專利名稱：用于電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電馬達(dá)、交流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)和其類似物，且更明確地說，涉及 用于馬達(dá)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，舉例來說，所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)通過最小化磁通量路徑的長 度，或通過矯直穿過場磁極構(gòu)件的那些路徑，或者通過這兩種方式來增加每單位尺寸(或 每單位重量)的輸出轉(zhuǎn)矩。另外，所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)(例如)通過最小化損耗和通過消 除"護(hù)鐵"材料來節(jié)省資源(例如降低制造成本)。
背景技術(shù)：
在用于分?jǐn)?shù)和子分?jǐn)?shù)馬力馬達(dá)的傳統(tǒng)定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，永久磁體經(jīng)常集成到轉(zhuǎn)子 組合件中，所述轉(zhuǎn)子組合件通常與鐵磁定子結(jié)構(gòu)在同一平面中旋轉(zhuǎn)，所述鐵磁定子結(jié)構(gòu) 為磁體和電流生成的通量提供磁返回路徑。電流生成的通量(也被稱為安匝("AT")生 成的通量)是通過使電流穿過包裹在定子構(gòu)件結(jié)構(gòu)的磁極區(qū)周圍的線圈繞組而生成的。 盡管這些和其它電馬達(dá)的常規(guī)定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有作用，但其具有若干缺點(diǎn)，如接下來論 述。
圖l說明傳統(tǒng)的電馬達(dá)，其例示通常使用的定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。電馬達(dá)ioo是由定子 結(jié)構(gòu)104、磁轂106和軸102組成的圓柱形馬達(dá)。馬達(dá)100的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或一個(gè) 以上永久磁體110，所有所述永久磁體110均經(jīng)由磁轂106而附著到軸102，以在定子 結(jié)構(gòu)104內(nèi)旋轉(zhuǎn)。定子結(jié)構(gòu)104通常包括場磁極118，其每一者具有纏繞在每個(gè)場磁極 118周圍的線圈繞組112 (僅展示一個(gè))。定子結(jié)構(gòu)104包括槽108，所述槽108部分用 于提供用于在制造期間將線圈線纏繞在定子場磁極118周圍的線通道。槽108還提供相 鄰場磁極118之間的磁分離。定子結(jié)構(gòu)104包括外圍通量承載段119作為磁返回路徑116 的一部分。在許多情況下，定子結(jié)構(gòu)104由疊片114組成，所述疊片114通常由各向同 性(例如，非晶粒取向)的磁導(dǎo)材料形成。磁返回路徑116 (其為若干磁返回路徑中的一者，在所述若干磁返回路徑中存在永久磁體生成的通量和AT生成的通量)被展示為 在外圍通量承載段U9處本質(zhì)上稍有弓形，但包括進(jìn)入場磁極區(qū)118中的相對急轉(zhuǎn)彎。
傳統(tǒng)電馬達(dá)(包括電馬達(dá)100)的一個(gè)缺點(diǎn)在于，磁返回路徑116需要相對較長的 長度來為從一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極110發(fā)出且經(jīng)由磁返回路徑116而橫穿到另一轉(zhuǎn)子磁極110的 通量完成磁路。此外，磁返回路徑116不是直線，這對于承載磁通量是優(yōu)選的。如圖示， 磁返回路徑116在定子路徑中具有兩個(gè)九十度轉(zhuǎn)彎。磁返回路徑U6從場磁極區(qū)118到 外圍通量承載段119轉(zhuǎn)彎一次，且接著再次從外圍通量承載段119轉(zhuǎn)到另一場磁極區(qū) 118。這兩個(gè)轉(zhuǎn)彎對于有效承載通量是次優(yōu)的。如實(shí)施，磁返回路徑116需要比原本承 載場磁極之間的此類通量所必需的材料更多的材料或"護(hù)鐵"。結(jié)果，磁返回路徑116 向傳統(tǒng)電馬達(dá)添加了重量和尺寸，從而增加了馬達(dá)形狀因數(shù)以及制造此類馬達(dá)的材料成 本。
常規(guī)電馬達(dá)的另一缺點(diǎn)在于，疊片114未有效使用各向異性材料來優(yōu)化通量密度且 降低通量承載磁極(例如通過場磁極118)和外圍通量承載段119處的定子區(qū)中的磁滯 損耗。明確地說，外圍通量承載段119包括非筆直通量路徑，這限制了使用此類各向異 性材料來最小化磁滯損耗(或"鐵損")。磁滯是磁性材料保持其磁性的傾向。"磁滯損 耗"是磁化和去磁化構(gòu)成定子區(qū)的磁性材料所需的能量，其中磁滯損耗隨著磁性材料量 增加而增加。由于磁返回路徑U6具有一個(gè)或一個(gè)以上九十度或更大的轉(zhuǎn)彎，因而使用 各向異性材料(例如晶粒取向材料)不能有效降低磁滯損耗，因?yàn)橥鈬砍休d段119 中的磁返回路徑116會(huì)走捷徑穿過疊片114的方向取向。舉例來說，如果方i^rra)表示 疊片114的晶粒取向，那么磁返回路徑116的至少兩部分橫穿晶粒的方向120，從而阻 滯定子外圍通量承載段119的這些部分的通量密度容量。因此，各向異性材料一般不在 類似于定子結(jié)構(gòu)104的結(jié)構(gòu)中實(shí)施，因?yàn)橥柯窂酵ǔ榍€的而并非筆直的，這限制 通過使用此類材料而提供的好處。
常規(guī)電馬達(dá)的又一缺點(diǎn)在于磁返回路徑116的相對較長的長度。改變磁場(例如以 馬達(dá)換向頻率而產(chǎn)生的那些磁場)可導(dǎo)致在疊片114中在與誘發(fā)其的磁場相反的定向中 產(chǎn)生渦電流。渦電流導(dǎo)致功率損耗，所述功率損耗粗略地與磁通量改變速率的冪函數(shù)成 比例，且粗略地與受影響疊片材料的體積成比例。
通常使用的電馬達(dá)的其它缺點(diǎn)包括實(shí)施用于降低"頓轉(zhuǎn)(cogging)"或定位轉(zhuǎn)矩的
專門技術(shù)，所述專門技術(shù)不太適用于多種電馬達(dá)設(shè)計(jì)。頓轉(zhuǎn)是非均勻角度轉(zhuǎn)矩，其導(dǎo)致
"頓挫(jerking)"運(yùn)動(dòng)而并非平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此效果通常在低速度時(shí)最明顯，且當(dāng)場磁
極118處于相對于磁極的不同角度位置處時(shí)，將向負(fù)載施加增加和減小轉(zhuǎn)矩。另外，固有旋轉(zhuǎn)加速度和減速度導(dǎo)致可聞?wù)駝?dòng)。
在另一類型電馬達(dá)中，磁極定位在圍繞轉(zhuǎn)子軸的相對較大直徑處(或與轉(zhuǎn)子軸相距 較大徑向距離處)。這些磁極以及造成這些磁極的永久磁體通常圍繞所述軸而同軸布置， 其中相鄰磁極在極性上交替。電樞圓盤通常在垂直于轉(zhuǎn)子軸的平面中支撐所述永久磁體 作為單獨(dú)的非單片磁體?；陔婑R達(dá)設(shè)計(jì)的特定宗旨而設(shè)計(jì)例如此的結(jié)構(gòu)。根據(jù)此宗旨，
通過增加磁極與轉(zhuǎn)子軸之間的徑向距離來實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩的增加。因此，此類型電馬達(dá)的 磁極愈加定位在與轉(zhuǎn)子軸相距更大距離處，以增加從旋轉(zhuǎn)軸線到氣隙的轉(zhuǎn)矩臂距離，從 而增加輸出轉(zhuǎn)矩。此途徑的缺點(diǎn)在于，在形成較大馬達(dá)結(jié)構(gòu)以適應(yīng)較大轉(zhuǎn)矩臂距離時(shí)消 耗額外材料，例如用于形成磁通量返回路徑的那些結(jié)構(gòu)。這些磁通量返回路徑通常是使 用"護(hù)鐵"來形成的，以完成較大通量路徑，所述通量路徑在本質(zhì)上一般是迂回的。通 過添加護(hù)鐵來完成磁路，增加了磁通量所穿過的磁性材料體積，這不利地趨向于增加磁 滯和渦電流損耗，所述磁滯和渦電流損耗兩者可被統(tǒng)稱為"鐵心損耗"。另外，添加"護(hù) 鐵"以完成磁路增加了磁通量路徑的長度，從而加劇鐵心損耗。此類型馬達(dá)的另一缺點(diǎn) 在于，馬達(dá)體積隨著磁極遠(yuǎn)離軸定位而增加，這又限制了此類型馬達(dá)的可利用的應(yīng)用和 用途。
"護(hù)鐵"是通常用于描述經(jīng)常用于完成原本斷開的磁路的物理結(jié)構(gòu)(以及造成所述 物理結(jié)構(gòu)的材料)的術(shù)語。護(hù)鐵結(jié)構(gòu)一般僅用于將磁通量從一個(gè)磁路元件傳送到另一磁 路元件，例如從一個(gè)磁導(dǎo)場磁極傳送到另一磁導(dǎo)場磁極，或從一永久磁體的磁極傳送到 另一永久磁體的磁極，或者此兩種情況。另外， 一般不形成"護(hù)鐵"結(jié)構(gòu)來容納相關(guān)聯(lián) 的安匝生成元件，例如一個(gè)或一個(gè)以上線圈。
鑒于前述內(nèi)容，將需要提供一種最小化電馬達(dá)和發(fā)電機(jī)中上文提及的缺點(diǎn)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，且以每單位尺寸或每單位重量為基礎(chǔ)(或其兩者)增加輸出轉(zhuǎn)矩和效率，以 及在制造和/或操作期間節(jié)省資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示一種系統(tǒng)、設(shè)備和方法，其用于實(shí)施用于電動(dòng)力機(jī)(例如電馬達(dá)、發(fā)電 機(jī)、交流發(fā)電機(jī)和類似物)的示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于電 動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)包括具有圓柱形表面且軸向布置在旋轉(zhuǎn)軸線上的圓柱形磁體。所 述圓柱形磁體(例如)可包括兩個(gè)圓柱形磁體，所述兩個(gè)圓柱形磁體經(jīng)定位以使得所述 兩個(gè)圓柱形磁體的極化方向在大致相反的方向上。所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)還可包括與所述軸 線同軸布置的場磁極構(gòu)件。所述場磁極構(gòu)件可具有通量交互作用表面，所述通量交互作用表面形成在場磁極構(gòu)件的末端處且鄰近于圓柱形磁體表面的面對所述通量交互作用 表面的部分。通量交互作用表面和圓柱形磁體表面的所述部分界定氣隙。另外，通量交 互作用表面經(jīng)配置以將場磁極構(gòu)件磁耦合到圓柱形磁體。顯然，某些實(shí)施例中的通量交 互作用表面經(jīng)定型以為所述氣隙中的每一者維持大致均勻的厚度，以增加圓柱形磁體與 場磁極構(gòu)件之間的通量交互作用，從而增加輸出轉(zhuǎn)矩。在至少一個(gè)實(shí)施例中，所述氣隙 可在垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸線的平面中具有弧形橫截面。舉例來說，界定氣隙的上邊界和下 邊界的橫截面可與在所述平面中圍繞軸的圓的圓周的一段對準(zhǔn)。
在某些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)還包括上面附加圓柱形磁體的軸，其中所述軸 界定旋轉(zhuǎn)軸線且延伸穿過所述圓柱形磁體的每一者。在至少一個(gè)實(shí)施例中，所述場磁極 構(gòu)件中的至少一者是大致筆直的場磁極構(gòu)件，所述場磁極構(gòu)件經(jīng)配置以在第一通量交互 作用表面與第二通量交互作用表面之間提供大致筆直的通量路徑。所述大致筆直的通量 路徑可與比與從第一通量交互作用表面延伸到第二通量交互作用表面的非筆直通量路 徑相關(guān)聯(lián)的磁阻更低的磁阻相關(guān)聯(lián)。例如，所述非筆直通量路徑包括與在前通量路徑段 偏離約九十度角度的隨后通量路徑段，所述隨后通量路徑段和所述在前通量路徑段兩者 為連續(xù)的。所述通量交互作用表面每一者具有經(jīng)尺寸設(shè)定以生成最大轉(zhuǎn)矩輸出的表面區(qū) 域。明確地說，所述表面區(qū)域可經(jīng)尺寸設(shè)定為至少場磁極構(gòu)件之間的周邊距離的函數(shù)， 以提供圓柱形磁體與場磁極構(gòu)件之間的最大磁耦合且同時(shí)至少使場磁極構(gòu)件之間的泄 漏最小化。在至少一個(gè)實(shí)施例中，與通量交互作用表面的部分正交的多個(gè)法向向量可界 定氣隙的大致均勻厚度。因而，法向向量每一者大體上具有大致均勻的長度，且終止于 圓柱形表面的部分處。舉例來說，所述法向向量的每一者大體上與圓柱形表面的個(gè)別部 分正交。但存在彼此不平行(例如，相對于彎曲表面)的至少兩個(gè)法向向量，尤其是在 所述兩個(gè)法向向量駐留在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面中時(shí)。在某些情況下，通量交互作用表 面和圓柱形表面的那些部分代表通量交互作用表面和圓柱形表面的各自定型表面上的 點(diǎn)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，與通量交互作用表面的部分正交的所述多個(gè)法向向量可為氣 隙界定非均勻厚度。在至少一種情況下，面對所述氣隙的極面經(jīng)定型以提供非均勻的氣 隙厚度。造成非均勻氣隙厚度的極面的實(shí)例是具有大致位于單個(gè)相對較平坦平面中的表 面(例如，在制造場磁極構(gòu)件期間由筆直切割形成)的極面。
轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的場磁極構(gòu)件的每一者可進(jìn)一步包括疊片，以使得在軸向方向上延伸
的中間平面將所述疊片的數(shù)量近似地一分為二，以使得在所述中間平面的一側(cè)處，隨著
疊片經(jīng)定位而遠(yuǎn)離中間平面，疊片大體上在至少一個(gè)維度上減小。所述疊片可從由磁導(dǎo)
材料組成的襯底以減少磁導(dǎo)材料廢料的配置形成。注意，所述疊片中的至少一者可以是
19各向異性的。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的場磁極構(gòu)件中的每一者可進(jìn)一步包括經(jīng) 尺寸設(shè)定以在軸向方向上觀看時(shí)具有可變橫截面的磁導(dǎo)材料。所述尺寸可經(jīng)界定以輔助 控制定位轉(zhuǎn)矩，降低渦電流損耗，降低制造成本，或?qū)崿F(xiàn)所有前述內(nèi)容。注意，所述可 變尺寸設(shè)定部分中的至少一者可以是各向異性的或任何種類的材料。在某些情況下，所 述可變尺寸設(shè)定部分可包括與極靴和/或極面相同或不同的材料。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，所述通量交互作用表面中的每一者包括偏斜的通量交互作用 表面，以使相鄰場磁極構(gòu)件之間的場磁極間隙偏斜，從而使定位轉(zhuǎn)矩最小化。在某些情 況下，所述偏斜的通量交互作用表面包括界定場磁極間隙的第一側(cè)的第一邊緣和界定另 一場磁極間隙的第二側(cè)的第二邊緣，藉此所述第一邊緣和所述第二邊緣維持不與所述圓 柱形磁體中至少一者的極化方向?qū)?zhǔn)的角度，其中第一場磁極構(gòu)件的一個(gè)第一邊緣和第 二場磁極構(gòu)件的一個(gè)第二邊緣形成場磁極間隙。
轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的場磁極構(gòu)件中的每一者可包括中央場磁極構(gòu)件部分，其具有可與圍 繞旋轉(zhuǎn)軸線的圓的一部分共同延伸的外周邊表面，以減小轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的體積尺寸。所 述場磁極構(gòu)件中的至少一者還可包括線圈，所述線圈纏繞在其周圍以形成至少一個(gè)作用 場磁極構(gòu)件。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的極化方向可包括第一極化方向和第二極化方向，藉此所述圓柱 形磁體中的一個(gè)圓柱形磁體經(jīng)定向以具有第一極化方向，且所述圓柱形磁體中的另一圓 柱形磁體經(jīng)定向以具有第二極化方向。所述第一極化方向經(jīng)設(shè)置為與所述第二極化方向 成極化角度，以使定位轉(zhuǎn)矩最小化，所述極化角度是從約150度到180度的任何角度。
在特定實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以生成磁通量路徑，所述磁通量路徑本質(zhì)上 由第一圓柱形磁體、第二圓柱形磁體、場磁極構(gòu)件和兩個(gè)或兩個(gè)以上氣隙構(gòu)成，其所 述第一圓柱形磁體和所述第二圓柱形磁體中的每一者是單片磁體。在某些情況下，所述 場磁極構(gòu)件中的一者或一者以上可由從每個(gè)場磁極構(gòu)件的一端到另一端是連續(xù)的磁導(dǎo) 材料和經(jīng)配置以容納用于生成安匝("AT")通量的元件的至少一部分而組成。類似地， 圓柱形磁體中的每一者可由連續(xù)磁體材料組成。
一般來說，所述場磁極構(gòu)件中的所述一者或一者以上的數(shù)量獨(dú)立于圓柱形磁體的磁
極數(shù)目。不存在磁極數(shù)目與場磁極構(gòu)件數(shù)目相同的一般要求。場磁極構(gòu)件可包括硅-鐵合
金、鎳-鐵合金、鈷-鎳合金、鋼合金、鐵合金、磁性合金粉末和/或軟磁性合成物中的一
者或一者以上。圓柱形磁體一般是包括以下一者或一者以上的永久磁體釹鐵("NdFe")、
一種或一種以上稀土磁體材料和/或一種或一種以上陶瓷磁體材料。在一個(gè)方面， 一個(gè)或
一個(gè)以上場磁極構(gòu)件可經(jīng)定形以通過避免經(jīng)由槽纏繞線圈或?qū)⒕€圈纏繞到中間結(jié)構(gòu)上
來使與在所述至少一個(gè)場磁極構(gòu)件上纏繞線圈相關(guān)聯(lián)的制造復(fù)雜性最小化。線圈可在軸向方向上大致延伸所述至少一個(gè)作用場磁極構(gòu)件的長度，以減少從所述至少一個(gè)作用場 磁極構(gòu)件的周邊的通量泄漏。在至少一個(gè)實(shí)施例中，所述場磁極構(gòu)件中的每一者具有疊 片和處于第一通量交互作用表面與第二通量交互作用表面之間的中央場磁極構(gòu)件部分。 所述中央場磁極構(gòu)件部分可具有由圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的圓的至少一部分限定的外周邊表面， 使得所述疊片中的至少兩者具有尺寸不同的橫截面。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，用于電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)具有軸線，且可至少包括轉(zhuǎn) 子組合件，在所述轉(zhuǎn)子組合件中安裝有至少兩個(gè)大致圓柱形磁體，所述兩個(gè)磁體軸向布 置在所述轉(zhuǎn)子組合件軸線上且彼此間隔開。所述圓柱形磁體具有預(yù)定磁極化區(qū)。所述圓 柱形磁體中的每一者具有主要維度大致平行于所述軸線的面對圓柱形磁表面。以在大致 相反方向上定向磁極化作用的方式相對于所述軸線來布置圓柱形磁體。所述磁極化作用 可描述為位于穿過圓柱形磁體表面且同時(shí)大致垂直于所述軸線的平面內(nèi)。轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu) 還包括與所述軸線同軸布置的場磁極構(gòu)件，其中通量交互作用表面形成在所述場磁極構(gòu) 件的末端處。所述通量交互作用表面大體上定位于所述面對磁表面鄰近處，所述面對磁 表面可與其主要維度共同延伸。通量交互作用表面和面對磁表面大體上界定功能氣隙。
場磁極構(gòu)件中的每一者應(yīng)當(dāng)為磁導(dǎo)的。場磁極構(gòu)件中的每一者可為大致筆直的。通量交
互作用表面經(jīng)配置以將場磁極構(gòu)件磁耦合到圓柱形磁體。在特定實(shí)施例中，通量交互作
用表面中的每一者進(jìn)一步包括偏斜的通量交互作用表面，以使相鄰場磁極構(gòu)件之間的場
磁極間隙偏斜，從而使定位轉(zhuǎn)矩最小化。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以將磁
通量路徑限制為僅橫穿圓柱形磁體中的兩者、場磁極構(gòu)件中的兩者、通量交互作用表面
中的兩者和氣隙中的兩者。
轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括線圈，所述線圈纏繞在所述場磁極構(gòu)件中的至少一者的
周圍以形成作用場磁極構(gòu)件。另外，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)可不包括護(hù)鐵。不包括護(hù)鐵降低了磁
損耗，以及減少了用于制造電動(dòng)力機(jī)的材料量。注意，場磁極構(gòu)件可經(jīng)配置以相對于圓
柱形磁體圍繞所述軸線旋轉(zhuǎn)，或者圓柱形磁體可經(jīng)配置以相對于場磁極構(gòu)件圍繞所述軸
線旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，大致筆直的場磁極構(gòu)件中的每一者經(jīng)配置以使從第一通量交
互作用表面的表面部分延伸到第二通量交互作用表面的表面部分的通量路徑中的線性
偏離最小化。舉例來說，可降低偏離量和通量與線偏離的程度，以避免通量路徑中的突
然或相對較急的轉(zhuǎn)彎。在一個(gè)例子中，所述圓柱形磁體中的一個(gè)圓柱形磁體具有第一極
化方向，且所述圓柱形磁體中的另一圓柱形磁體具有第二極化方向。所述第一極化方向
可處于與第二極化方向不同的極化角度，以使定位轉(zhuǎn)矩最小化，其中所述極化角度為從
約150度到180度的任何角度。舉例來說，第一方向可與第二方向成約150度到180度的極化角度。
根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例，用于電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)包括界定旋轉(zhuǎn)軸線且具有第 一末端部分、中央部分和第二末端部分的軸。所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)還可至少包括第一磁體 結(jié)構(gòu)和第二磁體結(jié)構(gòu)，其每一者具有一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面。所述第一磁體結(jié)構(gòu)和所 述第二磁體結(jié)構(gòu)每一者同軸附加在所述軸上，以使得第一磁體結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或一個(gè)以 上磁體表面的極化方向在與第二磁體結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面的極化方向 大致相反的方向上。所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括多組繞組和與所述軸大致同軸布置的 許多場磁極構(gòu)件。所述場磁極構(gòu)件中的每一者可包括許多疊片。所述場磁極構(gòu)件中的每 一者在第一場磁極構(gòu)件末端處具有第一極靴且在第二場磁極構(gòu)件末端處具有第二極靴。 所述第一極靴經(jīng)定位以與所述第一磁體結(jié)構(gòu)的一部分鄰近，以形成第一通量交互作用 區(qū)，且所述第二極靴經(jīng)定位以與所述第二磁體結(jié)構(gòu)的一部分鄰近，以形成第二通量交互 作用區(qū)。
