CN100490279C - 具有轴向磁通的多极电动机/发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有轴向磁通的电机，其中磁路通过由电流绕组或线圈包围着的一个或几个极芯或极柱。这样使得高密度的磁通通过极芯或极柱，和现有技术相比，可以减少用于极芯或极柱的材料，在现有技术中需要大的定子直径传输高密度的磁通。此外，这种电机在低转速和高转速下都具有高的效率。按照本发明的另一个方面，提供了一种不用增加发电机的直径而实现多相输出的电机。

Description

具有轴向磁通的多极电动机/发电机

技术领域

本发明涉及电机，尤其涉及同步电机。所述电机可以作为电动机或发电机工作，如下所述，并在下文中只被叫做发电机。

背景技术

发电机可以被用于许多不同的领域。当发电机被用于风轮机时，相对于风轮机的尺寸的一个比较重要经济参数是壳体的尺寸。因此，能够减少风轮机的直径是重要的。为了使壳体最小，必须使连接机翼和发电机的变速箱和传动装置最小。这可以通过提供具有每转相当大的效果的发电机来实现。

达到这个要求的一种方法是使发电机具有尽可能小的径向尺寸，因为发电机在风轮机的壳体中占据相当大的空间。

在制造风轮机中的发电机时另一个要考虑的问题是，发电机在低转速和高转速时必须具有高的效率。

基于常规的径向磁通的发电机(图1)是最常用的一种电机。

这种情况下的这种发电机的一个主要问题是，对于给定的功率输出的直径相当大，这是因为使用径向叠置的定子结构。

另一个缺点在于，定子围绕着转子，因而增加了发电机的直径。

另一个缺点在于，由在材料7和槽2本身之间的材料的各个布置形成的气隙中的感应相当低，因为只有材料7传输磁通，并且其只覆盖大约50％的朝向气隙的自由空间。

另一个缺点在于，使用的线圈材料只起连接位于槽2中的绕制的线圈3的作用。

另一个缺点在于把线圈3插入槽2的窄的开口中时的操作比较复杂。

图1是按照现有技术的发电机的一部分的截面图。该图表示定子1，其具有槽2，槽中具有按传统方式绕制的线圈3，即根据产生的电流的相数从一个已知的槽到另一个槽。图中还示出了转子4，其上具有磁体5，沿转子4的周边彼此分开地设置。在转子4上的磁体5和定子1之间具有气隙。

当转子4通过未示出的轴相对于定子1运动时，磁体5运动而通过线圈3，因而在线圈中产生电流。

如果对线圈3提供电流，磁场将使转子4和轴运动，此时电机作为电动机。

按照现有技术的结构的缺点已经在上面进行过说明。

有许多类似种类的在一些方面优化的发电机，但是它们都具有径向磁通，因而涉及同样的问题，即，具有相当大的直径，如上所述。

发明内容

因而，本发明的目的在于提供一种发电机/电动机或电机，其中通过由电流绕组或线圈围绕着的一个或几个极柱或极芯提供磁路。当单独的极芯或极柱由相应的单独的线圈包围时，可以使高密度的磁通通过极芯或极柱，和常规的电机相比，这使得极芯和极柱使用的材料较少，在现有技术中，为了得到高密度的磁通，例如需要大的定子直径。

本发明的另一个目的在于提供一种电机或发电机/电动机，其可以提供多相输出而不用加大发电机的直径。所述的多相电机可以通过串联设置相应数量的上述任何实施例的单相电机来实现。

本发明的目的还在于提供一种用于生产上述的U形极芯元件的方法。因而，按照本发明的一个方面，提供一种用于生产基本上呈U形的极芯元件的方法，所述方法包括围绕一个椭圆形的本体或模具绕制金属板或变压器金属板，从而获得由变压器金属板制成的椭圆形的元件，分割所述由变压器金属板制成的椭圆形的元件为基本上相等的两部分，从而获得两个U形的极芯元件。

按照本发明的第一方面，提供一种电机，包括：被固定在具有旋转轴线的轴上的转子，所述转子包括多个用于产生磁场的磁体或装置，定子，在所述转子和所述定子之间具有气隙，所述定子包括多个单独的极芯，其具有相应的被绕在所述极芯上并包围所述极芯的单独的线圈或绕组，所述极芯被这样设置，使得一个或几个极芯的至少一部分相对于旋转轴线呈一角度，所述角度等于或大于0度而小于90度，并且所述极芯提供一个或几个磁通路径的一部分，其中磁通路径包括两个并且只包括两个极芯和两个并且只有两个气隙。

