CN103597712B - 磁隔离相内部永磁铁旋转电机 - Google Patents

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Abstract

一种磁隔离相定子包括具有两个侧部的定子相区段和在各个侧部上的磁无效隔离区，该隔离区防止永磁场由定子的定子相区段和定子的另一个定子相区段共用。磁隔离相内部永磁铁旋转电机包括磁隔离相的定子、转子，以及限定转子‑定子界面的定子与转子之间的气隙，转子具有平行地布置的具有相对的磁极的两个或二的倍数个永磁铁，以引导磁通量穿过转子极、穿过转子‑定子界面的气隙，以及穿过定子极。

Description

磁隔离相内部永磁铁旋转电机
相关申请
本申请享有于2011年1月11日提交的名称为Independent Phase InteriorPermanent Magnet Generator的美国申请第61/431,779号的优先权，本文通过引用完全合并其全部内容。本文通过引用完全合并于2010年10月19日提交的名称为ParallelMagnetic Circuit Motor的美国专利申请公布第2011/0089775号。
联邦资助的研究或开发
不适用。
光盘附件
不适用。
背景技术
在具有转子和定子的常规永磁铁(PM)旋转电机中，转子磁铁一般安装在转子背铁的表面上，且产生由气隙磁阻减小的等于一个永磁铁的磁极面区域的面积的气隙通量密度。此外，磁铁以两个永磁铁面向三个定子极的方式来位于转子上，以适应常规的三相叠绕电动机/交流发电机或发电机设计。由于经由三个极共用来自用该常规设计中的永磁铁的通量，故减弱了在增加气隙通量密度方面的效果。此外，如果此类常规设计的一个极短路，则三个极全部都短路，这将引起机器锁定。这未提供容错设计，且一个相的任何不平衡都将使其它相扭曲。
由于稀土永磁铁材料成本上涨，旋转电机设计者正寻找将减少稀土材料的使用量而不牺牲功率密度的解决方案。实现该目标的常规方法为增加定子齿的数目，该定子齿产生它们占用的在360度[2pi弧度]内的转矩。
一种此类机器拓扑为单相永磁同步电动机。单相永磁[PM]同步电动机/发电机的缺点在于，所有的转子齿和定子齿都以相同的时间或角间隔进行对准和失准，同时产生它们的最小和最大转矩(电动机)或功率(发电机)值。因此，平均功率(机械功率/转矩或电力)低于期望的最佳转矩或功率。
多相永磁电机将产生较高的平均转矩或功率，因为各个相将以不同的角间隔有助于转矩或功率。然而，分布式或叠绕式永磁多相机器将具有在角间隔内不产生转矩或功率的一个或多个定子齿，因为一个以上的齿形成定子极。这减少了在2pi弧度内的产生转矩或功率的齿的数目。此外，分布式或叠绕式永磁多相机器中的相共用相同的通量源(即，永磁铁)，这限制了储存在给定相的磁场中的可用能量的量，因为该能量由电机的所有相共用。集中卷绕的多相电机增加了产生转矩或功率的齿的数目，但没有解决相共用相同的通量源(即，永磁铁)的问题。
发明内容
磁隔离相定子具有带有两个侧部的定子相区段和磁无效的各侧部上的隔离区。定子相区段具有限定定子极的两个或多个的定子齿、定子齿之间的绕组槽，以及围绕各个定子齿卷绕的相绕组。
另一个磁隔离相定子具有两个或多个的定子相区段，该定子相区段由至少一个隔离区磁性地与彼此隔离。隔离区为磁无效区或磁无效区域。各个定子相区段具有限定定子极的两个或多个的定子齿和围绕各个定子齿卷绕的相绕组，其中绕组槽在定子齿之间。在一方面，相绕组为集中绕组。
磁隔离相内部电永磁铁旋转电机包括磁隔离相定子、转子，以及限定转子-定子界面的定子与转子之间的气隙。转子具有布置成具有相对的磁极(例如，磁铁的北极面向另一个磁铁的北极，或磁铁的南极面向另一个磁铁的南极)的两个或二的倍数的永磁铁，本文中将其称为平行布置。转子中的永磁铁的相对的磁极引导磁通量通过转子极、通过转子-定子界面的气隙，以及通过定子极。
附图说明
图1为矩形永磁铁的尺寸的示意图。
图2为常规转子上的磁铁的示意图。
图3为常规转子的示意图。
图4为以平行布置的转子的磁铁的示意图。
图5为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
图6至图7为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
图8为图6至图7的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的隔离区的示意图。
图9为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
图10为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
图11为具有弧形节段的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
图12为磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
图13为绘出没有磁桥的转子的示意图。
图14至图15为转子中的可饱和的磁桥的示意图。
图16为磁隔离相内部永磁铁电机的接线示意图。
图17为磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的磁极性的示意图。
图18至图19为创造磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的一个或多个隔离区的示意图。
图20至图21为创造磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的一个或多个隔离区的示意图。
图22至图23为创造磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的一个或多个隔离区的示意图。
图24为镜像的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
图25为镜像的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
图26为镜像的磁隔离相内部永磁铁旋转电机的示意图。
图27至图30为发电机操作的示意图。
图31至图32为发电机操作中的电压图表。
图33为磁隔离相内部永磁铁旋转电机中的定子的改变了尖端的定子极的示意图。
图34至图37为电动机操作的示意图。
图38至图40绘出了具有连接永磁铁之间的转子极区段的弧形磁桥的转子。
具体实施方式
本公开内容的磁隔离相的定子具有两个或多个的定子相区段(也被称为是部分)，该定子相区段由至少一个隔离区磁性地与彼此隔离。隔离区为磁无效区或磁无效区域，如，具有磁无效材料的一个或多个孔口和/或一个或多个区域。各个定子相区段具有限定定子极的两个或多个的定子齿和围绕各个定子齿卷绕的集中相绕组，其中绕组槽在定子齿之间。
磁隔离相内部永磁铁旋转电机(MIP-IPM-ERM)包括上述定子、转子，以及限定转子-定子界面的定子与转子之间的气隙。转子具有布置成具有相对的磁极(例如，磁铁的北极面向另一个磁铁的北极，或磁铁的南极面向另一个磁铁的南极)的两个或二的倍数个永磁铁，本文中将其称为平行布置。转子中的永磁铁的相对的磁场引导磁通量通过转子极、通过转子-定子界面的气隙，以及通过定子极。例如，机器可构造为电动机或发电机。例如，电动机可构造为轮毂电动机或其它电动机。在另一个实例中，机器为风力发电机或风力涡轮机。
MIP-IPM-ERM具有用于多相永磁铁机器的最大的转子与定子的有效面积(定子极与转子极的比例)，这是很令人期望的。该机器的转子与定子的有效面积接近单相永磁铁同步旋转电机的转子与定子的有效面积，且同样通过磁性地隔离各相解决了相共用相同通量源的问题。即，如果相区段的一个极或整个相区段短路，则其它相区段未短路且将继续操作。这提供了容错设计。此外，一个相区段中的任何不平衡都不会使其它相区段扭曲。当与常规的内部永磁铁机器相比时，MIP-IPM-ERM使用了少百分之五十的稀土永磁铁材料，而增加了百分之三十的功率密度，其中两个机器都具有相同的外部尺寸或体积。
