CN102388524A - 电机 - Google Patents

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Abstract

一种包括定子和转子的电机，所述转子可相对于所述定子旋转，且二者之间具有空气间隙。所述定子配备有多个第一磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在定子上方。所述转子具有多个第二磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在转子上方。所述第一磁场源和第二磁场源中的至少其中一种为电磁体；每个电磁体包括至少一个搁放于磁导体上的电磁线圈。所述磁导体具有至少一个由磁各向同性材料和/或磁各向异性材料制成的构件。

Description

电机
技术领域
本发明涉及具有电磁激发和/或永磁体激发的电机，更具体地，本发明涉及具有磁导体的电机，所述磁导体由磁各向同性和磁各向异性材料以及其组合制成，能减少上述磁路的损耗。
背景技术
当磁通量穿过电机的磁导体时，电机的磁导体将产生低磁阻。所述磁通量由磁场源、特别是电磁铁线圈和永磁体产生。当磁通量通过磁导体传导时，其间发生的损耗限制了电机的效率。
第一组损耗由磁导体的设置和制成磁导体的材料所决定。当磁导体传导着缓慢变化的磁通量时，该损耗为热损耗。该损耗由涡电流（福柯电流，Foucault currents）和磁滞损耗（磁性逆转）所引起。因此，磁导体材料应当具有高饱和磁感应强度的特性。
为减小涡流损耗，磁导体由非导电性材料制成。例如，磁导体由涂覆有非导电的有机硅聚合物的钢冲压件层叠而成。所述钢冲压件相对于通过磁导体传导的磁通量以特定方式定位。一种替代性技术方案是包含隔离填充物的粉状铁磁材料。
通过使用具有窄磁滞回线和高磁导率值的材料来减少所述磁滞损耗。在由各向异性材料制成的磁导体的情况下，沿易磁化的方向出现最小损耗。
然而，典型设置的电机包括由轧制钢制成的磁导体，磁体与该磁导体相连。参见图8，其中展示了有机硅聚合物层叠而成的钢板切成的4极电机的定子板180。从图8中可见，只有一部分磁通量Φ平行于易磁化方向。
各向同性材料的使用受技术问题的制约：生产尺寸大、配置复杂的磁导体的问题，这些磁导体连接电机中的磁场源。
第二组损耗来自于具有永磁体的电机。
永磁体在电磁体磁通量的作用下去磁。这种去磁抑制了磁通量，并相应地减小了转矩和功率。
另外，在具有永磁体的电机中，齿槽转矩脉动使得电机从停止到启动变得困难，并减慢了电机的工作。永磁体试图保持在对应于磁通量闭合路径的最小磁阻的位置上。
对应于上述讨论，减小第一组损耗和第二组损耗是长期以来的需求，这种需求与发电机产生电能、以及电动机消耗电能都有关系。具体地，对于具有永磁体的电机，长期以来的需求是防止所述永磁体去磁化，并减小齿槽转矩脉动。
发明内容
因此，本发明的一个目的是，公开一种包括定子和转子的电机，所述转子可关于所述定子旋转，在二者之间具有空气间隙。所述定子配备有多个第一磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在定子上方。所述转子具有多个第二磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在转子上方。所述第一磁场源和/或第二磁场源为电磁体。每个电磁体包括至少一个搁放于磁导体上的电磁线圈。
 本发明的核心目的是，提供所述导体，该导体包括至少一个构件，该构件由选自磁各向同性材料、磁各向异性材料以及其任意组合的材料制成。所述各向同性和各向异性材料的特性是，其电阻大于约106Ohm·m，矫顽力小于约100A·m-1，相对磁导率大于约3000，且在频率低于约10000Hz时饱和磁感应强度大于约0.6Tl。
 本发明的另一个目的是，公开所述由磁各向异性材料制成的导体构件，该导体构件使得由磁场源产生的磁通量沿易磁化的方向传导。
 本发明的进一步目的是，公开所述多个第一磁场源，该多个第一磁场源为分布于定子上方的电磁体。所述多个第二磁场源为异极地隔开分布于转子上方的永磁体。
 本发明的进一步目的是，公开所述第一多个永磁体的磁场源，这些永磁体异极地隔开分布于定子上方。多个第二磁场源为分布于转子上方的电磁体，这些电磁体具有线圈，所述线圈通过电刷与整流器相连。
 本发明的进一步目的是，公开多个第一和第二磁场源，这些磁场源为电磁体。多个第二电磁体具有线圈，所述线圈通过电刷与整流器相连。
 本发明的进一步目的是，公开至少一种彼此之间磁性独立的多个磁场源。
 本发明的进一步目的是，公开第一多个电磁体中的每一个的线圈轴的方位，所述方位选自下组：充分平行于转子旋转轴的方位、相对于转子充分径向定向的方位、位于充分垂直于转子旋转轴的平面内的圆周方位，以及以上各项的任意组合。
 本发明的进一步目的是，公开相互平行的第一和多个第二磁场源中至少一部分的磁轴。
 本发明的进一步目的是，公开彼此垂直的第一和多个第二磁场源中至少一部分的磁轴。
 本发明的进一步目的是，公开位于多个第一磁场源内的多个第二磁场源的磁路。
 本发明的进一步目的是，公开位于多个第二磁场源内的多个第一磁场源的磁路。
 本发明的进一步目的是，公开电磁体的磁路的形状，所述形状选自下组：I形、U形、T形、C形、X形以及其任意组合。
 本发明的进一步目的是，公开所述永磁体，该永磁体具有与其磁性相连的延伸构件；所述延伸构件适于分流由电磁体产生的磁通量。当所述永磁体面向相邻的电磁体、以使得所述延伸构件的横向尺寸大于相邻的电磁体之间的距离时，所述延伸构件适于防止磁通量穿过永磁体。
 本发明的进一步目的是，公开所述延伸构件，该延伸构件包括至少一个由磁各向同性材料、磁各向异性材料以及其任意组合的材料制成的构件。
 本发明的进一步目的是，公开所述延伸构件，该延伸构件由磁各向异性材料制成，并设置为使磁场源产生的磁通量沿易磁化的方向传导。
 本发明的进一步目的是，公开包括永磁体的磁场源的磁路形状，所述形状选自下组：I形、U形、T形、X形以及其任意组合。
 本发明的进一步目的是，公开多个第二磁场源的延伸构件，该延伸构件适于传导穿过多个第一磁场源的芯的至少一个表面的磁通量，所述至少一个表面为对接面或侧表面。
 本发明的进一步目的是，公开所述多个第一磁场源的延伸构件，该延伸构件适于传导穿过多个第二磁场源的芯的至少一个表面的磁通量，所述至少一个表面为对接面或侧表面。
