單極電動發(fā)電的制造方法
【專利摘要】一種電動發(fā)電機利用環(huán)繞定子的多部分轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括多個轉(zhuǎn)子部段。
【專利說明】單極電動發(fā)電機
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請要求于2011年12月7日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/568，126的權(quán)益，該項申請的全部內(nèi)容合并到本文中并用于所有目的，并且本申請還要求于2012年I月4日提交的美國實用新型專利申請?zhí)?3/343,603的權(quán)益，該項申請的全部內(nèi)容合并到本文中并用于所有目的。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種電機。具體地，公開了一種單極電動發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0004]自從1831年法拉第電動機公之于世，簡易型單極電動機已為人所知。在法拉第的發(fā)明中，懸掛在包括在電路中的條形磁體旁邊的承載電流的電線由于兩個磁場的相互作用而圍繞磁體旋轉(zhuǎn)。法拉第的電動機說明了 “洛倫茲力”(Lorentz forces), “洛倫茲力”與帶電粒子的運動方向和所施加的磁場的方向成直角。簡單運用洛倫茲力方程(將電流的方向、速度V與磁場的方向、磁感應(yīng)強度B “相交”)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。
[0005]單極電動機和單極電動發(fā)電機(“單極電機”)在實際中并未得到廣泛應(yīng)用，并且并未成為學(xué)術(shù)研究和工業(yè)研發(fā)普遍研究的課題。對單極電動機缺乏興趣的原因可能是因為單極電動機僅使用一半磁感應(yīng)強度從而導(dǎo)致單極電機的體積為相競爭的電機(比如同步磁阻電機)的兩倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]單極電動發(fā)電機包括環(huán)繞定子的多部分轉(zhuǎn)子。在一些實施方式中，單極電動發(fā)電機包括:芯部組件，所述芯部組件包括電動發(fā)電機定子；多個定子環(huán)，所述多個定子環(huán)設(shè)置成圍繞中心軸線；電樞線圈，所述電樞線圈與所述定子環(huán)的槽相互接合；一個或多個勵磁線圈，每個勵磁線圈環(huán)繞中心軸線；電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子，所述電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子環(huán)繞所述定子；所述電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子包括多個轉(zhuǎn)子部段，每個轉(zhuǎn)子部段用于使第一帶槽定子環(huán)與第二帶槽定子環(huán)之間的磁路完整，并且，每個轉(zhuǎn)子部段通過非磁性材料與其他轉(zhuǎn)子部段分離。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]參照附圖對本發(fā)明進行了描述。包括在本文中且形成說明書的一部分的這些附圖示出了本發(fā)明，并且這些附圖連同描述相結(jié)合進一步用于說明本發(fā)明的原理并且用于使相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┘笆褂帽景l(fā)明。
[0008]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的單極電機的框圖。
[0009]圖2示出了包括有圖1的電機的機電飛輪能量存儲系統(tǒng)的框圖。
[0010]圖3示出了圖2的機電飛輪能量存儲系統(tǒng)的一部分的示意圖。
[0011]圖4A-B示出了五級單極電機的轉(zhuǎn)子和定子。[0012]圖5A示出了用于圖4B的五級單極電機中的一個級的轉(zhuǎn)子部段的透視圖。
