СБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2010 года по МПК H02K1/27 H02K1/14 H02K21/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к вращающейся машине. Более конкретно, настоящее изобретение относится к электрической вращающейся машине, содержащей первую секцию сердечника статора, включающую в себя множество зубцов и являющуюся, по существу, круглой, вторую секцию сердечника статора, включающую в себя множество зубцов и являющуюся, по существу, круглой, обмотку, расположенную между первой и второй круглыми секциями сердечника статора, и ротор, включающий в себя множество постоянных магнитов. Кроме того, первая секция сердечника статора, вторая секция сердечника статора, обмотка и ротор имеют общую геометрическую ось, а множество зубцов первой секции сердечника статора и второй секции сердечника статора расположены, выступая по направлению к ротору.

Предшествующий уровень техники

За последние годы проявляется все больший и больший интерес к конструкциям электрических машин, которые трансформировались из машин с модулированными полюсами, машин с когтеобразными полюсами, машин Ланделла и машин с поперечным потоком (МПП). Электрические машины, в которых используются принципы упомянутых машин, были описаны в 1910 году Alexandersson и Fessenden.

Одна из наиболее важных причин этого растущего интереса заключается в том, что такая конструкция гарантирует очень большой выходной крутящий момент по сравнению, например, с индукционными машинами, машинами с переключаемым магнитным сопротивлением и даже бесщеточными машинами с постоянными магнитами. Кроме того, эти машины выгодны тем, что изготовление обмотки зачастую оказывается простым. Вместе с тем, один из недостатков этой конструкции заключается в том, что они, как правило, довольно дороги в изготовлении, и подвержены большой утечке потока, что ухудшает рабочие характеристики и снижает кпд машины.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание электрической вращающейся машины с улучшенными рабочими характеристиками.

Поставленная задача решена путем создания электрической вращающейся машины в соответствии с п.1 формулы изобретения и посредством и электрической вращающейся машины в соответствии с п.15 формулы изобретения. Варианты осуществления этого изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

В частности, в соответствии с одним аспектом изобретения электрическая вращающаяся машина содержит первую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, круглой и включающую в себя множество зубцов, вторую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, круглой и включающую в себя множество зубцов, обмотку, расположенную между первой и второй круглыми секциями сердечника статора, и ротор, включающий в себя множество постоянных магнитов. Первая секция сердечника статора, вторая секция сердечника статора, обмотка и ротор размещены вокруг общей геометрической оси, а множество зубцов первой секции сердечника статора и второй секции сердечника статора расположены, выступая по направлению к ротору. Кроме того, зубцы второй секции сердечника статора смещены в окружном направлении относительно зубцов первой секции сердечника статора, а постоянные магниты в роторе отделены в окружном направлении друг от друга посредством проходящих в осевом направлении секций полюсов, выполненных из магнитно-мягкого материала.

Одно из преимуществ этой компоновки заключается в возможности более эффективного использования магнитного потока из постоянных магнитов и обмотки. Например, можно минимизировать количество путей утечки потока, а поток постоянных магнитов можно использовать в большей степени, чем в известных машинах с модулированными полюсами. По сравнению с другими электрическими машинами вышеуказанная машина может создавать больший крутящий момент. Еще одно преимущество заключается в том, что вся магнитодвижущая сила (МДС) обмотки может быть воспринята каждым полюсом, что может привести к высокой электрической нагрузке и высокой выходной мощности для конкретного типоразмера и/или конкретной стоимости.

В соответствии с другим аспектом изобретения электрическая вращающаяся машина содержит множество фазных секций, каждая из которых включает в себя конструктивные элементы вышеописанной электрической машины.

Преимуществом этого аспекта в дополнение к вышеуказанным, является то, что такая машина может гарантировать обеспечение, по существу, постоянного крутящего момента, который может оказаться выгодным в некоторых приложениях.

В одном варианте осуществления секции полюсов выполнены из магнитно-мягкого порошка. Выполняя секции полюсов из магнитно-мягкого порошка, можно упростить изготовление ротора и сделать более эффективной концентрацию магнитного потока, используя преимущества эффективных трехмерных путей потока.

В дополнительном варианте осуществления между двумя секциями сердечника статора расположен шунт потока, и этот шунт потока представляет собой секцию ярма статора, расположенную концентрично с первой и второй круглыми секциями сердечника статора. Предусматривая такую секцию статора, можно облегчить и сделать более экономичными процесс изготовления деталей узла статора и процесс сборки узла статора.

