專利名稱：具有環(huán)形繞組的同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過永久磁鐵激勵(lì)或電動(dòng)激勵(lì)的電機(jī)，其可用作電動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)。該電機(jī)可用直流或交流操作。
電機(jī)通常具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子，該轉(zhuǎn)子具有至少一塊永久磁鐵或一個(gè)電動(dòng)激勵(lì)的極對(duì)，其中繞組繞在極靴上或插入疊片的槽中。如果在轉(zhuǎn)子中設(shè)有多塊永久磁鐵，那么它們就具有與極數(shù)相應(yīng)的交變磁性的取向。
十年來這類電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)并未改變。根據(jù)不管它們是作為發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)操作的情況，電機(jī)的效率或轉(zhuǎn)矩有限且功率質(zhì)量比有限。
本發(fā)明的目的在于提供一種開篇所述類型的電機(jī)，其與常規(guī)的電機(jī)相比提高了效率或轉(zhuǎn)矩，且明顯地提高了功率質(zhì)量比。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是由權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明適當(dāng)?shù)膶?shí)施形式是從屬權(quán)利要求的主題。
對(duì)此，定子和/或轉(zhuǎn)子包括一個(gè)由導(dǎo)磁材料制成的環(huán)形磁心，該環(huán)形磁心具有在充當(dāng)磁極的多個(gè)區(qū)段之間均勻分布的槽或沿徑向曲折形地凸出或凹進(jìn)的區(qū)域，其中繞組段繞成至少一個(gè)繞組，該繞組具有位于定子或轉(zhuǎn)子圓周方向上的繞組軸。
產(chǎn)生勵(lì)磁場的反向極化的永久磁鐵或電動(dòng)激勵(lì)的磁極之間的間距基本上與定子或轉(zhuǎn)子中的極間間隙的大小對(duì)應(yīng)。
優(yōu)選的是，定子繞組或轉(zhuǎn)子繞組是一個(gè)復(fù)式繞組，其單個(gè)繞組可通過單獨(dú)的輸出端操作或并聯(lián)，其中尤其合適的變型包括偶數(shù)個(gè)繞組。繞組包括在定子或轉(zhuǎn)子的圓周上交替跟隨的相互串聯(lián)的繞組段，這樣就將反向極化的繞組段分布在定子或轉(zhuǎn)子圓周上。
特別優(yōu)選的是，在定子繞組為復(fù)式繞組時(shí)，復(fù)式繞組包括兩個(gè)分別與負(fù)載連接作用的繞組，該繞組具有在定子的圓周上交替跟隨的相互串聯(lián)的繞組段。
在這樣的情況下，即使轉(zhuǎn)子被設(shè)計(jì)成鼓形或盤形，也不會(huì)發(fā)生滾動(dòng)。
例如，定子繞組的槽可從定子的內(nèi)圓周引出，或在轉(zhuǎn)子為盤形時(shí)從定子的內(nèi)側(cè)引出。這些槽也可從內(nèi)部和外部引出，且在定子磁極間形成繞組段的橋接件，但相對(duì)于磁極區(qū)域僅具有小的磁性橫截面。最好使該磁性橫截面保持相同，其中定子環(huán)從一開始就具有曲折形的結(jié)構(gòu)。
在這一方面，“曲折形地凸出”意指，定子繞組構(gòu)成槽的區(qū)域在具有鼓形轉(zhuǎn)子的電機(jī)中沿徑向以及在具有盤形轉(zhuǎn)子的電機(jī)中沿軸向從空隙后移。
“曲折形地凹進(jìn)”涉及的是轉(zhuǎn)子，其中該區(qū)域以反向的方式沿朝著轉(zhuǎn)子中點(diǎn)的方向后移。
定子和轉(zhuǎn)子在繞好線時(shí)或由一種合適的導(dǎo)磁材料如軟鐵或鐵氧體組成，或如通常公知的那樣疊置。
該電機(jī)可用作發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。
如果在永久磁鐵激勵(lì)的電機(jī)中在轉(zhuǎn)子中給每個(gè)磁極設(shè)置多塊永久磁鐵或例如設(shè)置馬蹄形永久磁鐵，那么就可這樣布置磁鐵，即，提供與定子磁極相應(yīng)的極性例如為N-N、S-S等。永久磁鐵也可占據(jù)整個(gè)極寬；極性為N-S、N-S等。
可變功率的一種有利布置方式在于，幾個(gè)如此構(gòu)造的電機(jī)通過一根主動(dòng)軸或從動(dòng)軸共同操作，這樣必要時(shí)僅接通單個(gè)定子的繞組。也可進(jìn)行機(jī)械分離，其中單個(gè)或所有的定子被裝在圓周上或穿通(durchgreifend)定子地裝在導(dǎo)軌上，這樣就可將定子從其轉(zhuǎn)子上拆下來。