 本发明的进一步目的是，公开适于用作电动机的电机，其中空气间隙位于转子的旋转轴的外围。
 本发明的进一步目的是，公开所述电机，该电机适于用作车辆车轮传动装置的电动机。转子的多个第二磁场源机械连接至车轮。定子的多个第一磁场源机械连接至车辆主体。
 本发明的进一步目的是，公开紧固至轮轴的转子的多个第二磁场源。定子的多个第一磁场源机械连接至车辆主体。
 本发明的进一步目的是，公开适于用作发电机的电机。空气间隙大致位于相对于转子旋转轴的位置。
 本发明的进一步目的是，公开层式的第一和多个第二磁场源，以使得属于第一和第二磁场源的各层相互层叠。
 本发明的进一步目的是，公开若干磁场源，每一层的磁场源的数量都保持恒定。
 本发明的进一步目的是，公开若干磁场，每一层的磁场源的数量都是不同的。
 本发明的进一步目的是，公开若干磁场，每一层的磁场源的数量随着层半径而增加。
 本发明的进一步目的是，公开圆周分布的第一和多个第二磁场源的层，这些第一和第二磁场源相对于彼此连续地进行角位移，以使得每个在前层和在后层之间的角位移小于极距。
本发明的进一步目的是，公开每一在前层的隔开分布的多个第二磁场源，该多个第二磁场源相对于每一在后层的隔开分布的多个第二磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
 本发明的进一步目的是，公开每一在前层的隔开分布的多个第一磁场源，该多个第一磁场源相对于每一在后层的隔开分布的多个第一磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
 本发明的进一步目的是，公开预定角度，该预定角度等于极距除以层的数量。
 本发明的进一步目的是，公开具有切片结构的电机；所述电机包括沿轴线分布的切片。每个切片包括相互面对的多个第一和第二磁场源。
 本发明的进一步目的是，公开包括多个突出部分的转子，所述突出部分在其两端承载有多个第二磁场源。
 本发明的进一步目的是，公开包括多个突出部分的定子，所述突出部分在其两端承载有多个第一磁场源。
 本发明的进一步目的是，公开若干沿每个切片分布的磁场源，这些磁场源的数量是恒定的。
 本发明的进一步目的是，公开若干沿每个切片分布的磁场源，这些磁场源的数量是可变的。
 本发明的进一步目的是，公开沿在后部段隔开分布的第一和多个第二磁场源，所述多个第一和第二磁场源沿在后部段隔开分布，并相对于沿在前部段隔开分布的磁场源位移一角度φ，该角度φ小于极距。
 本发明的进一步目的是，公开每个在前部段的多个第二磁场源，该多个第二磁场源相对于每个在后部段成角度地分布，以使得每个在前部段和每个在后部段之间的角位移小于极距。
 本发明的进一步目的是，公开每个在前部段的的隔开分布的多个第一磁场源，该多个第一磁场源相对于每个在后部段的隔开分布的多个第一磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
 本发明的进一步目的是，公开预定角度，该预定角度等于所述极距除以所述部段的数量。
 本发明的进一步目的是，公开一种使用电机的方法；所述方法包括步骤：（a）提供包括定子和转子的电机，所述转子可相对于所述定子旋转，且二者之间具有空气间隙；所述定子配备有多个第一磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在定子上方；所述转子具有多个第二磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在转子上方；第一磁场源和第二磁场源中的至少其中一种为电磁体；每个电磁体包括至少一个搁放于磁导体上的电磁线圈；（b）将电能转化为机械轴的旋转或将机械轴的旋转转化为电能。
 本发明的核心目的是，提供所述导体，该导体具有至少一个构件，该构件由选自磁各向同性材料、磁各向异性材料以及其任意组合的材料制成；所述各向同性和各向异性材料的特性是，其电阻大于约106Ohm·m，矫顽力小于约100A·m-1，相对磁导率大于约3000，且在频率低于约10000Hz时饱和磁感应强度大于约0.6T。  
附图标记对照表
100：电机
110：永磁体
112：永磁体的磁极延伸
113：永磁体的磁导体
115：永磁体的磁导体的磁极延伸
120：电磁体
122：电磁铁线圈
123：电磁体的磁导体
125：电磁体的磁导体的磁极延伸
127：连接电磁铁线圈与换向器的电刷
130：旋转轴（杆）
140：转子
143：设置在转子上的磁场源
145：由非磁性材料制成的转子基座
150：定子
153：设置在定子上的磁场源
155：由非磁性材料制成的定子基座
160：定子磁场源和和转子磁场源之间的间隙
170：由各向同性材料制成的磁导体
180：由各向异性材料制成的磁导体
190：易磁化方向
200：磁场源的磁化轴
Φ：磁场源产生的磁通量
Φem：电磁体产生的磁通量
Φpm：永磁体产生的磁通量                             
附图说明
为理解本发明，并清楚其是如何付诸实践的，以下结合附图，非限制性地描述了多个实施例，其中：
图1为适于用作车辆电力驱动器的电机的示意图；
图2为图1中描述的电机的剖视图；
图3为U形磁场源的示意图，该U形磁场源在内部配备有I形磁场源；
图4为电磁体的磁导体的示意图；
图5为具有磁极延伸的永磁体的示意图；
图6为包括多个电工钢的磁导体的示意图；
图7a为U形磁场源的示意图，该U形磁场源在内部配备有I形磁场源；电磁体的磁极延伸由磁各向同性材料制成；
图8为电机中磁通量路径的原理图；
图9为配备有多个第二永磁体的电机的示意图，所述多个第二永磁体分布于多个第一电磁体的内部；
图10为配备有多个第二电磁体和电刷的电机的示意图，所述多个第二电磁体和电刷分布于多个第一电磁体的内部；
图11为配备有多个第二电磁体和电刷的电机的示意图，所述多个第二电磁体和电刷分布于多个第一永磁体的内部；
图12为具有电磁体磁化轴的电机的示意图，该磁化轴平行于转子轴线；
图13为具有电磁体磁化轴的电机的示意图，该磁化轴相对于转子轴线径向地分布；
图14为具有电磁体磁化轴的电机的示意图，该磁化轴圆周地设置在垂直于转子轴线的平面内；
图15为配备有磁场源的电机的等距视图，其中多个第一磁场源为U形，多个第二磁场源为I形；