[0013]圖5B示出了圖4B的五級單極電機轉(zhuǎn)子的透視圖。
[0014]圖5C示出了圖4B的五級單極電機轉(zhuǎn)子的鄰接的轉(zhuǎn)子部段的側(cè)視圖。
[0015]圖示出了圖5C的轉(zhuǎn)子部段的俯視圖。
[0016]圖5E-F示出了用于圖5C的轉(zhuǎn)子部段的片層的側(cè)視圖和透視圖。
[0017]圖5G示出了鄰接的傾斜狀轉(zhuǎn)子部段的側(cè)視圖。
[0018]圖6示出了圖4A的定子扇形部。
[0019]圖7A示出了用于與五個電力變換器結(jié)合使用的五磁極單極電動發(fā)電機的示意性首1J視圖。
[0020]圖7B示出了構(gòu)造成用于與五磁極五級單極電動發(fā)電機一起使用的轉(zhuǎn)子部段的柵格。
[0021]圖7C示出了是如何將圖7B的柵格分成定子通路以便支持五個電力轉(zhuǎn)換器的。
[0022]圖7D示出了圖4A的帶槽定子周緣部分的一部分的平面圖。
[0023]圖7E示出了用于單個定子通路的電樞線圈是如何定位在圖4A的定子周緣上的。
[0024]圖7F示出了與圖7E中電樞線圈的電樞線圈相位相關(guān)聯(lián)的正弦波形。
[0025]圖7G示意性地示出了 3相位五通路單極電動發(fā)電機定子的電樞線圈。
[0026]圖7H示意性地示出了用于與單極電動發(fā)電機一起使用的電力電子和控制裝置。
【具體實施方式】
[0027]在隨后的數(shù)頁中提供的公開內(nèi)容描述了本發(fā)明的一些實施方式的示例。設(shè)計方案、附圖和描述都是本發(fā)明的一些實施方式的非限制性示例。例如，所公開的裝置的其它實施方式可以包括或者可以不包括本文中描述的特征。此外，所公開的優(yōu)點和益處僅可以應(yīng)用于本發(fā)明的某些實施方式并且不應(yīng)當(dāng)用于限制所公開的本發(fā)明。
[0028]如本文中所使用，術(shù)語“聯(lián)接”包括直接連接和間接連接。此外，在第一裝置和第二裝置聯(lián)接的情況下，包括能動裝置的中間裝置可以設(shè)置在其間。
[0029]圖1示出了第一單極電機的框圖100。第一單極電機101包括轉(zhuǎn)子102和芯部組件104。轉(zhuǎn)子包括多個磁性部分(比如示出為106的轉(zhuǎn)子部段)。另外，轉(zhuǎn)子包括間隙結(jié)構(gòu)108。芯部組件包括定子110和定子支撐件112。
[0030]圖2示出了機電飛輪能量存儲系統(tǒng)“EFESS”框圖200。能量存儲系統(tǒng)201包括單極電動發(fā)電機101、飛輪體204和輔助可選設(shè)備206。
[0031]單極電機部件包括轉(zhuǎn)子102和芯部組件104。如上所述，轉(zhuǎn)子部件包括轉(zhuǎn)子部段106和轉(zhuǎn)子間隙結(jié)構(gòu)108，芯部組件部件包括定子110和定子支撐件112。
[0032]盡管飛輪行業(yè)通常偏向用諸如同步磁阻技術(shù)之類的電動發(fā)電機技術(shù)，但 申請人:的公開內(nèi)容顯示，單極電機實施方式能夠提供優(yōu)于這一應(yīng)用中用到的常規(guī)電動發(fā)電機技術(shù)的一些改進。 申請人:還指出，機電飛輪能量存儲系統(tǒng)只是申請的單極電動發(fā)電機所適用的一種應(yīng)用。
[0033]圖3示出了包括有單極電動發(fā)電機的機電飛輪能量存儲系統(tǒng)的一部分的示意圖300。能量交換塊302包括旋轉(zhuǎn)組件310和芯部組件312。旋轉(zhuǎn)組件包括電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子314、環(huán)繞轉(zhuǎn)子且聯(lián)接至轉(zhuǎn)子的飛輪體316。在多種實施方式中，能量交換塊包括聯(lián)接至飛輪體的轂部318以及移動懸掛組件344。在一些實施方式中，在轉(zhuǎn)子與飛輪體之間設(shè)置有諸如套筒或柱狀件(例如非磁性套筒或柱狀件)的支撐件，所述支撐件特別用于限制轉(zhuǎn)子徑向膨脹、支持轉(zhuǎn)子和/或為轉(zhuǎn)子提供支撐。適合的套筒材料包括非磁性材料，所述非磁性材料例如為諸如非磁性金屬的合金(例如非磁性不銹鋼)以及非磁性超合金(非磁性鉻鎳鐵合金)。