图1绘出了矩形永磁铁的尺寸，该尺寸包括其长度(LM)、宽度(WM)，以及深度(DM)。等式1示出了使由永磁铁产生的通量密度与图1中示出的永磁铁的尺寸相关的双曲线函数。
等式1
永磁铁的通量密度(B)取决于其极面面积，且极之间的长度产生场强(H)。在磁路外的永磁铁的最大通量密度大致等于剩余通量密度(Br)的二分之一，而回路中的永磁铁的最大通量密度将为没有气隙的回路，在此情况下，该通量密度将等于Br。然而，在没有气隙的回路中的永磁铁具有接近零的场强。当永磁铁用于旋转机器中时，气隙中的通量密度提供工作场。由于气隙中的磁阻，故该通量密度的值在Br的二分之一到四分之三之间。
如图2中所示，一些常规电动机的转子202具有内部永磁铁204。然而，转子磁铁大体上安装在转子背铁208的表面206上，且产生由气隙磁阻降低的等于一个永磁铁的极面区域的面积的气隙通量密度。因此，该通量由具有为L0英寸的极面长度的一个永磁铁210的极面面积限制。在使用高级的钕永磁铁的情况下，气隙通量密度大约为0.8特斯拉。
此外，如图3中所示，磁铁以其中两个永磁铁面向三个定子极的方式来定向，以适应常规的三相叠绕设计。由于经由三个极共用来自以该常规设计中的永磁铁的通量，故减弱了在增加气隙通量密度方面的影响。此外，如果此类常规设计中的一个极短路，则三个极全部都短路，如果短路显著，则这可引起机器锁定。这没有提供容错设计。一个相的不平衡都将使其它相扭曲。
本公开内容的机器克服了永磁铁极面面积的限制造成的减小的气隙通量密度的局限性。其还提供了容错性，因为当一个相或多个相变得不可操作时，一个或多个相为可操作的。此外，其提供相平衡，以便一个相不会使另一个相扭曲。
图4绘出了具有安装在转子背铁408的内部406上的永磁铁404的本公开内容的MIP-IPM-ERM的转子402的一部分。来自平行地布置的两个永磁铁410和412的通量组合以产生穿过转子极414的通量密度，该通量密度比通过常规永磁(PM)铁旋转电机中的转子极的通量大得多。在本公开内容的机器中，通量由具有L1英寸和L2英寸的长度的两个永磁铁极面产生，极面分别面向具有L3英寸的长度的极面。因此，两个永磁铁产生通过转子极414的(L1+L2)/L3的通量。
例如，当图2中的磁铁210的极面具有0.262英寸的长度L0时，图4中的磁铁410和412的极面的长度L1和L2两者都为0.375"，且图4中的转子极414的长度L3为0.262"，"虚拟的"永磁铁导致图4的转子402具有比可安装在图2中示出的转子背铁208的表面206上的磁铁210的极面面积大2.86倍的极面面积。
图5绘出了具有转子504和定子506的磁隔离相内部永磁铁旋转电机502的一部分。转子504具有平行地布置的安装在内部的永磁铁508。定子506具有相区段A 510、相区段B512，以及相区段C 514，各个相区段均具有围绕齿518环绕的线圈516。
各个定子506的相区段510-514均由磁隔离区域520-524(如，定子隔离区)隔离。即，通过磁隔离区域(如，定子隔离区)来将定子相区段与另一个定子相区段磁隔离。
隔离区为磁无效区或磁无效区域，如，一个或多个孔口、具有磁无效材料的一个或多个区域，和/或一个或多个其它磁无效区域。磁无效区防止永磁场在一个定子相区段与另一个定子相区段之间共用。因此，给定的定子相区段不会与另一个定子相区段共用任何转子永磁铁的通量。这防止了在定子相区段变得不平衡的情况下的毁灭性的三次谐波扭曲。此外，如果一个定子相区段中出现错误，则可简单地将其从回路中除去，而不影响剩余定子相区段的操作，导致了容错的机器。在常规的叠绕电机中，如果相短路，则即使将该相的输出从回路中除去，有错误的相中的短路将继续从气隙中吸收能量，从而减少了至其它相的储存的能量的量，且继续产生剩余相的扭曲。
图6至图8绘出了磁隔离相内部永磁铁旋转电机(MIP-IPM-ERM)602的定子-转子界面的示例性实施例。尽管图6至图8的实例绘出了三相机器(三个电相)，但可使用两个电相、四个电相，或其它数目的电相。例如，电机可为发电机、电动机或交流发电机。
电机602具有定子604和转子606，其中气隙607在限定定子-转子界面的定子与转子之间。定子604与转子606分别围绕旋转轴线608旋转。
定子604具有两个或多个的定子相区段(也被称为部分)610-620，各个相区段均由磁隔离区域与彼此磁隔离，如，一个或多个定子隔离区622-632。即，没有定子相区段与另一个相共用永磁场。定子604的电相为均匀分布的。该相区段也均匀地分布在图6的定子604上。作为备选，相区段可均匀地分布在定子的一半或另一个部分上。
相绕组634(也称为线圈)通过相绕组槽638围绕定子齿636(作为备选称为定子极637)卷绕。例如，相绕组槽638为定子芯材料640(定子背铁)中的孔口，且定子可具有两个或二的倍数个的齿。磁通量被引导穿过定子极636。
在一个实例中，相绕组为集中绕组。然而，如本文解释的那样，相绕组可不为叠绕(分布式的)绕组，这可在一个相与一个或多个其它相短路时引起机器锁上或引起扭曲。因此，该实例中的相绕组为集中的、非分布式绕组。
尽管图6至图8的实例中绘出了六个定子相区段610-620和六个定子隔离区622-632，但其它实例中可使用不同数目的两个或多个定子相区段和不同数目的两个或多个定子隔离区。
定子隔离区622-632可分别布置在相应的隔离区轴线642-652上或围绕相应的隔离区轴线642-652布置，如，在与基准线654成选择的距离(例如，角距离或周向距离)处布置。例如，基准线654可沿旋转轴线608在定子604上指定为零度，且隔离区轴线642-652可限定为离基准线的角距离655(参看图7)，如，选择的度数。隔离区轴线642-652还可限定为离另一个隔离区轴线的角距离。可使用弧度、度数或其它量度。
在图6至图8的实例中，基准线654指定为零度(或弧度)，与隔离区轴线642-652的角距离为离基准线六十度(或相等的弧度)，且各个其它隔离区轴线以离基准线六十度(或相等的弧度)间隔限定，例如，60,120,180,240,300以及360(或0)。对于其它机器可选择其它角距离。例如，在2相机器的一个实施例中，角距离选择为离选择的基准线45度(或相等的弧度)，且在4相机器的一个实施例中，该距离选择为离选择的基准线22.5度(或相等的弧度)。在另一个实例中，两个或多个的隔离区轴线之间的角距离不相等。例如，从基准线到第一隔离区轴线的角距离为第一角距离，而从第一隔离区轴线到第二隔离区轴线的角距离为第二角距离。
选择的基准线可为定子上的或相对于定子的任何基准线。在图6至图8的实例中，基准线654为沿从定子604的旋转轴线608的中点656延伸到定子的外圆周657的轴线。描绘各个相区段610-620的各个隔离区轴线642-652的角距离从该基准线654测量。作为备选，例如，第一相区段612的第一角距离为从基准线654测量到第一隔离区轴线642，而第二相区段610的第二角距离为从第一隔离区轴线642测量到第二隔离区轴线652。作为备选，定子分成两个或多个的区段，其中各个区段均具有两个端部，且其中各个端部均具有隔离区或一部分隔离区。
在图6中，两个相对的隔离区轴线642和648，644和650，以及646和652分别形成隔离区平面656,658和660，分别从一个隔离区622,624和626延伸到相对的隔离区628,630和632。隔离区平面656,658和660将定子分成六个相区段。
各个定子相区段610-620均具有由一个隔离区限定的一个侧部和由另一个隔离区限定的另一个侧部。例如，第一相区段610具有由一个隔离区632限定的一个侧部664和由另一个隔离区622限定的另一个侧部666。作为备选，隔离区轴线634-644限定部分610-620的侧部。例如，第一相区段610具有由一个隔离区轴线652限定的一个侧部664和由另一个隔离区轴线642限定的另一个侧部666。
仍参看图6，隔离区622-632的一半构造在定子604中的对应的隔离区轴线642-652的各个侧部上。例如，隔离区622的一部分(如，一半)构造在隔离区轴线652的一个侧部668上，而隔离区的另一部分(如，另一半)构造在隔离区轴线的另一个侧部670上。
