專利名稱：具有軸向磁通的多極電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)，尤其涉及同步電機(jī)。所述電機(jī)可以作為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)工作，如下所述，并在下文中只被叫做發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)可以被用于許多不同的領(lǐng)域。當(dāng)發(fā)電機(jī)被用于風(fēng)輪機(jī)時，相對于風(fēng)輪機(jī)的尺寸的一個比較重要經(jīng)濟(jì)參數(shù)是殼體的尺寸。因此，能夠減少風(fēng)輪機(jī)的直徑是重要的。為了使殼體最小，必須使連接機(jī)翼和發(fā)電機(jī)的變速箱和傳動裝置最小。這可以通過提供具有每轉(zhuǎn)相當(dāng)大的效果的發(fā)電機(jī)來實現(xiàn)。
達(dá)到這個要求的一種方法是使發(fā)電機(jī)具有盡可能小的徑向尺寸，因為發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪機(jī)的殼體中占據(jù)相當(dāng)大的空間。
在制造風(fēng)輪機(jī)中的發(fā)電機(jī)時另一個要考慮的問題是，發(fā)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速時必須具有高的效率。
基于常規(guī)的徑向磁通的發(fā)電機(jī)(圖1)是最常用的一種電機(jī)。
這種情況下的這種發(fā)電機(jī)的一個主要問題是，對于給定的功率輸出的直徑相當(dāng)大，這是因為使用徑向疊置的定子結(jié)構(gòu)。
另一個缺點在于，定子圍繞著轉(zhuǎn)子，因而增加了發(fā)電機(jī)的直徑。
另一個缺點在于，由在槽7和槽2本身之間的材料的各個布置形成的氣隙中的感應(yīng)相當(dāng)?shù)停驗橹挥胁牧?傳輸磁通，并且其只覆蓋大約50％的朝向氣隙的自由空間。
另一個缺點在于，使用的線圈材料只起連接位于槽2中的繞制的線圈3的作用。
另一個缺點在于把線圈3插入槽2的窄的開口中時的操作比較復(fù)雜。
有許多類似種類的在一些方面優(yōu)化的發(fā)電機(jī)，但是它們都具有徑向磁通，因而涉及同樣的問題，即，具有相當(dāng)大的直徑，如上所述。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種電機(jī)，包括被固定在軸上隨軸一道旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，用于產(chǎn)生磁場的一個或幾個磁體或裝置，定子，在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間具有氣隙，和一個或幾個被繞在極柱或極芯上的電流繞組或線圈，所述極柱或極芯提供一個或幾個磁通路徑。
最好是，所述電機(jī)包括具有繞組或線圈的多個極芯或極柱。最好是單獨的極芯或極柱具有相應(yīng)的包圍所述極芯或極柱的單獨的線圈或繞組。最好是，每個單獨的極芯具有相應(yīng)的單獨的線圈或繞組。
因而，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)電機(jī)/電動機(jī)或電機(jī)，其中通過由電流繞組或線圈圍繞著的一個或幾個極柱或極芯提供磁路。當(dāng)單獨的極芯或極柱由相應(yīng)的單獨的線圈包圍時，可以使高密度的磁通通過極芯或極柱，和常規(guī)的電機(jī)相比，這使得極芯和極柱使用的材料較少，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了得到高密度的磁通，例如需要大的定子直徑。
借助于圍繞極芯或極柱繞制線圈，極芯或極芯的一部分可以沿任何方便的方向設(shè)置，包括基本上是軸向的方向。因而，本發(fā)明提供一種發(fā)電機(jī)/電動機(jī)，其具有相當(dāng)小的直徑。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的第一方面包括若干個實施例。在第一個優(yōu)選的實施例中，在轉(zhuǎn)子中設(shè)置用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置，并且所述極芯或極柱被設(shè)置在定子中。在第二個優(yōu)選實施例中，用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被設(shè)置在定子中，并且極芯或極柱被設(shè)置在轉(zhuǎn)子中。
當(dāng)設(shè)置所述極芯時，它們可以被這樣設(shè)置，使得一個或幾個極芯的至少一部分和旋轉(zhuǎn)軸線平行或者呈一定角度。因而，所述角度可以等于或大于0度并小于90度。其中，所述角度可以小于45度或者小于30度。
不過，最好是一個或幾個極芯的至少一部分基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線，借以使得具有小的直徑。線圈圍繞極芯被這樣繞制，使得一個或幾個繞組或線圈的軸線基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線。
極芯也可以被這樣設(shè)置，使得一個極芯的至少一部分基本上垂直于軸的轉(zhuǎn)動軸線。線圈或繞組可以被繞在基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的極芯的部分上，但是線圈也可以被繞在極芯的另一部分上，所述另一部分具有不同的方向。因而，一個或幾個繞組或線圈可以具有基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的軸線。
轉(zhuǎn)子可以被這樣設(shè)置，使得至少轉(zhuǎn)子的一部分基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線。轉(zhuǎn)子最好是圓形的。
