CN116114149A - 用于调极机器的绕组布置 - Google Patents

Abstract

一种通过切换磁通量来运行的电机(1)包括转子(10)、定子(20)和绕组(30)。定子具有经由转子盘(12)磁性地串联连接的至少两个定子盘(22)。电动机器拓扑结构实现了磁传动效应，并且具有包围磁结构(70)的简单的绕组环路(32)。磁结构牢固地固定到绕组。

Description

用于调极机器的绕组布置

技术领域

本发明总体上涉及电机，并且尤其涉及调极机器(modulated pole machine)。

背景技术

电机的概念是众所周知的，并且在19世纪后期发明的第一类电机(比如，感应式机器和同步式机器)在现今的工业中仍是非常重要的。电动机器总体上包括一个可移动部分(典型地但不限于转子或转换器)和一个第二部分(典型地但不限于定子)。这些部分被气隙分开，该气隙将可移动部分与第二部分分开。这些部分中的至少一个部分(典型地定子)还具有可以承载电流的电绕组。

电动机器的特征在于，与机械系统(比如，齿轮箱、液压系统和气动系统)相比，它们具有低的力或转矩密度，但是具有高的功率密度，因为它们可以在高速下运行。1kW/kg的功率密度是电动机的代表性数字。

大多数电机的特征还在于，如果忽略绕组中的涡电流，则电阻功率损耗(其通常构成电动机器中的大部分损耗)独立于气隙速度v。然而，以总功率的百分比计算，电阻功率损耗与1/v成正比，因为总功率与v成正比。因此，一般电动机器典型地在10-100m/s的高速下具有高效率，其中90％-98％的范围内的效率是常见的。在低速(例如，低于5m/s)下，电机典型地具有较低的效率。

而且，电阻损耗典型地在电动机器中产生热力问题，并且限制转矩和力密度以及超过几秒的操作的功率密度。

由于低的力或转矩密度以及不良的低速效率，在需要高的转矩或力以及低速的应用中，电动机器通常与齿轮箱、液压系统或气动系统结合使用。这使得电动机器能够以高速和低转矩运行。然而，这些机械系统具有某些缺点。机械转化在系统中产生额外的损耗，其取决于系统典型地为3％-20％并且在部分负载中甚至更高。与电机本身相比，机械转化系统还在更大程度上需要维护，这可能增加总成本。作为示例，对于风力，齿轮箱的维护问题在过去20年间一直是连续性的大问题。

为了应对低速效率问题和低力密度问题，已经提出并开发了属于被称为调极机器(MPM)或可变磁阻机器(VRM)(其中可变磁阻永磁机器(VRPM)是进一步的特化)的机器系列的多种不同的机器类型。这些机器类型(例如，游标机器(VM)、游标混合机器(VHM)以及横向磁通机器(TFM)的不同变体)实现了被称为磁传动(magnetic gearing)的几何效果，该几何效果通过使绕组更短和更厚而大幅降低了绕组电阻。这是通过以下方式来实现的：将几何结构布置成使得来自若干相邻极的磁通沿相同方向提供大量净磁通，并且使得来自这些极的磁通在可移动部分(即，转换器或转子)移动一个极长时切换方向。

这些机器还发展出了比其他机器更高的剪切应力，其中剪切应力被限定为每单位气隙面积的有用剪切力。然而，与标准机器相比，它们总体上不会大大增加每单位体积中填装的气隙面积的量，因此尽管这些机器的力密度增加，但它仅是适度的。这些机器类型的众所周知的问题是漏磁通量变大，并且功率因数在满负载时变低。由此，它们不能同时具有高功率因数和非常高的剪切应力。尽管已经针对风力提出了它们，但是由于这些缺点，它们尚未达到广泛普及的市场渗透率。

在参考文献[1-4]中已经提出了一种类型的TFM机器。这种机器具有的优点是，它确实以每单位体积相当大的气隙面积填装。然而，该机器看起来像被一分为二的变压器，并且在每相多达两个巨大线圈中具有远离气隙的线圈。不幸的是，这种设计也具有一些微小的缺点。所提出的设计给出了大的漏磁通量，这导致了低的功率因数。而且，它具有大的夹合磁法向力，这需要强大的机械结构来保持芯部。这是由于以下事实：线圈仅围绕两个结构缠绕，并且这两个结构远离空气间隙中的一些空气间隙来定位。

现有技术的电机的问题在于，在低速应用中以及在需要高的力或转矩密度的应用中，目前的解决方案不能达到非常高的转矩或力密度，并且最转矩密集的机器在满负载时具有低的功率因数。这导致大且昂贵的直接驱动机器，其通常具有相当大的损耗。

发明内容

因此，所提出的技术的总体目的是提供具有改善的总体转矩或力密度和增加的低速效率的电机。

上述目的是通过根据独立权利要求所述的设备来实现的。优选实施例在从属权利要求中进行了限定。

总而言之，在第一方面中，一种通过切换磁通量来运行的旋转电机包括转子、定子和绕组。定子包括至少2个、3个或甚至4个平坦定子盘，这些定子盘具有主要沿轴向方向的磁通量，每个定子盘包括来自相同相的绕组环，该绕组环环绕被环绕的磁结构并包围来自气隙处的至少5个相邻磁极的磁通量。绕组环包围的总磁通量大于来自一个单独极的磁通量的1倍或甚至2倍。绕组包括至少两个相绕组。相邻磁极设置在转子和/或定子中。绕组环牢固地固定到所述被环绕的磁结构。

在第二方面中，一种系统包括根据第一方面的电机。该系统是可再生能量转化系统、风力发电厂、潮汐力发电厂、海浪发电厂、电动船舶推进系统、无齿轮电动机、电动车辆、直接驱动系统或力密集致动器。

在第三方面中，一种系统包括根据第一方面的电机。该系统是并网系统，其中电机经由功率转换器和变压器连接到电网。

在第四方面中，一种系统包括根据第一方面的电机。该系统是独立系统(standalone system)，其中电机经由功率转换器连接到电池。

所提出的技术的一个优点是其增加了机器的力或转矩密度并且增加了机器的尤其是低速下的效率。当阅读详细描述时，将理解其他优点。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，可以最好地理解本发明及其进一步的目的和优点，在附图中：

