的部分放大橫剖面圖。其中一對(duì)磁體17W和17X分別貼靠在溝槽表面16b上。具體地說，本實(shí)施例采用兩塊具有普通棒形或矩形的小磁體來取代上例中的U形磁體。這樣，在溝槽底表面16a上就存在著一個(gè)氣隙32。
圖10是圖3所示完整的轉(zhuǎn)子芯骨40的部分放大橫剖面圖，其中在每個(gè)溝槽16中有三塊磁體，即設(shè)置了兩塊側(cè)磁體17y和一塊底磁體17z。底磁體17z位于溝槽底表面16a上，而側(cè)磁體17y位于溝槽側(cè)表面16b上。磁體17y和17z可具有任何形狀，只要它們能插配到溝槽16中即可。
圖11是圖3所示完整的轉(zhuǎn)子芯骨40的部分放大橫剖面圖，其中溝槽16、磁體17和極靴18緊密地裝在一起，并且在磁體17的頂端和周邊11之間設(shè)置了非磁性蓋95。轉(zhuǎn)子芯骨40的凸出物96和極靴18上的凸出物97相應(yīng)地與具有適當(dāng)形狀的非磁性蓋95相配合，以便將磁體17和蓋95保持在轉(zhuǎn)子芯骨40上。這樣，轉(zhuǎn)子芯骨40旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力將不會(huì)使這些必備部件運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)中斷運(yùn)轉(zhuǎn)。
對(duì)于低速機(jī)器來說，這些非磁性蓋95不是必備的。這是因?yàn)榇藭r(shí)的氣隙90能夠象非磁性蓋95一樣很好地阻止磁通泄漏。然而對(duì)于高速機(jī)器來說，最好采用非磁性蓋95，以防止出現(xiàn)不希望有的磁通泄漏路徑或磁性回路，并防止偏心力對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的物理破壞。這些非磁性蓋95由非磁性或低導(dǎo)磁性材料(如鋁或木材)制成。
磁體17最好與溝槽16的表面相吻合，如圖7、8、10和11所示形狀的磁體。由于轉(zhuǎn)子芯骨40和磁體17是接觸的，或者說是構(gòu)成一條低磁阻回路，所以可以制成具有很低漏磁量的實(shí)心結(jié)構(gòu)。因此，生產(chǎn)一個(gè)轉(zhuǎn)子只需要較少的磁性材料，其結(jié)果是降低了電動(dòng)機(jī)的成本。
轉(zhuǎn)子芯骨40還可具有許多不同的磁極結(jié)構(gòu)。一種8極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有位于轉(zhuǎn)子芯骨40的0°、90°、180°和270°圓周位置上的極靴18(最好作為北極即N極)，而相對(duì)的極靴(最好是南極即S極)設(shè)置在轉(zhuǎn)子芯骨40的外邊緣上，并位于大約45°、135°、225°和315°的圓周位置上。如前所述，在一個(gè)合適的結(jié)構(gòu)中，磁體17是這樣被勵(lì)磁的讓貼著極靴18的磁體內(nèi)壁面17b具有北極(N)磁力線取向，而讓磁體外壁面17a具有南極(S)磁力線取向。
與8極機(jī)器相對(duì)的一種4極機(jī)器，具有設(shè)置在0°和180°圓周上的N極和設(shè)置在90°和270°圓周上的S極。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所周知的那樣，可以為內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器提供2極、4極、8極、16極、32極或其它極數(shù)的設(shè)計(jì)。
現(xiàn)在參見圖12，它表示了一種2極內(nèi)磁體電動(dòng)機(jī)的實(shí)施例。如圖12所示，轉(zhuǎn)子110包括上部和下部轉(zhuǎn)子芯骨111和112，以及一塊位于其間的磁體114。轉(zhuǎn)子芯骨111和112的周邊113最好是圓形的，當(dāng)然也可以形成其它形狀的周邊。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，磁體114具有頂部和底部端面117和118，它們分別被極化成相反的極性并且最好是平端面。分別在上部和下部轉(zhuǎn)子芯骨111和112上的相應(yīng)平端面115和116構(gòu)成了一條高導(dǎo)磁性磁路。磁體114也具有側(cè)壁119和120，它們從周邊113向內(nèi)凹陷，以便分別形成氣隙121和122。或者磁體114的側(cè)壁119和120伸到周邊113的外面。圖12所示的實(shí)施例表明，上部和下部轉(zhuǎn)子芯骨是相同的，然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將理解，這兩個(gè)轉(zhuǎn)子芯骨也可以是不對(duì)稱的，以使得一個(gè)轉(zhuǎn)子芯骨111或112能夠具有一個(gè)裝納一根軸的孔(未示出)?；蛘?，端蓋(未示出)帶有一根軸。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還能理解，圖12所示的轉(zhuǎn)子可以用結(jié)合圖1-5所描述的方法來制造。換句話說，可以利用擠壓或其它工藝成型出第一和第二根細(xì)長構(gòu)件，然后將構(gòu)件切成預(yù)定的長度，再將磁體放置在其間以構(gòu)成轉(zhuǎn)子。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，雖然圖12涉及到上部和下部轉(zhuǎn)子芯骨，但是這兩個(gè)轉(zhuǎn)子芯骨是以和上述其它實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子芯骨和極靴相同的方式發(fā)揮功能的。
在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，磁力線從最接近的N極傳輸?shù)阶罱咏腟極，如圖6所示的兩維磁路100那樣。兩維磁路意味著磁力線在垂直于縱軸線12(而不是平行于軸線12)的機(jī)器平面內(nèi)傳輸。因此，從極靴18的N極發(fā)出的磁力線穿過氣隙80，流入并流出定子齒85和電力線圈86，再穿過氣隙80，最后到達(dá)最接近的轉(zhuǎn)子芯骨40的S極。實(shí)際上，磁力線與電力線圈86交相感應(yīng)，以產(chǎn)生能量(如發(fā)電機(jī))，或者由勵(lì)磁線圈86發(fā)出的磁力線作用在轉(zhuǎn)子芯骨40上，產(chǎn)生使之旋轉(zhuǎn)的力(即電動(dòng)機(jī)，圖中未示出磁路)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式，轉(zhuǎn)子芯骨40在靜止的定子組件中，從一個(gè)弧度位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)弧度位置。
