电动机/发电机、车辆和风力涡轮机的制作方法

1.本发明涉及一种包括定子和转子的电动机/发电机。定子具有外周边。转子至少同轴地包围定子的外周边。转子相对于定子围绕旋转轴线能旋转。转子和定子由磁通轴承间隙隔开，工作时在该磁通轴承间隙上产生磁通量。
2.本发明进一步涉及一种配备有这种电动机/发电机的车辆和/或风力涡轮机。
3.根据第848620号授予协议，产生本技术的项目已获得欧盟地平线2020研究与创新项目的资助。


背景技术：

4.这种电动机根据例如日本专利申请公布jp2014039461(a)是已知的，该公布示出轴向磁通永磁(afpm)电动机。
5.电动机显示有在其外周边上具有电磁体的定子以及围绕该定子的转子。转子显示的永磁体的半径等于放置电磁体的半径。转子由轴向电动机轴承承载在定子上。电磁体和永磁体由两个气隙隔开，定子的每一侧上各有一个气隙。在电动机操作期间，在气隙上产生磁通量。因此，气隙被称为磁通轴承间隙。当电磁体产生旋转电场时，该电场相对于永磁体的吸引力和排斥力对转子产生扭矩。
6.这种电动机用作例如车辆中的轮内电动机，例如，荷兰荷尔蒙兰特拉斯技术公司制造的光年一号(lightyear one)。
7.这种电动机根据protean的国际专利申请公布wo2011045697是已知的，该公布显示了径向磁通永磁(rfpm)电动机。
8.电动机显示有在其外周边上包括电磁体的定子以及包括永磁体的转子。转子同轴地围绕定子。转子通过靠近定子中心的轴向电动机轴承安装在定子上，使转子相对于定子旋转。
9.电磁体和永磁体由一气隙隔开，当电动机工作时在该气隙上产生磁通量。该气隙为径向间隙，因此被称为径向磁通轴承间隙。径向磁通轴承间隙将电磁体和永磁体隔开。
10.wo2011045697的rfpm电动机仅具有一个磁通轴承间隙，而jp2014039461的afpm具有两个磁通轴承间隙。
11.电磁体产生磁场。该磁场对转子产生扭矩。
12.用于rfpm电动机或afpm电动机的磁通轴承间隙通常相对较小：对于大约30cm的直径(轮内电动机的转子的典型直径)，使用1-2mm的典型的磁通轴承间隙。
13.磁通轴承间隙将电磁体和永磁体分开。永磁体易碎，电磁体也容易损坏。尤其是导线的绝缘和磁轭材料的磁性容易损坏。磁通轴承间隙的闭合，甚至是临时闭合，通常会导致永磁体、电磁体或两者的损坏。
14.注意到，电动机也可显示有其他间隙。对于具有径向磁通轴承间隙的电动机，通常存在轴向间隙。这些轴向间隙为非磁通轴承间隙，在电动机操作期间，在这些间隙上没有或几乎没有任何磁通量。定子与转子之间的定子的每一侧可以有一个轴向间隙。对于具有轴
向磁通轴承间隙的电动机，通常存在径向间隙。径向间隙可以在定子与转子之间位于定子的径向外侧。这种径向间隙为非磁通轴承间隙，在电动机操作期间，在这些间隙上没有或几乎没有任何磁通量。不希望这种轴向间隙或径向间隙闭合，因为这会造成动力和效率的损失并且会由于磨损产生颗粒。颗粒能够损坏磁通轴承间隙。
15.当将电动机应用为车辆中的轮内电动机时，转子和将转子连接至定子的轴承在正常径向负载期间必须足够坚固，例如以承受车辆的一部分重量。然而，当车辆拐弯或撞上路边时，大的弯曲和倾斜力施加到转子上。为了避免变形，诸如转子的弯曲或倾斜使得磁通轴承间隙闭合并发生电动机的损坏，通常，转子以及能够使转子围绕定子旋转的轴承制造使其刚度比仅有径向负载所需的大得多。这意味着转子质量大且昂贵。在风力涡轮机中使用电动机时同样如此，其中很大的力施加到涡轮机的桨叶上并因此施加到电动机。
16.通过增加能够在径向磁通轴承间隙闭合之前闭合的保护性径向间隙，protean的wo2011045697描述了对径向磁通轴承间隙的闭合问题的解决方案。通过在其表面的至少一个上增加低摩擦系数的材料，显示为具有保护性径向间隙的滑动轴承。
17.然而，即使使用低摩擦表面，也会发生不可忽视的损耗。而且，涂层经常是脆弱的涂层，容易损坏，导致涂层更高的损耗和磨损。而且，由于磨损会产生颗粒，所述颗粒可能造成永磁体和/或电磁体损坏。
18.另一种rfpm电动机根据elaphe的国际专利申请公布wo2019/151956是已知的。
19.wo2019/151956提出了避免径向磁通轴承间隙闭合的另一种解决方案。认识到，当轴向间隙变化时会发生径向磁通轴承间隙的闭合。通过限制轴向保护间隙的变化，也限制了径向磁通轴承间隙的变化。通过用低摩擦材料(例如具有ptfe的涂层)涂覆保护间隙的转子和/或定子部分，滑动轴承中的轴向间隙改变。然而，即使使用低摩擦表面，也会发生不可忽视的损耗。而且，涂层经常是脆弱的涂层，容易损坏，导致涂层更高的损耗和磨损。而且，由于磨损会产生颗粒，所述颗粒可能造成永磁体和/或电磁体损坏。
20.需要这种电动机具有较小质量的转子和较小质量的轴承，同时仍能对磁通轴承间隙进行鲁棒控制。
21.本发明意在提供一种对所述局限性的解决方案或者至少提供一种替代方案。


