具有成型软金属复合材料部件与轴向和径向气隙的电机
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020/3/18申请的美国临时专利申请第63/100,541号的优先权益；所述申请的全部内容以引用的方式并入本文。
3.发明背景
技术领域
4.本发明涉及可作为电动马达和发电机运行的横向磁通电机，所述横向磁通电机具有轴向和/或径向气隙，所述横向磁通电机可包括由软金属复合材料制成的成型部件，诸如电枢和/或集中器。
背景技术：5.需要能够在广泛范围的每分钟转数(rpm)内以高扭矩运行并且保持高效率并且具有生产经济性的电机(并且特别是电动马达)。横向磁通电动马达以相对低的每分钟转数提供高效率和高扭矩输出并且非常适合于直接驱动工业和商业应用(诸如电动自行车和低速车辆)。
6.当需要低扭矩输出并且车辆以相对高的速度行驶时(诸如当下坡行驶并且需要很少或不需要电动马达的扭矩时)，汽车牵引应用中使用的电动马达可能会产生过多的铁心损耗阻力。
7.软金属复合材料(smc)已用于制造电机部件(诸如电枢和/或电枢齿)，但由于制造的复杂性(特别是当需要更复杂的形状时)，具有有限的用途、相对高的铁心损耗，并且扭矩的增加是不多的。这些软金属复合材料已经投入市场，但相对少见，仅有不多的性能增益。
8.(此外，smc部件的开发、加工和生产成本很高，因此，smc部件取得了有限的商业成功。一一这句话与上一句话在一起似乎是多余的)
9.设计横向磁通马达的成本更高，部分是由于设计是三维的，因此计算量更大，而且因为它们比常规的马达具有更多需要设计的设计变量。假设横向磁通马达(tfm)的每质量生产成本与常规机器非常相似，并且将会与相同组成材料的质量成比例，但生产成本一般来讲也更高，这主要是由于缺乏设计和制造方面数十年的改进，并且主要是由于三维磁通路径限制了适当的构造。
10.在先前描述的包含狭缝金属电枢的电机中，需要单独的环形回路(return)部分来完成磁通路径。虽然概念上很简单，但制造环形回路部分需要大量工作。对每个部分进行绕制，然后必要时可研磨成一定尺寸，在圆周上切割以防止高循环电流，用外部非导电带封装，并且进行加工以提供使其与电枢对齐的特征部(诸如销)。这些都需要时间并且成本高昂。相似地，必要时对电枢进行绕制、退火、开槽、封装、研磨并且加工成具有配对的特征部以使它们与环形回路和/或壳体精确对齐。所得的机器限制了实际市场。
11.已示出电枢由与相邻的一个或多个相共享磁通的狭缝金属形成。已经取得一些优点，但由于材料成型的限制，很多都是不可能的，而且从那时起，公开了许多关键的改进。
12.这些问题也限制了本领域的投资和开发。例如，尚未完成以高性能和大容量马达典型的高功率水平运行马达的工作，诸如汽车牵引应用所需要的那些马达。这已将马达降级为小众应用，一般来讲是低rpm和低功率应用。
技术实现要素：13.本发明涉及可作为电动马达或发电机运行的电机，所述电机解决各种马达设计方法中的性能和制造缺陷，特别是具有更高扭矩、更高rpm、更低铁心损耗和更低嵌齿的横向磁通、轴向和径向磁通马达。
14.示例性电机具有根据应用要求被构造成产生轴向气隙和/或径向气隙的电枢环和磁环的布置。电枢齿或电枢可耦接到电枢连接器环，所述电枢连接器环可以是由软金属复合材料(smc)形成的单片部件或零件(一体式零件)。电枢可包括从电枢环的电枢连接器环延伸的电枢齿，并且集中器可包括可以是集中器连接器环的整体部分的集中器齿。磁体可被构造在集中器齿之间以形成具有多个磁极的磁环。同样，包括集中器连接器环和从它延伸的多个集中器齿的集中器环可以是由软金属复合材料(smc)形成的单片部件(一体式零件)。如本文所用，单片部件是可以在模具中(诸如通过在smc零件中压缩粉末金属或者通过模制或铸造)由单一材料形成的一体式零件，诸如可用于磁环保持器。在示例性实施方案中，在各相之间共享电枢磁通路径。气隙可以是轴向的并且在电枢齿和集中器齿之间延伸。集中器形成磁极。磁体提供磁通，并且也是形成
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磁环
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的磁通路径的一部分。电枢和集中器齿和磁极可以径向延伸并且围绕电机的轴线交替。示例性电机可具有轴向气隙和/或径向气隙。气隙可以被构造成非常靠近马达/发电机的od，或者邻近电枢环的外表面，从而提供更高的平均直径并因此提供更高的扭矩。
15.示例性电机包括由软金属复合材料形成的单片部件，诸如电枢齿、电枢集中器环、包括电枢齿和电枢连接器环的电枢环，以及磁通回路部分、环形回路，如本文所用，它作为单个零件完成围绕线圈的路径。在单片成型部件中提供许多特征部，从而使装配、成本和性能得到改善。
16.电枢齿可以是由软金属复合材料形成的单片部件，并且可以具有构建到成型部件中的多个特征部。示例性电枢齿可从连接端部向延伸端部渐缩并且可以一直向轴向气隙表面渐缩，由此电枢齿的横截面积远离轴向气隙表面增加以提高结构强度，减少铁心损耗并增加磁导率。电枢齿可在其与电枢连接器环连接的尖端部分中向延伸端部渐缩，或在气隙部分之上渐缩，所述气隙部分是电枢齿的与磁环重叠以产生气隙的部分。电枢齿还可以具有构建到气隙表面(诸如轴向和/或径向气隙表面)中的抗嵌齿特征部。示例性抗嵌齿特征部可以是气隙表面中的凹入部，所述凹入部可以被构造在电枢齿中的一个或多个中。电枢齿可具有径向间隙延伸部，所述径向间隙延伸部与磁环形成径向气隙。示例性电枢齿可具有轴向气隙表面和径向气隙表面两者。
17.示例性单片电枢齿可以包括电枢连接器环耦接部分(诸如突出部)，所述电枢连接器环耦接部分被构造成将齿定位并耦接到电枢连接器环的电枢齿耦接部分(诸如凹槽或孔)。齿可以围绕电枢连接器环以周向阵列耦接以形成电枢环。电枢齿可具有流动通道特征部，所述流动通道特征部被构造成接收灌封以在模制中更好地加工并产生机械上更稳定和更刚性的电枢环。流动通道可在延伸端部上并沿电枢齿的连接端部径向和周向延伸。
18.电枢连接器环可具有被构造在单片成型部件中的特征部，所述特征部包括被构造成接收线圈或线圈的一部分的线圈槽。两个相邻的且叠堆的电枢环可以由它们相应的线圈槽的对齐形成线圈通道。线槽也可成型到电枢连接器环中，以便为线圈线提供路径。电流槽可被构造在电枢连接器环中以防止电流围绕电枢连接器环周向流动。槽可以从电枢连接器环的内径到外径径向地一直延伸穿过电枢连接器环。电枢连接器环可具有成型在其中的冷却通道，所述冷却通道可围绕电枢环的至少一部分周向延伸。冷却通道入口和出口可被构造在电枢连接器环中以允许冷却流体流动穿过冷却通道。冷却通道可以从环形回路径向向内或向外。
19.示例性smc电枢可以被浸渍以防止流动穿过构造在其中的冷却通道的冷却流体泄漏。示例性电枢连接器环还可具有构造在其中的环形回路。环形回路可从电枢连接器环轴向延伸出去并且与相邻电枢环的环形回路或延伸部耦接。电枢连接器环还可具有环形回路定位特征部以将单独的环形回路定位并与电枢连接器环耦接。示例性环形回路定位特征部可以是凹槽或键槽，并且环形回路可具有用于插入所述凹槽或键槽中的突出部或键，或反之亦然。电枢环还可具有径向向内或向外延伸的扭矩键以实现与轴的机械连接。所有上述特征部可被构造在单个成型的单片电枢连接器环中。电枢齿也可以是单片电枢环的整体部分，从而使装配更精确、更快且成本更低。另外，由于齿和磁极的几何形状被构建在成型部件中，因此部件的对齐更容易。