最好是，所述电机包括具有绕组或线圈的多个极芯或极柱。最好是单独的极芯或极柱具有相应的包围所述极芯或极柱的单独的线圈或绕组。最好是，每个单独的极芯具有相应的单独的线圈或绕组。

借助于围绕极芯或极柱绕制线圈，极芯或极芯的一部分可以沿任何方便的方向设置，包括基本上是轴向的方向。因而，本发明提供一种发电机/电动机，其具有相当小的直径。应当理解，本发明的第一方面包括若干个实施例。在第一个优选的实施例中，在转子中设置用于产生磁场的磁体或装置，并且所述极芯或极柱被设置在定子中。在第二个优选实施例中，用于产生磁场的磁体或装置被设置在定子中，并且极芯或极柱被设置在转子中。

当设置所述极芯时，它们可以被这样设置，使得一个或几个极芯的至少一部分和旋转轴线平行或者呈一定角度。因而，所述角度可以等于或大于0度并小于90度。其中，所述角度可以小于45度或者小于30度。

不过，最好是一个或几个极芯的至少一部分基本上平行于旋转轴线，借以使得具有小的直径。线圈围绕极芯被这样绕制，使得一个或几个绕组或线圈的轴线基本上平行于旋转轴线。

极芯也可以被这样设置，使得一个极芯的至少一部分基本上垂直于轴的转动轴线。线圈或绕组可以被绕在基本上垂直于旋转轴线的极芯的部分上，但是线圈也可以被绕在极芯的另一部分上，所述另一部分具有不同的方向。因而，一个或几个绕组或线圈可以具有基本上垂直于旋转轴线的轴线。

转子可以被这样设置，使得至少转子的一部分基本上垂直于旋转轴线。转子最好是圆形的。

当设置用于产生磁场和极芯的磁体或装置时，最好是它们被这样设置，使得磁路包括通过两个极芯的磁通路径。不过，本发明还包括这样的实施例，其中磁路包括通过极芯和旋转轴线的磁路。其中，可以使用两个转子。所述转子被基本上对着所述的轴设置。

按照本发明，在转子和定子之间形成有气隙，其中极芯是定子或转子的一部分。其中，优选的是，一个单独的极芯或极柱只具有一个相应的气隙。最好是，对于每个单独的极芯，只具有一个在定子和转子之间的气隙，因而，对于包括两个并且只包括两个极芯的磁路，所述磁路将包括两个并且只包括两个气隙。

对于具有一个转子的本发明的实施例，最好是定子还包括和极柱或极芯相连的导磁的端板。其中，所述端板应当基本上和转子平行并相对。

当设置用于产生磁场或磁极的磁体或装置时，它们可以被这样设置，使得极芯的数量等于用于产生磁场的磁体或装置的数量。

应当理解，本发明包括许多具有不同结构的用于产生磁场的磁体或装置的实施例。因而，它们可以沿径向并且等距离地位于转子中。它们也可以位于转子在面向极芯的端部的一侧。此外，它们可以位于转子的外周边上。

最好是按照本发明的电机还包括极靴。它们最好是被设置在用于产生磁场的磁体或装置之间。

应当理解，用于产生磁场的磁体或装置可以被这样设置，使得磁通集中在气隙中。

因而，按照本发明的第二方面，提供一种电机，包括：被固定在具有旋转轴线的轴上的转子，所述转子包括多个用于产生磁场的磁体或装置，定子，在所述转子和所述定子之间具有气隙，所述定子包括多个单独的极芯，其具有相应的被绕在所述极芯上并包围所述极芯的单独的线圈或绕组，所述极芯被这样设置，使得一个或几个极芯的至少一部分相对于旋转轴线成一角度，所述角度等于或大于0度而小于90度，并且所述极芯提供一个或几个磁通路径的一部分，其中多个用于产生磁场的磁体或装置被成对地设置，使得具有相同极性的磁极彼此面对。