图1A是通过切换磁通量来运行的旋转电机的实施例的图示；

图1B是图1A的实施例的截面视图；

图1C至图1D是定子的实施例的示意性图示；

图1E至图1F是转子的实施例的示意性图示；

图1G至图1H是转子和定子中的磁结构之间的几何关系和磁关系的实施例的示意性图示。

图2A至图2D是转子与定子之间的几何关系的实施例的示意性图示；

图3是气隙中的磁通量的示意性图示；

图4是展示变化的空气间隙磁通量的示例的图；

图5A是定子磁结构和相关联的绕组环的实施例的截面的示意性图示；

图5B展示了被环绕的磁结构可以如何通过使用花键牢固地固定到绕组。

图5C展示了被环绕的磁结构可以如何通过使用与绕组重叠的结构本体牢固地固定到绕组。

图6是利用表面安装的永磁体的第一磁结构与第二磁结构之间的几何关系的实施例的示意性图示；

图7是在切换磁阻机器中的第一磁结构与第二磁结构之间的几何关系的实施例的示意性图示；

图8是具有极向磁通的调极机器的实施例的部分的示意性图示；

图9是部分剖去的具有极向磁通的调极机器的转子结构和定子结构以及绕组的实施例的部分的示意性图示；

图10是部分剖去的具有极向磁通和环形绕组的调极机器的另一个实施例的部分的示意性图示；

图11是其中定子盘中的每个相独立于其他相、从而具有其自身的磁返回路径的实施例的图示；以及

图12是与图1A所示的实施例类似但是其中磁拓扑结构已经在转子与定子之间切换的实施例的图示。

具体实施方式

在所有附图中，相同的附图标记用于相似或对应的要素。

在此提出的技术通过具有极高的转矩或力密度、甚至在低速下的非常高的效率并且通过保持合适的功率因数来提供对于电动机器的总体转矩或力密度问题和低速效率问题两者的优质的解决方案。这是通过优选地考虑三个不同的方面来实现的。这些概念进而将给出框架，设计和几何特征必须遵循在这些框架内。

绕组电阻通常是主要的缺点。为了具有许多分之一的绕组电阻，在此提出的技术实现所谓的磁传动。这个概念意味着绕组不是在每个单独的极之间缠绕的而是围绕许多极来缠绕的。典型地，整个相被环绕成简单的环。由此，绕组可以变得比标准机器短若干倍。同时，绕组也可以被制造得厚若干倍。这进而使得绕组电阻是标准机器的许多分之一。取决于几何结构和尺寸，绕组电阻可以通过这样的措施来减小约1/100至1/5的因数。这也大幅减少了热力问题。

要考虑的另一个概念是在尽可能小的体积中增加气隙的数量。换言之，由于机器的力是在空气间隙中发展的，所以努力增加一定机器体积内的总空气间隙面积。在此提出的技术实现了一种几何结构，该几何结构将许多气隙磁性地串联、紧密地包封在一起连接成非常类似磁性闭环的几何结构。这优选地在比如铁等磁性材料块中没有不必要的长磁场线路径的情况下实现。在此提出的几何布置通过减少对于磁通量的磁性材料的任何被动返回路径来实现这一点。由此，与标准电动机器相比，在此提出的机器中每单位体积中可以填装更多倍的空气间隙面积。此外，这是在不使用过量的永磁体的情况下实现的。

这与绕组中减小的电阻相结合还允许在电动机器中显著更高的电流负载。这意味着剪切应力(即，在气隙中发展的每单位面积的有用力)变成标准机器中的2-4倍高。甚至高达100kN/m²的每单位面积的力也是可行的。与标准机器相比，当许多气隙由于磁传动被紧密地包封在一起时，剪切应力的增益变得甚至更大，因为标准机器(比如轴向磁通机器)在这方面具有不利的缩放比例。这与每单位体积或重量的气隙面积的显著增加相结合，给予在此提出的技术是标准机器的许多倍、典型地5-25倍大的力或转矩密度。

这种几何结构的另一个效果是，它优选地可以被布置成使得可以局部地(至少理想地)消除大多数气隙处的磁性材料上的法向力，这显著地减少了对重且庞大的结构材料的需要。在现有技术的电机中通常也执行对磁性材料上的法向力的消除，但典型地是在全局意义上执行的。这因此需要将法向力从机器的一侧载送到另一侧的内部结构。然而，在此提出的局部意义上的法向力消除是极其有利的。在此提出的技术大幅减少了对坚固的内部结构的需要。

一些优选实施例的进一步的益处是消除了漏磁通量。通过以分布式方式在至少两个但优选地更多个定子盘中布置相绕组，一相的整个绕组类似于闭合或几乎闭合的线圈几何结构。这种几何形状可以是跑道线圈或类似的形状。通过具有这样的几何结构，可以显著地减少或几乎消除漏磁通量。为此目的，在机器的这些实施例中的绕组以几乎消除全局漏磁通量的方式布置。由此，机器的功率因数可以维持在合理的水平，而不减小剪切应力，并且在优选实施例中可以达到0.8的功率因数。而且，这样的几何关系减少了绕组中和机械结构中的涡电流以及电钢片中的平面涡电流的问题。

本发明优选地涉及一种类型的电机，该电机利用几何效果来大幅增加机器的力或转矩密度并且增加机器的尤其是低速下的效率，并且在优选的情况下不影响功率因数。在此提出的技术在低速应用(比如，直接驱动)中以及在需要高的力或转矩密度的应用(但不限于此)中具有前所未有的性能。合适的应用是风力、潮汐力和海浪力(即，可再生能量)转化系统、电动船舶推进、电动车辆、齿轮电动机的替代、直接驱动应用和力密集致动器，但是本发明不限于此并且还可以用于许多其他的应用。

在本披露内容中使用的一些术语可能需要明确的限定。

″电动机器″应被解释为当施加电流时可以在可移动本体上施加力的机器，或反之亦然。典型地，电动机器用作发电机、电动机或致动器。

″气隙″或″空气间隙″典型地填充有空气，但不限于此，并且可以包括任何非磁性材料，比如，气体、液体、塑料、复合材料、滑动轴承材料(比如，特氟纶等)。

″非磁性″在此应被解释为在0.2特斯拉的磁通量密度B下具有<50的相对磁导率并且具有<0.2特斯拉的剩余磁通密度的材料。进一步地，″磁性″在此应被解释为在0.2特斯拉的磁通量密度B或＞＝0.2特斯拉的剩余磁通密度下具有＞＝50的相对磁导率的材料。

机械功率可以表示为P＝Fv，其中F是力，并且v是速度。

″速度″在此被限定为转子与定子之间的相对速度。该速度是在将这两个部分分开的气隙处的这两个部分的相应表面处限定的。

″不导电″在此被解释为在20摄氏度的温度下电阻率大于10^-5Ohm*m的材料。

″导电″在此被解释为在20摄氏度的温度下电阻率小于或等于10^-5Ohm*m的材料。

″结构材料″被限定为机器的在电机的磁路中不发挥主要活性作用或者并非是绕组的导电部分的任何材料或部分。

″力″在此被限定为由转子与定子之间的电流施加的相对力。力是在分开这两个部分的气隙处的这两个部分的对应表面处并且沿着移动取得的，使得该力在这些表面处变成剪切力。

″法向力″在此被限定为在转子与定子之间的气隙处的吸引法向力。

″高导磁材料″在本披露内容中被限定为在多于0.2特斯拉的磁通量密度下具有多于50的相对磁导率的材料。

在此提出的技术的几何结构被布置成实现磁传动，使得磁通量在简单的绕组环内部是单向的或几乎单向的。这个绕组环典型地是矩形状绕组环，其在至少覆盖5个磁极的均匀磁通距离上包围磁通量，如以下进一步讨论的。应注意，这与同步电动机器中的分布式绕组(其中磁通不是单向的)不同。