第一通量交互作用區(qū)和第二通量交互作用區(qū)兩者包括氣隙。所述氣隙中的每一者可 大體上具有大致均勻的厚度，且可在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面中具有弧形橫截面?；⌒慰?被描述為圓的圓周的一段。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二通量交互作用區(qū)中的場磁極構(gòu) 件的極面不是弧形的，而是相對平坦的。明確地說，當(dāng)在包括所述軸線的平面中的橫截 面中觀看時(shí)，極面的相對平坦表面大體上面對鄰近磁體表面的輪廓。所述場磁極構(gòu)件中 的每一者還具有至少一中央場磁極構(gòu)件部分，圍繞所述中央場磁極構(gòu)件部分可纏繞所述 多組繞組中的一組。所述第一極靴和所述第二極靴中的每一者包括過渡區(qū)，所述過渡區(qū) 以非正交角度連接所述第一場磁極構(gòu)件末端和所述第二場磁極構(gòu)件末端中的每一者與 所述中央場磁極構(gòu)件部分。這降低了中央場磁極構(gòu)件部分與第一極靴或第二極靴或兩者 之間的通量路徑的磁阻。所述過渡區(qū)包括瞬時(shí)通量路徑，用以提供從其開始或到達(dá)與中 央場磁極構(gòu)件部分相關(guān)聯(lián)的第一通量路徑段的銳角，且提供從其開始或到達(dá)與第一和第 二極靴中任一者相關(guān)聯(lián)的第二通量路徑段的相同或不同銳角。在某些情況下，所述銳角 從(例如)通量路徑的方向是在近似0度到60度之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一磁體結(jié)構(gòu)和第二磁體結(jié)構(gòu)每一者是雙極磁體，其中所述第一 磁體結(jié)構(gòu)的一個(gè)磁體表面具有指向第一方向的北極，且第二磁體結(jié)構(gòu)的一個(gè)磁體表面具
有指向第二方向的北極，所述第一方向與所述第二方向相差150度到180度之間的角度，
其中所述雙極磁體中的每一者是單片的。在某些實(shí)施例中，所述第一磁體結(jié)構(gòu)和所述第 二磁體結(jié)構(gòu)每一者為多極磁體，第一磁體結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面包括多個(gè) 北極和南極，所述北極和南極中的一者指向第一方向，且第二磁體結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面包括多個(gè)北極和南極，所述北極和南極中的一者指向第二方向，所述第 一方向與所述第二方向相差150度到180度之間的角度。第一磁體結(jié)構(gòu)和第二磁體結(jié)構(gòu)
可包括單獨(dú)磁體，所述單獨(dú)磁體每一者具有與其它單獨(dú)磁體鄰接的界面而沒有任何插入 結(jié)構(gòu)。在各種實(shí)施例中，第一磁體結(jié)構(gòu)和第二磁體結(jié)構(gòu)包括每一者均具有圓柱形表面的 一個(gè)或一個(gè)以上圓柱體形狀磁體或者每一者均具有圓錐形表面的一個(gè)或一個(gè)以上圓錐 體形狀磁體或包括兩者。在一個(gè)實(shí)施例中，所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面每一者包含離 散磁化區(qū)，且第一磁體結(jié)構(gòu)和第二磁體結(jié)構(gòu)每一者包含磁體支撐件，所述磁體支撐件經(jīng) 配置以與軸線成銳角或平行于軸線或者兩者而在主要維度上支撐所述離散磁化區(qū)，所述 磁體支撐件附加到所述軸。
所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)可經(jīng)配置以接收作為進(jìn)入所述至少一個(gè)線圈的電流的電力以用 于實(shí)施電馬達(dá)，或接收作為圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械動(dòng)力以用于實(shí)施發(fā)電機(jī)?；蛘撸?如果轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)在電馬達(dá)內(nèi)實(shí)施，那么轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)可經(jīng)配置以實(shí)施復(fù)激馬達(dá)或串 激馬達(dá)或兩者，且如果轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)在發(fā)電機(jī)內(nèi)實(shí)施，那么所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)進(jìn)一 步配置以實(shí)施復(fù)激發(fā)電機(jī)或串激發(fā)電機(jī)或兩者。
根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)可設(shè)置在電馬達(dá)內(nèi)，以提供可由此類馬 達(dá)傳遞的相對于具有相同尺寸和/或重量的常規(guī)電馬達(dá)來說更多的輸出轉(zhuǎn)矩。在一個(gè)實(shí)施 例中，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)提供相對較短且較筆直的磁路徑和比用于電動(dòng)力機(jī)的傳統(tǒng)定子-轉(zhuǎn) 子結(jié)構(gòu)更有效的材料使用。在各向異性(例如，晶粒取向材料)磁導(dǎo)材料用于形成本發(fā) 明特定實(shí)施例的場磁極構(gòu)件的情況下，此類材料的固有磁性質(zhì)有助于增加通量承載區(qū)中 的通量密度。注意，這些材料可用于或不用于形成疊片。外部返回路徑(例如傳統(tǒng)上使 用護(hù)鐵實(shí)施的那些返回路徑)的消除或至少減少因此節(jié)省重量，且減小實(shí)施本發(fā)明轉(zhuǎn)子 -定子結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施例的電動(dòng)力機(jī)的整體尺寸。在另一實(shí)施例中，定子-轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以相 同輸出轉(zhuǎn)矩提供比具有類似尺寸的常規(guī)馬達(dá)更大的馬達(dá)效率。此效率增加至少部分歸因
于較低電阻繞組，所述較低電阻繞組轉(zhuǎn)化為較低的電流平方乘以電阻(即，I2*R)功率
損耗，且同時(shí)產(chǎn)生與在傳統(tǒng)馬達(dá)的類似尺寸的封裝或馬達(dá)罩中所建立的安匝生成通量相 同的安匝生成通量。另外，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的制造相比常規(guī)馬達(dá)來說較不復(fù)雜(例 如，在線圈纏繞過程中)且成本較低(例如，由于材料的節(jié)省)。


結(jié)合以下結(jié)合附圖所作的詳細(xì)描述更完整地理解本發(fā)明，其中
圖1例示在傳統(tǒng)電馬達(dá)中實(shí)施的常用定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的實(shí)施圓柱形磁體的示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的分解
圖2B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的其中磁體為圓錐形形狀的示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的 分解圖3描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的不具有磁體的圖2B的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的端視圖， 用以說明經(jīng)配置以經(jīng)由氣隙而與圓錐形磁體的面對磁表面進(jìn)行交互作用的極面的定向；
圖4描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖2B的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的另一端視圖，其說明定位在 極面鄰近處的圓錐形磁體；
圖5A和5B描繪說明根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例的示范性磁通量路徑的截面圖5C描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的退出生成安匝磁通量的定子構(gòu)件的極面的第二 通量路徑的實(shí)例；
圖5D描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的進(jìn)入圖5C的最初生成安匝磁通量的作用場磁極 構(gòu)件的極面的第二通量路徑的實(shí)例；
圖5E和5F描繪說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)中示范性磁通量路徑 的截面圖6A和6B說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的端視圖； 圖6C描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖6A和6B的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的部分截面圖； 圖7A到7E說明根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的場磁極構(gòu)件的實(shí)施方案的實(shí)例； 圖8說明根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的具有偏斜極面的另一示范性場磁極構(gòu)件； 圖9A到9P說明根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的可在示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)中實(shí)施的其它 形狀的永久磁體的實(shí)例；
圖IO展示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多極磁體；
圖UA到11C描繪根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的其它示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)； 圖12A到12D說明根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的實(shí)施圓柱形磁體的另一轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)； 圖13A到13D說明根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的僅實(shí)施一個(gè)磁體的其它轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu) 的實(shí)例；
圖14和15描繪根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的兩個(gè)以上磁體的實(shí)施方案的實(shí)例；
圖16描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的針對其場磁極構(gòu)件具有偏斜定向的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)
構(gòu)的替代性實(shí)施方案；
圖17A和17B說明根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的場磁極構(gòu)件的實(shí)例；
圖18A描繪根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例的具有各種均勻度的氣隙；圖18B描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣隙的可配置性；
圖19是說明根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的又一通用場磁極構(gòu)件配置的橫截面圖；和 圖20說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用以代表場磁極構(gòu)件的極面之間的磁通量實(shí)例 的示范性通量線。
在附圖的若干視圖中，相同參考標(biāo)號(hào)始終指代相應(yīng)部分。注意，大部分參考標(biāo)號(hào)包 括一個(gè)或兩個(gè)最左數(shù)字，所述數(shù)字大體上標(biāo)識(shí)首先引入所述參考數(shù)字的圖式。
具體實(shí)施例方式
定義
以下定義適用于相對于本發(fā)明某些實(shí)施例描述的某些元件。這些定義可在此處類似 地延伸。
如本文使用，術(shù)語"氣隙"指的是磁體表面與所面對極面之間的空間或間隙。此類 空間可在物理上描述為至少由磁體表面和極面的區(qū)域界限的容積。氣隙起作用以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 子與定子之間的相對旋轉(zhuǎn)，且界定通量交互作用區(qū)。雖然氣隙通常由空氣填充，但無需 如此限制。
如本文使用，術(shù)語"護(hù)鐵"通常描述經(jīng)常用于完成原本斷開的磁路的物理結(jié)構(gòu)(以 及造成所述物理結(jié)構(gòu)的材料)。明確地說，護(hù)鐵結(jié)構(gòu)一般僅用于將磁通量從一個(gè)磁路元 件傳送到另一磁路元件，例如從一個(gè)磁導(dǎo)場磁極構(gòu)件傳送到另一磁導(dǎo)場磁極構(gòu)件，或從 第一磁體的磁極傳送到第二磁體的磁極，或者此兩種情況，而在場磁極構(gòu)件或磁極之間 沒有插入安匝生成元件(例如線圈)。此外， 一般不形成護(hù)鐵結(jié)構(gòu)來容納相關(guān)聯(lián)的安匝 生成元件(例如一個(gè)或一個(gè)以上線圈)。
如本文使用，術(shù)語"線圈"指的是經(jīng)布置以電感耦合到磁導(dǎo)材料以產(chǎn)生磁通量的導(dǎo) 體連續(xù)巻繞組合。在某些實(shí)施例中，術(shù)語"線圈"可描述為"繞組"或"線圈繞組"。
如本文使用，術(shù)語"線圈區(qū)"一般指的是線圈纏繞于其周圍的場磁極構(gòu)件的一部分。
如本文使用，術(shù)語"鐵心"指的是場磁極構(gòu)件的一部分，所述場磁極構(gòu)件中線圈通 常設(shè)置在極靴之間且一般由磁導(dǎo)材料形成以提供磁通量路徑的一部分。
如本文使用，術(shù)語"場磁極構(gòu)件" 一般指的是由磁導(dǎo)材料組成且經(jīng)配置以提供可圍 繞其纏繞線圈的結(jié)構(gòu)的元件(即，所述元件經(jīng)配置以出于生成磁通量的目的而收容線 圈)。在某些實(shí)施例中，場磁極構(gòu)件包括鐵心(即，鐵心區(qū))和至少兩個(gè)極靴，所述極 靴的每一者一般位于鐵心的各個(gè)末端處或其附近。但在其它實(shí)施例中注意到，場磁極構(gòu) 件包括鐵心和僅一個(gè)極靴。不存在多個(gè)的情況下，場磁極構(gòu)件未經(jīng)配置以生成安匝通量。在某些實(shí)施例中，術(shù)語"場磁極構(gòu)件"可一般描述為"定子-鐵心"。在某些實(shí)施例中， 場磁極構(gòu)件一般具有細(xì)長形狀，以使得場磁極構(gòu)件的長度(例如，場磁極構(gòu)件的末端之 間的距離) 一般大于其寬度(例如，鐵心的寬度)。
如本文使用，術(shù)語"作用場磁極構(gòu)件"指的是鐵心、 一個(gè)或一個(gè)以上線圈和至少一 個(gè)極靴的組合。明確地說，作用場磁極構(gòu)件可描述為與一個(gè)或一個(gè)以上線圈組合以可選 擇性地生成安匝通量的場磁極構(gòu)件。在某些實(shí)施例中，術(shù)語"作用場磁極構(gòu)件"可一般 描述為"定子-鐵心構(gòu)件"。
如本文使用，術(shù)語"鐵磁材料"指的是一般展現(xiàn)磁滯現(xiàn)象且其磁導(dǎo)率取決于磁化力 的材料。并且，術(shù)語"鐵磁材料"也可指代相對磁導(dǎo)率大于單位磁導(dǎo)率且取決于磁化力 的磁導(dǎo)材料。
如本文使用，術(shù)語"場交互作用區(qū)"指的是其中從兩個(gè)或兩個(gè)以上來源產(chǎn)生的磁通 量以可相對于那些來源而產(chǎn)生機(jī)械力和/或轉(zhuǎn)矩的方式向量地進(jìn)行交互作用的區(qū)。一般來 說，術(shù)語"通量交互作用區(qū)"可與術(shù)語"場交互作用區(qū)"互換使用。此類來源的實(shí)例包 括場磁極構(gòu)件、作用場磁極構(gòu)件和/或磁體，或其某些部分。雖然場交互作用區(qū)通常在旋 轉(zhuǎn)機(jī)械用語中被稱為"氣隙"，但場交互作用區(qū)是描述其中來自兩個(gè)或兩個(gè)以上來源的 磁通量向量地進(jìn)行交互作用以相對于那些來源產(chǎn)生機(jī)械力和/或轉(zhuǎn)矩的區(qū)的更廣義術(shù)語， 且因此不限于氣隙的定義(即，不限于由磁體表面和極面的區(qū)域以及從所述兩個(gè)區(qū)域之 間的外圍延伸的平面所界定的容積)。舉例來說，場交互作用區(qū)(或其至少一部分)可 位于磁體內(nèi)部。
如本文使用，術(shù)語"發(fā)電機(jī)" 一般指的是經(jīng)配置以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能而不管(例 如)其輸出電壓波形的電動(dòng)力機(jī)。由于可類似地定義"交流發(fā)電機(jī)"，因而術(shù)語發(fā)電機(jī) 在其定義中包括交流發(fā)電機(jī)。
如本文使用，術(shù)語"磁體"指的是在其自身外部產(chǎn)生磁場的主體。因而，術(shù)語磁體 包括永久磁體、電磁體和類似物。
如本文使用，術(shù)語"馬達(dá)" 一般指的是經(jīng)配置以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)力機(jī)。
如本文使用，術(shù)語"磁導(dǎo)"是一般指代那些在通量密度("B")與施加磁場("H") 之間具有磁性可定義關(guān)系的材料的描述性術(shù)語。另外，希望"磁導(dǎo)"為包括(不限于) 鐵磁材料、粉末金屬、軟磁體組合物("SMC")等的廣義術(shù)語。
如本文使用，術(shù)語"極面"指的是極靴的一個(gè)表面，所述表面面對通量交互作用區(qū) (以及氣隙)的至少一部分，從而形成通量交互作用區(qū)(以及氣隙)的一個(gè)邊界。在某 些實(shí)施例中，術(shù)語"極面"可一般描述為"定子表面"或"通量交互作用表面"的至少一部分，或者這兩者。
如本文使用，術(shù)語"極靴"指的是場磁極構(gòu)件中有利于定位極面以使得其面對轉(zhuǎn)子 (或其一部分)從而用于成形氣隙且控制其磁阻的那部分。場磁極構(gòu)件的極靴一般位于
在線圈區(qū)處或其附近開始且在極面處終止的鐵心的每個(gè)末端附近。在某些實(shí)施例中，術(shù) 語"極靴"可一般描述為"定子區(qū)"。
如本文使用，術(shù)語"軟磁體組合物"("SMC")指的是部分由絕緣磁體顆粒組成的 那些材料，例如可經(jīng)模制以形成本發(fā)明轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的元件的絕緣體涂覆鐵粉金屬材 料。
如本文使用，術(shù)語"過渡區(qū)"指的是極靴中有利于將通量路徑的一段(例如，在鐵 心區(qū)內(nèi))偏移或轉(zhuǎn)移到所述通量路徑的另一段(例如，在極靴內(nèi))的可選部分。 一個(gè)或 一個(gè)以上極靴可實(shí)施過渡區(qū)來改進(jìn)馬達(dá)容量利用(例如，通過在更靠近旋轉(zhuǎn)軸線處以緊 湊配置放置線圈)。具體地說，過渡區(qū)將場磁極構(gòu)件的磁阻保持得相對較低，且同時(shí)有 利于構(gòu)成電動(dòng)力機(jī)的元件的緊湊。此類元件包括軸、場磁極構(gòu)件、磁體等。
論述
圖2A是根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的分解圖。圖2A描繪轉(zhuǎn)子 組合件261，其包括至少兩個(gè)安裝在軸225上或附加到軸225的圓柱形磁體226a和226b， 所述圓柱形磁體226a和226b的每一者分別具有圓柱形的磁體表面(或至少其若干部分) 224a和224b。在本發(fā)明各種實(shí)施例中，可實(shí)施除圓柱體之外的形狀(例如圓錐體)以 實(shí)踐轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)250。圖2A還描述場磁極構(gòu)件205a、 205b和205c，其分別具有用 以面對磁體表面224a的若干部分的極面209a、 209b和209c。注意，未展示或標(biāo)識(shí)所有 極面。
在各種實(shí)施例中，每個(gè)場磁極構(gòu)件205經(jīng)配置以通過至少最小化穿過場磁極構(gòu)件的
磁通量路徑的長度而針對電馬達(dá)實(shí)施方案增加每單位尺寸(或每單位重量)生成的轉(zhuǎn)矩。
另外，場磁極構(gòu)件205提供筆直或大致筆直的通量路徑(或其段)，以最小化磁通量的
線性偏離。通常，所述路徑段大體上平行于旋轉(zhuǎn)軸線。因此，與需要磁通量在場磁極區(qū)
之間圍繞周邊急劇轉(zhuǎn)彎(例如以九十度(或大約九十度)的角度)的常規(guī)磁返回路徑設(shè)
計(jì)相比，通過實(shí)施筆直或大致筆直的路徑，那些場磁極構(gòu)件中的每一者提供相對較低磁
阻的通量路徑。因而，某些實(shí)施例中轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)可實(shí)施筆直或大致筆直的路徑，以使
得電動(dòng)力機(jī)能夠以降低的磁損耗和增加的效率進(jìn)行操作。接下來描述本發(fā)明轉(zhuǎn)子-定子結(jié)
構(gòu)的各種替代實(shí)施例和特征。雖然圖2B到11說明一般實(shí)施圓錐形磁體的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)
構(gòu)，但以下描述可適用于具有其它形狀的磁體或其等效物。