图16为从电机定子的一侧观看的电机侧等距视图；
图17为电机的磁通量路径Φem和Φpm的示意图；
图18为电磁体的I形磁导体的示意图，该磁导体由各向同性材料和各向异性材料制成；
图19为电磁体的U形磁导体的示意图，该磁导体由各向同性材料和各向异性材料制成；
图20为电磁体的C形磁导体的示意图，该磁导体由各向同性材料和各向异性材料制成；
图21为电磁体的T形磁导体的示意图，该磁导体由各向同性材料和各向异性材料制成；
图22为电磁体的X形磁导体的示意图，该磁导体由各向同性材料和各向异性材料制成；
图23为由I形磁场源的示意图，其包括永磁体和由各向同性材料和各向异性材料制成的磁导体；
图24为U形磁场源的示意图，其包括永磁体和由各向同性材料和各向异性材料制成的磁导体；
图25为C形磁场源的示意图，其包括永磁体和由各向同性材料和各向异性材料制成的磁导体；
图26为T形磁场源的示意图，其包括永磁体和由各向同性材料和各向异性材料制成的磁导体；
图27为X形磁场源的示意图，其包括永磁体和由各向同性材料和各向异性材料制成的磁导体；
图28为由各向同性材料制成的磁导体的磁极延伸的示意图；
图29为由各向异性材料制成的磁导体的磁极延伸的示意图；
图30为永磁体的磁路的磁极延伸的示意图；
图31为磁极延伸对的示意图，其中具有流经对接面的磁通量；
图32和图33为磁极延伸对的示意图，其中具有流经对接面和侧表面的磁通量；
图34和35为电机的磁通量Φem和Φpm的路径的示意图，所述电机具有作为多个第一磁场源的U形电磁体，以及作为多个第二磁场源的I形永磁体；
图36为适于用作电动轮的电机的分解图；
图37为具有平行于转子轴的电磁线圈轴的电机的等距视图；
图38和39为具有两层的电机的示意图；
图40为具有两层的电机的示意图，这两层彼此相对成角度地分布，并具有变化的磁极数量；
图41、图42和图42为具有两个部段的电机的示意图，这两个部段彼此相对成角度地分布；
图44到图104为电机的磁路的示意图。
具体实施方式
本发明说明书的以下各章节是为了使本领域技术人员能使用所述发明，并将由发明人实施本发明所设想出的最佳实施例付诸实践。然而，由于本发明总的原则已限定为提供具有由磁各向同性材料和磁各向异性材料制成的磁导体的电机，因此，各种修正例对本领域技术人员来说都是显而易见的。
术语“极距τ”在此指落在一个磁极上的一部分电机电枢j（转子或定子）。特别地，τ= D/2p，其中D为电枢直径，2p为电机的主磁极数。所述直径D在空气间隙区域以度测量。
参见图1，其展示了电机100，该电机100适于用作在车辆（未图示）的轴130驱动下的电气发动机。所述电机100包括四部分。定子的多个第一磁场源153固定至车辆主体（未图示）。转子的多个第二磁场源143固定至轮轴130。
在大多数图中，未展示电机100、电磁体线圈、壳体部件和端盖，以简化对所提出的技术方案的理解。
参见图2，其展示了所述电动机100的部段之一的横截面图。多个第一磁场源包括电磁体120，其具有磁极延伸125。多个第二磁场源为永磁体110，其具有机械连接至转子基座145的磁极延伸115，所述磁极延伸115可旋转地设置在磁极延伸125内部的轴130上，并具有空气间隙160。多个第一磁场源设置为U形，而多个第二磁场源设置为I形。
参见图3，其展示了磁场源143和153的非限制性实施例，所述磁场源143和153设置为I形和U形，以使得磁场源143位于磁场源153内。在电机操作过程中，恒定的空气间隙160由半径Rl、R2、R3和R4提供。磁通量Φ的路径大致保持在沿着易磁化190的方向。
参见图4，其展示了磁场源153（未图示）的电磁体120的磁导体（未图示）。所述磁导体包括电磁线圈（电磁铁芯）123的磁导体和磁极延伸125。所述部件123和125组成磁各向异性的层叠电工钢板180。
参见图5，其展示了磁场源143，包括具有磁极延伸115的永磁体110。所述磁极延伸115组成磁各向异性的层叠电工钢板180。
参见图6，其展示了图3到图5所示的层叠成磁导体115和123堆的电工钢板。磁导体115的可变横截面来自于图3所示的半径R2与R3之间的差异。
参见图7，其展示了U形的磁场源153的非限制性实施例（未展示电磁线圈），该磁场源153包括电工钢板层叠而成的芯123以及由磁各向同性材料制成的延伸125。在所述磁场源153内部，分布着I形磁场源143。在由各向异性电工钢板180制成的磁路的所有部件中，磁通量Φ的路径与易磁化方向190重合。
参见图8，其展示了由磁各向异性材料制成的定子磁路的磁通量Φ的路径。如图8所示，磁通量的路径只部分地沿着易磁化的方向190。
参见图9，其展示了电机100的一种设计解决方案，该电机100配备有多个第二磁场源143的永磁体110，该永磁体110位于多个第一磁场源153的电磁体120内部。
参见图10，其展示了电机100的一种设计解决方案，该电机100配备有多个第二磁场源143的电磁体，所述电磁体具有电刷127，位于多个第一磁场源153的电磁体内部。
参见图11，其展示了电机100的一种设计解决方案，该电机100配备有多个第二磁场源143的电磁体，所述电磁体具有电刷127，位于磁场源153内部，该磁场源153包括永磁体110。
参见图12，其展示了电机100的一种设计解决方案，其中电磁体120的磁化轴200平行于转子140的轴线130。
参见图13，其展示了电机100的一种设计解决方案，其中电磁体120的磁化轴200相对于转子140的轴线130是径向分布的。
参见图14，其展示了电机100的一种设计解决方案，其中电磁体120的磁化轴200圆周地设置在垂直于转子140的轴线130的平面内。
参见图15，其展示了包括转子140的电机100。多个第一磁场源153为电磁体120。多个第二磁场源143为永磁体110。多个第一磁场源153为U形形式，而多个第二磁场源143为I形形式。磁场源143分布在磁场源153内部。
参见图16，其展示了电机100的定子150的侧视图。
参见图17，其展示了电机100的磁通量Φem和Φpm的路径。
参见图18，其展示了电磁体120的I形磁导体123的一种设计解决方案，该磁导体123由各向同性材料170和各向异性材料180制成。
参见图19，其展示了电磁体120的U形磁导体123的一种设计解决方案，该磁导体123由各向同性材料170和各向异性材料180制成。
