CN105322667A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

根据一个实施例，一种旋转电机包括转子元件、环形线圈、多个定子芯和多个楔形件。转子元件能够绕着旋转轴线旋转。线圈设置为与旋转轴线同轴。多个定子芯与转子元件相对设置并且所述多个定子芯的每个包括彼此相对、其间夹置线圈的一对磁极部。所述多个楔形件的每个布置在相邻的定子芯之间以向所述相邻的定子芯施加预负载，所述预负载包含所述转子元件的旋转方向上的分量并且彼此相反。

Description

旋转电机

相关申请的交叉引用

本申请是基于并且要求2014年5月30日提交的日本专利申请No.2014-113031的优先权的权益，该申请的全部内容在此以参考方式并入。

技术领域

本文所描述的实施例大体涉及一种产生沿着其旋转轴线的磁路的横向磁通旋转电机以及使用该旋转电机的电动车辆、风力涡轮发电机以及升降装置。

背景技术

出于诸如节能和CO₂减排的原因，产生了进一步改善电磁马达性能的需求，并且诸如尺寸缩减、重量降低、高效、高扭矩和高输出方面所代表的性能正在迅速地日臻完善。当根据磁通的方向划分时，电磁马达可划分为：(1)径向磁通马达，(2)轴向磁通马达，以及(3)横向磁通马达。在这些马达中，径向磁通马达在成本方面特别具有优势，并且已经普遍地在工业世界的各种各样的产品上用作通用致动器的常规机械元件。并且，轴向磁通马达具有可应付三维方向上的复杂磁路布局的结构特征，但是使得广泛使用的常规的层压钢板的使用变得困难。例如这样的轴向磁通马达特别用于中/大尺寸、低剖面、大直径马达的领域。

进一步而言，横向磁通马达具有下述特征：基本单元由包括永磁体的转子和包括围绕转子的旋转轴线形成的环形线圈的电枢(形成狭缝式环形芯)形成，并且多个近似U形的定子芯(在下文中称为U形定子芯)形成以环绕旋转轴线在外周上覆盖环形线圈，并且两个或两个以上基本单元沿着旋转轴线绕着旋转轴线以预定相对相位角布置。这种布置可通过多个磁极相对容易地实现高扭矩，并且可由狭缝式环形芯结构实现高效磁场的产生。也即，当与需要包括绕着旋转轴线位于圆周上的多个槽的定子芯、绕着这一槽部缠绕的线圈以及用于线圈组装和插入的死空间等的径向磁通马达和轴向磁通马达比较时，横向磁通马达仅仅需要绕着旋转轴线形成在圆周上的多个U形定子芯。这大体上使得增加磁极的数量变得容易。并且，包括环形线圈和U形定子芯的电枢具有使线圈产生的磁通难以从其向外泄漏的结构。由于这增加了线圈的场产生效率，因此横向磁通马达预期比具有线圈端的径向磁通马达和轴线磁通马达更能缩减尺寸。

当转子在横向磁通马达中旋转时，间歇变化其方向的磁力在旋转方向上作用在U形定子芯上。该磁力使U形定子芯振动。该振动不仅降低了马达的强度，还产生了噪音。进一步而言，随着扭矩的增加，导致扭矩振动的齿槽转矩也大致增加，并且这可推测地会进一步增加振动的产生。由此，需要减少横向磁通马达中振动的产生。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种旋转电机，所述旋转电机包括：转子元件，所述转子元件绕着旋转轴线可旋转；环形线圈，设置为与所述旋转轴线同轴；多个定子芯，设置为与所述转子元件相对，所述多个定子芯的每个包括彼此相对、其间夹置所述线圈的一对磁极部；以及多个楔形件，所述多个楔形件的每个布置在相邻的定子芯之间以向所述相邻的定子芯施加预负载，所述预负载包含在所述转子元件的旋转方向上的分量并且彼此相反。

根据本发明的一个优选的实施例，所述多个定子芯和所述多个楔形件交替布置以形成整体式环形体。

根据本发明的一个优选的实施例，所述电机还包括多个第一支撑件，所述多个第一支撑件的每个布置在所述相邻的定子芯之间，所述相邻的定子芯以接触状态固定至所述第一支撑件，其中，多个所述第一支撑件和所述楔形件的套组与所述多个定子芯交替布置从而使得所述多个定子芯、所述多个第一支撑件和所述多个楔形件形成整体式环形体。

根据本发明的一个优选的实施例，所述电机还包括第二支撑件，所述多个第一支撑件以接触状态固定至所述第二支撑件，所述第二支撑件与所述多个第一支撑件中的至少一个形成整体。

根据本发明的一个优选的实施例，所述电机还包括多个第一支撑件，所述多个第一支撑件中的每个布置在相邻的定子芯之间，所述相邻的定子芯以接触状态固定至所述第一支撑件，其中，所述多个第一支撑件和所述多个楔形件在所述多个定子芯之间布置，从而使得所述多个定子芯、所述多个第一支撑件和所述多个楔形件形成整体式环形体。

根据本发明的一个优选的实施例，所述电机还包括设置为覆盖所述多个定子芯的第二支撑件，所述多个第一支撑件以接触状态固定至所述第二支撑件。

根据本发明的一个优选的实施例，所述多个第一支撑件通过使用螺钉以接触状态固定至所述第二支撑件。

根据本发明的一个优选的实施例，所述电机还包括设置为覆盖所述多个定子芯的第二支撑件，所述多个第一支撑件以接触状态固定至所述第二支撑件，所述第二支撑件与所述多个第一支撑件中的至少一个形成整体。