[0034]轉(zhuǎn)子、飛輪體、轂部和移動懸掛組件圍繞軸線x-x同步旋轉(zhuǎn)，在多種實施方式中，轂部附接至轉(zhuǎn)子350和飛輪體352這兩種中的一者或兩者。芯部組件312包括定子320和定子支撐件322。在一些實施方式中，定子支撐件聯(lián)接至殼體壁部(比如與真空屏阻隔334相關(guān)聯(lián)的殼體壁部)。
[0035]電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子314環(huán)繞電動發(fā)電機定子320。在多種實施方式中，轉(zhuǎn)子314由多部分裝配而成，在一些實施方式中，轉(zhuǎn)子314包括磁性部分354和非磁性部分356。在一些實施方式中，非磁性部分為塊狀或者基體材料，或者所述非磁性部分包括塊狀或者基體材料，所述塊狀或者基體材料支撐磁性部分。在一種實施方式中，轉(zhuǎn)子磁性部分為層狀結(jié)構(gòu)。
[0036]在多種實施方式中，定子320包括磁性結(jié)構(gòu)，所述磁性結(jié)構(gòu)具有一個或多個互接線圈，這些互接線圈具有能夠承載可變電流并因此使磁性結(jié)構(gòu)的磁通量發(fā)生變化的導(dǎo)電繞組。在一些實施方式中，第一定子線圈364環(huán)繞大致垂直于X-X軸線的假想的y-y軸線。并且，在一些實施方式中，第二定子線圈368環(huán)繞x-x軸線。在一種實施方式中，多個第一定子線圈環(huán)繞各自的假想的y-y軸線，一個或多個第二定子線圈環(huán)繞x-x軸線，第一定子線圈為電樞線圈，第二定子線圈為勵磁線圈。
[0037]電動發(fā)電機360為具有示出的內(nèi)外布置(轉(zhuǎn)子環(huán)繞定子)的單極電機，其中，a)類似于電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子314的可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子包括無線圈的層狀磁性結(jié)構(gòu)；b)類似于定子320的固定的中心定子包括層狀磁性結(jié)構(gòu)，該磁性結(jié)構(gòu)具有用于在磁性結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生磁通量的線圈；以及c)轉(zhuǎn)子環(huán)繞定子。
[0038]圖4A和圖4B示出了用于五級(461-465)單極電機的轉(zhuǎn)子400A和定子400B，每級具有五個磁極。根據(jù)單個級中的磁極的數(shù)量，該電機被稱為“5磁極”電機。除非上下文另有闡述或說明，提到“磁極”就意味著全磁極或者磁極對(與通常所說的1/2磁極形成相比)。
[0039]所描述的五磁極五級電機是示例性的。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到的那樣，能夠選擇磁極的數(shù)量和級的數(shù)量以便適應(yīng)不同的規(guī)范和應(yīng)用。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠使用本文中的公開內(nèi)容來制造以及使用具有2個或更多個磁極并且具有I個或多個級的單極電機。
[0040]圖4B中示出了多部分轉(zhuǎn)子400B，其尤其具有多個轉(zhuǎn)子磁路部分420-423。每個部分具有兩個1/2磁極，其中，一個磁極被標(biāo)記為北極N，另一個被標(biāo)記為南極S。如下文進一步說明的那樣，在每個部分的1/2磁極之間延伸有側(cè)部鐵芯(side-1ixm)以便使磁路完整。將這些磁路部分稱為轉(zhuǎn)子部段。
[0041]如400B中所示，轉(zhuǎn)子部段420-423展示為大致柱狀的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)314被“展開”以便示出平面表面。所見的轉(zhuǎn)子部段布置產(chǎn)生了柵格狀結(jié)構(gòu)469，其中，在各部分之間具有間隔419。在多種實施方式中，這些間隔填充有非磁性材料，例如一種或多種樹脂固體材料(比如環(huán)氧基樹脂)、相關(guān)的復(fù)合材料(比如碳復(fù)合材料)、非金屬金屬、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的其他適合的填充材料，以及由這些材料中的任何材料制成的封阻結(jié)構(gòu)。