参见图20，其展示了电磁体120的C形磁导体123的一种设计解决方案，该磁导体123由各向同性材料170和各向异性材料180制成。
参见图21，其展示了电磁体120的T形磁导体123的一种设计解决方案，该磁导体123由各向同性材料170和各向异性材料180制成。
参见图22，其展示了电磁体120的X形磁导体123的一种设计解决方案，该磁导体123由各向同性材料170和各向异性材料180制成。
参见图23，其展示了I形磁场源的设计解决方案，该磁场源包括永磁体110和由各向同性材料170和各向异性材料180制成的磁导体113。
参见图24，其展示了U形磁场源的设计解决方案，该磁场源包括永磁体110和由各向同性材料170和各向异性材料180制成的磁导体113。
参见图25，其展示了C形磁场源的设计解决方案，该磁场源包括永磁体110和由各向同性材料170和各向异性材料180制成的磁导体113。
参见图26，其展示了T形磁场源的设计解决方案，该磁场源包括永磁体110和由各向同性材料170和各向异性材料180制成的磁导体113。
参见图27，其展示了X形磁场源的设计解决方案，该磁场源包括永磁体110和由各向同性材料170和各向异性材料180制成的磁导体113。
参见图28，其展示了磁导体113和123的磁极延伸115和125的设计解决方案，所述磁导体113和123由各向同性材料170制成。
参见图29，其展示了磁导体113和123的磁极延伸115和125的设计解决方案，所述磁导体113和123由各向异性材料180制成。 
参见图30，其展示了永磁体110的磁路112的磁极延伸的设计解决方案。
参见图31，其展示了一对磁极延伸112或115和125以及其任意组合的设计解决方案，这样，磁极延伸的形状使得磁通量穿过所述延伸的对接面进行传导。
参见图32和33，其展示了一对磁极延伸112或115和125以及其任意组合的设计解决方案，这样，磁极延伸的形状使得磁通量穿过所述延伸的侧表面进行传导
参见图34，其展示了电机100的磁通量Φem和Φpm的路径。多个第一磁场源153为电磁体120。多个第二磁场源143为永磁体110。磁场源153为U形形式。磁场源143为I形形式，并分布于磁场源153的内部。永磁体110具有磁极延伸115，并分布于两个电磁体120之间。磁极延伸115的圆周长大于两个相邻的电磁体120之间的距离。
参见图35，其展示了电机100的磁通量Φem和Φpm的路径。多个第一磁场源153为电磁体120。多个第二磁场源143为永磁体110。磁场源153为U形形式。磁场源143为I形形式，并分布于磁场源153的内部。永磁体110具有磁极延伸115，并分布于两个电磁体120之间。磁极延伸115的圆周长大于两个相邻的电磁体120之间的距离。
参见图36，其展示了适于用作车辆的电动轮的电机100。转子140的多个第二磁场源143机械固定至轮冠145，而定子150的多个第一磁场源153机械固定至车辆主体（定子圆盘155）。
参见图37，其展示了具有电磁体120（未示出）的线圈122的电机。所述线圈122的轴平行于转子的旋转轴（未图示）。电磁体120属于定子150（未图示）的多个第一磁场源153。永磁体110固定至磁导体113，并具有磁极延伸115，该磁极延伸115属于转子140（未图示）的多个第二磁场源143。
参见图38和图39，其展示了具有两层的电机100。两层都具有相同数量的磁场源（2p = 6）。
参见图40，其展示了具有两层的电机100，这两层相互位移了一角度φ1。靠近轴线130分布的第一层具有2p = 6，第二层具有2p = 10。
参见图40，其展示了具有四个部段的电机100，这四个部段相互位移了一角度φ2。每个部段都具有图40所示的两层。
参见图42，其展示了图41所示的电机100。这些部段沿着轴线130间隔分布。
参见图43，其展示了具有多个第二电磁场源143（未示出）的电机，这些第二电磁场源143在转子部件145的两侧机械连接。位于转子部件145不同侧的磁场源相互成角度地分布。角位移φ1等于τ/m，其中τ为极距值，m等于2（部段数量）。为简化理解图43中的实施例，未示出两个电磁体。
参见图44，其展示了用于描绘电机中的磁路的符号图示。特别地，数字1指电机轴的轴线，2指磁导体，3指电磁线圈，4指具有芯的电磁线圈，5指永磁体，6指具有磁极延伸的永磁体，7指通过磁导体相互连接的永磁体，8指具有磁极延伸的磁导体。
参见图45到图104，其为电机100中的磁路的图示，以及多个第一磁场源153和多个第二磁场源143分别相对于轴线130的空间设置。磁场源153和143包括电磁体120和永磁体110。
参见图45到图49以及图93到图104，其为电机100中的磁路的图示，其中磁场源是相互独立的。
图47和图48为电机100中的磁路的图示，其中磁场源153和143的磁化轴200平行于转子轴130。
图45和图46为电机100中的磁路的图示，其中磁场源143和153的磁化轴200相对于转子轴130径向分布。
图74和图75为电机100中的磁路的图示，其中磁场源153和143的磁化轴200圆周地分布在垂直于转子轴130的平面内。
图45到图49为电机100中的磁路的图示，其中磁场源143和153的磁化轴200是平行的。
图50到图54为电机100中的磁路的图示，其中磁场源143和153的磁化轴200是垂直的。
图71为电机100中的磁路的图示，其中磁场源143和153的磁化轴200分别是平行的和垂直的。
图45到图49为电机100中的磁路的图示，其中磁场源143分布在磁场源153的内部。
图58到图63为电机100中的磁路的图示，其中磁场源153分布在磁场源143的内部。
图46、图48和图51为电机100中的磁路的图示，该电机100适于用作电动机。
图47、图49、图50和图54为电机100中的磁路的图示，该电机100适于用作发电机。
图93到图104为电机100中的磁路的图示，其中永磁体110具有磁极延伸115。
图97到图104为电机100中的磁路的图示，其中磁通量穿过磁导体的扁平表面之间的空气间隙。
图93到图96为电机100中的磁路的图示，其中磁通量穿过磁导体的三维设置的表面之间的空气间隙。
图75、图77以及图82到图85为电机100中的磁路的图示，其中所述磁路设置为层。
图86到图89为电机100中的磁路的图示，其中所述磁路设置为部段。