借助于使用于产生磁场的磁体或装置成对地设置可以获得V或L形。

应当理解，当把用于产生磁场的磁体或装置设置成V形时，用于产生磁场的磁体或装置可以被大致设置成两个或多个V形。

对于本发明的具有被设置在转子中的极芯的实施例，最好是极芯被这样设置在转子中，使得对于一个极芯，所述极芯的至少一部分基本上垂直于旋转轴线。不过，极芯或者极芯的一部分也可以被设置成和旋转轴线成一定角度，所述角度小于90度。

当极芯被设置在转子中时，用于产生磁场的磁体或装置可以位于面向极芯端部的定子中。用于产生磁场的磁体或装置可以被设置在定子中，被制成V，U或L形，以便集中磁通。

在本发明的一个实施例中，其中所述电机包括多个要被磁化的磁体或装置，最好是所述多个磁体或装置被成对地设置，使同极性的磁极彼此面对。

应当理解，按照本发明，用于产生磁场的磁体或装置可以是永久磁体或电磁体。

当生产上述的电机的绕组或线圈时，最好使用扁的集中线圈。当生产所述极芯时，最好所述极芯由导磁材料制造，所述导磁材料最好是磁场定向的软磁叠层。

按照本发明的实施例的电机最好被制成同步单相电机。所述电机可以是发电机的形式，其在轴上接收机械力/功率以通过绕组产生电能，或者是电动机的形式，其通过绕组从电源接收电能以通过轴产生机械力/功率。

应当理解，按照本发明的实施例的发电机可以很好地适用于风轮机。

按照本发明的优选实施例，其中极芯或极柱被设置在定子中，极芯或极柱由基本上呈U形的元件构成。其中，基本上呈U形的元件被设置定子中，使得一个极芯或极柱由两个U形元件的两个相邻的柱构成。

当设计具有本发明电机的极柱的定子时，最好是极柱被这样设置，使得极芯或极柱的宽度基本上等于两个连续的极柱之间的距离。因而，对于U形极芯元件，两个极柱之间的距离最好基本上等于一个柱的宽度的两倍。

对于具有被设置在转子中的极靴的本发明的实施例，最好是在转子外周边的极靴的宽度基本上等于在定子中相对设置的极芯或极柱的宽度。

此外，所述U形的极芯元件也可以通过把变压器金属板冲压成U形，然后叠置多个被冲压的金属板或层从而获得所需的U形极芯元件的厚度而制成。

当使用上述的U形的极芯元件时，经过两个极芯的磁路通过一个U形的极芯元件的两个柱。在本发明的优选实施例中，U形的极芯元件被设置在定子端板上。不过，当磁路经过U形元件时，不需要在定子端板上形成磁路而引起磁损。

因而，最好是，U形极芯或极柱由导磁材料制成。最好定子端板由导磁率低的材料制成。最好是定子端板电导率低的材料制成。

当用于产生磁场的磁体或装置如上所述被设置在转子中时，在本发明的范围内还提供一种电机，其中第一定子面向转子的第一侧并和转子相对地设置，第二定子面向转子的另一侧或第二侧也和转子相对地设置。其中，转子的两侧具有用于产生磁场的磁体或装置，第一定子的极芯或极柱面向转子的第一侧，而第二定子的极芯或极柱面向转子的第二侧。

因而，按照本发明的具有这种最简单的形式的电机包括由一个定子部分和一个转子部分构成的一个或几个元件。不过，在一个优选实施例中，所述电机可以包括由具有两个相应的定子部分的一个转子部分构成的一个或几个元件。

本发明还提供一种多极电机，其中通过串联设置相应数量的上述电机获得。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例，其中：