根据本发明的一个优选的实施例，所述电机还包括第三支撑件，所述线圈以接触状态固定至所述第三支撑件，所述第三支撑件与所述多个第一支撑件中的至少一个形成整体。

根据本发明的一个优选的实施例，所述电机还包括与在所述第二支撑件中形成的多个螺纹孔螺纹接合的多个螺钉，所述多个螺钉通过与所述多个楔形件接触向所述多个楔形件施加包含指向所述旋转轴线的径向分量的预负载。

根据本发明的一个优选的实施例，所述多个楔形件通过粘结以接触状态固定至所述多个定子芯。

附图说明

图1为示出根据第一实施例的旋转电机的透视图；

图2为示出根据第一实施例的旋转电机的分解透视图；

图3为示出根据第一实施例的定子的透视图；

图4为示出根据第一实施例的电枢的透视图；

图5为示出根据第一实施例的电枢的分解透视图；

图6为示出根据第二实施例的旋转电机的透视图；

图7为示出根据第二实施例的旋转电机的分解透视图；

图8为示出根据第二实施例的定子的透视图；

图9为示出根据第二实施例的电枢的透视图；

图10为示出根据第二实施例的电枢的分解透视图；

图11为示出根据第三实施例的旋转电机的透视图；

图12为示出根据第三实施例的旋转电机的分解透视图；

图13为示出根据第三实施例的定子的透视图；

图14A和14B为示出根据第三实施例的电枢在不同方向上的透视图；

图15为示出根据第三实施例的电枢的分解透视图；

图16为示出根据第四实施例的电枢的透视图；

图17为示出根据第四实施例的芯支架整体式壳体的透视图；

图18为示出根据第四实施例的电枢的分解透视图；

图19为示出根据第五实施例的旋转电机的透视图；

图20A和20B分别为示出根据第五实施例的定子的透视图和前视图；

图21为示出根据第五实施例的定子的分解透视图；

图22为示出根据第六实施例的电动车辆的视图；

图23为图22所示的电动车辆的局部放大图；

图24为示出根据第七实施例的风力涡轮发电机的视图；以及

图25为示出根据第八实施例的升降设备的视图。

具体实施方式

根据一个实施例，旋转电机包括转子元件、环形线圈、多个定子芯和多个楔形件。转子元件可绕着旋转轴线旋转。线圈设置为与旋转轴线共轴。所述多个定子芯与转子元件相对设置并且每个定子芯包括彼此相对、其间夹置线圈的一对磁极部。所述多个楔形件的每个布置在相邻的定子芯之间以向相邻的定子芯施加预负载，所述预负载包含转子元件的旋转方向上的分量并且彼此相反。

在下文中，不同实施例将参考附图予以描述。在下述实施例中，相同的附图标记指代相同的元件，并且重复的说明将被省略。

(第一实施例)

图1示意性地示出了根据第一实施例的旋转电机100。如图1所示，旋转电机100包括由轴承(未示出)支撑从而可绕着旋转轴线z旋转的转子101、和定子102，所述定子102与转子101的外周面相对，在两者之间具有预定间隙。转子101具有环绕旋转轴线z的近似圆柱形的形状。定子102具有与所述旋转轴线z同轴的近似圆柱形状，并且设置为绕着旋转轴线z覆盖转子101。转子101定位在定子102内部。

图2示意性示出了处于被拆解为转子101和定子102并且定子102被部分切除的状态下的旋转电机100。如图2所示，旋转电机100为在旋转轴线方向(旋转轴线z的方向)上布置三个基本单元103的三阶(三相)式旋转电机。每个基本单元103包括一个转子元件110和与转子元件110相对设置的一个电枢120。注意的是，基本单元103的数量根据设计条件确定，并且可为二或二以上的任意整数。旋转电机100的输出和扭矩通过改变基本单元103的数量而被容易地调整。

三个转子元件110固定至沿着旋转轴线z延伸的轴件111。轴件111由轴承(未示出)可旋转地支撑。由此，转子元件110可绕着旋转轴线z旋转。每个转子元件110包括转子芯(未示出)和永磁体(未示出)。多个磁极被设置在转子元件110的外周面上从而使得N极和S极交替布置。

三个电枢120容置在环形或圆柱形壳体121内，并且通过壳体121彼此连接。壳体121的材料可为满足旋转电机100所要求的机械强度的任何材料。在这个实施例中，壳体121被三个电枢120共用。壳体121可视为每个电枢120的元件。注意的是，多个壳体121可被设置用于多个电枢120。在这种情况下，所述多个壳体121通过利用螺栓和螺母的组合或粘结剂固定于彼此。由非磁性材料制成的部件133也可设置在电枢120之间。

图3示意性示出了处于壳体121被部分切除的状态下的定子102。图4示意性地示出了图2所示的电枢120之一的透视图。图5为电枢120在旋转轴线方向上被拆解的分解透视图。三个基本单元103可具有相同的结构，从而另外的两个电枢120可与图4和5示出的电枢120具有相同的结构。如图3所示，电枢120包括电枢线圈122、多个定子芯123、多个芯支架124和多个楔形件125。

所述多个芯支架124和所述多个楔形件125在定子芯123之间交替布置，从而所述多个定子芯123、所述多个芯支架124和所述多个楔形件125总体形成整体式环形体。具体而言，如图4所示，所述多个定子芯123、所述多个芯支架124和所述多个楔形件125以定子芯123-1、芯支架124-1、定子芯123-2、楔形件125-1、定子芯123-3、芯支架124-2、定子芯123-4、楔形件125-2、定子芯123-5并以此类推的顺序布置。环形体被形成以环绕旋转轴线z覆盖电枢线圈122。

