專利名稱：定子磁極鐵心數(shù)量大于轉(zhuǎn)子極靴數(shù)量的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的電機(jī)，具體地說，涉及定子磁極鐵心數(shù)量大于轉(zhuǎn)子極靴數(shù)量的同步電機(jī)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及具有軸向磁通的電機(jī)。所述電機(jī)可以作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)運(yùn)行，并且以下將只稱作發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)可以在許多不同的領(lǐng)域中使用。當(dāng)發(fā)電機(jī)例如用在風(fēng)輪機(jī)中時(shí)，就制定風(fēng)輪機(jī)的尺寸而言，多個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)是機(jī)殼的尺寸。因此，能夠使風(fēng)輪機(jī)的直徑最小化具有重要的意義。為了使機(jī)殼最小化，必須最小化連接翼部和發(fā)電機(jī)的齒輪箱/大齒輪。這可以通過提供每次旋轉(zhuǎn)具有相對(duì)較大作用的發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)上述目的一種方法是使發(fā)電機(jī)具有盡可能小的徑向?qū)挾?，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在風(fēng)輪機(jī)的機(jī)殼中占據(jù)了相對(duì)較大的空間。
在風(fēng)輪機(jī)中安裝發(fā)電機(jī)時(shí)要考慮的另一個(gè)方面是發(fā)電機(jī)必須在低轉(zhuǎn)數(shù)和高轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)都有效。
基于傳統(tǒng)的徑向磁通發(fā)電機(jī)(參見圖1)的電機(jī)最為常用。在某些情況下，此類發(fā)電機(jī)的主要問題是，由于徑向地構(gòu)造的定子結(jié)構(gòu)，對(duì)于給定的功率輸出，直徑相對(duì)較大。進(jìn)一步的缺點(diǎn)是定子圍繞/包圍轉(zhuǎn)子，從而增大了發(fā)電機(jī)的直徑。
另一個(gè)缺點(diǎn)是在凹進(jìn)部分7和凹進(jìn)部分2自身之間，由材料的單獨(dú)布置造成的空氣間隙中的感應(yīng)相對(duì)較低，因?yàn)橹挥胁牧?承載磁通，并且只覆蓋面向間隙的自由空間的大約50％。
有許多類似種類的發(fā)電機(jī)，這些發(fā)電機(jī)在一個(gè)方面或另一個(gè)方面進(jìn)行了最優(yōu)化，但是它們都具有徑向磁通，因此涉及同樣的問題，即，與上述發(fā)電機(jī)相似，具有相對(duì)較大的直徑。
WO 00/48247中提出了一種具有軸向磁通的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)(參見圖2)，其在此引入作為參考。這里，提供了一種電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其具有穿過一個(gè)或多個(gè)由電流繞組16圍繞的磁極鐵心15并沿軸向延伸的磁通路徑。這允許高密度的磁通通過磁極鐵心15，與例如可能需要較大定子直徑以便引導(dǎo)較高的磁通的電機(jī)相比，結(jié)果是磁極鐵心的材料消耗較低。通過使磁極鐵心15布置成與轉(zhuǎn)子10的軸平行，可以減小電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的總體直徑，從而提供對(duì)某些上述問題的解決方案。
對(duì)于WO 00/48247中描述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，定子中布置的磁極鐵心或極腿(pole leg)15的數(shù)量等于轉(zhuǎn)子中布置的磁體的數(shù)量，并且根據(jù)圖2中示出的實(shí)施例，所述電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子10和一個(gè)定子。轉(zhuǎn)子10具有多個(gè)放置在磁體12之間的極靴13。定子包括多個(gè)磁極鐵心或極腿15，其中極腿15的數(shù)量等于磁體12的數(shù)量，磁體12的數(shù)量又等于極靴13的數(shù)量。對(duì)于每個(gè)給定的磁極鐵心15，有兩個(gè)相鄰的本地磁路。這些磁路中的兩個(gè)磁路由第一和第二回路18a、18b圖形地示出?？梢钥吹剑?dāng)極靴13面對(duì)極腿15時(shí)，磁通路徑18a包括第一極腿、第一極靴、磁體、第二極靴以及第二極腿。
在圖2中，磁通路徑18a或18b中的磁通的密度相對(duì)較高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子10與定子的極腿15之間較高的結(jié)果軸向磁力。當(dāng)轉(zhuǎn)子10旋轉(zhuǎn)以使每個(gè)磁體12現(xiàn)在面向極腿15時(shí)，第三磁通路徑將只包括一個(gè)極腿15、第一極靴、磁體以及第二極靴(圖3中示出了這種情況)。第三磁通路徑的磁通密度低于第一和第二磁通路徑18a、18b的磁通密度，當(dāng)與圖2所示的轉(zhuǎn)子位置相比時(shí)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子10與極腿15之間較低的結(jié)果軸向磁力。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子10在使用期間旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子10與定子的極腿15之間的結(jié)果軸向力將在相對(duì)較高和相對(duì)較低的力之間變化。這種較高且不斷變化的軸向力可能導(dǎo)致若干缺點(diǎn)，其中包括轉(zhuǎn)子10及其軸向連接上的較高磨損。
根據(jù)WO 00/48247中描述的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例(具有軸向磁通并在圖3中示出)，所述電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子301和兩個(gè)布置在轉(zhuǎn)子301的相對(duì)側(cè)上的定子302、303。轉(zhuǎn)子301具有極靴304、305以及位于每兩個(gè)相繼極靴之間的磁體306、307、308。極靴304、305橫穿過轉(zhuǎn)子301，由此在轉(zhuǎn)子301的每一側(cè)上提供有極靴。第一定子302具有面向轉(zhuǎn)子301的極靴304、305的磁極鐵心或極腿309、310，而第二定子303具有面向轉(zhuǎn)子301的磁體306、307、308的磁極鐵心或極腿311、312、313。這里，與第二定子303的極腿311、312、313相比，第一定子302的極腿309、310被移位。
對(duì)于圖3的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子301和第一定子302的第一磁通路徑314包括極腿309、310、極靴304、磁體307以及極靴305。但是，對(duì)應(yīng)于磁通路徑314，存在第二磁通路徑315。該第二磁通路徑315只包括一個(gè)極腿312、極靴304、磁體307以及極靴305。應(yīng)當(dāng)理解，因?yàn)槎ㄗ?02、303中的極腿的數(shù)量等于轉(zhuǎn)子301中的磁體的數(shù)量，對(duì)于其余的定子極腿和轉(zhuǎn)子極靴以及磁體，存在類似的相應(yīng)磁通路徑。