20.示例性集中器连接器环可以是由软金属复合材料制成的单片部件。集中器齿可以与集中器连接器环整体地耦接并且径向向内或向外延伸。同样，特征部可成型到单片集中器环中，用于改善性能和装配。抗嵌齿特征部可被构造在集中器气隙表面上，例如，诸如气隙表面中的凹入部。集中器齿可具有轴向轮廓特征部(诸如多个沟槽，用于接收磁极和集中器齿之间的灌封)用于改善磁极的保持和结构支撑。也可以利用这些特征部来减少嵌齿。磁环保持器接收器可被构造在集中器齿和集中器连接器环之间，以使磁环保持器能够耦接到其上。磁环保持器可以围绕集中器环装配、模制、压制或铸造，使得磁环保持器填充磁环保持器接收器以提供结构支撑并保持集中器齿的对齐和位置。磁环保持器可以从集中器环的第一轴向侧延伸到第二轴向侧。示例性磁环保持器可以是插入到磁环保持器接收器中的单独的零件，所述磁环保持器具有被构造成插入到磁环保持器接收器中的磁环保持器延伸部；另外的磁环材料可以被粘合或灌封或模制以将磁环保持器延伸部固定在磁环接收器内。磁环保持器被构造成提供集中器环的附加的结构支撑并且将磁环轴向地彼此定位，并且因此到电枢的气隙被适当地定位。磁环保持器可以是导电的但不是导磁的。磁环保持器可以是塑料(诸如在围绕集中器环的模制件中流动的热塑性塑料)，或者可以包括粉末(诸如铜、铝或不锈钢粉末)，所述粉末可以包括粘合剂并且被压入磁环保持器接收器中。磁环保持器可以是铸铝或其他有色金属。磁环保持器和集中器环的全部或一部分可以被机械加工掉以减小直径和重量并且改善性能。
21.本发明的电机可以是马达或发电机。电机的装配可以通过添加成型到单片部件中的结构特征部来简化。电枢环可具有配对的定位特征部，所述定位特征部使得叠堆能够对齐并保持周向对齐以及成角度地定位。线圈可以驻留在形成在电枢连接器环中的线圈通道中，并且线圈线可以延伸穿过线槽。集中器环可被定位在电枢环之间并通过灌封或其他方式(诸如机械)保持。电枢齿可以径向向内或向外延伸。根据几何形状和应用，电枢环或磁环
可以是电机的旋转部分。
22.冷却通道可被构造在电枢环中以使冷却流体能够流动以防止高功率密度电机的过热。冷却导管可被构造在用于电枢齿的径向间隙延伸部之间，并且冷却流体可以流动穿过冷却导管以用于冷却目的。这个空间不能用于任何其他目的，并且因此不会增加电机的尺寸，并且被理想地定位以从铁心和线圈生成热量的地方去除热量。
23.此外，示例性三相电机具有六个轴向气隙和/或三个径向气隙，从而使单位体积或马达的截面积(sheer area)较大。每个相的磁通路径会聚并环绕单个中心线圈绕组(且一般来讲为环形线圈绕组，或如本文所用的线圈)。作为横向磁通马达的典型，所公开的布置允许独立于线圈面积调整极数，从而允许更低电阻线圈，并因此减少由于扭矩引起的电阻损耗。另外，在各相之间共享电枢磁通路径。这些共同允许了单位体积、质量和单位成本的高扭矩，以及单位扭矩和功率的较低铁心损耗。smc部件的布置提供气隙公差的严格控制、无周向公差叠加、更高的线填充面积以及次级操作的几乎完全消除。
24.在输出线圈相对于磁环静止的情况下，径向气隙电枢(与轴向相结合或仅为径向的)允许屏蔽线圈免受磁环的波动场影响。当频率变得显著时，这很重要，因为如果允许这些波动场穿透线圈，这些波动场将引起很大的损耗。轴向气隙和径向气隙的组合形成了最高的气隙截面积，并且屏蔽线圈免受波动场在线圈中引起的损耗。
25.与层叠钢相比，smc电枢环在高频下运行具有有利的损耗。由于每个扭矩输出所激励的smc质量/体积相对小，共享的电枢磁通路径导致较少的整体电枢铁心损耗。
26.另外，公开的特征部减少嵌齿并且允许理想的正弦波波形。电枢齿和/或集中器齿的轴向表面中的抗嵌齿特征部(诸如凹入部)可被构造成减少或防止嵌齿。所述齿中的一个或多个可被构造成具有抗嵌齿特征部，并且这个特征部可以在通过压缩粉末金属来形成期间被形成为smc部件的整体部分。
27.示例性线圈一般来讲是可以由扁平线、方形线或圆形线形成的环形线圈。圆形线成本最低。常常需要
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阿尔法绕组
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以避免线圈体积的损失，这是由于线圈绕组的两端需要一起在内径或外径(根据布置)上退出。如果没有
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阿尔法绕制
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线圈，则为了允许线圈的起点或端部在另一个端部处到达相同的方向，会损失一行或一列。本发明所公开的是，通过如图所示对smc和线圈进行成型，标准绕线可以产生几乎相同的理想电阻线圈，而成本和难度只是其一小部分。
28.示例性磁环可以由交替的磁体和磁通集中器组成，其中每隔一个磁体是低矫顽力磁体。这允许通过使用电枢中的电流脉冲调整低矫顽力磁体的磁场水平、甚至磁通方向来调整从磁环进入电枢的净磁通。
29.示例性电机可具有减少的零件数、公差叠加、制造成本和改善的性能一致性。示例性电机可包括：单片磁环，其中来自每个磁环的所有磁通集中器一起形成在一个零件中，并且在这个过程的后期可以完全或部分分离以磁独立地运行；以及具有轴向磁通路径和/或轴向和径向磁通路径的电枢，其中每半相的所有磁极形成在同一零件中。电枢环可以具有成型和模制到电枢零件中的扭矩键，并且提供每个电枢环与相邻电枢环的对齐，并且提供扭矩过渡。这进一步减少了零件数，消除了另一个公差，并且减少了马达和输出之间发生倾斜的可能性。这种减少的制造零件数可以将零件数从通常大约500个零件减少到大约10个零件(加上磁体)。同样重要的是，示例性电机可包括单片集中器环，其中磁通集中器成型为
从集中器连接器环延伸，从而精确定位每个集中器齿，这消了某些公差叠加。这改善了马达的一致性和质量，并且允许在设计中有更多选择，以减少嵌齿并改善性能。这些单片部件允许更低的制造成本、更低的嵌齿、更完美的正弦波和更好的制造、更好的性能和更好的制造一致性。
30.示例性电机可包含是共享的电枢齿的电枢齿，这些电枢齿定位在两个单独的磁环之间并且从这两个单独的磁环传导磁通量。在示例性实施方案中，共享的电枢齿从电枢连接器环径向延伸并且具有用于在齿的相反的轴向侧上传导磁通量的轴向气隙表面。共享的电枢齿可以是单片电枢环的整体部分，例如，由软金属复合材料(smc)形成的一体式部件。
31.几乎所有这些构造都可以被构造用于内旋转或外旋转，通常使用几乎完全相同的工具和零件来构造。
32.概括地说，由定位在马达/发电机的外围附近的轴向气隙、径向气隙或轴向和径向气隙引起的单位体积高间隙截面积导致具有出色的单位尺寸、重量和成本的扭矩和功率的高价值马达/发电机，所述马达/发电机在各相之间具有共享的电枢齿，具有需要很少的质量(和损耗)的短磁通路径，通过液体冷却进行冷却，因此它可以在高比损耗下运行。除此之外，这是一个其中磁场水平可调整的磁环。这增强了更高的rpm效率和性能，通过保持生成的电压相对水平来降低控制器成本。
33.具体布置示出以下属性：单位体积和重量的高气隙截面积；实时可调整的运行磁通密度；更大的线面积和/或更小且更轻的马达/发电机；液体冷却或热管冷却，沿电枢和沿线圈都提供了高热流；短的且共享的磁通回路减少了铁心材料，从而降低了铁心损耗、成本和重量；远离气隙面径向和周向渐缩的磁极，以提高结构强度、降低铁心损耗并提高磁导率；横向磁通允许相对低的线圈电阻损耗；以及将所有各相集中器形成在一起，并且将电枢磁极和磁通回路部分整合在一起，从而将零件数减少为大约1/25，从而降低成本并改善性能和一致性。
34.磁环