在图4示出的示例中，定子芯123的数量为24，芯支架124的数量为12，并且楔形件125的数量为12。当定子芯123的数量为24时，电枢120的磁极的数量例如为48。在这一示例中，定子芯123以15度的周向间距布置，芯支架124以30度的周向间距布置，并且楔形件125以30度的周向间距布置。

如图5所示，电枢线圈122形成为环绕旋转轴线z的环形。也即，电枢线圈122为与旋转轴线z同轴的环形线圈。电枢线圈122由支撑件(未示出)支撑，并且被固定至环形体。电枢线圈122可由诸如铜、铝、或包含铜和铝的至少一种的合金的导电材料制成。

定子芯123布置为与转子元件110的外周面以两者之间具有预定间隙的方式相对设置。定子芯123的每个形成为近似U形，并且包括在旋转轴线方向上彼此相对设置、两者之间夹置电枢线圈122的一对磁极部123A和123B、和定位在磁极部123A和123B之间的外周部123C。磁极部123A从外周部123C的一端朝向转子元件110(即在指向旋转轴线z的径向上)延伸，并且磁极部123B从外周部123C的另一端朝向转子元件110延伸。磁极部123A和123B与转子元件110的外周面相对，两者之间具有预定间隙。定子芯123由铁磁性材料制成。

芯支架124形成用于以接触状态固定定子芯123的第一支撑件。每个芯支架124形成为近似U形。芯支架124包括彼此相对、两者之间具有电枢线圈122的第一端部124A和第二端部124B、和定位在第一端部124A和第二端部124B之间的外周部124C。第一端部124A从外周部124C的一端朝向转子元件110延伸，并且第二端部124B从外周部124C的另一端朝向转子元件110延伸。第一端部124A和第二端部124B与转子元件110相对。芯支架124朝向转子元件110变窄。具体而言，芯支架124在旋转方向上的宽度朝向转子元件110减小。芯支架124在垂直于旋转轴线z的平面内的截面形状为近似扇形或梯形。螺纹孔128在芯支架124的外周面124D上形成。芯支架124由非磁性材料制成。更优选地，芯支架124由电绝缘非磁性材料制成。

如图3所示，芯支架124以接触状态固定至壳体121。壳体121形成用于以接触状态固定芯支架124的第二支撑件。芯支架124以外周面124D与壳体121的内周面121A接触的状态固定至壳体121。在这一实施例中，芯支架124通过螺栓130紧固至壳体121。多个通孔126在壳体121上形成。螺栓130从壳体12外侧插入通孔126，并且与芯支架124的螺纹孔128螺纹接合。此外，多个螺纹孔127在壳体121上形成。

芯支架124放置在两个相邻的定子芯123之间，并且以接触状态固定定子芯123。定子芯123可以根据作用扭矩或机器规格选取的最优方法固定至芯支架124。对于固定方法，螺栓紧固、粘结、或类似的方法可使用。在定子芯123固定至芯支架124的状态中，芯支架124的第一端部124A、第二端部124B和外周部124C分别与定子芯123的磁极部123A、磁极部123B和外周部123C接触。定子芯123由此通过芯支架124固定至壳体121。由此，定子芯123的外周部123C附近以高刚度被支撑和固定。

每个楔形件125形成为近似U形。楔形件125包括彼此相对设置、两者之间夹置电枢线圈122的第一端部125A和第二端部125B、和定位在第一端部125A和第二端部125B之间的外周部125C。第一端部125A从外周部125C的一端朝向转子元件110延伸，并且第二端部125B从外周部125C的另一端朝向转子元件110延伸。第一端部125A和第二端部125B与转子元件110相对设置。楔形件125朝向转子元件110变窄。具体而言，楔形件125在旋转方向上的宽度朝向转子元件110减小。楔形件125在垂直于旋转轴线z的平面内的截面形状为近似扇形或梯形。楔形件125由非磁性材料制成。更优选地，楔形件125由电绝缘非磁性材料制成。

楔形件125放置在两个相邻的定子芯123之间，并且以接触状态固定至定子芯123。对于固定方法，可使用螺栓紧固、粘结、或类似的方法。楔形件125的第一端部125A、第二端部125B和外周部125C分别与定子芯123的磁极部123A、磁极部123B、和外周部123C接触。固定螺钉132从壳体121外侧与壳体121的螺纹孔127螺纹接合。固定螺钉132的末端与楔形件125的外周部125C接触，并且楔形件125被固定螺钉132朝向转子元件110按压。也即，包括指向旋转轴线z的径向分量的预负载被施加至楔形件125。由此包含旋转方向分量的预负载被施加至与楔形件125接触的两个定子芯123。定子芯123在两个相反的方向上接收预负载。例如，图4所示的定子芯123-2在由箭头A表示的方向上从楔形件125-1施加预负载，并且按压芯支架124-1。定子芯123-3在由箭头B表示的方向上从楔形件125-1被施加预负载，并且按压芯支架124-2。通过在定子芯123之间由此形成楔形件125，定子芯123的磁极部123A和123B附近能够以高刚度被固定。

在这一实施例中，定子芯123、芯支架124和楔形件125形成整体式环形体，并且楔形件125放置在定子芯123之间。由此，定子芯123的磁极部123A和123B的附近以高刚度被支撑和固定。此外，定子芯123通过利用芯支架124被固定至壳体121。由此，定子芯123的位置在组装过程中可被进一步稳定，从而使得定子芯123的外周部123C附近以高刚度被支撑和固定。这一实施例由此可提高支撑定子芯123的刚度。

