CN112655136B - 永磁体爪形极段的增强几何形状 - Google Patents

Abstract

一种用于旋转电动机(20)的转子(100)的极片(106)，包括毂部(104)和围绕毂部(104)均匀分布的多个极段(106)。极段各自具有连接至毂部(104)的基部(116)以及沿着极片(106)的轴线(60)在轴向上与基部(116)相对地设置的顶端(118)。每个极段(106)都限定在基部(116)与顶端(118)之间延伸的在周向上相对的侧表面(120，122)。每个极段(106)还限定在侧表面(120，122)之间延伸的相对的径向外表面和内表面(124，126)。凹槽凹入到每个极段(106)的侧表面(120，122)中。凹槽(130，132)的径向最内侧部分(136)设置为靠近径向外表面。

Description

永磁体爪形极段的增强几何形状

技术领域

本申请涉及电动机领域，尤其涉及在爪极型旋转电动机的极段上加入永磁体。

背景技术

交流发电机用于将来自车辆发动机的机械能转换为车辆的电能。交流发电机产生的电能用于为车辆电池充电，也可以用于为车辆上的电气负载供电。交流发电机通常包括定位在转子上的可旋转的励磁线圈。转子被可旋转地定位在具有多个定子绕组的定子内。发动机的运转引起转子和励磁线圈进行旋转。流过旋转的励磁线圈的电流导致在定子绕组中感生出相关电流。流过定子绕组的电流提供输出电压，其经整流后被输送到车辆的电池和/或车辆上的电气负载。

现代的车辆交流发电机包括对通过励磁线圈的电流进行控制的调节器。当给励磁线圈提供较大的电流时，交流发电机的输出增大。当给励磁线圈提供较小的电流时，交流发电机的输出减小。存在多种不同的旋转式机电型机器设计。一种常见的设计是Lundell或“爪极型”设计。爪极型设计通常用于电动型机器，例如交流发电机。在爪极型机器中，转子包括围绕一个或多个励磁绕组设置的爪形极片(通常是一对极片)。这些极片各自具有多个爪形的磁性极段，其中相对的极片的极段以啮合的关系相互交错。

在一些交流发电机中，在相邻的极段之间设置有高磁强度的永磁体，以补充由励磁线圈产生的磁场。利用励磁线圈和耦合至定子线圈的永磁体的磁通量的交流发电机被称为混合式交流发电机。在混合式交流发电机中，永磁体保持永磁体磁通量跨过通道(可能会是在混合式交流发电机中和设置在这些通道中并由转子承载的永磁体磁性链接的极段与定子结构的一部分之间的气隙)，从而通过定子结构耦合大量磁通量。当给励磁线圈通电时，永磁体产生的磁通量会额外地帮助励磁线圈的激励所产生的、电磁地生成的磁通量跨过定子/转子的气隙。

传统上，每个极段的用于放置永磁体的侧表面跨过极段的整个长度并且基本上跨过极段的整个径向高度进行加工。这种大范围的加工在极段的每个侧表面上都形成了较大的凹部。各个凹部分别限定在相邻的永磁体的径向上表面和下表面上周向突出的径向上和下唇缘或凸缘。在永磁体与两个相对的极段的径向上唇缘的底面之间定位有薄的不锈钢保持器。该保持器被构造为抵抗通过转子的旋转施加在磁体上的离心力而机械地支撑永磁体。

用于保持器的加工出的径向上唇缘的必要宽度以及使磁通量泄漏最小化且为通过转子组件的轴向气流提供足够间隙所需的磁极对磁极的周向间隙决定了磁体的总宽度。这种所需宽度通常大于永磁体的退磁保护所需的宽度。因此，传统的混合式交流发电机中使用的永磁体的体积常常比出于电磁目的所需的体积更大。

因此，有利的是提供一种用于爪极型转子的极片，其具有一种最大程度地减少指定性能水平所需的永磁体材料量并且降低与制造极片相关的加工成本的极段构造。一种最大程度地减小永磁体的退磁风险的极段构造也是有利的。

发明内容

在一个实施方式中，一种用于旋转电动机的转子包括：第一极片，其具有围绕旋转轴线均匀分布的多个第一极段，第一极段各自具有至少一个第一凹槽；第二极片，其具有围绕旋转轴线均匀分布并以间隔开的周向交替的关系与第一极段相互交错的多个第二极段，第二极段各自具有至少一个第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽被设置为靠近第一极段和第二极段的相应的径向外表面；至少一个保持器，其与在周向上相邻的一对第一极段和第二极段的第一凹槽和第二凹槽接合；以及至少一个永磁体，其设置在在周向上相邻的一对第一极段和第二极段之间并被支撑在保持器的径向内表面上。