Еще одна сфера применения настоящего изобретения станет очевидной из нижеследующего подробного описания. Вместе с тем следует понять, что подробное описание и конкретные примеры, указывающие предпочтительные варианты осуществления изобретения, приведены лишь в качестве иллюстрации, поскольку из этого подробного описания для специалистов в данной области техники будут очевидны различные изменения и модификации, возможные в рамках существа и объема притязаний изобретения.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания предпочтительного в настоящее время варианта осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает общий вид (с пространственным разделением деталей) радиальной электрической вращающейся машины согласно изобретению;

фиг.2 - общий вид электрической вращающейся машины с фиг.1 согласно изобретению;

фиг.3 - общий вид поперечного сечения электрической вращающейся машины с фиг.2 согласно изобретению;

фиг.4 - общий вид секции сердечника статора электрической вращающейся машины с фиг.1-3 согласно изобретению;

фиг.5 - общий вид ротора электрической вращающейся машины с фиг.1-3 согласно изобретению;

фиг.6 - вид в плане в осевом направлении электрической вращающейся машины и схема магнитного потока согласно изобретению;

фиг.7 - общий вид с пространственным разделением деталей осевой электрической вращающейся машины согласно изобретению;

фиг.8 - общий вид электрической вращающейся машины с фиг.7 согласно изобретению;

фиг.9 - общий вид узла статора электрической вращающейся машины с фиг.7 согласно изобретению;

фиг.10 - общий вид ротора электрической вращающейся машины с фиг.7 согласно изобретению;

фиг.11 - общий вид трехфазной электрической вращающейся машины согласно изобретению;

фиг.12 - общий вид поперечного сечения трехфазной электрической вращающейся машины с фиг.11 согласно изобретению;

фиг.13 - общий вид первых секций сердечника статора каждой фазы трехфазной электрической вращающейся машины с фиг.11, и показано возможное пространственное различие между разными фазами согласно изобретению;

фиг.14 - общий вид с пространственным разделением деталей двухфазной осевой электрической вращающейся машины согласно изобретению;

фиг.15 - общий вид двухфазной электрической вращающейся машины с фиг.14 согласно изобретению;

фиг.16 - общий вид с пространственным разделением деталей трехфазной электрической вращающейся машины согласно изобретению;

фиг.17 - общий вид трехфазной электрической вращающейся машины с фиг.16 согласно изобретению;

фиг.18 - общий вид электрической вращающейся машины согласно изобретению; и

фиг.19 - общий вид статора вращающейся машины с фиг.18 согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг.1-3 показан один вариант осуществления вращающейся машины, согласно изобретению содержащей узел 10 статора и ротор 12.

Узел статора включает в себя первую секцию 14 сердечника статора, вторую секцию 16 сердечника статора, секцию 18 ярма статора и обмотку 20.

Ротор включает в себя постоянные магниты 22 и секции 24 полюсов.

Секция 18 ярма статора выполнена с возможностью обеспечения пути магнитного потока между первой и второй секциями 14, 16 сердечника статора, действуя как «шунт потока». Материалом, используемым для секции 18 ярма статора, может быть магнитно-мягкий порошок, позволяющий облегчить сборку узла статора и обеспечить переход с относительно малым магнитным сопротивлением между двумя секциями 14, 16 сердечника статора.

На фиг.4 показан вариант осуществления секций 14, 16 сердечника статора, используемого в машине согласно фиг.1-3. Показана лишь одна секция сердечника статора. Однако в соответствии с вариантом осуществления обе секции 14, 16 сердечника статора, по существу, идентичны. Каждая секция сердечника статора имеет, по существу, круглую форму и включает в себя множество радиально проходящих зубцов 26. Зубцы 26 расположены так, что проходят по направлению к ротору 12, образуя путь потока в виде замкнутого контура с ротором 12. На фиг.4 показано, что зубцы проходят внутрь по направлению к внутреннему ротору. Вместе с тем, в варианте осуществления (не показан) оказывается возможным расположить ротор снаружи секций 14, 16 сердечника статора, вследствие чего зубцы, в отличие от предыдущей компоновки, проходят радиально наружу.