這里，磁通路徑314中的磁通的密度遠(yuǎn)高于磁通路徑315中的磁通的密度。因此，轉(zhuǎn)子301與第一定子302之間的結(jié)果軸向磁力遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)子301與第二定子303之間的反向的結(jié)果軸向磁力。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)子301旋轉(zhuǎn)以使極靴304、305現(xiàn)在分別面向第二定子303的極腿312、313，同時(shí)磁體307面向極腿310時(shí)，轉(zhuǎn)子301與兩個(gè)定子302、303之間的反向軸向磁力的大小發(fā)生改變，以使轉(zhuǎn)子301與第一定子302之間的力低于轉(zhuǎn)子301與第二定子303之間的力。
因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子301在使用期間旋轉(zhuǎn)時(shí)，在轉(zhuǎn)子301上的最大軸向力很高，但是在旋轉(zhuǎn)期間改變了方向。這種較高且不斷變化的軸向力可能導(dǎo)致若干缺點(diǎn)，其中包括轉(zhuǎn)子301及其軸向連接上的較高磨損。
因此，需要設(shè)計(jì)一種電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，其具有軸向磁通，但是轉(zhuǎn)子上的不斷變化的軸向力只有相對(duì)較小的變化，從而減小轉(zhuǎn)動(dòng)部分的磨損。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供有一種電機(jī)，所述電機(jī)包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子固定到具有旋轉(zhuǎn)軸線的軸，所述轉(zhuǎn)子包括用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置以及數(shù)量設(shè)置成N的極靴，第一定子，在所述轉(zhuǎn)子與所述第一定子之間形成有空氣間隙，所述第一定子包括數(shù)量設(shè)置成M的單獨(dú)的磁極鐵心或極腿，所述磁極鐵心或極腿纏繞和圍繞有相應(yīng)的單獨(dú)的線圈或繞組，其中N和M大于1且M大于N。
優(yōu)選地，所述用于產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)子磁體或裝置被布置在所述極靴之間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述用于產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)子磁體或裝置與所述極靴交替。因此，所述轉(zhuǎn)子極靴的數(shù)量N可以等于布置在所述轉(zhuǎn)子中的所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置的數(shù)量。
優(yōu)選地，N是一個(gè)等數(shù)(equal number)。同樣，優(yōu)選地，M等于A乘以N，M＝AN，其中A是大于1的整數(shù)。因此，優(yōu)選地，M可以等于2N，或者M(jìn)可以等于3N，或者M(jìn)可以等于4N。
但是，本發(fā)明還覆蓋了其中M不同于A乘以N的實(shí)施例。這里，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，M可以等于N加2乘以C，M＝N+2C，其中C是大于或等于1的整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的所述電機(jī)可以進(jìn)一步包括第二定子，在所述轉(zhuǎn)子與所述第二定子之間形成有空氣間隙，所述第二定子包括數(shù)量設(shè)置成P的單獨(dú)的磁極鐵心，所述磁極鐵心纏繞和圍繞有相應(yīng)的單獨(dú)的線圈或繞組，其中P大于1。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，P可以小于或等于N。但是，優(yōu)選地，P大于N，并且P可以等于B乘以N，其中B是大于1的整數(shù)。因此，優(yōu)選地，P可以等于2N，或者P可以等于3N，或者P可以等于4N。同樣，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，P等于M。
這里，本發(fā)明還覆蓋了其中P不同于B乘以N的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，P可以等于N加2乘以D，P＝N+2D，其中D是大于或等于1的整數(shù)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)單獨(dú)的磁極鐵心都具有相應(yīng)的單獨(dú)的線圈或繞組。同樣，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子的布置使得所述轉(zhuǎn)子的至少一部分與所述旋轉(zhuǎn)軸線基本上垂直。
根據(jù)本發(fā)明的諸實(shí)施例，相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線，所述磁極鐵心或極腿可以具有不同的方向。但是，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一和/或第二定子的一個(gè)或多個(gè)所述磁極鐵心或極腿的至少一部分被布置成與所述旋轉(zhuǎn)軸線成某一角度，所述角度等于或大于0度且小于90度。這里，所述磁極鐵心或極腿與所述旋轉(zhuǎn)軸線之間的角度可以等于或小于45度，諸如等于或小于30度。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)所述磁極鐵心或極腿的至少一部分可以與所述旋轉(zhuǎn)軸線基本上平行，同樣，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所有所述磁極鐵心或極腿的至少一部分與所述旋轉(zhuǎn)軸線基本上平行。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)所述磁極鐵心或極腿的至少一部分與所述旋轉(zhuǎn)軸線基本上平行時(shí)，則一個(gè)或多個(gè)繞組或線圈可以使其軸線所述旋轉(zhuǎn)軸線基本上平行。
對(duì)于本發(fā)明的所述電機(jī)，優(yōu)選地，所述第一定子可以被布置成相對(duì)并面向所述轉(zhuǎn)子的第一側(cè)。對(duì)于本發(fā)明的具有兩個(gè)定子的實(shí)施例，優(yōu)選地，所述第二定子被布置成相對(duì)并面向所述轉(zhuǎn)子的第二側(cè)。
當(dāng)布置所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置以及所述磁極鐵心或極腿時(shí)，優(yōu)選地，將它們布置成使得定子的磁極鐵心提供一個(gè)或多個(gè)磁通路徑的一個(gè)或多個(gè)部分。這里，磁通路徑可以包括穿過兩個(gè)磁極鐵心的磁通路徑，并且所述磁通路徑可以進(jìn)一步包括兩個(gè)空氣間隙。優(yōu)選地，磁通路徑包括兩個(gè)且僅包括兩個(gè)磁極鐵心，并且所述磁通路徑可以進(jìn)一步包括兩個(gè)且僅包括兩個(gè)空氣間隙。
對(duì)于本發(fā)明的所述電機(jī)，優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子基本上為圓形。同樣，優(yōu)選地，所述第一和/或第二定子進(jìn)一步包括連接到所述磁極鐵心的導(dǎo)磁端板(end plate)，其中(多個(gè))所述端板可以布置成基本上平行于和相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子。