[0042]總共五十個轉(zhuǎn)子部段420-423組成柵格469，所述柵格469形成第一級至第五級461-465，每級具有5個北磁極和5個對應(yīng)的南磁極。應(yīng)當(dāng)指出的是，NN和SS表示全磁極，而N和S表不1/2磁極。
[0043]在示出的實施方式中，第一級461、第三級463和第五級465具有南磁極SS、SS、SS、SS、SS和北磁極N、NN、NN、NN、NN、N。第二級462和第四級464具有北磁極N、NN、NN、剛、剛』和南磁極55、55、55、55、55。第一級的北磁極與第二級的北磁極對齊，第二級的南磁極與第三級的南磁極對齊，第三級的北磁極與第四級的北磁極對齊，第四級的南磁極與第五級的南磁極對齊。
[0044]461-465中每級包括十個轉(zhuǎn)子部段。如400B所示，在第一級461、第三級463和第五級465中所使用的轉(zhuǎn) 子部段從左至右為420、422、420、422、420、422、420、422、420、422，在第二級462和第四級464中所使用的轉(zhuǎn)子部段從左至右為423、421、423、421、423、421、423、421、423、421。
[0045]示出的還有與轉(zhuǎn)子400B —起使用的定子400A的剖視圖。如所見的那樣，定子具有以x-x軸線為中心的大直徑周緣440、442、444、446、448、450和小直徑周緣441、443、445、447、449。第一大直徑中間周緣至第五大直徑中間周緣442、444、446、448設(shè)置在大直徑外周緣440、450之間。一個小直徑周緣441、443、445、447、449設(shè)置在每對大直徑周緣之間，從而使這些周緣以440-450的次序疊置。這些周緣由聯(lián)接的定子支撐件432支撐，所述定子支撐件432通過諸如容納壁部430之類的結(jié)構(gòu)而被支撐。
[0046]多個電樞繞組(例如471、472)通過槽或者類似特征與多個大直徑周緣外周474內(nèi)接。勵磁繞組431、433、435、437、439環(huán)繞定子旋轉(zhuǎn)軸線x-x。在多種實施方式中，每個勵磁繞組環(huán)繞各自相應(yīng)的小直徑周緣的外周，從而每個勵磁繞組位于各自相應(yīng)的大直徑周緣之間。
[0047]如能夠看到的那樣，轉(zhuǎn)子400B的柵格結(jié)構(gòu)設(shè)置成使得定子的第一周緣440與第一級461的南磁極相對應(yīng)；定子的第三周緣442與第一級461和第二級462的北磁極相對應(yīng)；定子的第五周緣444與第二級462和第三級463的南磁極相對應(yīng)；定子的第七周緣446與第三級463和第四級464的北磁極相對應(yīng)；定子的第九周緣448與第四級464和第五級465的南磁極相對應(yīng)；并且，定子的第i 周緣450與第五級465的北磁極相對應(yīng)。
[0048]圖5A示出了用于五磁極單極電機中的一級的轉(zhuǎn)子部段500A的透視圖。如所見的那樣，轉(zhuǎn)子部段(比如5級電機的第一級中的那些轉(zhuǎn)子部段420、422)環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸線x-x。
[0049]圖5B示出了五級單極電機轉(zhuǎn)子的透視圖500B。如示出的那樣，四個轉(zhuǎn)子部段420-423用來組裝五十個轉(zhuǎn)子部段的環(huán)形柵格554。間隙結(jié)構(gòu)552填充轉(zhuǎn)子部段之間的空隙(如所示)。在一些實施方式中，間隙結(jié)構(gòu)延伸至至少部分覆蓋轉(zhuǎn)子部段的內(nèi)表面556和/或外表面558 (未示出)。并且，在一些實施方式中，間隙結(jié)構(gòu)軸向x-x延伸超出轉(zhuǎn)子部段557,559ο