35.马达布置从磁环开始。磁环由与磁通集中器交替的磁体组成。磁体在厚度上被磁化，所述厚度也是大致圆周方向，它们彼此相对并且将它们的磁通引导到集中器中。这允许磁通在轴向方向上和径向方向上耦接到电枢。本发明公开一种变型，其中非常耐退磁的高矫顽力磁体(诸如钕等)与易退磁的较低矫顽力磁体(诸如铝镍钴磁体等)交替。这种新的布置允许使用电枢电流脉冲将磁环有效地实时退磁和重新磁化，以便调整磁场水平。这允许在宽的速度范围内以恒定的功率水平运行。它还允许基本上没有损耗的状况，其中马达不工作但也没有损耗。在马达仅在某些操作点间歇式使用(诸如电动单车或电动自行车)或仅在某些状况下需要四轮驱动车辆的情况下，这非常有用，或者同样重要的是，以便调整马达/发电机在所需功率/扭矩高度可变并且铁心损耗将使效率显著降低并成为重要的操作点的情况下运行的磁场水平。另一个重要的优点是，生成的电压可以保持在适度的电平。如果没有这个优点，马达和控制器会在更高的rpm下承受更高的电压。控制器成本也会更高。一个汽车示例是诸如在下坡或减速时需要低功率的汽车，在全磁场情况下，铁心损耗会很高，并且功率输出会很低，因此所得的效率也会很低。这种布置允许在这些状况下具有优异的效率。重要的是，需注意这种磁环布置和通过电枢中的脉冲电流调整电枢磁场水平以改变低矫顽力磁体中的磁场，可用于许多马达布置中。
36.本发明的磁环部分的另一个重要公开是每相单件的轴向压制的smc集中器环。在示例性环中，集中器被模制成具有内连接环或外连接环的集中器。在示例性设计中还公开了一个狭窄区域，集中器的磁性功能在这个区域中结束，然后smc延伸到连接器环。这个狭窄部分减少了磁通泄漏，并且允许机械锁定到间隔环。这种机械锁定改善了机械设计和构造的稳健性。这种每相单个零件的环设计还有许多另外的优点。压制和加工单个零件的成本比示例中的80个单独零件更低。另外，重要的是，对于每个相，相对于示例中的80个，只需要处理单个零件。这个环还可以在所有三个相中轴向、径向和成角度地精确定位每个集中器。这改善了制造的一致性和几个性能方面(包括波形和嵌齿)。它还允许尽可能多的每个集中器具有不同的设计，而不会增加制造成本或复杂性。对于电压波形成型、嵌齿和其他对单独零件不可行的设计方面来说，这可能是重要的设计变量。
37.这些构造可被构造用于内旋转或外旋转，通常使用几乎完全相同的工具和零件来构造。
38.电枢
39.电枢可以制成为仅仅具有径向气隙或仅仅具有轴向气隙，然而优选的版本同时采用轴向气隙和径向气隙。在一些情况下，优选地只使用轴向气隙构造或径向气隙构造。
40.电枢可以由具有整合的回路路径或具有单独的回路部分(可被称为环形回路或连接环)的离散磁极构成，或者整个电枢和回路以及形式上分离的零件或根本不可能的其他特征部可以整合到单个压制的smc零件中。当马达的规模对于可用的压力机来说太大，或者所需马达的体积可能无法证明整合零件的加工成本合理，或者因为优选的压制方向可能不同时，所以可能离散零件电枢或整合电枢的可用设计特征部对于马达或发电机的设计目标至关重要，使用离散零件可能是优选的。
41.示例性电机可以是内旋转马达和外旋转马达。在大多数情况下，smc单片零件保持非常相似或相同，从而降低了加工成本。示例性电机可以是具有轴向和径向气隙的内旋转电机，其中电枢回路围绕外径而不是内径并且线圈围绕磁环的外径放置。这种布置减小了扭矩，但对于某些应用可能是优选的。示例性电机可以具有以下布置：绕组线圈被布置成在马达的外径或马达的内径上终止。
42.示例性成型的电枢可以包括在相邻电枢环之间形成线圈通道的线圈凹槽，使得适应线圈的更大面积，同时保持相当恒定的磁通水平，并且因此保持较高的磁导率和较低的铁心损耗水平。这是通过在气隙区域外精心成型磁极以便将横截面积增加到整个圆周或者几乎如此来实现的，在磁极连接电枢环的地方，需要较少的smc轴向范围来承载相同的磁通。这种减少的smc轴向范围允许线圈空间的轴向范围更大。替代地，可以优化成型以降低线圈区域中的磁通水平。降低磁通水平将降低铁心损耗并改善磁导率。
43.以这种方式，磁极成型也改善了强度或电枢。在气隙区域中对形状进行优化，用于扭矩产生、波形成型和减少嵌齿，然后磁极形状周向和径向扩展，同时渐缩出气隙区域。
44.在气隙区域中制作了各种三维形状特征部，诸如具有半径的简单凹槽，以减少嵌齿。特别地，与外相相比，具有半径的凹槽在内相中的使用方式不同，尽管甚至可能使用相同的工具来生产零件，只是将零件置于倒置位置中。为简单起见，抗嵌齿特征部包括圆形和经倒角的面凹槽，但是在不增加加工或生产成本的情况下在尽可能多的磁极区域上实现多种形状可能是所期望的。
45.在一些情况下，包括一些次级操作以减少零件加工可能是有利的。例如，电枢环或电枢齿可被机械加工以便在多相电机的端部上包含它们，其中不需要外部特征部。同样，在这些零件由smc成型和形成之后，线圈通道或冷却通道可以被机械加工到电枢环中。
46.在线圈绕组相对于磁环移动的情况下，示例性电枢允许较高的每分钟转数(rpm)。在这种布置中，在线圈相对于磁环移动的情况下，涡电流在线圈中逐渐形成，这会引起损耗。公开的电枢包括线圈绕组和磁环之间的径向气隙磁极。它们增加了电机的扭矩输出，并且还屏蔽线圈绕组免受交变磁场的影响，否则会在线圈绕组中引起高涡流。
47.示例性电枢可以在内部的磁通共享相电枢上轴向更厚。这有利于减少嵌齿和波形成型。
48.类似地，磁极不需要具有平坦或平行的壁或圆柱形形状，并且可以采用任何轮廓来提供性能优点，诸如减少嵌齿或增加气隙面积。例如，它们可以是圆锥形或环形，或者是具有
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褶边薯片
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状轮廓的沟槽状，以得到增加的表面积或其他优点。在另一个示例中，不需要平行壁允许电枢加宽并且周向和轴向分布结构和磁通负载以得到优点。气隙在径向或轴向方向上跨气隙的宽度可以不均匀。例如，宽度可以从内径到外径增加，或者可以在气隙上具有宽度波动。
49.如本文所用的成型软金属复合材料是通过在成型模具中压缩粉末金属形成的单片部件。
50.本发明的概述是作为对本发明的一些实施方案的总体介绍而提供的，而并非意图进行限制。本文提供了另外的示例性实施方案，包括本发明的变型和替代的构造。
附图说明
51.附图被包括来提供对本发明的进一步理解并且被并入本说明书且构成本说明书的一部分，说明本发明的实施方案，并且连同描述一起用来解释本发明的原理。
52.图1示出示例性成型的电枢齿的透视图，所述电枢齿被构造成与电枢连接器环耦接以形成电枢。
53.图2示出示例性成型的电枢齿的透视图，所述电枢齿具有用于将电枢齿定位在电枢连接器环上的连接器环耦接部分。
54.图3示出示例性成型的电枢齿的透视图，所述电枢齿具有：轴向气隙表面和径向气隙表面；连接器环耦接部分，所述连接器环耦接部分位于连接端部上，用于将电枢齿定位在电枢连接器环上；以及流动通道，所述流动通道径向和周向位于延伸端部和连接端部上，用于接收灌封，以便在灌封时在磁极之间和周围提供支撑。
55.图4示出示例性电枢连接器环的透视图，所述电枢连接器环具有四个电枢齿，所述电枢齿通过连接器环耦接部分(突出部)插入到电枢齿耦接部分(孔)中来耦接到电枢连接器环；这种精确定位在电枢齿之间形成通道，用于接收结构支撑材料、灌封，并且在槽周围定位磁极的角度和位置以避免桥接。
56.图5示出电枢连接器环的透视图，所述电枢连接器环可用于将电枢齿连接到其上并且形成环形回路环。
57.图6示出电枢连接器环的透视图，所述电枢连接器环具有用于中断任何电流的周向路径的电流槽。
58.图7示出电枢连接器环的透视图，所述电枢连接器环具有如图6所示的电流槽和用于定位电枢齿的周向槽。
59.图8示出电枢连接器环的透视图，所述电枢连接器环具有电枢齿耦接部分(用于接收和保持电枢齿的孔)以及供线圈线延伸穿过以到达线圈的线槽(如图9所示)。
60.图9示出图8的电枢连接器环的透视图，其中线圈线从线圈延伸穿过线槽。
61.图10示出示例性电枢环的透视图，所述电枢环具有耦接到电枢连接器环的环形回路部分的电枢齿和如图6所示的在电枢连接器环中径向延伸的电流槽。