優(yōu)選地，所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置成對(duì)布置，使相似極性的磁極彼此相對(duì)。當(dāng)布置所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置時(shí)，可以使用不同的布置。因此，所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置可以在所述轉(zhuǎn)子中徑向且等距地放置。它們也可以放置在所述轉(zhuǎn)子的所述第一側(cè)，該第一側(cè)面對(duì)所述第一定子的所述磁極鐵心的端部。對(duì)于具有兩個(gè)定子的實(shí)施例，所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置可以放置在所述轉(zhuǎn)子的所述第二側(cè)，該第二側(cè)面對(duì)所述第二定子的所述磁極鐵心的端部。但是，優(yōu)選地，所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置放置在所述轉(zhuǎn)子的外圓周上。
對(duì)于布置在定子中的所述磁極鐵心或極腿，可以使用不同的外部尺寸。但是，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，磁極鐵心或極腿的寬度基本上等于兩個(gè)相繼的磁極鐵心或極腿之間的距離。同樣，優(yōu)選地，極靴的寬度基本上等于所述第一和/或第二定子的兩個(gè)相繼磁極鐵心或極腿之間的距離的2倍。
應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明，所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置可以是永磁體或電磁鐵。
當(dāng)制造或形成本發(fā)明的所述電機(jī)的所述繞組或線圈時(shí)，優(yōu)選地使用扁平集中線圈。當(dāng)制造所述磁極鐵心時(shí)，優(yōu)選地使用導(dǎo)磁材料制造和裝配所述磁極鐵心，所述導(dǎo)磁材料可以是磁場定向的軟磁疊片(soft magneticlamination)。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的諸實(shí)施例的所述電機(jī)的形式可以為同步單相電機(jī)。所述電機(jī)可以采取發(fā)電機(jī)的形式，可以通過所述軸為所述發(fā)電機(jī)提供機(jī)械力/功率，以便通過所述繞組產(chǎn)生電功率，或者所述電機(jī)可以采取電動(dòng)機(jī)的形式，可以通過所述繞組從電源為所述電動(dòng)機(jī)提供電力，以便通過所述軸產(chǎn)生機(jī)械力/功率。
應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電機(jī)可以非常適合在風(fēng)輪機(jī)中使用。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種電機(jī)或發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)，其可以提供多相輸出而不增大所述發(fā)電機(jī)的直徑。根據(jù)上述諸實(shí)施例中的任意一個(gè)實(shí)施例，所述多個(gè)相可以通過串聯(lián)地布置對(duì)應(yīng)數(shù)量的單相電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述極腿或磁極鐵心可以由基本上為U形的部件來形成。這里，所述U形部件可以被布置在所述定子中，使得一個(gè)極腿由兩個(gè)U形部件的兩個(gè)相鄰?fù)葋硇纬?。?yōu)選地，所述U形極腿或磁極鐵心由導(dǎo)磁材料制成，并且所述極腿被布置在由低磁導(dǎo)率材料制成的定子片上。


下面將結(jié)合某些優(yōu)選實(shí)施例并參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的說明，這些附圖是
圖1示出了具有徑向磁通的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)電機(jī)的一部分的截面圖，圖2示出了具有軸向磁通且具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)電機(jī)的示意圖，圖3示出了具有軸向磁通且具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)定子的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)電機(jī)的透視圖，圖4示出了圖3的發(fā)電機(jī)的一部分的截面圖，圖5a和5b示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)的第一實(shí)施例的截面圖，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)定子的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)的第二實(shí)施例的截面圖，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)的第三實(shí)施例的截面圖，以及圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)定子的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)的第四實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機(jī)的一部分的截面圖。該圖示出了定子1，其具有凹進(jìn)部分2，同時(shí)線圈3以傳統(tǒng)方式纏繞，即，從給定凹進(jìn)部分到另一個(gè)凹進(jìn)部分，具體取決于產(chǎn)生的電流的各相。還示出了轉(zhuǎn)子4，同時(shí)磁體5在轉(zhuǎn)子4的邊界上間隔放置。轉(zhuǎn)子4上的磁體5與定子1之間是空氣間隙。
當(dāng)轉(zhuǎn)子4通過軸(未示出)相對(duì)于定子1運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁體5便會(huì)經(jīng)過線圈3，從而在這些線圈中感應(yīng)出電流。
如果向線圈3提供電流，磁場將使轉(zhuǎn)子4和所述軸運(yùn)動(dòng)，所述電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)造具有背景技術(shù)中已提到的缺點(diǎn)。
圖2示出了具有軸向磁通且在WO 00/48247中進(jìn)行了描述的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)電機(jī)的實(shí)施例的示意圖。該圖示出了極輪(pole wheel)10，其用作轉(zhuǎn)子并被固定到軸11。多個(gè)磁體12以這樣的方式徑向地放置所述磁體使相似極性(N)的磁極彼此相對(duì)并且使相似極性(S)的磁極彼此相對(duì)。磁體12優(yōu)選地為永磁體，但也可以是電磁鐵或其他類似的材料。
多個(gè)極靴13(優(yōu)選地由層疊的鋼片或塊狀鐵制成)置于磁體12之間，極靴13集中磁通并具有相對(duì)較小的剩磁，即，它們是良好的磁導(dǎo)體。極靴13和磁體12與軸11磁隔離。
與轉(zhuǎn)子10間隔一段距離，提供有磁終端片(termination plate)/端蓋17，同時(shí)以這樣的方式將多個(gè)極腿/磁極鐵心15固定到片17在轉(zhuǎn)子10與極靴13之間僅存在空氣間隙14。片17與磁極鐵心15用作定子15、17。優(yōu)選地，片17為使用非磁場定向的層疊鐵(使用齊長的鐵卷繞成圓形)的圓形鐵心。