27圖2B是根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的分解圖。在此實(shí)例中，轉(zhuǎn) 子-定子結(jié)構(gòu)200包括轉(zhuǎn)子組合件202和許多作用場磁極構(gòu)件204 (即，作用場磁極構(gòu)件 204a、 204b和204c)，藉此作用場磁極構(gòu)件204經(jīng)配置以磁性耦合到轉(zhuǎn)子組合件202的 磁體且驅(qū)動(dòng)所述磁體。轉(zhuǎn)子組合件202包括兩個(gè)圓錐形磁體220a和220b，所述圓錐形 磁體安裝或附加到軸222，以使得圓錐形磁體220a上的圓錐形磁體表面221a的至少一 部分面對圓錐形磁體220b上的圓錐形磁體表面221b的至少一部分。明確地說，圓錐形 磁體220a和220b的較小直徑的末端(即，在最接近圓錐頂點(diǎn)處(如果存在圓錐頂點(diǎn))， 或在最接近圓錐的概念頂點(diǎn)處(如果另外由于(例如)圓錐截?cái)嗟木壒识淮嬖趫A錐頂 點(diǎn)))面向彼此。另外，圓錐形磁體220a和220b各定位成與作用場磁極構(gòu)件204的一 組末端相鄰。在本發(fā)明各種實(shí)施例中，圓錐形磁體表面221a和221b各具有相對于旋轉(zhuǎn) 軸線的傾斜角度，其中所述角度從約5度到約85度。在特定實(shí)施例中，所述傾斜角度 可從約10度到約80度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，舉例來說，當(dāng)圓錐形磁體220a和220b 由相對較高性能的磁體材料(例如，最大能量乘積和"Br"的值相對較高且矯頑性較高 的磁體，如下文描述)組成時(shí)，傾斜角度為相對于旋轉(zhuǎn)軸線的約30度。在各種實(shí)施例 中，軸222可由磁導(dǎo)材料組成，而在其它實(shí)施例中，其可由非磁性和/或非導(dǎo)電性材料制 成。因而，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200不需要軸222來形成通量路徑；根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施 例，作用場磁極構(gòu)件204和圓錐形磁體220a及220b足以形成通量路徑。
每個(gè)作用場磁極構(gòu)件204包括場磁極構(gòu)件206和包裹在個(gè)別場磁極構(gòu)件206周圍的
絕緣線圈208。場磁極構(gòu)件206定位成與旋轉(zhuǎn)軸線同軸，所述旋轉(zhuǎn)軸線可由軸222的軸
界定。線圈208a、 208b和208c分別大體上圍繞場磁極構(gòu)件206a、 206b和206c的中心
部分而纏繞，以當(dāng)用電流激勵(lì)線圈208時(shí)，在場磁極構(gòu)件206中產(chǎn)生安匝生成的磁通量。
在至少一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)或一個(gè)以上作用場磁極構(gòu)件204構(gòu)成(至少部分)定子組合
件(未圖示)。在作用場磁極構(gòu)件204的每個(gè)末端區(qū)處是極面207，所述極面207的每一
者位于與圓錐形磁體220a和220b的圓錐形磁體表面的至少一部分的相鄰處且面對所述
圓錐形磁體表面的所述至少一部分，從而在磁體表面(或其部分)與極面之間界定功能
氣隙。根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例，極面207經(jīng)塑輪廓以模擬磁體表面，例如圓錐形磁體220a
的表面。舉例來說，極面207b是曲率與圓錐形磁體220a的凸面的曲率相似的凹面。在
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可選的延伸末端(例如延伸末端211b)從場磁極構(gòu)件206縱向
延伸，以延伸越過和/或經(jīng)過圓錐形磁體220a和220b的外表面。作為另一實(shí)例，延伸末
端217b經(jīng)配置以延伸經(jīng)過圓錐形磁體220b的外表面以插入到一個(gè)溝槽242中，以構(gòu)造
轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200。但注意，在某些實(shí)施例中，缺少延伸末端211b以及場磁極構(gòu)件206的其它延伸末端，從而允許極面207面對圓錐形磁體220a和220b，所述圓錐形磁體220a 和220b使其較大直徑的末端(其中一個(gè)末端與外磁體表面223a重合或最接近外磁體表 面223a)延伸到或超過與場磁極構(gòu)件206的外表面相關(guān)聯(lián)的徑向距離。
由于轉(zhuǎn)子組合件202或所述許多作用場磁極構(gòu)件204可經(jīng)配置以相對于另一者旋 轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200可視情況包括軸承230以及前安裝板240和后安裝板248 兩者。在特定實(shí)施例中，安裝板240和248可由非磁性和/或非導(dǎo)電性材料制成。安裝板 240和248中的空腔244經(jīng)設(shè)計(jì)以容納軸承230，且溝槽242經(jīng)設(shè)計(jì)以容納作用場磁極 構(gòu)件的延伸末端(例如延伸末端217b)的至少一部分。在某些情況下，溝槽242限制作 用場磁極構(gòu)件204的運(yùn)動(dòng)，以維持相對于轉(zhuǎn)子組合件202的恰當(dāng)位置?？商砑颖Ｗo(hù)罩(未 圖示)，以保護(hù)轉(zhuǎn)子組合件202和場磁極構(gòu)件204兩者，且還可充當(dāng)用于一個(gè)或一個(gè)以 上線圈208的散熱片。盡管實(shí)施所述示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200是有用的，但本發(fā)明的各 種實(shí)施例不限于包括安裝板240和248以及軸承230和溝槽242，特別是在根據(jù)本發(fā)明 實(shí)施例生成通量路徑的時(shí)候。
注意，盡管每個(gè)場磁極構(gòu)件206展示為由絕緣線圈208包裹，但根據(jù)特定實(shí)施例， 少于全部的場磁極構(gòu)件206可由線圈208包裹。舉例來說，可分別從作用場磁極構(gòu)件204b 和204c處省略線圈208b和208c，以形成(例如)制造成本低于包括線圈208b和208c 時(shí)的電動(dòng)力機(jī)。不具有線圈208b和208c時(shí)，構(gòu)件204b和204c構(gòu)成場磁極構(gòu)件而并非 作用場磁極構(gòu)件。還注意到，盡管場磁極構(gòu)件206a、 206b和206c被展示為筆直場磁極 構(gòu)件，但不需要場磁極構(gòu)件206a、 206b和206c為筆直或大致筆直的。在某些實(shí)施例中， 場磁極構(gòu)件206a、 206b和206c中的一者或一者以上可經(jīng)定形以在場磁極構(gòu)件中實(shí)施過 渡區(qū)(如下文描述)，以在不同于筆直通量路徑的路徑中傳送通量。舉例來說，場磁極 構(gòu)件206a、 206b和206c可經(jīng)定形以將線圈208定位成更靠近軸222，從而減少實(shí)施轉(zhuǎn) 子-定子結(jié)構(gòu)200的電動(dòng)力機(jī)的體積。
在至少一個(gè)特定實(shí)施例中， 一個(gè)或一個(gè)以上作用場磁極構(gòu)件204中的每一者僅包括
一個(gè)或一個(gè)以上線圈208和一場磁極構(gòu)件(例如206a、 206b和206c中的任一者)。在
某些情況下，作用場磁極構(gòu)件204可包括帶子、紙張和/或油漆或者不為纏繞在場磁極構(gòu)
件周圍的線圈繞組添加實(shí)質(zhì)支撐的類似物。 一般來說， 一個(gè)或一個(gè)以上線圈208的繞組
直接纏繞在場磁極構(gòu)件本身上。 一個(gè)或一個(gè)以上線圈208的導(dǎo)體可一般包括絕緣體。但
在此特定實(shí)施例中，每個(gè)作用場磁極構(gòu)件204不包括任何其它中間結(jié)構(gòu)(例如線圈承載
器結(jié)構(gòu))，所述中間結(jié)構(gòu)在制造過程中需要額外材料成本和勞動(dòng)力。
圖3描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子-定子200的端視圖300，其說明經(jīng)配置以經(jīng)由氣隙而與面對的圓錐形磁體220a的磁體表面進(jìn)行交互作用的極面的定向。圖3中缺 少前安裝板240、軸承230和圓錐形磁體220a，其全部均已省略以描繪作用場磁極構(gòu)件 和線圈形狀兩者的端視圖，以及場磁極之間的場磁極間隙("G")。如圖所示，線圈208a、 208b和208c分別包圍場磁極構(gòu)件206a、206b和206c以形成作用場磁極構(gòu)件204a、204b 和204c，所有所述作用場磁極構(gòu)件均經(jīng)緊湊定位以增加實(shí)施轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200的馬達(dá) 或發(fā)電機(jī)的封裝密度(與使用通常使用圖1的槽108纏繞的線圈繞組的常規(guī)馬達(dá)相比)。 圖3還描繪延伸末端311a、 311b和311c的邊緣以及個(gè)別作用場磁極構(gòu)件204a、 204b和 204c的極面307a、 207b和207c。極面307a、 207b和207c經(jīng)定位以在那些極面或表面 的每一者與圓錐形磁體220a的圓錐形磁體表面的至少一部分之間形成磁性氣隙。另外， 場磁極間隙由構(gòu)成作用場磁極構(gòu)件204a、 204b和204c的場磁極構(gòu)件的側(cè)邊(或邊緣) 界定。舉例來說，間隙"G"代表(例如)由從個(gè)別場磁極構(gòu)件206b和206c (圖2B) 的側(cè)邊延伸的平面310和320界定的場磁極間隙中的任一者。在至少一個(gè)特定實(shí)施例中， 與極面307a、 207b和207c中每一者相關(guān)聯(lián)的表面區(qū)域經(jīng)尺寸設(shè)計(jì)而以最佳配置來生成 最大轉(zhuǎn)矩輸出。此類配置的實(shí)例是，其中在圓錐形磁體220a與場磁極構(gòu)件206a、 206b 和206c之間的磁性耦合具有最大量或接近最大量，而場磁極構(gòu)件之間的間隙"G"上的 泄漏具有最小量或接近最小量。注意，通過增加極面307a、 207b和207c中任一者的表 面區(qū)域，增加磁性耦合。
圖4描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子-定子200和定位在極面307a、 207b和207c (圖 3)相鄰處的圓錐形磁體220a的另一端視圖400。如圖所示，圓錐形磁體220a的外磁體 表面223a是可見的，如延伸末端311a、 311b和311c的突出邊緣和線圈208。注意，盡 管此實(shí)例展示圓錐形磁體220a為具有北極("N")和南極("S")的雙極磁體(例如， 永久磁體)，但圓錐形磁體220a可具有任何數(shù)目的北極和南極。注意，在某些實(shí)施例中， 圓錐形磁體220a和220b可使用電磁體來實(shí)施。并且，圖4界定三個(gè)截面圖。第一截面 圖X-X筆直切割穿過作為對分場磁極構(gòu)件206a和線圈208a的中心線，且接著經(jīng)由磁體 220a穿過其它場磁極構(gòu)件206b與206c之間的場磁極間隙。第二截面圖Y-Y對分場磁極 構(gòu)件206a和線圈208a，且接著經(jīng)由磁體220a穿過場磁極構(gòu)件206b和線圈208b。第三 截面圖Y'-Y'(類似于第二截面圖Y-Y)對分場磁極構(gòu)件206a和線圈208a，且接著經(jīng)由 磁體220a穿過場磁極構(gòu)件206c和線圈208c。截面圖X-X在圖5A中展示，而視圖Y-Y 和Y'-Y'產(chǎn)生類似圖式，其兩者均在圖5B中描繪。
圖5A和5B描繪根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例的說明示范性磁通量路徑的截面圖。圖
5A描繪轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)500的作用場磁極構(gòu)件204a的橫截面，所述橫截面展示線圈208a和場磁極構(gòu)件206a的截面圖X-X。在此實(shí)例中，作用場磁極構(gòu)件204a包括極面307a 和505b、極靴507a和507b、線圈區(qū)506和線圈208a。在圖5A的視圖X-X中，圓錐形 磁體220a與220b以相反的方向在直徑方向上磁化，且經(jīng)定位在與場磁極構(gòu)件206a的 個(gè)別極靴507a和507b相鄰處。相應(yīng)地，極靴507a的極面307a與圖2B的磁體表面221a 的至少一部分521a形成磁性氣隙551a，其中部分521a面對極面307a且展示為橫截面。 類似地，極靴507b的極面505b與圖2B的磁體表面221b的至少一部分521b形成磁性 氣隙551b，其中部分521b面對極面505b且展示為橫截面。注意，部分521a和521b無 需分別延伸圓錐形磁體220a和220b的軸向長度。舉例來說，部分521a和521b可由界 限在圓錐形磁體220a和220b的最大與最小橫截面直徑之間的區(qū)界定，但可具有任何尺 寸。因此，根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，部分521a和521b僅需要與極面形成氣隙，其中圓錐 形磁體220a和220b的其它表面部分經(jīng)配置以不形成氣隙。另外，線圈208a圍繞場磁 極構(gòu)件206a的線圈區(qū)506，藉此線圈區(qū)506近似地由圍繞場磁極構(gòu)件206a的一部分的 線圈208a的軸向長度界定。圖5A中缺少一個(gè)或一個(gè)以上場交互作用區(qū)的描述，所述場 交互作用區(qū)可包圍比氣隙(例如氣隙551a)更大的空間，且可延伸到(例如)圓錐形磁 體220a中。
在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中，個(gè)別圓錐形磁體220a和220b上的表面的磁體部分 521a和521b中的至少一者可界定為由傾斜角度("e") 501界限，所述傾斜角度501是 相對于旋轉(zhuǎn)軸線的角度。在所示實(shí)例中，旋轉(zhuǎn)軸線與軸222相連。在特定實(shí)施例中，傾 斜角度("e") 501與軸222成30度。但注意，角度501可為任何角度。
通過相反極化，圓錐形磁體220a經(jīng)極化使其北極("N")朝向方向502，且圓錐形 磁體220b經(jīng)極化使其北極("N")朝向方向504。在某些實(shí)施例中，圓錐形磁體220a 和220b以完全相反的方向(即，方向502與504之間成180度)在直徑方向上磁化。 但在其它實(shí)施例中，方向502和504可偏移成那些方向之間的除180度外的任何角度，
(例如)以降低定位轉(zhuǎn)矩("頓轉(zhuǎn)")。在特定實(shí)施例中，方向502和504偏移到從約150 度到約180度之間的角度。在各種實(shí)施例中，圓錐形磁體220a和220b (或其它類型的 磁體)每一者經(jīng)極化以具有在一個(gè)或一個(gè)以上大致垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面中的極化方 向。
圖5B描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的作用場磁極構(gòu)件204a以及圖3的作用場磁極構(gòu)
件204b或作用場磁極構(gòu)件204c的橫截面，且描繪磁通量路徑。為易于論述起見，將僅
論述視圖Y-Y。視圖Y-Y是穿過線圈208b與場磁極構(gòu)件206b的線圈208a與場磁極206a
截面圖。磁通量路徑560穿過場磁極構(gòu)件206a和206b兩者且穿過圓錐形磁體220a和220b兩者。出于說明目的，可將磁通量路徑560 (或通量路徑)描述為包含兩個(gè)通量路 徑，所述兩個(gè)通量路根據(jù)疊加原則進(jìn)行組合。圓錐形磁體220a和220b形成第一通量路 徑(即，永久磁體生成通量)，而由線圈的安匝產(chǎn)生的通量形成第二通量路徑(即，安 匝生成通量)。在此實(shí)例中，磁體通量(如第一通量路徑)從圓錐形磁體220a的北極("N") 離開，且橫穿氣隙551a以進(jìn)入極面307a(圖3)，所述北極與表面部分521a重合，所述 表面部分521a面對極面307a。第一通量路徑接著縱向橫穿穿過場磁極構(gòu)件206a，且接 著在場磁極構(gòu)件206a的與圓錐形磁體220b相鄰的末端處離開極面505b。第一通量路徑 通過橫穿氣隙551b而繼續(xù)，且進(jìn)入圓錐形磁體220b的南極("S")，所述南極大體上與 磁體表面221b的表面部分521b (面對極面505b)重合。第一通量路徑穿過圓錐形磁體 220b而到達(dá)其北極，所述北極與磁體表面221b中面對極面213b的表面部分561b重合。 接下來，第一通量路徑橫穿氣隙551c，且進(jìn)入極面213b (圖2B)。從那里，第一通量路 徑通過場磁極構(gòu)件206b返回到其離開的極面207b，橫穿氣隙551d，且接著進(jìn)入圓錐形 磁體220a的南極，從而完成第一通量路徑。 一般來說，圓錐形磁體220a的南極與磁體 表面221a(圖2B)中面對極面207b的表面部分561a重合。注意，在所示情況中，離 開極面207b的通量等同于離開極面207c的所述通量。注意，不需要要求任何補(bǔ)充結(jié)構(gòu) 或材料來形成磁通量路徑560的任何部分。因而，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)550不包括護(hù)鐵。
在特定實(shí)施例中，圓錐形磁體220a和220b的直徑經(jīng)設(shè)置以使得圓錐形磁體220a 和220b每一者中的通量路徑長度相對于四個(gè)氣隙551a到551d來說相對較長，從而建 立有利的磁體負(fù)載線。注意，所述四個(gè)氣隙551a到551d中的每一者提供通量交互作用 區(qū)以有利于極面與磁體之間(或穿過極面和磁體)的磁通量交互作用。進(jìn)一步注意，圓 錐形磁體220a或220b中的通量路徑展示為沿著磁化軸對準(zhǔn)(即，從南極到北極)，這 可有助于低磁體制造成本和每單位體積(或尺寸)可生成相對較高輸出轉(zhuǎn)矩的磁體?？?通過使用用于特定應(yīng)用的恰當(dāng)磁體材料來最佳地選擇磁體的矯頑性，所述矯頑性是確定 磁體將在強(qiáng)外部磁場影響下如何保持其內(nèi)部通量對準(zhǔn)的磁體性質(zhì)。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)550 (圖5B)生成磁通量路徑560的至少一
部分，所述部分從大約第一圓錐形磁體220a的磁體表面的表面部分521a大致線性延伸
到大約第二圓錐形磁體220b的磁體表面的表面部分521b。在一個(gè)例子中，磁通量路徑
的所述部分本質(zhì)上由第一圓錐形磁體220a的表面部分521a、第二圓錐形磁體220b的表
面部分521b、場磁極構(gòu)件中的至少一者(例如場磁極構(gòu)件206a)和兩個(gè)或兩個(gè)以上氣
隙(例如氣隙551a和551b)構(gòu)成。
在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中，圓錐形磁體220a和220b可至少具有以下兩個(gè)磁性質(zhì)。第一，圓錐形磁體220a和220b能夠產(chǎn)生磁通量(例如在通量密度"B"方面以高斯CGS 單位測量)。"CGS"指的是按照厘米、克和秒描述的單位。第二，圓錐形磁體220a和 220b的磁體材料使得磁體抵抗去磁。能夠高度抵抗去磁的材料經(jīng)常被描述為具有"高矯 頑性"，如此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知。適當(dāng)值的去磁場可用于將特定磁體材料通量密度輸出 驅(qū)動(dòng)到零。因而，矯頑性值相對較高的磁體材料一般指示磁體材料能夠經(jīng)受住較大值的 逆外部磁場強(qiáng)度，而不遭受去磁作用。在特定實(shí)施例中，圓錐形磁體220a和220b由回 復(fù)磁導(dǎo)率值相對較靠近1.00且在操作條件下具有充分矯頑性Hd以便在適度預(yù)期的操作 條件下可靠的磁體材料組成。
通常磁體材料的特征部分在于此類材料的最大能量乘積。另外，磁體材料的特征可 在于"Br"，其是在閉路中測量且沒有任何測得的外部磁場正施加到磁性材料時(shí)從所述 磁體材料輸出的磁通量密度。所述最大通量密度值常常被表示為"Br"。較高Br值指示 磁體材料能夠在每個(gè)極區(qū)中具有較大磁通量產(chǎn)生(即，高通量密度)。在至少一個(gè)實(shí)施 例中，圓錐形磁體220a和220b使用在相對較小的裝置體積中需要相對較高轉(zhuǎn)矩的配置 中具有高通量產(chǎn)生能力(例如，具有較高"Br"值)的磁體。
在各種實(shí)施例中，圓錐形磁體220a和220b (或其它磁體)使用高Br值磁體，所述 高Br值磁體可在軸向方向上相對較短，且使用與旋轉(zhuǎn)軸線成(例如)約30度的圓錐角 度。但在某些實(shí)施例中，圓錐形磁體220a和220b (或適于實(shí)踐本發(fā)明的其它磁體)使 用具有較低成本和較低Br值的磁體材料。在此情況下，磁體一般實(shí)施為具有面積相對 大于與較大Br值相關(guān)聯(lián)的那些氣隙的氣隙。明確地說，氣隙的增加面積通過增加磁體 的軸向長度從而增加面對個(gè)別極面的磁體表面的表面積而形成。因而，可使用相同外徑 裝置(例如，馬達(dá)罩)中的較小圓錐角度(例如，小于30度)，盡管在軸向方向上較長。 雖然輸出轉(zhuǎn)矩性能和Km可在許多實(shí)施例中保持相同，但制造成本可在低Br值型式中 較少，即使可能存在軸向長度增加。
盡管本發(fā)明各種實(shí)施例涵蓋大量使用任何已知可用磁體材料的設(shè)計(jì)馬達(dá)和/或發(fā)電
機(jī)設(shè)計(jì)，但至少一個(gè)實(shí)施例使用B值與逆施加場強(qiáng)度H值的比率較低的磁體材料，其中
如通常在許多磁體材料數(shù)據(jù)單中所指定的那樣在個(gè)別材料的Br點(diǎn)處測量所述比率，那
些比率界定此類材料的"在Br處的回復(fù)磁導(dǎo)率"。盡管在某些情況下磁體材料不需要僅
限于高矯頑性值，但磁體材料應(yīng)在受到期望的逆磁場或熱條件時(shí)展現(xiàn)可預(yù)測的輸出通量
密度。因而，"回復(fù)磁導(dǎo)率"的值可為當(dāng)設(shè)計(jì)使用本發(fā)明轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的馬達(dá)和/或發(fā)電
機(jī)時(shí)的至少一個(gè)因數(shù)。
回復(fù)磁導(dǎo)率一般是B值與逆施加場強(qiáng)度值之間的關(guān)系的表達(dá)?；貜?fù)磁導(dǎo)率的值通常
33按照CGS單位來估計(jì)(因?yàn)榭諝獾拇艑?dǎo)率以CGS單位為1.0)，且可通過用逆施加場強(qiáng) 度值(例如，H，在Hc附近或在Hc處，以奧斯特表達(dá))除B值(例如，以高斯表達(dá)) (在Br附近或在Br處)來確定。對于某些磁體材料，可確定平均回復(fù)磁導(dǎo)率值，且所 述值可用于磁體材料選擇。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過由國際磁學(xué)協(xié)會(huì)("IMA")維持的 磁性材料生產(chǎn)者協(xié)會(huì)("MMPA")標(biāo)準(zhǔn)0100-00，為各種磁性材料界定回復(fù)磁導(dǎo)率。注 意，還可按照MKS單位(即，米、千克和秒)來描述回復(fù)磁導(dǎo)率。
一般來說，回復(fù)磁導(dǎo)率值在以CGS單位表達(dá)時(shí)不小于一。然而，回復(fù)磁導(dǎo)率值越 接近1.0，針對特定測量材料，矯頑性可能越高。在本發(fā)明大多數(shù)實(shí)施例中，回復(fù)磁導(dǎo) 率值通常小于1.3。典型的高矯頑性磁體材料(例如由釹-鐵"NdFe"構(gòu)成的磁體和其變 體)可具有以CGS單位約1.04的回復(fù)磁導(dǎo)率值。來自各種供應(yīng)商的回復(fù)磁導(dǎo)率值的實(shí) 例為如下:針對級(jí)別32H為1.036 (由Hitachi, Ltd.制造);針對級(jí)別35H為1.028 (由 Magnetic Component Engineering, Inc.或"MCE"制造)；和針對級(jí)別22H到33H為1.02, 以及針對級(jí)別35SA到N52為1.05 (由Shin-Etsu Magnetics Inc.制造)。此類變體的實(shí)例 是釹-鐵-硼或"NdFeB"。常用低成本陶瓷磁體(例如由鐵素體陶瓷構(gòu)成的那些磁體)可 具有約1.25的比率值，這允許陶瓷磁體在大多數(shù)應(yīng)用中充分起作用。注意，典型高性能 陶瓷磁體的平均回復(fù)磁導(dǎo)率以CGS單位通常在1.06到1.2左右的范圍內(nèi)。來自一個(gè)供 應(yīng)商(Hitachi, Ltd.)的示范性值為如下針對各向同性等級(jí)YBM3為1.2，且針對各向 異性等級(jí)YBM l和2為1.06。本發(fā)明各種實(shí)施例中的永久磁體可包含所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員已知的任何磁性材料。此類磁體材料的實(shí)例包括一種或一種以上此項(xiàng)技術(shù)中已知的 稀土磁體材料(例如釹鐵硼("NdFeB")、釤鈷("SmCo")和兩者的變體)以及陶瓷磁 體。