图1表示按照现有技术的发电机的一部分的截面图；

图2是按照本发明的实施例的示意图；

图3是按照本发明的另一个实施例的示意图；

图4a是图3所示的实施例的示意的截面图；

图4b和4c是按照本发明的实施例的截面图；

图5是按照本发明的另一个实施例的示意图；

图6a是按照本发明的另一个实施例的示意图；

图6a是图6a所示的实施例的示意地纵截面图；

图6c表示从一端看时图6a，6b所示的实施例的定子；

图7a表示按照本发明的实施例的串联连接的两个发电机的示意的截面图；

图7b表示按照本发明的实施例的串联连接的两个发电机的示意的截面图；

图8表示具有按照本发明的实施例的不同结构的磁体的发电机的截面图；

图9表示具有按照本发明的另一个实施例的不同结构的磁体的发电机的截面图；

图10是按照本发明的另一个实施例的发电机的截面图；

图11是按照本发明的另一个实施例的发电机的截面图；

图12是按照本发明的实施例的串联连接的发电机的透视图；

图13是按照本发明的另一个实施例的电机的截面图；

图14是按照本发明的另一个实施例的电机的截面图；

图15是按照本发明的实施例的定子部分的截面图；

图16是根据和图15的定子相同的原理设置的定子的另一个实施例的截面图；

图17是包括一个转子和两个定子的本发明的实施例的截面图；

图18是包括一个转子和两个定子的本发明的另一个实施例的截面图。

具体实施方式

图2表示按照本发明的一个实施例的示意图。该图表示极轮10，其作为转子被固定在轴11上。多个磁体12以这种方式沿径向设置，使得磁体的相同极性N的磁极彼此面对，相同极性S的磁极彼此相对。磁体12最好是永磁体，但是也可以是电磁体等。

最好由层叠的金属板或块状铁制成的多个极靴13被设置在磁体12之间，其使磁通集中因而具有相当小的剩磁，即它们是好的磁导体。极靴13和磁体12在磁方面和轴11隔离，

和转子10分开的磁端板或端屏蔽17具有多个极芯或极柱15，它们以这种方式被固定在板17上，使得只在转子10和极靴13之间存在气隙14。板17和极芯15作为定子15，17。板17最好是一个环形铁心，其使用一定长度的铁利用非磁场定向的层叠铁绕制成环形制成。

板17用于形成磁“短路”，并在给定的磁路中在相关的极芯15之间传输磁通。因而，在本实施例中，局部的闭合磁路包括：磁体12，极靴13，气隙14(其放大磁通)，极芯15，磁端板17，相邻极芯，相邻的气隙，相邻的极靴。

对于每个给定的极芯15，具有两个相邻的局部磁路。它们中的两个示意地由环18A，18B表示。

电绕组16例如线圈，最好包围每个极柱15。最好是，线圈16围绕极柱15紧密地闭合地绕制。这种结构对于绕组/线圈16中的感应是非常有效的，因为在这种结构中磁通被高度地集中并均匀地分布在极芯15中。绕组16最好由扁的集中线圈制成，其具有高的填充系数。借助于使绕组16集中在极芯15上，几乎影响所有的线圈材料，这和图1所示的现有技术的发电机相反，因为磁通几乎影响所有的线圈材料(当然除去从发电机输送电流的材料)。

当转子10相对于定子15，17运动时，在给定极芯15中的磁通改变方向，因为在气隙14中的极性改变(从N到S，反之亦然)，从而在绕组16中感应电流。这种感应是非常有效的，如上所述，因为磁通被高度集中并均匀分布在由绕组16包围的区域即极芯15中。

对于独立的发电机，轴11最好是可转动地安装在板17中的轴承或其类似物(未示出)上，以便附加地支撑着轴11，并稳定转子10相对于定子15，17的旋转。对于在风轮机中使用的发电机，转子10最好被固定在风轮机的轴上，并且定子15，17最好被固定在保持风轮机的轴的轴承上。

本实施例还提供了一种用于获得多相输出的简单的方式，因为若干个(例如每相一个)发电机可以被固定在同一个轴上，并且它们的定子相互成一定角度地被设置，例如对于具有相同方向的转子的3个发电机，在两个相邻的极芯之间的角度的1/3。这使得不用加大发电机的直径便能提供多相输出。这在风轮机中是非常重要的，因为使用的空间在径向是非常重要的，而在纵向/轴向就不那么重要。

此外，定子可以具有相同的取向，此时转子应当相互成一定角度，如上所述。

图3表示按照本发明的另一个实施例的示意图。该图表示转子31，其被固定在轴35上并和所述的轴磁隔离，所述的轴可以或不可以通过磁端板34延伸，如上所述。多个极芯32被固定在板34上，极芯上绕有绕组33。定子32，34由极芯32和端板34构成。转子31和定子32，34分开，使得其间具有气隙36。本实施例有些类似于结合图2所述的结构，其差别只在于定子31和极芯32的结构。这个差别在图4a-c中详细示出了，下面进行说明。