在一个实施方式中，一种用于旋转电动机的转子的极片包括：磁性的毂部，其被构造为围绕中心轴线旋转；以及围绕毂部的圆周均匀分布的多个磁性的极段，每个极段都具有连接至毂部的基部以及与基部在轴向上相对设置的顶端，极段各自限定在基部与顶端之间延伸的在周向上相对的侧表面以及在侧表面之间延伸的相对的径向外表面和径向内表面，每个极段都包括凹入到侧表面中的至少一个凹槽，至少一个所述凹槽的径向最内侧表面部分被设置为距径向外表面比距径向内表面更近。

在另一个实施方式中，一种用于旋转电动机的转子的极片包括：磁性的毂部，其被构造为安装到转子的轴上以围绕中心轴线旋转，该毂部包括具有第一圆周的环形的第一主体部分和在轴向上从第一主体部分突出并具有第二圆周的环形的第二主体部分，第二圆周在直径上小于第一圆周；以及围绕第一圆周均匀分布的多个磁性的极段，极段各自具有连接至第一圆周的基部以及在轴向上与基部相对地设置的顶端，使得极段在径向上悬于第二圆周之上并在轴向上延伸超过第二主体部分，极段各自限定在基部与顶端之间延伸的在周向上相对的侧表面以及在侧表面之间延伸的相对的径向外表面和径向内表面，极段各自具有金字塔形状，使得径向内表面在基部处比在顶端处距中心轴线更近，并且侧表面在周向上的宽度在基部处比在顶端处更大，并且相应的凹槽凹入到每个极段的侧表面中，所述凹槽从每个极段的基部直线延伸到其顶端，并且基本上被定位为靠近极段的径向外表面。

附图说明

图1是根据本发明的具有包括第一极片和第二极片的爪极型转子的交流发电机的侧剖视图；

图2是图1的爪极型转子的周向部分的立体图，其示出了与第二极片的两个极段相互啮合的第一极片的极段以及插在相互啮合的极段之间的相应的保持器和磁体；

图3是在交流发电机的中心轴线的方向上观察的图1的其中一个极片的平面图，其具有与极片的毂部连接的多个极段；

图4是图3的极片的沿线A-A的剖视图；

图5是图3的极片的一部分的立体图，其示出了多个极段中的一个极段，其具有向该极段的相应的侧表面打开的、在周向上相对的凹槽；

图6是图5的极段在箭头A的方向上的辅助视图；

图7和图8是图5的极段的侧视立体图，其示出了定位在极段的凹槽中的保持器以及与保持器关联的磁体；

图9是沿着线B-B截取的图2的转子的周向部分的剖面，其中剖视平面仅穿过极段、保持器和磁体；

图10描绘了用于形成图2的极段的方法；

图11是锻造工序之后的中间阶段中接近最终形状的极片的立体图；以及

图12是图11的极段的立体图，其中切削工具在极段的侧表面中加工凹槽。

具体实施方式

图1和图2描绘了用于旋转电动机20的转子100。转子100被构造为爪极型转子，并包括爪形的前极片或第一极片102和爪形的后极片或第二极片202，其中极片102、202各自被安装成围绕轴线60旋转。极片102、202各自具有围绕相应的毂部104、204均匀分布的相应的多个细长的第一和第二极段(也被称为指部或爪部)106、206。第一极段106朝向第二极片202在轴向上延伸，并且第二极段206朝向第一极片102在轴向上延伸，使得一个极片102的极段106与另一个极片202的极段206以不接触的间隔开的关系相互交错，如图2所示。

第一极段106和第二极段206之间的交错的间隔开的关系在周向上相邻的极段106、206之间限定了气隙或通道150。图1所描绘的旋转电动机20是混合式交流发电机，并且包括设置在通道150内的永磁体158，以补充由交流发电机20的励磁线圈64产生的磁场。为了抵抗转子100的旋转施加的离心力来保持永磁体158，在周向上相邻的极段106、206各自具有相应的凹槽130、132、230、232，保持器160在径向上固定在这些凹槽中以支撑永磁体158。

极段

图3至图6示出了转子100的单个极片，以便更好地说明本文所述的极段106、206的特征。由于第一极片102和第二极片202彼此基本相同，因此尽管在图3至图6中描绘的是单个极片，但是通常使用多个附图标记来标识特征。贯穿本公开文件，以100开头的附图标记(即，104、106等)总体上对应于第一极片102的特征，以200开头的附图标记(即，204、206等)总体上对应于第二极片202的特征。

极段106、206各自具有在空隙108之间的位置处连接至相应的毂部104、204的基部或近端部116、216。极段106、206各自还具有与其相应的基部116、216在轴向上相对地设置的顶端或远端部118、218。当第一极片102和第二极片202安装到轴28上时，如图2所示，极片102、202的其中之一的极段106、206的顶端118、218位于极片102、202中的另一个的极段106、206的基部116、216附近。