纏繞在場磁極構(gòu)件206的每一者周圍的線圈208形成第二通量路徑。在此實(shí)例中， 由圖5B的線圈208a和208b中的安匝生成的通量在與永久磁體通量類似的路徑中行進(jìn)， 不同之處是圓錐形磁體220a和220b (圖2B)和圓柱形磁體226a和226b (圖2A)具有 與空氣的有效性質(zhì)類似的有效性質(zhì)(如由安匝生成的通量觀察)。因而，場磁極構(gòu)件206a 內(nèi)生成的安匝通量(例如，在線圈區(qū)506內(nèi))存在于與圖5A和5B的圓錐形磁體220a 和220b以及圖2A的圓柱形磁體226相鄰的極面處。注意，線圈208 (作為導(dǎo)體)可以 是具有圓形橫截面或任何其它形狀(例如正方形或長方形)的電線。
在至少一個(gè)特定實(shí)施例中，線圈208可包括箔導(dǎo)體，所述箔導(dǎo)體是具有寬度相對較
大且高度相對較小的長方形橫截面的導(dǎo)體?？墒褂脤娱g具有絕緣體的箔導(dǎo)體來代替電
線，以在相同可用的繞組體積中減小繞組阻抗且增加電流處理容量。使用箔導(dǎo)體還可減少繞組的電感。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣體附加到箔的一個(gè)側(cè)面，以隔離在鐵心周圍的隨 后繞組中的箔導(dǎo)體。也就是說，僅需要使箔導(dǎo)體的一個(gè)側(cè)面絕緣，因?yàn)樗鲆粋€(gè)側(cè)面使 箔導(dǎo)體(或箔線圈)的先前纏繞部分的非絕緣側(cè)面絕緣。有利地，這降低了線圈208所 需的絕緣體量，從而節(jié)省資源，增加封裝密度，且在原本由完全絕緣的導(dǎo)體(即，在所 有側(cè)面上均絕緣，例如絕緣電線)填充的空間中增加安匝數(shù)目(且同時(shí)減少導(dǎo)體匝數(shù))。 因?yàn)椴瓕?dǎo)體還提供相對較小的彎曲半徑，所以可借此減少具有較尖銳彎曲的導(dǎo)體中通常 常見的繞組阻抗。通過減小阻抗，此類型的導(dǎo)體也可在生成安匝通量中、尤其是在電池 供電的馬達(dá)應(yīng)用中節(jié)省功率。
圖5C描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第二通量路徑的實(shí)例，所述第二通量路徑離開 生成安匝磁通量的作用場磁極構(gòu)件的極面。在此圖中，安匝("AT")生成通量在作用場 磁極構(gòu)件204a中生成，且接著從圖5C的極面513a (或如圖5B中展示為極面505b)離 開，且同時(shí)近似對半劃分以形成通量570a和570b。接著，安匝通量570a進(jìn)入極面213b， 且安匝通量570b進(jìn)入極面513c。接著，第二通量路徑的個(gè)別部分縱向行進(jìn)穿過其它場 磁極構(gòu)件(例如，場磁極構(gòu)件206b和206c)而到達(dá)那些其它場磁極構(gòu)件的其它末端， 以返回到最初生成所述第二通量路徑的作用場磁極構(gòu)件204a。
圖5D描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第二通量路徑的實(shí)例，所述第二通量路徑返回 到生成安匝磁通量的作用場磁極構(gòu)件的極面。如圖所示，安匝磁通量570c和570d離開 個(gè)別極面207b和207c而進(jìn)入極面307a，從而完成第二通量路徑的磁路(即，安匝磁通 量路徑)。
在概念上，可將由圖5D中作用場磁極構(gòu)件204a、 204b和204c的每個(gè)場磁極構(gòu)件
中的安匝生成的磁場視為作用場磁極構(gòu)件的末端區(qū)或極靴處的每個(gè)極面處的磁位區(qū)。根
據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例，在圓錐形磁體的面對表面與其相鄰極面之間的氣隙中，第一
通量路徑的通量和第二通量路徑的通量以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的方式進(jìn)行交互作
用，其中此類交互作用可用于通過實(shí)施轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200的電馬達(dá)生成轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子-定
子結(jié)構(gòu)200的第一和第二通量路徑至少部分是有效的，因?yàn)橥客ㄟ^穿過線圈208的電
流而包含在場磁極構(gòu)件206的鐵心區(qū)506 (圖5A)內(nèi)。由圓錐形磁體220a和220b的每
一者生成的磁體通量在通量交互作用區(qū)中與來自作用場磁極構(gòu)件204的極面的磁通量進(jìn)
行交互作用。因而，通量泄漏路徑一般限制于極靴507a和507b (圖5A)處的相對非常
小的區(qū)，所述極靴507a和507b兩者包括場磁極構(gòu)件206的側(cè)面和背面。因?yàn)榈谝缓偷?br> 二通量路徑在場磁極構(gòu)件206的磁導(dǎo)導(dǎo)材料中也幾乎是筆直的，所以這些場磁極構(gòu)件非
常適合于用各向異性(例如，晶粒取向)的磁性材料以有效方式來實(shí)施。因此，場磁極構(gòu)件206可由任何各向異性的磁性材料構(gòu)成，與使用各向同性的非晶粒取向磁性材料相
比，所述各向異性材料能夠承載較高通量密度且降低磁定向方向上(例如沿著晶粒取向 材料的晶粒)的磁損耗。
為進(jìn)行說明，考慮示范性各向異性(例如，晶粒取向)材料可具有至少20,300高斯 的磁飽和值，而典型各向同性疊片材料可具有19,800高斯的飽和值。用于實(shí)踐本發(fā)明至 少一個(gè)實(shí)施例的適當(dāng)各向異性材料的實(shí)例為等級(jí)M6材料，如美國鋼鐵學(xué)會(huì)("Aisr) 界定。各向同性材料的實(shí)例是M19材料，如由AISI指定。此外，與需要460奧斯特的 各向同性材料相比，各向異性材料僅需要126奧斯特的施加場來達(dá)到飽和。各向異性的 晶粒取向材料(例如，0.014英寸厚的疊片)的鐵心損耗針對平軋的晶粒取向的硅-鐵鋼， 在60 Hz和15,000高斯電感下可為約0.66瓦每磅。相反地，典型的各向同性材料(例 如AISI疊片材料M19)在類似條件(例如，以0.0185英寸的厚度)下可具有約1.72 到1.86瓦每磅的鐵心損耗。鑒于前述內(nèi)容，使用各向異性材料來形成場磁極構(gòu)件206優(yōu) 于使用各向同性材料。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，與傳統(tǒng)馬達(dá)的磁通量路徑不同，場磁極構(gòu) 件206的相對筆直形狀實(shí)現(xiàn)各向異性材料的有效使用。
與常規(guī)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩生成不同，本發(fā)明各種實(shí)施例的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200所生成的 輸出轉(zhuǎn)矩?zé)o需與從軸222的旋轉(zhuǎn)軸線到作用氣隙551a到551d (圖5B)的半徑成比例。 在所有其它因數(shù)為相同的情況下，增加極面和氣隙與軸222的徑向距離不以傳統(tǒng)馬達(dá)設(shè) 計(jì)公式所指示的方式改變輸出轉(zhuǎn)矩。舉例來說，傳統(tǒng)馬達(dá)設(shè)計(jì)概念教示承載安匝通量的 區(qū)應(yīng)經(jīng)設(shè)計(jì)以具有低磁阻路徑，包括安匝磁通量路徑中為氣隙的部分。根據(jù)本發(fā)明各種 實(shí)施例，安匝通量路徑具有穿過由永久磁體(例如圓錐形磁體220)占據(jù)的空間的相對 較高磁阻的路徑，但與具有相同尺寸或重量(同樣，其它因數(shù)也相等)的大多數(shù)傳統(tǒng)馬 達(dá)的峰值轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生相比，其峰值轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生相對較高。在特定實(shí)施例中，構(gòu)成圖2B的圓 錐形磁體220a和220b和/或圖2A的圓柱形磁體226的磁體材料具有與空氣的磁導(dǎo)率值 類似的磁體磁導(dǎo)率值，且因而，每個(gè)圓錐形磁體220a和220b或圓柱形磁體226的體積 呈現(xiàn)為安匝磁路的額外氣隙。在至少一個(gè)實(shí)施例中，電動(dòng)力機(jī)生成的輸出轉(zhuǎn)矩整體或部 分地與圓錐形磁體220a和220b的體積成比例，或與圓柱形磁體226的體積成比例。
在轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200的操作中，依次激勵(lì)線圈208以造成轉(zhuǎn)子組合件202旋轉(zhuǎn)。所
激勵(lì)的線圈在極面處生成磁位。這些磁位趨向于將磁體(例如，圓錐形磁體220)的內(nèi)
部場方向重新定向?yàn)樗┘拥耐獠繄龅姆较颉Ｋ鐾獠繄鰧?shí)際上向圓錐形磁體220a和
220b呈現(xiàn)角定向去磁場，以使得去磁場能夠在實(shí)施轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200的馬達(dá)在高轉(zhuǎn)矩
負(fù)載下時(shí)達(dá)到相對較大的振幅。強(qiáng)去磁場可不利地重新磁化矯頑性不足的圓錐形磁體220a和220b的磁體材料。由于此原因，本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例使用適于高轉(zhuǎn)矩負(fù)載的 磁體材料，且具有(1)較低的B與逆施加場強(qiáng)度的比率，和(2)相對較低的回復(fù)磁 導(dǎo)率，例如以CGS單位小于1.3。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩穿過磁體(例如圓錐形磁體220)的固有 傾斜，以尋找最低能量位置。因此，圓錐形磁體220 (其可為永久磁體)的磁極趨向于 朝向最大磁吸引區(qū)且遠(yuǎn)離磁推斥區(qū)而旋轉(zhuǎn)，藉此在所激勵(lì)的作用場磁極構(gòu)件204的兩端 處的氣隙處由安匝生成的磁場建立此類"磁位"區(qū)。由于具有相對較高矯頑性的磁體將 抵抗有角度地移位其內(nèi)部磁場的方向的試圖，因而此對角位移的抵抗被展現(xiàn)為永久磁體 主體上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，從而將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)移到軸。因而，磁體(例如，圓錐形磁體220)可產(chǎn) 生轉(zhuǎn)矩且接著將所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)移到軸，作為施加到負(fù)載的有用輸出轉(zhuǎn)矩。
圖5E和5F描繪說明根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例的包括圓柱形磁體的另一轉(zhuǎn)子-定 子結(jié)構(gòu)的示范性磁通量路徑的截面圖。圖5E描繪轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)580的作用場磁極構(gòu)件 586a的橫截面，所述橫截面展示場磁極構(gòu)件586a和圓柱形磁體590a和590b的截面圖 X-X。盡管極面、極靴、線圈區(qū)和線圈在功能上類似于圖5A的類似命名的元件，但場 磁極構(gòu)件586a包括額外的結(jié)構(gòu)和/或功能元件。也就是，場磁極構(gòu)件586a包括過渡區(qū) 588，所述過渡區(qū)的功能和結(jié)構(gòu)在以下描述，例如在圖17A到20中的一者或一者以上中 描述。圖5F描述類似于圖5B的至少兩個(gè)作用場磁極構(gòu)件的截面圖，且根據(jù)本發(fā)明一個(gè) 實(shí)施例描述磁通量路徑。類似于截面圖Y-Y (如圖5B中界定)，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)592是 場磁極586a和場磁極構(gòu)件586b的截面圖。磁通量路徑594穿過場磁極構(gòu)件586a和586b 兩者，且穿過圓柱形磁體590a和5卯b兩者。還展示了過渡區(qū)588。注意，軸、極面、 極靴、線圈區(qū)和線圈在功能上類似于圖5B的類似命名的元件。
圖6A、 6B和6C說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的端視圖
600。圖6A和6B展示轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的端視圖600，而圖6C是圖6B的部分截面圖A-A。
圖6A展示作用場磁極構(gòu)件604每一者在各自場磁極構(gòu)件606的末端處具有偏斜極面
607。每個(gè)偏斜極面607具有定型表面，所述定型表面大體上追隨相鄰磁體(例如圓錐
形磁體220a)的面對表面部分的定型表面的表面特征，以形成具有(例如)相對恒定氣
隙厚度的氣隙。氣隙厚度一般指的是極面上一點(diǎn)與磁體的面對表面上一點(diǎn)之間的正交距
離。偏斜極面607至少部分由場磁極構(gòu)件606的表面邊緣和/或側(cè)面界定，所述表面邊緣
和/或側(cè)面相對于相鄰磁體的磁化方向(例如，極化方向)稍微成角或偏斜。偏斜邊緣和
/或側(cè)面在圖6A中展示為第一偏斜邊緣650和第二偏斜邊緣652，其兩者均經(jīng)配置為場
磁極構(gòu)件606的邊緣以在作用場磁極構(gòu)件604布置在轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)中時(shí)形成偏斜場磁極間隙660。作為實(shí)例，考慮第一偏斜邊緣650c經(jīng)配置以相對于磁體(未圖示)的至少一 個(gè)極化方向630形成角度622。進(jìn)一步考慮，第二偏斜邊緣652b經(jīng)配置以相對于極化方 向630形成角度620。角度620、 622可為相同角度或可為適于形成場磁極間隙660的任 何其它角度，所述場磁極間隙660相對于一個(gè)或一個(gè)以上磁體的極化方向偏斜。注意， 圖6C是展示偏斜邊緣經(jīng)配置以使得磁極化平面631未與場磁極邊緣650或場磁極邊緣 652中任一者對準(zhǔn)的部分截面圖。明確地說，場磁極邊緣650c和場磁極邊緣652b兩者 均未相對于磁化平面631對準(zhǔn)(即，為偏斜的)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，場磁極邊緣650a 和場磁極邊緣652每一者與第一平面平行，所述第一平面與第二平面成角度，所述第二 平面包括磁化平面631或平行于磁化平面631。
圖6B是展示處于場磁極構(gòu)件606兩端處的偏斜極面邊緣的端視圖670。通過在轉(zhuǎn) 子-定子結(jié)構(gòu)中實(shí)施圖6A的偏斜場磁極間隙660，降低了定位轉(zhuǎn)矩("頓轉(zhuǎn)")。在至少一 個(gè)實(shí)施例中，偏斜場磁極間隙660適合于與在直徑方向上極化的永久磁體(例如圓錐形 磁體220) —起使用。在此例子中，圖6B的端視圖670是展示極面607的端視圖，所 述極面607經(jīng)配置以具有與相鄰圓錐形磁體220a的表面輪廓類似的表面輪廓，極面607 類似于圖6A中展示的那些極面。圖6B中還展示第一偏斜邊緣680和第二偏斜邊緣682， 所述第一和第二偏斜邊緣與處于場磁極構(gòu)件606的另一末端處(例如，處于與第一偏斜 邊緣650和第二偏斜邊緣652相關(guān)聯(lián)的極靴相對的另一極靴處，如虛線指示)的極面相 關(guān)聯(lián)。此情況中的第一偏斜邊緣680和第二偏斜邊緣682的角度分別與第一偏斜邊緣650 和第二偏斜邊緣652的那些角度類似，但面向與(例如)圓錐形磁體220b相關(guān)聯(lián)的磁 體表面。因而，由邊緣650和652形成的場磁極間隙的角度方向與由邊緣680和682形 成的場磁極間隙的角度方向相反。因而，在直徑方向上極化的磁體將大體上不與場磁極 間隙對準(zhǔn)，所述場磁極間隙的極面?zhèn)让骖愃朴谠谄矫?10與320 (圖3)之間形成場磁 極間隙"G"的那些極面?zhèn)让妫霾粚?zhǔn)可成為電馬達(dá)中頓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的來源。注意，邊 緣650與652之間以及邊緣680與682之間的距離可經(jīng)配置為與使場磁極間隙的頓轉(zhuǎn)作 用最小化所必需的一樣窄。在至少一個(gè)實(shí)施例中，第一偏斜邊緣680和第二偏斜邊緣682 的角度可類似于第一偏斜邊緣650和第二偏斜邊緣652的那些角度。但邊緣680和682 位于與邊緣650和652相同的各自平面中。有利地，這有助于平衡趨向于扭曲所述軸的 轉(zhuǎn)矩，且還有助于平衡從相對于場磁極構(gòu)件606的偏斜邊緣的磁體極化方向?qū)С龅妮S向 力。
圖7A和7B說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示范性場磁極構(gòu)件。雖然場磁極構(gòu)件
206a、 206b和206c中的每一者可由單個(gè)磁導(dǎo)材料片(例如，由金屬注射模制過程、鍛
38造、鑄造或任何其它制造方法形成的片)組成，但這些場磁極構(gòu)件也可由多個(gè)片組成， 如圖7A和7B中展示。圖7A將場磁極構(gòu)件206中的一者描述為由集成在一起的許多疊 片704組成的堆疊場磁極構(gòu)件700。在此例子中，堆疊場磁極構(gòu)件700具有帶有具弧形 的圓柱形外徑的外表面702和相對筆直的內(nèi)表面706，以增加線圈封裝密度，且同時(shí)為 旋轉(zhuǎn)軸線留下空間。場磁極構(gòu)件末端區(qū)720大體上包括極面707，所述極面707用于與 場磁極構(gòu)件700的每個(gè)末端處的永久磁體的通量進(jìn)行交互作用，而中央部分722 (即， 中央場磁極構(gòu)件部分)大體上包括處于極面707之間的鐵心區(qū)，例如線圈區(qū)506(圖5A)。 線圈(未圖示)可或多或少纏繞在中央部分722周圍。圖7B是堆疊場磁極構(gòu)件700和 疊片704的透視圖，所述疊片704可由各向異性材料組成。在此實(shí)例中，各向異性材料 包括晶粒取向材料。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，場磁極構(gòu)件700包括中央場磁極構(gòu)件部分722，所述中央場 磁極構(gòu)件部分具有外周邊表面(例如外表面702)。外周邊表面一般可與圓730的一部分 一起圍繞旋轉(zhuǎn)軸線共同延伸，而不管場磁極是否由疊片構(gòu)成。通過將場磁極構(gòu)件的外周 邊表面形成為配合在圓或等效形狀內(nèi)，更為緊湊的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)提供一種電動(dòng)力機(jī)，所 述電動(dòng)力機(jī)的體積小于外周邊表面與(例如)一正方形的一部分重合時(shí)的體積。如圖7A 中描繪，場磁極構(gòu)件700包括疊片和位于第一通量交互作用表面(例如，極面707)與 第二通量交互作用表面(例如，另一極面707)之間的中央場磁極構(gòu)件部分722。在此 實(shí)例中，外表面702由圓730的至少一部分限定，藉此一個(gè)或一個(gè)以上點(diǎn)(例如，點(diǎn)740a 和740b)與圓730相交或接觸圓730。在至少一個(gè)實(shí)施例中，可參考概念中間平面(其 呈現(xiàn)為中線710)來描述場磁極構(gòu)件700的結(jié)構(gòu)。中線710在軸向方向上延伸，且將構(gòu) 成場磁極構(gòu)件700的一些疊片大致分成兩半(例如，包括從50/50到60/40的百分比)。 相對于中線710的一側(cè)，隨著疊片定位在與中線710相距更遠(yuǎn)處，疊片大體上在至少一 個(gè)維度上減小。注意，盡管不需要，但疊片可從由磁導(dǎo)材料所組成的襯底以有助于減少 磁導(dǎo)材料廢料的配置形成。但再次，廢料不需要一定是本發(fā)明的疊片場磁極的每個(gè)實(shí)施 例的設(shè)計(jì)中的所需因數(shù)。
圖7C展示根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)特定實(shí)施例的場磁極構(gòu)件的至少一中央部分的實(shí)
例。注意，省略了具有定型極面的極靴，以便不混淆針對場磁極構(gòu)件的至少所述中央部
分的橫截面的描繪。場磁極構(gòu)件790由疊片792形成，且經(jīng)配置為具有正方形形狀因數(shù)，
以增加場磁極橫截面面積，這又增加可穿過場磁極構(gòu)件790的磁通量的量。舉例來說，
正方形橫截面區(qū)域794可比圖7A的場磁極構(gòu)件700的類橢圓形狀橫截面區(qū)域承載更多
磁通量。圖7C還展示可在至少一個(gè)實(shí)施例中實(shí)施的淚珠狀橫截面區(qū)域796。明確地說，淚珠狀橫截面區(qū)域796位于具有大致徑向方向的平面中。此定向有助于隨著場磁極構(gòu)件 790數(shù)量的增加來適應(yīng)場磁極構(gòu)件7卯。淚珠狀橫截面區(qū)域796可經(jīng)配置以在特定組磁 通量要求和馬達(dá)的包殼限制內(nèi)優(yōu)化繞組(例如，銅導(dǎo)體)與構(gòu)成場磁極構(gòu)件790的材料 (例如，鐵)的比率。
還注意，可在圖7A到7C中的任何場磁極中實(shí)施各種繞組圖案，以增強(qiáng)性能。舉例 來說，慢跑的或全覆蓋的繞組可在結(jié)構(gòu)兩端處覆蓋場磁極構(gòu)件700的大致所有側(cè)面和/ 或背面，以減少可能從一個(gè)場磁極構(gòu)件泄漏到另一場磁極構(gòu)件的通量。因而，線圈的電 線不需要纏繞在大體上與場磁極構(gòu)件的長軸垂直的平面中，而是以傾斜角度纏繞。通過 將線圈放置在靠近磁氣隙處，那些線圈可更有效地減少(例如)極靴區(qū)中的通量泄漏。 注意，上述繞組圖案可應(yīng)用于本文所述的任何場磁極構(gòu)件。
圖7D和7E說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一示范性場磁極構(gòu)件。雖然類似于圖 7A，但圖7D將場磁極構(gòu)件586a和586b (圖5F)中的一者描繪為堆疊場磁極構(gòu)件770。 如圖所示，場磁極構(gòu)件770由集成在一起的許多疊片774組成。場磁極構(gòu)件末端區(qū)780 大體上包括極面773，所述極面773用以與處于場磁極構(gòu)件770的每個(gè)末端處的永久磁 體的通量進(jìn)行交互作用，而中央部分777 (即，中央場磁極構(gòu)件部分)大體上包括處于 場磁極構(gòu)件586a(圖5E)的極面之間的鐵心區(qū)。在末端780 (在某些實(shí)施例中其可與極 靴同義)處，場磁極構(gòu)件770包括過渡區(qū)776。下文更詳細(xì)描述這些過渡區(qū)。圖7E是堆 疊場磁極構(gòu)件770和疊片774的透視圖，所述疊片可由各向異性材料組成。在此實(shí)例中， 各向異性材料包括晶粒取向材料。