片17起磁“短路”的作用，并在給定磁路中的相關(guān)磁極鐵心15之間傳導(dǎo)磁通。因此，在本實(shí)施例中，閉合的本地磁路包括磁體12、極靴13、空氣間隙14(其放大磁通)、磁極鐵心15、磁終端片17、相鄰的磁極鐵心、相鄰的空氣間隙、相鄰的極靴。
對(duì)于每個(gè)給定的磁極鐵心15，存在兩個(gè)相鄰的本地磁路。這些磁路中的兩個(gè)磁路由回路18a、18b圖形地示出，并且已在背景技術(shù)中進(jìn)行了討論。
繞組16，例如線圈，優(yōu)選地圍繞每個(gè)極腿15。優(yōu)選地，線圈16緊密纏繞在極腿15上。就繞組/線圈16中的感應(yīng)而言，這種布置非常有效，因?yàn)樵谶@種布置中，磁通在磁極鐵心15中高度地集中/一致。繞組16優(yōu)選地由扁平集中線圈(其具有較高的填充系數(shù))形成。與圖1中示出的發(fā)電機(jī)相反，通過使繞組16集中在磁極鐵心15上，幾乎所有線圈材料都受到影響，因?yàn)榇磐鲿?huì)影響幾乎所有線圈材料(當(dāng)然，將電流導(dǎo)離發(fā)電機(jī)的材料除外)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子10相對(duì)于定子15、17運(yùn)動(dòng)時(shí)，給定磁極鐵心15中的磁通將改變方向，因?yàn)樵诳諝忾g隙14處的極性會(huì)改變(從N到S或相反)，從而在繞組16中感應(yīng)出電流。如上所述，這種感應(yīng)非常有效，因?yàn)榇磐ㄔ谟衫@組16圍繞的區(qū)域(即，磁極鐵心15)內(nèi)高度地集中/一致。
對(duì)于獨(dú)立的發(fā)電機(jī)，軸11優(yōu)選地可旋轉(zhuǎn)地安裝在片17中的軸承或類似裝置(未示出)中，以便為軸11提供額外的支承，并穩(wěn)定轉(zhuǎn)子10相對(duì)于定子15、17的旋轉(zhuǎn)。對(duì)于風(fēng)輪機(jī)中使用的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子10優(yōu)選地固定在風(fēng)輪機(jī)的軸上，并且定子15、17優(yōu)選地固定到支撐風(fēng)輪機(jī)的軸的軸承。
在圖2中，磁體12徑向地布置，但是作為一種替代，可以以這樣的方式將它們布置在轉(zhuǎn)子10的側(cè)面上所述磁體使相似極性(N)的磁極彼此相對(duì)并且使相似極性(S)的磁極彼此相對(duì)，并且在這樣的方式中，磁體12面向極腿15。同樣，極靴13可以被放置在磁體12之間。
圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的透視圖，其對(duì)應(yīng)于WO 00/48247中所述的具有軸向磁通以及具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)定子的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例。所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子301和兩個(gè)布置在轉(zhuǎn)子301的相對(duì)側(cè)上的定子302、303。轉(zhuǎn)子301具有極靴304、305以及在每兩個(gè)相繼的極靴之間的磁體306、307、308。極靴304、305穿過轉(zhuǎn)子301，由此在轉(zhuǎn)子301的每一側(cè)上提供有極靴。
第一定子302具有面向轉(zhuǎn)子301的極靴304、305的磁極鐵心或極腿309、310，而第二定子303具有面向轉(zhuǎn)子301的磁體306、307、308的磁極鐵心或極腿311、312、313。這里，與第二定子303的極腿311、312、313的位置相比，第一定子302的極腿309、310被移位。第一定子302的磁極鐵心309、310被固定到第一磁終端片/端蓋，而第二定子303的磁極鐵心311、312、313被固定到第二磁終端片/端蓋。每個(gè)終端片優(yōu)選地為使用非磁場定向的層疊鐵(使用齊長的鐵卷繞成圓形)的圓形鐵心。
與圖2的極腿15類似，對(duì)于第一定子的極腿309、310和第二定子的極腿311、312、313，繞組(未示出)，例如線圈，圍繞每個(gè)極腿。優(yōu)選地，線圈緊密纏繞在極腿上。
圖3的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的磁通路徑314、315已在背景技術(shù)中進(jìn)行了討論。
應(yīng)當(dāng)理解，圖3的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)所使用的材料可以對(duì)應(yīng)于圖2的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)所使用的材料。
圖4中示出了圖3的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的一部分的截面圖，并且標(biāo)號(hào)與圖3的標(biāo)號(hào)相同。圖4給出了兩個(gè)定子302、303的極腿309-313相對(duì)于轉(zhuǎn)子301的極靴304、305和磁體306、307、308的更為詳細(xì)的布置視圖。還可看到，第一磁通路徑314如何包括極腿309、310、極靴304、磁體307以及極靴305，第二磁通路徑315如何包括極腿312、極靴304、磁體307以及極靴305。因?yàn)闃O腿312沒有面向極靴304或305中的任何一個(gè)，磁通路徑315的磁通密度遠(yuǎn)低于磁通路徑314的磁通密度。
但是，根據(jù)本發(fā)明，通過使定子的磁極鐵心的數(shù)量大于轉(zhuǎn)子中布置的磁體或極靴的數(shù)量，可以減小上述現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的較高且不斷變化的結(jié)果軸向力。這在下面的圖中示出，其中圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)轉(zhuǎn)子501和一個(gè)定子502的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)的第一實(shí)施例的截面圖。
圖5的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)于圖2的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，并且可以具有相同的外部尺寸。圖5的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子501，轉(zhuǎn)子501具有極靴503和在每兩個(gè)相繼極靴503之間的磁體504。所以，磁體504的數(shù)量等于極靴503的數(shù)量，該數(shù)量被設(shè)置成等于N。定子502包括數(shù)量為M的磁極鐵心或極腿505，同時(shí)每個(gè)磁極鐵心或極腿505都具有對(duì)應(yīng)的線圈506，但是與圖2的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)相比，M是N的2倍，由此磁極鐵心或極腿505的數(shù)量是轉(zhuǎn)子501中布置的極靴503或磁體504的數(shù)量的2倍。定子的磁極鐵心505被固定到磁終端片/端蓋507并且轉(zhuǎn)子501可以被固定到軸(未示出)。優(yōu)選地，極靴503和磁體504與所述軸磁隔離。還優(yōu)選地，磁體504是永磁體。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖5的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用的材料對(duì)應(yīng)于圖2的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用的材料。但是，對(duì)于圖5的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，優(yōu)選地，極靴503的寬度基本上等于磁體504的寬度，并且定子磁極鐵心或極腿505的寬度可以僅為轉(zhuǎn)子極靴503或轉(zhuǎn)子磁體504的寬度的一半。
