[发明专利]电动机或交流发电机

说明书

本发明涉及在多个永磁磁极和多个绕线磁极间产生相对旋转运动的永磁旋转电机。绕线磁极由载流导体绕制形成。“永磁磁极”通常由陶瓷铁氧体或稀土磁体形成的高强度永久磁体提供，也可以由单独的或多圈的闭合超导体环提供，只要导体被激励并保持在超导状态，磁极是永磁的。“永磁旋转电机”这个术语包括直流的或交流的电动机和发电机，从而包含直流发电机以及交流发电机。

电动机和发电机/交流发电机传统地设计成带有一个具有多个由绕在叠层钢片或软铁铁芯上的绕组形成的绕线磁极的中心转子的同轴圆柱形结构。定子是一个围绕着转子的圆筒形外壳，并需要精确地制造，因为转子和定子之间仅有狭小的圆筒形的气隙，小于5KW的小电机的气隙一般小于0.25mm。定子还有多个由在钢壳体内部绕在叠片上的绕组形成的绕线磁极。这样的硅钢叠片通常具有2000数量级（相对于空气）的高导磁率。材料的导磁率一般用比空气的导磁率大多少倍的数值来表示。

在同步的和通用的电动机中，对转子的连接是通过整流子和电刷或汇电环和电刷来实现，这些都是易磨损的。这些传统的电动机、还有交流发电机在较小程度上、具有由于在转子上的或在定子上的、或者更典型的是在定转子二者上的绕线磁极使用了铁芯而产生的问题。铁产生频率限制，直流电动机典型地被限制到令其固有运转频率不超过500赫，这是由于铁芯的存在而产生感应涡流损耗的原故。

例如用在真空吸尘器中的小型高速电动机可达到30，000转/分（即500赫），但由于与和定子与转子的绕线磁极相联系的铁芯叠片相关的涡流发热问题而被限制成一次只能运转大约一小时。为了在由铁芯叠片产生的频率限制范围之内达到高速，这些电动机仅用两个电刷。如果电刷数目增大，就会有更大的损耗以及增大了用于控制电动机的电路的复杂性。

一直有尝试来制造同样的同轴圆柱形结构的、但采用大致是传统的结构设计技术、使得在外定子上的永久磁体与绕在内转子铁叠片上的绕线磁极之间有狭小的气隙的永磁旋转电机。下列美国专利示出永磁电机的例子：

1，958.043    Heintz，    1934

2，104，707    Rawlings，    1938

3，296，471    Cochardt，    1967

3，531，670    Loudon，    1970

3，564，306    Ott，    1971

3，818，586    Harkness等人，    1974

4，303，843    Arnoux等人，    1981

4，417，167    Ishii等人，    1983

4，471，252    West，    1984

4，636，671    Terada，    1987

4，638，201    Feigel，    1987

4，651，066    Gritter等人，    1987

所有这些专利示出使用不同构形的永久磁体的电动机/发电机。最老的专利示出一种永磁发电机，Rawlings的专利示出一种自行车发电机，其他专利示出各种各样的电动机/发电机，大部分带有其轴线排列成与转子轴平行的永久磁体。West的专利示出一个具有常规的叠片（铁芯）绕线转子和仅有4个弧形的永久磁体的永磁起动电动机。此专利涉及安置在围绕定子的内部的永久磁体的屏蔽以便阻止磁体在拐角处去磁。上述所列的其他美国专利示出有块数为4到12之间的永久磁体的电动机，这些电动机都具有常规的叠片铁芯的转子，绕线磁极绕在叠片的槽中。

所有这些结构由于需要有与绕线磁极相关联的铁芯叠片而具有同样的涡流和磁滞损耗问题。

本发明的目的在于提供一种改进的永磁旋转电机，或者至少将向公众提供有用的选择方案。

在一个方面本发明提供一种永磁旋转电机，该电机包括：至少一个大致是圆柱形的定子和至少一个可围绕一根轴线旋转的、并具有面向所述大致是圆柱形的定子并与之隔开一个圆筒形气隙的圆筒形表面的圆筒形转子，有多个永磁磁极设在转子的所述表面上并围绕着转子表面的圆周紧挨着排列并且贴近所述圆筒形气隙放置，所述定子具有多个在基体上或基体内的绕线磁极，所述绕线磁极贴近所述圆筒形气隙放置，其中围绕着转子紧挨着设置的永磁磁极设置成使在周边上相邻的永磁磁极间具有比较短的磁通路径，所述比较短的磁通路径伸展到一个与所述定子相交的区域，所述区域和定子基体具有低的相对导磁率并且基本上是不导磁的。