由此，本发明属于实现磁传动的电机系列，比如游标机器(VM)、游标混合机器(VHM)、横向磁通机器(TFM)以及切换磁阻机器(SRM)。这些机器的特点是它们具有调节磁场以在运行期间来回切换的磁性材料的齿状结构。因此，该电机系列在文献[5、6]中通常称为调极机器(MPM)，该术语将随后在本文中使用。它们有时也被称为针对在原则上是更广泛的术语的永磁机器的可变磁阻(VR)或可变磁阻永磁机器(VRPM)。这些机器通常实现了低电阻，但是没有达到与本发明一样高的力或转矩密度，因为它们没有磁性地串联连接许多气隙，并且由此没有如本发明那样以每单位体积大的气隙面积填装，而是高达其若干分之一。而且，这些机器没有以与本发明相同的程度避免漏磁通量，并由此具有更多的涡电流问题和更低的功率因数。这些机器在局部意义上也不以在此提出的技术相同的程度上抵消磁法向力。由此，它们对于相同量的转矩需要更多的结构材料，这使得它们更重且更昂贵。

轴向磁通同步电动机器(AFM)是一种众所周知的同步机器，其中磁通量沿轴向方向布置。在少数情况下，已经提出，轴向磁通机器可以用许多磁性地串联的气隙来运行，这些气隙可以增加其转矩密度。然而，AFM并不具有如本发明所具有的几乎一样低的绕组电阻，因为它不实现磁传动，并且因此不能同时达到高效率和高转矩密度，因为它不能在空气间隙中产生相同的剪切应力。进一步地，AFM不能像本发明那样以每单位体积尽可能多的气隙面积填装，因为当磁极被制造得更短时，与本发明相比，AFM的绕组电阻具有不利的缩放比例。与没有实现磁传动的任何电动机器(包括具有或不具有永磁体、感应式机器和同步磁阻机器、或其组合的带铁芯的和带空气芯的同步电动机器)相比，所描述的这些特征给予本发明在相结合的效率和力或转矩密度方面显著更好的性能。

轴向磁通机器通常采用集中绕组(其中每个绕组匝仅围绕来自一个极的磁通量缠绕)实现。这样做的原因部分是为了稍微降低损耗，但也是为了结构上的简单性。在具有分布式绕组的同步机器中，来自不同相的绕组重叠以产生功能合理的机器，这会导致大的端绕组并导致绕组彼此交叉，这又在轴向磁通机器中实施时会导致缠绕过程困难并且难以将绕组装配到定子支撑件与气隙处的磁性材料之间的狭窄空间中。虽然分布式绕组的环环绕来自许多磁极的磁通，但它所包围的总磁通量决不会大于来自一个单独极的磁通。这是因为一个极性的被包围的极的数量与另一个极性的极的数量相比的盈余决不会大于一个。在此呈现的技术的特点是绕组环绕被环绕的磁结构，该被环绕的磁结构通过简单的绕组环载送来自多个磁极的磁通量，优选地包围来自5个或更多个相邻极的磁通量。由于磁传动，通过绕组的净磁通大于来自一个单独极的磁通或优选地大于来自一个单独极的磁通的两倍。换言之，总磁通量大于来自2个相同极性的单独磁极的磁通量。这是因为提供磁传动的经调的极几何形状削弱了一个极性的极的磁通并增加了另一个极性的极的磁通，从而提供了大的净磁通。如果选择了使得通过绕组环的净磁通小于来自一个单独极的磁通的几何形状，则实施磁传动的价值很小。

本发明具有主要轴向磁通，并且包括定子盘。本发明的挑战是如何将气隙处产生的有用磁力机械地传递到定子支撑结构，因为定子盘很薄，典型地比轴向磁通机器的显著更薄，并且需要定子盘中的有限空间用于绕组。在气隙处，定子盘具有磁性材料的结构，磁力在该结构处产生，该结构包括被绕组环包围的至少一个被环绕的磁结构。该力传递问题在本发明中通过具有将被环绕的磁结构牢固地固定到绕组环的装置来解决。这使得可以将力从被环绕的磁结构通过绕组传递并且进一步传递到定子支撑件上。因此，绕组不仅作为起电作用的部件工作，而且同时也用作起机械作用的部件。由于绕组无论如何都存在于这些位置中，为了实现它们的电任务，将它们用作机械力的传递装置成为附加的协同效应。优选地，力的大部分(多于15％)应该由绕组承载。甚至更好的是传递多于30％，并且仍然更好的是传递力的多于50％。如果力的70％由绕组传递，则甚至更可取，并且最好的选择是如果绕组载送力的多于90％，则这然后大大减少了对气隙附近的结构材料的需求。

相绕组应理解为属于相同相的整个绕组，不管该绕组是被分成并联连接的几个绕组，还是甚至被分成连接到不同的转换器的几个绕组。另外，在确定不同定子盘中的绕组是否属于相同相时，它们应被视为属于相同相，即使绕组中的电压相对于彼此移位几个电度也是如此，因为无论如何磁场于是可以针对至少两个定子盘串联连接。在此可以将实用限制设置为相差30电度，但具有接近0或0电度差的配置是优选的。

图1A展示了通过切换磁通量来运行的电机1的实施例，其中磁通量主要在轴向方向上。这个实施例是三相机器，其中不同的相2A、2B和2C沿着旋转方向4彼此前后定位。由此，在该实施例中，绕组30包括至少两个相绕组31。每个相原则上彼此独立地操作，尽管在该实施例中来自一个相的磁通在其他两个相中具有返回路径。相结构彼此机械连接，从而以合理的齿槽效应提供相当平滑的总力。电机1包括转子10，该转子在该实施例中分成四个转子盘12——两个内转子盘12A和两个端盖盘12B。电机1进一步包括具有多个环32的绕组30。在该实施例中，在环32内部，存在牢固地固定到绕组的被环绕的磁结构。绕组环32环绕至少5个相邻磁极，在该特定实施例中为26个相邻磁极，并且由于磁传动效应环绕比来自1个或甚至2个单独极的磁通显著更多的磁通。定子20在该实施例中被分成三个定子盘22，这些定子盘各自具有来自相同相绕组的绕组环。换言之，来自相同相的绕组存在于所有定子盘22中。移除了机械结构部分，以便使得能够看到转子10和定子20以及绕组30。