在圖5a中，轉(zhuǎn)子501處于這樣的位置每個(gè)極靴503和每個(gè)磁體直接面向極腿505。圖中示出了磁通路徑508，可以看到，路徑508包括第一極腿505a，第一極靴503a、磁體504a、第二極靴503b以及第二極腿505b。還可以看到，第一與第二極腿505a、b之間的第三極腿505c并非磁通路徑508的一部分。
當(dāng)比較圖5a的磁通路徑508與圖2的磁通路徑18a時(shí)，面向轉(zhuǎn)子502的兩個(gè)極腿505a、505b的總面積小于圖2中面向轉(zhuǎn)子10并作為磁通路徑18a的一部分的兩個(gè)極腿15的總面積。因此，磁通路徑508中的總磁通小于磁通路徑18a中通過的總磁通，結(jié)果是圖5a中的轉(zhuǎn)子501與定子502之間的最大結(jié)果軸向力小于圖2中的轉(zhuǎn)子10與定子之間的最大結(jié)果軸向力。
但是，當(dāng)圖5的電機(jī)為發(fā)電機(jī)時(shí)，則由于極腿505a、505b中較低的磁通，所以線圈506a、506b產(chǎn)生的電輸出小于從線圈16(圍繞圖2中的磁通路徑18a的極腿)產(chǎn)生的輸出。通過使線圈506a、506b中具有較高數(shù)量的繞組(當(dāng)與圖2中的線圈16的繞組相比時(shí))，可以對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償。由于圖5中的極腿505的周長小于圖2中的極腿15的周長，對(duì)于相同的線圈材料(諸如銅)的消耗，圖5中的線圈506比圖2中的線圈16可以實(shí)現(xiàn)更大數(shù)量的繞組。
在圖5b中，轉(zhuǎn)子501已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)(當(dāng)與圖5a相比時(shí))并且處于這樣的位置每個(gè)極腿505直接面向極靴503與磁體504之間的通道。圖中示出了磁通路徑509，可以看到，磁通路徑509包括極腿505d，極靴503c、磁體504b、另一個(gè)極靴503d以及另一個(gè)極腿505e。還可以看到，此位置中兩個(gè)相鄰的極腿505d、505e現(xiàn)在是磁通路徑509的一部分。可以進(jìn)一步看到，當(dāng)忽略漏磁或雜散磁通的作用時(shí)，磁通路徑508使用極腿505a和505b的一半，磁通路徑509使用極腿505d和505e的一半。因此，圖5b的磁通路徑509中通過的總磁通基本上等于圖5a的磁通路徑508中通過的磁通。
在圖5a中，有兩個(gè)通過極腿505a和505b的磁通路徑，但是沒有使用極腿505c的磁通路徑。因此，圖5a中的一半極腿由兩個(gè)磁通路徑填充，而另一半極腿沒有磁通路徑。在圖5b中，磁通路徑通過每個(gè)極腿，但是磁通路徑只占據(jù)每個(gè)極腿的一半。所以，圖5a中的定子502與轉(zhuǎn)子501之間的總磁通基本上等于圖5b中的定子502與轉(zhuǎn)子501之間的總磁通。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)圖5的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子501時(shí)，結(jié)果軸向力的變化將非常小，并且遠(yuǎn)小于圖2的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的結(jié)果軸向力的變化。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)轉(zhuǎn)子601和兩個(gè)定子602a、602b的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)的第二實(shí)施例的截面圖。
圖6的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)于圖3的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，并且可以具有相同的外部尺寸。圖6的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子601，轉(zhuǎn)子601具有極靴603和在每兩個(gè)相繼極靴603之間的磁體604。所以，磁體604的數(shù)量等于極靴603的數(shù)量，該數(shù)量被設(shè)置成等于N。第一定子602a和第二定子602b都包括數(shù)量為M的磁極鐵心或極腿605a、605b，同時(shí)每個(gè)磁極鐵心或極腿605a、605b都具有對(duì)應(yīng)的線圈606a、606b，但是與圖3的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)相比，M是N的2倍，由此磁極鐵心或極腿605a和605b的數(shù)量是轉(zhuǎn)子601中布置的極靴603或磁體604的數(shù)量的2倍。同樣，定子602a和602b的磁極鐵心605a和605b被固定到對(duì)應(yīng)的磁終端片/端蓋607a、607b，轉(zhuǎn)子601可以被固定到軸(未示出)。此外，優(yōu)選地，極靴603和磁體604與所述軸磁隔離。還優(yōu)選地，磁體604是永磁體。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖6的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用的材料對(duì)應(yīng)于圖3的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用的材料。但是，對(duì)于圖6的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，優(yōu)選地，極靴603的寬度基本上等于磁體604的寬度，并且定子磁極鐵心或極腿605的寬度可以僅為轉(zhuǎn)子極靴603或轉(zhuǎn)子磁體604的寬度的一半。
在圖6中，轉(zhuǎn)子601處于這樣的位置每個(gè)極靴603和每個(gè)磁體604直接面向第一定子602a的極腿605a。圖中示出了磁通路徑608，可以看到，磁通路徑608包括第一極腿605aa，第一極靴603a、磁體604a、第二極靴603b以及第二極腿605ab。還可以看到，所述第一和第二極腿之間的第三極腿605ac并非磁通路徑608的一部分。對(duì)于第二定子的極腿605b，每個(gè)極腿605b直接面向極靴503與磁體504之間的通道。圖中示出了磁通路徑609，可以看到，磁通路徑609包括極腿605ba，所述第一極靴603a、所述磁體604a、第二極靴603b以及另一個(gè)極腿605bb。
對(duì)于磁通路徑608和609，上述結(jié)合圖5a和5b給出的討論是有效的，結(jié)果是對(duì)于轉(zhuǎn)子601、定子602a和602b的所示位置，定子602a與轉(zhuǎn)子601之間的總磁通基本上等于定子602b與轉(zhuǎn)子601之間的總磁通。所以，轉(zhuǎn)子601與第一定子602a之間的結(jié)果軸向力小于圖3的轉(zhuǎn)子301與第一定子302之間的結(jié)果軸向力，而轉(zhuǎn)子601與第二定子602b之間的結(jié)果軸向力大于圖3的轉(zhuǎn)子301與第二定子303之間的結(jié)果軸向力。