此外还示出了两个局部闭合的磁路37A，37B。这些磁路只是主磁路的示意图。

图4a是图3所示的实施例的示意的纵截面图。其中转子41被固定在轴40上。极芯45被径向地固定在转子41上，并且一个给定的极靴45垂直地被两个磁体42包围。给定极靴45的两个磁体具有同极性相互面对的磁极(例如N对着N，如图所示)。两个相邻的极靴也具有同极性相互面对的磁极，但是相邻的极靴具有另外的极性(例如对于图4中所示的极靴45的两个相邻的极靴S和S相对)。极芯47离开极靴45和磁体42，只被气隙46隔开，其最好由具有尽可能小的剩磁的磁路制成。极靴47由绕组43包围着，所述绕组最好被紧密地集中地绕制。极靴45和最接近极靴45的极芯47的端部两者以这样的方式呈V形，使得具有磁体42的极靴45被安装在极芯47中，它们只被气隙46隔开。在这种结构中，在极芯47中的磁通被进一步地集中和均匀，因为磁体42被“安装”在极靴47中。这个被集中和均匀的磁通以非常有效的方式影响绕组43，因为所有的绕组43都包围着被集中的均匀磁通。磁端板或端部屏蔽49被固定在极芯47的另一端(即和上述的一端不同的一端)，其使磁路对另一个极芯“短路”。

在本实施例中，局部磁路(见图3的37a，37b)和结合图2所述的磁路类似。唯一的不同在于，由于V形的极靴45和极芯47的一端，在极靴45中的磁通更加集中和均匀。

当转子41相对于定子运动时，按照传统方式，如上所述在绕组43中感应出电流。

图4b，4c说明按照本发明的另一个实施例的截面图。这些实施例相应于图4a的实施例，只是极靴45相对于轴40成一定角度。因而，极芯47不完全和旋转轴线平行。

图13表示按照本发明的另一个实施例的发电机的截面图。该实施例的发电机相应于图4a所示的发电机，其不同之处在于，代替具有呈V形的极靴和相应的极芯，本实施例中它们构成两个V形。

在图13中，转子131被固定在轴130上。极靴135a，b被径向地固定在转子131上，并且给定的极靴135a或135b垂直地被两个磁体132a或132b包围着。对于给定的极靴135a或135b，两个磁体132a，132b具有彼此相对的同极性的磁极，例如N对着N。并且和极芯137和极靴135a，b和磁体132a，b分开，中间仅由气隙136a，b隔离。极芯137由绕组133包围着，所述绕组最好被紧密地集中地绕制。极靴135a，b和最接近极靴135a，b的极芯137的端部两者以这样的方式呈V形，使得具有磁体132a，b的极靴135a，b被安装在极芯137中，它们只被气隙136a，b隔开。定子包括多个被固定在定子或磁端板134上的极芯137。

图5是按照本发明的另一个实施例的示意图。该图表示具有两个相同的转子51，58的发电机。转子51，58被固定在轴55的相对端。所述转子包括多个磁体53，它们沿径向设置，距离转子51，58的中心相等。磁体53被这样设置，使得给定磁体的极性面向相邻磁体的相同的极性，即，S面向S，或N面向N。极靴52被提供在磁体53之间，用于集中来自磁体53的磁通。转子51，58以这样的方式被相互错开，使得在一个转子51中的给定极靴52的极性和与其面对的极靴的极性不同。

多个极芯或极柱54沿转子51，58的径向只由气隙56隔开。极芯54被绕组57包围着。

每个极芯54是两个不同的局部闭合磁路59a，59b的一部分。每个局部闭合磁路包括：在第一转子上的极靴，气隙，极芯，气隙，第二转子上的极靴，在第二转子上的磁体，在第二转子上的第二极靴，轴，在第一转子上的第二极靴，在第一转子上的磁体。

当转子51，58相对于作为定子的极芯54运动时，便在绕组57中感应电流。

图6a表示按照本发明另一个实施例的示意图。该图表示通过多个支柱63被固定到轴61上的转子60。转子60和由多个极芯62构成的定子69分开。本实施例的极芯62基本上呈90度的角度，使得它们被直接固定在轴61上。这减少了极芯62的轴向长度，因而减少了发电机本身的轴向长度。下面结合图6b详细说明本实施例。