В варианте осуществления, изображенном на фиг.1 и 4, секции 14, 16 сердечника статора наслаивают, т.е. выполняют из уложенных стопой листов магнитно-мягкого материала, разделенных тонкой электрической изоляцией. Общий метод наслаивания сердечников статора хорошо известен специалистам в данной области техники. В соответствии с вариантом осуществления секции 14, 16 наслоенного сердечника могут быть выполнены из полос или удлиненных листов магнитно-мягкого материала, в которых зубцы сформированы, например, путем удаления материала из области между зубцами путем штамповки. Затем либо каждый сформированный лист, либо множество сформированных листов загибают в направлении, параллельном плоскости, придавая круглую форму. Соответствующий способ изготовления для машины с осевым потоком описан в публикации WO 2004/093291 А1. Разница между предлагаемыми секциями заднего ламинированного сердечника и секциями известного сердечника WO 2004/093291 А1 заключается в том, что листы предлагаемого заднего сердечника также образуют зубцы заднего сердечника в отличие от листов по WO 2004/093291 А1, которые включают в себя проемы, каждый из которых выполнен с возможностью приема отдельно изготовленного зубца. Изготовление секций заднего сердечника таким образом приводит к меньшим отходам, а значит - и более эффективному использованию магнитно-мягкого материала.

На фиг.5 показан вариант осуществления ротора 12 варианта осуществления согласно фиг.1-3. Ротор 12 содержит секции постоянных магнитов 22 и секции 24 полюсов из магнитно-мягкого материала. Секции 24 полюсов расположены между постоянными магнитами 22, тем самым отделяя постоянные магниты 22 друг от друга.

Постоянные магниты 22 (фиг.5) и секции 24 полюсов проходят, по существу, на одно и то же расстояние в осевом направлении ротора.

Постоянные магниты расположены таким образом, что направление намагниченности постоянных магнитов является, по существу, окружным, то есть северный и южный полюс соответственно располагаются, по существу, в окружном направлении.

Кроме того, каждый второй постоянный магнит 22, если считать в окружном направлении, расположен, так, что его направление намагниченности является направлением, противоположным по отношению к другим постоянным магнитам. Соответственно северный полюс N одного постоянного магнита 22 будет обращен к северному полюсу N одного из соседних постоянных магнитов 22. Точно так же, южный полюс S одного постоянного магнита 22 будет обращен к южному полюсу S соседнего постоянного магнита 22.

Эта конструкция ротора 12 обладает преимуществом, поскольку обеспечивает концентрацию потока постоянных магнитов 22 таким образом, что поверхность ротора 12, обращенная к зубцам 26 статора 10 может обеспечить доставку магнитного потока из обоих соседних постоянных магнитов 22 на поверхность обращенных к ней зубцов 26. Концентрация потока может рассматриваться как функция площади постоянных магнитов 22, обращенных к секции 24 полюсов, деленной на площадь, обращенную к зубцу. Эти свойства концентрации потока каждой секции 24 полюса обеспечивают возможность использования недорогих слабых постоянных магнитов в качестве постоянных магнитов 22 в роторе и позволяют достичь очень больших плотностей потока в воздушном зазоре. Концентрацию потока можно облегчить с помощью секции полюса, выполненной из магнитно-мягкого порошка, что гарантирует эффективные трехмерные пути потока. Кроме того, конструкция также позволяет более эффективно использовать магниты, чем в соответствующих типах машин. Еще одно преимущество этой конструкции состоит в том, что магниты имеют, по существу, одно и то же магнитное сопротивление независимо от положения ротора, нивелируя проблемы, связанные с пульсацией потока.

В соответствии с вышеупомянутым вариантом осуществления (фиг.1 и 6) первая и вторая секции 14, 16 сердечника статора смещены в осевом направлении друг относительно друга и расположены вокруг общей оси. Обмотка 20 расположена между двумя секциями 14, 16 сердечника статора. Преимущество расположения обмотки, таким образом, заключается в том, что вся МДС (магнитодвижущая сила) воспринимается каждым полюсом, а это приводит к высокой электрической нагрузке и высокой выходной мощности для заданного размера и/или стоимости. Секция 18 ярма статора расположена концентрично с двумя секциями 14, 16 статора. Секция 18 ярма статора имеет в осевом направлении длину, по существу, соответствующую длине узла, состоящего из двух секций 14, 16 статора и обмотки 20, чтобы обеспечить возможность расположения в качестве шунта потока между двумя секциями 14, 16 сердечника статора. Изготавливая секцию 18 ярма статора из магнитно-мягкого порошка, увеличивают эффективность трехмерного пути потока, идущего из одной секции 14, 16 сердечника статора в секцию 18 ярма статора, по отношению к варианту осуществления, в котором секция ярма статора выполнена из слоистых материалов.