當(dāng)設(shè)置用于產(chǎn)生磁場和極芯的磁體或裝置時，最好是它們被這樣設(shè)置，使得磁路包括通過兩個極芯的磁通路徑。不過，本發(fā)明還包括這樣的實施例，其中磁路包括通過極芯和旋轉(zhuǎn)軸線的磁路。其中，可以使用兩個轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)子被基本上對著所述的軸設(shè)置。
按照本發(fā)明，在轉(zhuǎn)子和定子之間形成有氣隙，其中極芯是定子或轉(zhuǎn)子的一部分。其中，優(yōu)選的是，一個單獨的極芯或極柱只具有一個相應(yīng)的氣隙。最好是，對于每個單獨的極芯，只具有一個在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙，因而，對于包括兩個并且只包括兩個極芯的磁路，所述磁路將包括兩個并且只包括兩個氣隙。
對于具有一個轉(zhuǎn)子的本發(fā)明的實施例，最好是定子還包括和極柱或極芯相連的導(dǎo)磁的端板。其中，所述端板應(yīng)當(dāng)基本上和轉(zhuǎn)子平行并相對。
當(dāng)設(shè)置用于產(chǎn)生磁場或磁板的磁體或裝置時，它們可以被這樣設(shè)置，使得極芯的數(shù)量等于用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置的數(shù)量。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包括許多具有不同結(jié)構(gòu)的用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置的實施例。因而，它們可以沿徑向并且等距離地位于轉(zhuǎn)子中。它們也可以位于轉(zhuǎn)子在面向極芯的端部的一側(cè)。此外，它們可以位于轉(zhuǎn)子的外周邊上。
最好是按照本發(fā)明的電機(jī)還包括極靴。它們最好是被設(shè)置在用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置之間。
應(yīng)當(dāng)理解，用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置可以被這樣設(shè)置，使得磁通集中在氣隙中。
因而，按照本發(fā)明的第二方面，提供一種電機(jī)，所述電機(jī)包括被固定在具有旋旋轉(zhuǎn)軸的軸上的轉(zhuǎn)子，用于產(chǎn)生磁場的一個或幾個磁體或裝置，定子，在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間具有氣隙，以及一個或幾個電流繞組或線圈。其中，用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被這樣設(shè)置，使得基本上呈V，U，或L形，借以在氣隙中集中磁通。最好是，線圈或繞組被繞在極柱或極芯上或者包圍著極柱或極芯，使得用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置的V，U或L形的結(jié)構(gòu)也可以用于本發(fā)明的第一方面的任何實施例。
借助于使用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置成對地設(shè)置可以獲得V或L形。
應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)把用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置設(shè)置成V形時，用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置可以被大致設(shè)置成兩個或多個V形。
對于本發(fā)明的具有被設(shè)置在轉(zhuǎn)子中的極芯的實施例，最好是極芯被這樣設(shè)置在轉(zhuǎn)子中，使得對于一個極芯，所述極芯的至少一部分基本上垂直于旋轉(zhuǎn)軸線。不過，極芯或者極芯的一部分也可以被設(shè)置成和旋轉(zhuǎn)軸線成一定角度，所述角度小于90度。
當(dāng)極芯被設(shè)置在轉(zhuǎn)子中時，用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置可以位于面向極芯端部的定子中。用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置可以被設(shè)置在定子中，被制成V，U或L形，以便集中磁通。
在本發(fā)明的一個實施例中，其中所述電機(jī)包括多個要被磁化的磁體或裝置，最好是所述多個磁體或裝置被成對地設(shè)置，使同極性的磁極彼此面對。
應(yīng)當(dāng)理解，按照本發(fā)明，用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置可以是永久磁體或電磁體。
當(dāng)生產(chǎn)上述的電機(jī)的繞組或線圈時，最好使用扁的集中線圈。當(dāng)生產(chǎn)所述極芯時，最好所述極芯由導(dǎo)磁材料制造，所述導(dǎo)磁材料最好是磁場定向的軟磁疊層。
按照本發(fā)明的實施例的電機(jī)最好被制成同步單相電機(jī)。所述電機(jī)可以是發(fā)電機(jī)的形式，其在軸上接收機(jī)械力/功率以通過繞組產(chǎn)生電能，或者是電動機(jī)的形式，其通過繞組從電源接收電能以通過軸產(chǎn)生機(jī)械力/功率。
