[发明专利]电机模块

说明书

本发明涉及永磁电机，包括定子和被转动支承(journal)以在定子中 旋转的转子。定子设有缠绕在定子线棒上的线圈，转子设有永磁体以与横 穿转子与定子之间的气隙的线圈配合操作。电机可以为电动机或发电机， 且在很多实施方式中为轴向磁通电机。本发明特别涉及无轭铁分段电枢机 (以下简称为Y型机)。

背景技术

Woolmer and McCulloch[1]描述了Y型机的拓扑结构，讨论了定子中 的还原铁能够使转矩密度提高的优点。该Y型机包括一系列缠绕在线棒上 的线圈，所述线棒围绕定子沿周向间隔开，理想地轴向设置，(即与转子 的旋转轴线平行)。转子具有包括这样的盘的两个级，所述盘设置有面对 定子的每个线圈的任一端的永磁体。任一级的操作的磁路为：穿过第一线 圈进入转子的第一级上的第一磁体；横穿转子的背铁到达第一级上的相邻 第二磁体；穿过定子的与第一线圈相邻的第二线圈；进入转子的第二级上 与第一级上的第二磁体对准的第一磁体；横穿第二级的背铁到达第二级上 的与第一级上的第一磁体对准的第二磁体；以及穿过第一线圈完成电路。

电机的一个困难一般是提供足够的冷却。至少对于延长的期间，这是 具有高转矩密度的Y型机的一个特定问题，高扭矩下的线圈中产生大量热 量，且这些热量经常是可采用的扭矩的限制因素。

电机的另一个困难一般是由嵌齿(cogging)引起的转矩波动。这又 是Y型机的一个特定问题，因为离散线圈不重叠且事实上依靠磁分离，不 仅依靠定子上的相邻线圈之间的磁分离，而且依靠转子上的相邻磁体之间 的磁分离。显然，通过在转子上提供不同数量的永磁体并相对地在定子上 提供不同数量的线圈，可在一定程度上减少这个问题，但是因为磁体由于 相邻磁体之间的“嵌齿”与相邻线圈之间的对应“嵌齿”啮合而相互对准， 所以必然会有转矩波动。

线圈与永磁体之间的磁性连接取决于通过线圈形成(在发电机的情况 下通过磁体形成或在电动机的情况下通过线圈本身形成)的强磁场，且磁 路的磁导率应尽可能低，以允许最大磁通密度通过线圈。为此目的，提供 了高磁导率的铁芯或线棒，线圈缠绕在该铁芯或线棒周围。然而，优选地 线棒是层压的或布置为减少线棒中涡流的发生。此外，优选地，线棒设有 极靴，所述极靴将磁通量散布到气隙中并降低气隙中的磁通密度，气隙为 高磁阻的并增加它的面积来减少该磁阻，这意味着可使用较少的永磁体材 料。期望的是将此材料的量减少到最小。

WO-A-2006/066740公开了一种Y型机，其包括具有内部安装定子线 圈的圆柱形套筒的壳体，所述套筒是空心的，冷却介质由此流通。然而， 线圈嵌在导热材料中，以将热量带到定子壳体。转子可旋转地转动支承在 壳体里。定子线棒呈现为层压的，如也公开了Y型机的GB-A-2379093和 WO-A-03/094327中所述的。

US-A-6720688公开了一种Y型机，其中转子作为叶片泵以使流体在 由定子壳体限定的腔室内流通，支撑在壳体的轴承上并承载转子的转子轴 通过所述定子壳体延伸。流体冷却定子线圈。US-A-2005/0035676公开了 另一种Y型机，其特别适用于车轮的无齿轮驱动。

US-A-2007/0046124公开了一种Y型机，其中转子具有两行沿周向排 列的永磁体和铁磁性极片的交替区段。

发明内容

根据本发明，提供了一种无轴电机，其包括定子、安装为围绕转子轴 线相对于定子旋转的转子、由转子承载的永磁体、转子上的输出，定子包 括缠绕在定子线棒上用于与转子的磁体相互作用的线圈，转子具有布置在 定子线棒的两端处的两个级，在线棒的端部与转子级之间具有两个气隙， 环形壳体保持并安装定子；处于转子与定子之间的轴承，转子是中空的且 围绕所述转子轴线，所述输出包括可连接到转子以用于传输的凸缘。因此， 转子没有支撑在壳体中或壳体上。所谓无轴是指通过电机旋转驱动(或提 供旋转驱动至电机)的任何部件都可连接到凸缘。该部件可包括轴，但是 其优选地包括可设置在转子的范围内以节省空间的部件。可替换地，该部 件可包括用于提供角度可变驱动给轴或提供来自轴的角度可变驱动的万 向接头壳体或十字接头壳体。该部件可包括另一个电机的凸缘以用于使可 用的输出功率加倍。