62.图11示出具有电枢环的示例性三相电机的透视图，所述电枢环包括围绕磁环构造以形成轴向气隙的电枢齿和穿过线圈线槽延伸到内径中的线圈线。
63.图12示出如图11所示的包含电枢环和电枢齿的三相电机的剖视图。
64.图13示出示例性成型的电枢齿的透视图，所述成型的电枢齿从连接端部向延伸端部渐缩，并且具有用于接收线圈的轴向槽和并入电枢齿中的磁通回路延伸部。
65.图14示出示例性成型的电枢齿的透视图，所述成型的电枢齿从连接端部向延伸端部渐缩，并且具有用于接收线圈的更宽的轴向槽和磁通回路延伸部，所述轴向槽在轴向上比并入成型的电枢齿中的径向气隙延伸部更宽。
66.图15示出示例性成型的电枢齿的透视图，所述电枢齿从连接端部向延伸端部渐缩，并且具有用于接收更宽的轴向线圈的更宽的轴向槽、磁通回路延伸部和从电枢齿的相反的轴向表面延伸的径向气隙延伸部。
67.图16示出示例性电枢环的透视图，所述电枢环通过将图15所示的成型的电枢齿布置成周向阵列形成。
68.图17示出示例性相部段，所述相部段包含被叠堆以形成单向电机的两个如图16所示的电枢环。
69.图18示出示例性三相电机部段，所述三相电机部段包含被叠堆以形成三相电机的如图16所示的电枢环。
70.图19示出三相电机的透视图，所述三相电机具有如图14所示的被构造在电枢环叠堆的端部上的电枢齿。
71.图20示出成型的轴向电枢组件的透视图，所述成型的轴向电枢组件被构造成在电机中轴向延伸，如图21所示。
72.图21示出三相电机的透视图，所述三相电机具有如图20所示的形成电枢环的成型的轴向电枢组件。
73.图22示出具有磁体和磁通集中器的交替布置的示例性磁环。
74.图23示出磁体和磁通集中器的单极组合的放大透视图。
75.图24示出示例性磁极对的放大透视图，所述磁极对具有被构造成与磁通集中器相邻的薄且高矫顽力的磁体，随后是被构造成与另一个磁通集中器相邻的厚且低矫顽力的磁体。
76.图25示出由图24所示的磁极对组成的磁环的透视图。
77.图26示出示例性成型的电枢环的一部分的透视图，所述电枢环具有从电枢连接器环延伸的电枢齿、线圈槽和环形回路。
78.图27示出示例性三相电机的一部分的剖视图，所述三相电机具有如图26所示的电
枢环的布置，其中线圈在电枢环之间被构造在线圈槽中并且磁环与电枢形成径向气隙和轴向气隙，并且其中电枢齿是共享的电枢齿。
79.图28示出三相电机的电枢布置的剖视图，所述三相电机包括成型的电枢环，其中磁通回路部分位于电机的外径上，并且其中线圈位于磁环的外径周围。
80.图29示出主要围绕第一相和第二相的图27的磁通共享模式。
81.图30示出主要围绕第一相和第三相的图27的磁通共享模式。
82.图31示出主要围绕第二相和第三相的图27的磁通共享模式。
83.图32示出图27的磁通共享模式，其中最高的磁场水平在第二相中。
84.图33示出如图26所示的电枢环的透视图，所述电枢环具有单独的环形回路，所述单独的环形回路具有定位特征部，所述定位特征部用于通过电枢环定位特征部将环形回路与电枢环一起定位。
85.图34示出如图26所示的电枢环的透视图，所述电枢环具有被构造用于三相电机的单独的环形回路；示出单个电枢环。
86.图35示出如图26所示的成型的电枢环的一部分的透视图，所述成型的电枢环具有整合的环形回路、线圈槽，并且只有一侧具有径向间隙延伸部。
87.图36示出图35的示例性成型的电枢环，所述成型的电枢环具有电流切断并且还示出被构造用于插入到线圈槽中的线圈，其中用于线圈回路的线被挤压而延伸穿过线槽，从而消除对阿尔法绕制线圈绕组的需要。
88.图37示出图38的电枢环的后侧视图，所述电枢环具有形成在电枢环中的冷却通道24，所述冷却通道用于通过冷却入口引入冷却物和其流动以及通过冷却出口去除冷却流体。
89.图38示出图37的电枢环的透视图，所述电枢环具有用于定位电枢的电枢定位特征部。
90.图39示出叠堆成三相电机布置的图38的电枢环的透视图，所述三相电机布置包括具有通过电枢环中的线槽延伸到内部的线圈线的线圈。
91.图40示出示例性电枢齿的剖面透视图，所述电枢齿被构造成其中磁通回路部分位于电机的外径上并且线圈槽位于磁环的外径周围，并且具有冷却导管，所述冷却导管由单独的零件形成并被构造在径向间隙延伸部之间的冷却通道中，所述冷却导管允许流体流动以便冷却电枢和线圈绕组。
92.图41示出如图40所示的电枢齿的透视图，其中冷却导管被构造在冷却通道中，用于冷却电枢和线圈以得到高功率密度电机。
93.图42示出类似于图40所示电枢环的电枢环的透视图，所述电枢环具有由单片零件形成的电枢齿，以及被构造在电机的中心相的径向间隙延伸部之间的冷却导管。
94.图43示出示例性单片电枢环的透视图，所述单片电枢环具有从电枢连接器环延伸的锥形电枢齿。
95.图44示出示例性单片电枢环的透视图，所述单片电枢环具有从电枢连接器环延伸的锥形电枢齿、延伸穿过环形回路的线槽和从电枢连接器环径向向内延伸的扭矩键。
96.图45示出示例性单片电枢环的透视图，所述单片电枢环具有从电枢连接器环延伸的锥形电枢齿和从电枢环的内表面延伸的扭矩键。
97.图46示出示例性单片集中器环的透视图，所述单片集中器环具有从集中器连接器环延伸的锥形电枢齿。
98.图47示出如图46所示的示例性单片集中器环的放大透视图，所述单片集中器环具有沿着集中器齿的连接端部的磁环保持器接收器，轴向轮廓特征部位于集中器齿中。
99.图48示出图46所示的示例性单片集中器环的透视图，其中磁环保持器耦接到所述集中器环。
100.图49示出图46所示的示例性单片集中器环和环锁的透视图，其中磁环保持器和集中器环被机械加工掉以示出被构造在集中器齿之间和环锁接收器中的磁环保持器延伸部。
101.图50示出由单片电枢环和单片集中器环形成的三相电机的分解图，其中磁体被构造在集中器齿之间并且其中电机仅具有轴向气隙。
102.图51示出装配后的图50所示的三相电机的透视图。
103.贯穿附图的若干视图，对应的参考字符指示对应的零件。附图表示对本发明的一些实施方案的说明并且不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。为便于说明，一些附图可能未示出本发明的所有特征和部件，但是应当理解，在可能的情况下，来自一个附图的特征和部件可包括在其他附图中。此外，附图不一定按比例绘制，一些特征可能被放大以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅解释为用于教导本领域技术人员以不同的方式采用本发明的代表性基础。
具体实施方式
104.如本文所用，术语
″
包括
″
、
″
包含
″
、
″
具有
″
、
″
带有
″
或其任何其它变型意图涵盖非排他性包括。例如，包括一系列要素列表的过程、方法、制品或设备未必仅限于那些要素，还可包括未明确列出的或者这种过程、方法、制品或设备所固有的其它要素。此外，采用
″
一个
″
或
″
一种
″
来描述本文所述的要素和部件。这样做仅仅是为了方便并且给出本发明的范围的一般意义。这种描述应理解为包括一个或至少一个，并且单数也包括复数，除非明显另有所指。
105.现在参考图1至图3，示例性成型的电枢齿40具有从连接端部44或邻近与电枢连接器环的连接部的端部到延伸端部46的长度。如图1所示，端部流动通道462(延伸端部中的凹槽)被构造成在电枢齿被灌封时提供附加的结构支撑。灌封材料将流入这个凹槽中以产生更强的电枢环。如图2所示，成型的电枢齿40具有连接器环耦接部分45、45
′
(分别从相反的周向表面411、411
′
延伸的突出部)。如图3所示，成型的电枢齿40具有径向间隙延伸部47、47
′
，所述径向间隙延伸部从周向表面延伸以形成径向表面41并与磁环产生径向气隙。图3的成型的电枢齿还具有连接端部流动通道442(在轴向表面42中的凹槽)，用于接收灌封以产生更强的电枢环。电枢齿在轴向表面上还具有带有环形回路的锥形延伸部，以优化与回路的磁通耦接。