极段106、206各自限定前端侧表面120、220和在周向上相对的尾端侧表面122、222，它们各自在极段的基部116、216与顶端118、218之间延伸。表面120、122、220、222被指定为前端或尾端与箭头114所示的极段相对于定子52的行进方向有关。如图3中最佳所示，极段106、206各自的前端侧表面120、220面对的方向基本与极片102、202在其围绕中心轴线60旋转时移动的方向相同。相反，极段106、206各自的尾端侧表面122、222面对的方向基本与极片102、202在其围绕中心轴线60旋转时移动的方向相反。

极段106、206各自还限定了径向外表面124、224和径向内表面126、226，它们各自在其前端侧表面120、220与尾端侧表面122、222之间周向地延伸。如图2和图4所示，径向外表面124、224各自沿着与中心轴线60基本平行的相应的表面线128放置。因此，多个交替的极段106、206的径向外表面124、224限定了转子100的基本圆柱形的外周表面。

在附图所描绘的实施方式中，极段106、206具有大体金字塔形状，使得相应的径向内表面126、226在其基部116、216附近更靠近中心轴线60，而相应的径向内表面126、226在其顶端118、218附近更加远离中心轴线60。因此，金字塔形的极段106、206各自的在其径向外表面124、224与其径向内表面126、226之间的相对于轴线60在径向上的厚度在其基部116、216处比在其顶端118、218处更大。

当在径向方向上观察时，金字塔形的极段106、206各自随着极段远离其相应的毂部104、204延伸而逐渐变细，因此在其基部116、216处其前端侧表面120、220与尾端侧表面122、222之间在周向上较宽，而在其顶端118、218处较窄。因此，在相对于中心轴线60的径向方向上以及在与相应的表面线128和中心轴线60二者所在的假想平面垂直的方向上观察时，在所描绘的实施方式中极段106、206各自是大体V形的。换言之，如果在大体金字塔形的极段106、206各自的基部116、216处通过垂直于中心轴线60定向的假想平面截取剖面并且使其在其顶端处变平，则其是基本上六面体。

当在垂直于中心轴线的剖视平面中沿着金字塔形的极段106、206中的每一个在不同的距离处观察时，每个极段在其径向外表面124、224与其径向内表面126、226之间的相应的厚度在其前端侧表面120、220与其尾端侧表面122、222之间基本上是均匀的。这种基本上均匀的厚度是因为在它们各自的前端侧表面120、220与尾端侧表面122、222之间径向外表面124、224和径向内表面126、226大体上是平坦且无特征的，但是在一些实施方式中径向外表面124、224和径向内表面126、226可能会呈现出对应于转子100的圆柱形状的、围绕中心轴线60的略微曲度。

极段中的凹槽

参照图5和图6，极段106、206各自具有凹入到(或以其他方式打开到)极段的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222中的在周向上相对的凹槽130、132、230、232。凹槽130、132、230、232大体沿着极段106、206各自的基部116、216和顶端118、218之间的直线路径延伸。如图6中最佳所示，凹槽130、132、230、232各自具有径向最外侧表面部分134、234、与径向最外侧表面部分134、234间隔开的径向最内侧表面部分136、236以及将径向最外侧表面部分134、234和径向最内侧表面部分136、236相连接的连接表面部分138、238。凹槽130、132、230、232各自的径向最内侧表面部分136、236被设置为在基部116、216与顶端118、218之间沿着极段106、206的整个轴向延伸量140(图4)距径向外表面124、224比距径向内表面126、226更近。凹槽130、132、230、232各自的径向最内侧表面部分136、236距径向外表面124、224的径向深度142(图9)小于3.5mm。

极段106、206各自的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222处的、凹槽130、132、230、232的开口在径向最外侧表面部分134、234与径向最内侧表面部分136、236之间测量的径向厚度144(图9)为大约0.5mm。前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222的径向厚度显著大于凹槽的开口的径向厚度。例如，前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222的径向厚度可以为大约3mm，使得侧表面120、122、220、222的径向厚度的比值是凹槽130、132、230、232的开口的径向厚度的六(6)倍。在一些实施方式中，凹槽130、132、230、232各自在垂直于侧表面120、122、220、222定向的剖视平面中限定C形，例如图9所示。