下面通過一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。在附圖中

圖1示出了本發(fā)明電機(jī)的橫截面圖；圖2示出了具有特定疊片的電機(jī)的變型；圖3示出了具有盤形轉(zhuǎn)子的電機(jī)的定子上的平面圖；圖4示出了定子和轉(zhuǎn)子中具有特定疊片的第二變型。
圖1示意性地示出了本發(fā)明發(fā)電機(jī)的橫截面圖。定子由一個(gè)如通常所疊置那樣的定子環(huán)1組成。在定子環(huán)1的圓周上均勻隔開地設(shè)有槽2，在該槽2中繞有兩個(gè)繞組的繞組段3。繞組段3是這樣連接的，即，每個(gè)繞組的各繞組段3在定子環(huán)1的圓周上交替，且每三個(gè)繞組段串聯(lián)成一個(gè)繞組。槽2之間具有各磁性定子磁極4。兩個(gè)繞組也可反并聯(lián)連接，也就是說，第一繞組的繞組始端與第二繞組的繞組末端連接且反向。
轉(zhuǎn)子是永久磁場的載體，這在圖1中通過馬蹄形磁鐵5示意性地示出。馬蹄形磁鐵5具有繞在轉(zhuǎn)子圓周上的可變的磁場方向，也就是在NS之后接著出現(xiàn)SN等等。在永久磁鐵之間轉(zhuǎn)子磁極6產(chǎn)生交替著的磁場方向。馬蹄形磁鐵5的極隙是這樣形成的，即，在定子和轉(zhuǎn)子中，相同長度的磁極相對(duì)設(shè)置。馬蹄形磁鐵5可這樣構(gòu)造或成形，即，S-S和N-N極間的間距為零，結(jié)果就形成N-S等的布置方式。但前提條件是，磁極的間距與繞組段3的極隙或長度相應(yīng)。也可采用滿足該條件的其它磁鐵型式。
繞組相互間的作用會(huì)造成定子繞組在其中短路。在常規(guī)的發(fā)電機(jī)中，短路時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)作用。相比之下，在本發(fā)電機(jī)的情況下，正如在簡單標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器上測試表明的那樣，根本沒有出現(xiàn)制動(dòng)作用。相反，所需的傳動(dòng)功率降到了空轉(zhuǎn)功率以下。
此外，證實(shí)了以下作用如果兩個(gè)電路同時(shí)但分開地通過自身的負(fù)載操作，如圖1所示，不僅雙向電流流動(dòng)，正如所料的那樣，而且在每個(gè)電路中流動(dòng)多倍的值。此外，通過在繞組中的相互感應(yīng)使得感應(yīng)電壓升高。
有關(guān)效率的進(jìn)一步有利的作用是，在主動(dòng)軸上布置多個(gè)發(fā)電機(jī)，第一發(fā)電機(jī)的各個(gè)繞組分別與第二發(fā)電機(jī)的各個(gè)繞組串聯(lián)。
圖2示出了具有定子環(huán)1的一個(gè)變型，其橫截面在整個(gè)圓周上幾乎一樣大，定子磁極4在內(nèi)徑固定一致的情況下變細(xì)，這樣定子環(huán)1要繞線的部分就形成曲折形地向外凸出的區(qū)域7。除了固定的磁性有效的橫截面外，還節(jié)約了定子材料，由此進(jìn)一步提高了功率質(zhì)量比。當(dāng)然也可設(shè)想這樣的技術(shù)方案，即，定子磁極4區(qū)域中定子環(huán)1的厚度介于在此僅示范性示出的兩種變型之間。
圖3示出了具有盤形轉(zhuǎn)子的電機(jī)中的本發(fā)明的定子。采用與圖2中的相似的布置方式，曲折形的區(qū)域8在軸向上向外凸出形成。
圖4中示出了一種變型，其中定子和轉(zhuǎn)子采用本發(fā)明的方式形成為繞線環(huán)。定子與圖2中的變型相對(duì)應(yīng)，定子繞組與圖1中的示例相對(duì)應(yīng)。同樣地，轉(zhuǎn)子由一個(gè)具有磁極10的轉(zhuǎn)子環(huán)8組成，該磁極10通過繞組段12激勵(lì)。繞組段12位于轉(zhuǎn)子環(huán)8的槽9中，該槽由徑向凹進(jìn)區(qū)域11形成。
附圖標(biāo)記一覽表1 定子環(huán)2 槽3 繞組段4 磁極(定子的)5 馬蹄形磁鐵6 轉(zhuǎn)子磁極7 (凸出的)區(qū)域，曲折形區(qū)域8 轉(zhuǎn)子環(huán)9 槽10 磁極(轉(zhuǎn)子的)11 凹進(jìn)區(qū)域12 繞組段
權(quán)利要求
1.一種通過永久磁鐵激勵(lì)或電動(dòng)激勵(lì)的電機(jī)，其特征在于，定子和/或轉(zhuǎn)子包括一個(gè)由導(dǎo)磁材料制成的環(huán)形磁心(1)，該環(huán)形磁心具有在充當(dāng)磁極(4)的多個(gè)區(qū)段之間均勻分布的槽(2)或沿徑向曲折形地凸出或凹進(jìn)的區(qū)域(7)，其中繞組段(3)繞成至少一個(gè)繞組，該繞組具有位于定子或轉(zhuǎn)子圓周方向上的繞組軸，且產(chǎn)生勵(lì)磁場的反向極化的永久磁鐵(5)或電動(dòng)激勵(lì)的磁極之間的間距基本上與定子或轉(zhuǎn)子中相對(duì)設(shè)置的極隙的大小對(duì)應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于，該繞組是一個(gè)復(fù)式繞組。