Кроме того, одна из двух секций сердечника статора смещена путем поворота относительно другой секции сердечника статора. Такое смещение приводит к тому, что зубцы 26 одной из секций сердечника статора находятся в окружном положении, отличающемся от окружного положения зубцов другой секции сердечника статора. Это показано на фиг.6, где первая секция 14 сердечника статора расположена, с этой точки зрения, перед обмоткой 20, а вторая секция 16 сердечника статора расположена позади этой обмотки. Невидимые части второй секции 16 сердечника статора показаны пунктирными линиями. В варианте осуществления, показанном на фиг.6, каждый зубец одной из секций 14, 16 сердечника статора расположен в окружном направлении в середине зазора между зубцами другой секции статора.

Описанная компоновка узла 10 статора обладает преимуществом простоты сборки и простоты изготовления деталей.

В этом случае ротор 12 расположен на оси (не показана) или валу 50 и находится в центре узла 10 статора или - если ротор является ротором наружного типа - располагается вокруг узла статора.

Концепция смещения зубцов одной секции сердечника статора относительно зубцов другой секции сердечника статора выгодна в целях эффективного использования вышеописанной и наиболее эффективной конструкции ротора. Путь потока такой системы можно описать нижеследующим образом (фиг.6) начиная с постоянного магнита 22:

I) путь потока изначально является окружным и исходящим из постоянного магнита 22 в соседнюю секцию 24 полюса, где может происходить концентрация потока, причем в секции 24 полюса путь потока может быть окружным и частично осевым для концентрации магнитного потока от лицевой зоны постоянного магнита 22 к положению зубца 26 первой секции 14 сердечника статора;

II) затем путь потока возвращается на радиальное направление из секции 24 полюса, пересекает воздушный зазор 28, идет через зубец первой секции 14 сердечника статора и проходит в радиальном и частично в окружном направлении в шунт потока, которым в этом случае является секция 18 ярма статора;

III) затем путь поток поворачивает на осевое и окружное направление через шунт потока к соседнему зубцу второй секции 16 сердечника статора;

IV) затем путь потока поворачивает на радиальное направление через зубец второй секции 16 сердечника статора, пересекает воздушный зазор 28 между этим зубцом и ротором и попадает в секцию 24 полюса на другой стороне постоянного магнита 22;

V) затем путь потока переходит на окружное направление и возвращается к постоянному магниту 22.

Соответствующие пути можно описать и начертить для каждого постоянного магнита, но для облегчения понимания показан только один.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения зубцы 26 одной секции 14 сердечника статора отделены в осевом направлении от зубцов 26 другой секции 16 сердечника статора зазором, проходящим в окружном направлении. Этот зазор проходит в окружном направлении и не прерывается зубцами 26 первой секции 14 сердечника статора, проходящими в осевом направлении в пространство между зубцами 26 второй секции 16 сердечника статора. Иными словами, этот зазор описывает непрерывное кольцо.

В обмотку 20, которая расположена между двумя секциями 14, 16 сердечника статора, можно подавать разные напряжения для работы, например, синусоидальные колебания или прямоугольные колебания.

В соответствии с другим аспектом этого изобретения общую конструкцию радиальной электрической вращающейся машины (фиг.1-6) можно использовать в осевой электрической вращающейся машине. Общие свойства и преимущества для осевой электрической вращающейся машины являются такими же, как для радиальной электрической вращающейся машины. Однако осевая электрическая вращающаяся машина может обеспечить дополнительные преимущества, которые будут описаны ниже.

На фиг.7-10 показана осевая электрическая вращающаяся машина согласно изобретению и ее части. Осевая электрическая вращающаяся машина, как и радиальная машина, содержит узел 60 статора и ротор 62. Основное различие между радиальной электрической вращающейся машиной и предложенной осевой электрической вращающийся машиной заключается в том, что первая и вторая секции 64, 66 сердечника статора осевой электрической вращающейся машины включает в себя выступающие в осевом направлении зубцы 76. Кроме того, первая секция 64 сердечника статора окружает вторую секцию 66 сердечника статора, а обе они находятся, по существу, в одном и том же осевом положении (фиг.8 и 9). Обмотка 70, которая, по существу, идентична обмотке радиальной электрической вращающейся машины, расположена между первой и второй секциями 64, 66 сердечника статора, то есть обмотка окружает периферийную поверхность второй секции 66 сердечника статора и окружена первой секцией 64 сердечника статора. Шунт потока или секция 68 ярма статора установлена на обе - первую и вторую - секции 64, 66 сердечника статора от осевого направления и заходит в тот конец, который не обращен к ротору 62.