隔离区622-632可限定为偏移的角距离672，如，围绕隔离区轴线的偏移量。尽管图6至图8绘出了构造在定子604的相对的侧部上的隔离区平面658-662(和对应的隔离区轴线)的各个侧部上的隔离区622-632的一半，隔离区622-632可构造在定子604中的对应的隔离区轴线642-652的各个侧部上，且不严格沿隔离区平面(和对应的隔离区轴线)。
此外，隔离区不必穿过隔离区轴线分成两半。隔离区的较大的部分可构造在隔离区轴线的一个侧部上，而隔离区的较小的部分可构造在隔离区轴线的另一个侧部上。此外，沿隔离区轴线的两个或多个的隔离区的长度可为相同的或不同的(一个轴向长度可大于另一个)。此外，尽管图6至图8的隔离区622-632绘制为具有轴向长度674(沿轴向尺寸)和限定隔离区的内侧676、外侧678、一个边缘侧680和另一个边缘侧682的偏移角距离672(角度大小)的大致截头圆锥形的，但隔离区可具有一个或多个其它形状(矩形/矩形的、圆形/圆形的、椭圆形/椭圆形的、凹口、不均匀的区域等)，且一个隔离区的一个或多个形状可不同于另一个隔离区的一个或多个形状。由一个隔离区包围的总的区可与由另一个隔离区包围的总的区相同或不同。
隔离区622-632中的一个或多个可选地构造具有相绕组。如图7中绘出的那样，隔离区为限定为偏移角距离672的孔口，其中偏移量的一半在隔离区轴线的各个侧部上，且隔离区处于离基准线的选择的相区段角距离655的相等间隔。绕组槽区域684-686构造在隔离区的各个侧部上，其中图8中绘出的绕组槽的一半在隔离区的各个侧部上。绕组687可卷绕在绕组槽区域684-686中，如，围绕邻近绕组槽区域的齿。
如图7上更清楚地绘出的那样，极弧702限定绕组槽的位置，例如，通过限定绕组槽(且因此转子齿)之间的距离。例如，极弧为角距离(以度数或弧度表示)。极弧702还限定从隔离区的一个侧部到邻近的绕组槽的距离。在图7的实例中，极弧702为从隔离区622的一个侧部704到邻近的绕组槽708的中点或轴线706或从隔离区622的另一个侧部710到相对的邻近的绕组槽(参看图6)的中点或轴线的角距离(以度数或弧度表示)。在该实例中，极弧702也为从邻近的绕组槽708的中点或轴线706到下一个邻近的绕组槽714(没有介入的隔离区)的中点或轴线712的角距离(以度数或弧度表示)。因此，从隔离区622的隔离区轴线642到邻近的绕组槽708的中点或轴线706的距离为偏移角距离672加上一个极弧角距离702。
又参看图6，转子606具有两个或多个的转子节段688。各个转子节段均具有安装到转子芯694内部且构造成平行布置以传递磁通量穿过转子极696的两个永磁铁690-692。平行布置的意思是一个磁铁的北磁极面向另一个磁铁的北磁极，或一个磁铁的南磁极面向另一个磁铁的南磁极。为具有平行地面对彼此的相同磁定向的两个极的两个平行面对的磁极为穿过转子极和气隙指向一个定子极。
例如，第一转子节段具有来自平行地构造的两个转子的内部永磁铁的磁场。第二邻近的转子节段构造具有与第一转子节段相对的磁场。例如，第一转子节段构造有两个面向北的平行的内部永磁铁，而第二邻近的转子节段构造有两个面向南的平行的内部永磁铁。
没有定子相区段610-620与另一个相区段共用永磁场。结果，各个相区段均与各个其它相区段磁隔离，且独立于各个其它相区段。因此，如果一个定子相区段变得不可操作，则各个其它相区段仍为可操作的。因此，机器602具有冗余。此外，当机器构造为发电机时，此类磁性隔离消除了第三谐波扭曲和相不平衡问题。当机器构造为电动机时，其消除了在一个电相短路时电动机锁上的问题。
如上所述，相区段(作为备选，部分)具有两个或多个极。定子中(以及定子的部分中)的极的总数至少可被二或二的倍数整除，因此，存在相等数目的平行面对的磁场(例如，北极面向北极或南极面向南极)。在一个实施例中，定子中极的总数可被四整除。
在图6至图8的实施例中，极弧为在没有介入隔离区的情况下从定子上的一个极的中心到定子上的邻近的极的中心的度数或弧度。同样，当两个邻近的极之间的孔口间距相等时，极弧还将为在没有介入隔离区的情况下从定子中的一个极孔口的中心到定子中的邻近的极孔口的中心的度数。
结合图6论述的方法可用于创造具有与图6中示出的不同数目的电相和不同数目的相区段的定子的一个或多个隔离区。例如，可创造两相、四相或其它相的机器和/或二相、四相、八相和其它相区段的隔离区。此外，使用本文中描述的技术可在转子上创造一个或多个隔离区。
一方面，通过使两个磁隔离区段相(也称为部分)之间的各个定子隔离区的面积最小化来实现最大的转子与定子的有效面积。在这方面，隔离区面积占用最小的角距离，如，最小的度数。
以度数表示的极弧由以下确定：
等式2
部分(即，部分中的度数)和每个部分的极数为可选择的变量。电相的倒数等于一除以电相数目。
相区段(部分)由隔离区与另一个相区段磁隔离。该隔离区为将定子的两个相区段彼此磁隔离的区域。在一个实例中，隔离区为孔口。在另一个实例中，隔离区为一个或多个孔口，如，一个或多个凹口。在另一个实例中，隔离区由无磁性材料构成。
应注意到的是，相区段与电相不同。电相大体上为机器中的电相数目，如，2相、3相、4相、8相，以及其它相。
隔离区可由隔离区偏移、角距离、面积或其它机制限定。在一个实例中，隔离区偏移为加到定子的两个极之间的孔口(例如，绕组槽)上的偏移(以度数表示)、离极的起始和结束的角距离、离定子上的选择的点的起始和结束的顺时针角距离(以度数表示)或逆时针角距离(以度数表示)(例如，离中点零度、45度、60度、90度、120度等)、偏离基准线、轴线或平面(例如，本文中描述的隔离区轴线或平面或相区段)的角距离或其它距离。在一个实例中，隔离区由具有围绕轴线或平面(例如，在任一侧部上的部分)角距离偏移量的孔口限定。在另一个实例中，隔离区为孔口，且轴线或平面(例如，本文描述的隔离区轴线或平面)平分隔离区。在另一个实例中，隔离区由在一个区段的极与另一个区段的极之间偏移的孔口限定，且孔口的总的角距离等于绕组槽加上隔离区偏移量。
当隔离区偏移量确定为如离或围绕隔离区轴线或平面、基准线或相区段端部(或离绕组槽的基准线)的角距离时，总的隔离区偏移量(每个部分)由以下等式给定(以度数表示)：
等式3
在该实例中，至少大约二分之一的隔离区偏移有效地提供至部分的一侧，而另一个大约二分之一的隔离区提供至部分的另一侧。该应用被认为是可采取若干形式。由于隔离区磁隔离各个区段，故各个总的隔离区的一半均有效地分配到各个部分中。
定子极的总数由以下给定：
等式4
为了满足转子的几何形状，当360除以极弧时，极弧产生可被2整除的数。
转子具有两个或多个的转子极。转子中的极的总数可至少被二或二的倍数整除，因此，存在相等数目的平行面对的磁极(例如，北-北或南-南)。转子极的总数由以下给定：
等式5
等式2至等式5可称为是最佳公式。
2相几何形状实例
在一方面，选择了两相几何形状。在两相几何形状中，部分(例如，部分的度数，也称为相区段)等于360被4的倍数整除，例如，90,45,30,22.5,18,15或12。在一个实例中，部分(例如，每个部分的度数)选择为90度且部分中的定子极的数目选择为等于12。然后，根据等式2，极弧为7.2度：
等式6
应用等式3，隔离区偏移量为3.6度：
等式7
以及，定子极的数目等于48：
等式8
以及，转子极的数目等于50：
等式9
其它实例解决方案由以下表1来识别。
表1
图9示出了使用最佳公式的结果构造的2相机器的实例。
3相几何形状实例
在另一方面，选择了三相几何形状。在三相几何形状中，部分(例如，部分的度数，也称为相区段)等于360被3的倍数整除，例如，120,60,30或15。在一个实例中，部分(例如，每个部分的度数)选择为60度，且将部分中的定子极的数目选择为等于8。然后，根据等式2，极弧为7.2度：
等式10
应用等式3，隔离区偏移量为2.4度：
等式12
以及，定子极的数目等于48：
等式12
以及，转子极的数目等于50：
等式13
其它实例解决方案由以下表2来识别。
表2
图10示出了使用最佳公式的结果构造的3相电机的实例。