当将旋转电机100用作马达时，电源(未示出)向旋转电机100施加三相交流电。由此，转子101旋转。随着转子101旋转，间歇改变其方向的磁力在旋转方向上作用于定子芯123的磁极部123A和123B上。如上所述，定子芯123在这一实施例中以高刚度被支撑和固定。因此，能够防止定子芯123由于旋转电机100被驱动时作用在磁极部123A和123B的磁力引起的振动。当利用粘结剂来固定楔形件125和定子芯123时，粘结剂提供振动阻尼效应，由此振动的产生可进一步减少。由于振动的产生减少，振动导致的噪音的产生也可减少。这使得能够防止振动导致的强度的减小。

进一步而言，电流被施加时导致的电枢线圈122的铜损所产生的热量、旋转驱动导致的定子芯123的铁损所产生的热量、或电枢线圈122产生的磁通所产生的热量被壳体121通过从芯支架124的热传递被提取(或散发)。因此，除热可被有效地执行。

注意的是，即使在将旋转电机100用作发电机时，与上述描述的相同的效果仍可实现。

在根据如上所述的这一实施例的旋转电机100中，所述多个定子芯123、所述多个芯支架124和所述多个楔形件125彼此接触并且作为整体形成整体式环形体，并且所述多个芯支架124固定至壳体121。这种结构提高了支撑定子芯123的刚度。由此，能够减少当旋转电机100被驱动时产生的振动。

注意的是，这一实施例已经借助例如在每个基本单元103中定子芯123的数量为24并且转子元件110的磁极的数量为48的情况予以解释。然而，定子芯123的数量并且转子元件110的磁极的数量不局限于这一示例的这些，并且最优数量可根据应用设备的设计规范予以选取。芯支架124和楔形件125的数量可根据定子芯123的数量改变。

(第二实施例)

在第二实施例中，与第一实施例相同的部件的解释将根据需要被省略，并且解释将着重在与第一实施例不同的那些部件上。

图6示意性示出了根据第二实施例的旋转电机200。如图6所示，旋转电机200包括由轴承(未示出)支撑从而可绕着旋转轴线z旋转的转子101、以及与转子101的外周面以两者之间的预定间隙相对设置的定子202。定子202具有与旋转轴线z同轴的近似圆柱形状。转子101定位在定子202内部。

图7示意性示出了处于被拆解成转子101和定子202状态下的旋转电机200。如图7所示，旋转电机200为在旋转轴线方向上布置三个基本单元203的三阶(三相)旋转电机。每个基本单元203包括一个转子元件110和与转子元件110相对设置的一个电枢220。注意的是，基本单元203的数量根据设计条件被确定，并且可为二或二以上的任意整数。

电枢220包括芯支架整体式壳体228，并且通过芯支架整体式壳体228彼此连接。芯支架整体式壳体228通过利用诸如螺栓紧固、粘结、或其组合的方法彼此固定。芯支架整体式壳体228由非磁性材料制成。更优选地，芯支架整体式壳体228由电绝缘非磁性材料制成。

图8示意性示出了处于芯支架整体式壳体228被部分切除的状态下的定子202。图9为示意性示出了图7所示的电枢220之一的透视图。图10为电枢220在旋转轴线方向上被拆解的分解透视图。三个基本单元203可具有相同的结构，从而另外两个电枢220可与图9和10所示的电枢220具有相同的结构。如图9所示，电枢220进一步包括电枢线圈122、多个定子芯123和多个楔形件125。电枢线圈122、所述多个定子芯123和所述多个楔形件125容置在芯支架整体式壳体228内。

如图10所示，芯支架整体式壳体228包括在旋转轴线方向上彼此相对设置的第一部228A和第二部228B。第一部228A包括芯支架部224A和外周部221A。第二部228B包括芯支架部224B和外周部221B。用于定位定子芯123的突起234在芯支架部224A和224B上形成。突起234确定定子芯123在径向上的位置。

第一部228A和第二部228B通过在旋转轴线方向上夹设电枢线圈122，定子芯123和楔形件125而形成整体，并且通过利用诸如螺栓紧固、粘结、或其组合的方法固定。如图8所示，近似U形的芯支架224通过将芯支架部224A和224B组合而形成。芯支架224形成用于以接触状态固定定子芯123的第一支撑件。并且，近似环形的壳体221通过组合外周部221A和221B形成。壳体221形成用于以接触状态固定芯支架224的第二支撑件。也即，芯支架整体式壳体228通过使芯支架224和壳体221形成整体而形成。每个芯支架224从壳体221的内周面朝向转子元件110延伸。除了突起234之外，芯支架224可与根据第一实施例的芯支架124具有相同的形状。注意的是，芯支架224的至少一个还可为与芯支架整体式壳体221不同的构件。这一芯支架224通过利用诸如螺栓紧固或粘结的方法以接触状态固定至壳体221。

所述多个芯支架224和所述多个楔形件125可交替布置在定子芯123之间，并且所述多个定子芯123、所述多个芯支架224和所述多个楔形件125整体形成为整体式环形体。具体而言，如图9所示，所述多个定子芯123、所述多个芯支架224和所述多个楔形件125以定子芯123-1、芯支架224-1、定子芯123-2、楔形件125-1、定子芯123-3、芯支架224-2、定子芯123-4、楔形件125-2、定子芯123-5并以此类推的顺序布置。