3.如權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其特征在于，該復(fù)式繞組由偶數(shù)個(gè)繞組組成，該繞組具有在定子和/或轉(zhuǎn)子的圓周上交替跟隨的相互串聯(lián)的繞組段(3)。
4.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)，其特征在于，該繞組反并聯(lián)地連接。
5.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)，其特征在于，該繞組分別與負(fù)載連接。
6.如權(quán)利要求3-5之一所述的電機(jī)，其特征在于，該復(fù)式繞組由分別與負(fù)載連接的繞組組成，該繞組具有在定子和/或轉(zhuǎn)子的圓周上交替跟隨的相互串聯(lián)的繞組段。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的電機(jī)，其特征在于，該具有鼓形轉(zhuǎn)子的電機(jī)中的槽(2)從定子的內(nèi)圓周和/或轉(zhuǎn)子的外圓周引出。
8.如權(quán)利要求1-6之一所述的電機(jī)，其特征在于，該具有鼓形轉(zhuǎn)子的槽(2)從定子和/或轉(zhuǎn)子的內(nèi)外圓周引出。
9.如權(quán)利要求1-6之一所述的電機(jī)，其特征在于，該具有盤形轉(zhuǎn)子的電機(jī)中的槽(2)從定子和/或轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)引出。
10.如權(quán)利要求1-6之一所述的電機(jī)，其特征在于，該具有盤形轉(zhuǎn)子的電機(jī)中的槽(2)從定子和/或轉(zhuǎn)子的內(nèi)外側(cè)引出。
11.如上述權(quán)利要求之一所述的電機(jī)，其特征在于，該定子和/或轉(zhuǎn)子由軟鐵組成。
12.如權(quán)利要求1-10之一所述的電機(jī)，其特征在于，該定子和或轉(zhuǎn)子由鐵氧體組成。
13.如權(quán)利要求1-10之一所述的電機(jī)，其特征在于，該定子和/或轉(zhuǎn)子被疊置。
14.如上述權(quán)利要求之一所述的電機(jī)，其特征在于，該轉(zhuǎn)子中永久磁鐵(5)的磁極性被N-N和S-S極地交替。
15.如權(quán)利要求1-13之一所述的電機(jī)，其特征在于，該轉(zhuǎn)子中永久磁鐵(5)的磁極性被N-S極地交替。
16.如上述權(quán)利要求之一所述的電機(jī)，其特征在于，在一主動(dòng)軸或從動(dòng)軸上相互排列成其多種形式。
17.如權(quán)利要求16所述的電機(jī)，其特征在于，該電機(jī)的定子被可從其轉(zhuǎn)子拆卸地呈軌道式地安裝。
全文摘要
十年來基于極靴的具有繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)并未改變。根據(jù)它們是否作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)操作的情況，電機(jī)的效率或轉(zhuǎn)矩有限且功率質(zhì)量比有限。本發(fā)明提供了這樣一種設(shè)計(jì)方案，即，定子和/或轉(zhuǎn)子包括一個(gè)由導(dǎo)磁材料制成的環(huán)形磁心(1)，其具有在充當(dāng)磁極(4)的區(qū)段之間均勻分布的凹槽(2)或沿徑向曲折形地凸出或凹進(jìn)的區(qū)域(7)。至少一個(gè)繞組的繞組段(3)繞在所述凹槽或區(qū)域中，繞組具有位于定子或轉(zhuǎn)子圓周方向上的繞組軸。產(chǎn)生勵(lì)磁場的反向極化的永久磁鐵(5)或電動(dòng)激勵(lì)的磁極之間的間距基本上與定子或轉(zhuǎn)子中極隙的大小對(duì)應(yīng)。該電機(jī)顯著地提高了功率質(zhì)量比。
文檔編號(hào)H02K1/14GK1582523SQ02811756
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2002年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月30日
發(fā)明者利奧波德·魏森施泰納 申請(qǐng)人:烏特·施瓦里克－拉多貝爾斯基