106.如图4所示，如图3所示的电枢齿与电枢连接器环32耦接以产生电枢齿尖端401，或电枢齿的从电枢连接器环32延伸的一部分。电枢齿40的连接器环耦接部分45插入到电枢齿耦接部分34或电枢连接器环32中。电枢环具有从外表面33到内表面31的径向长度。电枢齿的精确定位在电枢齿之间形成了供灌封材料流动的通道。这提供了机械强度并且允许在成型期间良好的材料流动。精确定位还定位了磁极，使得磁极不会桥接连接器环切口，这防止
了周向电流流动。
107.如图4所示，电机10具有轴向延伸穿过电枢环和/或磁环的旋转方向的轴向轴线12、从轴向轴线径向向外延伸的径向轴线11和围绕轴向轴线周向延伸的周向轴线13。轴向表面或气隙被构造成与轴向轴线正交，径向表面或气隙被构造成与径向轴线正交，并且周向表面被构造成与周向轴线正交。如前一句中所使用，正交意指基本上垂直于，并且表面或气隙可包括中断绝对正交的表面的表面特征部，诸如沟槽、槽、键槽、定位特征部。这种轴线惯例将在整个申请中使用。
108.图5示出电枢连接器环32的透视图。
109.图6示出电枢连接器环32的透视图，所述电枢连接器环具有用于中断任何电流的周向路径的电流槽377。
110.图7示出具有线槽37和线圈槽49的电枢连接器环32的透视图，所述线圈槽是用于径向地而不是成角度地定位磁极的周向槽。
111.图8示出电枢连接器环32的透视图，所述电枢连接器环具有电枢齿耦接部分34(用于接收和保持电枢齿的孔)以及供线圈线延伸穿过以到达线圈槽中的线圈的线槽37(如图9所示)。
112.图9示出图8的电枢连接器环32的透视图，所述电枢连接器环具有围绕电枢连接器环构造的线圈50和径向向内延伸穿过线槽37的线圈线57。
113.如图10所示，示例性电枢环30被构造为具有耦接到电枢连接器环32的电枢齿40和在电枢连接器环中径向延伸的周向电流中断槽37。电枢齿40具有从电枢连接器环32延伸的电枢齿尖端401部分。电枢连接器环形成每个相的环形回路36。
114.如图11所示，示例性三相电机15具有包括电枢齿40和连接器环32的电枢环30，所述电枢环被构造在磁环60的任一侧上以形成轴向气隙22。另外，线圈线57被示出为延伸穿过连接器环32的线通道37，穿过线圈线槽延伸到内径中。电枢齿尖端401部分在磁环60之上延伸以在两者之间产生轴向气隙22。两组中心周向电枢齿形成共享的电枢齿的环，所述共享的电枢齿的环从电枢齿的相反的轴向侧上的磁环传导磁通。端部电枢齿仅具有从一组端部电枢齿轴向靠内构造的一个磁体。
115.如图12所示，三相电机15的部分组件包含如图11所示的电枢连接器环32和电枢齿40。电枢齿通过连接器环耦接部分44(突出部)插入到电枢齿耦接部分34(孔)中来耦接到电枢连接器环。电枢齿尖端401部分在磁环60之上延伸以在两者之间产生轴向气隙22。如图所示，电枢齿尖端401的仅一部分与磁环重叠以形成轴向气隙。齿尖端401的轴向气隙部分402是磁通量从磁环传输到电枢齿40的部分。两组中心周向电枢齿40
′
和40
″
是共享的电枢齿，所述共享的电枢齿从电枢齿的相反的轴向侧上的磁环传导磁通量。为便于说明，并未示出所有磁环。电枢齿40
′
被轴向地构造在磁环60和60
′
之间并且从每个磁环传导磁通量并且因此是共享的电枢齿。电枢连接器环具有耦接到其上的两组电枢齿。
116.现在参考图13至图15，示例性成型的电枢齿40从连接端部44到延伸端部46渐缩。成型的电枢齿具有周向表面411和轴向表面42以及从轴向表面延伸的磁通回路延伸部368。齿具有线圈槽49，用于接收在轴向上比气隙表面更深的线圈，以提供更大的线圈面积。如图14所示，径向间隙延伸部从成型的电枢齿40的轴向表面42延伸以形成径向齿或径向间隙延伸部，所述径向齿或径向间隙延伸部具有与磁环形成径向气隙的径向表面41。如图15所示，
径向间隙延伸部从成型的电枢齿的相反的轴向表面延伸。电枢齿40具有从电枢连接器环32延伸的电枢齿尖端401部分。
117.现在参考图16至图19，示例性电枢环30通过将图15所示的成型的电枢齿40布置成周向阵列形成。如图17所示，如图16所示的两个电枢环30、30
′
被叠堆以形成单相电机15。如图18所示，四个电枢环30被叠堆以形成三相电机15。如图19所示，三相电机具有位于两个中间电枢环上的如图15所示的电枢齿40，以及构造在电枢环30叠堆的端部上的如图14所示的电枢齿40。如图18和19所示，两个轴向中心电枢环40具有单组电枢齿，所述单组电枢齿是共享的电枢齿，所述共享的电枢齿从电枢齿的相反的轴向侧上的磁环传导磁通。在这种构造中，没有轴向地构造在磁环之间的两组电枢齿。
118.现在参考图20和图21，示例性成型的轴向电枢组件39具有多个电枢齿40-40
″′
，所述电枢齿被构造成在电机中轴向延伸，如图21所示。成型的轴向电枢组件39的周向阵列和组件形成三相电机15的电枢环30。
119.图22示出具有磁体63和磁通集中器61、61
′
的交替布置的示例性磁环60。
120.图23示出磁体63和磁通集中器61的单极组合的放大透视图。
121.图24示出示例性磁极对或磁体和磁通集中器的布置的放大透视图，所述布置具有被构造成与磁通集中器61周向相邻的薄且高矫顽力的磁体68，随后是被构造成与另一个磁通集中器61
′
周向相邻的厚且低矫顽力的磁体66。示例性磁环被构造成具有如图24所示的重复单元。磁环可具有磁体和磁通集中器的重复布置，所述重复布置具有周向布置在高矫顽力磁体后的第一磁通集中器，周向紧随其后的是低矫顽力磁体和周向布置在低矫顽力磁体后的第二磁通集中器。低矫顽力磁体的场强可以由线圈中的电流脉冲改变。诸如当每分钟转数高于阈值并且扭矩要求输入低于阈值水平时，诸如当在电机与车辆的车轮耦接时滑行下坡时，控制器可这样做以减少阻力。场强可降低至少20％或更多、50％或更多、70％或更多，或者可被调低到基本为零或甚至被反转。
122.图25示出由图24所示的磁极对组成的磁环60的透视图。
123.现在参考图26至图28，示例性电枢环30是单片成型的电枢环40，所述电枢环包括从电枢连接器环32延伸的径向延伸且渐缩的电枢齿40的阵列、环形回路36和被构造成接收线圈50的线圈槽49。电枢齿尖端401部分在磁环60之上延伸以在两者之间产生轴向气隙22。径向间隙延伸部47也是单片电枢环30的一部分，从而在磁环60与径向表面41和轴向表面42之间产生径向气隙21和轴向气隙22，如图27所示。电枢齿40-40
″′
中的每一个具有轴向气隙部分和径向气隙部分，在所述轴向气隙部分中电枢齿与磁环重叠以产生轴向气隙，在所述径向气隙部分中电枢齿与磁环重叠以产生径向气隙。如图28所示，电枢齿周向偏移，因此图27所示的电枢环30、30
″
中只有两个示出轴向气隙部分和径向气隙部分。
124.如图27中最好地示出，由两个线圈槽49形成的线圈通道54在轴向上比径向气隙21的宽度和磁环的宽度更宽，从而提供增加的电流容量。如图28所示，三相电机15包括成型的电枢环30，其中磁通回路部分位于电机的外径上，并且其中线圈位于磁环的外径周围。在热路径围绕电机的外径的情况下，这种布置可能是优选的。
125.如图28所示，电枢齿40径向向内延伸并且电枢连接器环和电枢齿是单片部件。
126.图29示出主要围绕第一相和第二相的图27的磁通共享模式。
127.图30示出主要围绕第一相和第三相的图27的磁通共享模式。
128.图31示出主要围绕第二相和第三相的图27的磁通共享模式。
129.图32示出图27的磁通共享模式，其中最高的磁场水平在第二相中。
130.现在参考图33和图34，如图26所示的电枢环30被构造成接收单独的环形回路360，所述环形回路具有定位特征部362，所述定位特征部用于通过电枢环定位特征部322将环形回路与电枢环一起定位。环形回路360还具有电流槽377以防止电流围绕回路周向流动。如图33所示，电枢环还具有电流槽377