應(yīng)當(dāng)理解，按照本發(fā)明的實施例的發(fā)電機(jī)可以很好地適用于風(fēng)輪機(jī)。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種電機(jī)或發(fā)電機(jī)/電動機(jī)，其可以提供多相輸出而不用加大發(fā)電機(jī)的直徑。所述的多相電機(jī)可以通過串聯(lián)設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的上述任何實施例的單相電機(jī)來實現(xiàn)。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中極芯或極柱被設(shè)置在定子中，極芯或極柱由基本上呈U形的元件構(gòu)成。其中，基本上呈U形的元件被設(shè)置定子中，使得一個極芯或極柱由兩個U形元件的兩個相鄰的柱構(gòu)成。
當(dāng)設(shè)計具有本發(fā)明電機(jī)的極柱的定子時，最好是極柱被這樣設(shè)置，使得極芯或極柱的寬度基本上等于兩個連續(xù)的極柱之間的距離。因而，對于U形極芯元件，兩個極柱之間的距離最好基本上等于一個柱的寬度的兩倍。
對于具有被設(shè)置在轉(zhuǎn)子中的極靴的本發(fā)明的實施例，最好是在轉(zhuǎn)子外周邊的極靴的寬度基本上等于在定子中相對設(shè)置的極芯或極柱的寬度。
本發(fā)明的目的還在于提供一種用于生產(chǎn)上述的U形極芯元件的方法。因而，按照本發(fā)明的一個方面，提供一種用于生產(chǎn)基本上呈U形的極芯元件的方法，所述方法包括圍繞一個橢圓形的本體或模具繞制金屬板或變壓器金屬板，從而獲得由變壓器金屬板制成的橢圓形的元件，分割所述由變壓器金屬板制成的橢圓形的元件為基本上相等的兩部分，從而獲得兩個U形的極芯元件。
此外，所述U形的極芯元件也可以通過把變壓器金屬板沖壓成U形，然后疊置多個被沖壓的金屬板或?qū)訌亩@得所需的U形極芯元件的厚度而制成。
當(dāng)使用上述的U形的極芯元件時，經(jīng)過兩個極芯的磁路通過一個U形的極芯元件的兩個柱。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，U形的極芯元件被設(shè)置在定子端板上。不過，當(dāng)磁路經(jīng)過U形元件時，不需要在定子端板上形成磁路而引起磁損。
因而，最好是，U形極芯或極柱由導(dǎo)磁材料制成。最好定子端板由導(dǎo)磁率低的材料制成。最好是定子端板電導(dǎo)率低的材料制成。
當(dāng)用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置如上所述被設(shè)置在轉(zhuǎn)子中時，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還提供一種電機(jī)，其中第一定子面向轉(zhuǎn)子的第一側(cè)并和轉(zhuǎn)子相對地設(shè)置，第二定子面向轉(zhuǎn)子的另一側(cè)或第二側(cè)也和轉(zhuǎn)子相對地設(shè)置。其中，轉(zhuǎn)子的兩側(cè)具有用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置，第一定子的極芯或極柱面向轉(zhuǎn)子的第一側(cè)，而第二定子的極芯或極柱面向轉(zhuǎn)子的第二側(cè)。
因而，按照本發(fā)明的具有這種最簡單的形式的電機(jī)包括由一個定子部分和一個轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成的一個或幾個元件。不過，在一個優(yōu)選實施例中，所述電機(jī)可以包括由具有兩個相應(yīng)的定子部分的一個轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成的一個或幾個元件。


下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1表示按照現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機(jī)的一部分的截面圖；圖2是按照本發(fā)明的實施例的示意圖；圖3是按照本發(fā)明的另一個實施例的示意圖；圖4a是圖3所示的實施例的示意的截面圖；圖4b和4c是按照本發(fā)明的實施例的截面圖；圖5是按照本發(fā)明的另一個實施例的示意圖；圖6a是按照本發(fā)明的另一個實施例的示意圖；圖6a是圖6a所示的實施例的示意地縱截面圖；圖6c表示從一端看時圖6a，6b所示的實施例的定子；圖7a表示按照本發(fā)明的實施例的串聯(lián)連接的兩個發(fā)電機(jī)的示意的截面圖；
圖7b表示按照本發(fā)明的實施例的串聯(lián)連接的兩個發(fā)電機(jī)的示意的截面圖；圖8表示具有按照本發(fā)明的實施例的不同結(jié)構(gòu)的磁體的發(fā)電機(jī)的截面圖；圖9表示具有按照本發(fā)明的另一個實施例的不同結(jié)構(gòu)的磁體的發(fā)電機(jī)的截面圖；圖10是按照本發(fā)明的另一個實施例的發(fā)電機(jī)的截面圖；圖11是按照本發(fā)明的另一個實施例的發(fā)電機(jī)的截面圖；圖12是按照本發(fā)明的實施例的串聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)的透視圖；圖13是按照本發(fā)明的另一個實施例的電機(jī)的截面圖；圖14是按照本發(fā)明的另一個實施例的電機(jī)的截面圖；圖15是按照本發(fā)明的實施例的定子部分的截面圖；圖16是根據(jù)和圖15的定子相同的原理設(shè)置的定子的另一個實施例的截面圖；圖17是包括一個轉(zhuǎn)子和兩個定子的本發(fā)明的實施例的截面圖；圖18是包括一個轉(zhuǎn)子和兩個定子的本發(fā)明的另一個實施例的截面圖。
具體實施例方式
圖1是按照現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機(jī)的一部分的截面圖。該圖表示定子1，其具有槽2，槽中具有按傳統(tǒng)方式繞制的線圈3，即根據(jù)產(chǎn)生的電流的相數(shù)從一個已知的槽到另一個槽。圖中還示出了轉(zhuǎn)子4，其上具有磁體5，沿轉(zhuǎn)子4的周邊彼此分開地設(shè)置。在轉(zhuǎn)子4上的磁體5和定子1之間具有氣隙。