现参看图11和图12，磁性相隔离不需要相区段(部分)为磁性地"连接的"。因此，隔离区可通过形成具有一个或多个孔口、凹口，或向内凹进的区域的相区段来创造。作为备选，可将材料从邻近一个或多个其它孔口的区域中除去，以形成隔离区。这些实施例可用于减少用于形成定子的磁芯材料的量。
参看图11，相区段(部分)为以或由一个或多个隔离区分开的独立的相区段。如图11的机器1102中所示，定子芯1104的相区段1-6可分别构造为与连续的环相对的独立的弧形节段1106-1116。隔离区1118-1128通过在各个弧形节段中形成凹进区域来创造。例如，第一相区段的弧形节段1106具有凹进区域1130-1134(分别包括偏移量的一半、第一凹口的一半，以及第二凹口的一半)，而第二相区段的弧形节段1108具有凹进区域1136-1140(分别包括偏移量的一半、第一凹口的一半，以及第二凹口的一半)。各个弧形节段1106和1108还分别包括一半绕组槽区域1142-1144。凹进区域1130-1134和1136-1140一起创造了具有隔离区偏移、第一凹口和第二凹口的隔离区。然而，相区段可具有带有一个或多个孔口、凹口，和/或向内凹进的区域的隔离区域。
各个弧形节段1106-1116均可由装固装置1146-1148装固到定子芯材料上，装固到在相同相区段中的其它弧形节段上，或装固到其它弧形节段上。例如，可堆叠各个相区段的弧形节段层压制件的叠层，且由销、铆钉、螺钉、t形锁、夹子、用以安装相区段的凹口或固持在结构(如，芯材料或背铁)内或在结构上的相区段的圆弧的其它装固装置装固。作为备选，弧形节段为装固到定子芯材料上的单个层压制件。
在图11的实施例中，电相-相区段(例如，部分)的关系如下：相区段1(1106)和4(1112)形成电相1，相区段2(1108)和5(1114)形成电相2，以及相区段3(1110)和6(1116)形成电相3。尽管图11的实例的隔离区包括各个弧形节段中的隔离区偏移和两个凹口区域，但可使用一个或多个偏移、一个或多个凹口区域，和/或一个或多个其它凹进区域。
现参照图12，可将芯材料从邻近一个或多个其它孔口的区域中除去，以形成隔离区。机器1216中的定子1214的相区段1202-1212之间的磁隔离还可通过在隔离区1230-1240处形成一个或多个其它孔口1218-1228来实现或增强，如，通过从相区段之间(例如，在隔离区处)的定子芯中除去芯材料1242。
参看图13至图15，机器1304的转子芯1302可为与连续的环相对的独立的弧形节段。如果转子芯1302由单个环构成，则节段以"可饱和的"磁桥区段1402(参看图14)连接到彼此上，以防止转子永磁铁在转子芯材料内"短路"。目标在于穿过转子1302与定子1308之间气隙1306放置尽可能多的永磁铁通量。如图13中所示，如果未使用"可饱和的"磁桥，则来自永磁铁1312-1314的通量1310将简单地穿过转子芯铁1316，而不是穿过气隙1306和通过定子相区段芯材料，导致转子芯铁1314中的磁铁的通量短路。
如图14中所示，围绕永磁铁果断除去一部分转子芯铁，以创造分离永磁铁1312的北极(N)与南极(S)的空气区1404-1406。芯铁的较小的区段创造保持连接转子节段1408-1410上的可饱和磁桥1402。永磁铁(PM)通量1412的一部分穿过可饱和的磁桥。由于磁桥区段具有较小的截面，故磁桥区段饱和且迫使大部分PM通量1412穿过气隙1306进入定子相区段(例如，定子部分)中。
参看图15中的转子1302的区段1502的放大视图，可看到的是，饱和磁桥1402为转子铁1314的最小区段，其允许通量1504从永磁铁1510的北极1506和南极1508穿过。附加(或保持)在饱和磁桥1402中的突出部1512用于将永磁铁1510固持在适当的位置，且为与有磁有效构件相对的结构性构件。
图16绘出了3相磁隔离相内部永磁铁电机的接线图的示例性实施例，其中各个电相均重复两次。图16的示意图示出了相中的串联绕组。作为备选，绕组可以以并联连接，或以并联和串联连接的组合连接。
转子永磁铁的磁极性
参看图17的实施例，定子中的隔离区占用的度数由相区段内的一定数目的选择的电相和极的极弧确定。在本文的示例性最佳公式中，极弧取决于其它变量。例如，可识别具有较大度数小数(fraction)或其它度数小数的极弧。如果图10的三相实施例(等式10-13)中示出的定子极的数目从8个极(其在图17中绘出)增加到12个极，则等式将返回4.864864864...864度的极弧。将难以制造具有该度数小数的极弧的定子，因为度数的小数部分将导致大于360度的累积误差。然而，本公开内容的范围不排除这些极弧，因为可以以其它方式将累积误差相等地分布在相之间。使用本文教授的方法，这些极弧将用于形成操作的机器。例如，就两相电机而言，磁隔离区将占用的相区段之间的度数为极弧除以二。就三相电机而言，磁隔离的区将占用的相区段之间的度数为极弧除以三。就四相电机而言，磁隔离的区将占用的相区段之间的度数为极弧除以四，以此类推。隔离区占用的度数还确定相之间的机械度偏移量和电度偏移量。
图18至图19绘出了创造磁隔离的两相内部永磁铁旋转电机中的一个或多个隔离区的另一个示例性实施例。图18中绘出了单相拓扑的定子区段1802。定子区段1802被分成两个定子节段1804和1806，且第二定子节段以等于极弧的二分之一的度数顺时针旋转。在图10的上述实例中，极弧为7.2度。继续该实例，第二节段1806旋转3.6度。定子芯1810中的空隙1808在第二定子节段1806的旋转之后变成了隔离区，且各个定子节段均变成了机器相区段。如果转子1812以逆时针方式旋转，则一个定子齿的转子齿(的距离)的前进表示由第一定子节段1804创造的相的180的电度。由于第二定子节段1806顺时针旋转，且转子逆时针旋转，故由第二定子节段1806创造的相将"先于"由第一定子节段1904创造的相90电度。机械度与电度之间的关系由以下给定：
极弧＝7.2度以及
因此，各个机械度均等于二十五电度。通过使第二定子节段1806旋转过3.6的机械度，相之间的电度移位为90度，如以下所示：
25度·3.6＝90度；因此180度－90度＝90度
图20至图21绘出了创造磁隔离的三相内部永磁铁旋转电机中的一个或多个隔离区的另一个示例性实施例。图20中绘出了单相拓扑的定子区段2002。定子节段2002被分成三个定子节段2004-2008。第二定子节段和第三定子节段2006-2008以等于极弧的三分之一的度数顺时针旋转。在极弧为7.2度的上述实例中，第二和第三定子节段2006-2008相对于第一定子节段2004旋转2.4度。接下来，第三定子节段2008相对于第二定子节段2006旋转2.4度。定子芯2014中的空隙2010-2012在第二和第三定子节段2006-2008的旋转之后变成了隔离区，且各个定子节段2004-2008均变成了机器的相区段。如两相的论述中那样，所确定的是，一机械度等于25电度。由于第二定子节段2006相对于第一定子节段2004顺时针旋转2.4度，且第三定子节段2008相对于第二定子节段2006顺时针旋转2.4度，故产生以下相关系：
25度·2.4＝60度；因此180度-60度＝120度。
然后，各个机器的相具有彼此之间120电度的相移。
图22至图23绘出了创造磁隔离的四相内部永磁铁旋转电机中的一个或多个隔离区的另一个示例性实施例。图22中绘出了单相拓扑的定子区段2202。定子区段2202被分成四个定子节段2204-2210。第二、第三和第四定子节段2206-2210以等于极弧的四分之一的度数顺时针旋转。在极弧为7.2度的实例中，第二、第三以及第四定子节段2206-2210相对于第一定子节段2204旋转1.8度。然后第三和第四定子节段2208-2210相对于第二定子节段2206旋转1.8度，而第四定子节段2210相对于第三定子节段2208旋转1.8度。定子芯2218中的空隙2212-2216在第二、第三以及第四定子节段2206-2210的旋转之后变成了隔离区，且各个定子节段2204-2210均变成了机器的相区段。如两相论述中那样，所确定的是，一机械度等于25电度。由于第二、第三和第四定子节段2206-2210相对于彼此顺时针旋转1.8机械度，故产生以下相关系：