圖8說明根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的具有偏斜極面的另一示范性場磁極構(gòu)件。如圖所 示，與堆疊場磁極構(gòu)件700類似，堆疊場磁極構(gòu)件800由許多疊片804構(gòu)造而成。疊片 804經(jīng)圖案化以提供偏斜極面807。極面807由第一偏斜邊緣850和第二偏斜邊緣852 界限，而處于另一極靴處的另一極面807由第一偏斜邊緣880和第二偏斜邊緣882界限。 注意，邊緣850、 852、 880和882可分別對應(yīng)于圖6B的邊緣650、 652、 680和682。 還注意，邊緣850和882可形成為分別與邊緣880和852位于相同平面中，以平衡可能 扭曲軸的轉(zhuǎn)矩，且還平衡從相對于場磁極構(gòu)件800的偏斜邊緣的磁體極化方向?qū)С龅妮S 向力。在某些情況下，疊片804 (以及疊片704)有利地可由單個(gè)襯底(例如，金屬片 或類似物)或若干不同襯底、以在制造期間使廢料最少化的方式形成為(例如，沖壓出) 一系列類似或不同圖案化的形狀。襯底可為單個(gè)材料片或細(xì)長材料條帶，其(例如)可 從巻軸滾出。注意，例如疊片704 (圖7B)和804 (圖8)的制造不浪費(fèi)通常在圓形定 子結(jié)構(gòu)中為形成圓形孔而拋棄的材料。在某些實(shí)施例中，疊片704和804可由層壓的各向異性(例如，晶粒取向)片料來
組裝，其中縱向地(例如平行于旋轉(zhuǎn)軸線)定向磁定向方向。這使得可容易地將通量從 馬達(dá)一端軸向傳導(dǎo)到另一端。疊片可彼此電絕緣，這可降低渦電流損耗。在一個(gè)實(shí)施例
中，疊片704和804由晶粒取向鋼組成，且用相對較低成本的材料來提供各種具有高磁 導(dǎo)率、低損耗和/或高飽和度的場磁極構(gòu)件。適于建構(gòu)疊片704和804的一種各向異性材 料是冷軋晶粒取向鋼或"CRGO疊片鋼"。為根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例說明使用晶粒取向疊 片的優(yōu)點(diǎn)，冷軋晶粒取向鋼(例如厚度為0.014英寸的等級(jí)M6疊片(由AISI指定)) 可在遭受10,000高斯的施加場時(shí)具有50,000的典型磁導(dǎo)率。相比之下，各向同性疊片 鋼(例如，0.0185英寸厚的"M19"疊片)可在類似條件下具有約3700的典型磁導(dǎo)率。 注意，磁導(dǎo)率(如上文描述)是就直流("DC")磁導(dǎo)率而言的。根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例， 場磁極構(gòu)件可由多種不同磁導(dǎo)材料制成，所述材料例如硅鐵合金、鋼合金、鐵合金、鎳 鐵合金、鈷鎳合金、磁性合金粉末、軟磁性合成物等。軟磁性合成材料(也稱為"SMC 材料")由壓縮的電絕緣顆粒(其也為磁導(dǎo)的)組成。因而，在相對較高頻率下與傳統(tǒng) SiFe疊片材料相比時(shí)，SMC材料展現(xiàn)相對較低的渦電流損耗。SMC材料的另一重要優(yōu) 點(diǎn)在于其能夠通過使用經(jīng)恰當(dāng)設(shè)計(jì)的壓縮模具和沖模而在三個(gè)維度中形成。
圖9A到9P說明根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的可在轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)中實(shí)施的其它形狀的
永久磁體的實(shí)例。雖然圖2B中所示的磁體為圓錐形形狀，但希望將術(shù)語"圓錐形"廣
義地理解成包括形成一個(gè)或一個(gè)以上表面或其部分的一個(gè)或一個(gè)以上形狀，所述表面或
其部分在同軸安裝于軸上時(shí)與所述軸成一角度，以使得至少一個(gè)表面在延伸時(shí)將與旋轉(zhuǎn)
軸線相交。所以，術(shù)語"圓錐形磁體"涵蓋至少一部分表面為圓錐形或朝向與旋轉(zhuǎn)軸線
同軸或在旋轉(zhuǎn)軸線上的點(diǎn)而逐漸變小的任何磁體配置。舉例來說，至少一種圓錐形磁體
具有一個(gè)或一個(gè)以上表面，藉此在那些表面每一者處的磁體橫截面大體上(或平均)沿
著磁體的軸向長度逐漸增加或減小。在至少一個(gè)特定實(shí)施例中，用于描述圓錐形磁體表
面的一部分的相關(guān)維度是表面邊界，例如可相對于一條線而在空間中定向的定型表面區(qū)
域。注意，圖9E、 9K和9L描繪圓柱形形狀磁體，其不包括除圓柱形之外的面對表面
(即，經(jīng)配置以面對極面的表面)的至少一部分。因而， 一般認(rèn)為這些類型的形狀不在
視為圓錐形磁體的定義內(nèi)。
圖9A展示完全圓錐形狀磁體作為圓錐形磁體的實(shí)例，而圖9B描繪被描述為"直立
圓錐的截頂體"的截?cái)鄨A錐磁體的圓錐形磁體，其是通過切除直立圓錐的頂部而形成的
截頂體(例如，所述切除形成與直立圓錐形磁體的下基底平行的上基底或其外表面)。
注意，與圖9A所示的錐角度不同的其它錐角度在本發(fā)明范圍內(nèi)。圖9C展示圓錐形磁體可包括添加到大直徑末端(或在某些情況下，添加到小直徑末端，例如圖9J中展示) 以優(yōu)化回路中的磁通量的圓柱形部分。圖9D說明具有"階梯"或分級(jí)形式的圓錐形磁 體。圖9F和9G展示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的適于建構(gòu)磁體的替代形狀的實(shí)例，其中圓錐形 磁體可為半球形形狀的磁體。圖9H和9I是展示各種實(shí)施例的圓錐形磁體可分別具有任 何類型的凹面和/或任何類型的凸面的一般表示。
圖9J展示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示范性圓錐形磁體。此處，圓錐形磁體940包 括其中形成空腔952的外表面950?？涨?52是可選的，且可用于容納軸承或其類似物。 在某些實(shí)施例中，空腔952在表面954、 956和958中的一者或一者以上內(nèi)部延伸。注 意，空腔952可具有沿著其軸向長度變化的內(nèi)部尺寸。圓錐形磁體940包括三個(gè)表面 第一圓柱形表面954、圓錐形表面956和第二圓柱形表面958。在各種實(shí)施例中，圓錐 形磁體940可包括更少或更多的表面、具有更大或較小直徑的圓柱形表面、圓錐形表 面956的更陡或更淺的傾斜角度等。
圖9K和9L分別展示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示范性圓柱形磁體的端視圖和側(cè)視 圖。圓柱形磁體961由兩個(gè)圓柱形磁體960和962組成。在此實(shí)例中，圓柱形磁體962 設(shè)置(例如，插入)在圓柱形磁體960內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，圓柱形磁體962由NdFe 磁性材料(或其變體)組成，且圓柱形磁體960由陶瓷磁性材料組成。在某些實(shí)施例中， 缺少圓柱形磁體962，從而形成由圓柱形磁體960組成的環(huán)形磁體(安裝夾具未圖示)。 在至少一個(gè)特定實(shí)施例中，圓柱形磁體962可由磁導(dǎo)材料而并非磁體材料組成。在一個(gè) 實(shí)施例中，圓柱形磁體962不需要延伸穿過圓柱形磁體960，而是可從一端延伸到圓柱 形磁體960內(nèi)的任何軸向長度。圖9M和9N分別展示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示范性 圓錐形磁體的端視圖和側(cè)視圖。圓錐形磁體971由兩個(gè)圓錐形磁體970和972組成。在 此實(shí)例中，圓錐形磁體972放置(例如，插入)在圓錐形磁體970內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中， 圓錐形磁體970由NdFe磁性材料(或其變體)組成，且圓錐形磁體972由陶瓷磁性材 料組成。在某些實(shí)施例中，圓錐形磁體972可由磁導(dǎo)材料而并非磁體材料組成。在某些 實(shí)施例中，缺少圓錐形磁體972，從而形成由圓錐形磁體970組成的空心圓錐形磁體(安 裝夾具未圖示)。在一個(gè)實(shí)施例中，圓錐形磁體972不需要延伸穿過圓錐形磁體970，而 是可從一端延伸到圓錐形磁體970內(nèi)的任何軸向長度。
圖90和9P說明根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的其它圓錐形磁體。圖90說明作為圓錐形
磁體的棱錐形狀磁體(盡管被截頂)，其由任何數(shù)目的截頂三角形表面978形成。圖9P
說明至少一個(gè)實(shí)施例的圓錐形磁體980，其中圓錐形磁體980包括截頂棱錐磁體990，
所述截頂棱錐磁體990包括形成在其中或其上的磁區(qū)992。磁區(qū)992包括與截頂棱錐磁體990的材料不同的磁體材料。那些磁區(qū)992中的每一者可經(jīng)選擇為具有任何預(yù)定極性。 在一個(gè)實(shí)施例中，截頂棱錐磁體990是四側(cè)面的，且由陶瓷材料(例如，磁體材料)組 成，且每個(gè)磁區(qū)992 (其中兩者從視圖中隱藏)由形成在截頂棱錐磁體990上的NdFe 磁體材料組成。在其它實(shí)施例中，棱錐磁體990可具有任何數(shù)目的側(cè)面。在各種實(shí)施例 中，棱錐磁體9卯是磁體支撐件，且不需要由磁體材料組成，而是可由磁導(dǎo)材料組成。 在某些實(shí)施例中，磁體支撐件990可形成為具有如圖9A到9I中所示的那些形狀的任何 形狀，其中可將任何數(shù)目的磁區(qū)992設(shè)置在磁體支撐件990上。在所述情況下，磁區(qū)992 可具有適于設(shè)置在特定形狀的磁體支撐件9卯上的任何形狀。舉例來說，盡管圖90和 9P描繪圓錐形磁體，但圖90中的磁體在本質(zhì)上可為圓柱形的(即，其中多個(gè)平坦表面 978構(gòu)成圓柱形磁體表面，端視圖呈現(xiàn)為六邊形或其它多邊形)。作為另一實(shí)例，圖9P 中的磁體可包括圓柱形形狀的磁體支撐件990，而并非類棱錐形形狀。再次，除了圖9E、 9K和9L外，前述內(nèi)容中所說明的圓錐形磁體僅僅是本發(fā)明圓錐形磁體的實(shí)例。
在本發(fā)明特定實(shí)施例中，圓錐形磁體是各向異性的，在直徑方向上磁化，且經(jīng)定形 為相對于旋轉(zhuǎn)軸線具有約30度錐角的截頂圓錐。根據(jù)某些實(shí)施例，圓錐形和圓柱形磁 體在大體上在大致垂直于軸線的平面中的方向上在直徑方向上磁化。這些類型的磁體配 置的至少一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，此類直徑圓錐形磁體可在與磁體材料的原始磁定向相同的方向 上磁化，這提供磁體的較高能量乘積(即，更有力的磁體)。各向異性磁體也是相對容 易地制造的，且每單位磁體體積具有相對較高的磁效率。直徑(即，2極)磁體的另一 優(yōu)點(diǎn)在于，在具有三個(gè)作用場磁極構(gòu)件和三個(gè)相位的馬達(dá)中，對于馬達(dá)的每個(gè)機(jī)械旋轉(zhuǎn) 僅具有一個(gè)電旋轉(zhuǎn)。因此，直徑磁體整體或部分地降低馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路中的渦電流損耗、
磁滯("鐵心"或"鐵")損耗和電切換損耗。在某些實(shí)施例中，圓錐形磁體可(1)包
括鋼心來代替實(shí)心磁體材料，(2)由展現(xiàn)良好矯頑性的環(huán)形磁體構(gòu)造而成，(3)由弧段
磁體構(gòu)造而成，(4)直接模制到軸上，(5)徑向極化，(6)包括空心鐵心來代替實(shí)心磁
體材料，或可包括任何其它類似特征。
圖IO展示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多極磁體。在此實(shí)例中，永久磁體1000是四極
磁體，其經(jīng)磁定向以具有從南極("S")到北極("N")的弓形磁路徑1010。其它數(shù)目
的極和磁體定向均在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。另外，根據(jù)某些實(shí)施例，多極磁體(例如
永久磁體1000)可為單片磁體或非單片磁體。如本文中使用，應(yīng)用于永久磁體的術(shù)語"單
片"暗示，永久磁體由集成磁極組成，以使得永久磁體為非離散的且在結(jié)構(gòu)上為大致同
質(zhì)的。因而，單片永久磁體在磁極之間缺少任何物理界面。單片磁體因此由連續(xù)磁體材
料組成。相反地，永久磁體1000可為由單獨(dú)磁體組成的非單片磁體，其中每個(gè)單獨(dú)磁體提供面向外的北極或南極，藉此在單獨(dú)子組件之間存在物理界面。因而，非單片磁體 因此可由鄰接但非連續(xù)的磁體材料組成。明確地說，每個(gè)單獨(dú)子組件包括連續(xù)磁體材料， 但物理界面引起構(gòu)成整個(gè)磁體的磁體材料的不連續(xù)性。注意，術(shù)語"單片"還可應(yīng)用于 本發(fā)明各種轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的場磁極構(gòu)件和其它元件。注意，在至少一個(gè)實(shí)施例中，非單 片磁體可包括其中單獨(dú)子組件布置為彼此相距一距離而使得它們不彼此接觸的那些磁 體。
圖11A展示作為本發(fā)明替代實(shí)施例的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1100的側(cè)視圖。 一般來說，數(shù) 量為三個(gè)作用場磁極構(gòu)件有效地使用通常在馬達(dá)或發(fā)電機(jī)內(nèi)部可用的圓柱形容積或空 間。因而，"三個(gè)"作用場磁極構(gòu)件一般用于提供相對較高的封裝密度。但為了提供更 平衡的操作，可使用三個(gè)以上作用場磁極構(gòu)件。如圖所示，六個(gè)作用場磁極構(gòu)件1102 與旋轉(zhuǎn)軸線同軸布置且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線等距定位。并且，四極磁體1104定位在鄰近作用 場磁極構(gòu)件1102的極面處。在此例子中，四極磁體1104是個(gè)別磁體弧段的合成物。轉(zhuǎn) 子-定子結(jié)構(gòu)1100可相對于包括三個(gè)作用場磁極構(gòu)件的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)在磁性上提供更 多平衡，因?yàn)橄鄬Φ淖饔脠龃艠O構(gòu)件1102的線圈可大體上同時(shí)被激勵(lì)。其它數(shù)目的作 用場磁極構(gòu)件和其它偶數(shù)數(shù)目的磁極可適當(dāng)?shù)亟?jīng)組合以實(shí)施本發(fā)明的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)。
圖11B到11C說明根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的場磁極構(gòu)件和/或磁極的數(shù)目變化的子 集。圖11B展示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有六個(gè)場磁極構(gòu)件1106和雙極磁體1107的 轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1105的側(cè)視圖。圖IIC描繪根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的包括十二個(gè)場磁極 構(gòu)件1109和四極磁體1110的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1108的側(cè)視圖。再次，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1100、 1105和1108僅描繪根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的多種場磁極構(gòu)件-磁極組合中的幾種。
在本發(fā)明至少一個(gè)特定實(shí)施例中，將示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)設(shè)置在電馬達(dá)中以生成轉(zhuǎn) 矩振幅，所述轉(zhuǎn)矩振幅取決于以下至少一者或一者以上磁體體積；通量交互作用區(qū)中 的交互作用場的向量方向；通量交互作用區(qū)中的通量密度；氣隙面積；和極面面積。所 以，永久磁體產(chǎn)生的通量密度越高且作用場磁極構(gòu)件產(chǎn)生的通量密度越高，那么在達(dá)到 顯著飽和之前在場磁極構(gòu)件中將形成的轉(zhuǎn)矩也越高。此類轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的磁體材料應(yīng)具 有充分矯頑性，以在既定應(yīng)用中防止部分或完全去磁。
圖12A到12D說明根據(jù)本發(fā)明的另一轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)。圖12A描繪轉(zhuǎn)子組合件1200， 其包括安裝在軸1204上或附加到軸1204的至少兩個(gè)圓柱形永久磁體1202a和1202b。 如圖所示，圓柱形磁體1202a和1202b在直徑方向上磁化且經(jīng)定位以使得其北極(N) 指向大致相反方向。圖12B展示包括兩個(gè)極面1224的場磁極構(gòu)件1220的兩個(gè)視圖。注
意，此實(shí)例中的極面1224經(jīng)定型或定形以便模擬圓柱形永久磁體1202a和1202b的圓
44柱形表面的輪廓，從而為圓柱形表面的若干部分或整個(gè)圓柱形表面提供相對較均勻的氣 隙厚度。在各種實(shí)施例中，場磁極構(gòu)件1220可由疊片(未圖示)組成，且可具有如相 對于其它實(shí)施例描述的功能和/或結(jié)構(gòu)。圖12(3是根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的分解圖。在此實(shí)例中，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1250經(jīng)配置以通過至少使穿過場磁極 構(gòu)件的磁通量路徑長度最小化來為電馬達(dá)實(shí)施方案增加每單位尺寸(或每單位重量)生 成的轉(zhuǎn)矩。因?yàn)閳龃艠O構(gòu)件1206在其中提供大致筆直的通量路徑段，所以可使磁通量 的線性偏離最小化。通常，所述路徑段大體上平行于旋轉(zhuǎn)軸線。另外，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu) 1250可實(shí)施筆直或大致筆直的場磁極構(gòu)件1206，以最小化那些場磁極構(gòu)件的磁阻。因 為磁阻被最小化，所以磁損耗也被最小化。在圖12C所示的實(shí)例中，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1250 包括轉(zhuǎn)子組合件1200、三個(gè)作用場磁極構(gòu)件1252 (其每一者均實(shí)施場磁極構(gòu)件1206和 線圈)、端板1254和1256以及軸承1258。注意，圓柱形磁體1202a和1202b的圓柱形 表面1260 (也稱為磁體表面)用于面對極面1224 (圖12B)。此類磁體表面可描述為是 分界面的，因?yàn)楫?dāng)通量進(jìn)入或退出極面1224時(shí)磁通量穿過這些表面。所述磁體表面整 體或部分地(即，其圓柱形部分)在圓柱形表面1260與極面1224之間界定氣隙。在至 少一個(gè)實(shí)施例中，極面1224經(jīng)定型以為每個(gè)氣隙維持均勻厚度，以增加圓柱形磁體1202a 和1202b (圖12C)與場磁極構(gòu)件1206a、 1206b和1206c之間的通量交互作用，從而以 可預(yù)測的方式增加輸出轉(zhuǎn)矩。在場磁極構(gòu)件1206a、 1206b和1206c由疊片組成的情況 下，極面1224經(jīng)定型以為每個(gè)氣隙維持至少大致均勻的厚度。
圖12D展示場磁極構(gòu)件1220 (圖12B)的橫截面的側(cè)視圖，其描繪指示場磁極構(gòu)件 1220中的筆直通量路徑段的直線1284，而不管磁通量路徑從永久磁體還是安匝("AT") 生成的通量穿過。在本發(fā)明各種實(shí)施例中，通量所經(jīng)過的路徑是場磁極構(gòu)件1220的形 狀(整體或部分)的函數(shù)。注意，直線1284代表場磁極構(gòu)件1220的極面1224之間的 筆直通量路徑。
圖13A和13B說明根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例的又一轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)。圖13A描繪
轉(zhuǎn)子組合件1300，其僅包括一個(gè)磁體，所述磁體在此實(shí)例中是安裝在軸1304上的圓柱
形磁體1302。如圖所示，圖13B是根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的分
解圖。在此例子中，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1350包括轉(zhuǎn)子組合件1300、三個(gè)作用場磁極構(gòu)件1352
(即，1352a、 1352b和1352c)、端板1354和1356以及軸承1358。在一個(gè)實(shí)施例中，
板1354是非磁性端板，且端板1356是磁導(dǎo)端板，其用于在作用場磁極構(gòu)件1352之間
傳送通量。在某些實(shí)施例中，端板1356是非磁性端板，且轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1350包括通量
承載構(gòu)件(未圖示)，所述通量承載構(gòu)件是磁導(dǎo)的以完成穿過圓柱形磁體1302的磁體回路。通量承載構(gòu)件磁性耦合作用場磁極構(gòu)件1352的不存在極面的其它末端。實(shí)施作為 作用場磁極構(gòu)件1352的一部分的場磁極構(gòu)件在某些方面類似于圖12B的場磁極構(gòu)件 1220和圖12C的場磁極構(gòu)件1206a、 1206b和1206c中的任一者。但在此例子中，作用 場磁極構(gòu)件1352的每個(gè)場磁極構(gòu)件僅包括一個(gè)極面，因?yàn)閮H存在一個(gè)與之進(jìn)行交互作 用的永久磁體。單極面的一個(gè)實(shí)例是極面1324。在替代實(shí)施例中，其它形狀的磁體可替 代圓柱形磁體1302來實(shí)施轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1350的其它配置。另外，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1350 可另外包括本文描述的各種實(shí)施例的其它特征。