當(dāng)轉(zhuǎn)子4通過未示出的軸相對于定子1運動時，磁體5運動而通過線圈3，因而在線圈中產(chǎn)生電流。
如果對線圈3提供電流，磁場將使轉(zhuǎn)子4和軸運動，此時電機(jī)作為電動機(jī)。
按照現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)的缺點已經(jīng)在上面進(jìn)行過說明。
圖2表示按照本發(fā)明的一個實施例的示意圖。該圖表示極輪10，其作為轉(zhuǎn)子被固定在軸11上。多個磁體12以這種方式沿徑向設(shè)置，使得磁體的相同極性N的磁極彼此面對，相同極性S的磁極彼此相對。磁體12最好是永磁體，但是也可以是電磁體等。
最好由層疊的金屬板或塊狀鐵制成的多個極靴13被設(shè)置在磁體12之間，其使磁通集中因而具有相當(dāng)小的剩磁，即它們是好的磁導(dǎo)體。極靴13和磁體12在磁方面和軸11隔離，和轉(zhuǎn)子10分開的磁端板或端屏蔽17具有多個極芯或極柱15，它們以這種方式被固定在板17上，使得只在轉(zhuǎn)子10和極靴13之間存在氣隙14。板17和極芯15作為定子15，17。板17最好是一個環(huán)形鐵心，其使用一定長度的鐵利用非磁場定向的層疊鐵繞制成環(huán)形制成。
板17用于形成磁“短路”，并在給定的磁路中在相關(guān)的極芯15之間傳輸磁通。因而，在本實施例中，局部的閉合磁路包括磁體12，極靴13，氣隙14(其放大磁通)，極芯15，磁端板17，相鄰極芯，相鄰的氣隙，相鄰的極靴。
對于每個給定的極芯15，具有兩個相鄰的局部磁路。它們中的兩個示意地由環(huán)18a，18b表示。
電繞組16例如線圈，最好包圍每個極柱15。最好是，線圈16圍繞極柱15緊密地閉合地繞制。這種結(jié)構(gòu)對于繞組/線圈16中的感應(yīng)是非常有效的，因為在這種結(jié)構(gòu)中磁通被高度地集中并均勻地分布在極芯15中。繞組16最好由扁的集中線圈制成，其具有高的填充系數(shù)。借助于使繞組16集中在極芯15上，幾乎影響所有的線圈材料，這和圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機(jī)相反，因為磁通幾乎影響所有的線圈材料(當(dāng)然除去從發(fā)電機(jī)輸送電流的材料)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子10相對于定子15，17運動時，在給定極芯15中的磁通改變方向，因為在氣隙14中的極性改變(從N到S，反之亦然)，從而在繞組16中感應(yīng)電流。這種感應(yīng)是非常有效的，如上所述，因為磁通被高度集中并均勻分布在由繞組16包圍的區(qū)域即極芯15中。
對于獨立的發(fā)電機(jī)，軸11最好是可轉(zhuǎn)動地安裝在板17中的軸承或其類似物(未示出)上，以便附加地支撐著軸11，并穩(wěn)定轉(zhuǎn)子10相對于定子15，17的旋轉(zhuǎn)。對于在風(fēng)輪機(jī)中使用的發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子10最好被固定在風(fēng)輪機(jī)的軸上，并且定子15，17最好被固定在保持風(fēng)輪機(jī)的軸的軸承上。
本實施例還提供了一種用于獲得多相輸出的簡單的方式，因為若干個(例如每相一個)發(fā)電機(jī)可以被固定在同一個軸上，并且它們的定子相互成一定角度地被設(shè)置，例如對于具有相同方向的轉(zhuǎn)子的3個發(fā)電機(jī)，在兩個相鄰的極芯之間的角度的1/3。這使得不用加大發(fā)電機(jī)的直徑便能提供多相輸出。這在風(fēng)輪機(jī)中是非常重要的，因為使用的空間在徑向是非常重要的，而在縱向/軸向就不那么重要。
此外，定子可以具有相同的取向，此時轉(zhuǎn)子應(yīng)當(dāng)相互成一定角度，如上所述。
圖3表示按照本發(fā)明的另一個實施例的示意圖。該圖表示轉(zhuǎn)子31，其被固定在軸35上并和所述的軸磁隔離，所述的軸可以或不可以通過磁端板34延伸，如上所述。多個極芯32被固定在板34上，極芯上繞有繞組33。定子32，34由極芯32和端板34構(gòu)成。轉(zhuǎn)子31和定子32，34分開，使得其間具有氣隙36。本實施例有些類似于結(jié)合圖2所述的結(jié)構(gòu)，其差別只在于定子31和極芯32的結(jié)構(gòu)。這個差別在圖4a-c中詳細(xì)示出了，下面進(jìn)行說明。
此外還示出了兩個局部閉合的磁路37a，37b。這些磁路只是主磁路的示意圖。
圖4a是圖3所示的實施例的示意的縱截面圖。其中轉(zhuǎn)子41被固定在軸40上。極芯45被徑向地固定在轉(zhuǎn)子41上，并且一個給定的極靴45垂直地被兩個磁體42包圍。給定極靴45的兩個磁體具有同極性相互面對的磁極(例如N對著N，如圖所示)。兩個相鄰的極靴也具有同極性相互面對的磁極，但是另一個極性相鄰的極靴的相互面對(例如對于圖4中所示的極靴45的兩個相鄰的極靴S和S相對)。極芯47離開極靴45和磁體42，只被氣隙46隔開，其最好由具有盡可能小的剩磁的磁路制成。極靴47由繞組43包圍著，所述繞組最好被緊密地集中地繞制。極靴45和最接近極靴45的極芯47的端部兩者以這樣的方式呈V形，使得具有磁體42的極靴45被安裝在極芯47中，它們只被氣隙46隔開。在這種結(jié)構(gòu)中，在極芯47中的磁通被進(jìn)一步地集中和均勻，因為磁體42被“安裝”在極靴47中。這個被集中和均勻的磁通以非常有效的方式影響繞組43，因為所有的繞組43都包圍著被集中的均勻磁通。磁端板或端部屏蔽49被固定在極芯47的另一端(即和上述的一端不同的一端)，其使磁路對另一個極芯“短路”。
在本實施例中，局部磁路(見圖3的37a，37b)和結(jié)合圖2所述的磁路類似。唯一的不同在于，由于V形的極靴45和極芯47的一端，在極靴45中的磁通更加集中和均勻。