25度·1.8＝45度。
然后各个机器的相具有彼此之间45电度的相移。
磁隔离相内部永磁铁旋转电机中可产生具有任何数目的期望的电相的电动机。
在上述实例中，磁隔离的两相内部永磁铁旋转机器将具有四个定子节段，各个定子节段均横跨90度，其中每个节段具有12个齿，磁隔离的三相内部永磁铁旋转电机将具有六个定子节段，各个定子节段均横跨60度，其中每个节段具有8个齿，以及磁隔离的四相内部永磁铁旋转电机将具有八个定子节段，各个定子节段横跨45度，其中每个节段具有6个齿，全部都具有7.2度的极弧。这将导致三种机器全部都具有48个定子齿和50个转子齿。然而，可创造和使用具有其它数目的定子节段/相区段、节段/相区段的电度、定子齿、转子齿、极弧，以及偏移的其它机器。
在磁隔离相内部永磁铁旋转电机中，全部定子齿都同时且以不同角间隔产生转矩，从而在定子与转子的界面处产生与最常规的永磁铁旋转电机的70％或更少的相反的96％(48个定子齿/50个转子齿)的转矩或功率。
参看图24，镜像的磁隔离相内部永磁铁旋转电机2402的另一个实施例是基于分布在180的角度内的期望数目的相区段，且然后相区段布局在其余的180度内"成镜像"。
定子中的电相为均匀分布的。在一个实例中，一组或多组两个相对的隔离区2404和2406比一组或多组两个其它隔离区2408-2414大，包括一组或多组两个相对的隔离区(2408和2412；2410和2414)或其它磁隔离相区段的隔离区。然而，电相为均匀地分布的。例如，机器沿划分轴线或镜像轴线2420分成上半部分2416和下半部分2418。划分上半部分2416和下半部分2418的相对的隔离区2404和2406组具有比在上半部分和下半部分中的隔离区2408-2414大的隔离区面积。
当最佳公式未返回给定数目的转子极、每个节段的齿，或其它设计标准的期望结果时，该方法可用于构造磁隔离相内部永磁铁旋转电机。例如，在三相拓扑中，其中可期望的是，转子具有30个极，最佳等式将返回11.996800853105839度的极弧，且每个节段将需要4.668个齿。因此，可使用12度(360/30)的极弧。还将期望的是，使用隔离区的最佳的角偏移(位移)。在此情况下，12度可被3整除(例如，电相的数目)。因此，隔离区将等于4度。由两个隔离区分离的三个定子节段均匀地分布在180度内，且然后在其余的180度内成镜像。这将产生具有位于镜像出现处的镜像轴线处的不同角位移的隔离区。
作为备选，如图25中描绘的那样，占用第一180度的三个定子节段可由等于极弧的三分之二的两个隔离区分离，而不损失三相之间的120电度的位移。该布置在其余的180度中成镜像。用以产生镜像电机的图24至图25的方法进一步了降低稀土磁铁成本，从而产生较低成本、较低瓦数的电动机。图24至图25的镜像电机为图6和图10的最佳电机的备选方案。
参看图26，如同上述最佳地隔离相的内部永磁铁旋转电机一样，也可消除镜像电机2604的隔离区中的定子芯材料2602。在该实例中，尽管使用了比两个或多个的其它相对的隔离区2622-2628或其它隔离区更大的至少两个相对的隔离区2618-2620的镜像电机的方法，但如图11的实例中那样创造了相区段的定子弧形节段2606-2616。
发电机操作
参看图27至图31，在该实例中，磁隔离相内部永磁铁旋转电机操作为发电机。定子2702和转子2704的角区段示为具有三个定子相区段2706-2710或每个定子相区段具有两个齿的节段(相一2706、相二2708，以及相三2710)。该简化的途径用于便于示出和阐释发电机操作原理，且不必再次呈现优选实施例。
转子的初始角位置为其中相1的转子和定子齿来对准，且在零电度和0机械度(图27)二者处，以及同样地在图31(相1的机械角)和图32(相1的电角)的电压输出图表的轴线上的零处。在相2中，如图31至图32的电压输出图表上所示，当相1在0机械度处和在-120电度处时，转子极移动而有2.4机械度的"失准"。在相3中，如图31至图32的电压输出图表上所示，当相1在0机械度处和在120电度处时，转子极移动过4.8机械度来"对准"。
转子逆时针旋转。在图28中示出的点处，相1的定子齿和转子齿移动而有2.4机械度的失准，且其处于图31至图32的电压图表中的60电度处。相3的转子极和定子极对准，且处于图31至图32的电压图表中的0机械度处和处于0电度处。相2在其穿过3.6机械度时经历了通量反向，且下一组转子齿现在与其定子齿进行对准，而如图31至图32的电压图上所示，其处于4.8机械度处和处于-60电度处。
在转子继续逆时针旋转且在图29中示出的点处时，相1在其穿过3.6机械度时经历了通量反向，且下一组转子齿现在与其定子齿进行对准且处于4.8机械度，以及其处于图31至图32的电压图表中的120电度处。相2的转子极和定子极进行对准，且处于图31至图32的电压图表中的0机械度处和处于0电度处。相3的转子齿和定子齿现在移动而有2.4机械度的失准，且现在处于图31至图32的电压图表上的-60电度处。
在转子继续逆时针旋转且处于图30中示出的点处时，全部相都返回如图27中所示的相同机械度。相1处于0机械度处，相2处于2.4机械度处，而相3处于4.8机械度处。图27与图30之间的差异在于，通过所有相绕组和各个相的电度的通量都已经反向，其中如图31至图32的电压图表中所示的那样，相1:0电度，相2:120电度，以及相3：-120电度。
操作为发电机的隔离相内部永磁铁旋转电机中感应电压与其它发电机一样遵循法拉第定律。
其中N＝转数，dΦ＝通量(韦伯)的变化，以及dt＝时间增量，在该时间增量内出现了通量的变化。在旋转机器中，dt通常以秒/弧度替换。
使用隔离相内部永磁铁旋转电机拓扑的发电机的输出波形可使用极形状来定制。例如，如果输出波形类似于方波，则如图33中所绘出的那样，通过从定子极(齿)尖端中除去材料以创造改变了尖端的(修剪/除去)定子极(齿)3302，或作为备选，创造转子极尖端来将极定形为更接近近似于正弦波。
电动机操作
现参看图34至图37，示例性隔离相内部永磁铁旋转电机3402操作为电动机。定子3404和转子3406的角区段示为具有三个定子相区段3408-3412或节段(相一3408，相二3410，以及相三3412)，其中每个定子相区段均具有2个齿。该简化的途径用于便于示出和阐释电动机操作原理，且不必再次呈现优选实施例。
在图34中，假定逆时针旋转转子3604，则相一3408的定子齿与转子齿对准，相二3410的定子齿与"在前的"转子齿偏离过2.4度，而相三3412"在后的"转子齿偏离过2.4度。在该转子位置中，使电动机的相中的线圈(卷绕在齿上)通电，以产生所示出的极性。在该位置处作用于转子3406上的该力是使线圈通电造成的，且产生磁通量，由于来自永磁铁的通量穿过转子节段，该磁通量排斥或吸引转子节段。由相1的线圈产生的通量将排斥对准的转子节段，由相2和相3中的线圈产生的通量将排斥"在前的"转子节段和吸引"在后的"转子节段。作用于转子上的力的总和将使转子3406沿逆时针方向旋转。
在转子3406沿逆时针方向旋转时，一旦转子已经移动2.4度的角距离(图35)，转子极就将移动而与相1的转子齿失准，转子极将相对于相2的定子齿前进2.4度，且转子极将移动而与相3的定子齿对准。穿过卷绕在相3的定子齿上的线圈的电流反向，这继而使相3的转子齿上的磁极性反向，以排斥支承转子沿逆时针方向旋转的对准的转子齿。
转子3406继续沿逆时针方向旋转。一旦转子3406已经比另一个前进2.4度(图36)，则转子极就在相2上进行对准。通过卷绕在相2的定子上的线圈的电流反向，这继而使相2的转子齿上的磁极性反向，以排斥支承转子沿逆时针方向旋转的对准的转子齿。
一旦转子3406已经比另一个前进了2.4的角度(图37)，转子极就移动回与相1的定子齿对准。穿过卷绕在相l的定子齿上的线圈的电流反向，这继而使相l的转子齿上的磁极性反向，以排斥支承转子沿逆时针方向旋转的对准的转子齿。