现在参照图9，图2的转子100的周向剖面的剖视图示出了第一极片102的单个极段106在与第二极片202的两个极段206交错时的空间关系。仅出于以下说明的目的，极段106、206被另外标示为与第一极片102关联的节段A以及与第二极片202关联的节段B和C。为了更好地表示极段106、206之间的空间关系，在图2中截取剖面所沿的线B-B是复合线，其第一线段部分大致垂直于节段A和B的对应的前端侧表面122和尾端侧表面220定向，并且其第二线段部分大致垂直于节段A和C的对应的前端侧表面120和尾端侧表面222定向。提供在图9中描绘的中心轴线60仅仅是为箭头114所示的旋转方向赋予意义，并且未按比例定位。

当节段A与节段B和C交错时，节段A的尾端侧表面122面对节段B的前端侧表面220，而节段A的前端侧表面120面对节段C的尾端侧表面222。换言之，在周向上相邻的每对第一极段106和第二极段206具有彼此面对的对应的前端侧表面和尾端侧表面(表面122和220或表面120和222)(在下文中称为“相互面对的”表面)。节段A和B的相互面对的前端侧表面122和尾端侧表面220在它们之间界定了相应的气隙或通道150，如图2和图9所示。类似地，节段A和C的相互面对的前端侧表面120和尾端侧表面222在它们之间界定了相应的气隙或通道150。由于前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222的取向和平面性，所示的实施方式中的通道150具有恒定的宽度。在其他实施方式中，通道150的宽度可以在径向外表面124、224和径向内表面126、226中的一个或多个之间以及相邻的每对极段106、206的基部116、216和顶端118、218之间变化。通道150通常是细长的，其在相邻的极段106、206的相互面对的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222之间直线地延伸。

为了便于描述，通过与指定前端侧表面120、122和尾端侧表面220、222相同的方式将凹槽进一步指定为前端凹槽130、230和尾端凹槽132、232。当节段A与节段B和C交错时，节段A的尾端凹槽132面对节段B的前端凹槽230。类似地，节段A的前端凹槽130面对节段C的尾端凹槽232。因此，在周向上相邻每对第一极段106和第二极段206都具有彼此面对的对应的一对前端凹槽130、230和尾端凹槽132、232(在下文中称为“相互面对的”凹槽)。

节段A和B的相互面对的前端凹槽132和尾端凹槽230彼此在径向上对齐并设置为靠近极段的对应的径向外表面124、224。节段A和C的相互面对的前端凹槽130和尾端凹槽232也彼此在径向上对齐并设置为靠近极段106、206的对应的径向外表面124、224。如在本文中在相应的前端凹槽和尾端凹槽的径向位置的上下文中所使用的那样，术语“靠近”是指凹槽130、132、230、232完全在径向上从径向中点154(参见节段B)向外地定位在极段106、206各自的径向外表面124、224和径向内表面126、226之间。在一些实施方式中，极段106、206的相互面对的前端凹槽130、230和尾端凹槽132、232被定位成使得凹槽几乎邻接极段的径向外表面124、224。

极段106、206各自具有由凹槽130、132、230、232各自的径向最外侧表面部分134、234和径向外表面124、224界定的在周向上相对的唇缘146、246。唇缘146、246在周向上远离极段106、206延伸，使得唇缘146、246各自的远端部分在径向方向148上观察时悬于凹槽130、132、230、233打开所朝的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222中的相应的一个之上。唇缘146、246各自具有在周向上从连接表面部分138、238延伸到唇缘146、246的远端部分的唇缘长度156。例如，节段B具有由前端凹槽230的径向最外侧表面部分234界定的唇缘246。该唇缘246具有在周向上从连接表面部分238延伸至唇缘246的远端部分的唇缘长度156。如图9中最佳所示，节段B的唇缘246的远端部分悬于前端侧表面220之上。极段106、206各自的唇缘146、246还具有在凹槽130、132、230、232的径向最外侧表面部分134、234与相应的节段106、206的径向外表面124、224之间测量的径向厚度(未被示出)。在至少一个实施方式中，唇缘146、246的径向厚度小于1.5mm。

永磁体

现在参照图2和图7至图9，转子100还包括多个高磁强度的永磁体158，其设置在相邻的极段106、206之间的通道150内，以补充由励磁线圈64产生的磁场。永磁体158可以使用多种永磁体材料中的任何一种，例如钕铁硼、钐钴或铁氧体。永磁体158的取向和形状类似于通道150的取向和形状。在所示的实施方式中，永磁体158是大体棱柱形的，具有六个基本平坦的表面。永磁体158的棱柱形状在它们与极段106、206的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222的相应交界面处提供了基本对称的抵接表面。棱柱形状的永磁体158在本文中以示例性形状表示，应理解永磁体的其他形状对于技术人员也将是显而易见的。如图9中最佳所示，相邻的极段106、206的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222之间的相应的通道150的宽度152大于设置在通道150内的磁体158的宽度159。