如图10所示，多个螺纹孔127在芯支架整体式壳体228上形成。如图8所示，固定螺钉132从芯支架整体式壳体228外侧与螺纹孔127螺纹接合。固定螺钉132的末端与楔形件125的外周部125C接触，并且楔形件125被固定螺钉132朝向转子元件110按压。由此，包含旋转方向分量的预负载施加至与楔形件125接触的两个定子芯123上。定子芯123在两个相反的方向上接收预负载。例如，图9所示的定子芯123-2从楔形件125-1接收朝向芯支架224-1的预负载。定子芯123-3从楔形件125-1接收朝向芯支架224-2的预负载。通过在定子芯123之间由此形成楔形件125，定子芯123的磁极部123A和123B附近能够以高刚度被固定。

在根据如上所述的这一实施例的旋转电机200中，所述多个定子芯123、所述多个芯支架224和所述多个楔形件125彼此接触并且整体形成整体式环形体，并且所述多个芯支架224和壳体221形成整体。这一结构提高了支撑定子芯123的刚度。如此，能够减少当旋转电机200被驱动时产生的振动。由于振动的产生被减少，振动导致的噪音的产生也可被减少，由此能够防止振动导致的强度的减小。

进一步而言，电流被供应时导致的电枢线圈122的铜损所产生的热量、和旋转驱动或电枢线圈122产生的磁通导致的定子芯123的铁损所产生的热量被壳体221通过从芯支架224导热提取(散发)。因此，除热可有效地执行。由此，芯支架224与壳体221整体形成的这一实施例可获得比第一实施例更高的支撑定子芯123的刚度以及热提取性能。

(第三实施例)

在第三实施例中，与第一实施例相同的部件的解释将根据需要被省略，并且解释将着重在与第一实施例不同的那些部件上。

图11示意性示出了根据第三实施例的旋转电机300。如图11所示，旋转电机300包括由轴承(未示出)支撑从而可绕着旋转轴线z可旋转的转子101、和与转子101的外周面以两者之间的预定间隙相对设置的定子302。定子302具有近似圆柱形状，并且布置为与旋转轴线z同轴。转子101定位在定子302内部。

图12示意性示出了处于被拆解为转子101和定子302的状态下的旋转电机300。如图12所示，旋转电机300为在旋转轴线方向上布置三个基本单元303的三阶(三相)旋转电机。每个基本单元303包括一个转子元件110和与转子元件110相对设置的一个电枢320。注意的是，基本单元303的数量根据设计条件被确定，并且可为二或二以上的任意整数。

图13示意性示出了处于部分被切除的状态下的定子302。图14A和14B为在不同方向上示意性地示出图12所示的三个电枢320之一的透视图。图15为电枢320在旋转轴线方向上被拆解的分解透视图。三个基本单元303可具有相同的结构，由此另外两个电枢320可与图14A、14B和15所示的电枢320具有相同的结构。

如图14A所示，电枢320包括电枢线圈122、多个定子芯123、芯支架整体式壳体328和多个楔形件325。如图15所示，芯支架整体式壳体328由壳体321和多个芯支架324整体化形成。芯支架324形成以接触状态固定定子芯123的第一支撑件，并且壳体321形成以接触状态固定芯支架324的第二支撑件。芯支架整体式壳体328由非磁性材料制成。更优选地，芯支架整体式壳体328由电绝缘非磁性材料制成。注意的是，芯支架324的至少一个还可为与芯支架整体式壳体328不同的构件。该芯支架324通过利用诸如螺栓紧固或粘结的方法以接触状态固定至壳体321。

壳体321为环形件。芯支架324布置为绕着旋转轴线z覆盖壳体321。壳体321定位在定子芯123的磁极部123A和123B之间。芯支架324形成为近似L形。芯支架324包括外周部324C和从外周部324C的一端朝向转子元件110延伸的端部324A。端部324A与转子元件110相对设置。芯支架324朝向转子元件110变窄。具体而言，芯支架324在旋转方向上的宽度朝向转子元件110减小。芯支架324在垂直于旋转轴线z的平面内的截面形状为近似扇形或梯形。通孔326在芯支架整体式壳体328的侧表面上形成，并且螺纹孔127在芯支架整体式壳体328的外周面上形成。通孔326用于连接和固定三个电枢320。如图13所示，电枢320通过螺栓330和螺帽331彼此连接和固定。每个螺栓330从侧方插入三个电枢320的通孔326并且与螺帽331接合。

楔形件325具有朝向转子元件110变窄的近似方柱形。楔形件325在旋转方向上的宽度朝向转子元件110缩减。楔形件325在垂直于旋转轴线z的平面内的截面形状近似扇形或梯形。

芯支架324和楔形件325均布置在两个相邻的定子芯123之间。芯支架324的端部324A和外周部324C分别与定子芯123的磁极部123A和外周部123C接触，并且楔形件325与定子芯123的磁极部123B接触。如图14B所示，多个芯支架324和楔形件325的套组与所述多个定子芯123交替布置，并且所述多个定子芯123、所述多个芯支架324和所述多个楔形件325整体形成整体式环形体。具体而言，如图14B所示，所述多个定子芯123、所述多个芯支架324和所述多个楔形件325以定子芯123-1、芯支架324-1和楔形件325-1的套组、定子芯123-2、芯支架324-2和楔形件325-2的套组、定子芯123-3并以此类推的顺序布置。

在图14B所示的示例中，定子芯123的数量为24，芯支架324的数量为24，并且楔形件325的数量为24。在这一示例中，定子芯123以15度的周向间距布置，芯支架324以15度的周向间距布置，并且楔形件325以15度的周向间距布置。