當(dāng)轉(zhuǎn)子41相對于定子運動時，按照傳統(tǒng)方式，如上所述在繞組43中感應(yīng)出電流。
圖4b，4c說明按照本發(fā)明的另一個實施例的截面圖。這些實施例相應(yīng)于圖4a的實施例，只是極靴47相對于軸40成一定角度。因而，極芯47不完全和旋轉(zhuǎn)軸線平行。
圖13表示按照本發(fā)明的另一個實施例的發(fā)電機(jī)的截面圖。該實施例的發(fā)電機(jī)相應(yīng)于圖4a所示的發(fā)電機(jī)，其不同之處在于，代替具有呈V形的極靴和相應(yīng)的極芯，本實施例中它們構(gòu)成兩個V形。
在圖13中，轉(zhuǎn)子131被固定在軸130上。極靴135a，b被徑向地固定在轉(zhuǎn)子131上，并且給定的極靴135a或135b垂直地被兩個磁體132a或132b包圍著。對于給定的極靴135a或135b，兩個磁體132a，132b具有彼此相對的同極性的磁極，例如N對著N。并且和極芯137和極靴135a，b和磁體132a，b分開，中間僅由氣隙136a，b隔離。極芯137由繞組133包圍著，所述繞組最好被緊密地集中地繞制。極靴135a，b和最接近極靴135a，b的極芯137的端部兩者以這樣的方式呈V形，使得具有磁體132a，b的極靴135a，b被安裝在極芯137中，它們只被氣隙136a，b隔開。定子包括多個被固定在定子或磁端板134上的極芯137。
圖5是按照本發(fā)明的另一個實施例的示意圖。該圖表示具有兩個相同的轉(zhuǎn)子51，58的發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子51，58被固定在軸55的相對端。所述轉(zhuǎn)子包括多個磁體53，它們沿徑向設(shè)置，距離轉(zhuǎn)子51，58的中心相等。磁體53被這樣設(shè)置，使得給定磁體的極性面向相鄰磁體的相同的極性，即，S面向S，或N面向N。極靴52被提供在磁體53之間，用于集中來自磁體53的磁通。轉(zhuǎn)子51，58以這樣的方式被相互錯開，使得在一個轉(zhuǎn)子51中的給定極靴52的極性和與其面對的極靴的極性不同。
多個極芯或極柱54沿轉(zhuǎn)子51，58的徑向只由氣隙56隔開。極芯54被繞組57包圍著。
每個極芯54是兩個不同的局部閉合磁路59a，59b的一部分。每個局部閉合磁路包括在第一轉(zhuǎn)子上的極靴，氣隙，極芯，氣隙，第二轉(zhuǎn)子上的極靴，在第二轉(zhuǎn)子上的磁體，在第二轉(zhuǎn)子上的第二極靴，軸，在第一轉(zhuǎn)子上的第二極靴，在第一轉(zhuǎn)子上的磁體。
當(dāng)轉(zhuǎn)子51，58相對于作為定子的極芯54運動時，便在繞組57中感應(yīng)電流。
圖6a表示按照本發(fā)明另一個實施例的示意圖。該圖表示通過多個支柱63被固定到軸61上的轉(zhuǎn)子60。轉(zhuǎn)子60和由多個極芯62構(gòu)成的定子69分開。本實施例的極芯62基本上呈90度的角度，使得它們被直接固定在軸61上。這減少了極芯62的軸向長度，因而減少了發(fā)電機(jī)本身的軸向長度。下面結(jié)合圖6b詳細(xì)說明本實施例。
圖6b是圖6a所示的實施例的示意的縱截面圖。該圖示出被固定在軸61的轉(zhuǎn)子60。轉(zhuǎn)子60包括極輪64，其上固定有極靴65，以及多個支撐著極輪64的支柱63。兩個磁體66被固定在每個極靴65上，并且同極性的磁極彼此面對，即如圖所示N對著N，或S對著S。兩個相鄰的極靴65具有磁體66，它們具有彼此面對的相反極性的磁極，即，彼此面對的磁極的極性在N和S之間交替。極芯62由氣隙68和磁體66以及極靴65分開。極靴65和極芯62兩者呈V形，使得它們可以裝配在一起(只由氣隙66隔開)。這有利于磁通在極芯62中的集中。
極芯62基本上呈90度的角度，如上結(jié)合圖6a所述，其上繞有繞組67。繞組67最好由被緊密地繞在極芯62上的扁的集中線圈構(gòu)成。這在繞在67中提供了非常有效的感應(yīng)，因為在極芯62中的均勻的集中的磁通幾乎影響全部繞組材料。
圖6c表示從一端看的圖6a，6b所示的實施例的定子。其中所示的定子69是從極芯62指向紙面的軸向端部的一側(cè)看的視圖。還示出了一個示例的繞組67。
在本實施例中，對每個極芯及其相鄰的極芯提供一個局部磁路。圖6a-c所示的極芯62a是兩個局部磁路的一部分。一個極芯70b具有相鄰的極芯62b，另一個極芯70c具有其另一個相鄰的極芯62c，因為如上所述，兩個相鄰的極靴(未示出)具有彼此面對的相反極性的磁體，例如S對著S。即，閉合的局部磁路70b包括極輪64的局部，極靴65，兩個磁體66，氣隙68，極芯62，相鄰的極芯62b，相鄰的氣隙(未示出)，兩個相鄰的磁體(未示出)，相鄰的極靴(未示出)以及極輪64b的相鄰部分。
用類似的方式，閉合的局部磁路70c包括極輪64的局部，極靴65，兩個磁體66，氣隙68，極芯62，相鄰的極芯62c，相鄰的氣隙(未示出)，兩個相鄰的磁體(未示出)，相鄰的極靴(未示出)，和相鄰的極輪64c的一部分。
因為每個局部磁路的磁通在共用極芯中具有相同的方向，它們貢獻(xiàn)于共用極芯中的總磁通，從而給予包圍著的繞組非常有效的感應(yīng)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子60相對于定子運動時，在磁路中的磁通改變方向，因而在繞組67中感應(yīng)電流。磁體66和極靴65的結(jié)構(gòu)和V形的形狀和結(jié)構(gòu)與包圍極芯62的繞組67一起，即使對于低的轉(zhuǎn)速，也給出非常高的輸出電流，這在風(fēng)輪機(jī)中是尤其有用的。
圖7a表示按照本發(fā)明的實施例的串聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)的截面圖。其中由兩個磁體73包圍著的兩個極靴72被固定在轉(zhuǎn)子71上，轉(zhuǎn)子本身被固定在軸74上。所述磁體被這樣排列，使得它們具有彼此面對的同極性的磁極(例如N對著N)。極芯75在轉(zhuǎn)子71的每一側(cè)上和磁體73僅被氣隙78隔開。繞組76包圍著每個極芯75。在極芯75的一端，提供有后板或端屏蔽77用于引導(dǎo)磁通到相鄰的極芯75。