Как показано на фиг.7 и 9, радиальная ширина первой секции 64 сердечника статора и второй секции 66 сердечника статора могут быть разными. Секции 64, 66 сердечника статора выполняют разной радиальной ширины, чтобы сделать величины площадей поперечного сечения, подвергающиеся воздействию магнитного потока, проходящего по этим путям потока, по существу, идентичными и тем самым оптимизировать путь потока узла 60 статора. Соответственно зубцы первой секции 64 сердечника статора длиннее в окружном направлении и короче в радиальном направлении, чем зубцы второй секции сердечника статора.

Зубцы 76 второй секции 66 сердечника статора смещены в окружном направлении относительно зубцов 76 первой секции 64 сердечника статора, как и в радиальной электрической вращающейся машине (фиг.9). Поэтому, когда зубец 76 первой секции 64 сердечника статора обращен к конкретной секции 74 полюса ротора 62, ни один зубец 76 второй секции 66 сердечника статора не обращен к той же самой секции 74 полюса.

Выбор материала и состава узла 60 статора может быть идентичным любому варианту осуществления, описанному в связи с радиальной электрической вращающейся машиной. Однако направление наслаивания секций 64, 66 сердечника статора отличается тем, что листы при наслаивании проходят в осевом направлении. Таким образом, секции 64, 66 сердечника статора могут быть выполнены из удлиненных листов, которые изогнуты в направлении, соответствующем нормали к плоскости листа, с получением колец или спиралей, и собраны с получением кольцеобразных секций статора.

Ротор 62 также содержит постоянные магниты 72 и секции 74 полюсов, которые расположены аналогично тому, как это сделано в случае ротора радиальной электрической вращающейся машины (фиг.5 и 10). Таким образом, полюсы постоянных магнитов направлены в окружном направлении. Материал, используемый в роторе, может быть идентичным материалу, описанному в вариантах осуществления радиальной электрической вращающейся машины.

Ротор 62 согласно этому варианту осуществления выполнен с возможностью пропускать и получать магнитный поток из одной из двух направленных вдоль оси поверхностей и к этой поверхности, которая обращена к зубцам секций 64, 66 сердечника статора, через воздушный зазор 78 в зубцы и из зубцов секций 64, 66 сердечника статора (фиг.1, 8 и 10). Таким образом, ротор 62 осевой электрической вращающейся машины выполнен с возможностью распределения и получения магнитного потока в осевом направлении, а ротор 12 радиальной электрической вращающейся машины выполнен с возможностью распределения и получения магнитного потока в радиальном направлении. Это может привести к тому, что ротор 62 осевой электрической вращающейся машины может быть шире в радиальном направлении, чем в радиальной электрической вращающейся машине, чтобы обеспечить достаточную площадь взаимодействия, обращенную к зубцам. Вместе с тем, можно было бы сделать ротор 62 малым в осевом направлении, гарантируя плоскую конструкцию электродвигателя. Таким образом, можно даже сделать такой электродвигатель требующими такого малого объема осевого пространства, что его можно установить в колесо транспортного средства.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения зубцы одной секции 64 сердечника статора отделены в радиальном направлении от зубцов 76 другой секции 66 сердечника статора зазором, проходящим в окружном направлении. Этот зазор проходит в окружном направлении и не прерывается зубцами 76 первой секции 64 сердечника статора, проходящими в осевом направлении в пространство между зубцами 76 второй секции 66 сердечника статора. Иными словами, этот зазор описывает непрерывное кольцо.