注意的是，本文通过将每个电枢320所包含的定子芯123的数量为24的情况作为示例予以解释。然而，定子芯123的数量不局限于这一示例的数量，并且最优数量可根据应用设备的设计规范予以选取。芯支架324和楔形件325的数量根据定子芯123的数量而变化。

如图13所示，固定螺钉132从壳体321外侧与芯支架整体式壳体328的螺纹孔127螺纹接合。固定螺钉132的末端与楔形件325接触，并且楔形件325被固定螺钉132朝向转子元件110按压。由此，包含旋转方向分量的预负载可被施加至与楔形件325接触的两个定子芯123(更具体而言，施加至定子芯123的磁极部123B)。定子芯123在两个相反的方向上接收预负载。例如，图14B所示的定子芯123-2从楔形件325-2接收朝向楔形件325-1的预负载。定子芯123-3从楔形件325-2接收朝向楔形件325-3的预负载。通过由此在定子芯123之间插入楔形件125，定子芯123的磁极部123B的附近能够以高刚度被固定。此外，定子芯123的磁极部123A夹设在芯支架324之间，从而磁极部123A的附近也以高刚度被固定。

在根据如上所述的这一实施例的旋转电机300中，所述多个定子芯123、所述多个芯支架324和所述多个楔形件325彼此接触并且整体形成整体式环形体，并且所述多个芯支架324与壳体321形成整体。这一结构提高了支撑定子芯123的刚度。如此，能够减少当旋转电机300被驱动时产生的振动。由于振动的产生被减少，因此振动导致的噪音的产生也可被减少，从而能够防止振动导致的强度的减小。

进一步而言，当电流被施加时导致的电枢线圈122的铜损所产生的热量、旋转驱动或电枢线圈122产生的磁通导致的定子芯123的铁损所产生的热量被壳体321通过导热从芯支架324提取，并且进一步还被定子芯123提取。因此，除热可被有效地执行。

(第四实施例)

第四实施例为第一实施例的改型。第四实施例与第一实施例的区别在于电枢的局部结构。在第四实施例中，与第一实施例相同的部件的解释根据需要被省略，并且解释将着重在与第一实施例不同的那些部件上。

图16示意性示出了根据第四实施例的旋转电机的电枢420。如图16所示，电枢420包括电枢线圈122(在图16中未示出)、多个定子芯123、芯支架整体式壳体428和多个楔形件125。

图17为示意性地示出芯支架整体式壳体428的透视图。图18为电枢420在旋转轴线方向上被拆解的分解透视图。如图17所示，芯支架整体式壳体428包括用于支撑电枢线圈122的线圈支架429和作为固定所述多个定子芯123的第一支撑件的多个芯支架424。芯支架整体式壳体428由整体化线圈支架429和所述多个芯支架424而形成。芯支架整体式壳体428由非磁性材料形成。更优选地，芯支架整体式壳体428由电绝缘非磁性材料形成。注意的是，芯支架424的至少一个还可为与芯支架整体式壳体428不同的部件。这种芯支架424通过利用诸如螺栓紧固或粘结的方法以接触状态固定至线圈支架429。更优选地，芯支架424由一体化工艺形成。

电枢线圈122绕着线圈支架429缠绕，并且以接触状态固定至线圈支架429。线圈支架429形成用于以接触状态固定电枢线圈122的第三支撑件。每个芯支架424包括相对设置、其间夹置线圈支架429的一对芯支架部424A和424B。芯支架部424A在线圈支架429的一个端面上形成，并且芯支架部424B在线圈支架429的另一端面上形成。芯支架部424A和424B具有朝向转子元件110变窄的近似方柱形状。芯支架424在旋转方向上的宽度朝向转子元件110减小。芯支架424在垂直于旋转轴线z的平面内的截面形状为近似扇形或梯形。在图18所示的示例中，定子芯123的数量为24，并且芯支架424的数量为12。芯支架424以30度的周向间距布置。芯支架424的数量根据定子芯123的数量而变化。

如图16所示，芯支架424放置在两个相邻的定子芯123之间。芯支架部424A和424B分别与定子芯123的磁极部123A和123B接触。所述多个芯支架424和所述多个楔形件125交替布置在定子芯123之间，并且所述多个定子芯123、所述多个芯支架424和所述多个楔形件125整体形成整体式环形体。

用于容置电枢420的壳体可为根据第一实施例的壳体121。电枢420可通过与第一实施例中所解释的相同的方法、具体通过螺栓紧固固定至壳体121。进一步而言，楔形件125通过与第一实施例中所解释的相同的方法、具体通过利用螺钉被朝向转子元件110按压。由此，包含旋转方向分量并且彼此相反的预负载被施加至与楔形件125接触的两个定子芯123。

在根据如上所述的这一实施例旋转电机中，电枢线圈122绕着与芯支架424整体化的线圈支架429缠绕。由此，当电流被施加时导致的电枢线圈122的铜损所产生的热量通过导热从线圈支架429传递至芯支架424，并且从芯支架424被提取。由此，能够更有效地移除由铜损产生的热量。此外，支撑定子芯123的刚度可如第一实施例那样被提高。

(第五实施例)

在第五实施例中，与第一实施例相同的部件的解释将根据需要被省略，并且解释将着重于与第一实施例不同的那些部件上。

图19示意性示出了根据第五实施例的旋转电机500。如图19所示，旋转电机500包括由轴承(未示出)支撑从而可绕着旋转轴线z旋转的转子101、和与转子101的外周面以两者之间的预定间隙相对设置的定子502。定子502具有与旋转轴线z同轴的近似圆柱形状。转子101定位在定子502内部。