″盘″在本披露内容中是指以下机械部件，该机械部件在每个部分中具有在第一方向及不同于第一方向的第二方向上的延伸范围，该延伸范围比在垂直于第一方向和第二方向的第三方向上的延伸范围显著更大、典型地大至少一个数量级。该第三方向也称为与盘相关联的轴向方向15。因此，在大多数情况下，当作为整体观察时，盘基本上是平坦的，尽管它可以被弯曲、典型地弯曲成圆截面形状，或者在一些实施例中是略微楔形的。然而，盘的表面可以包括非平坦部件、比如突出部分或凹部。如下文进一步描述的，盘还可以由不同的部分和/或材料构成。

转子10和定子20的转子盘12和定子盘22放置成经由空气间隙40彼此面向。空气间隙40平行于旋转方向4，即通过空气间隙的磁通量基本上垂直于旋转方向4。转子10和定子20沿轴向方向15具有经由空气间隙40彼此交错的相应转子盘12和定子盘22。换言之，当沿着轴向方向通过时，除了端盖盘12B的一侧处外，转子10的转子盘12之后是定子20的定子盘22，它们由空气间隙40分开。同样，当沿轴向方向通过时，定子20的定子盘22之后是转子10的转子盘12，它们由空气间隙40分开。因此在定子的每对相邻定子盘22之间存在转子10的内转子盘12A，并且类似地在转子10的每对相邻转子盘12之间存在定子20的定子盘22。外转子盘或端盖12B放置在机器的轴向端处，并封闭磁路。

因此，每个内转子盘12A和定子盘22可以被限定为转子10和定子20的位于沿着轴向方向面向空气间隙40中的两个相继的空气间隙的转子盘表面之间的和定子盘表面之间的部分。外转子盘12B可以被限定为面向一个最外气隙并且在该最外气隙的同一侧没有其他转子盘的轴向最外转子盘。

在图1B中，示出了图1A的电机1的截面的图示。在此，转子盘12和定子盘22被更清楚地示出。在此可以看到，定子20的定子盘22位于沿着轴向方向面向空气间隙40中的两个相继空气间隙的定子盘表面24、26之间。此外，转子10的内转子盘12A位于沿着轴向方向面向空气间隙40中的两个相继空气间隙的转子盘表面14、16之间。外转子盘或端盖12B位于机器的轴向端处、在以下气隙的一侧上，其中所有其他转子盘和定子盘位于该气隙的另一侧上。

此外，对于转子10的每个内转子盘12A和定子20的每个定子盘22，磁场线穿过转子盘表面14、16和定子盘表面24、26之间的磁性材料。这意味着许多空气间隙40、在该实施例中为6个空气间隙磁性地串联连接。磁环由端盖、外转子盘12B封闭。空气间隙40相对紧密地填装在一起，并且在磁性材料块中不存在非常长的磁场线路径。

可以通过进一步增加交错的转子盘和定子盘的数量来甚至进一步地增强这些特性。目前，认为必须有至少2个定子盘以便获得明显的优点。使用至少3个定子盘实现了更显著的优点。甚至更优选地，提供多于4个定子盘，并且为了得到真正的力密集或转矩密集的机器，优选地提供多于6个定子盘。

在该实施例中，存在永磁体。由此，它是通过切换磁通量来运行的包括永磁体的调极机器。

在该实施例中，每个定子盘22中存在三个相，从而存在三个相的绕组环。出于机械原因，力优选地随定子盘和转子盘中的位置而仅略有变化，因为否则可能会出现振动和疲劳问题。为实现这一点，盘中需要多于一个相。强烈建议盘中有多于2个相，因为所有相中的磁通量的总和于是可以在理想情况下为零，同时维持平滑的力。然而，盘中存在的相越多，力就将越平滑，并且如果具有附加相产生的空间要求和额外成本不会抵消增益，则多于3个相可能是有益的。对于较大的机器，多于6个相可能是有益的，对于非常大的机器，多于9个相可能是最佳选择，而对于巨大机器(比如大的风力发电机)，多于12个相将提供更好的力分布。

减少一个定子盘中的力波动也适用于整个机器。因此，如果电机具有多于3个相，则可以获得更平滑的总力，并且如果应用多于6个相则更是如此。对于大的机器，多于9个相在这方面可能是有益的，并且对于甚至更大的机器，多于12个或甚至多于15个相可以用于提供非常低的齿槽力。具有多个相还开发了在出现故障时禁止个别相并仍然使用其他相的可能性。因此，大量相可以为机器提供抗故障特性。

如图1A和图1B中可以看到的，沿着旋转方向4还存在转子盘12和定子盘22的不同结构。这将结合图1C至图1F更详细地讨论。

在图1C中，展示了如从空气间隙观察的一个实施例的定子盘表面24中的一个定子盘表面的部分。在该实施例中，定子20的定子盘22包括与电钢片25的块或任何其他高导磁材料(被称为高导磁材料的定子部分23)交错的永磁体27A、27B的堆叠。使用标注″定子″是因为这些部分被设置在定子20内。电钢片25典型地阻止涡电流。高导磁材料的定子部分23良好地传导磁场，并且由于永磁体沿旋转方向4以交变极性定位，高导磁材料的定子部分23中的每第二者将呈现磁北极N，而其他者将呈现磁南极S。高导磁材料23的定子部分将充当磁通量集中结构。因此，在这个实施例中，在旋转方向4上，在每个空气间隙处，定子20呈现永磁极N、S。

例如，可以用作与永磁体交错的块的、或者在如以下进一步讨论的使用电钢片描述的其他设计中使用的另一种高导磁材料例如是软磁性复合物(SMC)。这些材料包括烧结成最终形状的具有电绝缘涂层的铁颗粒。这与电钢片不同，电钢片通常是用冲模或激光切割冲压，然后堆叠。SMC可以在所有方向上传导磁通量而不会表现出任何重要的涡电流，但具有比电钢片更高的磁滞损耗。

由双箭头展示了定子20的相同极性的相继磁极之间的平均距离21。在这个特定实施例中，相同极性的相继磁极之间的所有距离是相同的，并且于是也与其平均值相同。然而，在替代实施例中，永磁体可以被设置成稍微位移，这意味着相同极性的相继磁极之间的距离可以稍微变化，然而，总是存在平均值。

在图1D中，沿径向方向展示了与图1C中的定子盘22相同的部分。在此，可以容易地看到定子盘表面24和26。所指示的路径42展示了磁场线可以如何穿过定子盘表面24、26之间的磁性材料的一个示例，该磁性材料包括永磁体27A、27B和高导磁材料的定子部分23。换言之，定子盘表面24和26彼此磁性连接。