Возможны другие варианты осуществления секций сердечника статора любой из радиальной или осевой электрических вращающихся машин, и в некоторых случаях они могут оказаться выгодными. Например, каждая из секций 14, 16; 64, 66 сердечника статора может быть выполнена из магнитно-мягкого порошка. Если секции сердечника статора выполнены из магнитно-мягкого порошка, то секцию 18; 68 ярма статора можно не делать, а функциональными свойствами шунтирования потока можно наделить секции 14, 16; 64, 66 сердечника статора. Этого можно достичь, формируя секции 14, 16; 64, 66 сердечника статора, включающими в себя окружной, по существу, непрерывно проходящий выступ в каждой из секций 14, 16; 64, 66 сердечника статора. Этот выступ выступает по направлению к другой секции 14, 16; 64, 66 сердечника статора. Такая конструкция имеет свои преимущества в том, что процесс сборки узла статора станет еще легче.

Вместе с тем, в некоторых приложениях можно достичь преимуществ, изготавливая секцию 14, 16; 64, 66 сердечника статора из слоистых материалов, а секцию 18; 68 ярма статора из магнитно-мягкого порошка. Одним таким преимуществом может быть то, что слоистые материалы в настоящее время обладают большей магнитной проницаемостью, чем магнитно-мягкий порошок, в двумерных путях потока, а магнитно-мягкий порошок обладает лучшими свойствами для деталей, требующих трехмерных путей потока. Соответственно комбинация двух материалов, т.е. слоистого материала и магнитно-мягкого порошка позволяет обеспечить эффективные пути магнитного потока. Следовательно одна соответствующим образом изготовленная машина может обладать большей плотностью мощности, т.е. увеличенным отношением создаваемой силы к пространственному объему электродвигателя. Кроме того, в машине, содержащей сочетание двух вышеописанных материалов, уменьшаются омические потери, а это приводит к меньшему току, необходимому для создания желаемого крутящего момента. Используя слоистые материалы в секциях 14, 16 сердечника статора, можно создавать конструкции, которые способны выдержать силы кручения, превышающие те, которые достигаются в конструкции из магнитно-мягкого порошка.

Эффективность машины можно дополнительно увеличить, формируя секцию 18; 68 ярма статора из слоистой части, расположенной между двумя связывающими магнитный поток частями, выполненными из магнитно-мягкого порошка. Каждую из связывающих магнитный поток частей можно расположить на каждой и секций сердечника статора, чтобы связать магнитный поток со слоистой частью посредством свойств проводимости трехмерного магнитного потока.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления вся секция 18; 68 ярма статора состоит из слоев. Слои располагают таким образом, что протяженность наслоенных листов является радиальной и осевой, т.е. нормаль к плоскости листа обращена, по существу, в окружном направлении. Такие наслоенные листы могут быть клиновидными или могут иметь пазы, расположенные между листами.

В соответствии с вариантом осуществления компоненты или детали, выполненные из магнитно-мягкого порошка, могут быть уплотнены или спечены с получением желаемой формы в зависимости от используемого магнитно-мягкого материала. Получаемые компоненты или детали должны обладать удельным сопротивлением, по меньшей мере, 1 мкОм·м. Кроме того, в соответствии с другим вариантом осуществления плотность деталей статора может составлять, по меньшей мере, 6500 кг/м³. Примерами магнитно-мягких порошков, которые можно использовать для изготовления деталей статора посредством уплотнения, являются Somaloy 500, Somaloy 550 и Permite 75 фирмы Höganäs AB, Швеция.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления во множестве зубцов 26 секций 14, 16 сердечника статора расположены пазы 30 (фиг.18, 19). Пазы 30 проходят в осевом и радиальном направлении в каждом зубце из множества зубцов 26. Предусматривая такие пазы 30, можно снизить утечку из постоянного магнита на нежелательную поверхность зубцов. Такая нежелательная поверхность может быть поверхностью, проходящей от задней стороны секции сердечника статора до кончика зубца, т.е. это поверхность, не обращенная к ротору.