圖13C和13D說明根據(jù)本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例的再一轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)。圖13C描繪 轉(zhuǎn)子組合件1360和1364，其每一者僅包括一個(gè)圓錐形磁體。明確地說，轉(zhuǎn)子組合件1360 包括安裝在軸1363上的圓錐形磁體1362，使得圓錐形磁體1362的圓錐形表面的至少一 部分面向第一軸向方向("AD1")。相反，轉(zhuǎn)子組合件1364包括安裝在軸1365上的圓 錐形磁體1366，使得圓錐形磁體1366的圓錐形表面的至少一部分面向第二軸向方向 ("AD2")，其中第二軸向方向與第一軸向方向相反。在至少一個(gè)實(shí)施例中，第一軸向 方向朝向通量承載構(gòu)件(未圖示)，例如磁導(dǎo)端板1356 (圖13B)。盡管轉(zhuǎn)子組合件1364 可能生成相對較長的通量路徑，所述通量路徑不如由轉(zhuǎn)子組合件1360產(chǎn)生的那些通量 路徑那樣筆直，但在特定應(yīng)用中(例如在馬達(dá)性能不是關(guān)鍵要求的那些情況下)可忽略 此類差異。注意，圓錐形磁體1362和1366安裝在各自軸1363和1365上的相對位置僅 僅是某些可能位置的實(shí)例。因而，圓錐形磁體1362和1366每一者可定位在軸上的任何 地方，包括軸1363或軸1365的中心。圖130是根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的分解圖。如圖所示，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1370包括轉(zhuǎn)子組合件1360 (圖13C)、 三個(gè)作用場磁極構(gòu)件1372 (即，1372a、 1372b和1372c)，所述作用場磁極構(gòu)件中的每 一者在功能上類似于圖13B中類似命名的那些構(gòu)件。但圖13D的三個(gè)作用場磁極構(gòu)件 1372包括有每一者僅包括一個(gè)極面的場磁極構(gòu)件，藉此三個(gè)作用場磁極構(gòu)件1372的單 極面中的每一者經(jīng)定型以面對轉(zhuǎn)子組合件1360的圓錐形磁體表面。轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1370 還包括端板1354和1356以及軸承1358。另外，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1370可另外包括本文描 述的各種實(shí)施例的其它特征。
圖14和15描繪根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的兩個(gè)以上圓錐形磁體的示范性實(shí)施方案。
圖14展示兩組圓錐形磁體均經(jīng)布置為面向彼此。第一組包括圓錐形磁體1402，且第二
組包括圓錐形磁體1406，其中兩組均附加到軸1404。在一個(gè)實(shí)施例中，協(xié)同具有不同
直徑的圓錐形磁體對的兩組場磁極構(gòu)件可用于形成復(fù)激馬達(dá)1400。明確地說，復(fù)激馬達(dá)
1400是通過集成并行的兩個(gè)或兩個(gè)以上馬達(dá)(例如內(nèi)馬達(dá)1450和外馬達(dá)1452)而形成的。在此實(shí)例中，內(nèi)馬達(dá)1450包括圓錐形磁體1402和作用場磁極構(gòu)件1412，其中圓錐 形磁體1402具有比圓錐形磁體1406更小的直徑。外馬達(dá)1452包括內(nèi)馬達(dá)1450以及圓 錐形磁體1406和作用場磁極構(gòu)件1410。在一個(gè)實(shí)施例中，圓錐形磁體1402和1406彼 此遠(yuǎn)離且朝向相反的軸向方向而面對。在替代實(shí)施例中，其它形狀的磁體(例如圓柱形) 可替代圓錐形磁體1402和1406。
圖15說明任何數(shù)目的圓錐形磁體1502和1503可布置在軸1504上。明確地說，第 一組圓錐形磁體1502使其圓錐形表面面向一個(gè)軸向方向，且第二組圓錐形磁體1503經(jīng) 布置為使每個(gè)圓錐形表面面向另一軸向方向，所述另一軸向方向是與圓錐形磁體1502 所面向的軸向方向相差180度的方向。根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例，任何數(shù)目的圓錐形磁體 (例如，任何偶數(shù)或奇數(shù)數(shù)目)可以多個(gè)定向或方向布置在軸上，其中一個(gè)或一個(gè)以上 作用場磁極構(gòu)件適合于與那些圓錐形磁體進(jìn)行交互作用。在一個(gè)實(shí)施例中，作用場磁極 構(gòu)件1504與圓錐形磁.體對1502和1503 —起包括在內(nèi)，以形成任何數(shù)目的彼此串聯(lián)的 馬達(dá)。舉例來說，串激馬達(dá)1500包括共享同一軸1580的三個(gè)馬達(dá)。每個(gè)馬達(dá)包括一個(gè) 圓錐形磁體1502、 一個(gè)圓錐形磁體1503和任何數(shù)目的作用場磁極構(gòu)件1504。串激馬達(dá) 1500非常適合用于潛孔鉆和泵中，其中相對較小直徑中的高轉(zhuǎn)矩是所需的且軸向長度具 有最小重要性。在替代實(shí)施例中，其它形狀的磁體(例如圓柱形)可替代圓錐形磁體1502 和1503。
圖16描繪根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的針對其場磁極構(gòu)件具有偏斜定向的轉(zhuǎn)子-定子結(jié) 構(gòu)的替代性實(shí)施方案。轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1600包括許多場磁極構(gòu)件1630，其圍繞旋轉(zhuǎn)軸線 1609同軸布置且經(jīng)配置以與磁體1602a和1602b磁耦合，所述磁體1602a和1602b兩者 均組合在軸1622上。在一個(gè)例子中，磁體1602a和1602b可使圓錐形表面朝向彼此而 面對。在至少一個(gè)實(shí)施例中，場磁極構(gòu)件1630中的每一者在到軸線1609的定向上"偏 斜"，以使得穿過每個(gè)場磁極構(gòu)件1630的中線1640與穿過軸線1609的平面1611成偏 斜角度1650。通過將場磁極構(gòu)件1630定向?yàn)榕c旋轉(zhuǎn)軸線1609成偏斜角度1650，可減 少定位。在一個(gè)特定實(shí)施例中，場磁極構(gòu)件1630每一者的極面可經(jīng)定型以面對磁體1602a 和1602b的表面。注意， 一個(gè)或一個(gè)以上場磁極構(gòu)件1630無需是作用場磁極構(gòu)件。
圖17A是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的另一轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在圖17A
的橫截面圖(其類似于圖5A的截面圖X-X)中，轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)1700包括場磁極構(gòu)件
1702和圓錐形形狀的磁體1720a和1720b。場磁極構(gòu)件1702具有第一極靴1707a和第
二極靴1707b。第一極靴1707a定位在磁體1720a的表面的至少一部分(例如，面對部
分)的鄰近處，以使得極面1705a可用于與其形成第一通量交互作用區(qū)。類似地，第二極靴1707b定位在磁體1720b的磁體表面的至少一部分的鄰近處，以使得極面1705b可 用于與其形成第二通量交互作用區(qū)。所述通量交互作用區(qū)兩者均包括具有均勻厚度或大 致均勻厚度的氣隙。場磁極構(gòu)件1702還具有中央場磁極構(gòu)件部分1706，在所述部分1706 周圍可纏繞一個(gè)或一個(gè)以上繞組。注意，圖17A將場磁極構(gòu)件1702的特定區(qū)或部分識(shí) 別為極靴1707a和1707b、過渡區(qū)1709a和1709b、極面1705a和1705b以及中央場磁極 構(gòu)件部分1706，所有這些部分僅僅是示范性的且不應(yīng)理解為限制性的。因而，本發(fā)明其 它實(shí)施例可包括場磁極構(gòu)件1702的具有與上文描述不同的尺寸、長度、比例、維度、 形狀等的區(qū)和部分。
另外，第一極靴1707a和第二極靴1707b分別包括過渡區(qū)1709a和過渡區(qū)1709b， 以使第一極靴1707a和第二極靴1707b (以及極面1705a和1705b)偏移離開中央場磁 極構(gòu)件部分1706。過渡區(qū)1709a和1709b中的每一者經(jīng)配置以降低極面1705a與1705b 之間的通量路徑的磁阻。舉例來說，與要求過渡區(qū)與中央場磁極構(gòu)件部分1706或第一 極靴1707a和第二極靴1707b正交(即，成九十度)的傳統(tǒng)場磁極相比，過渡區(qū)1709a 和1709b為穿過中央場磁極構(gòu)件部分1706和第一極靴1707a或第二極靴1707b的通量 路徑提供減小的磁阻。 一般來說，通量路徑在場磁極構(gòu)件或任何類似的"低磁阻構(gòu)件" 內(nèi)轉(zhuǎn)彎越尖銳(例如成九十度角度或接近九十度角度)，那么針對所述通量路徑的磁阻 也越高。這又導(dǎo)致增加的磁損耗。
為了降低與非筆直通量路徑相關(guān)聯(lián)的磁損耗，示范性場磁極構(gòu)件1702實(shí)施過渡區(qū)
(例如過渡區(qū)1709a和1709b)以提供瞬時(shí)通量路徑段。瞬時(shí)通量路徑段1710有助于降 低與在極面(例如極面1705a和1705b)之間延伸的通量路徑的長度相關(guān)聯(lián)的磁阻。如 圖17A中展示，瞬時(shí)通量路徑("S2") 1710提供從通量路徑段("S1") 1708到瞬時(shí)通 量路徑("S2") 1710的銳角1704 (其也可由其互補(bǔ)鈍角1750描述)，所述通量路徑段
("S1") 1708與中央場磁極構(gòu)件部分1706相關(guān)聯(lián)。如圖所示，通量路徑段("S1") 1708
在指示為瞬時(shí)通量路徑("S2") 1710的相同大體方向上，所述方向與所述段1708的方
向偏離銳角1704。注意，此類偏離也可按照鈍角1750來描述，如所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)
者應(yīng)了解的那樣。在特定實(shí)施例中，銳角1704可介于接近0度與接近60度之間(包括
O度和60度)。另外，"非筆直"通量路徑可描述為具有兩個(gè)連續(xù)段1708和1710的路徑，
所述段1708與1710之間具有介于60度與90度之間的角度1704。在特定實(shí)施例中，非
筆直通量路徑包括那些具有與在前通量路徑段偏離約九十度角度的隨后通量路徑段的
路徑，其中隨后通量路徑段和在前通量路徑段為連續(xù)的。因此，段1708在段1710之前
(從南到北磁化的通量路徑)，且段1710在段1708之后。在某些實(shí)施例中，術(shù)語"大致筆直"可指代提供筆直通量路徑(例如，在(例如)場交互作用區(qū)之間與直線沒有偏 離的路徑)以及提供包括一個(gè)或一個(gè)以上隨后通量路徑段(其每一者與在前通量路徑段 成60度或更小)的通量路徑的場磁極構(gòu)件。
在至少一個(gè)特定實(shí)施例中，術(shù)語"通量路徑段"指的是從場磁極構(gòu)件1702的區(qū)或
部分的一端(或近似從其)延伸到另一端(或近似到其)的線段，其中所述通量路徑段 代表在磁極(例如，極面)之間延伸的近似磁通量路徑和/或內(nèi)部通量線的一部分。舉例 來說，通量路徑段("S1") 1708延伸中央場磁極構(gòu)件部分1706的近似長度，且瞬時(shí)通 量路徑("S2") 1710延伸過渡區(qū)1709a的近似長度。
圖17B說明根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的場磁極構(gòu)件的透視圖。如圖所示，場磁極構(gòu)件 1702 (圖17A)包括極面1705a和1705b，所述極面1705a和1705b經(jīng)定型以面對圓錐 形磁體1720a和1720b的圓錐形表面。注意，在其它實(shí)施例中，極面1705a和1705b不 需要為定型的。舉例來說，圖17A的極面1705a和1705b每一者可位于與說明圖17A 的頁面垂直的相對較平坦的平面中。
圖18A和18B描繪根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣隙。圖18A說明由圓錐形磁體1860和相 應(yīng)極面(為避免模糊氣隙1866而未圖示)定形的氣隙1866。在此實(shí)例中，法向向量1862 和1864的每一者發(fā)源于極面上的表面部分，且終止于圓錐形磁體1860上的表面部分 1899上的相應(yīng)點(diǎn)。舉例來說，法向向量1862c發(fā)源于極面的一部分(例如，點(diǎn)1863)， 且延伸到圓錐形磁體1860表面的部分1899上的一點(diǎn)(例如，點(diǎn)1865)。在某些實(shí)施例 中，法向向量1862和1864每一者具有相同長度。
但在某些實(shí)施例中，法向向量1864的長度可不同于法向向量1862的長度。因而， 弧形橫截面1867在第一軸向位置處界定第一均勻氣隙橫截面，而弧形橫截面1802沿著 軸線(未圖示)的長度在第二軸向位置處界定第二均勻氣隙橫截面。法向向量1864位 于垂直于(例如)表面部分1899的相同平面中，而法向向量1862位于也垂直于表面部 分1899的相同平面中。但兩個(gè)平面是不同的，且產(chǎn)生氣隙1866的不同橫截面，例如弧 形橫截面1802和1867。
在一些實(shí)施例中，可能有利的是，改變氣隙厚度以(例如)在圓錐形磁體I860的
較小直徑末端處建立變窄的氣隙且在圓錐形磁體I860的較大直徑末端處建立加寬的氣
隙，以更好控制傳導(dǎo)通過氣隙1866而到達(dá)鄰近場磁極(未圖示)的通量。舉例來說，
法向向量1862的長度可比法向向量1864長。因此，這在弧形橫截面1802處建立較寬
的氣隙且在弧形橫截面1867處建立較窄的氣隙。在另一實(shí)例中，考慮圓錐形磁體1860
的負(fù)載線界定氣隙長度("L_gap")與磁體長度("L_magnet")之間的比率為L-gap/L—magnet。為了控制此比率或防止所述比率發(fā)生變化，可使得氣隙1866在圓錐形 磁體1860的較小末端處較窄，該處磁體長度L—magnet相對較短，且氣隙1866可在圓 錐形磁體1860的較大末端處較寬，該處磁體長度L—magnet相對較長。磁體長度 ("L—magnet")描述圓錐形磁體1860的直徑，磁通量沿著所述圓錐形磁體直徑從一個(gè) 磁體表面橫穿到另一表面。
注意，發(fā)源于和/或終止于彎曲表面的法向向量在垂直于磁體1860表面的平面中一 般不彼此平行。舉例來說，法向向量1862a不平行于法向向量1862b，所述兩個(gè)法向向 量均發(fā)源于具有與其相關(guān)聯(lián)的曲率的極面表面。氣隙1866包括具有弧形橫截面1867的 外邊界和具有弧形橫截面1869的內(nèi)邊界。注意，雖然僅圖示一個(gè)氣隙1866，但其它類 似氣隙可由其它極面表面形成。已出于簡化目的而省略了那些氣隙。還注意，法向向量 1862和1864不一定代表氣隙1866中的磁通量線；其主要目的是描述氣隙的物理結(jié)構(gòu)。
圖18B說明由圓柱形磁體1870和相應(yīng)極面定形的氣隙1876a和1876b，所述兩個(gè)相
應(yīng)極面均未圖示以避免模糊那些氣隙。在此實(shí)例中，法向向量1872和1874中的每一者
發(fā)源于極面(未圖示)上的表面部分上的一點(diǎn)，且終止于圓錐形磁體1870上的表面部
分1890上的相應(yīng)點(diǎn)。 一般來說，法向向量1872和法向向量1874分別位于第一平面(未
圖示)內(nèi)和第二平面(未圖示)內(nèi)，其中兩個(gè)平面均大致垂直于軸線。因此，法向向量
1872和法向向量1874界定第一和第二大致均勻的橫截面。所述第一和第二大致均勻的
橫截面形成弧形橫截面，且可具有相同尺寸或具有不同尺寸，這取決于法向向量1872
和1874的長度。舉例來說，當(dāng)法向向量1874的每一者具有相同長度時(shí)，那么它們形成
弧形橫截面1898 (例如，具有由點(diǎn)A、 B、 C和D界定的周邊)。在一種情況下，弧形
橫截面1890在圍繞軸線的徑向方向上提供均勻性。在另一情況下，當(dāng)法向向量1872和
1874的長度相同時(shí)，那么由其形成的弧形橫截面在軸向方向上提供均勻性，從而在整體
上或部分地提供均勻氣隙厚度。注意，法向向量還可發(fā)源于磁體表面(未圖示)以描述
氣隙。在至少一個(gè)實(shí)施例中，極面表面的表面區(qū)域可經(jīng)尺寸設(shè)定為場磁極構(gòu)件(未圖示)
之間的外圍距離"W"的函數(shù)。圖18B展示表面區(qū)域1878為氣隙1876b的交叉影線外
邊界。表面區(qū)域1878代表其它氣隙的其它表面區(qū)域，可對所有這些區(qū)域均進(jìn)行類似的
尺寸設(shè)定。圖18B的距離"W"經(jīng)選擇以通過使極面表面區(qū)域1878最大化而在圓柱形
磁體1870與場磁極構(gòu)件之間提供最大磁耦合，且同時(shí)通過增加距離"W"來使與氣隙
1876a和1876b相關(guān)聯(lián)的所述場磁極構(gòu)件之間的泄漏最小化。"W"的最佳值使磁場泄漏
最小化且同時(shí)提供增加的輸出轉(zhuǎn)矩。
圖19是說明根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的又一通用場磁極構(gòu)件配置的橫截面圖。在場
50磁極構(gòu)件1902的橫截面圖(其類似于圖5A的截面圖X-X)中，場磁極構(gòu)件1902經(jīng)展 示為包括與圖17A的場磁極構(gòu)件1702類似的區(qū)或部分。在此實(shí)例中，場磁極構(gòu)件1902 具有第一極靴1907a、第二極靴l卯7b、第一極面1905a、第二極面l卯5b和中央場磁極 構(gòu)件部分1906，所有這些部分均具有與上文描述的那些部分等效的功能。注意，在其它 實(shí)施例中，場磁極構(gòu)件1902的區(qū)和部分可具有不同于上文所提及的尺寸、長度、形狀、 比例、維度、橫截面面積等。
如圖19所示，過渡區(qū)1909a包括瞬時(shí)通量路徑("S2") 1910，用以提供從其開始 或到達(dá)與中央場磁極構(gòu)件部分1906相關(guān)聯(lián)的第一通量路徑段(例如通量路徑段("S1") l卯8)的銳角1952，且用以提供從其開始或到達(dá)與第一極靴1907a相關(guān)聯(lián)的第二通量路 徑段(例如通量路徑段("S3") 1912)的相同或不同銳角1950。在某些例子中，瞬時(shí)通 量路徑("S2") 1910與通量路徑段1908和1912偏離的角度也可由鈍角1953界定，所 述鈍角1953與銳角1952互補(bǔ)。在某些情況下，通量路徑段("S1") 1908和通量路徑段 ("S3")1912與由軸1960界定的旋轉(zhuǎn)軸線相距各自距離1918和1916，所述兩個(gè)段1908 和1912大致平行于軸1960。在圖19中，通量路徑段("S1")1908和瞬時(shí)通量路徑("S2") 1910分別延伸中央場磁極構(gòu)件部分1906和過渡區(qū)1909a的近似長度，而通量路徑段 ("S3") 1912延伸到第一極靴1907a (或其一部分)的長度中?？紤]過渡區(qū)1909a提供 瞬時(shí)通量路徑部分以使通量從通量路徑段1908 (其與旋轉(zhuǎn)軸線1960相距距離1918)逐 漸過渡到通量路徑段1912 (其與軸線1960相距距離1916)?；蚩紤]過渡區(qū)1909a提供 瞬時(shí)通量路徑部分，以使通量從軸線1960逐漸過渡徑向距離l卯l而沒有90度彎曲。
圖20說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的作為延伸到場磁極構(gòu)件l卯2的極面l卯5a的磁通量一 部分的實(shí)例的通量線2002。通量線2002經(jīng)展示為近似入射到包括通量路徑段("SI") l卯8、瞬時(shí)通量路徑("S2") 1910和通量路徑段("S3") 1912的通量路徑。
一般來說，實(shí)施轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)200 (圖2B)的電馬達(dá)的馬達(dá)常數(shù)(Km)或類似物
可通過在本質(zhì)上不影響其它馬達(dá)特征的情況下(在某些情況下除了馬達(dá)長度和重量)改
變場磁極構(gòu)件的鐵心(即，繞組區(qū))的長度來設(shè)置。'舉例來說，通過使繞組長度加倍且
同時(shí)保持外徑為常數(shù)，繞組體積也可被加倍，所以可纏繞在馬達(dá)內(nèi)的匝數(shù)加倍。由于馬
達(dá)性能在整體或部分上是由安匝設(shè)置的，因而當(dāng)匝數(shù)加倍時(shí)，可將電流切割成近似一半，
且仍實(shí)現(xiàn)相同性能。所以，使具有相同電線尺寸的匝的數(shù)目加倍可造成繞組電阻增加大
約2倍。由于馬達(dá)中的功率損耗可由電流的平方乘以繞組電阻來確定，因而電流減少二
分之一且電阻加倍可導(dǎo)致繞組中的功率損耗減半。
通過使用本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)而將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械轉(zhuǎn)矩的示范性方法描述為如下。由兩個(gè)永久磁體的偶數(shù)的極產(chǎn)生第一元件磁通量，藉此那些磁體大 致在內(nèi)部在徑向方向上引導(dǎo)所述第一元件磁通量且到達(dá)磁體的極表面。永久磁體被軸向 分離，但沿著公共軸線連接，以使得磁極大致上在包括所述軸線的平面中對準(zhǔn)。當(dāng)沿著 所述軸線觀測時(shí)，所述兩個(gè)永久磁體中的磁極在磁化作用上在大致相反的方向上導(dǎo)向， 從而完成磁路。在大致軸向方向上將所述第一元件通量引導(dǎo)穿過多個(gè)低磁阻路徑元件， 所述路徑大致平行于所述軸線，從而輔助所述磁路中的磁通量密度。所述低磁阻路徑元 件中的至少一者大致上由第二磁通量產(chǎn)生元件包圍，所述第二磁通量產(chǎn)生元件由包圍所 述低磁阻路徑元件的電流承載構(gòu)件組成。當(dāng)加電時(shí)，第二通量元件中的電流可選擇性地 切換，以便在低磁阻路徑元件的軸向末端處(例如在定子表面處)的通量交互作用區(qū)中 產(chǎn)生磁位。當(dāng)加電時(shí)，可切換的磁位輔助或抵抗來自第一元件通量源的磁通量，從而在 垂直于所述軸線的平面中在永久磁體中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的量級(jí)是第一元件通量 與第二元件通量的方向之間的角度的函數(shù)。在某些實(shí)施例中，低磁阻路徑元件的軸向末 端處的通量交互作用區(qū)形成相對于所述軸線成一角度的氣隙表面。在替代實(shí)施例中，低 磁阻路徑元件的軸向末端處的通量交互作用區(qū)形成與所述軸線平行的氣隙表面。舉例來 說，在特定實(shí)施例中，由相對回復(fù)磁導(dǎo)率測量的永久磁體的矯頑性以CGS單位小于1.3。
因?yàn)檗D(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)和電馬達(dá)可經(jīng)設(shè)計(jì)以使得可使用計(jì)算裝置來模擬和建模其功能， 所以本發(fā)明的至少一實(shí)施例涉及上面具有計(jì)算機(jī)代碼的計(jì)算機(jī)可讀媒體，所述計(jì)算機(jī)代 碼用以執(zhí)行各種計(jì)算機(jī)實(shí)施的操作，例如對將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械轉(zhuǎn)矩(或由機(jī)械轉(zhuǎn)矩生成 電能)進(jìn)行建模。明確地說，本發(fā)明的控制策略可在與處理器相關(guān)聯(lián)的軟件中實(shí)施。媒 體和計(jì)算機(jī)代碼可以是針對本發(fā)明目的而特殊設(shè)計(jì)和構(gòu)造的那些媒體和計(jì)算機(jī)代碼，或 者其可為計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知且可用的種類。計(jì)算機(jī)可讀媒體的實(shí)例包 括經(jīng)特殊配置以存儲(chǔ)并執(zhí)行程序代碼的硬件裝置，例如專用集成電路("ASIC")、可編 程邏輯裝置("PLD")和ROM及RAM裝置。計(jì)算機(jī)代碼的實(shí)例包括機(jī)器代碼(例如由 編譯器產(chǎn)生的)和由計(jì)算機(jī)使用解釋程序執(zhí)行的含有較高級(jí)代碼的文件。舉例來說，本 發(fā)明實(shí)施例可使用Java、 〔++或其它面向?qū)ο蟮木幊陶Z言和開發(fā)工具來實(shí)施。本發(fā)明另 一實(shí)施例可在代替或結(jié)合機(jī)器可執(zhí)行軟件指令的硬連線電路中實(shí)施。另外，本發(fā)明其它 實(shí)施例包括使用本發(fā)明轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的馬達(dá)，其由眾所周知的驅(qū)動(dòng)技術(shù)電驅(qū)動(dòng)，如所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要任何關(guān)于制作和使用本文描述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的實(shí)施 例的額外解釋，但仍然可通過以從最優(yōu)選到最不優(yōu)選的次序檢視以下參考來找到一些有