[0050]圖5C示出了相鄰的轉(zhuǎn)子部段的側(cè)視圖500C，圖示出了同一轉(zhuǎn)子部段的俯視圖500D。在多種實施方式中，轉(zhuǎn)子部段420-423為層狀結(jié)構(gòu)(見圖5C的片層581)，在多種實施方式中，轉(zhuǎn)子部段并非為層狀結(jié)構(gòu)。
[0051]如圖5C-D所示，第一轉(zhuǎn)子部段420和第二轉(zhuǎn)子部段422包括各自相應(yīng)的北磁極560,574和南1/2磁極564、570。第一側(cè)部鐵芯562將第一轉(zhuǎn)子部段的北磁極和南1/2磁極相互連接，第二側(cè)部鐵芯572將第二轉(zhuǎn)子部段的北磁極和南1/2磁極相互連接。
[0052]在一些實施方式中，在側(cè)部鐵芯中行進的磁通的衰減與在磁極中行進的磁通的衰減一致或者大體上一致。在一種實施方式中，磁極和側(cè)部鐵芯的沿著轉(zhuǎn)子部段磁通通路的截面面積相等或大致相等。例如，由于轉(zhuǎn)子部段的厚度“t”恒定不變，將側(cè)部鐵芯的尺寸SI設(shè)定成與磁極的尺寸S2相等就限定了兩個相等的截面面積(Slxt)和(S2xt)，第一個截面面積與側(cè)部鐵芯中的磁通的方向大致垂直，第二個截面面積與磁極中的磁通的方向大致垂直。
[0053]圖5E-F示出了片層(也被認為被示出典型片層作為圖5C的一個可選項)側(cè)視圖500E和片層透視圖500F。如示出的那樣，片層具有上折突起部582和下折突起部584，中間部分583使這兩個突起部互連。參照圖5C，上折突起部與南磁極570的一部分對應(yīng)，下折突起部與北磁極574的一部分對應(yīng)，中間部分與側(cè)部鐵芯572的部分對應(yīng)。
[0054]在一種實施方式中，片層被切割或者與片料分離，從而所分離出來的部分最初為平面586、583、585。將第一延伸部586向上彎曲形成上折突起部582，將第二延伸部584向下彎曲形成下折突起部584。彎曲直至所分離出來的部分的輪廓與柱狀形狀(比如由轉(zhuǎn)子限定的柱狀環(huán))配合，中間部分能夠被彎曲成橫跨角度“α ”且具有半徑“rl”以便適應(yīng)電機設(shè)計(包括磁極的數(shù)量)。
[0055]在使用沖裁模、割炬、激光切割機、切割碎機和類似設(shè)備中的任何設(shè)備的多種實施方式中，將轉(zhuǎn)子部段與片料分離以便產(chǎn)生平面部分，所述平面部分具有彎曲的中間部分，并且使中間部分的兩側(cè)的延伸部在相反方向上彎曲以便形成未最終完成的轉(zhuǎn)子部段。接下來用比如清漆或者其它使用真空浸潰或者另外適合方法的適合的絕緣材料來進行堆疊和層壓。在層壓之后，將轉(zhuǎn)子部段的未最終完成的端部截成一定長度。
[0056]圖5G示出了相鄰的傾斜狀轉(zhuǎn)子部段的側(cè)視圖500G。各個轉(zhuǎn)子部段591、592的北1/2磁極597、598和南1/2磁極593、594由相應(yīng)的側(cè)部鐵芯595、596互連，所述側(cè)部鐵芯595、596具有相對于與中心線垂直的軸線yl-yl以角度β傾斜的側(cè)部。在一些實施方式中，角度β在10度至30度的范圍內(nèi)，在一些實施方式中，角度β在19.9+/-5度的范圍內(nèi)。具有傾斜側(cè)部鐵芯的轉(zhuǎn)子部段的多種實施方式是層狀結(jié)構(gòu)的，層狀結(jié)構(gòu)用類似于圖5E和圖5F中示出的那些片層制成。與沒有傾斜狀側(cè)部鐵芯的轉(zhuǎn)子部段(圖5C)相比較，具有傾斜側(cè)部鐵芯的轉(zhuǎn)子部段尤其對于減少電樞磁通量(與勵磁磁通量區(qū)分)傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子部段而言極為有用，因為傾斜側(cè)部鐵芯不再與定子齒部對齊(如下所見)。
[0057]圖6示出了定子扇形部600。定子扇形部與圖4A的定子的一個實施方式的定子扇形部分對應(yīng)。特別地，定子扇形部分示出了一個級661 (還參見461)的扇形部分和級662的一部分(還參見462)的扇形部分。三個周緣包括外周大直徑周緣640 (還參見440)、中間大直徑周緣(或者如示出的兩個相鄰的周緣)642(還參見442)以及介于其間的小直徑周緣641 (還參見441)。在多種實施方式中，小直徑周緣為連續(xù)電樞背鐵柱狀件614的一部分，在多種實施方式中，這些周緣作為一體式部件固定至背鐵柱狀件和/或通過例如冷縮配合、機械固定件、焊接/焊件及類似方式固定。