因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)圖6的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子601時(shí)，結(jié)果軸向力的變化將非常小，并且遠(yuǎn)小于圖3的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的結(jié)果軸向力的變化。
上面結(jié)合圖5討論的線圈506的繞組數(shù)量對(duì)于圖6的線圈606a和606b也有效。
本發(fā)明中還提供了一種發(fā)電機(jī)，其中定子磁極鐵心的數(shù)量M是極靴數(shù)量N的4倍。這在圖7中示出，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的截面圖。圖7的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)于圖5的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，并且可以具有相同的外部尺寸，但是圖7中的M是N的4倍，而圖5中的M是N的2倍。圖7的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子701，轉(zhuǎn)子701具有極靴703以及在每兩個(gè)相繼極靴703之間的磁體704。同樣在這里，磁體704的數(shù)量等于極靴703的數(shù)量，該數(shù)量被設(shè)置成等于N。定子702包括數(shù)量為M的磁極鐵心或極腿705，同時(shí)每個(gè)磁極鐵心或極腿705都具有對(duì)應(yīng)的線圈706。定子的磁極鐵心705可以被固定到磁終端片/端蓋707，并且轉(zhuǎn)子701可以被固定到軸(未示出)。優(yōu)選地，極靴703和磁體704與所述軸磁隔離。還優(yōu)選地，磁體704是永磁體。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖7的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用的材料對(duì)應(yīng)于圖5的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用的材料。因此，對(duì)于圖7的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，極靴703的寬度優(yōu)選地基本上等于磁體704的寬度，并且定子磁極鐵心或極腿705的寬度可以僅為轉(zhuǎn)子極靴703或轉(zhuǎn)子磁體704的寬度的四分之一。
在圖7中，轉(zhuǎn)子701處于這樣的位置每個(gè)極靴703和每個(gè)磁體直接面向兩個(gè)極腿705。圖中示出了磁通路徑708，可以看到，路徑708包括第一極腿705a、第一極靴703a、磁體704a、第二極靴703b以及第二極腿705b。還可以看到，第一和第二極腿705a、b之間的兩個(gè)極腿并非磁通路徑708的一部分。
從圖7可以看到，磁通路徑708完全占據(jù)了極腿705a和705b，而同樣面向極靴的相鄰極腿被另一個(gè)磁通路徑占據(jù)。對(duì)于面向磁體的極腿的其余一半，作為一種良好近似，沒有磁通路徑通過這些極腿。將圖7的實(shí)施例與圖5a的實(shí)施例進(jìn)行比較時(shí)，對(duì)于相同的尺寸并且對(duì)于相同數(shù)量N的磁體704、504以及極靴703、503而言，轉(zhuǎn)子701、501與定子702、502之間通過的總磁通將相同。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)圖7的轉(zhuǎn)子701時(shí)，順時(shí)針方向極腿705的寬度與圖7中示出的情形相同，即，對(duì)于每個(gè)極靴703，兩個(gè)極腿705將面向該極靴703，并且對(duì)于每個(gè)磁體704，兩個(gè)極腿705將面向該磁體704。所以，面向一個(gè)極靴的總的極腿面積將與圖7中示出的相同，結(jié)果是定子702與轉(zhuǎn)子之間通過的總磁通將基本上與圖7中示出的相同。因此，可以使用與結(jié)合圖5給出的討論相同的討論，并且旋轉(zhuǎn)圖7的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子701時(shí)，產(chǎn)生的軸向力的變化將非常小。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)轉(zhuǎn)子801以及兩個(gè)定子802a和802b的第四實(shí)施例的截面圖。圖8的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)于圖6的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)，并且可以具有相同的外部尺寸。圖8的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子801，轉(zhuǎn)子801具有極靴803和在每兩個(gè)相繼極靴803之間的磁體804。所以，磁體804的數(shù)量等于極靴803的數(shù)量，該數(shù)量被設(shè)置成等于N。第一定子802a和第二定子802b都包括數(shù)量為M的磁極鐵心或極腿805a、805b，同時(shí)每個(gè)磁極鐵心或極腿805a、805b都具有對(duì)應(yīng)的線圈806a、806b，但是與圖6的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)相比，M是N的4倍，由此磁極鐵心或極腿805a和805b的數(shù)量是布置在轉(zhuǎn)子801中的極靴803或磁體804的數(shù)量的4倍。同樣在這里，定子802a和802b的磁極鐵心805a和805b可以被固定到相應(yīng)的磁終端片/端蓋807a、807b，并且轉(zhuǎn)子801可以被固定到軸(未示出)。此外，優(yōu)選地，極靴803和磁體804與所述軸磁隔離。還優(yōu)選地，磁體804是永磁體。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖8的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用的材料對(duì)應(yīng)于圖6的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)使用的材料。但是，對(duì)于圖8的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，極靴803的寬度優(yōu)選地基本上等于磁體804的寬度，并且定子磁極鐵心或極腿805的寬度可以僅為轉(zhuǎn)子極靴803或轉(zhuǎn)子磁體804的寬度的四分之一。
在圖8中，轉(zhuǎn)子801相對(duì)于定子802a和802b處于與圖7的轉(zhuǎn)子701和定子702的位置相似的位置。所以，轉(zhuǎn)子801處于這樣的位置每個(gè)極靴803和每個(gè)磁體804直接面向每個(gè)定子802a、802b的兩個(gè)極腿805a和805b。圖中示出了兩個(gè)磁通路徑808和809，可以看到，每個(gè)磁通路徑808和809包括兩個(gè)極腿、兩個(gè)極靴以及一個(gè)磁體。還可以看到，兩個(gè)極腿(其布置在作為磁通路徑808、809的一部分的兩個(gè)極腿之間)并非磁通路徑的一部分。
所以，在圖8中，對(duì)于定子802a的極腿805a和定子802b的極腿805b，面向一個(gè)極靴的總的極腿面積將相同，結(jié)果是定子802a與轉(zhuǎn)子801之間通過的總磁通將基本上與定子802b與轉(zhuǎn)子801之間通過的總磁通相同。因此，可以使用與結(jié)合圖5-7給出的討論相同的討論，并且旋轉(zhuǎn)圖8的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子801時(shí)，產(chǎn)生的軸向力的變化將非常小。