在附圖和說明書中，舉出了批量生產(chǎn)內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器的方法及由此方法生產(chǎn)出的內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。這種內(nèi)磁體機(jī)器可以是永久磁體凸極同步型，無刷直流(DC)永久磁體型或其它任何在轉(zhuǎn)子芯骨40、氣隙80和定子60之間具有兩維磁路的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。帶有線圈86的定子組件60和驅(qū)動(dòng)電路87可以是已知的用于單相、兩相和三相感應(yīng)和同步機(jī)器的那些類型，但絕不僅限于此。
盡管在本說明書中采用了具體的技術(shù)術(shù)語，但這只是出于描述的目的，而不是要限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)具有從其一端延伸到另一端的溝槽的轉(zhuǎn)子芯骨，和位于各自的一條所述溝槽中的至少一塊磁體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子芯骨是整體式的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子芯骨是一個(gè)大致圓柱形的、可導(dǎo)磁的轉(zhuǎn)子芯骨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中所述溝槽和所述至少一塊磁體選自下列組合a.U形溝槽和至少一塊U形磁體，b.V形溝槽和至少一塊V形磁體，c.任意形狀的溝槽和位于每條溝槽中的一對(duì)磁體，這兩塊磁體分別沿著溝槽的相應(yīng)側(cè)面放置，并與溝槽的底部分開，以便在溝槽的底部形成一個(gè)氣隙，和d.任意形狀的溝槽和位于每條溝槽中的三塊磁體，第一塊磁體放置在每條溝槽的底面上，而另兩塊磁體放置在每條溝槽的相應(yīng)側(cè)面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其中所述至少一塊磁體具有一個(gè)內(nèi)壁面和一個(gè)外壁面，所述磁體的外壁面貼裝在所述溝槽中，所述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還包括共同延伸地放置在所述磁體的內(nèi)壁表面上的至少一個(gè)極靴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子芯骨的至少一端的至少一個(gè)端蓋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，它結(jié)合于一個(gè)包圍在所述溝槽中帶有至少一塊磁體的所述轉(zhuǎn)子芯骨的定子組件，以此構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，還結(jié)合于一個(gè)連接到所述定子組件的電力驅(qū)動(dòng)電路。
9.一種生產(chǎn)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子的方法，包括以下步驟成型出一種其周邊上帶有平行于其縱軸線的溝槽的長構(gòu)件，將所述長構(gòu)件切成具有預(yù)定長度和具有從其一端延伸到另一端的所述溝槽的轉(zhuǎn)子芯骨，將磁體放置在所述溝槽中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述成型長構(gòu)件的步驟包括擠壓出一種其周邊上帶有平行于其縱軸線的溝槽的長構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述放置磁體的步驟包括將磁體共同延伸地放置在所述長構(gòu)件的所述溝槽中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述放置磁體的步驟包括將磁體共同延伸地放置在所述轉(zhuǎn)子芯骨的所述溝槽中。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述磁體具有內(nèi)壁面和外壁面，所述磁體的外壁面貼裝在所述溝槽中，所述方法還包括將至少一個(gè)極靴放置到所述磁體的內(nèi)壁面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括將至少一個(gè)端蓋放置到所述轉(zhuǎn)子芯骨的至少一端上。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括將溝槽中具有磁體的所述轉(zhuǎn)子芯骨設(shè)定在一個(gè)定子組件中，以此構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)器。
16.一種生產(chǎn)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子的方法，包括以下步驟成型出各自具有一條縱軸線的第一和第二長構(gòu)件，將所述第一和第二長構(gòu)件切成具有預(yù)定長度的段，以形成上部和下部轉(zhuǎn)子芯骨，和將一塊磁體放置在所述第一和第二長構(gòu)件之間。
17.一種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子，包括上部和下部轉(zhuǎn)子芯骨，和一塊位于所述上部和下部轉(zhuǎn)子芯骨之間的磁體。
全文摘要
內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器如電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，由成型出長構(gòu)件來批量生產(chǎn)。長構(gòu)件的周邊上有平行于其縱軸線的溝槽。將長構(gòu)件切成具有預(yù)定長度和從其一端延伸到另一端的溝槽的轉(zhuǎn)子芯骨。在溝槽中放置磁體，在溝槽中的磁體上放置極靴。由此法生產(chǎn)出的內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器具有由帶有溝槽的轉(zhuǎn)子芯骨構(gòu)成的轉(zhuǎn)子和位于各自的一條溝槽中的至少一塊磁體。這樣就能為內(nèi)磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)器提供一種有效的、成本低的、可批量生產(chǎn)的和易于裝配的轉(zhuǎn)子。
文檔編號(hào)H02K1/27GK1052976SQ9010997
公開日1991年7月10日 申請(qǐng)日期1990年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月15日
發(fā)明者小弗萊德里克·布拉德福德·雷特爾, 布拉德·克勞德·科爾布林格, 丹尼爾·韋恩·麥克吉, 瓦馬拉朱·斯利·拉馬·穆爾西, 約翰·斯蒂芬·德拉皮 申請(qǐng)人:美國運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)公司