′
。如图34所示，环形回路可被构造用于多相电机并且延伸穿过多个电枢环30。
131.现在参考图35至图39，如图25所示的示例性成型的电枢环30被构造成具有用于接收线圈50的线圈槽49，如图36所示。电枢环被构造成具有线圈线槽37以将线圈线57从线圈槽49接收到电枢环的内部。电枢环还具有电流槽377以防止电流围绕电枢环30周向流动。如图37所示，电枢环具有围绕电枢环周向延伸的冷却通道24，并且具有用于流体(诸如冷空气，或更优选地为液体)流动的冷却入口25和冷却出口26。图38所示的电枢环具有电枢连接器环定位特征部322，用于以周向对齐的取向定位电枢环，如图39所示，而轴向相邻的电枢齿40周向偏移。图39示出没有磁环的装配好的三相电机15。图35至图39所示的电枢环是可由软金属复合材料(smc)制成的单片电枢环。如图39所示，两个轴向居中的单片成型的电枢环具有共享的电枢齿，或从齿的相反的轴向侧收集磁通量的齿，或从电机的两个单独的磁环或相收集磁通量的齿。换句话说，共享的电枢齿将与两个单独的环形回路磁耦合。
132.现在参考图40、图41和图42，冷却导管24被构造为蛇形环，所述蛇形环被构造成配合在磁极或相对的电枢齿40的径向间隙延伸部47之间。冷却导管可由非导电材料(诸如塑料)制成。在这种构造中，磁环将是电机的旋转构件，以使冷却导管的固定入口和出口能够用于冷却流体穿过它们流动。如图42所示，三相电机15由是单片零件的电枢环形成。为便于理解附图，冷却导管27被示出为仅构造在电机的中心相的径向间隙延伸部之间。冷却导管可被构造在电枢环中的一个或多个中，或在如图所示的电枢环之间。
133.现在参考图43至图45，示例性单片电枢环30包括电枢连接器环32和从电枢连接器环径向向外延伸的多个电枢齿40。单片电枢环由整体的一体式部件制成，诸如由smc形成。电枢齿从连接端部44延伸到延伸端部46以产生电枢齿尖端401，或电枢齿的从电枢连接器环32延伸的一部分。电枢齿具有可沿轴向气隙延伸的轴向表面42。电枢齿尖端向延伸端部渐缩，其中尖端的连接到电枢连接器环32的连接端部在周向上比延伸端部更宽。相邻的齿的周向表面411之间的距离朝向延伸端部增加。电枢齿还具有一直向轴向表面42渐缩的锥形表面48，从而为从轴向气隙表面进行磁通量传导提供增加的面积和增加的零件强度以及增加的磁导率。磁损耗随着磁通密度的平方而增大，因此通过包含锥形表面48和锥形齿来增加磁通量的横截面积减少了损耗。锥形电枢齿尖端与电枢连接器环的连接部比延伸端部更宽，增加了齿的强度并且允许使用较弱的材料来形成齿和电枢环，这可以提供更好的性能，特别是更低的铁心损耗。
134.电枢齿还具有在电枢齿之间延伸的周向表面411。还需注意，电枢齿尖端从连接端部向延伸端部或者在电枢齿尖端部分401中渐缩，这同样为磁通量提供了增加的横截面积以减少损耗，并且提高了零件强度。电枢环具有内表面31和外表面33。整体环形回路36沿内表面31构造并且从电枢连接器环32轴向向外延伸以使磁通量能够围绕磁环传输。
135.示例性电枢环包括沿电枢齿尖端的轴向表面42构造的抗嵌齿特征部35以减少嵌
齿。需注意，抗嵌齿特征部位于电枢齿尖端的连接端部附近。抗嵌齿特征部用于成型嵌齿和电压波形。抗嵌齿特征部可以是这个径向表面中的凹入部，它可以有助于通过例如压缩软金属复合材料或压缩粉末金属而形成。抗嵌齿特征部可以位于电枢环的一侧或两侧上，并且可以位于电枢齿中的一个或多个上。为简单起见示出圆形特征部，但无数种形状的表面都是可行的。
136.如图44和图45所示，扭矩键38被构造在电枢环30的内表面31上。扭矩键是从内表面突出的突出部，所述突出部使电机能够与具有键槽的轴耦接。所述键还可用于将电枢彼此对齐。需注意，当电枢齿径向向内延伸时，电枢键可以被构造在外表面上。另外，如图44所示的是径向延伸穿过电枢环的一部分的线槽。图45示出不需要环形回路的端部电枢环。
137.现在参考图46和图47，并且示例性集中器环67具有从集中器连接器环62径向向内延伸的多个集中器齿70。集中器环是可由软金属复合材料(smc)或粉末金属压缩成型制成的单片零件。集中器齿在它们之间具有用于接收磁体的间隙75以用于形成电机的磁极。集中器齿从连接端部74延伸到延伸端部76并且具有轴向表面71和径向表面76。在示例性实施方案中，轴向表面与电枢齿沿轴向气隙延伸。轴向轮廓特征部73或不规则表面(诸如多个沟槽)沿轴向表面72延伸以使粘合剂能够沿表面流动以将磁体保持在其上。轴向轮廓特征部还可用于成型嵌齿和电压波形。磁环保持器接收器64被构造成邻近集中器齿的连接端部74并且被构造成接收如图48和图49所示的磁环保持器延伸部。磁环保持器接收器在周向上大于齿之间的间隙。集中器连接器环围绕集中器环67的外表面延伸，并且可以在附接磁环保持器之后部分或完全机械加工掉，如图49所示。磁环保持器接收器64致使集中器齿在邻近与集中器连接器环62的连接部处变窄，这减少了进入集中器连接器环的没有用的磁通的量。这个颈缩部分产生燕尾部以将集中器保持在非磁性间隔环中，所述间隔环支撑并定位磁环。图46所示的抗嵌齿特征部65被构造在集中器齿的轴向表面上，并且可以是凹入部或凹坑或在轴向表面中偏离平面以减少嵌齿的任何其他形状。抗嵌齿特征部被构造在集中器齿70的轴向表面上。
138.如图48和图49所示，磁环保持器100耦接到集中器环67以提供结构支撑并定位磁环。磁环保持器可被部分或完全机械加工掉以暴露被构造在集中器齿70之间的磁环保持器延伸部101。机械加工掉磁环保持器将减小电机的尺寸并且增加扭矩的产生，因为磁通泄漏被减少。磁环保持器可以是非磁性材料。
139.如图50所示，示例性三相电机15具有四个电枢环30-30
″′
和三个集中器环67-67
″
。磁环具有对齐键102和对齐键槽103以将部件对齐在一起。磁环可以是集中器环的整体部分或磁环保持器的一部分。轴向气隙形成在集中器齿70和电枢齿40之间。磁极90被构造在磁体之间。扭矩键38从电枢连接器环径向向内延伸。电枢齿尖端401径向向外延伸并从与电枢连接器环的连接端部到延伸端部46在周向宽度上渐缩。轴向气隙形成在电枢齿尖端和磁环60之间。
140.图51示出装配后的图50所示的示例性电机10，其中扭矩键38被对齐并且磁环的对齐键102被构造在磁环对齐键槽103中。扭矩键是电枢环的突出部，所述突出部可模制到单片电枢环中。线附接件110从这个内旋转电机中的磁环保持器100的外径延伸出去。这种构造仅在线圈与电枢静止的情况下起作用。
141.如图50和图51所示，两个轴向居中的电枢环30
′
、30
″
是共享的电枢环，所述共享的
电枢环具有是共享的电枢齿并且从两个轴向相对的磁环收集磁通量的电枢齿。这些单片共享的电枢环减少了部件数量，并且实现了更紧凑的电机。共享的电枢齿是单片电枢环的整体部分。
142.本发明的某些示例性实施方案在本文中进行描述并且在附图中说明。所述实施方案仅为了说明本发明，并且不应被解释为限制本发明的范围。本领域技术人员将想到本发明的其他实施方案以及所述实施方案的某些修改、组合和改进，并且所有此类替代实施方案、组合、修改、改进都在本发明的范围内。
143.对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下可在本发明中进行各种修改、组合和变型。本文所述的具体的实施方案、特征和元件可以以任何合适的方式进行修改和/或组合。因此，本发明旨在涵盖本发明的修改、组合和变型，只要这些修改、组合和变型落在随附权利要求书和其等效物的范围内。