每个永磁体158都具有一对在周向上相对的极面，其极化面分别对应于N磁极性和S磁极性。永磁体158的极性相互交替，使得相邻的磁体具有相反的极性。因此，可以理解，极段106抵接具有第一共有极性(即，N)的永磁体极面，并且极段206抵接具有第二共有极性(即，S)的永磁体极面。磁体158的极面紧邻极段106、206上的相应的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222。假设所有极段106都具有N磁极性并且所有极段206都具有S磁极性，则N极化的磁体表面与每个N极段106的侧表面相邻，并且S极化的磁体表面与每个S极段206的侧表面相邻。

保持器

转子100还包括多个保持器160，它们被构造为抵抗通过转子100的旋转施加在磁体158上的离心力而机械地支撑永磁体158。如图7中最佳所示，每个保持器160都具有平面的主体部分162和在保持器160的一个端部处从主体部分162垂直伸出的凸块部分164。保持器160由不锈钢形成并且具有大约0.5mm的厚度。如图中所示，每个保持器160都与相邻的极段106、206的相互面对的前端凹槽130、230和尾端凹槽132、232接合，以在径向位置上固定保持器160。由于保持器160接合在极段106、206的相互面对的前端凹槽130、230和尾端凹槽132、232中，因此保持器160完全在相邻的极段106、206的通道150之间延伸。

每个磁体158都被定位成靠近相应的保持器160的在径向上朝内的表面并且在该表面的径向内侧，以在第一极片102和第二极片202的旋转期间防止磁体158的径向向外运动。相邻的极段106、206的相互面对的前端凹槽130、230和尾端凹槽132、232限定了直线路径，在组装到转子100的过程中，保持器160被构造为沿着该直线路径平移。每个保持器160的凸块部分164限定垂直于该直线路径定向的接触表面，其使使用者能够在不物理接触磁体158的情况下操控保持器160和磁体158的位置。当保持器160和磁体158被组装到转子100时，极段106、206各自的唇缘146、246被构造为在一定程度上悬于磁体158之上，但是悬出的量基本上小于传统的极段。

凸缘

再次参照图3和图5至图8，极段106、206各自的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222具有突起166，其限定了相应的在径向上朝外的凸缘168。凸缘168被设置为靠近极段106、206各自的基部116、216，并且在基部116、216与顶端118、218之间延伸不超过极段106、206的轴向延伸量140(图4)的一半。如图8中最佳所示，每个凸缘168都被构造为在磁体158被组装到极段106、206时设定对应的磁体158的径向内侧位置。因此，相邻的极段106、206的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222提供了彼此对角地间隔开以支撑设置在所述表面之间的对应的磁体158的两个凸缘168。

形成极段的方法

图10描绘了用于形成图1至图9的极片102、202的方法300。参照图11和图12所示的中间极段结构来描述方法300。方法300起始于对坯料(未被示出)进行热锻以形成极片102、202的粗略几何形状(框302)。然后，对热锻的极片102、202进行压印操作，以使极片106、206的特征处于预定公差内并产生图11所示的极段的接近最终形状(框304)。如图11所示，在方法300的这个阶段，在极段106、206中尚未形成凹槽。然而，极段106、206的接近最终形状在极段106、206的径向外表面124、224附近确实包括相对较薄的、在周向上相对的突起170。这些突起170最终形成每个极段的唇缘146、246的远端部分。在完成热锻和压印工序后，在极段106、206各自的前端侧表面120、220和尾端侧表面122、222中加工在周向上相对的凹槽130、132、230、232(框306)。各个凹槽130、132、230、232的径向最内侧表面部分136、236被设置为距极段106、206的径向外表面124、224比距径向内表面126、226更近。在一些实施方式中，如图11所示，极段106、206的凹槽130、132、230、232由切削工具172单独地加工。在其他实施方式中，极片102、202可以固定在夹具中，该夹具使极片的放置取向接近于它们被安装在转子100的轴28上时的取向。当极片102、202以这种方式固定在一起时，成对的相邻的极片106、206的相互面对的前端凹槽130、230和尾端凹槽132、232可以通过切削工具172的单次走刀同时加工。

具有开槽的极段的一般转子构造

再次参照图1和图2，示出了具有本文所述的第一极片102和第二极片202的混合式交流发电机20。交流发电机20具有壳体24和分别通过前滚动元件轴承32和后滚动元件轴承36支撑在壳体24内的转子轴28。从动皮带轮40被紧固到转子轴28的突出的前端部上。交流发电机20包括转子100，其具有被安装至轴28并可随轴28一起旋转的第一极片102和第二极片202。以间隔开的周向交替的关系相互交错的第一极段106和第二极段206在周向上相邻的极段106、206之间限定通道150。永磁体158设置在通道150内，以补充由励磁线圈64产生的磁场。为了抵抗转子100的旋转所施加的离心力来保持永磁体158，将保持器160接合在周向上相邻的极段106、206的相应的凹槽130、132、230、232中。