因此，在一个实施例中，定子20的定子盘22中的至少一个定子盘包括永磁体27A、27B，这些永磁体被布置成沿着面向空气间隙的表面24、26呈现交替的极。

在进一步的实施例中，包括永磁体27A、27B的定子20的每个定子盘22包括沿旋转方向4的堆叠。这些堆叠包括由高导磁材料的定子部分23(即，在此为电钢片25的块)分开的永磁体27A、27B，其交替磁化方向平行于旋转方向4。由此，定子周期性(即，平均距离21)等于每两个永磁体之间的距离。

在图1E中，如从空气间隙观察，展示了转子盘表面14中的一个转子盘表面的一部分。转子10的转子盘12包括与定距块17交错的电钢片15或其他高导磁材料的块的堆叠。电钢片15的块良好地传导磁场，因此在区段表面14处呈现高磁导率。然而，如在这个实施例中，定距块17被设置在距空气间隙一定距离处，或者由非磁性材料制成。因此，定距块17在转子盘表面14处(即，面向空气间隙)呈现低磁导率。因此，沿旋转方向4，在每个空气间隙处，转子10呈现可变磁导率。

在这个实施例中，转子10的每个转子盘12包括堆叠，这些堆叠包括高导磁材料的转子部分13，在这种情况下为电钢片15的块。高导磁材料的转子部分13具有垂直于旋转方向4的主要延伸。高导磁材料的转子部分13由非磁性材料或狭缝(即，定距块17或不存在材料)分开。因此，转子周期性等于两个相继的高导磁材料的转子部分13之间的距离。

由双箭头展示了转子10的所述可变磁导率的连续最大值之间的平均距离11。在这个特定实施例中，转子10的可变磁导率的相继最大值之间的所有距离是相同的，并且于是也与其平均值相同。然而，在替代实施例中，高导磁材料的转子部分13可以被设置成稍微移位，这意味着转子10的可变磁导率的最大值之间的距离可以稍微变化，然而，总是存在平均值。

在图1F中，在平行于气隙且垂直于旋转方向4的方向上展示了转子盘12的与图1E中相同的部分。在此，可以容易地看到转子盘表面14和16。所指示的路径42展示了磁场线可以如何穿过转子盘表面14、16之间的磁性材料的一个示例，该磁性材料包括高导磁材料的转子部分13。换言之，转子盘表面14和16彼此磁性连接。

转子与定子之间的关系也很重要。图1G示意性地展示了转子10和定子20沿着垂直于旋转方向4的路径的一部分的一些转子盘12和定子盘22。在此转子10的转子盘12和定子20的定子盘22的交替外观很容易看出。空气间隙40将转子盘12和定子盘22彼此分开。在此，还可以看到，转子10的转子盘12的磁性部分能够传导来自定子20的定子盘22的磁极的磁场。因此，可以主要沿着虚线箭头44传导磁通量。在此可以注意到，所展示的磁通量沿相同方向(即，在图中向左)通过每个空气间隙40。

图1H示意性地展示了当转子10和定子20已经沿旋转方向4相对于彼此移位了等于平均距离11的一半的距离时，图1G的转子10和定子20的转子盘12和定子盘22。磁通量的情况现在完全改变。现在，磁通量的路径沿图的向右方向，如虚线箭头45所展示的。在每个空气间隙40中，磁通量现在已经改变了其方向。

在图1G和图1H中可以注意到，通过将转子10的距离11适配为等于定子20的距离21来实现在每个时刻在所有空气间隙上具有沿相同方向的磁通量的效果。为了实现磁通量的最大改变，这些平均距离应该是相同的。然而，人们可以偏离这种需求，牺牲部分的剪切应力和效率，并仍然具有可运行的机器。例如，有可能在平均距离上提供微小的偏差，例如以减小力波动和所谓的嵌齿效果，从而减小振动并且促进电动机的启动。还可以使用所谓的倾斜，其中转子10或定子20中的磁性材料倾斜，使得它们沿旋转方向4相对于彼此呈现角度。

在图2A至图2D中，示意性地展示了沿旋转方向4具有不同周期性的转子10和定子20的一些实施例。在图2A中，由平均距离11表示的转子10的周期性略微不同于由平均距离21表示的定子20的周期性。然而，差异仍然足够小以实现总的构造操作。在图2B中，转子和定子的平均周期性相同，然而，转子10在相继结构重复之间具有不同的单独距离11’和11”。在图2C中，替代地，定子20具有不同的单独距离21’和21”。在图2D中，转子10和定子20在它们相应的结构重复之间具有不同的单独距离，并且甚至在平均距离11、21上具有小的差异。其他构型当然也是可能的。

由于曲率，相对于曲率，在外侧上的磁结构可以具有不同的平均距离11、21，如以下将进一步讨论的。然而，对于转子的每个区段，总是存在定子的相邻区段，从而呈现落入以上在此讨论的限度内的平均距离。

目前认为平均距离的这种偏差不应超过35％。换言之，被确定为转子10的转子盘12的可变磁导率的相继最大值之间的平均距离的转子平均距离在35％内等于定子平均距离，该定子平均距离被确定为相邻定子盘的相同极性的相继磁极之间的平均距离。优选地，平均距离应尽可能保持彼此接近。因此，在优选实施例中，转子和定子的平均距离之间的偏差不应超过30％、更优选地不超过20％、并且最优选地不超过10％。

在限定可变磁导率的最大值时，预期考虑重复结构的总体变化。在这方面，可能引起小的局部最大值、不影响空气间隙外部的总体能量转化的微小的微观波动不被认为是最大值。同样，给出小范围磁导率的波动并且对空气间隙外部的能量转化没有贡献的其他微小结构将被忽略。据信，宽度小于最宽主要最大值的20％的宽度的局部最大值对于机器的运行是较不重要的，并且在限定最大值之间的平均距离时应被忽略。

同样，如果周期性被缺失的主要最大值中断，并且相继的主要最大值之间的距离于是变成双倍距离，则运行特性将稍微降级，但是在大多数情况下仍将是有用的。在限定最大值之间的平均距离时，在其他重复结构中的这种省略的最大值也应被忽略。

因此，当前披露的技术基于空气间隙上的磁通量取决于两个磁结构(转子和定子)之间的相对位置而改变量值和方向的基本原理。在理想情况下，忽略不想要的漏磁通，空气间隙上的所有磁通量在直接位置处都指向相同的方向。因此，该机器是利用磁通切换的机器。在本披露内容中，利用磁通切换的机器被限定为通过切换磁通量来运行的电机，并且由此实现所谓的磁传动。

在理想世界中，当转子10的高导磁材料的转子部分13与定子20的高导磁材料的定子部分23对齐时，所有磁通量通过空气间隙40进入相反的盘中。然而，在现实世界中，总是存在漏磁通量。因此，一些磁通量将总是再次沿相反的方向在空气间隙40上泄漏回去。然而，通过仔细的设计，至少在磁结构对齐时，大部分磁通量将指向相同的方向。如果增加了这大部分，则将总体上增加在此提出的技术的效率、剪切应力和功率因数。