图91和图92为电机100中的磁路的图示，其中所述磁路设置为层和部段。
应当理解的是，在图45到图104的电动机100的磁路中，磁场源143和153包括图9到图11所示的永磁体110和/或电磁体120。在图45到图92的电动机100的磁路中，永磁体110的一个或两个磁极112面向通过电磁体120的磁极125的间隙160。磁极延伸112、115和125如图28到图33和图95到图104所示。
对应于本发明，公开了一种包括定子和转子的电机，所述转子可关于所述定子旋转，在二者之间具有空气间隙。所述定子配备有多个第一磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在定子上方。所述转子具有多个第二磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在转子上方。第一和第二磁场源中的至少其中一种为电磁体。每个电磁体包括至少一个搁放于磁导体上的电磁线圈。所述电磁线圈包括至少一个构件，该构件由选自磁各向同性材料、磁各向异性材料以及其任意组合的材料制成。
由磁各向异性材料制成的磁导体部件使得磁场源的磁通量沿易磁化的方向传导。该材料的特性是，其电阻大于约106Ohm·m，矫顽力小于约100A·m-1，相对磁导率大于约3000，且在频率低于约10000Hz时饱和磁感应强度大于约0.6Tl。
对应于本发明的一个实施例，由磁各向异性材料制成的磁路构件使得由磁场源产生的磁通量沿易磁化的方向传导。
对应于本发明的另一个实施例，所述多个第一磁场源为分布于定子上方的电磁体。所述多个第二磁场源为异极地隔开分布于转子上方的永磁体。
对应于本发明的进一步实施例，所述多个第一磁场源为异极地隔开分布于定子上方的永磁体。多个第二磁场源为分布于转子上方的电磁体，这些电磁体具有线圈，所述线圈通过电刷与整流器相连。
对应于本发明的进一步实施例，所述第一和多个第二磁场源为电磁体。所述多个第二电磁体具有线圈，所述线圈通过电刷与整流器相连。
对应于本发明的进一步实施例，第一和第二磁场源中的至少一种多个磁场源是彼此相互磁性独立的。
对应于本发明的进一步实施例，所述多个第一电磁体中的每一个的线圈轴的方位选自下组：充分平行于转子旋转轴的方位、相对于转子充分径向分布的方位、位于充分垂直于转子旋转轴的平面内的圆周方位以及其任意组合。
对应于本发明的进一步实施例，所述多个第一和第二磁场源中的至少一部分的磁轴是相互平行的。
对应于本发明的进一步实施例，所述多个第一和第二磁场源中的至少一部分的磁轴是彼此垂直的。
对应于本发明的进一步实施例，所述多个第二磁场源的磁路分布于多个第一磁场源的内部。
对应于本发明的进一步实施例，所述多个第一磁场源的磁路分布于多个第二磁场源的内部。
对应于本发明的进一步实施例，所述电磁体的磁路形状选自下组：I形、U形、T形、C形、X形以及其任意组合。
对应于本发明的进一步实施例，所述永磁体具有与其磁性相连的延伸构件；所述延伸构件适于分流由电磁体产生的磁通量。当所述永磁体面向相邻的电磁体、以使得所述延伸构件的横向尺寸大于相邻的电磁体之间的距离时，所述延伸构件适于防止磁通量穿过所述永磁体。实验证明，所提出的技术方案减小了齿槽转矩脉动。另外，由于相反作用的磁场和温度的影响，提高了永磁体对去磁化的抵抗力。
对应于本发明的进一步实施例，所述延伸构件由选自磁各向同性材料、磁各向异性材料以及其任意组合的材料制成。设置所述延伸构件，使得磁场源的磁通量沿易磁化的方向传导。所述材料的特性是，其电阻大于约106Ohm·m，矫顽力小于约100A·m-1，相对磁导率大于约3000，且在频率低于约10000Hz时饱和磁感应强度大于约0.6Tl。
对应于本发明的进一步实施例，所述延伸构件由磁各向异性材料制成，并设置为使磁场源产生的磁通量沿易磁化的方向传导。
对应于本发明的进一步实施例，所述包括永磁体的磁场源的磁路形状选自下组：I形、U形、T形、X形以及其任意组合。所提出的技术方案减小了由磁滞损耗和涡电流所引起的损耗。 
对应于本发明的进一步实施例，所述多个第二磁场源的延伸构件适于传导穿过多个第一磁场源的芯的至少一个表面的磁通量，所述至少一个表面为对接面或侧表面。
对应于本发明的进一步实施例，所述多个第一磁场源的延伸构件适于传导穿过多个第二磁场源的芯的至少一个表面的磁通量，所述至少一个表面为对接面或侧表面。该技术方案减小了磁极延伸115和125的磁饱和和磁通泄漏。
对应于本发明的进一步实施例，所述电机适于用作电动机。所述空气间隙位于转子旋转轴的外围。该技术方案增大了力矩臂、旋转扭矩和电动机输出。
对应于本发明的进一步实施例，所述电机适于用作车辆车轮传动装置的电动机。转子的多个第二磁场源机械连接至车轮。定子的多个第一磁场源机械连接至车辆主体。
对应于本发明的进一步实施例，转子的多个第二磁场源紧固至轮轴。定子的多个第一磁场源机械连接至车辆主体。
对应于本发明的进一步实施例，所述电机适于用作发电机。空气间隙大致位于相对于转子旋转轴的位置。该技术方案增大了旋转扭矩使发电机向下自旋的旋转扭矩。
对应于本发明的进一步实施例，所述第一和多个第二磁场源为层式，以使得所述多个第一和第二磁场源的所述层相互层叠。
对应于本发明的进一步实施例，每一层的磁场源数量都保持恒定。
对应于本发明的进一步实施例，每一层的该磁场源的数量都是不同的。
对应于本发明的进一步实施例，磁场源的数量随着层半径而增加。
对应于本发明的进一步实施例，圆周分布的第一和多个第二磁场源的层相对于彼此连续地进行角位移，以使得每个在前层和在后层之间的角位移φ小于极距τ。
对应于本发明的进一步实施例，每一在前层的隔开分布的多个第二磁场源相对于每一在后层的隔开分布的多个第二磁场源位移了一预定角度，该预定角度小于极距。
对应于本发明的进一步实施例，每一在前层的隔开分布的多个第一磁场源相对于每一在后层的隔开分布的多个第一磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
对应于本发明的进一步实施例，所述预定角度等于极距除以所述层的数量。
对应于本发明的进一步实施例，所述电机具有切片结构。所述电机包括沿轴线分布的切片；每个切片包括相互面对的第一和多个第二磁场源。
对应于本发明的进一步实施例，所述转子包括多个突出部分，这些突出部分在其两端承载有多个第二磁场源。
对应于本发明的进一步实施例，所述定子包括多个突出部分，这些突出部分在其两端承载有多个第一磁场源。
