[发明专利]电机

说明书

一种电机，具有：定子，所述定子限定具有相关联的电绕组的多个定子磁极；以及转子，所述转子具有多个转子磁极。转子在相邻的转子磁极之间具有磁通屏障，所述磁通屏障各自具有导电率高于转子磁极材料的材料。磁通屏障在铁磁材料外部彼此电隔离。在磁通屏障中感应出涡流以导致对即将来临的磁场产生破坏性干扰，使得磁通屏障在电机运行期间有效地用于抑制磁通量，这在一些情况下将产生排斥力，所述排斥力将用于增加转子磁极上的感应动力。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月7日提交的申请号62/715,386的美国临时专利的优先权，所述申请的全部公开内容通过引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及电机以及这种电机的运行。

背景技术

可以表征电机的性能的两种方式是其转矩/力和其输出功率。旋转电机的输出功率是电机产生的转矩与其输出轴的角速度的乘积。对于直线电机，输出功率是直线力与速度的乘积。常规上，主要有两种手段能够直接提高电机性能：(1)通过增加电机的大小和(2)通过在电机本身内部形成更强的磁场。尽管电机的最终大小限制其特定的有用应用，但是增加磁场由此增加电磁力可以被认为是实现更高电机性能和电机技术的更广泛应用的关键。需要新的电机设计，其提供可接受的高性能以实现紧凑封装中的直接驱动应用，例如高转矩/力和功率密度。

发明内容

本发明的各个方面的特征在于一种电机，所述电机具有被设置在无源磁极之间的磁通屏障(flux barrier)以改变磁通量的路径来提供与移动方向对准的磁感应动力的更大分量(以提供有用的转矩和/或直线力)。

根据本发明的一个方面，一种电机具有：定子，所述定子限定具有相关联的电绕组的多个定子磁极；以及转子，所述转子具有多个转子磁极。转子相对于定子是可移动的，并且与定子一起在定子磁极与转子磁极之间限定标称间隙。转子磁极是至少在转子的表面处通过导电性低于铁磁材料的界面彼此分开的铁磁材料层的堆叠。转子在相邻的转子磁极之间具有磁通屏障，所述磁通屏障各自具有导电率高于铁磁材料的材料。磁通屏障在铁磁材料外部彼此电隔离。

如本文所使用的，术语“电机”还包括从机械功率产生电功率的发电机。

‘标称间隙’是指定子(或有源磁性组件)磁极与转子(或无源磁性组件)磁极的相对移动表面之间的间隙，在电机运行期间，磁通量跨所述间隙延伸以在转子(或无源磁性组件)上感应力。我们使用术语‘有源磁性组件’来指代电机的一部分，所述部分包括与相应的导磁结构相关联的电绕组，在所述导磁结构中，在绕组中的流动的电流会产生磁通量。‘有源磁性组件’的磁极被称为‘有源磁极’。电绕组通常相对于对应的有源磁极保持固定的关系。绕线定子是有源磁性组件的示例。我们使用术语‘无源磁性组件’来指代电机的由有源磁性组件产生的磁通量在其上感应动力的部分，磁通量跨标称间隙延伸到无源磁性组件中。‘无源磁性组件’的磁极被称为‘无源磁极’。非绕线转子是无源磁性组件的示例。标称间隙可以例如在径向间隙电机中是径向的或者在轴向间隙电机中是轴向的，并且可以被填充空气或其它气体，或者甚至液体，诸如冷却剂。

‘磁通屏障’是指限定其中通过变化的磁场感应出电流流动的至少一个导电路径的结构。通常，将在磁通屏障中感应出涡流，所述涡流导致对即将来临的磁场产生破坏性干扰，使得磁通屏障在电机运行期间有效地用于抑制磁通量的变化，这在一些情况下将产生排斥力，所述排斥力将用于增加无源磁极上的感应动力。

‘导电率’是指材料导电的倾向。关于其中电流被约束在主方向上流动的结构，诸如导线，是指在该主方向上的导电率。

‘彼此电隔离’是指磁通屏障内对电位的欧姆电阻比磁通屏障之间的欧姆电阻小至少10倍。即，它们在铁磁材料外部彼此隔离并不排除它们通过层的铁磁材料进行电传输。实际上，在许多情况下，磁通屏障通过铁磁材料电连接。

在一些实施例中，至少一些磁通屏障各自包括穿过堆叠的多个界面的导电棒。