图3示意性地展示了这些限定。定子20沿着面向空气间隙40的表面24呈现交替的磁极。箭头43展示了从北极通至南极的磁通量。如果转子盘是外转子盘，则一些、优选地大部分磁通量经由该转子盘传递到下一个定子盘或折回并通过定子盘的另一部分。这是在此呈现的技术中用于实现机器的运行的磁通量，即有用磁通量。应注意，这个图示中的空气间隙40显著夸张以便增加该图的可读性。然而，一些磁通量泄漏回到相同定子盘而不经过任何转子盘。如果考虑虚线49指示的表面24处或附近的情况，则磁通量向外(即向图中的右侧)通过。在当前情况下，五个箭头43离开定子盘的每个北极，与线49相交。同时，磁通量也向内(即，向图中的左侧)通过。在当前情况下，两个箭头43到达定子盘的每个南极，与线49相交。

如以上简要提及的，除外转子盘外，可以局部地消除气隙处的磁性材料上的法向力。从一侧的来自转子盘的定子盘上的力理想地通过相反侧上的来自转子盘的相等力来补偿。类似地，从一侧的来自定子盘的内转子盘上的力通过相反侧上的来自定子盘的相等力来补偿。这些力因此平衡，这显著地减少了对重且庞大的结构材料的需要。在现实世界中，将总是存在与完美几何结构的偏差，并且根据恩绍定理，这些偏差将产生不抵消的法向力。然而，这些力的大小要小得多，并且典型地由定位定子盘和转子盘的轴承系统处理。在此呈现的局部意义上的法向力消除早先尚未以这种方式用于这种类型的机器。

因此，跨气隙的磁通量将在改变转子10和定子20沿着旋转方向4的相对位移时改变。图4示意性地展示了这一点。通过将绕组30布置成环绕此可变磁通量，可以实现电机的运行。

图5A展示了具有环32(即，多个匝)的绕组30的实施例，这些环围绕定子20的定子盘22中的被环绕的磁结构70设置，使得绕组围绕被环绕的磁结构70制成一个或多个匝。图4的变化的磁通量也将呈现于定子20的定子盘22中的被环绕的磁结构70上。环32通常平行于旋转方向4延伸。换言之，环32沿旋转方向4具有其主要延伸。为了从磁通量的基本上均匀的方向获益以相对于被转化的功率量来减小绕组电阻，有益的是使这些环沿着旋转方向4环绕多个磁极距离(即，在相同极性的相继磁极之间的距离)。为了实现明显的优点，目前认为应该由至少一个单个环32环绕至少2.5个磁极距离(对应于5个磁极)。然而，由单个环环绕的极越多，总共需要的绕组材料就越少，并且与所转化的功率相关的电阻损耗可能就越低。在图5中，环绕了9个磁极。

被环绕的磁结构70在围绕绕组环的固定边界71处牢固地固定到绕组30。可以使用几种方法将被环绕的磁结构牢固地固定到绕组。在一个实施例中，施加胶水。这可以是任何类型的胶水，比如具有或不具有基质或填充材料的环氧树脂、氰基丙烯酸酯、任何塑料等。这形成了结实结合，但需要胶合过程或成型，并且胶水可能遭受冷流。由此，可以将力从被环绕的磁结构70通过绕组30传递并且进一步传递到如虚线所示的定子支撑件74上。

在另一个实施例中，被环绕的磁结构被缩小装配到绕组中，其中在绕组与被环绕的磁结构之间仍然存在电隔离。如果应用适当，这是快速的方法，但缺点是永磁体对热敏感。在又一实施例中，花键图案用于绕组和磁结构中。这提供了结实且刚性的机械连接，但制造起来有点复杂。图5B中展示了花键连接71A。

在一个附加实施例中，被环绕的磁性堆叠经由另一个结构本体71B牢固地固定到绕组，该结构本体径向延伸并与绕组重叠，如图5C所示。这种解决方案为定子提供了额外的机械强度，但是结构本体71B也占据了否则可用于更多绕组的空间。

在一个实施例中，绕组是围绕定子的两个或更多个定子盘22中的被环绕的磁结构70不垂直于旋转方向缠绕的。

在进一步的实施例中，绕组的环是环绕导磁材料的定子部分中的多个相继的定子部分平行于旋转方向缠绕的。

磁传动的概念是通过如下方式使用的：绕组不是在每个单独的极之间缠绕的而是围绕许多极来缠绕的。这应对了当极被制造得更短时绕组变得更长且更薄的问题，其限制了标准机器的低速性能。典型地，整个相被环绕成简单的环，这意味着绕组可以保持非常短。典型地，环具有矩形或类似的形状。而且，由于存在大量可用空间并且由于对于短绕组而言其成本不那么高，绕组可以被制造得厚若干倍。总之，这使得绕组电阻是标准机器的许多分之一。

此外，为了防止磁通量从该结构中泄漏，提供来自相同相的绕组环是有益的，该绕组环环绕几个定子盘中的磁结构，这几个定子盘布置成使得定子盘磁性地串联连接。这将在以下更详细地讨论。据信，可以通过具有环绕定子盘中的至少两个定子盘中的磁结构的、来自相同相的绕组环来实现效果。所提供的此类定子盘越多，每单位重量可利用的功率就越多并且漏磁通量将越低。优选地，提供至少三个此类定子盘，更优选地提供至少四个此类定子盘，并且最优选地提供至少六个此类定子盘。在图1A的实施例中，存在环绕所有三个定子盘中的磁结构的、来自相同相的绕组环。

如果电机作为发电机来运行，则转子10和定子20被迫相对于彼此移动，从而在绕组30的环32中感生电压。同样，如果电机作为电动机来运行，则穿过绕组30的环32的变化的电流将引起转子10和定子20之间的力，从而产生相对运动。

因此，在一个实施例中，电机是发电机。转子相对于定子的运动在绕组中产生感生的交流电压。

在另一个实施例中，电机是电动机。穿过绕组传导的交流电流引起转子与定子之间的相对运动。

在此提出的几何结构磁性地串联连接许多空气间隙。这创建了盘阵列，其间有许多气隙。由于磁通量密度是无发散的，所以磁通量不能消散，但必须或多或少继续地进入闭环。由此，如果盘阵列本身不形成环(如果它们是例如平坦的则不形成环)，则必须添加其他磁性材料块以提供此功能。这些磁性材料块位于机器的端盖或外转子盘中。由于磁通大，这些磁性材料块中的磁场线路径将变得长。优选的是避免空气间隙之间的磁性材料块(比如，铁)中不必要的长磁场线路径，因为这些块不提供力或功率，而仅提供额外的质量、额外的损耗和额外的成本。如果端盖磁性地串联连接，则端盖的大小与所提供的定子盘的数量无关。由此，如果许多定子盘磁性地串联连接，则端盖质量占机器总质量的分数会变得更小。这对于轴向磁通机器也是如此，但是本发明的缩放比例在这方面更有益，因为定子盘可以在呈现的磁拓扑结构中做得更薄。因此，与轴向磁通机器相比，在本发明中具有许多磁性地串联连接的定子盘有更多的好处。