交流发电机20包括定子52，其包围转子100并被固定到壳体24上。转子100围绕交流发电机的中心轴线60的旋转导致在定子52的定子绕组62中感生出交流电流。励磁线圈64缠绕在电绝缘的绕线筒66上，并且线圈64和绕线筒66定位在毂部104、204的在轴向上朝内的表面110、210之间。在所示的实施方式中，励磁线圈64及其绕线筒66围绕极片102、202的轴向延伸部分112设置。本领域技术人员可以知晓的是，如图4和图5所示，毂部104、204各自具有包括第一圆周的环形的第一主体部分以及在轴向上从第一主体部分突出并且包括第二圆周的环形的第二主体部分，第二圆周在直径上小于第一圆周。在其他实施方式中，励磁线圈64及其绕线筒66围绕圆柱形的转子芯构件(未被示出)设置，该转子芯构件围绕中心轴线60设置并且位于极片102、202之间。通过一对滑环68和关联的接触电刷70将直流(DC)励磁电流施加到励磁线圈64上。滑环68被固定到轴28上，并且在操作中通过接触电刷70将励磁线圈64耦合至稳流DC电源。使用称为电压调节器的控制***(未被示出)将适当水平的DC电压施加到励磁线圈64上。

第一极片102和第二极片202以及通电的励磁线圈64产生交替极性的磁场，其与转子100一起围绕中心轴线60旋转。尽管将DC励磁电流施加到励磁线圈88上，但是交替的极段106、206的交错产生交替极性的磁通链。该磁通链被呈现给包围转子100的固定定子52的绕组导体63。转子100所呈现的交替极性的磁通链跨过绕组导体63的运动产生了三相交流(AC)电力。

交流发电机20的AC电力输出被引导至整流器74，其可以位于壳体24的后部。交流发电机20还可以包括另外的滤波和功率调节装置，电力输出在作为DC电力传导到车辆电池(未被示出)或配电总线(未被示出)的正极端子之前通过这些装置引导。从交流发电机20输出的交流电流的期望RMS值取决于电压调节器施加到励磁线圈64上的DC电压的水平。该交流发电机还包括位于极片102、202的相对的轴向外侧处的前部空气循环风扇76和后部空气循环风扇78。风扇76、78耦合至转子100并与其一起旋转。通过风扇76、78通常将冷却气流在轴向上向壳体24内吸入，并在径向上向壳体24外排出。后部风扇78通常引导冷却气流跨过交流发电机20的整流器74和其他电子部件。如果设置气流路径，则风扇76、78还可将一定量的冷却气流引导到极段106、206和励磁线圈64周围。

通过箭头114示出了转子100相对于定子52的旋转方向以及因此的极段106、206的运动方向。在通过调节的DC电流为励磁线圈64通电时，转子100被磁化，其中相邻的极段106、206在北(N)磁极性和南(S)磁极性之间在周向上交替。换言之，所有第一极段106都具有N磁极性，并且所有第二极段206都具有S磁极性。因此，应理解的是，在转子100旋转时，极段106、206的交替的磁极性依次经过定子52周围，从而在定子绕组62中感生出输出电流。本领域普通技术人员将认识到，第一极片102和第二极片202的相应的N磁极性和S磁极性是根据流过励磁线圈64的DC电流的选定方向确定的。

参照图1至图12描述的极段106、206与传统极段相比提供了许多优点。利用本文所述的增强几何形状的极段106、206，磁体的宽度被显著减小，这显著减小了磁体的体积，并因此降低了磁体的材料成本。体积的减小是出于提供用于磁体保持器的唇缘的目的通过加工凹槽或狭槽来实现的，而不是在整个侧表面中加工大的凹部。由于在节段中加工凹槽并且整个节段侧表面不因加工操作而凹陷，因此减少了磁体重叠并且类似地最大程度地减小了磁体宽度。由于磁体宽度较小，因此极段的周向宽度较宽，这减小了磁极磁阻(降低了磁极中的磁通密度)，进而产生较高的机器磁通量和性能。

由于仅利用增强几何形状的极段106、206来加工窄的凹槽，因此大大减少了被加工掉的材料量并且可以提高加工进给速度，从而降低加工成本。此外，加工凹槽产生的极段外边缘几何形状有利于电磁机器设计。如果凹槽是通过典型的锻造和压印工艺形成的，则凹槽的径向深度会大得多，因为在使用这些工艺时所有边缘上所需的最小半径约为0.75mm。该最小半径将导致磁体所面对的凹槽的底部的最小径向深度为3.5mm，从而导致磁体向内移动并导致用于励磁线圈的空间减小或磁体的径向深度减小。这两种改变均会导致性能降低。然而，通过加工凹槽，减小了凹槽底部的径向深度。这种增强的几何形状对于防止上述的磁体向内移动是可取的。