極靴72和極芯75是V形的，使得具有磁體73的極靴72可以裝配到極芯75中，它們只由氣隙78隔開，因而把磁通集中在極芯75內(nèi)。
定子相應(yīng)于結(jié)合圖3和圖4所述的定子。唯一的區(qū)別在于，兩個定子只需要一個轉(zhuǎn)子。這減少了所需的材料，還能夠以非常簡單的方式提供多相輸出。
圖7b表示按照本發(fā)明的另一個實施例的串聯(lián)連接的發(fā)電機(jī)的截面圖。本實施例相應(yīng)于結(jié)合圖7a所述的實施例。唯一的區(qū)別在于，V形被改變了，使得極芯75可以被裝配到磁體73的極靴72中，其間只由氣隙78隔開。
圖8表示具有按照本發(fā)明的實施例的磁體的不同的布置的發(fā)電機(jī)的截面圖。在本實施例中，轉(zhuǎn)子82被固定到軸81上，如上面的實施例所述。兩個磁體84被固定到轉(zhuǎn)子82上，一個固定在頂部，另一個固定在面向極芯85的一側(cè)的頂部，使得磁體84形成L形。極芯85具有切口，使得轉(zhuǎn)子82和磁體84被裝配到所述切口中，其間只由氣隙83隔開。繞組87包圍著極芯85。后板或端屏蔽86被固定在極芯85的另一端。本實施例和其它實施例的區(qū)別在于，磁體83被設(shè)置成L形，在極芯85中具有切口以及沒有極靴，但卻以類似的方式操作。
圖9表示按照本發(fā)明的另一個實施例具有不同布置的磁體的發(fā)電機(jī)的截面圖。其中基本上呈方形或矩形的極靴98被固定到轉(zhuǎn)子92上，并把磁體98固定到其它側(cè)，如圖所示。極芯93具有U形切口，磁體95和極靴98被裝配到所述切口中，其間只由氣隙95隔開。極芯93由繞組96包圍著，并被固定到后板或端屏蔽97上。這種發(fā)電機(jī)以類似于上述發(fā)電機(jī)的方式操作，其區(qū)別僅在于極靴98、磁體94和U形切口的結(jié)構(gòu)。
圖10表示按照本發(fā)明另一個實施例的發(fā)電機(jī)的截面圖。這種發(fā)電機(jī)相應(yīng)于圖4的發(fā)電機(jī)，其區(qū)別在于V形被改變了，使得極芯105可以被裝配到具有磁體103的極靴104中，其間只由氣隙108隔開。
圖11是按照本發(fā)明的另一個實施例的發(fā)電機(jī)的截面圖。本實施例和圖10中所示的實施例的區(qū)別在于極芯112被設(shè)置在轉(zhuǎn)子中，繞組111包圍著極芯112。此時磁體114被設(shè)置在定子113中，以便在繞組111中產(chǎn)生可變的磁通。這種改型可以應(yīng)用于本發(fā)明的其它實施例。
圖14表示按照本發(fā)明的另一個實施例的電機(jī)的截面圖。本實施例的發(fā)電機(jī)相應(yīng)于圖11的實施例，其區(qū)別在于，代替具有極靴和相應(yīng)的V形的極芯，它們被制成兩個V形。在圖14中極芯142被設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，繞組141包圍著極芯142。磁體144a，b被設(shè)置在定子143中，以便在繞組141中產(chǎn)生交變磁通。
圖12表示按照本發(fā)明的串聯(lián)連接的實施例的透視圖。其中3個圖3所示的實施例(121，122，123)在同一個軸上串聯(lián)連接。它們彼此被錯開，使得可以提供多相輸出而不增加發(fā)電機(jī)的直徑，因為每個實施例提供一個相。轉(zhuǎn)子部分124可以由上述的背對背設(shè)置的兩個轉(zhuǎn)子構(gòu)成，或者由一個改型的轉(zhuǎn)子部件構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)子在每側(cè)上具有兩組極靴和磁體等。
圖15表示按照本發(fā)明的實施例的定子部分的截面圖。在本實施例中，極芯或極柱由兩個U形極芯元件151，152或152，153的兩個相鄰的極柱151b，152a或152b，153a構(gòu)成。所述U形元件151，152，153被固定到定子端板154上，繞組155，156包圍著極芯151b，152a和152b，153a。極芯元件152可以通過緊固裝置157被固定到端板154上。
圖16表示按照圖15的定子的原理構(gòu)成的定子的另一個實施例的截面圖。其中U形極芯元件被制成方形的U形。極芯或極柱也由兩個U形極芯元件161，162或162，163的兩個相鄰的柱161b，162a或162b，163a構(gòu)成。U形元件161，162，163被固定到定子端板164上，繞組165，166包圍著極芯161b，162a和162b，163a，并且極芯元件162可以通過緊固件167被固定到端板164上。
已經(jīng)說明，對于U形極芯元件，通過兩個極芯的磁路具有沿著U形極芯元件的兩個柱的磁路。因而，最好是U形極芯或極柱由導(dǎo)磁材料制成，同時最好是定子端板由具有低的導(dǎo)磁率及低的導(dǎo)電率的材料制成。
最好是在U形極芯元件152，162和定子端板154，164之間提供電絕緣。
圖17表示包括一個轉(zhuǎn)子和兩個定子的本發(fā)明的實施例的截面圖。其中兩個定子171，172具有如圖15所示的那種類型的U形極芯元件，并且極芯或極柱173，174和175，176面向轉(zhuǎn)子177，所述轉(zhuǎn)子具有極靴178，179和被設(shè)置在所述極靴178，179之間的磁體。極靴178，179和轉(zhuǎn)子177交叉，借以使極靴被提供在轉(zhuǎn)子的每一側(cè)。極靴178，179的寬度可以和極柱173，174和175，176的寬度相當(dāng)。磁體的N極面向極靴178，而S極面向極靴179。相應(yīng)地，第二磁體的N極面向極靴178的其它側(cè)，而第三磁體的S極面向極靴179的另一側(cè)。
在圖17中，極柱173，174和極柱175，176相對，使得兩個定子171和172的相應(yīng)的電信號同相。
不過，如果第二定子的極柱的位置相對于第一定子的極柱位移，則兩個定子的相應(yīng)的電信號將不同相。其相位差可以由極柱的位移確定。