技术特征：1.一种电机，其包括：a)第一磁环；b)第二磁环；以及c)单组共享的电枢齿，所述单组共享的电枢齿被构造在所述第一磁环和所述第二磁环之间，所述共享的电枢齿由成型软金属复合材料(smc)形成；其中磁通量从所述第一磁环和所述第二磁环流入所述电枢齿中。2.如权利要求1所述的电机，其中所述电机是横向电机。3.如权利要求1所述的电机，其中所述电枢齿中的每一个是单片部件。4.如权利要求1所述的电机，其还包括电枢连接器环，并且其中所述电枢齿耦接到所述电枢连接器环。5.如权利要求4所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。6.如权利要求5所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。7.如权利要求1所述的电机，其中所述电枢齿具有电枢齿耦接部分，其中所述电枢齿具有连接器环耦接部分，所述连接器环耦接部分被构造成将所述电枢齿定位并与所述电枢连接器环的所述电枢齿耦接部分耦接以形成电枢环。8.如权利要求1所述的电机，其中所述电枢齿耦接到所述电枢连接器环的径向相反的表面以形成单相。9.如权利要求1所述的电机，其中所述电枢齿包括用于接收灌封的流动通道。10.如权利要求9所述的电机，其中所述流动通道是构造在所述电枢齿的延伸端部上的延伸端部流动通道。11.如权利要求10所述的电机，其中所述延伸端部流动通道径向延伸到所述电枢齿的所述延伸端部中。12.如权利要求9所述的电机，其中所述流动通道是构造在所述电枢齿的连接端部上的连接端部流动通道。13.如权利要求10所述的电机，其中所述连接端部流动通道径向延伸到所述电枢齿的所述连接端部中。14.如权利要求1所述的电机，其中所述电枢齿具有电枢齿尖端，所述电枢齿尖端从所述电枢连接器环径向延伸以产生朝向所述齿尖端的气隙部分中的延伸端部周向渐缩的电枢齿尖端。15.如权利要求14所述的电机，其中所述电枢齿具有与所述磁环形成气隙的轴向气隙表面。16.如权利要求15所述的电机，其中所述电枢齿向所述轴向气隙表面渐缩。17.如权利要求14所述的电机，其中所述电枢齿具有与所述第一磁环形成径向气隙的径向间隙延伸部。18.如权利要求17所述的电机，其中所述径向间隙延伸部从所述电枢齿渐缩。19.如权利要求17所述的电机，其中所述电枢齿具有与所述磁环形成轴向气隙的轴向气隙表面，其中所述电机具有轴向气隙和径向气隙两者。20.如权利要求19所述的电机，其中所述电枢齿向所述轴向气隙表面渐缩。21.如权利要求14所述的电机，其中所述电枢齿中的每一个具有与所述第一磁环形成
径向气隙的第一径向间隙延伸部和与所述第二磁环形成径向气隙的第二径向气隙延伸部。22.如权利要求21所述的电机，其中所述第一径向间隙延伸部和第二径向间隙延伸部都从所述电枢齿渐缩。23.如权利要求21所述的电机，其中所述电枢齿具有与所述磁环形成气隙的轴向气隙表面，其中所述电机具有轴向气隙和径向气隙两者。24.如权利要求23所述的电机，其中所述电枢齿向所述轴向气隙表面渐缩。25.如权利要求7至24中任一项所述的电机，其还包括电枢连接器环，并且其中所述电枢齿耦接到所述电枢连接器环。26.如权利要求25所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。27.如权利要求26所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。28.如权利要求25所述的电机，其中所述电枢齿还包括抗嵌齿特征部，所述抗嵌齿特征部被构造在所述电枢齿的气隙表面上。29.如权利要求28所述的电机，其中所述抗嵌齿特征部是所述电枢齿的所述气隙表面中的凹入部。30.如权利要求28所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。31.如权利要求29所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。32.如权利要求17至24中任一项所述的电机，其还包括盘绕导管，所述盘绕导管被构造在相邻电枢齿的所述径向间隙延伸部之间，并且其中所述冷却导管具有用于接收冷却流体流的冷却流体入口和冷却流体出口。33.如权利要求25所述的电机，其中所述电枢连接器环包括线圈槽，所述线圈槽围绕所述电枢连接器环周向延伸并且被构造成接收线圈。34.如权利要求33所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。35.如权利要求34所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。36.如权利要求17至24中任一项所述的电机，其中所述电枢连接器环包括线圈槽，所述线圈槽围绕所述电枢连接器环周向延伸并且被构造成接收线圈，其中所述线圈槽在轴向上比所述径向间隙延伸部的轴向宽度更宽。37.如权利要求25所述的电机，其中所述电枢连接器环还包括线槽，所述线槽径向延伸以用于接收与所述线圈耦接的线圈线。38.如权利要求37所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。39.如权利要求38所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。40.如权利要求25所述的电机，其中所述电枢连接器环还包括电流槽，所述电流槽径向延伸穿过所述电枢连接器环的至少一部分以防止周向电流流动穿过电枢连接器环。41.如权利要求40所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。42.如权利要求41所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。43.如权利要求25所述的电机，其中所述电枢连接器环包括冷却槽，所述冷却槽围绕所述电枢连接器环周向延伸并且被构造成接收冷却流体流。44.如权利要求43所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。45.如权利要求44所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。46.如权利要求45所述的电机，其中所述软金属复合材料涂有涂层以防止冷却流体渗
入所述冷却槽中的所述成型软金属复合材料中。47.如权利要求25所述的电机，其中所述电枢连接器环包括环形回路，所述环形回路围绕所述电枢连接器环周向延伸并且被构造成围绕所述线圈传导磁通量。48.如权利要求47所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿以及所述环形回路是单片电枢环。49.如权利要求48所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。50.如权利要求25所述的电机，其中所述磁环被构造成从所述电枢连接器环径向向外，并且其中所述磁环包括磁极，所述磁极被构造在电枢齿之间，从而在所述电枢齿和所述磁环之间形成轴向气隙。51.如权利要求25所述的电机，其中所述磁环被构造成从所述电枢连接器环径向向外，并且其中所述磁环包括磁极，所述磁极被构造在电枢齿之间，从而在所述电枢齿和所述磁环之间形成轴向气隙和径向气隙。52.如权利要求25所述的电机，其中所述磁环被构造成从所述电枢连接器环径向向内，并且其中所述磁环包括磁极，所述磁极被构造在电枢齿之间，从而在所述电枢齿和所述磁环之间形成轴向气隙。53.如权利要求25所述的电机，其中所述磁环被构造成从所述电枢连接器环径向向内，并且其中所述磁环包括磁极，所述磁极被构造在电枢齿之间，从而在所述电枢齿和所述磁环之间形成轴向气隙和径向气隙。54.如权利要求25所述的电机，其中所述第一磁环和第二磁环中的每一个包括：i)集中器连接器环；ii)多个集中器齿，所述多个集中器齿从所述集中器连接器环延伸；以及iii)磁体，所述磁体被构造在相邻集中器齿之间；其中所述集中器连接器环和所述多个集中器齿是由成型软金属复合材料形成的单片部件；其中所述电枢环和所述磁环中的一个围绕轴向轴线旋转，并且其中所述电枢齿相对于所述轴向轴线径向延伸；并且其中轴向气隙形成在所述电枢齿与所述集中器齿之间；由此磁通量跨所述轴向气隙移动。55.如权利要求54所述的电机，其中所述集中器环由软金属复合材料制成。56.如权利要求54所述的电机，其中所述集中器连接器环还包括磁环保持器接收器，所述磁环保持器接收器被构造在所述集中器齿之间，并且其中所述磁环还包括磁环保持器，所述磁环保持器具有延伸到所述磁环保持器接收器中的磁环保持器延伸部。57.如权利要求54所述的电机，其中所述磁环保持器接收器被构造在所述集中器齿和所述集中器连接器环之间。58.如权利要求54所述的电机，其中所述磁环保持器接收器在周向上比所述集中器齿之间的间隙更大。59.如权利要求54所述的电机，其中所述集中器齿从所述集中器连接器环径向向内延伸。60.如权利要求54所述的电机，其中所述集中器齿从所述集中器连接器环径向向外延