在图1A中可以看到绕组拓扑结构，其中每个相包括磁性地串联连接的三个相绕组环。在该特定实施例中，磁通通过其他相返回以形成闭环。由此，每个相都类似于内部含有材料的混合的稀疏电磁线圈。这种线圈中的漏磁通非常低，因为绕组环和磁路中的主要磁阻在相同平面中。如果端盖的尺寸适当确定，则端盖或多或少会形成磁短路，使得磁路的几乎所有磁阻都位于绕组环内部。存在的主要漏磁通是绕组与被环绕的磁结构之间行进并穿过绕组本身的漏磁通。对于许多几何形状，此漏磁通量主要是轴向的，并且与穿过被环绕的磁结构的磁通量相比典型地较小。因此，与其他调极机器相比，这种机器可以具有格外高的功率因数，并且在优选实施例中可以达到0.8。而且，这样的几何关系减少了绕组中和机械结构中的涡电流以及电钢片中的平面涡电流的问题。

本技术因此利用几何效果来增加机器的力或转矩密度并且增加机器的效率。这在低速时变得特别明显。在优选实施例中，甚至可以在不影响功率因数的情况下实现这一点。因此，在此提出的技术在低速应用(比如，直接驱动)中以及在需要高的力或转矩密度的应用中具有前所未有的性能。然而，本技术不限于此。合适的应用通常是可再生能源转换系统，例如风能或海浪能、电力船舶推进、齿轮电机的更换、直接驱动应用、电动车辆和力密集致动器。然而，本技术不限于此，并且还可以用于许多其他的应用。

在以上的实施例中，已经展示了用作磁通量集中结构的与高导磁材料的定子部分23交错的永磁体27A、27B的堆叠。换言之，每个定子盘包括永磁体27A、27B，这些永磁体被布置成沿着面向空气间隙40的表面24、26呈现交替的极，由此定子周期性等于相同极性的两个相继极之间的距离。优选地，绕组的环是环绕多个相继的定子磁性材料片平行于旋转方向来缠绕的。然而，磁场的提供也可以通过其他构型来提供。

图6示意性地展示了具有表面安装的磁体的调极机器的侧视图。这呈现了沿着旋转方向4在定子20上沿着空气间隙40提供永磁极的替代方式。定子20在此包括具有磁性材料的中央本体29的定子盘22。在中央本体29的表面处设置有表面安装的永磁体27C。通过这样的设计，定子盘22的相反侧上的极性可以不同，这意味着转子10的转子盘12可以被安装成沿旋转方向4没有位移。然而，由于在垂直于旋转方向4的表面安装的永磁体27C上存在磁力，所以必须存在用于确保表面安装的永磁体27C的安全安装的装置。

大多数调极机器包括永磁体。然而，在另一个实施例中，可以采用切换磁阻机器设计。图7展示了这种方法中转子10与定子20之间关系的侧视图。定子20在此包括高导磁材料的定子部分23，例如，电钢片25的块。它们被设置有与转子10的高导磁材料的转子部分13基本上相同的周期性。同样在此，可以应用与以上进一步讨论的周期性之间的精确匹配的偏差。定子20因此在每个空气间隙处沿平行于预定运动路径的方向呈现可变磁导率。在此值得注意的是在此转子的周期性算作两个极点，即一个电周期。

在切换磁阻的实施例中的力是通过转子10中的磁性材料与定子20的磁性材料(当它们未对齐并且被绕组中的电流磁化时)之间的简单吸引来产生的。这个力可以沿任一方向，这取决于转子10与定子20之间的相对位置。由此，切换磁阻的实施例的一个相只能在电周期的一半(四个中的两个象限)内沿期望的方向产生力，并且在其他两个象限期间保持无源。这对于机器类型来说是一个缺点，该机器类型直接使平均力密度减半并且使所需相数加倍。而且，力总体上低于永磁体的实施例，这是另一个缺点，并且功率因数和效率更低。然而，切换磁阻的实施例的优点在于，在该实施例中不存在昂贵的永磁体，这降低了材料成本并且不会产生对用于制造这种单元的比如钕和镝等永磁体材料的可用性的依赖性。进一步地，当绕组中不存在电流时，在转子10与定子20之间不存在吸引力。由此，制造和组装变得显著地更不复杂。

因此，在一个实施例中，转子盘中的至少一个转子盘包括导磁材料的定子部分的堆叠，优选地具有垂直于旋转方向、被非磁性材料或狭缝分开的主要延伸，其中定子平均距离被确定为导磁材料的相继的定子部分之间的平均距离。

在进一步的实施例中，绕组的环是环绕导磁材料的定子部分中的多个相继的定子部分平行于旋转方向缠绕的。

可以注意到，在一些实施例中，切换磁阻方法可以与磁化磁结构结合。为此目的，定子的一些部分可以为磁阻切换类型，如以上在此所述，而定子的其他部分区段可以具有基于磁体的结构，例如，根据结合图1A至图6描述的实施例中的任一个。

图8展示了旋转电机的一个实施例，其中在定子盘中沿着径向方向有两个分开的线圈层。内线圈和对应的相应的磁结构与处于相同机械角位置的外线圈及其相应的磁结构相比异相180电度。具有主要环形形状的转子10存在转子盘12，该转子盘具有沿旋转方向4设置的高导磁材料的多个转子部分13。在这个实施例中，旋转电机1具有六个相2A-F，并且取决于不同相的转子10之间的详细位移，机器可以是一相、二相、三相或六相机器。这种机器当然可以有大于1的任意数量的相。在主要环形形状的外部和内部看到绕组的多个环32。在此视图中很难看到定子的其余部分。

如以上简要提及的，与在外侧处的区段相比，在曲率的内侧(即，面对旋转机器的中心)的转子盘12和定子盘22沿着旋转方向在转子10和定子20的磁性行为的重复之间的平均距离略微更小。然而，典型地，相邻区段仍然落入以上讨论的20％差异范围内。

图9是图8的实施例的剖切图示的一部分。在此，可以看到存在″跑道形的″截面。长边分别包括转子10和定子20的交替的内转子盘12A和定子盘22。在″跑道″的端部处，转子10的提供径向磁通传输的外转子盘12D将磁路径闭合成闭合路径。绕组的环32被设置在″跑道″的外部和内部处(即，在闭合的磁性部分的内部和外部)，由支撑定距块分开。环32延伸以包围定子20的属于机器的相的部分。