應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于本發(fā)明的電機(jī)，大多數(shù)情況下，定子可以包括相對(duì)較大數(shù)量的單獨(dú)的磁極鐵心或極腿(例如40個(gè)磁極鐵心)以及相應(yīng)數(shù)量的單獨(dú)的或不連續(xù)的線圈或繞組。
如此大量的不連續(xù)和電隔離的(galvanic separated)線圈給出了形成非常多數(shù)量的電壓和電流組合的機(jī)會(huì)。
幾個(gè)實(shí)例一個(gè)定子的所有線圈可以串聯(lián)布置以產(chǎn)生較高的電壓；一個(gè)定子的所有線圈可以并聯(lián)布置以獲得與一個(gè)線圈相同的電壓，但獲得更高的電流；并聯(lián)布置的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)線圈可以與并聯(lián)布置的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)線圈串聯(lián)布置，所有線圈均為同一定子的一部分。
雖然已參考特定實(shí)施例特別示出和說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以在其中作出形式和細(xì)節(jié)上的各種更改，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍，并且此類更改進(jìn)入下列權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，所述電機(jī)包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子固定到具有旋轉(zhuǎn)軸線的軸，所述轉(zhuǎn)子包括用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置以及數(shù)量設(shè)置成N的極靴，第一定子，在所述轉(zhuǎn)子與所述第一定子之間形成有空氣間隙，所述第一定子包括數(shù)量設(shè)置成M的單獨(dú)的磁極鐵心，所述磁極鐵心纏繞和圍繞有相應(yīng)的單獨(dú)的線圈或繞組，其中N和M大于1且M大于N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)子磁體或裝置被布置在所述極靴之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)子磁體或裝置與所述極靴交替。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中N是一個(gè)等數(shù)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中M等于A乘以N，其中A是大于1的整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電機(jī)，其中M等于2N。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的電機(jī)，其中M等于3N。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的電機(jī)，其中M等于4N。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中M等于N加2乘以C，M＝N+2C，其中C是大于或等于1的整數(shù)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，所述電機(jī)進(jìn)一步包括第二定子，在所述轉(zhuǎn)子與所述第二定子之間形成有空氣間隙，所述第二定子包括數(shù)量設(shè)置成P的單獨(dú)的磁極鐵心，所述磁極鐵心纏繞和圍繞有相應(yīng)的單獨(dú)的線圈或繞組，其中P大于1。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電機(jī)，其中P小于或等于N。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的電機(jī)，其中P大于N。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中P等于B乘以N，其中B是大于1的整數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電機(jī)，其中P等于2N。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的電機(jī)，其中P等于3N。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的電機(jī)，其中P等于4N。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的電機(jī)，其中P等于M。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的電機(jī)，其中P等于N加2乘以D，P＝N+2D，其中D是大于或等于1的整數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述第一和/或第二定子的一個(gè)或多個(gè)所述磁極鐵心的至少一部分被布置成與所述旋轉(zhuǎn)軸線成某一角度，所述角度等于或大于0度且小于90度。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中每個(gè)單獨(dú)的磁極鐵心都具有相應(yīng)的單獨(dú)的線圈或繞組。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-20中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子的布置使得所述轉(zhuǎn)子的至少一部分基本上與所述旋轉(zhuǎn)軸線垂直。
22.根據(jù)權(quán)利要求19-21中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述磁極鐵心與所述旋轉(zhuǎn)軸線之間的角度等于或小于45度。
23.根據(jù)權(quán)利要求19-22中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述磁極鐵心與所述旋轉(zhuǎn)軸線之間的角度等于或小于30度。
24.根據(jù)權(quán)利要求19-23中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中一個(gè)或多個(gè)所述磁極鐵心的至少一部分基本上與所述旋轉(zhuǎn)軸線平行。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的電機(jī)，其中所有所述磁極鐵心的至少一部分基本上與所述旋轉(zhuǎn)軸線平行。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25的電機(jī)，其中一個(gè)或多個(gè)繞組或線圈使它們的軸線基本上與所述旋轉(zhuǎn)軸線平行。
27.根據(jù)權(quán)利要求1-26中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述第一定子被布置成相對(duì)并面向所述轉(zhuǎn)子的第一側(cè)。
28.根據(jù)權(quán)利要求10-27中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述第二定子被布置成相對(duì)并面向所述轉(zhuǎn)子的第二側(cè)。