加工凹槽与锻造相比还具有第二个益处，即在最大程度上减小了加工工序之后所得到的极段的唇缘的厚度。这种结果有利于最大程度地减小磁体退磁的风险。由于电枢反应，极段的后缘具有高度集中的磁通量。在潜在的退磁条件下(例如短路)，针对磁体关注的区域是其最外边缘，磁体在此处面对极段的后缘。随着唇缘区域的径向深度或厚度减小，电枢反应的MMF减小并减小了退磁可能性。由于消除了退磁的风险，因此可以减小磁体的宽度，从而进一步降低成本。

定子芯的一个或多个实施方式的前述详细说明在本文中仅以举例而非限制性的方式给出。应理解的是，在不引入本文描述的其他特征和功能的情况下可以获得本文描述的某些单独的特征和功能的优点。此外，应理解的是，上述公开的实施方式和其他特征和功能或其替代形式的各种替换、变形、变化或改进可以期望地组合到许多其他不同的实施方式、***或应用中。本领域技术人员可以随后进行的当前无法预见或无法预料的替换、变形、变化或改进也涵盖在所附权利要求中。因此，任何所附权利要求的精神和范围不应限于本文包含的实施方式的说明。

Claims (14)

1.一种用于旋转电动机(20)的转子(100)，其包括：

第一极片(102)，其具有围绕旋转轴线(60)均匀分布的多个第一极段(106)，所述第一极段(106)各自具有凹入到所述第一极段的侧表面(120)中的至少一个第一凹槽(130，132)；

第二极片(202)，其具有围绕所述旋转轴线(60)均匀分布并以间隔开的周向交替的关系与所述第一极段(106)相互交错的多个第二极段(206)，所述第二极段(206)各自具有至少一个第二凹槽(230，232)，所述第一凹槽(130，132)和所述第二凹槽(230，232)被定位为靠近所述第一极段(106)和所述第二极段(206)各自的径向外表面(124，224)凹入到所述第一极段的侧表面(220)中，其中所述第一极段和所述第二极段各自具有相应的周向突出的凸缘(168)，所述凸缘与所述第一凹槽和所述第二凹槽在径向上向内间隔开并且延伸量小于相应的所述极段的轴向延伸量的一半；

至少一个保持器(160)，其与在周向上相邻的一对所述第一极段(106)和所述第二极段(206)的所述第一凹槽(130，132)和所述第二凹槽(230，232)接合；以及

至少一个永磁体(158)，其设置在在周向上相邻的一对所述第一极段(106)和所述第二极段(206)之间并被支撑在所述保持器(160)的径向内表面上。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，至少一个所述第一凹槽包括在周向上相对的两个所述第一凹槽(130，132)，并且至少一个所述第二凹槽包括在周向上相对的两个所述第二凹槽(230，232)，在周向上相邻的每一对所述第一极段(106)和所述第二极段(206)具有相互面对的所述第一凹槽(130，132)和所述第二凹槽(230，232)。

3.根据权利要求2所述的转子，其中，至少一个所述保持器(160)包括多个所述保持器(160)，它们各自具有与在周向上相邻成对的所述第一极段(106)和所述第二极段(206)的相互面对的所述第一凹槽(130，132)和所述第二凹槽(230，232)接合的平面主体部分(162)。

4.根据权利要求3所述的转子，其中，至少一个所述永磁体(158)包括多个所述永磁体(158)，它们分别设置在在周向上相邻成对的所述第一极段(106)和所述第二极段(206)之间并且分别被支撑在每个所述保持器(160)的所述径向内表面上。

5.根据权利要求3所述的转子，其中，相互面对的所述第一凹槽(130，132)和所述第二凹槽(230，232)限定直线路径，每个所述保持器(160)都被构造为沿着所述直线路径平移，并且其中每个所述保持器(160)都具有在径向上从所述主体部分(162)向内延伸的凸块部分(164)，所述凸块部分(164)提供垂直于所述直线路径定向的接触表面，以供使用者在不接触所述永磁体(158)的情况下操作所述保持器(160)。

6.根据权利要求1所述的转子，其中，所述第一极段(106)和所述第二极段(206)各自具有由相应的所述径向外表面(124，224)以及相应的所述第一凹槽(130， 132)和所述第二凹槽(230，232)的径向最外侧表面部分(134，234)界定的相应的唇缘(146，246)，所述唇缘(146，246)在周向上远离所述第一极段(106)和所述第二极段(206)延伸，使得每个所述唇缘(146，246)的远端部分悬于所述永磁体(158)之上。