图6b是图6a所示的实施例的示意的纵截面图。该图示出被固定在轴61的转子60。转子60包括极轮64，其上固定有极靴65，以及多个支撑着极轮64的支柱63。两个磁体66被固定在每个极靴65上，并且同极性的磁极彼此面对，即如图所示N对着N，或S对着S。两个相邻的极靴65具有磁体66，它们具有彼此面对的相反极性的磁极，即，彼此面对的磁极的极性在N和S之间交替。极芯62由气隙68和磁体66以及极靴65分开。极靴65和极芯62两者呈V形，使得它们可以装配在一起(只由气隙66隔开)。这有利于磁通在极芯62中的集中。

极芯62基本上呈90度的角度，如上结合图6a所述，其上绕有绕组67。绕组67最好由被紧密地绕在极芯62上的扁的集中线圈构成。这在绕在67中提供了非常有效的感应，因为在极芯62中的均匀的集中的磁通几乎影响全部绕组材料。

图6c表示从一端看的图6a，6b所示的实施例的定子。其中所示的定子69是从极芯62指向纸面的轴向端部的一侧看的视图。还示出了一个示例的绕组67。

在本实施例中，对每个极芯及其相邻的极芯提供一个局部磁路。图6a-c所示的极芯62a是两个局部磁路的一部分。一个极芯70b具有相邻的极芯62b，另一个极芯70c具有其另一个相邻的极芯62c，因为如上所述，两个相邻的极靴(未示出)具有彼此面对的相反极性的磁体，例如S对着S。即，闭合的局部磁路70b包括：极轮64的局部，极靴65，两个磁体66，气隙68，极芯62，相邻的极芯62b，相邻的气隙(未示出)，两个相邻的磁体(未示出)，相邻的极靴(未示出)以及极轮64b的相邻部分。

用类似的方式，闭合的局部磁路70c包括：极轮64的局部，极靴65，两个磁体66，气隙68，极芯62，相邻的极芯62c，相邻的气隙(未示出)，两个相邻的磁体(未示出)，相邻的极靴(未示出)，和相邻的极轮64c的一部分。

因为每个局部磁路的磁通在共用极芯中具有相同的方向，它们贡献于共用极芯中的总磁通，从而给予包围着的绕组非常有效的感应。

当转子60相对于定子运动时，在磁路中的磁通改变方向，因而在绕组67中感应电流。磁体66和极靴65的结构和V形的形状和结构与包围极芯62的绕组67一起，即使对于低的转速，也给出非常高的输出电流，这在风轮机中是尤其有用的。

图7a表示按照本发明的实施例的串联连接的发电机的截面图。其中由两个磁体73包围着的两个极靴72被固定在转子71上，转子本身被固定在轴74上。所述磁体被这样排列，使得它们具有彼此面对的同极性的磁极(例如N对着N)。极芯75在转子71的每一侧上和磁体73仅被气隙78隔开。绕组76包围着每个极芯75。在极芯75的一端，提供有后板或端屏蔽77用于引导磁通到相邻的极芯75。

极靴72和极芯75是V形的，使得具有磁体73的极靴72可以装配到极芯75中，它们只由气隙78隔开，因而把磁通集中在极芯75内。

定子相应于结合图3和图4所述的定子。唯一的区别在于，两个定子只需要一个转子。这减少了所需的材料，还能够以非常简单的方式提供多相输出。

图7b表示按照本发明的另一个实施例的串联连接的发电机的截面图。本实施例相应于结合图7a所述的实施例。唯一的区别在于，V形被改变了，使得极芯75可以被装配到磁体73的极靴72中，其间只由气隙78隔开。

图8表示具有按照本发明的实施例的磁体的不同的布置的发电机的截面图。在本实施例中，转子82被固定到轴81上，如上面的实施例所述。两个磁体84被固定到转子82上，一个固定在顶部，另一个固定在面向极芯85的一侧的顶部，使得磁体84形成L形。极芯85具有切口，使得转子82和磁体84被装配到所述切口中，其间只由气隙83隔开。绕组87包围着极芯85。后板或端屏蔽86被固定在极芯85的另一端。本实施例和其它实施例的区别在于，磁体83被设置成L形，在极芯85中具有切口以及没有极靴，但却以类似的方式操作。