用的指導(dǎo)"IEEE 100: The Authoritative Dictionary of IEEE Standard Terms" (Institute ofElectrical and Electronics Engineers (Kim Breitfelder禾卩Don Messina編輯，第7版，2000 年))；"General Motor Terminology"(由小型馬達(dá)和運(yùn)動(dòng)協(xié)會(huì)("SMMA")定義)；和 "Standard Specifications for Permanent Magnet Materials: Magnetic Materials Producers Association ("MMPA") Standard No. 0100-00"(國際磁學(xué)協(xié)會(huì))。
前述描述內(nèi)容出于解釋目的使用特定術(shù)語來提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解不需要特定細(xì)節(jié)以便實(shí)踐本發(fā)明。事實(shí)上，不應(yīng)將此描述內(nèi)容閱 讀為將本發(fā)明任何特征或方面限制于任何實(shí)施例；而是， 一個(gè)實(shí)施例的任何一個(gè)特征或 方面可易于與任何其它實(shí)施例中的另一特征或方面進(jìn)行互換。盡管所述實(shí)施例的以上描 述涉及馬達(dá)，但所述論述內(nèi)容可應(yīng)用于所有電動(dòng)力機(jī)，例如發(fā)電機(jī)。因此，出于說明和 描述目的來展現(xiàn)本發(fā)明特定實(shí)施例的前述描述內(nèi)容。不希望它們?yōu)樵敱M的或?qū)⒈景l(fā)明限 制于所揭示的精確形式；顯然，鑒于以上教示，多種修改和變化是可能的。選擇并描述 所述實(shí)施例是為了最佳解釋本發(fā)明原理和其實(shí)踐應(yīng)用；因而它們使得所屬領(lǐng)域的其他技 術(shù)人員能最佳地利用本發(fā)明和具有適合于所預(yù)期的特定用途的各種修改的各種實(shí)施例。 顯然，不是本文所述的每個(gè)益處都需要由本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)；而是，任何特定
實(shí)施例均可提供上文所論述的優(yōu)點(diǎn)中的一者或一者以上。希望所附權(quán)利要求書和其等效 物界定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其包含圓柱形磁體，其具有圓柱形表面且軸向布置在旋轉(zhuǎn)軸線上，所述圓柱形磁體包括至少兩個(gè)圓柱形磁體，所述至少兩個(gè)圓柱形磁體經(jīng)定位以使得所述至少兩個(gè)圓柱形磁體的極化方向在大致相反的方向上；和場磁極構(gòu)件，其與所述軸線同軸布置且具有通量交互作用表面，所述通量交互作用表面形成在所述場磁極構(gòu)件的末端處，所述末端鄰近所述圓柱形表面的面對所述通量交互作用表面的部分，所述通量交互作用表面和所述圓柱形表面的所述部分界定氣隙，所述通量交互作用表面經(jīng)配置以將所述場磁極構(gòu)件磁耦合到所述圓柱形磁體，其中所述通量交互作用表面經(jīng)定型以為所述氣隙中的每一者維持大致均勻的橫截面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述極化方向在大致垂直于所述旋轉(zhuǎn) 軸線的一個(gè)或一個(gè)以上平面中，其中所述圓柱形磁體和所述場磁極構(gòu)件足以生成通 量路徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含其上附加有所述圓柱形磁體 的軸，所述軸界定所述旋轉(zhuǎn)軸線且延伸穿過所述圓柱形磁體中的每一者。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述大致均勻的橫截面在大致垂直于 所述軸線的平面中是弧形橫截面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述大致均勻的橫截面經(jīng)配置以增加 所述圓柱形磁體與所述場磁極構(gòu)件之間的通量交互作用，從而增加輸出轉(zhuǎn)矩。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述大致均勻的橫截面為所述氣隙中 的每一者提供大致均勻的厚度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中在所述通量交互作用表面的部分與所 述圓柱形表面的部分之間正交延伸的多個(gè)法向向量界定所述大致均勻的厚度，所述 法向向量每一者具有均勻的長度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面每一者具有經(jīng) 尺寸設(shè)定以生成最大轉(zhuǎn)矩輸出的表面區(qū)域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述表面區(qū)域的尺寸被設(shè)定為至少所 述場磁極構(gòu)件之間的距離的函數(shù)，以提供所述圓柱形磁體與所述場磁極構(gòu)件之間的最大磁耦合，且同時(shí)至少使所述場磁極構(gòu)件之間的泄漏最小化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的至少一者是大致 筆直的場磁極構(gòu)件，其經(jīng)配置以提供第一通量交互作用表面與第二通量交互作用表 面之間的大致筆直的通量路徑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述大致筆直的通量路徑與磁阻相關(guān) 聯(lián)，所述磁阻比與從所述第一通量交互作用表面延伸到所述第二通量交互作用表面 的非筆直通量路徑相關(guān)聯(lián)的磁阻低。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述非筆直通量路徑包括以約九十度 角度偏離先前通量路徑段的隨后通量路徑段，所述隨后通量路徑段和所述先前通量 路徑段均為連續(xù)的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的至少一者包含一 個(gè)或一個(gè)以上過渡區(qū)，以確保通量路徑部分非正交于所述場磁極構(gòu)件的所述末端之 間的所述軸線。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面中的每一者進(jìn)一步包含偏斜的通量交互作用表面，以使相鄰場磁極構(gòu)件之間的場磁極間隙偏斜， 從而使定位轉(zhuǎn)矩最小化。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述偏斜的通量交互作用表面包括界 定場磁極間隙的第一側(cè)的第一邊緣和界定另一場磁極間隙的第二側(cè)的第二邊緣，藉 此所述第一邊緣與所述第二邊緣維持不與所述圓柱形磁體中的至少一者的極化方 向?qū)?zhǔn)的角度，其中第一場磁極構(gòu)件的一個(gè)第一邊緣和第二場磁極構(gòu)件的一個(gè)第二 邊緣形成所述場磁極間隙。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的每一者進(jìn)一步包 含疊片，以使得在軸向方向上延伸的中間平面將所述疊片的數(shù)量近似地一分為二， 以使得在所述中間平面的一側(cè)處，隨著疊片經(jīng)定位而遠(yuǎn)離所述中間平面，所述疊片 大體上在至少一個(gè)維度中減少，其中所述疊片從由磁導(dǎo)材料組成的襯底中以減少所 述磁導(dǎo)材料的浪費(fèi)的配置形成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的每一者進(jìn)一步包 含中央場磁極構(gòu)件部分，所述中央場磁極構(gòu)件部分具有可與圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線的圓 的一部分共同延伸的外周邊表面，以減小所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)的體積尺寸。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含線圈，所述線圈纏繞在所述場磁極構(gòu)件中的至少一者的周圍以形成至少一個(gè)作用場磁極構(gòu)件。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)作用場磁極構(gòu)件本質(zhì)上 由所述場磁極構(gòu)件中的所述至少一者和所述線圈中的至少一者構(gòu)成。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述極化方向包括第一極化方向和第 二極化方向，藉此所述圓柱形磁體中的一個(gè)圓柱形磁體經(jīng)定向以具有所述第一極化方向，且 所述圓柱形磁體中的另一圓柱形磁體經(jīng)定向以具有所述第二極化方向， 所述第一極化方向與所述第二極化方向成極化角度，以使定位轉(zhuǎn)矩最小化，所述 極化角度為從約150度到180度的任何角度。
21. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以生成磁通 量路徑，所述磁通量路徑本質(zhì)上由以下各物構(gòu)成所述第一圓柱形磁體； 所述第二圓柱形磁體； 所述場磁極構(gòu)件；和 兩個(gè)或兩個(gè)以上氣隙，其中所述第一圓柱形磁體和所述第二圓柱形磁體中的每一者是單片磁體。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的一者或一者以上 進(jìn)一步包含磁導(dǎo)材料，其從每個(gè)場磁極構(gòu)件的一端到另一端是連續(xù)的；和至少一部分，其經(jīng)配置以接納用于生成安匝("AT")通量的元件，其中所述場磁極構(gòu)件中的所述一者或一者以上的數(shù)量與所述圓柱形磁體的磁極 的數(shù)目無關(guān)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件包含硅-鐵合金、鎳-鐵合金、鈷-鎳合金、磁性合金粉末和軟磁性 合成物中的一者或一者以上，且所述圓柱形磁體是包含以下一者或一者以上的永久磁體釹鐵("NdFe")、 一種 或一種以上稀土磁體材料和一種或一種以上陶瓷材料。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的每一者具有細(xì)長 形狀，且與所述旋轉(zhuǎn)軸線成偏斜角度而定向。
25. —種用于電動(dòng)力機(jī)且具有軸線的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其包含轉(zhuǎn)子組合件，在所述轉(zhuǎn)子組合件中安裝有至少兩個(gè)大致圓柱形磁體，所述圓柱形磁體軸向布置在所述軸線上且彼此間隔開，所述圓柱形磁體具有預(yù)定磁極化區(qū)且每一者具有主要維度大致平行于所述軸線的面對圓柱形磁表面，其中所述磁極化在大 致相反的方向上；和場磁極構(gòu)件，其與所述軸線同軸布置，且具有形成在所述場磁極構(gòu)件的末端處且 位于鄰近所述面對磁表面處的通量交互作用表面，所述面對磁表面大體上與其所述 主要維度共同延伸，從而與其一起界定功能氣隙，所述場磁極構(gòu)件中的每一者是磁導(dǎo)的，所述場磁極構(gòu)件中的每一者是大致筆直的，其中所述通量交互作用表面經(jīng)配置以將所述場磁極構(gòu)件磁耦合到所述圓柱形磁 體。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含軸，所述至少兩個(gè)大致圓柱 形磁體附加在所述軸上，所述軸界定所述軸線且延伸穿過所述至少兩個(gè)大致圓柱形 磁體中的每一者。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面經(jīng)定形以維持所述氣隙中每一者的大致均勻的橫截面，所述大致均勻的橫截面在大致垂直于所 述軸線的平面中是弧形橫截面，或所述氣隙中每一者的至少兩個(gè)不同橫截面，以為所述氣隙中的每一者形成大致非 均勻的橫截面，所述至少兩個(gè)不同橫截面的每一者在大致垂直于所述軸線的至少兩 個(gè)不同平面中具有不同尺寸的弧形橫截面。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述大致均勻的橫截面經(jīng)配置以增加 所述圓柱形磁體與所述場磁極構(gòu)件之間的通量交互作用，從而增加輸出轉(zhuǎn)矩。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述氣隙中每一者的形狀與所述大致 均勻的橫截面和另一大致均勻的橫截面是相稱的，所述兩個(gè)橫截面均具有類似尺寸 以為所述氣隙中的每一者提供大致均勻的厚度。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面每一者具有經(jīng) 尺寸設(shè)定以生成最大轉(zhuǎn)矩輸出的表面區(qū)域。
31. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面中的每一者進(jìn) 一步包含偏斜的通量交互作用表面，以使相鄰場磁極構(gòu)件之間的場磁極間隙偏斜， 從而使定位轉(zhuǎn)矩最小化。
32. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以將磁通 量路徑限制為僅橫穿所述圓柱形磁體中的兩者、所述場磁極構(gòu)件中的兩者、所述通 量交互作用表面中的兩者和所述氣隙中的兩者。
33. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含線圈，所述線圈纏繞在所述 場磁極構(gòu)件中的一者或一者以上的周圍以形成作用場磁極構(gòu)件，所述作用場磁極構(gòu) 件中的每一者不包括護(hù)鐵，從而減少磁損耗以及減少用于制造電動(dòng)力機(jī)的材料量。
34. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件經(jīng)配置以圍繞所述軸 線相對于所述圓柱形磁體旋轉(zhuǎn)，或者所述圓柱形磁體經(jīng)配置以圍繞所述軸線相對于 所述場磁極構(gòu)件旋轉(zhuǎn)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述大致筆直的場磁極構(gòu)件中的每一 者經(jīng)配置以使在第一通量交互作用表面的表面部分與第二通量交互作用表面的表 面部分之間延伸的通量路徑中的線性偏離最小化，所述路徑段終止于所述表面部 分。
36. —種用于電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其包含軸，其界定旋轉(zhuǎn)軸線且具有第一末端部分、中央部分和第二末端部分； 至少第一磁體結(jié)構(gòu)和第二磁體結(jié)構(gòu)，其每一者具有一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面，所 述第一磁體結(jié)構(gòu)和所述第二磁體結(jié)構(gòu)每一者同軸附加在所述軸上，以使得所述第一 磁體結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面的極化方向在與所述第二磁體結(jié)構(gòu)的所 述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面的極化方向大致相反的方向上； 多組繞組；和若干場磁極構(gòu)件，其與所述軸大致同軸布置，所述場磁極構(gòu)件的每一者包含若干 疊片，所述場磁極構(gòu)件中的每一者在第一場磁極構(gòu)件末端處具有第一極靴且在第二 場磁極構(gòu)件末端處具有第二極靴，所述第一極靴定位在鄰近所述第一磁體結(jié)構(gòu)的 一部分處以形成第一通量交互作用區(qū)，且所述第二極靴定位在鄰近所述第二磁體 結(jié)構(gòu)的一部分處以形成第二通量交互作用區(qū)，所述第一通量交互作用區(qū)和所述第 二通量交互作用區(qū)均包括氣隙；所述氣隙中的每一者在垂直于所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面中的至少一個(gè)磁 體表面的平面中具有弧形橫截面。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述弧形橫截面為所述氣隙中的每一 者建立大致均勻的厚度，且增加所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面與所述場磁極構(gòu)件之 間的通量交互作用，從而增加輸出轉(zhuǎn)矩。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一極靴和所述第二極靴每一者進(jìn)一步包含通量交互作用表面，所述通量交互作用表面具有經(jīng)尺寸設(shè)定以生成最大轉(zhuǎn)矩輸出的表面區(qū)域，所述表面區(qū)域的尺寸被設(shè)定為至少所述場磁極構(gòu)件之間的距 離的函數(shù)，以提供所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面與所述場磁極構(gòu)件之間的最大磁耦 合，且同時(shí)至少使所述場磁極構(gòu)件之間的泄漏最小化。
39. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的至少一者是大致筆直的場磁極構(gòu)件，其經(jīng)配置以在所述第一通量交互作用區(qū)與所述第二通量交互作 用區(qū)之間提供大致筆直的通量路徑。
40. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一極靴和所述第二極靴每一者 進(jìn)一步包含偏斜的通量交互作用表面，以使相鄰場磁極構(gòu)件之間的場磁極間隙偏 斜，從而使定位轉(zhuǎn)矩最小化。
41. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的每一者還至少具有中央場磁極構(gòu)件部分，所述多組繞組中的 一組纏繞在所述中央場磁極構(gòu)件部分的周圍，且所述第一和所述第二極靴中的每一 者包括過渡區(qū)，其以非正交角度將所述第一場磁極構(gòu)件末端和所述第二場磁極構(gòu)件末 端中的每一者與所述中央場磁極構(gòu)件部分連接，以降低所述中央場磁極構(gòu)件部分 與所述第一極靴或所述第二極靴或兩者之間的通量路徑的磁阻。
42. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述過渡區(qū)包括瞬時(shí)通量路徑，以用 于提供離開或到達(dá)與所述中央場磁極構(gòu)件部分相關(guān)聯(lián)的第一通量路徑段的銳角，且 用于提供離開或到達(dá)與所述第一和所述第二極靴中任一者相關(guān)聯(lián)的第二通量路徑 段的相同或不同銳角。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述銳角兩者均在近似0度到60度 之間。
44. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一磁體結(jié)構(gòu)和所述第二磁體結(jié) 構(gòu)每一者是雙極磁體，所述第一磁體結(jié)構(gòu)的一個(gè)磁體表面具有指向第一方向的北 極，所述第二磁體結(jié)構(gòu)的一個(gè)磁體表面具有指向第二方向的北極，所述第一和所述 第二方向相差介于150度到180度之間的角度，其中所述雙極磁體中的每一者是單 片的。
45. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以接收電 力作為進(jìn)入所述至少一個(gè)線圈的電流以用于實(shí)施電馬達(dá)，或者接收機(jī)械動(dòng)力作為圍 繞所述軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以用于實(shí)施發(fā)電機(jī)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中如果所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)在所述電馬達(dá)內(nèi)實(shí)施，那么所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以實(shí)施復(fù)激馬達(dá)或串激馬達(dá)或兩者，且 如果所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)在所述發(fā)電機(jī)內(nèi)實(shí)施，那么所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)進(jìn)一步配 置以實(shí)施復(fù)激發(fā)電機(jī)或串激發(fā)電機(jī)或兩者。
47. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一磁體結(jié)構(gòu)和所述第二磁體結(jié)構(gòu)每一者是多極磁體，所述第一磁體結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面包括多個(gè) 北極和南極，所述北極和南極中的一者指向第一方向，且所述第二磁體結(jié)構(gòu)的所述 一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面包括多個(gè)北極和南極，所述北極和南極中的一者指向第二方向，所述第一和所述第二方向相差介于150度到180度之間的角度。
48. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一磁體結(jié)構(gòu)和所述第二磁體結(jié) 構(gòu)包含單獨(dú)磁體，所述單獨(dú)磁體每一者具有與其它單獨(dú)磁體鄰接的界面而沒有任何插入結(jié)構(gòu)。
49. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一磁體結(jié)構(gòu)和所述第二磁體結(jié) 構(gòu)包括每一者均具有圓柱形表面的一個(gè)或一個(gè)以上圓柱體形狀的磁體或者每一者 均具有圓錐形表面的一個(gè)或一個(gè)以上圓錐體形狀的磁體，或兩者。
50. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面每一者 包含離散的磁化區(qū)，且所述第一磁體結(jié)構(gòu)和所述第二磁體結(jié)構(gòu)每一者包含磁體支撐件，其經(jīng)配置以與所述軸線成銳角或平行于所述軸線在主要維度處支撐 所述磁化區(qū)，所述磁體支撐件附加到所述軸。