這由圖18說明，圖18示出了包括一個轉(zhuǎn)子187和兩個定子181，182的本發(fā)明的一個實施例的截面圖。其中，第二定子182的極柱186，185相對于第一定子181的極柱183，184發(fā)生位移。因而，極靴188，189將在不同的時刻到達(dá)極柱183，184和186，185，使得在電信號中具有一個相位差。
應(yīng)當(dāng)理解，對于本發(fā)明的電機(jī)，在大多數(shù)情況下，定子可以包括相當(dāng)多的單獨的極芯或極柱(例如40個極芯)，并具有相應(yīng)數(shù)量的單獨的或分離的線圈或繞組。
這種大量的單獨的和電流分開的線圈使得可以提供大量的電壓和電流的組合。
下面給出幾個例子一個定子的所有線圈可以串聯(lián)連接，從而提供高電壓；一個定子的所有線圈被并聯(lián)設(shè)置，獲得的電壓是一個線圈的電壓，但是能夠獲得大電流；一個，兩個或多個線圈被并聯(lián)連接，然后和并聯(lián)連接的一個，兩個或多個線圈串聯(lián)連接，使得所有的線圈成為同一個定子的一部分。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)，包括被固定在具有旋轉(zhuǎn)軸線的軸上的轉(zhuǎn)子，用于產(chǎn)生磁場的一個或幾個磁體或裝置，定子，在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間具有氣隙，以及一個或幾個被繞在極柱或極芯上的電流繞組或線圈，所述極柱或極芯提供一個或幾個磁通路徑的一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中所述電機(jī)包括具有繞組或線圈的多個極芯或極柱，并且其中單獨的極芯或極柱具有相應(yīng)的包圍所述極芯或極柱的單獨的線圈或繞組。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子被這樣設(shè)置，使得至少轉(zhuǎn)子的一部分基本上垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸線。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被設(shè)置在轉(zhuǎn)子中，并且所述極芯或極柱被設(shè)置在定子中。
5.如權(quán)利要求3或4所述的電機(jī)，其中至少一個或幾個極芯的一部分相對于旋轉(zhuǎn)軸線呈一定角度地被設(shè)置，所述角度等于或大于0度，并小于90度。
6.如權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其中所述角度等于或小于45度。
7.如權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其中所述角度等于或小于30度。
8.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中至少一個或幾個極芯的一部分和所述旋轉(zhuǎn)軸線基本平行。
9.如權(quán)利要求8所述的電機(jī)，其中一個或幾個繞組或線圈具有基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線的軸線。
10.如權(quán)利要求1-8任何一個所述的電機(jī)，其中一個或幾個極芯具有被基本上垂直于所述軸的旋轉(zhuǎn)軸線設(shè)置的部分。
11.如權(quán)利要求10所述的電機(jī)，其中一個或幾個繞組或線圈具有基本上垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸線的軸線。
12.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子是圓形的。
13.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中磁通路徑包括通過兩個極芯的磁通路徑。
14.如權(quán)利要求1-12任何一個所述的電機(jī)，其中磁通路徑包括通過極芯和轉(zhuǎn)子軸的磁通路徑。
15.如權(quán)利要求14所述的電機(jī)，其中兩個基本上相對設(shè)置的轉(zhuǎn)子被設(shè)置在所述軸上。
16.如權(quán)利要求1-13任何一個所述的電機(jī)，其中定子還包括和所述極芯或極柱相連的導(dǎo)磁的端板。
17.如權(quán)利要求16所述的電機(jī)，其中所述端板基本上被平行地對著轉(zhuǎn)子設(shè)置。
18.如權(quán)利要求1-13或16或17中任何一個所述的電機(jī)，其中所述的極芯的數(shù)量等于用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置的數(shù)量。
19.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置沿轉(zhuǎn)子的徑向等距離地被設(shè)置在轉(zhuǎn)子內(nèi)。
20.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置位于面向極芯的端部的轉(zhuǎn)子的一側(cè)上。
21.如權(quán)利要求1-19任何一個所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置位于轉(zhuǎn)子的外圓周上。
22.如權(quán)利要求19所述的電機(jī)，其中極靴被設(shè)置在用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置之間。
23.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，使得基本上被裝配成V形。
24.如權(quán)利要求23所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被成對地設(shè)置，從而獲得所述的V形。