卷绕在各个相的定子齿上的线圈的该顺序切换将使转子继续沿逆时针方向旋转。作为备选，如果始于图34中示出的位置的相2和相3的转子齿上的磁极性反向，则转子将沿顺时针方向旋转。由相的线圈中的电流在转子上产生的磁力的总和将表现为电动机的输出轴上的转矩。可执行2.4度的切换角的一些提前或延后，以由于电感和反电动势的影响优化性能。
在一个实施例中，如图38至图40绘出的那样，转子具有连接永磁铁之间转子极区段的磁桥。在该实施例中，磁桥构造为或构造成具有内部拱形或其它拱形。该拱形从在连接永磁铁之间的转子极区段的磁桥处具有凹口的转子中消除了较弱的机械点。
该拱形消除了插入附加的非磁性层压制件的需要，明显减少了零件计数、成本，以及制造工艺要求。
通过在转子上创造光滑的表面，该拱形减少了游隙(以及伴随的噪音)，游隙是常规转子-定子界面所固有的。这也减小了阻力且提高了效率。由于游隙损失随速度变化而增大，故该拱形在较高的速度和变速操作期间提供了明显的优点。
该拱形减小了齿槽力，而不需要歪斜转子或定子上的层压制件。这还减小了阻力且提高了效率。
本领域中的技术人员将理解的是，通过本发明构想了来自以上公开的特定实施例的变型。本发明将不限于以上实施例，而应由以下权利要求来界定。

Claims (96)

1.一种旋转机器的系统，包括：
用于具有一定数目电相的机器的磁隔离相定子，所述磁隔离相定子包括
至少一个定子相区段，所述定子相区段具有限定定子极的多个定子齿，多个绕组槽，和限定于两个相邻定子极的中心之间的角距离，以及，
至少一个磁无效隔离区，所述磁无效隔离区具有等于限定于两个定子极之间的角距离乘以所述电相数目的倒数的角距离。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，限定于两个相邻定子极的中心之间的角距离包括极弧，所述极弧限定在没有介入的隔离区的情况下从所述两个定子极中的一个定子极的第一中心轴线到相邻定子极的第二中心轴线的角距离，且限定从所述隔离区的一个侧部到所述两个定子极中的一个定子极的第一中心轴线或从所述隔离区的另一个侧部到相对的相邻定子极的另一个中心轴线的角距离。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，限定于两个定子极之间的角距离包括极弧，所述极弧等于每个定子相区段的度数除以每个定子相区段的定子极的数量加上所述电相数目的倒数，
。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述磁隔离相定子的定子极的总数等于360度除以每个定子相区段的度数再乘以每个定子相区段的所述定子极数，
。
5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述机器，所述机器包括所述定子、转子，以及限定定子-转子界面的所述定子与所述转子之间的气隙，所述转子包括多个转子极，以及其中所述转子中的转子极的总数等于360度除以每个定子相区段的度数的第一数量再除以每个定子相区段的定子极数的第二数量加上所述电相数目的倒数，
。
6.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述磁隔离相定子包括多个定子相区段和多个磁无效隔离区。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个定子相区段中的各个均包括弧节段，以及所述多个磁无效隔离区中的各个均由一个或多个凹进区域形成。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述一个或多个凹进区域分别包括隔离区偏移的一半和一个或多个凹口的一半。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述一个或多个凹进区域分别包括所述隔离区偏移的一半、第一凹口的一半，以及第二凹口的一半。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，一个或多个凹进区域分别还包括一半绕组槽区域。
11.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个磁无效隔离区中的各个均包括隔离区角距离，以及至少一个隔离区角距离不同于另一个隔离区角距离。
12.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个磁无效隔离区中的各个均包括沿对应的磁无效隔离区的隔离区轴线的轴向长度，以及至少一个轴向长度与另一个轴向长度相同。
13.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个磁无效隔离区处于选择的相区段角距离的相等间隔处。
14.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，绕组槽区域构造在所述磁无效隔离区的各个侧部上。
15.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述定子相区段均匀地分布在所述定子上。
16.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述定子相区段均匀地分布在所述定子的一部分上。
17.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述定子相区段均匀地分布在所述定子的一半上，以及所述均匀分布的相区段在所述定子的另一半上成镜像。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，至少一个所述磁无效隔离区大于至少一个其它磁无效隔离区。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，相对的磁无效隔离区组大于另一相对的磁无效隔离区组。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，所述磁隔离相定子沿划分轴线分成第一半和第二半，以及划分所述第一半和所述第二半的相对的磁无效隔离区组具有一定的隔离区面积，所述隔离区面积大于所述第一半和所述第二半中其他相对的磁无效隔离区组的隔离区面积。
21.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述磁隔离相定子包括六个定子相区段和六个磁无效隔离区。
22.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述磁无效隔离区限定为偏移角距离。
23.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述磁无效隔离区包括至少一个截头圆锥区、至少一个矩形、至少一个圆、至少一个椭圆、至少一个凹口、至少一个凹进区域，以及至少一个非一致区域中的至少一者。
24.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述磁无效隔离区包括一个或多个孔口、一个或多个凹口、一个或多个凹进区域和磁无效材料中的至少一者。
25.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述磁无效隔离区围绕隔离区轴线布置成离所述磁隔离相定子上的基准线有选择的角距离。
26.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述定子齿分别具有相绕组。
27.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，每个定子相区段的定子极的总数可由二或二的倍数整除。
28.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个定子相区段包括偶数个定子齿。
29.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，永磁场包括转子永磁铁的通量，以及所述磁无效隔离区大小确定为用以防止所述转子永磁铁的通量由所述定子相区段和另一个所述定子相区段共用。