伸。61.如权利要求54所述的电机，其中所述集中器齿还包括抗嵌齿特征部，所述抗嵌齿特征部被构造在所述集中器齿的气隙表面上。62.如权利要求61所述的电机，其中所述抗嵌齿特征部是所述集中器齿的所述气隙表面中的凹入部。63.如权利要求54所述的电机，其中所述集中器齿还包括轴向轮廓特征部，所述轴向轮廓特征部被构造在所述集中器齿的轴向表面上。64.如权利要求63所述的电机，其中所述轴向轮廓特征部包括在所述集中器齿的所述轴向表面中的沟槽。65.如权利要求54所述的电机，其中所述电枢齿还包括抗嵌齿特征部，所述抗嵌齿特征部被构造在所述电枢齿的气隙表面上。66.如权利要求65所述的电机，其中所述抗嵌齿特征部是所述电枢齿的所述气隙表面中的凹入部。67.如权利要求54所述的电机，其还包括盘绕导管，所述盘绕导管被构造在相邻电枢齿的所述径向间隙延伸部之间，并且其中所述冷却导管具有用于接收冷却流体流的冷却流体入口和冷却流体出口。68.如权利要求54所述的电机，其中所述电枢连接器环包括线圈槽，所述线圈槽围绕所述电枢连接器环周向延伸并且被构造成接收线圈。69.如权利要求68所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。70.如权利要求69所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。71.如权利要求54所述的电机，其中所述电枢连接器环还包括线槽，所述线槽径向延伸以用于接收与所述线圈耦接的线圈线。72.如权利要求71所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。73.如权利要求72所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。74.如权利要求54所述的电机，其中所述电枢连接器环还包括电流槽，所述电流槽径向延伸穿过所述电枢连接器环的至少一部分以防止周向电流流动穿过电枢连接器环。75.如权利要求74所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。76.如权利要求75所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。77.如权利要求54所述的电机，其中所述电枢连接器环包括冷却槽，所述冷却槽围绕所述电枢连接器环周向延伸并且被构造成接收冷却流体流。78.如权利要求77所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿是单片电枢环。79.如权利要求78所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。80.如权利要求54所述的电机，其中所述电枢连接器环包括环形回路，所述环形回路围绕所述电枢连接器环周向延伸并且被构造成使磁通量围绕所述线圈流动。81.如权利要求80所述的电机，其中所述电枢连接器环和所述电枢齿以及所述环形回路是单片电枢环。82.如权利要求81所述的电机，其中所述单片电枢环由成型软金属复合材料形成。83.如权利要求1所述的电机，其还包括：线圈；
其中所述第一磁环和所述第二磁环各自包括磁体和磁通集中器的重复布置，所述重复布置包括：高矫顽力磁体；第一磁通集中器；低矫顽力磁体；以及第二磁通集中器；其中磁体和磁通集中器的所述重复布置具有周向布置在所述高矫顽力磁体后的所述第一磁通集中器，周向随其后的是所述低矫顽力磁体和周向布置在所述低矫顽力磁体后的第二磁通集中器。84.如权利要求83所述的电机，其中所述低矫顽力磁体的场强由所述线圈中的电流脉冲改变。85.如权利要求84所述的电机，其中所述低矫顽力磁体的场强由所述电流脉冲改变至少20％。86.如权利要求84所述的电机，其中所述低矫顽力磁体的场强由所述电流脉冲调整到基本上为零。87.如权利要求84所述的电机，其中所述低矫顽力磁体的场强由所述电流脉冲反转。88.如权利要求84所述的电机，其还包括控制器，所述控制器与rpm传感器和扭矩要求输入对接，并且其中当rpm水平高于阈值水平并且所述扭矩要求输入低于阈值水平时，所述控制器启动脉冲以降低所述低矫顽力磁体的所述场强。89.如权利要求84所述的电机，其还包括控制器，所述控制器与rpm传感器和扭矩要求输入对接，并且其中当rpm水平高于阈值水平并且所述扭矩要求输入低于阈值水平时，所述控制器启动脉冲以反转所述低矫顽力磁体的所述场强。90.一种电机，其包括：电枢环；线圈；磁环，所述磁环包括磁体和磁通集中器的重复布置，所述重复布置包括：高矫顽力磁体；第一磁通集中器；低矫顽力磁体；第二磁通集中器；其中磁体和磁通集中器的所述重复布置具有周向布置在所述高矫顽力磁体后的所述第一磁通集中器，周向随其后的是所述低矫顽力磁体和周向布置在所述低矫顽力磁体后的第二磁通集中器。91.如权利要求90所述的电机，其中所述低矫顽力磁体的场强由所述线圈中的电流脉冲改变。92.如权利要求91所述的电机，其中所述低矫顽力磁体的场强由所述电流脉冲改变至少20％。93.如权利要求91所述的电机，其中所述低矫顽力磁体的场强由所述电流脉冲调整到基本上为零。
94.如权利要求91所述的电机，其中所述低矫顽力磁体的场强由所述电流脉冲反转。95.如权利要求91所述的电机，其还包括控制器，所述控制器与rpm传感器和扭矩要求输入对接，并且其中当rpm水平高于阈值水平并且所述扭矩要求输入低于阈值水平时，所述控制器启动脉冲以降低所述低矫顽力磁体的所述场强。96.如权利要求91所述的电机，其还包括控制器，所述控制器与rpm传感器和扭矩要求输入对接，并且其中当rpm水平高于阈值水平并且所述扭矩要求输入低于阈值水平时，所述控制器启动脉冲以反转所述低矫顽力磁体的所述场强。
技术总结一种可作为马达或发电机运行的电机，所述电机解决各种马达设计方法中的性能和制造缺陷，特别是具有更高扭矩、更高RPM、和更低铁心损耗以及更低嵌齿的横向磁通、轴向和径向磁通马达。示例性电机包含由软金属复合材料(SMC)形成的成型单片部件，诸如电枢齿或连接器环、电枢环、集中器齿或集中器环。磁体可被构造在集中器齿之间以形成具有多个磁极的磁环。可在各相之间共享电枢磁通路径。气隙可以是轴向的并且在电枢齿和集中器齿之间延伸，并且磁极被构造在集中器齿之间。电枢、集中器齿和磁极可径向延伸并且沿所述电机的轴向轴线交替，从而产生轴向气隙和/或径向气隙。产生轴向气隙和/或径向气隙。产生轴向气隙和/或径向气隙。
技术研发人员：D
受保护的技术使用者：D
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2022/11/1