图20A和20B分别为示意性示出定子502的透视图和前视图，并且图21为示意性示出定子502的局部分解图。旋转电机500为在旋转轴线方向布置三个基本单元的三阶(三相)旋转电机。如图21所示，每个基本单元包括一个旋转元件(未示出)和与旋转元件相对设置的一个电枢520。注意的是，基本单元的数量根据设计条件予以确定，并且可为二或二以上的任意整数。

电枢520包括电枢线圈122、多个定子芯123和多个楔形件125。所述多个定子芯123和所述多个楔形件125交替布置，并且整体形成整体式环形体。具体而言，如图20B所示，所述多个定子芯123和所述多个楔形件125以定子芯123-1、楔形件125-1、定子芯123-2、楔形件125-2、定子芯123-3并以此类推的顺序布置。在图20B所示的示例中，定子芯123的数量为24，并且楔形件125的数量为24。在这种情况下，定子芯123以15度的周向间距布置，并且楔形件125以15度的周向间距布置。

注意的是，本文将每个电枢520所包含的定子芯123的数量为24的情况作为示例予以解释。然而，定子芯123的数量不局限于这一示例的数量，并且最优数量可根据应用设备的设计规范予以选取。楔形件125的数量根据定子芯123的数量而变化。

如图20A所示，定子502进一步包括具有半分裂式结构的近似环形或圆柱形壳体521。壳体521的材料可为满足旋转电机500所要求的机械强度的任意材料。壳体521包括壳体部521A和521B。壳体部521A和521B布置为环绕旋转轴线z覆盖电枢520，并且通过螺栓530和螺帽531紧固。具体而言，如图21所示，多个通孔526在壳体部521A的上、下端部上和壳体部521B的上、下端部上形成，并且螺栓530插过壳体部521A和521B上的通孔526，并且与螺帽531螺纹接合。在这种状态下，壳体部521A和521B的内周面与楔形件125的外周面125D接触，从而壳体部521A和521B向楔形件125施加包含指向旋转轴线z的旋转方向分量的预负载。由此，包含旋转方向分量的预负载被施加至与楔形件125接触的两个定子芯123。两个定子芯123在两个相反方向上接收预负载。

在根据这一实施例的旋转电机500中，所述多个定子芯123和所述多个楔形件125彼此接触并且整体形成整体式环形体，并且壳体521向楔形件125施加包含指向旋转轴线z的径向分量的预负载。这一结构提高了支撑定子芯123的刚度。因此，能够减少当旋转电机500被驱动时产生的振动。由于振动的产生被减少，振动导致的噪音的产生也可被减少，从而能够防止振动导致的强度的减小。进一步而言，这一实施例可没有任何芯支架地被实施，从而部件的类型可被减少。这使得能够简化结构、提高组装的容易性并且降低成本。

至少一个上述实施例可通过在定子芯之间形成楔形件而提高支撑定子芯的刚度。在下述第六至第八实施例中，将说明根据上述实施例的旋转电机的应用实例。

(第六实施例)

图22示意性示出了根据第六实施例的电动车辆600。电动车辆600包括第一至第五实施例中所描述的旋转电机的一种或其改型。在图22示出的这一示例中，电动车辆600包括根据第一实施例的旋转电机100。电动车辆600还称之为混合动力电动汽车(HEV)。电动车辆600的本体601由两个前轮602和两个后轮620支撑。前轮602通过驱动轴件603、差动齿轮604和驱动轴件605连接至旋转电机100。驱动轴件605连接至旋转电机100的转子101(图22中未示出)。转子101由布置在旋转电机100两侧的轴承606可旋转地支撑。电动车辆600进一步包括发动机607，并且发动机607通过连接轴件608连接至转子101。由此，发动机607的扭矩和旋转电机100的扭矩均传递至前轮602，并且用作驱动本体601的力。

图23以放大比例展示了电动车辆600的包括旋转电机100的部分的细节。如图23所示，将电池609用作电源而操作的控制器610的输出u、v和w的电源线连接至旋转电机100的电枢线圈122。控制器610向旋转电机100的电枢线圈122施加具有120°相差的三相电流。控制器610操作为使得当收集本体601从行驶状态变化至停止状态时所获得的再生能量时，旋转电机100用作发电机。

在利用旋转电机100的电动车辆600中，旋转电机100操作为马达和发电机时产生的振动和噪音被减少，从而能量转换效率可被提高。此外，发动机607的燃料消耗通过利用小尺寸、高输出旋转电机100可被减少。由此，里程效率可被提高。

电动车辆不局限于如图22所示的混合动力电动车辆，并且还可为电动车辆(EV)。即使当根据一个实施例的旋转电机(例如旋转电机100)被应用至电动车辆时，里程效率也可被提高。

(第七实施例)

图24示意性示出了根据第七实施例的风力涡轮发电机700。风力涡轮发电机700包括第一至第五实施例中所描述的旋转电机的一种或其改型。在图24所示的这一示例中，风力涡轮发电机700包括根据第一实施例的旋转电机100。风力涡轮发电机700的叶片701借助风力旋转，并且通过旋转轴件702向增速器703传递扭矩。从增速器703的输出扭矩通过旋转轴件704和轴件联接件705传递至旋转电机100的转子101(图24中未示出)，并且旋转电机100产生电力。产生的电力通过变压器706和系统保护器707供应至电力系统708。