51. —種用于電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其包含圓錐形磁體，其具有圓錐形表面且軸向布置在旋轉(zhuǎn)軸線上，以使得所述圓錐形表 面面向彼此，所述圓錐形磁體包括至少兩個(gè)圓錐形磁體，所述至少兩個(gè)圓錐形磁體 經(jīng)定位以使得所述至少兩個(gè)圓錐形磁體的極化方向在大致相反的方向上；和場磁極構(gòu)件，其與所述軸線同軸布置且具有通量交互作用表面，所述通量交互作 用表面形成在所述場磁極構(gòu)件的末端處且鄰近于所述圓錐形表面的面對所述通量 交互作用表面的部分，所述通量交互作用表面和所述圓錐形表面的所述部分界定氣 隙，其中所述通量交互作用表面經(jīng)配置以將所述場磁極構(gòu)件磁耦合到所述圓錐形磁 體，其中所述圓錐形磁體和所述場磁極構(gòu)件足以形成一個(gè)或一個(gè)以上通量路徑。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含其上附加有所述圓錐形磁體的軸，所述軸界定所述旋轉(zhuǎn)軸線。
53. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述圓錐形表面每一者具有從所述旋 轉(zhuǎn)軸線傾斜的角度，所述角度為從約IO度到約80度。
54. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的每一者進(jìn)一步包 含磁導(dǎo)材料，其從每個(gè)場磁極構(gòu)件的一端到另一端為連續(xù)的；和 至少一部分，其經(jīng)配置以接納用于生成安匝("AT")通量的元件。
55. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含線圈，所述線圈纏繞在所述 場磁極構(gòu)件的每一者的周圍以形成作用場磁極構(gòu)件。
56. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)不包括護(hù)鐵，從 而減少磁滯損失以及用于制造電動(dòng)力機(jī)的材料。
57. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的至少一者是大致 筆直的。
58. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件和所述圓錐形磁體經(jīng) 布置以使與從第一圓錐形磁體的表面部分延伸到第二圓錐形磁體的表面部分大致 直線一致的磁通量路徑的路徑部分中的線性偏離最小化，所述路徑部分終止于所述 表面部分。
59. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以生成磁 通量路徑，所述磁通量路徑本質(zhì)上由以下各物構(gòu)成所述第一圓錐形磁體； 所述第二圓錐形磁體； 所述場磁極構(gòu)件中的至少一者；和 兩個(gè)或兩個(gè)以上氣隙。
60. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件包含疊片，以使渦電 流最小化，從而降低功率損耗。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述疊片是從由磁導(dǎo)材料組成的襯底 中以減少所述磁導(dǎo)材料的浪費(fèi)的方式形成。
62. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述疊片包含多個(gè)磁導(dǎo)疊片，所述磁 導(dǎo)疊片中的至少一者是各向異性的。
63. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含線圈，所述線圈纏繞在所述場磁極構(gòu)件中的至少一者的周圍以形成至少一個(gè)作用場磁極構(gòu)件。
64. 根據(jù)權(quán)利要求63所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)場磁極構(gòu)件經(jīng)定形以通 過避免經(jīng)由槽纏繞所述線圈而使與在所述至少一個(gè)場磁極構(gòu)件上纏繞所述線圈相 關(guān)聯(lián)的制造復(fù)雜性最小化。
65. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述圓錐形磁體中的一個(gè)圓錐形磁體 具有第一極化方向，且所述圓錐形磁體中的另一圓錐形磁體具有第二極化方向，所 述第一極化方向與所述第二極化方向成極化角度，以使定位轉(zhuǎn)矩最小化，所述極化 角度為從約150度到180度的任何角度。
66. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面中的每一者進(jìn) 一步包含偏斜的通量交互作用表面，以減少相鄰場磁極構(gòu)件之間的場磁極間隙，從 而使定位轉(zhuǎn)矩最小化。
67. 根據(jù)權(quán)利要求56所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述偏斜的通量交互作用表面包括界 定場磁極間隙的第一側(cè)的第一邊緣和界定另一場磁極間隙的第二側(cè)的第二邊緣，藉 此所述第一側(cè)和所述第二側(cè)每一者平行于第一平面，所述第一平面與第二平面維持 一角度，所述第二平面包括或平行于穿過所述圓錐形磁體中的至少一者的北極和南 極的磁化平面，第一場磁極構(gòu)件的一個(gè)第一邊緣和第二場磁極構(gòu)件的一個(gè)第二邊緣 形成所述場磁極間隙。
68. —種用于電動(dòng)力機(jī)且具有軸線的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其包含轉(zhuǎn)子，其中安裝有至少兩個(gè)磁體，所述至少兩個(gè)磁體軸向布置在所述軸線上且彼 此間隔開，所述磁體具有預(yù)定的磁極化區(qū)且每一者具有主要維度大致與所述軸線成 銳角的面對磁表面，所述面對磁表面面向彼此，其中所述磁極化在大致相反的方向 上；和場磁極構(gòu)件，其與所述軸線同軸布置且具有通量交互作用表面，所述通量交互作 用表面形成在所述場磁極構(gòu)件的末端處且位于鄰近于所述面對磁表面處，所述面對 磁表面大體上與其所述主要維度共同延伸，從而與其一起界定功能氣隙，所述場磁極構(gòu)件中的每一者是磁導(dǎo)的，其中所述通量交互作用表面經(jīng)配置以將所述場磁極構(gòu)件磁耦合到所述磁體。
69. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)或一個(gè)以上場磁極構(gòu)件每一者進(jìn) 一步包含線圈，所述線圈圍繞所述一個(gè)或一個(gè)以上場磁極構(gòu)件中的每一者，從而形 成一個(gè)或一個(gè)以上作用場磁極構(gòu)件。
70. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以將磁通量路徑限制為僅橫穿所述磁體中的兩者、所述場磁極構(gòu)件中的兩者、所述通量交互 作用表面中的兩者和所述氣隙中的兩者。
71. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件包含硅-鐵合金、鎳-鐵合金、鈷-鎳合金、磁性合金粉末和軟磁性合成物中的一者或一者以上，且所述磁體是包含釹鐵("NdFe")的永久磁體。
72. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件或所述磁體中的一者 圍繞所述軸線相對于靜止的另一者旋轉(zhuǎn)。
73. —種用于電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其包含軸，其界定旋轉(zhuǎn)軸線且具有第一末端部分、中央部分和第二末端部分； 第一磁體，其表面被定型為圓錐體的至少一部分以形成第一圓錐形表面，所述第一磁體具有第一極化方向且軸向設(shè)置在所述軸上的所述第一末端部分處；第二磁體，其表面被定型為圓錐體的至少一部分以形成第二圓錐形表面，所述第二磁體具有第二極化方向且軸向設(shè)置在所述軸上的所述第二末端部分處，以使得所述第一極化方向與所述第二極化方向大致相反，所述第二圓錐形表面面向所述第一圓錐形表面；若干場磁極構(gòu)件，其與所述軸大致同軸布置，所述場磁極構(gòu)件中的每一者包含若干大致筆直的疊片，所述疊片中的至少一者由各向異性材料組成且布置為平行于其它疊片并平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線，所述場磁極構(gòu)件中的每一者在第一場磁極構(gòu)件末端 處具有第一極靴且在第二場磁極構(gòu)件末端處具有第二極靴，所述第一極靴定位成鄰近所述第一圓錐形表面的一部分，以形成第一通量交互作用區(qū)，且所述第二極靴定 位成鄰近所述第二圓錐形表面的一部分，以形成第二通量交互作用區(qū)；和至少一個(gè)線圈，其纏繞在所述許多場磁極構(gòu)件中的至少一者的周圍，以形成作用 場磁極構(gòu)件。
74. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以生成至 少一個(gè)磁通量路徑，所述磁通量路徑被限制為僅橫穿所述第一磁體、所述第二磁體、 所述作用場磁極構(gòu)件和所述第一和第二通量交互作用區(qū)。
75. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一極靴和所述第二極靴分別進(jìn) 一步包含第一極面和第二極面，其中所述第一極面的至少一部分經(jīng)定型以形成第一氣隙，所述第一氣隙的間隙厚度主要由所述第一圓錐形表面的所述部分與所述第一極面之間的距離界定，且所述第二極面的至少一部分經(jīng)定型以形成第二氣隙，所述第二氣隙的間隙厚度主要由所述第二圓錐形表面的所述部分與所述第二極面之間的距離界定，其中所述間 隙厚度不大于所述第一磁體或所述第二磁體的平均直徑的40% 。
76. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一磁體和所述第二磁體每一者 為雙極磁體，所述第一磁體具有指向所述第一方向的北極且所述第二磁體具有指向 所述第二方向的北極，所述第一方向和所述第二方向相差介于150度到180度之間 的角度，其中所述雙極磁體中的每一者是單片的。
77. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以接收電 力作為進(jìn)入所述至少一個(gè)線圈的電流以用于實(shí)施電馬達(dá)。
78. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一磁體和所述第二磁體每一者 為多極磁體，所述第一磁體具有多個(gè)北極和南極，所述北極和南極中的一者指向所 述第一方向，且所述第二磁體具有多個(gè)北極和南極，所述北極和南極中的一者指向 所述第二方向，所述第一方向和所述第二方向相差介于150度到180度之間的角度。
79. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以接收機(jī) 械動(dòng)力作為圍繞所述軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以用于實(shí)施發(fā)電機(jī)。
80. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)線圈在軸向方向上大致 延伸所述作用場磁極構(gòu)件的長度，以減少從所述作用場磁極構(gòu)件的周邊的通量泄 漏。
81. —種用于在電動(dòng)力機(jī)中實(shí)施定子的場磁極構(gòu)件，其包含中央場磁極構(gòu)件部分，其經(jīng)配置以接納一組或一組以上繞組；第一極靴，其耦合到所述中央場磁極構(gòu)件部分，所述第一極靴包括經(jīng)配置以面對 第一磁體的第一極面；和第二極靴，其耦合到所述中央場磁極構(gòu)件部分，所述第二極靴包括經(jīng)配置以面對 第二磁體的第二極面，其中所述第一極面和所述第二極面每一者包括經(jīng)定型以形成具有大致均勻橫截 面的氣隙的通量交互作用表面。
82. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面經(jīng)配置以將 所述大致均勻的橫截面在大致垂直于所述第一磁體或所述第二磁體上的至少一表 面部分的平面中形成為弧形橫截面。
83. 根據(jù)權(quán)利要求82所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述平面中的多個(gè)法向向量在所述通量交互作用表面上的點(diǎn)與所述表面部分上的點(diǎn)之間正交延伸，以界定所述弧形橫截面，所述法向向量每一者具有大致均勻的長度。
84. 根據(jù)權(quán)利要求83所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述大致均勻的橫截面為所述氣隙 提供大致均勻的厚度，所述均勻厚度增加所述第一極面與所述第一磁體之間或所述 第二極面與所述第二磁體之間或兩者的通量交互作用，從而增加輸出轉(zhuǎn)矩。
85. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面包含經(jīng)尺寸設(shè)定以生成最大轉(zhuǎn)矩輸出的表面區(qū)域，所述表面區(qū)域的尺寸被設(shè)定為至少所述場磁 極構(gòu)件與另一場磁極構(gòu)件之間的距離的函數(shù)，以提供所述第一磁體和所述第二磁體與所述場磁極構(gòu)件之間的最大磁耦合，且同時(shí)至少使所述場磁極構(gòu)件與所述另一場 磁極構(gòu)件之間的泄漏最小化。
86. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的至少一者是大 致筆直的場磁極構(gòu)件，其經(jīng)配置以提供所述第一極靴與所述第二極靴之間的大致筆 直的通量路徑。
87. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面進(jìn)一步包含 偏斜的通量交互作用表面，以使所述場磁極構(gòu)件與另一場磁極構(gòu)件之間的場磁極間 隙偏斜，從而減小定位轉(zhuǎn)矩。
88. 根據(jù)權(quán)利要求87所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述偏斜的通量交互作用表面包括 界定所述場磁極間隙的第一側(cè)的第一邊緣和界定另一場磁極間隙的第二側(cè)的第二 邊緣，藉此所述第一邊緣和所述第二邊緣維持不與所述第一磁體或所述第二磁體中 的至少一者的極化方向?qū)?zhǔn)的角度，其中所述場磁極構(gòu)件的一個(gè)第一邊緣和所述另 一場磁極構(gòu)件的一個(gè)第二邊緣形成所述場磁極間隙。
89. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面經(jīng)定形以面 對圓柱形永久磁體或圓錐形永久磁體的至少一部分。
90.根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其經(jīng)配置以當(dāng)圍繞所述場磁極構(gòu)件纏繞 線圈時(shí)減小或消除所述第一極靴與所述第二極靴之間的護(hù)鐵，從而減少磁損耗以及 減少用于制造電動(dòng)力機(jī)的材料量。
91. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述第一和所述第二極靴中的每一 者進(jìn)一步包含過渡區(qū)，所述過渡區(qū)以非正交角度將所述第一和所述第二極靴中的每 一者與所述中央場磁極構(gòu)件部分耦合，以降低所述中央場磁極構(gòu)件部分與所述第一 極靴或所述第二極靴或兩者之間的通量路徑的磁阻。
92. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件進(jìn)一步包含疊片。
93. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件進(jìn)一步包含疊片，以使得在軸向方向上延伸的中間平面將所述疊片的數(shù)量近似地一分為二，以使得在 所述中間平面的一側(cè)處，隨著疊片經(jīng)定位而遠(yuǎn)離所述中間平面，所述疊片大體上在 至少一個(gè)維度上減小，其中所述疊片從由磁導(dǎo)材料組成的襯底中以減少所述磁導(dǎo)材 料的浪費(fèi)的配置形成。
94. 根據(jù)權(quán)利要求81所述的場磁極構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其中所述中央場磁極構(gòu)件部分進(jìn)一步包 含與圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的圓的一部分共同延伸的外周邊表面，以減小所述場磁極構(gòu)件的 體積尺寸。
95. —種用于電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其包含軸；單個(gè)磁體結(jié)構(gòu)，其具有一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面且同軸附加在所述軸上，以使得 所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面的極化方向在每一者均大致垂直于所述軸線的一個(gè) 或一個(gè)以上平面中延伸；場磁極構(gòu)件，其與所述軸線同軸布置且具有通量交互作用表面，所述通量交互作 用表面形成在所述場磁極構(gòu)件中的每一者的一端處且定位成鄰近所述一個(gè)或一個(gè) 以上磁體表面的面對所述通量交互作用表面的部分，所述通量交互作用表面和所述 一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面的所述部分界定氣隙；和通量承載構(gòu)件，其用以完成穿過所述場磁極構(gòu)件中的一者或一者以上和所述單個(gè) 磁體結(jié)構(gòu)的磁路，其中所述通量交互作用表面經(jīng)定型以為所述氣隙中的每一者維持大致均勻的橫 截面。
96. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述大致均勻的橫截面在大致垂直于 所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面的平面中是弧形橫截面。
97. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述大致均勻的橫截面為所述氣隙中 的每一者提供大致均勻的厚度，且增加所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面與所述場磁極 構(gòu)件之間的通量交互作用，從而增加輸出轉(zhuǎn)矩。
98. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面每一者具有經(jīng) 尺寸設(shè)定以生成最大轉(zhuǎn)矩輸出的表面區(qū)域，所述表面區(qū)域的尺寸被設(shè)定為至少所述 場磁極構(gòu)件之間的距離的函數(shù)，以提供所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面與所述場磁極 構(gòu)件之間的最大磁耦合，且同時(shí)至少使所述場磁極構(gòu)件之間的泄漏最小化。
99. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述場磁極構(gòu)件中的至少一者是大致筆直的場磁極構(gòu)件，其經(jīng)配置以提供所述場磁極構(gòu)件中的每一者的所述一端與所述通量承載構(gòu)件之間的大致筆直的通量路徑。
100. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述通量交互作用表面中的每一者進(jìn)一步包含偏斜的通量交互作用表面，以使相鄰場磁極構(gòu)件之間的場磁體間隙偏斜， 從而使定位轉(zhuǎn)矩最小化。
101. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述單個(gè)磁體結(jié)構(gòu)是圓柱形永久磁體， 且所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面是圓柱形表面部分。
102. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述單個(gè)磁體結(jié)構(gòu)是圓錐形永久磁體， 且所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體表面是圓錐形表面部分，其中所述圓錐形永久磁體附加 在所述軸上，以面對一個(gè)軸向方向或另一軸向方向。
103. —種用于復(fù)激電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其包含第一子組圓錐形磁體，其具有第一圓錐形表面且軸向布置在旋轉(zhuǎn)軸線上，以使得 所述第一圓錐形表面面對彼此；第一子組第一場磁極構(gòu)件，其與所述軸線同軸布置且具有通量交互作用表面，所 述通量交互作用表面形成在所述第一場磁極構(gòu)件的末端處且鄰近所述第一圓錐形 表面的面對所述通量交互作用表面的部分，所述通量交互作用表面和所述第一圓錐 形表面的所述部分界定第一氣隙；第二子組圓錐形磁體，其具有第二圓錐形表面且軸向布置在所述旋轉(zhuǎn)軸線上，以 使得所述第二圓錐形表面面向彼此；第二子組第二場磁極構(gòu)件，其與所述軸線同軸布置且具有通量交互作用表面，所述通量交互作用表面形成在所述第二場磁極構(gòu)件的末端處且鄰近所述第二圓錐形 表面的面對所述通量交互作用表面的部分，所述通量交互作用表面和所述第二圓錐 形表面的所述部分界定第二氣隙；和軸，所述第一和所述第二子組圓錐形磁體附加在所述軸上，所述軸界定所述旋轉(zhuǎn) 軸線且延伸穿過所述第一和所述第二子組圓錐形磁體中的每一者。
104. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一子組圓錐形磁體被設(shè)置為 與所述第二子組圓錐形磁體并聯(lián)，以形成復(fù)激馬達(dá)或復(fù)激發(fā)電機(jī)。
105. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其中所述第一子組圓錐形磁體被設(shè)置為 與所述第二子組圓錐形磁體串聯(lián)，以形成串激馬達(dá)或串激發(fā)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于電動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)，其尤其用于使磁通量路徑長度最小化和消除護(hù)鐵，以增加每單位尺寸(或單位重量)的轉(zhuǎn)矩和/或效率并降低制造成本。在一個(gè)實(shí)施例中，示范性轉(zhuǎn)子-定子結(jié)構(gòu)可包含界定旋轉(zhuǎn)軸線的軸，以及所述軸上面安裝有至少兩個(gè)磁體的轉(zhuǎn)子。所述兩個(gè)磁體可為圓柱形或圓錐形磁體，其具有面對氣隙的磁表面。在某些實(shí)施例中，大致筆直的場磁極構(gòu)件可經(jīng)同軸布置且具有形成在所述場磁極兩端處的通量交互作用表面。所述表面位于鄰近所述面對磁表面處以界定功能氣隙，所述功能氣隙在形狀上是大體彎曲的。
文檔編號(hào)H02K21/12GK101438486SQ200580043033
公開日2009年5月20日 申請日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者約翰·帕特里克·彼得羅, 肯·喬治·沃森 申請人:洛華托奇公司