30.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述机器，以及所述机器包括所述定子、转子和限定定子-转子界面的所述定子与所述转子之间的气隙，所述转子包括在所述转子内部且平行布置成具有相对的磁极的两个或二的倍数个永磁铁，其中永磁铁的磁极面对另一个永磁铁的相同磁极来引导磁通量穿过转子极、穿过所述转子-定子界面的气隙，以及穿过一个定子极。
31.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括转子，所述转子包括多个转子节段，各个转子节段均形成转子极，且具有在所述转子内部且平行布置成具有相对的磁极的两个永磁铁，其中一个永磁铁的一个磁极面对另一个所述永磁铁的一个相同磁极以引导来自于平行布置的所述永磁铁的磁通量穿过一个转子节段的一个转子极、穿过所述转子与所述定子之间的转子-定子界面的气隙，以及穿过一个定子极。
32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述转子中的转子极的总数等于360度除以每个定子相区段的度数的第一数量再除以每个定子相区段的定子极数的第二数量加上所述电相数目的倒数
。
33.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述转子中的转子极的总数可由至少二或二的倍数整除。
34.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，至少一个转子节段包括从穿过所述转子的空气区的至少一个转子永磁铁到所述转子的芯材料的可饱和磁桥区段。
35.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，至少一个转子节段包括连接转子极的磁桥，所述磁桥包括结构性拱形。
36.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述永磁铁的极面为相同长度。
37.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述机器包括磁隔离相内部永磁铁旋转电机。
38.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电相数目包括两个电相、三个电相和四个电相中的至少一者。
39.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述电相数目包括两个电相、三个电相和四个电相中的至少一者。
40.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述定子包括两相区段、四相区段、六相区段和八相区段中的至少一者。
41.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述定子包括两相区段、四相区段、六相区段和八相区段中的至少一者。
42.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述机器包括发电机、电动机和交流发电机中的至少一者。
43.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述机器包括发电机、电动机和交流发电机中的至少一者。
44.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述至少一个定子相区段中的所有定子齿在不同的角间隔处同时产生转矩。
45.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述至少一个定子相区段中的所有定子齿在不同的角间隔处同时产生转矩。
46.根据权利要求44所述的系统，其特征在于，所述机器包括四十八个定子齿，且在所述机器的定子-转子界面处产生百分之九十六的转矩。
47.根据权利要求45所述的系统，其特征在于，所述机器包括四十八个定子齿，且在所述机器的定子-转子界面处产生百分之九十六的转矩。
48.一种旋转机器的系统，包括：
用于具有一定数目电相的机器的磁隔离相定子，所述磁隔离相定子包括多个磁隔离定子相区段和多个磁无效隔离区，所述磁隔离定子相区段分别通过至少一个磁无效隔离区与彼此磁隔离，各个磁隔离定子相区段包括多个限定定子极的定子齿、多个绕组槽、和限定于两个相邻定子极的中心之间的角距离，多个所述磁无效隔离区各自具有等于限定于两个定子极之间的角距离的量乘以所述电相数目的倒数的角距离。
49.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，限定于两个相邻定子极的中心之间的角距离包括极弧，所述极弧限定在没有介入的隔离区的情况下从所述两个定子极中的一个定子极的第一中心轴线到相邻定子极的第二中心轴线的角距离，且限定从一个隔离区的一个侧部到所述两个定子极中的一个定子极的第一中心轴线或从一个隔离区的另一个侧部到相对的相邻定子极的另一个中心轴线的角距离。
50.根据权利要求49所述的系统，其特征在于，限定于所述两个定子极之间的角距离包括极弧，所述极弧等于每个定子相区段的度数除以每个定子相区段的定子极的数量加上所述电相数目的倒数
。
51.根据权利要求48至权利要求50中的任一项所述的系统，其特征在于，所述磁隔离相定子的定子极的总数等于360度除以每个定子相区段的度数再乘以每个定子相区段的所述定子极的相区段数目
。
52.根据权利要求51所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述机器，所述机器包括所述定子、转子，以及限定定子-转子界面的所述定子与所述转子之间的气隙，所述转子包括多个转子极，以及其中所述转子中的转子极的总数等于360度除以每个定子相区段的度数的第一数量再除以每个定子相区段的定子极数的第二数量加上所述电相数目的倒数
。
53.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述多个定子相区段中的各个均包括弧节段，以及所述多个磁无效隔离区中的各个均由一个或多个凹进区域形成。
54.根据权利要求53所述的系统，其特征在于，所述一个或多个凹进区域分别包括隔离区偏移的一半和一个或多个凹口的一半。
55.根据权利要求54所述的系统，其特征在于，所述一个或多个凹进区域分别包括所述隔离区偏移的一半、第一凹口的一半，以及第二凹口的一半。
56.根据权利要求55所述的系统，其特征在于，一个或多个凹进区域分别还包括一半绕组槽区域。
57.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述多个磁无效隔离区中的各个均包括隔离区角距离，以及至少一个隔离区角距离不同于另一个隔离区角距离。
58.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述多个磁无效隔离区中的各个均包括沿对应的磁无效隔离区的隔离区轴线的轴向长度，以及至少一个轴向长度与另一个轴向长度相同。
59.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述多个磁无效隔离区处于选择的相区段角距离的相等间隔处。
60.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，绕组槽区域构造在所述磁无效隔离区的各个侧部上。
61.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述定子相区段均匀地分布在所述定子上。
62.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述定子相区段均匀地分布在所述定子的一部分上。