图9表示按照本发明的另一个实施例具有不同布置的磁体的发电机的截面图。其中基本上呈方形或矩形的极靴98被固定到转子92上，并把磁体98固定到其它侧，如图所示。极芯93具有U形切口，磁体95和极靴98被装配到所述切口中，其间只由气隙95隔开。极芯93由绕组96包围着，并被固定到后板或端屏蔽97上。这种发电机以类似于上述发电机的方式操作，其区别仅在于极靴98、磁体94和U形切口的结构。

图10表示按照本发明另一个实施例的发电机的截面图。这种发电机相应于图4的发电机，其区别在于V形被改变了，使得极芯105可以被装配到具有磁体103的极靴104中，其间只由气隙108隔开。

图11是按照本发明的另一个实施例的发电机的截面图。本实施例和图10中所示的实施例的区别在于极芯112被设置在转子中，绕组111包围着极芯112。此时磁体114被设置在定子113中，以便在绕组111中产生可变的磁通。这种改型可以应用于本发明的其它实施例。

图14表示按照本发明的另一个实施例的电机的截面图。本实施例的发电机相应于图11的实施例，其区别在于，代替具有极靴和相应的V形的极芯，它们被制成两个V形。在图14中极芯142被设置在转子上，绕组141包围着极芯142。磁体144a，b被设置在定子143中，以便在绕组141中产生交变磁通。

图12表示按照本发明的串联连接的实施例的透视图。其中3个图3所示的实施例(121，122，123)在同一个轴上串联连接。它们彼此被错开，使得可以提供多相输出而不增加发电机的直径，因为每个实施例提供一个相。转子部分124可以由上述的背对背设置的两个转子构成，或者由一个改型的转子部件构成，其中转子在每侧上具有两组极靴和磁体等。

图15表示按照本发明的实施例的定子部分的截面图。在本实施例中，极芯或极柱由两个U形极芯元件151，152或152，153的两个相邻的极柱151B，152A或152B，153A构成。所述U形元件151，152，153被固定到定子端板154上，绕组155，156包围着极芯151B，152A和152B，153A。极芯元件152可以通过紧固装置157被固定到端板154上。

图16表示按照图15的定子的原理构成的定子的另一个实施例的截面图。其中U形极芯元件被制成方形的U形。极芯或极柱也由两个U形极芯元件161，162或162，163的两个相邻的柱161b，162a或162b，163a构成。U形元件161，162，163被固定到定子端板164上，绕组165，166包围着极芯161b，162a和162b，163a，并且极芯元件162可以通过紧固件167被固定到端板164上。

已经说明，对于U形极芯元件，通过两个极芯的磁路具有沿着U形极芯元件的两个柱的磁路。因而，最好是U形极芯或极柱由导磁材料制成，同时最好是定子端板由具有低的导磁率及低的导电率的材料制成。

最好是在U形极芯元件152，162和定子端板154，164之间提供电绝缘。

图17表示包括一个转子和两个定子的本发明的实施例的截面图。其中两个定子171，172具有如图15所示的那种类型的U形极芯元件，并且极芯或极柱173，174和175，176面向转子177，所述转子具有极靴178，179和被设置在所述极靴178，179之间的磁体。极靴178，179和转子177交叉，借以使极靴被提供在转子的每一侧。极靴178，179的宽度可以和极柱173，174和175，176的宽度相当。磁体的N极面向极靴178，而S极面向极靴179。相应地，第二磁体的N极面向极靴178的其它侧，而第三磁体的S极面向极靴179的另一侧。

在图17中，极柱173，174和极柱175，176相对，使得两个定子171和172的相应的电信号同相。

不过，如果第二定子的极柱的位置相对于第一定子的极柱位移，则两个定子的相应的电信号将不同相。其相位差可以由极柱的位移确定。

这由图18说明，图18示出了包括一个转子187和两个定子181，182的本发明的一个实施例的截面图。其中，第二定子182的极柱186，185相对于第一定子181的极柱183，184发生位移。因而，极靴188，189将在不同的时刻到达极柱183，184和186，185，使得在电信号中具有一个相位差。

应当理解，对于本发明的电机，在大多数情况下，定子可以包括相当多的单独的极芯或极柱(例如40个极芯)，并具有相应数量的单独的或分离的线圈或绕组。

这种大量的单独的和电流分开的线圈使得可以提供大量的电压和电流的组合。

下面给出几个例子：

一个定子的所有线圈可以串联连接，从而提供高电压；

一个定子的所有线圈被并联设置，获得的电压是一个线圈的电压，但是能够获得大电流；

一个，两个或多个线圈被并联连接，然后和并联连接的一个，两个或多个线圈串联连接，使得所有的线圈成为同一个定子的一部分。

Claims (38)

