[发明专利]电机

说明书

本申请是于2011年10月13日进入中国国家阶段的国际申请号为PCT/GB2010/050237的申请日为2010年2月12日、申请号为201080016548.5、发明名称为“电机-磁通”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及包括定子和被旋转支承以在定子中旋转的转子的永磁电机。定子设置有缠绕上的线圈，且转子设置有穿过定子与转子之间的气隙与线圈配合操作的永磁体。电机可以是电动机或发电机，且在众多实施方式中为轴向磁通电机。本发明特别它涉及无轭铁分段电枢机，下文称为“Y型机”。

背景技术

Woolmer和McCulloch[1]说明了Y型机的布局，讨论了定子内的还原铁能提高转矩密度这一优势。该Y型机包括一系列缠绕在线棒周围的线圈，所述线圈围绕定子沿周向间隔设置，理想的为轴向设置（即，平行于转子的旋转轴线）。转子具有两个级，两个极包括设置有面对定子的每个线圈的两端的永磁体的盘。两级的操作磁路均为：经过第一线圈进入转子的第一级上的第一磁体；穿过转子的背铁到达第一级上的相邻第二磁体；经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的与第一级上第二磁体对准的第一磁体；穿过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；以及经过第一线圈完成回路。

电机面临的一个问题通常是提供足够的冷却。这是具有高转矩密度的Y型机的一个特定问题，高转矩下在线圈中产生大量热量，并且这些热量经常是可采用的转矩的限制因素，至少对于较长时间是如此。

电机面临的另一个问题通常是由嵌齿（cogging）引起的转矩波动。这对Y型机来讲又是一个特定问题，因为离散线圈不重叠并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。显然通过在转子上设置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，可一定程度上减轻该问题，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，所以不可避免地会产生转矩脉动。

线圈与永磁体之间的磁性连接取决于通过线圈产生的（在发电机的情况下由磁体产生或电动机的情况下由线圈本身产生）强磁场，并且磁路中的磁导率应该尽可能地低，以允许最大磁通密度通过线圈。为此，提供了高磁导率的铁芯或线棒，线圈缠绕在所述铁芯或线棒周围。然而，优选地，线棒是层压的，或者将其布置为降低线棒内涡流的发生。另外，优选地，线棒设置有极靴，以在气隙中散布磁通并降低气隙的磁通密度—该气隙具有高磁阻，并且扩大其区域来降低该磁阻，这表示可以用较少的永磁体材料。期望的是将这类材料的量降低到最小值。

WO-A-2006/066740披露了一种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，该套筒是中空的，冷却介质由此流通。然而，线圈嵌入在导热材料中以将热量带到定子壳体。转子可旋转地旋转支承在壳体中。定子线棒呈现为层压状，如也披露了Y型机的GB-A-2379093和WO-A-03/094327中所述的那样。

US-A-6720688披露了一种Y型机，其中转子用作叶片泵以使流体在由定子壳体限定的腔室内循环，支撑在壳体内的轴承上并承载转子的转子轴延伸穿过定子壳体。流体冷却定子线圈。US-A-2005/0035676披露了另一种Y型机，其特别适用于车轮的无齿轮驱动。

US-A-2007/0046124披露了一种Y型机，其中转子具有两排沿周向排列的永磁体和铁磁性极片的交替区段。

发明内容

根据本发明的第一方面提供了一种电机，包括具有永磁体的转子和具有线圈的定子，所述线圈缠绕在定子线棒上以穿过限定在转子与定子之间的气隙与磁铁磁性相互作用，其中转子具有各自布置在线棒两端的两个级，并且其中线棒具有在每个线棒的每端处的极靴，所述极靴将通过线棒的磁通与每个级上所述磁体相联接，并且其中面对转子的相同级的相邻极靴之间具有高磁阻极靴间隙，并且转子的每个级上的相邻磁体之间具有高磁阻磁体间隙，其中极靴和磁体间隙相对于彼此对准，以使得转子旋转时它们逐步接合，并且其中每个线圈的一侧上的面对所述两个级中的第一级的极靴相对于相应线圈的另一侧上的面对所述两个级中的第二级的极靴偏斜。