[0058]外周大直徑周緣640具有厚度為t2的單個平板620。中間大直徑周緣642具有兩個平板622、624。這些平板中的每一個都具有從平板外周612延伸出的徑向槽474，這些徑向槽設(shè)計成容置電樞繞組471、472，在一些實施方式中，這些徑向槽設(shè)計成容置電樞繞組頂端上的導(dǎo)熱管(未示出)。從槽616的基部延伸至平板外周的定子齒部610將每對相鄰的槽分隔開。
[0059]如結(jié)合圖3所說明的那樣，定子具有電樞線圈和勵磁線圈。電樞線圈364、471、472與上述定子的大周緣互相接合，勵磁線圈環(huán)繞定子的小周緣。在多種實施方式中，勵磁線圈由直流電源供電并且在電動發(fā)電機運行期間使轉(zhuǎn)子部段磁化。以類似的方式，電樞線圈在電動機運行期間使定子齒部磁化，轉(zhuǎn)子磁力和定子磁力的相互作用產(chǎn)生用于電動機運行模式的轉(zhuǎn)矩(消耗電力)和用于發(fā)電機運行模式的轉(zhuǎn)矩(產(chǎn)生電力)。
[0060]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認識到，能夠以許多不同方式來布置電動發(fā)電機電樞線圈。例如，可以將電樞線圈布置成用于單相運行或者三相運行。另外，可以選擇槽間距以便提供特別的裝置特性，比如以便減少由于電樞繞組損耗而造成的轉(zhuǎn)子發(fā)熱。Nakamura申請的美國專利4，462，859和Kawamura等人申請的美國專利5，231，324的公開的全部內(nèi)容合并到本文中并用于所有目的，其中特別包括他們關(guān)于電樞繞組、電樞繞組設(shè)計方案和電樞繞組布置方式的公開內(nèi)容。
[0061]在一種實施方式中，定子312的電樞繞組364布置成適應(yīng)于與多個電力轉(zhuǎn)換器協(xié)同使用的單極電動發(fā)電機設(shè)計方案，從而實現(xiàn)多個電力通路。例如，在五磁極電機中，一個電力轉(zhuǎn)換器與五個磁極中的每一個相關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)五個電力通路。與單個電力轉(zhuǎn)換器設(shè)計方案相比較，這些布置的優(yōu)點包括:多個電力轉(zhuǎn)換器中所使用的電力半導(dǎo)體(比如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT))的較低的額定功率和相關(guān)聯(lián)的較低的額定電流。應(yīng)當(dāng)指出的是，在合理的情況下可以根據(jù)需要來改變電力通路的數(shù)量。例如，用于選擇電力通路的一個標(biāo)準(zhǔn)是施加于半導(dǎo)體額定電流的限制，從而結(jié)果是電力通路的數(shù)量與半導(dǎo)體額定電流之間的關(guān)系為大致反比關(guān)系。
[0062]圖7A示出了與五個電力轉(zhuǎn)換器協(xié)同使用的五磁極單極電動發(fā)電機的定子的示意剖視圖700A。如能夠看到的，定子截面被分成五個徑向界限部分G1-G5，每個徑向界限部分掃過72°弧度。每個徑向界限部分被稱為定子通路，從而每個電力通路包括定子通路和電聯(lián)接的轉(zhuǎn)換器通路。
[0063]圖7B示出了轉(zhuǎn)子部段的構(gòu)造成用于與5磁極5級單極電動發(fā)電機一起使用的柵格700B。相應(yīng)的圖7C示出了是如何將所述柵格分成定子通路G1-G5以便支持五個電力通路的700C。例如，第一定子通路Gl提供正弦電力輸出740，其中，正弦波的第一半部742與組Gll中的五個轉(zhuǎn)子部段相對應(yīng)，正弦波的第二半部744與組G12中的五個轉(zhuǎn)子部段相對應(yīng)。
[0064]在多種實施方式中，是基于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和磁極對的數(shù)量來計算這些多磁極電機的運行頻率的。例如，使用圖7B的定子?xùn)鸥竦碾姍C具有五個磁極對。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30000轉(zhuǎn)/分鐘(RPM)，那么頻率等于磁極對數(shù)(5)乘以基本頻率(30000轉(zhuǎn)/60秒)或者2500Hz。