当研究图8至图9的特定实施例时，可以注意到穿过气隙40的磁通量主要沿着极向方向被引导。因为机器由于沿着极向方向的磁通量改变来运行，这种类型的机器因此可以被表示为极向磁通机器。

因此，在一个实施例中，电机是极向磁通机器。

在每个定子盘中仅具有一个相的旋转机器中，绕组可以以某种程度上特殊的方式来设置。这在图10中进行了展示。在该实施例中，绕组30被设置为在磁路径内部环绕整个旋转机器的一个单环。在一个定子区段内，环可以被分成几个绕组匝，但这些匝于是是相邻的环。

与像图1A所示的实施例一样在每个定子盘中包括几个相绕组的实施例相比，该实施例具有相对于封闭磁通更短的绕组的优点，因为不需要返回绕组，这于是减少了一个特定实施例的传导损耗。这于是减少了一个特定实施例的传导损耗。缺点在于，每个相都需要包括至少两个定子盘并且包括两个端盖的一个闭合磁环，并且需要至少两个或优选地三个具有单独磁路的相来产生通常必需的恒定转矩。由此，每个导体环磁化较少的材料并产生较小的力，因为对于相同的机器总扭矩，每个定子盘气隙面积必须较小，这使得电阻损耗的减少不太突出。而且，需要更多的轴承，因为对于每个相将有几个定子盘，并且功率因数将更低，因为在气隙外部的环形部绕组内部将存在漏磁通。最后，需要更多的端盖。

在本披露内容中，经常讨论绕组环。为澄清起见，应当注意，当讨论该环的长度时，这是指形成环的导体的长度。进一步地，如果制成相同环的几个匝，则长度应该仅取一个匝。

在图11中，示出了与图1A所示的实施例类似的实施例。该实施例在每个定子盘上具有6个单独的被环绕的磁体结构，这些磁体结构各自被绕组环32环绕。然而，这6个被环绕的磁体结构被组织成彼此异相180电度的三对相邻的被环绕的磁体结构。由此，可以使用相同相绕组缠绕在这些被环绕的磁体结构周围、但沿相反的方向。例如，2A和2A′的绕组来自相同相。由此，本实施例形成具有相绕组2A+2A′、2B+2B′和2C+2C′的三相机器。于是每个相与其他相磁性地分开，因为穿过非待发的绕组环的磁通量具有通过待发的绕组环的返回路径。从控制器的角度来看，这是有益的。

在此呈现的所有实施例中，在转子中存在一种类型的磁拓扑结构，并且在由相绕组环环绕的被环绕的磁结构中的定子中存在另一种类型的磁拓扑结构。然而，在所有这些实施例中，完全有可能交换这些磁拓扑结构，使得转子中的磁拓扑结构替代地放置在由绕组环绕的被环绕的磁结构中的定子中，并且使得定子中的被环绕的磁结构的磁拓扑结构替代地在转子中实现。图12展示了这样的实施例。通过这种改变实现的新实施例提供了具有与原始实施例非常相似的性能的调极机器。具有这种实施例的永磁机器的缺点在于，如果将磁体放置在转子中则需要更多的磁体，因为没有同时使用所有的转子表面区域。另一方面，优点在于，增加这种定子的轴向厚度以适应更多绕组材料的成本更低，因为定子不包含永磁体。

类似地，在此呈现的实施例具有属于转子的端盖或外转子盘12B。替代地，在此所有实施例都可以替代地具有属于定子的端盖，包括绕组，如图12所示。通过这种改变实现的新实施例将提供通过切换磁通量来运行的电机，其具有与原始实施例非常相似的性能。

因为在此提出的技术在低速应用中具有非常优异的性能，在低速应用中使用根据先前描述的机器是有利的。最重要的应用可能是直接驱动发电机和电动机，但是以低于5m/s的特征速度运行的系统也被认为是特别合适的。特征速度被限定为气隙处转子与定子之间的典型相对运动速度。合适的应用典型地是可再生能量转化系统、风力、潮汐力、海浪力、电动船舶推进、齿轮电动机的替代(即，无齿轮电动机、牵引电动机)、一般的直接驱动系统、以及力密集致动器。

上述实施方式应被理解为本发明的几个说明性实施例。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对实施方式进行各种修改、组合和改变。具体地，在技术上可能的情况下，可以将不同实施例中的不同部分解决方案以其他配置进行组合。然而，本发明的范围由所附权利要求限定。

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Claims (9)

1.一种旋转电机(1)，该旋转电机通过切换磁通量来运行，该旋转电机包括：

-转子(10)；

-定子(20)；以及

-绕组(30)；

其中，所述绕组(30)包括至少两个相绕组(31)；

其中所述定子(20)包括至少2个定子盘(22)、更优选地至少3个定子盘(22)、并且最优选地至少4个定子盘(22)，这些定子盘具有主要沿轴向方向(15)的磁通量，其中，每个定子盘(22)包括来自相同相绕组(31)的绕组环(32)，该绕组环环绕被环绕的磁结构(70)并且包围来自在气隙处的至少5个相邻磁极(N，S)的磁通量(40)，所述绕组环(32)包围的总磁通量大于来自一个单独磁极(N，S)的磁通量、优选地大于来自相同极性的2个单独磁极(N，S)的磁通量；

其中，所述相邻磁极(N，S)设置在所述转子(10)和所述定子(20)中的至少一者中；

其中，所述绕组环(32)牢固地固定到所述被环绕的磁结构(70)。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述至少2个定子盘(22)中的至少一个定子盘包括为多于一个不同相、优选地多于2个不同相、更优选地多于3个不同相、并且最优选地多于6个不同相的一部分的绕组环(32)。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述电机(1)是包括永磁体(27A，27B，27C)的调极机器，由此所述调极机器通过切换磁通量来运行。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，沿旋转方向(4)作用在所述定子(20)与所述转子(10)之间的总磁力的至少15％、优选地至少30％、更优选地至少50％、更优选地至少70％、并且最优选地至少90％经由所述绕组(30)机械地传递到定子支撑结构(74)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机(1)包括布置在磁通集中装置中的永磁体(27A，27B，27C)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机(1)具有多于3个相，优选地多于6个相，更优选地多于9个相，甚至更优选地多于12个相，并且最优选地多于15个相。

7.一种包括根据权利要求1至6中任一项所述的电机(1)的系统，所述系统选自：

可再生能量转化系统，

风力发电厂，

潮汐力发电厂，

海浪发电厂，

电动船舶推进系统，

无齿轮电动机，

电动车辆，

直接驱动系统，以及

力密集致动器。

8.一种并网系统，包括根据权利要求1至6中任一项所述的电机(1)，其特征在于，所述电机(1)经由功率转换器和电气变压器连接到电网。

9.一种独立系统，包括根据权利要求1至6中任一项所述的电机(1)，其特征在于，所述电机(1)经由功率转换器连接到电池。

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