1.一种电机，包括：

被固定在具有旋转轴线的轴上的转子，所述转子包括多个用于产生磁场的磁体或装置，

定子，在所述转子和所述定子之间具有气隙，所述定子包括多个单独的极芯，其具有相应的被绕在所述极芯上并包围所述极芯的单独的线圈或绕组，所述极芯被这样设置，使得一个或几个极芯的至少一部分相对于旋转轴线成一角度，所述角度等于或大于0度而小于90度，并且所述极芯提供一个或几个磁通路径的一部分，

其中多个用于产生磁场的磁体或装置被成对地设置，并且所述磁体或装置具有相同极性彼此面对的磁极。

2.如权利要求1所述的电机，其中磁通路径包括通过两个极芯的磁通路径。

3.如权利要求2所述的电机，其中磁通路径包括两个并且只包括两个极芯和两个并且只有两个气隙。

4.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中每个单独的极芯具有相应的单独的线圈或绕组。

5.如权利要求1-3任何一个所述的电机，其中所述转子被这样设置，使得至少转子的一部分垂直于所述旋转轴线。

6.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中所述角度等于或小于45度。

7.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中所述角度等于或小于30度。

8.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中一个或几个极芯的至少一部分和所述旋转轴线平行。

9.如权利要求8所述的电机，其中一个或几个绕组或线圈具有平行于旋转轴线的轴线。

10.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中一个或几个极芯具有垂直于所述轴的旋转轴线设置的部分。

11.如权利要求10所述的电机，其中一个或几个绕组或线圈具有垂直于所述旋转轴线的轴线。

12.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中转子是圆柱形的。

13.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中定子还包括和所述极芯相连的导磁的端板。

14.如权利要求13所述的电机，其中所述端板被平行地对着转子设置。

15.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中所述极芯的数量等于用于产生磁场的磁体或装置的数量。

16.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中用于产生磁场的磁体或装置沿径向等距离地被设置在转子内。

17.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中用于产生磁场的磁体或装置位于面向极芯的端部的转子的一侧上。

18.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中用于产生磁场的磁体或装置位于转子的外圆周上。

19.如权利要求16所述的电机，其中极靴被设置在用于产生磁场的磁体或装置之间。

20.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中用于产生磁场的磁体或装置被设置在转子上，使得所述磁体或装置被装配成V形。

21.如权利要求20所述的电机，其中用于产生磁场的磁体或装置被成对地设置，从而获得所述的V形。

22.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中所述电机是同步单相电机。

23.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中所述用于产生磁场的磁体或装置是永磁体。

24.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中用于产生磁场的磁体或装置是电磁体。

25.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中绕组或线圈由扁的集中线圈构成。

26.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中极芯由导磁材料装配而成。

27.如权利要求26所述的电机，其中导磁材料是磁场定向的软磁叠层。

28.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中所述电机是发电机，其可以通过所述轴接收机械力或机械功率，以通过所述绕组产生电功率。

29.如权利要求28所述的电机，其中所述电机被用在风轮机中。

30.如权利要求20所述的电机，其中用于产生磁场的磁体或装置被设置在转子上，使得所述磁体或装置被装配成两个或多个V形。

31.如权利要求30所述的电机，其中每个V形由一对用于产生磁场的磁体或装置形成。

32.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中极芯由U形元件构成，所述元件被设置在定子中，使得一个极柱由两个U形元件的两个相邻的柱构成。

33.如权利要求32所述的电机，其中磁通路径通过两个极芯并具有在一个U形极芯元件的两个柱中的磁路。

34.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中极芯由导磁材料构成，并且其中所述极芯被设置在由低导磁率材料制成的定子板上。

35.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中所述极芯的宽度等于两个相邻的极芯之间的距离。

36.如权利要求19所述的电机，其中在转子外周边上的极靴的宽度等于对着定子设置的极芯的宽度。

37.如权利要求1-3中任何一个所述的电机，其中第一定子被对着并面向转子的第一侧设置，并且第二定子被对着并面向转子的另一侧设置。

38.一种多相电机，其中通过串联设置相应数量的如权利要求22所述的单相电机获得所述的多相。

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