对应于本发明的进一步实施例，所述沿每个切片分布的磁场源的数量是恒定的。
对应于本发明的进一步实施例，所述沿每个切片分布的磁场源的数量是变化的。
对应于本发明的进一步实施例，沿在后切片隔开分布的磁场源相对于沿在前切片隔开分布的磁场源位移一角距离φ，该角距离φ小于极距τ。
对应于本发明的进一步实施例，每个在前部段的隔开分布的多个第一磁场源相对于每个在后部段的隔开分布的多个第二磁场源成角度地改变了预定角度，该预定角度小于极距。
对应于本发明的进一步实施例，每个在前部段的隔开分布的多个第二磁场源相对于每个在后部段的隔开分布的多个第二磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
对应于本发明的进一步实施例，所述预定角度等于所述极距除以所述部段的数量。
应当强调的是，遍布层和/或部段的磁场源的前述角度的角位移减小了齿槽转矩脉动。所公开的电动机设置使启动更加容易，且独立于转子和定子的相对位置。
对应于本发明的进一步实施例，公开了使用电机的方法。所述方法包括步骤：（a）提供包括定子和转子的电机，所述转子可相对于所述定子旋转，且二者之间具有空气间隙；所述定子配备有多个第一磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在定子上方；所述转子具有多个第二磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在转子上方；第一和第二磁场源中的至少其中一种为电磁体；每个电磁体包括至少一个搁放于磁导体上的电磁线圈；以及（b）将电能转化为机械轴的旋转或将机械轴的旋转转化为电能。所述导体具有至少一个构件，该构件由选自磁各向同性材料、磁各向异性材料以及其任意组合的材料制成；所述各向同性和各向异性材料的特性是，其电阻大于约106Ohm·m，矫顽力小于约100A·m-1，相对磁导率大于约3000，且在频率低于约10000Hz时饱和磁感应强度大于约0.6Tl。

Claims (78)

1.一种包括定子和转子的电机，所述转子可相对于所述定子旋转，且所述转子和所述定子之间具有空气间隙；所述定子配备有多个第一磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在定子上方；所述转子具有多个第二磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在转子上方；所述第一磁场源和第二磁场源中的至少其中一种为电磁体；每个电磁体包括至少一个搁放于磁导体上的电磁线圈；其中所述导体包括至少一个由选自以下各项的材料制成的构件：磁各向同性材料、磁各向异性材料、以及以上各项的任意组合；所述磁各向同性材料和磁各向异性材料的特性是，其电阻大于约106Ohm·m，矫顽力小于约100A·m-1，相对磁导率大于约3000，且在频率低于约10000Hz时的饱和磁感应强度大于约0.6Tl。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述导体构件由所述磁各向异性材料制成，并设置为使由磁场源产生的磁通量沿易磁化的方向传导。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个第一磁场源为隔开分布于定子上方的电磁体；所述多个第二磁场源为异极地隔开分布于转子上方的永磁体。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个第一磁场源为异极地隔开分布于定子上方的永磁体；所述多个第二磁场源为隔开分布于所述转子上方的电磁体，这些电磁体具有线圈，所述线圈通过电刷与整流器相连。
5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述第一磁场源和第二磁场源为电磁体；该第二电磁体具有线圈，所述线圈通过电刷与整流器相连。
6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个第一磁场源和多个第二磁场源中的至少其中一种是彼此相互磁性独立的。
7.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个第一磁场源的每个电磁体的线圈轴的方位选自下组：充分平行于转子旋转轴的方位、相对于转子充分径向分布的方位、位于充分垂直于转子旋转轴的平面内的圆周方位、以及以上各项的任意组合。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于：所述多个第一磁场源和多个第二磁场源中至少一部分的磁轴是相互平行的。
9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个第一磁场源和多个第二磁场源中的至少一部分的磁轴是彼此垂直的。
10.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个第二磁场源的磁路分布于多个第一磁场源的内部。
11.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个第一磁场源的磁路分布于多个第二磁场源的内部。
12.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述电磁体的磁路形状选自下组：I形、U形、T形、C形、X形以及以上各项的任意组合。
13.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述永磁体具有与其磁性相连的延伸构件；所述延伸构件适于分流由电磁体产生的磁通量；当所述永磁体面向相邻的电磁体、以使得所述延伸构件的横向尺寸大于相邻的电磁体之间的距离时，所述延伸构件适于防止磁通量穿过所述永磁体。
14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于：所述延伸构件由选自磁各向同性材料、磁各向异性材料以及以上各项的任意组合的材料制成。
15.根据权利要求13所述的电机，其特征在于：所述延伸构件由磁各向异性材料制成，并设置为使磁场源产生的磁通量沿易磁化的方向传导。