63.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述定子相区段均匀地分布在所述定子的一半上，以及所述均匀地分布的相区段在所述定子的另一半上成镜像。
64.根据权利要求63所述的系统，其特征在于，至少一个所述磁无效隔离区大于至少一个其它磁无效隔离区。
65.根据权利要求64所述的系统，其特征在于，相对的磁无效隔离区组大于另一相对的磁无效隔离区组。
66.根据权利要求65所述的系统，其特征在于，所述磁隔离相定子沿划分轴线分成第一半和第二半，以及划分所述第一半和所述第二半的相对的磁无效隔离区组具有一定的隔离区面积，所述隔离区面积大于所述第一半和所述第二半中其他相对的磁无效隔离区组的隔离区面积。
67.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述磁隔离相定子包括六个定子相区段和六个磁无效隔离区。
68.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述磁无效隔离区限定为偏移角距离。
69.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述磁无效隔离区包括至少一个截头圆锥区、至少一个矩形、至少一个圆、至少一个椭圆、至少一个凹口、至少一个凹进区域，以及至少一个非一致区域中的至少一者。
70.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述磁无效隔离区包括一个或多个孔口、一个或多个凹口、一个或多个凹进区域和磁无效材料中的至少一者。
71.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述磁无效隔离区围绕隔离区轴线布置成离所述磁隔离相定子上的基准线有选择的角距离。
72.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，定子极分别具有相绕组。
73.根据权利要求49所述的系统，其特征在于，每个定子相区段的定子极的总数可由二或二的倍数整除。
74.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述至少一个定子相区段包括偶数个定子齿。
75.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，永磁场包括转子永磁铁的通量，以及所述磁无效隔离区大小确定为用以防止所述转子永磁铁的通量由所述定子相区段和另一个所述定子相区段共用。
76.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述系统包括所述机器，以及所述机器包括所述定子、转子和限定定子-转子界面的所述定子与所述转子之间的气隙，所述转子包括在所述转子内部且平行布置成具有相对的磁极的两个或二的倍数个永磁铁，其中永磁铁的磁极面对另一个永磁铁的相同磁极来引导磁通量穿过转子极、穿过所述转子-定子界面的气隙，以及穿过一个定子极。
77.根据权利要求48所述的系统，其特征在于，所述系统还包括转子，所述转子包括多个转子节段，各个转子节段均形成转子极，且具有在所述转子内部且平行布置成具有相对的磁极的两个永磁铁，其中一个永磁铁的一个磁极面对另一个所述永磁铁的一个相同磁极以引导来自于平行布置的所述永磁铁的磁通量穿过一个转子节段的一个转子极、穿过所述转子与所述定子之间的转子-定子界面的气隙，以及穿过一个定子极。
78.根据权利要求77所述的系统，其特征在于，所述转子中的转子极的总数等于360度除以每个定子相区段的度数的第一数量再除以定子相区段的定子极数的第二数量加上所述电相数目的倒数
。
79.根据权利要求77所述的系统，其特征在于，所述转子中的转子极的总数可由至少二或二的倍数整除。
80.根据权利要求77所述的系统，其特征在于，至少一个转子节段包括从穿过所述转子的空气区的至少一个转子永磁铁到所述转子的芯材料的可饱和磁桥区段。
81.根据权利要求77所述的系统，其特征在于，至少一个转子节段包括连接转子极的磁桥，所述磁桥包括结构性拱形。
82.根据权利要求77所述的系统，其特征在于，所述永磁铁的极面为相同长度。
83.根据权利要求77所述的系统，其特征在于，所述机器包括磁隔离相内部永磁铁旋转电机。
84.根据权利要求48至权利要求83中的任一项所述的系统，其特征在于，所述电相数目包括两个电相、三个电相和四个电相中的至少一者。
85.根据权利要求48至权利要求83中的任一项所述的系统，其特征在于，所述定子包括两相区段、四相区段、以及六相区段和八相区段中的至少一者。
86.根据权利要求48至权利要求83中的任一项所述的系统，其特征在于，所述机器包括发电机、电动机和交流发电机中的至少一者。
87.根据权利要求48至权利要求83中的任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个定子相区段中的所有定子齿在不同的角间隔处同时产生转矩。
88.一种用于构造旋转机器的方法，包括：
提供用于具有一定数目电相的机器的磁隔离相定子，所述磁隔离相定子包括
至少一个定子相区段，所述定子相区段具有限定定子极的多个定子齿，多个绕组槽，和限定于两个相邻定子极的中心之间的角距离；以及
至少一个磁无效隔离区，所述磁无效隔离区具有等于限定于两个定子极之间的角距离乘以所述电相数目的倒数的角距离。
89.根据权利要求88所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供限定于两个相邻定子极的中心之间的角距离，所述角距离包括极弧，所述极弧限定在没有介入的隔离区的情况下从所述两个定子极中的一个定子极的第一中心轴线到相邻定子极的第二中心轴线的角距离，且限定从所述隔离区的一个侧部到所述两个定子极中的一个定子极的第一中心轴线或从所述隔离区的另一个侧部到相对的相邻定子极的另一个中心轴线的角距离。
90.根据权利要求88所述的方法，其特征在于，还包括提供限定于两个定子极之间的角距离，所述角距离包括极弧，所述极弧等于每个定子相区段的度数除以每个定子相区段的定子极的数量加上所述电相数目的倒数
。
91.根据权利要求90所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供所述磁隔离相定子的定子极的总数，所述总数等于360度除以每个定子相区段的度数再乘以每个定子相区段的所述定子极数
。
92.根据权利要求88至权利要求91中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供所述磁隔离相定子，所述磁隔离相定子包括多个定子相区段和多个磁无效隔离区。
93.根据权利要求88至权利要求91中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供转子，所述转子包括多个转子节段，各个转子节段均形成转子极，且具有在所述转子内部且平行布置成具有相对的磁极的两个永磁铁，其中一个永磁铁的一个磁极面对另一个所述永磁铁的一个相同磁极以引导磁通量穿过一个转子节段的一个转子极、穿过所述定子与所述转子之间的转子-定子界面的气隙，以及穿过一个定子极。
94.根据权利要求93所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供所述转子中的转子极的总数，所述总数等于360度除以每个定子相区段的度数的第一数量再除以每个定子相区段的定子极的第二数量加上所述电相数目的倒数
。
95.根据权利要求94所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供所述转子中的转子极的总数，所述总数可由至少二或二的倍数整除。
96.根据权利要求94所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供权利要求8至权利要求46中的任一项所述的系统。
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