7.一种用于旋转电动机(20)的转子(100)的极片(102)，其包括：

磁性的毂部(104)，其被构造为围绕中心轴线(60)旋转；

围绕所述毂部(104)的圆周均匀分布的多个磁性的极段(106)，每个所述极段(106)都具有连接至所述毂部(104)的基部(116)以及与所述基部在轴向上相对地设置的顶端(118)，所述极段(106)各自限定在所述基部(116)与所述顶端(118)之间延伸的在周向上相对的侧表面(120，122)以及在所述侧表面(120，122)之间延伸的相对的径向外表面(124)和径向内表面(126)，

其中，每个所述极段(106)都包括凹入到所述侧表面(120，122)中的至少一个凹槽(130，132)，至少一个所述凹槽(130，132)的径向最内侧表面部分(136)被设置为距所述径向外表面(124)比距所述径向内表面(126)更近，并且其中每个所述极段还包括定位在至少一个所述凹槽(130，132)的径向内侧并且延伸量小于所述极段的轴向延伸量的一半的周向突出的凸缘(168)；以及

不锈钢的磁体用保持器，其接合在至少一个所述凹槽中。

8.根据权利要求7所述的极片，其还包括永磁体(158)，其设置为靠近所述极段(106)的所述侧表面(120，122)并被支撑在所述凸缘与所述保持器(160)的径向内表面之间。

9.根据权利要求7所述的极片，其中，每个所述极段(106)的至少一个所述凹槽包括沿着所述极段(106)的相应的所述侧表面(120，122)直线延伸的在周向上相对的两个所述凹槽(130，132)。

10.根据权利要求7所述的极片，其中，至少一个所述凹槽(130，132)的所述径向最内侧表面部分(136)距所述径向外表面(124)的径向深度(142)小于3.5mm。

11.根据权利要求7所述的极片，其中，每个所述凹槽(130，132)的所述径向最内侧表面部分(136)与径向最外侧表面部分(134)之间的径向间距为大约0.5mm。

12.根据权利要求8所述的极片，其中，每个所述极段(106)都具有由所述径向外表面(124)和至少一个所述凹槽(130，132)的径向最外侧表面部分(134)界定的唇缘(146)，所述唇缘(146)在周向上远离所述极段(106)延伸，使得所述唇缘(146)的一部分悬于所述永磁体(158)之上。

13.根据权利要求12所述的极片，其中，在每个所述凹槽(130，132)的所述径向最外侧表面部分(134)与所述径向外表面(124)之间测量的每个所述唇缘(146)的径向厚度小于1.5mm。

14.一种用于旋转电动机(20)的转子(100)的极片(102)，其包括：

磁性的毂部(104)，其被构造为安装到所述转子(100)的轴(28)上以围绕中心轴线(60)旋转，所述毂部(104)包括具有第一圆周(174)的环形的第一主体部分和在轴向上从所述第一主体部分突出并具有第二圆周(176)的环形的第二主体部分(112)，所述第二圆周(176)在直径上小于所述第一圆周(174)；

围绕所述第一圆周(174)均匀分布的多个磁性的极段(106)，所述极段(106)各自具有连接至所述第一圆周(174)的基部(116)以及与所述基部(116)在轴向上相对地设置的顶端(118)，使得所述极段(106)在径向上悬于所述第二圆周(176)之上并在轴向上延伸超过所述第二主体部分(112)，所述极段(106)各自限定在所述基部(116)与所述顶端(118)之间延伸的在周向上相对的侧表面(120，122)以及在所述侧表面(120，122)之间延伸的相对的径向外表面(124)和径向内表面(126)，

其中，所述极段(106)各自具有金字塔形状，使得所述径向内表面(126)在所述基部(116)处比在所述顶端(118)距所述中心轴线(60)更近，并且所述侧表面(120，122)在周向上的宽度在所述基部(116)处比在所述顶端(118)处更大，

其中，相应的凹槽(130，132)凹入到每个所述极段(106)的所述侧表面(120，122)中，所述凹槽(130，132)从每个所述极段(106)的所述基部(116)直线延伸到所述顶端(118)，并且基本上定位为靠近所述极段(106)的所述径向外表面(124)，并且

其中，所述极段(106)各自具有与相应的所述凹槽(130，132)在径向上向内间隔开并且延伸量小于所述极段(106)的轴向延伸量的一半的相应的周向突出的凸缘(168)；

与所述极段的所述凹槽接合的多个不锈钢保持器，多个所述不锈钢保持器中的每一个都包括平面主体部分，所述平面主体部分在第一端部处具有垂直于所述平面主体部分延伸的凸块部分并且在与所述第一端部相对的第二端部处具有自由边缘；以及

被所述不锈钢保持器支撑的多个永磁体。