16.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述包括永磁体的磁场源的磁路形状选自下组：I形、U形、T形、X形以及以上各项的任意组合。
17.根据权利要求12或16所述的电机，其特征在于：所述多个第二磁场源的延伸构件适于传导穿过多个第一磁场源芯的至少一个表面的磁通量，所述至少一个表面为对接面或侧表面。
18.根据权利要求12或16所述的电机，其特征在于：所述多个第一磁场源的延伸构件适于传导穿过多个第二磁场源芯的至少一个表面的磁通量，所述至少一个表面为对接面或侧表面。
19.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述电机适于用作电动机，其中所述空气间隙位于转子旋转轴的外围。
20.根据权利要求19所述的电机，其特征在于：所述电机适于用作车辆车轮传动装置的电动机；所述转子的多个第二磁场源机械连接至车轮；所述定子的多个第一磁场源机械连接至车辆主体。
21.根据权利要求19所述的电机，其特征在于：所述转子的多个第二磁场源紧固至轮轴；所述定子的多个第一磁场源机械连接至车辆主体。
22.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述电机适于用作发电机，其中所述空气间隙大致位于相对于转子旋转轴的位置。
23.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述多个第一磁场源和多个第二磁场源为层式，以使得所述多个第一磁场源和多个第二磁场源的所述层相互层叠。
24. 根据权利要求23所述的电机，其特征在于：每一层的磁场源数量都保持恒定。
25.根据权利要求23所述的电机，其特征在于：每一层的磁场源的数量都是不同的。
26.根据权利要求23所述的电机，其特征在于：所述每一层的磁场源的数量随着层半径的增加而增加。
27.根据权利要求23所述的电机，其特征在于：呈圆周状隔开分布的所述多个第一磁场源和多个第二磁场源的所述层相对于彼此连续地进行角位移，以使得每个在前层和在后层之间的角位移小于极距。
28.根据权利要求23所述的电机，其特征在于：每一在前层的隔开分布的多个第二磁场源相对于每一在后层的隔开分布的多个第二磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
29.根据权利要求23所述的电机，其特征在于：每一在前层的隔开分布的多个第一磁场源相对于每一在后层的隔开分布的多个第一磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
30.根据权利要求28或29所述的电机，其特征在于：所述预定角度等于所述极距除以所述层的数量。
31.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述电机具有切片结构；所述电机包括沿轴线分布的切片；每个切片包括相互面对的多个第一和第二磁场源。
32.根据权利要求31所述的电机，其特征在于：所述转子包括多个突出部分，这些突出部分在其两端承载有所述多个第二磁场源。
33.根据权利要求31所述的电机，其特征在于：所述定子包括多个突出部分，这些突出部分在其两端承载有所述多个第一磁场源。
34.根据权利要求31所述的电机，其特征在于：沿每个切片隔开分布的磁场源的数量是恒定的。
35.根据权利要求31所述的电机，其特征在于：沿每个切片隔开分布的磁场源的数量是变化的。
36.根据权利要求31所述的电机，其特征在于：沿在后切片隔开分布的所述多个第一和第二磁场源相对于沿在前切片隔开分布的磁场源位移一角距离φ，该角距离φ小于极距。
37.根据权利要求36所述的电机，其特征在于：每个在前部段的隔开分布的多个第一磁场源相对于每个在后部段的隔开分布的多个第二磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
38.根据权利要求36所述的电机，其特征在于：每个在前部段的隔开分布的多个第二磁场源相对于每个在后部段的隔开分布的多个第二磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
39.根据权利要求37或38所述的电机，其特征在于：所述预定角度等于所述极距除以所述部段的数量。
40.一种使用电机的方法；所述方法包括以下步骤：
（e）提供包括定子和转子的电机，所述转子可相对于所述定子旋转，且二者之间具有空气间隙；所述定子配备有多个第一磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在定子上方；所述转子具有多个第二磁场源，这些磁场源呈圆周状等距分布在转子上方；所述第一磁场源和第二磁场源中的至少其中一种为电磁体；每个电磁体包括至少一个搁放于磁导体上的电磁线圈；
（f）将电能转化为机械轴的旋转或将机械轴的旋转转化为电能；其中所述导体具有至少一个构件，该构件由选自磁各向同性材料、磁各向异性材料以及其任意组合的材料制成；所述各向同性和各向异性材料的特性是，其电阻大于约106Ohm·m，矫顽力小于约100A·m-1，相对磁导率大于约3000，且在频率低于约10000Hz时饱和磁感应强度大于约0.6Tl。
41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：由所述磁场源产生的磁通量沿易磁化的方向传导。
42.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述多个第一磁场源为分布于定子上方的电磁体；所述多个第二磁场源为异极地隔开分布于转子上方的永磁体。
43.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述多个第一磁场源为异极地隔开分布于定子上方的永磁体；所述多个第二磁场源为隔开分布于所述转子上方的电磁体，这些电磁体具有线圈，所述线圈通过电刷与整流器相连。
44.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述多个第一磁场源和多个第二磁场源为电磁体；所述多个第二磁场源的电磁体具有线圈，所述线圈通过电刷与整流器相连。