29.根據(jù)權(quán)利要求1-28中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中定子的所述磁極鐵心提供一個(gè)或多個(gè)磁通路徑的一個(gè)或多個(gè)部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求1-29中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中磁通路徑包括穿過兩個(gè)磁極鐵心的磁通路徑。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的電機(jī)，其中所述磁通路徑進(jìn)一步包括兩個(gè)空氣間隙。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或31的電機(jī)，其中磁通路徑包括兩個(gè)且僅包括兩個(gè)磁極鐵心。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的電機(jī)，其中所述磁通路徑進(jìn)一步包括兩個(gè)且僅包括兩個(gè)空氣間隙。
34.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子基本上為圓形。
35.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述第一和/或第二定子進(jìn)一步包括連接到所述磁極鐵心的導(dǎo)磁端板。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的電機(jī)，其中一個(gè)或多個(gè)所述端板布置成與所述轉(zhuǎn)子基本上平行和相對(duì)。
37.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置成對(duì)布置，使相似極性的磁極彼此相對(duì)。
38.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置在所述轉(zhuǎn)子中徑向且等距地放置。
39.根據(jù)權(quán)利要求27-31中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置放置在所述轉(zhuǎn)子的所述第一側(cè)，該第一側(cè)面對(duì)所述第一定子的所述磁極鐵心的端部。
40.根據(jù)權(quán)利要求28-39中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置放置在所述轉(zhuǎn)子的所述第二側(cè)，該第二側(cè)面對(duì)所述第二定子的所述磁極鐵心的端部。
41.根據(jù)權(quán)利要求1-38中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置放置在所述轉(zhuǎn)子的外圓周上。
42.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中磁極鐵心的寬度基本上等于兩個(gè)相繼磁極鐵心之間的距離。
43.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中極靴的寬度基本上等于所述第一和/或第二定子的兩個(gè)相繼磁極鐵心之間的距離的2倍。
44.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述電機(jī)是同步單相電機(jī)。
45.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述磁體是永磁體。
46.根據(jù)權(quán)利要求1-44中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的裝置是電磁鐵。
47.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中繞組或線圈由扁平集中線圈形成。
48.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述磁極鐵心由導(dǎo)磁材料裝配而成。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的電機(jī)，其中所述導(dǎo)磁材料是磁場定向的軟磁疊片。
50.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述電機(jī)是發(fā)電機(jī)，可以通過所述軸為所述發(fā)電機(jī)提供機(jī)械力/功率以便通過所述繞組產(chǎn)生電功率。
51.根據(jù)權(quán)利要求1-49中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述電機(jī)是電動(dòng)機(jī)，可以通過所述繞組從電源為所述電動(dòng)機(jī)提供電力以便通過所述軸產(chǎn)生機(jī)械力/功率。
52.根據(jù)權(quán)利要求50的電機(jī)，其中所述電機(jī)用在風(fēng)輪機(jī)中。
53.一種多相電機(jī)，其中多個(gè)相通過串聯(lián)地布置相應(yīng)數(shù)量的根據(jù)權(quán)利要求44-52中的任一權(quán)利要求的單相電機(jī)來得到。
54.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的電機(jī)，其中所述極腿或磁極鐵心由U形部件形成，所述部件被布置在所述定子中，使得一個(gè)極腿由兩個(gè)U形部件的兩個(gè)相鄰極腿來形成。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的電機(jī)，其中所述極腿或磁極鐵心由導(dǎo)磁材料制成，并且其中所述極腿被布置在由低磁導(dǎo)率材料制成的定子片上。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有軸向磁通的多極電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)或電機(jī)，其中所述電機(jī)的定子磁極鐵心的數(shù)量大于轉(zhuǎn)子極靴的數(shù)量。因此，提供了一種電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)或電機(jī)，其中所述電機(jī)包括固定到具有旋轉(zhuǎn)軸線的軸的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子包括用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置以及數(shù)量設(shè)置成N的極靴。所述電機(jī)進(jìn)一步包括第一定子，在所述轉(zhuǎn)子與所述第一定子之間形成有空氣間隙，其中所述第一定子包括數(shù)量設(shè)置成M的單獨(dú)磁極鐵心或極腿，所述磁極鐵心或極腿纏繞和圍繞有相應(yīng)的單獨(dú)線圈或繞組，其中N和M大于1且M大于N。N可以是一個(gè)等數(shù)，并且M可以等于2N，或者M(jìn)可以等于3N，或者M(jìn)可以等于4N。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電機(jī)可以進(jìn)一步包括第二定子，在所述轉(zhuǎn)子與所述第二定子之間形成有空氣間隙，其中所述第二定子包括數(shù)量設(shè)置成P的單獨(dú)磁極鐵心，所述磁極鐵心纏繞或圍繞有相應(yīng)的單獨(dú)線圈或繞組，其中P大于1。P可以大于N，并且P可以等于2N，或者P可以等于3N，或者P可以等于4N。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，P可以等于M。
文檔編號(hào)F03D9/00GK1682422SQ03821959
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者O·尼曼, K·D·拉森, U·達(dá)姆 申請(qǐng)人:尼格麥康控制系統(tǒng)股份有限公司