[0065]圖7D示出了帶槽定子周緣部分的一部分的平面圖700D。如示出的那樣，帶槽定子周緣部分751掃過72°弧度，這與具有五個電力通路的五磁極單極電機中所使用的具有五個定子通路的定子一致。定子周緣外周中有十二個定子槽752，標(biāo)號為1-12。每個槽用于容置位于電樞線圈的端部線匝之間的電樞線圈部分。應(yīng)當(dāng)指出的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會認識到，能夠改變定子槽的數(shù)量以便適應(yīng)不同的電樞線圈設(shè)計方案和布置方式。在示出的實施方式中，槽1-12分別容置用于三相A+(+l)、B-(-0.5)、B-(-0.5)、C+(+0.5)、C+ (+0.5)、A- (-1)、A- (-1)、B+ (+0.5)、B+ (+0.5)、C- (-0.5)、C- (-0.5)、A+ (+1)的各自相應(yīng)的繞組。
[0066]圖7E示出了用于單個定子通路的電樞線圈是如何被定位在定子周緣上的700E。盡管電樞線圈可以依次被纏繞在定子上，或者作為完整的線圈固定至定子，或者通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的另外的方法與定子相互接合，或者通過這些方法的一些組合來布置，但本文中提到電樞線圈和電樞線圈繞組而不考慮所使用的電樞構(gòu)造方法。
[0067]如所見的那樣，示出了反映三個電相位A、B、C的三個電樞線圈繞組。第一電樞線圈繞組AL/A+與槽I接合，然后與槽6A-接合，然后與槽12A+接合，然后與槽7AN/A-接合。第二電樞線圈繞組BL/B+與槽9接合，然后與槽2B-接合，然后與槽8B+接合，然后與槽3BN/B-接合。第三電樞線圈繞組CL/C+與槽5接合，然后與槽IOC-接合，然后與槽4C+接合，然后與槽IlC-接合。在多種實施方式中，每個電樞線圈繞組的一端AL、BL、CL用于聯(lián)接至電力轉(zhuǎn)換器，而電樞線圈繞組的另一端AN、BN、CN相互連接。圖7F示出了與圖7E的電樞線圈相位相關(guān)聯(lián)的正弦波形700F。
[0068]圖7G示意性地示出了三相位五通路單極電動發(fā)電機定子的電樞線圈700G。在電連接點J1-J5處，電樞線圈的各自的第一端A1-A5、B1-B5和C1-C5互相電連接。這些電樞線圈的另一端被分組為 Al、B1、Cl ;A2、B2、C2 ;A3、B3、C3 ;A4、B4、C4 和 A5、B5、C5，以便與五個電力轉(zhuǎn)換器相互連接，。
[0069]圖7H示意性地示出了電力電子和控制裝置700H。該圖示出了兩個或更多個定子電力通路的連接。如示出的那樣，電樞線圈連接部A1/B1/C1、A2/B2/C2制成在電力連接塊782,784處，通過電力連接塊782、784電力在各自相應(yīng)的相位連接部A/B/C處與轉(zhuǎn)換器772進行交換。中間過濾包括串聯(lián)電感組L11/L12/L13、L21/L22/L23并且橫跨相位電容器C12/C13/C14、C22/C23/C24 兩端。
[0070]AC-DC轉(zhuǎn)換器772和774通過各個正連接線771、775和負連接線773、779與DC母線781交換電力。與母線和轉(zhuǎn)換器配合的保護裝置和控制裝置包括預(yù)充電電路和保險絲。在一種實施方式中，借助開關(guān)Sll、S21和相關(guān)的開關(guān)自動裝置來實現(xiàn)這些功能，所述相關(guān)的開關(guān)自動裝置包括每個開關(guān)兩端之間的串聯(lián)電阻R11、R21和二極管D11、D21以及用于根據(jù)主控制器指令和所檢測到的轉(zhuǎn)換器DC電壓來使開關(guān)運行的開關(guān)自動單元762、764。由各個正母線連接線771、775中的保險絲F11、F21來提供保險功能。電容器Cll和C21在轉(zhuǎn)換器DC端子之間。
[0071 ] 主控制器770與轉(zhuǎn)換器ABC中的每一個以及開關(guān)自動單元PPC中的每一個相互連接。對母線電壓V進行監(jiān)測，主控制器為開關(guān)自動單元762、764和轉(zhuǎn)換器772、774提供控制信號以便特別保持指定的母線電壓。