45.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述多个第一磁场源和多个第二磁场源中的至少一种的多个磁场源是彼此相互磁性独立的。
46.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述多个第一磁场源的每一个电磁体的线圈轴的方位选自下组：充分平行于转子旋转轴的方位、相对于转子充分径向分布的方位、位于充分垂直于转子旋转轴的平面内的圆周方位以及其任意组合。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：所述多个第一和第二磁场源中至少一部分的磁轴是相互平行的。
48.根据权利要求46所述的方法，其特征在于：所述多个第一和第二磁场源中的至少一部分的磁轴是彼此垂直的。
49.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述多个第二磁场源的磁路分布于所述多个第一磁场源的内部。
50.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述多个第一磁场源的磁路分布于所述多个第二磁场源的内部。
51.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述电磁体的磁路形状选自下组：I形、U形、T形、C形、X形以及其任意组合。
52.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述永磁体具有与其磁性相连的延伸构件；所述延伸构件适于分流由电磁体产生的磁通量；当所述永磁体面向相邻的电磁体、以使得所述延伸构件的横向尺寸大于相邻的电磁体之间的距离时，所述延伸构件适于防止磁通量穿过所述永磁体。
53.根据权利要求52所述的方法，其特征在于：所述延伸构件由选自磁各向同性材料、磁各向异性材料以及其任意组合的材料制成。
54.根据权利要求52所述的方法，其特征在于：所述延伸构件由磁各向异性材料制成，并设置为使磁场源产生的磁通量沿易磁化的方向传导。
55.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述包括永磁体的磁场源的磁路形状选自下组：I形、U形、T形、X形以及其任意组合。
56.根据权利要求51或55所述的方法，其特征在于：所述多个第二磁场源的延伸构件适于传导穿过所述多个第一磁场源的芯的至少一个表面的磁通量，所述至少一个表面为对接面或侧表面。
57.根据权利要求51或55所述的方法，其特征在于：所述多个第一磁场源的延伸构件适于传导穿过所述多个第二磁场源的芯的至少一个表面的磁通量，所述至少一个表面为对接面或侧表面。
58.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述电机适于用作电动机，其中所述空气间隙位于转子旋转轴的外围。
59.根据权利要求58所述的方法，其特征在于：所述电机适于用作车辆车轮传动装置的电动机；所述转子的多个第二磁场源机械连接至车轮；所述定子的多个第一磁场源机械连接至车辆主体。
60.根据权利要求58所述的方法，其特征在于：所述转子的多个第二磁场源紧固至轮轴；所述定子的多个第一磁场源机械连接至车辆主体。
61. 根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述电机适于用作发电机，其中所述空气间隙大致位于相对于转子旋转轴的位置。
62.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述多个第一和第二磁场源为层式，以使得所述多个第一和第二磁场源的所述层相互层叠。
63.根据权利要求62所述的方法，其特征在于：每一层的磁场源数量都保持恒定。
64.根据权利要求62所述的方法，其特征在于：每一层的该磁场源的数量都是不同的。
65.根据权利要求62所述的方法，其特征在于：每一层的磁场源的数量随着层半径的增加而增加。
66.根据权利要求62所述的方法，其特征在于：呈圆周分布的多个第一和第二磁场源的所述层相对于彼此连续地进行角位移，以使得每个在前层和在后层之间的角位移小于极距。
67.根据权利要求62所述的方法，其特征在于：所述每一在前层的隔开分布的多个第二磁场源相对于每一在后层的隔开分布的多个第二磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
68.根据权利要求62所述的方法，其特征在于：所述每一在前层的隔开分布的多个第一磁场源相对于每一在后层的隔开分布的多个第一磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
69.根据权利要求67或68所述的方法，其特征在于：所述预定角度等于极距除以所述层的数量。
70.根据权利要求40所述的方法，其特征在于：所述电机具有切片结构；所述电机包括沿轴线分布的切片；每个切片包括相互面对的第一和多个第二磁场源。
71.根据权利要求70所述的方法，其特征在于：所述转子包括多个突出部分，这些突出部分在其两端承载有多个第二磁场源。
72.根据权利要求70所述的方法，其特征在于：所述定子包括多个突出部分，这些突出部分在其两端承载有多个第一磁场源。
73.根据权利要求70所述的方法，其特征在于：所述沿每个切片分布的磁场源的数量是恒定的。
74.根据权利要求70所述的方法，其特征在于：所述沿每个切片分布的磁场源的数量是变化的。
75.根据权利要求70所述的方法，其特征在于：沿在后切片隔开分布的第一和第二磁场源相对于沿在前切片隔开分布的磁场源位移一角距离φ，该角距离φ小于极距。
76.根据权利要求75所述的方法，其特征在于：每个在前部段的隔开分布的多个第一磁场源相对于每个在后部段的隔开分布的多个第二磁场源位移一定角度，该预定角度小于极距。
77.根据权利要求75所述的方法，其特征在于：每个在前部段的隔开分布的多个第二磁场源相对于每个在后部段的隔开分布的多个第二磁场源位移一预定角度，该预定角度小于极距。
78.根据权利要求76或77所述的方法，其特征在于：所述预定角度等于所述极距除以所述部段的数量。
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