[发明专利]圆筒型电机

说明书

技术领域

本发明涉及圆筒型电机，特别是涉及物理尺寸较大的圆筒型电动机和适于用作将波能转换为电能的直接驱动式发电机的发电机。

背景技术

众所周知的是，使用直线电机作为将波能机捕获的往复运动转换成电能的发电机。

圆筒型电机类似于直线电机，只是用圆筒型定子代替了平面定子，在该圆筒型定子的圆柱形内表面上形成用于接纳定子绕组线圈的槽。用空心或者实心的圆筒型动子代替平面动子，在一个实施例中，该动子具有围绕其圆柱形外表面安装的多排永磁体。在另一个实施例中，该动子具有以类似于定子的方式安装在槽中的实心线圈，以使该电机可以作为感应式电机。

因为圆筒型电机中定子的圆筒型结构所固有的坚固性，所以与直线电机相比，圆筒型电机具有相当大的优势。但是，其在较大物理尺寸场合应用的主要缺点和局限性是需要控制定子芯体中的涡电流。如果认为通量沿纵向流过直线电机的定子，那么为了方便制造，理想的是定子由一系列沿横向彼此紧靠堆叠的层压制品形成，其中所述横向平行于接纳定子绕组线圈的槽。但是，以这种方式堆叠的普通层压制品会允许涡流通过而且阻碍圆筒型电机的运行。至今为止，由于无法控制涡流，已经阻碍了如下圆筒型电机的发展，即，其物理尺寸和额定功率使其可以用作大型波能机的直接驱动式发电机。

例如，对于诸如用于打开滑动门等间歇运行的小型圆筒型电机，涡流问题可以通过使用无定型定子芯体来克服。相对于在直线电机的平面定子中所使用的常规层压制品，这种无定型定子芯体的磁导率和热导率较低，并且只能制造成较小的物理尺寸。

美国专利5382860提出一种解决圆筒型电机的涡流问题的方案，即，由多组沿周向相邻接的层压制品形成定子芯体，所述层压制品共同界定限定定子核心芯体的孔和周界。在相邻的一对层压制品组之间设置楔形件，以便围绕周界提供连续的路径。尽管层压制品安装在减小涡流的恰当平面上，但因为需要将层压制品组和楔形件机械地连接在一起，所以该方法使得定子的构建非常困难。

另一种方案是完全消除定子芯体并且使用空芯定子。但是，这导致了非常高的磁化要求，并且对于大多数实用目的显然不够经济。

发明内容

本发明通过提供用于圆筒型电机的定子来克服涡流的问题，该定子具有基本上为圆柱形的内表面，该内表面上包括一系列用于接纳定子绕组线圈的轴向间隔开的槽，其中定子包括轴向连续的层压制品层，每层都由在周向上堆叠在一起的多个弯曲层压制品形成。

定子的圆筒型构造比直线型构造具备一些优势。首先，制成的定子具有其圆筒形状所产生的固有的机械强度和刚度，当圆筒型电机运行时，定子可以更好地承受施加于其上的力。圆筒型电机的定子的长度可以比同等额定功率的直线型电机的平面定子小得多。这是因为圆筒型电机的定子绕组的线圈是环形的，并且没有端部绕组。更具体地说，圆筒型构造意味着定子绕组的有效长度更长(近似为定子芯体的内径乘以π)，所以可以充分地减小定子的轴向长度，同时还提供与直线型电机相同的气隙区域。

因为定子是沿周向层压而成的，而层压制品并排堆叠在一起，它们的弯曲面彼此接触，因此涡流可以保持在正常的限度内。每个层压制品的邻近定子内表面的部分优选地与定子的半径对齐。换句话说，层压制品优选地以这样的方式堆叠，即：其在定子的内表面处是沿径向的，然后随着定子芯体的直径增大而逐渐弯曲远离定子的半径。

层压制品可以具有不同的径向长度，使得可以沿定子的基本上为圆柱形的内表面以轴向间隔形成一系列环形槽。换句话说，定子可以由下列部件形成：一个或多个具有第一径向长度的堆叠的层压制品层，其径向内边缘共同限定定子的基本上为圆柱形的内表面；以及一个或多个具有小于第一径向长度的第二径向长度的堆叠的层压制品层，其径向内边缘限定用于接纳定子绕组线圈的轴向间隔开的槽的径向内表面。

但是，通常优选的是，在沿周向观察时，层压制品具有L形或者阶梯形构造，以使每个层压制品的第一径向内边缘限定定子的基本上为圆柱形的内表面，每个层压制品的第二径向内边缘限定槽的端面。因此，单层堆叠的层压制品将限定定子的内表面和用于接纳定子绕组线圈的槽的一部分。

定子的外表面优选地也基本上为圆柱形。但是，定子的内表面和外表面，以及轴向间隔开的槽的端面，都可以是合理地接近圆柱形的封闭多边形，在权利要求书中应作相应的解释。定子的外表面优选地由每个层压制品的径向外边缘限定。