На фиг.1-3 и 6-8 показаны однофазные машины, которые могут оказаться весьма полезными для некоторых приложений. Такая машина будет создавать однонаправленный, но пульсирующий крутящий момент, который можно описать формулой (1+cos2ωt). За счет объединения двух или более однофазных машин и разделения их правильным фазовым углом в пространстве и времени, можно получить машину, которая будет способна создавать, по существу, постоянный крутящий момент. Количество фаз, которые можно объединить, ограничивается практическими соображениями. На фиг.11-12 показан пример многофазной радиальной машины, в данном случае трехфазной машины согласно изобретению. Позиции на чертежах соответствуют позициям в случае однофазной радиальной машины, при этом символ «'» соответствует конструктивному элементу первой фазы, символ «''» соответствует конструктивному элементу второй фазы, а символ «'''» соответствует конструктивному элементу третьей фазы. На чертежах показана ось 50, на которую установлен ротор. Каждая из фазных секций, т.е. однофазных машин, информация о которых приведена в этом описании выше содержит свой собственный ротор, т.е. каждая фазная секция полностью соответствует ранее описанным радиальным однофазным машинам. Вместе с тем, один-единственный ротор может быть выполнен с возможностью взаимодействия со всеми трехфазными секциями, т.е. ротор, описанный выше для радиальной однофазной машины, продлен в осевом направлении, чтобы обеспечить взаимодействие со всеми трехфазными секциями. Кроме того, на чертежах показан лишь вариант, составленный из радиальных электрических машин, однако каждая радиальная фазная секция может быть заменена осевой фазной секцией.

На фиг.13 показан пример пространственного разделения фаз. На этом чертеже показана первая секция 14', 14'', 14''' каждой фазы. Пространственное разделение в этом примере относится к зубцам секции сердечника статора одной фазы, смещенной в окружном направлении относительно зубцов секций сердечника статора других фаз.

На фиг.14-15 показан вариант осуществления двухфазной электрической машины, в котором используются осевые фазные секции, т.е. осевой электрической машины, описанной в связи с фиг.7-10. Позиции на чертежах соответствуют позициям в случае однофазной осевой машины с той разницей, что символ «'» соответствует конструктивному элементу первой фазной секции, а символ «''» соответствует конструктивному элементу второй фазной секции. В этом варианте осуществления узлы 60' и 60'' статора расположены так, что их зубцы 76' и 76'' обращены к своему узлу статора. Оба узла 60' и 60'' статора выполнены с возможностью совместного использования одного и того же ротора 62. Этот вариант осуществления выгоден тем, что он является весьма компактным, по меньшей мере, в осевом направлении, включает в себя относительно немного деталей, т.е. оказывается простым в сборке, и по-прежнему обладает преимуществами, описанными ранее.

На фиг.16-17 показан другой вариант осуществления трехфазной электрической машины согласно изобретению. Этот вариант содержит две осевые фазные секции и одну радиальную фазную секцию и один ротор, расположенные так, чтобы гарантировать, что магнитный поток посылается в радиальном направлении в узлы статора, соответствующие изобретению, и принимается из них. Позиции на чертежах соответствуют позициям в случае однофазной осевой машины с той разницей, что символ «'» соответствует конструктивному элементу первой осевой фазной секции, а символ «''» соответствует конструктивному элементу второй осевой фазной секции. Указанная конструкция электрической машины обеспечивает возможность получения весьма компактной трехфазной электрической машины, которая проста в сборке и обладает преимущественными характеристиками электрической вращающейся машины, соответствующей настоящему изобретению.

Это изобретение можно рассматривать как относящееся к более эффективной машине с модулированными полюсами. В представленном описании приведены возможные варианты воплощения изобретения. Это описание не следует интерпретировать в ограничительном смысле. Специалистам в данной области техники будут очевидны изменения и модификации, которые можно осуществить в рамках объема и существа притязаний изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к особенностям конструктивного выполнения электрических машин, в которых гарантирован большой выходной крутящий момент. Электрическая вращающаяся машина согласно изобретению содержит первую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, круглой и включающую в себя множество зубцов, вторую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, круглой и включающую в себя множество зубцов, обмотку, расположенную между первой и второй круглыми секциями сердечника статора, и ротор, включающий в себя множество постоянных магнитов. Первая секция сердечника статора, вторая секция сердечника статора, обмотка и ротор размещены на общей геометрической оси, при этом множество зубцов первой секции сердечника статора и второй секции сердечника статора расположены, выступая по направлению к ротору. Кроме того, зубцы второй секции сердечника статора смещены в окружном направлении относительно зубцов первой секции сердечника статора, а постоянные магниты в роторе отделены в окружном направлении друг от друга проходящими в осевом направлении секциями полюсов, выполненными из магнитно-мягкого материала, при этом направление намагниченности постоянных магнитов ротора является, по существу, окружным, чтобы путь магнитного потока, генерируемого в аксиально проходящей секции полюса при использовании электрической вращающейся машины, был окружным и частично осевым для концентрации магнитного потока от лицевой зоны соседних постоянных магнитов к положению зубца первой секции сердечника статора. Технический результат - обеспечение улучшенных рабочих характеристик и повышение кпд электрической машины. 13 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Электрическая вращающаяся машина, содержащая
первую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, круглой и включающую в себя множество зубцов,
вторую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, круглой и включающую в себя множество зубцов,
обмотку, расположенную между первой и второй круглыми секциями сердечника статора, и
ротор, включающий в себя множество постоянных магнитов,
при этом первая секция сердечника статора, вторая секция сердечника статора, обмотка и ротор размещены вокруг общей геометрической оси, и при этом множество зубцов первой секции сердечника статора и второй секции сердечника статора выступают по направлению к ротору, отличающаяся тем, что
зубцы второй секции сердечника статора смещены в окружном направлении относительно зубцов первой секции сердечника статора, а постоянные магниты в роторе отделены в окружном направлении друг от друга посредством проходящих в осевом направлении секций полюсов, выполненных из магнитно-мягкого материала, при этом направление намагниченности постоянных магнитов ротора является, по существу, окружным, чтобы путь магнитного потока, генерируемого в аксиально проходящей секции полюса при использовании электрической вращающейся машины, был окружным и частично осевым для концентрации магнитного потока от лицевой зоны соседних постоянных магнитов к положению зубца первой секции сердечника статора.