25.如權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被設(shè)置在定子中，并且極芯或極柱被設(shè)置在轉(zhuǎn)子中。
26.如權(quán)利要求25所述的電機(jī)，其中極芯被這樣設(shè)置在轉(zhuǎn)子中，使得至少極芯的一部分基本上垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸線。
27.如權(quán)利要求25所述的電機(jī)，其中極芯被這樣設(shè)置在轉(zhuǎn)子中，使得至少極芯的一部分和旋轉(zhuǎn)軸線成一定角度，所述角度小于90度。
28.如權(quán)利要求25-27任何一個所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被設(shè)置在面向極芯的端部的定子中。
29.如權(quán)利要求25-28任何一個所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被設(shè)置在定子中，使得基本上被裝配成V形。
30.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述電機(jī)是同步單相電機(jī)。
31.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述電機(jī)包括多個要被磁化的磁體或裝置，它們被成對地設(shè)置，具有彼此相對的同極性的磁極。
32.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述磁體是永磁體。
33.如權(quán)利要求1-31任何一個所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的裝置是電磁體。
34.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中繞組或線圈由扁的集中線圈構(gòu)成。
35.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中極芯由導(dǎo)磁材料裝配而成。
36.如權(quán)利要求35所述的電機(jī)，其中導(dǎo)磁材料是磁場定向的軟磁疊層。
37.如前面任何一個權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述電機(jī)是發(fā)電機(jī)，其可以通過所述軸接收機(jī)械力/功率，通過所述繞組產(chǎn)生電功率。
38.如權(quán)利要求1-36任何一個所述的電機(jī)，其中所述電機(jī)是電動機(jī)，其可以通過所述繞組接收來自電源的電功率，通過所述軸產(chǎn)生機(jī)械力/功率。
39.如權(quán)利要求37所述的電機(jī)，其中所述電機(jī)被用在風(fēng)輪機(jī)中。
40.一種多相電機(jī)，其中通過串聯(lián)設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的如30-39任何一個所述的單相電機(jī)獲得所述的多相。
41.如權(quán)利要求23所述的電機(jī)，其中用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，使得大致被裝配成兩個或多個V形。
42.如權(quán)利要求41所述的電機(jī)，其中每個V形包括一對用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置。
43.如權(quán)利要求29所述的電機(jī)，其中所述用于產(chǎn)生磁場的磁體或裝置被設(shè)置在定子上，使得大致被裝配成兩個或多個V形。
44.如權(quán)利要求4，8，9，13中任何一個所述的電機(jī)，其中所述極芯或極柱由U形元件構(gòu)成，所述元件被設(shè)置在定子中，使得一個極柱由兩個U形元件的兩個相鄰的柱構(gòu)成。
45.如權(quán)利要求44所述的電機(jī)，其中所述極芯或極柱由導(dǎo)磁材料構(gòu)成，并且其中所述極柱被設(shè)置在由低導(dǎo)磁率材料制成的定子板上。
46.如權(quán)利要求4，44或45，或如權(quán)利要求4及權(quán)利要求8，9，13中任何一個所述的電機(jī)，其中所述極芯或極柱的寬度基本上等于兩個連續(xù)的極柱之間的距離。
47.如權(quán)利要求22，4，44，45，46中任何一個所述的電機(jī)，其中在轉(zhuǎn)子外周邊上的極靴的寬度基本上等于對著定子設(shè)置的極芯或極柱的寬度。
48.如權(quán)利要求4，44，45，46，47中任何一個所述的電機(jī)，其中第一定子對著并面向轉(zhuǎn)子的第一側(cè)設(shè)置，第二定子對著并面向轉(zhuǎn)子的另一側(cè)設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有軸向磁通的電機(jī),其中磁路通過由電流繞組或線圈包圍著的一個或幾個極芯或極柱。這樣使得高密度的磁通通過極芯或極柱,和現(xiàn)有技術(shù)相比,可以減少用于極芯或極柱的材料,在現(xiàn)有技術(shù)中需要大的定子直徑傳輸高密度的磁通。此外,這種電機(jī)在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速下都具有高的效率。按照本發(fā)明的另一個方面,提供了一種不用增加發(fā)電機(jī)的直徑而實現(xiàn)多相輸出的電機(jī)。
文檔編號H02K1/14GK1340238SQ00803671
公開日2002年3月13日 申請日期2000年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月10日
發(fā)明者基姆·達(dá)姆·拉爾森, 比德·拉斯姆森, 烏非·達(dá)姆·拉爾森 申請人:多極發(fā)電機(jī)公司