[0072]盡管上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施方式，但應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實施方式僅是通過示例來描述且為非限制性的。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下能夠在形式和細節(jié)上進行改變。這樣，本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)當(dāng)被上述示例性實施方式限制，而是僅應(yīng)當(dāng)根據(jù)下述權(quán)利要求及其等同物的限定。
【權(quán)利要求】
1.一種單極電動發(fā)電機,包括: 芯部組件，所述芯部組件包括電動發(fā)電機定子； 多個定子環(huán)，所述多個定子環(huán)布置成圍繞一中心軸線； 電樞線圈，所述電樞線圈與所述定子環(huán)的槽相互接合； 一個或多個勵磁線圈，每個所述勵磁線圈環(huán)繞所述中心軸線； 電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子，所述電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子環(huán)繞所述定子； 所述電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子包括多個轉(zhuǎn)子部段； 每個所述轉(zhuǎn)子部段用于建立第一帶槽定子環(huán)與第二帶槽定子環(huán)之間的磁路；并且， 每個所述轉(zhuǎn)子部段都通過非磁性材料與其它轉(zhuǎn)子部段間隔開。
2.—種單極電動發(fā)電機,包括: 柱狀轉(zhuǎn)子，所述柱狀轉(zhuǎn)子環(huán)繞電動發(fā)電機定子； 所述定子包括勵磁線圈和電樞線圈； 所述轉(zhuǎn)子包括多個轉(zhuǎn)子部段；并且， 每個轉(zhuǎn)子部段具有側(cè)部鐵芯，所述側(cè)部鐵芯使磁體的二分之一北磁極和磁體的二分之一南磁極相互連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單極電動發(fā)電機，其中，所述轉(zhuǎn)子部段的二分之一磁極從所述鐵芯的相對的兩側(cè)延伸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單極電動發(fā)電機，進一步包括轉(zhuǎn)子部段片層，所述轉(zhuǎn)子部段片層被疊置以便形成所述轉(zhuǎn)子部段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單極電動發(fā)電機，其中，每個轉(zhuǎn)子部段片層包括位于非彎曲突起部之間的彎曲居中部分，所述彎曲居中部分與所述電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子的輪廓相貼合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單極電動發(fā)電機，其中，所述轉(zhuǎn)子部段片層是從片料上被切下的，并且所述非彎曲突起部沿相反的方向彎曲以便形成片層。
7.—種單極電動發(fā)電機,包括: 柱狀多部分轉(zhuǎn)子，所述柱狀多部分轉(zhuǎn)子環(huán)繞具有“η個”磁極的定子； 所述定子具有中心軸線和環(huán)繞所述中心軸線的定子勵磁繞組； 所述定子的η個磁極限定η個定子通路；以及， 與每個所述定子通路相關(guān)聯(lián)的電樞線圈組，每組電樞線圈被構(gòu)造成與η通路電源中的相應(yīng)的AC-DC電力轉(zhuǎn)換器雙向地交換電力。
【文檔編號】H02K1/28GK103975507SQ201280060015
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月7日
【發(fā)明者】克勞德·邁克爾·卡利夫, 赫爾斯·F·霍夫曼 申請人:羅特能源控股公司