2. Электрическая вращающаяся машина по п.1, отличающаяся тем, что направление намагниченности каждого второго постоянного магнита противоположно направлению намагниченности постоянных магнитов между ними.

3. Электрическая вращающаяся машина по п.1, отличающаяся тем, что секции полюсов выполнены из магнитно-мягкого порошка.

4. Электрическая вращающаяся машина по п.1, отличающаяся тем, что между первой и второй круглыми секциями сердечника статора расположен шунт потока для обеспечения пути потока между круглыми секциями сердечника статора.

5. Электрическая вращающаяся машина по п.4, отличающаяся тем, что шунт потока представляет собой секцию ярма статора, расположенную так, что она окружает общую геометрическую ось.

6. Электрическая вращающаяся машина по п.5, отличающаяся тем, что секция ярма статора выполнена из магнитно-мягкого порошка.

7. Электрическая вращающаяся машина по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что секции сердечника статора выполнены из ламинированных листов магнитно-мягкого материала и листов электрической изоляции.

8. Электрическая вращающаяся машина по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что секции сердечника статора выполнены из магнитно-мягкого порошка.

9. Электрическая вращающаяся машина по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что зубцы первой секции статора и второй секции статора выступают в радиальном направлении, при этом первая секция статора и вторая секция статора смещены в осевом направлении относительно друг друга.

10. Электрическая вращающаяся машина по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что зубцы первой секции статора и второй секции статора выступают в осевом направлении, при этом первая секция статора расположена так, что окружает вторую секцию статора.

11. Электрическая вращающаяся машина по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что ротор расположен вокруг первой и второй секций сердечника статора, при этом зубцы проходят в радиальном направлении наружу.

12. Электрическая вращающаяся машина по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что секции сердечника статора выполнены из магнитно-мягкого материала, и между ними размещено средство шунтирования магнитного потока для формирования пути магнитного потока между первой и второй секциями сердечника статора.

13. Электрическая вращающаяся машина по п.12, отличающаяся тем, что каждая секция сердечника статора включает в себя выступ, который проходит в окружном направлении, по существу, непрерывно и выступает по направлению к соответствующей другой секции сердечника статора.

14. Электрическая вращающаяся машина по пп.1-6, отличающаяся тем, что содержит множество фазных секций, каждая из которых содержит:
первую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, круглой и включающую в себя множество зубцов,
вторую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, круглой и включающую в себя множество зубцов, причем зубцы второй секции сердечника статора смещены в окружном направлении относительно зубцов первой секции сердечника статора,
обмотку, расположенную между первой и второй круглыми секциями сердечника статора, и
ротор, включающий в себя множество постоянных магнитов,
при этом первая секция сердечника статора, вторая секция сердечника статора, обмотка и ротор размещены вокруг общей геометрической оси, и при этом множество зубцов первой секции сердечника статора и второй секции сердечника статора выступают по направлению к ротору,
при этом постоянные магниты в роторе отделены в окружном направлении друг от друга посредством проходящих в осевом направлении секций полюсов, выполненных из магнитно-мягкого материала, и направление намагниченности постоянных магнитов является, по существу, окружным.