包括增速器703和旋转电机100在内的旋转系统的主要部件容置在称之为机舱709的机器室中。机舱709由塔710支撑从而使得叶片701被定位在风力可被高效获取的高度处。塔710固定至安装在地面上或海洋上的漂浮体上的基座711上。

在利用旋转电机100的风力涡轮发电机700中，当旋转电机100操作时产生的振动和噪音可被减小。这使得能够减少振动和噪音时的能量损失，并且能够将风力高效转换为发电能量。此外，小尺寸、高输出旋转电机100的使用使得能够减小机舱709的尺寸和重量，并且放宽塔710所要求的机械强度的设计条件。如此，能够减少塔710的建造成本和建造时长，并且减少风力涡轮发电机700的总成本。当风力涡轮发电机700为基座711安装在海洋上的漂浮体上的漂浮离岸风力涡轮发电机时，能够减少机舱709的海洋运输成本，并且减少基座711的漂浮体的建造成本和建造时长，从而减少风力涡轮发电机700的总成本。

注意的是，根据实施例的旋转电机不仅可用于风力涡轮发电机，还可用于诸如水力发电机的一般发电机。即使当将根据实施例的旋转电机应用至风力涡轮发电机以外的发电机时，也能够抑制振动和噪音导致的发电损失，并且能够提高发电效率。

(第八实施例)

图25示意性示出了根据第八实施例的绳升降设备800。升降设备800包括第一至第五实施例所描述的旋转电机的一种或其改型。在图25所示的这一示例中，升降设备800包括根据第三实施例的旋转电机300。

升降设备800包括绕线机801、笼体802、配重803和绳804，并且安装在提升间807中。绕线机801包括旋转电机300和滑车轮。绳804绕着笼体802的滑轮805、绕线机801、以及配重803的滑轮806缠绕。绳804的一端固定至建筑物或类似物的预定位置A，并且绳804的另一端固定至建筑物或类似物的预定位置B。当控制器(未示出)驱动绕线机801时，旋转电机300产生的扭矩旋转滑车轮。绕线机801可利用滑车轮和绳804之间的摩擦力、通过向上或向下缠绕绳804而向上或向下移动笼体802。

在利用旋转电机300的升降设备800中，旋转电机300操作时产生的振动和噪声可被减少，从而能量转换效率可被提高。并且，当作为绕线机801的扭矩发生源的旋转电机300的振动被减少时，通过绳804传递至笼体802的振动也可减少。升降设备800的乘用舒适度可得以提高。进一步而言，可减少从提升间807向外传递的振动和噪音。

注意的是，在第六至第八实施例中，根据该实施例的旋转电机被应用至电动车辆、发电机和升降设备的示例已经予以解释。然而，根据该实施例旋转电机还可应用至电动车辆、发电机和升降设备以外的设备。

尽管一些实施例已经予以说明，但是这些实施例仅仅以示例方式予以呈现，并且不意在限制本发明的范围。实际上。本文描述的创新实施例可以许多其它形式实施；进一步而言，本文描述的实施例形式的各种省略、替代和变化可不脱离本发明精神地做出。所附权利要求和它们的等价物将旨在覆盖将落在本发明范围和精神内的这样的形式或改型。

Claims (11)

1.一种旋转电机，所述旋转电机包括：

转子元件，所述转子元件绕着旋转轴线可旋转；

环形线圈，设置为与所述旋转轴线同轴；

多个定子芯，设置为与所述转子元件相对，所述多个定子芯的每个包括彼此相对、其间夹置所述线圈的一对磁极部；以及

多个楔形件，所述多个楔形件的每个布置在相邻的定子芯之间以向所述相邻的定子芯施加预负载，所述预负载包含在所述转子元件的旋转方向上的分量并且彼此相反。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述多个定子芯和所述多个楔形件交替布置以形成整体式环形体。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，还包括多个第一支撑件，所述多个第一支撑件的每个布置在所述相邻的定子芯之间，所述相邻的定子芯以接触状态固定至所述第一支撑件，

其中，多个所述第一支撑件和所述楔形件的套组与所述多个定子芯交替布置从而使得所述多个定子芯、所述多个第一支撑件和所述多个楔形件形成整体式环形体。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，还包括第二支撑件，所述多个第一支撑件以接触状态固定至所述第二支撑件，所述第二支撑件与所述多个第一支撑件中的至少一个形成整体。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，还包括多个第一支撑件，所述多个第一支撑件中的每个布置在相邻的定子芯之间，所述相邻的定子芯以接触状态固定至所述第一支撑件，

其中，所述多个第一支撑件和所述多个楔形件在所述多个定子芯之间布置，从而使得所述多个定子芯、所述多个第一支撑件和所述多个楔形件形成整体式环形体。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，还包括设置为覆盖所述多个定子芯的第二支撑件，所述多个第一支撑件以接触状态固定至所述第二支撑件。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述多个第一支撑件通过使用螺钉以接触状态固定至所述第二支撑件。

8.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，还包括设置为覆盖所述多个定子芯的第二支撑件，所述多个第一支撑件以接触状态固定至所述第二支撑件，所述第二支撑件与所述多个第一支撑件中的至少一个形成整体。

9.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，还包括第三支撑件，所述线圈以接触状态固定至所述第三支撑件，所述第三支撑件与所述多个第一支撑件中的至少一个形成整体。

10.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，还包括与在所述第二支撑件中形成的多个螺纹孔螺纹接合的多个螺钉，所述多个螺钉通过与所述多个楔形件接触向所述多个楔形件施加包含指向所述旋转轴线的径向分量的预负载。

11.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述多个楔形件通过粘结以接触状态固定至所述多个定子芯。