技术实现要素：

22.本发明的目标通过提供一种包括定子和转子的电动机/发电机得以实现。定子具有外周边。转子至少同轴地包围定子的外周边。转子相对于定子围绕旋转轴线能旋转。转子和定子由磁通轴承间隙隔开，工作时在该磁通轴承间隙上产生磁通量。转子和定子由保护间隙隔开。保护间隙被配置为在转子变形期间在磁通轴承间隙闭合之前闭合，从而避免磁通轴承间隙闭合。电动机/发电机的特征在于定子包括滚柱轴承和轴。滚柱轴承联接至轴并且围绕轴能旋转。轴被布置为偏离旋转轴线的中心。滚柱轴承与转子之间的距离限定保护间隙。
23.通过提供滚柱轴承，滚柱轴承与转子一起限定保护间隙，在转子变形时滚柱轴承与转子接触。因为滚柱轴承限定保护间隙，滚柱轴承可被称为保护轴承。通过提供偏离旋转轴线中心的轴，轴和滚柱轴承可靠近转子放置。这允许使用小的滚柱轴承，其比较大的滚柱轴承具有更小的质量。通过提供偏离旋转轴线中心的轴，滚柱轴承放置在适当位置和方位，
滚柱轴承在此能够接触转子，并且滚柱轴承与转子之间仅有少量的摩擦。对定子提供轴和滚柱轴承的优势在于轴和滚柱轴承不会随着转子旋转。轴和滚柱轴承因此不会影响转子的平衡。
24.本发明是一种电动机/发电机。电动机将电能转换成动能即转子的旋转。发电机将动能即转子的旋转转换成电能。在一示例中，本发明是一种电动机，其将电能转换成动能以增大转子的旋转速度。电能例如由电池提供。当希望减小转子的旋转速度时，本发明通过减小转子的旋转速度作为发电机而工作。通过减小转子的旋转速度，动能从转子传递至发电机。发电机将动能转换成电能。电能例如存储在电池中。在此示例中，本发明能够在用作电动机和用作发电机之间切换。在另一示例中，本发明仅用作电动机。在此示例中，本发明仅能够将电能转换成转子的旋转。降低转子的旋转速度例如通过使用制动系统完成。在另一示例中，本发明仅用作发电机。在此示例中，本发明仅能够将转子的旋转动能转换成电能。在此示例中，转子例如由风力或水力或内燃机产生的动力驱动。在此示例中，本发明可包括电子器件以防止施加到发电机的电能使转子旋转。在本专利申请的下文中，术语“电动机”、“发电机”、“电动机/发电机”均意在表示被配置为将电能转换成动能的设备、被配置为将动能转换成电能的设备、或者被配置为将电能转换成动能并且被配置为将动能转换成电能的设备。
25.定子具有外周边，该外周边例如相对于旋转轴线不对称或者旋转对称。外周边为例如圆柱形形状。在一示例中，外周边形成定子的主要部分的外表面。在此示例中，定子的一些部分可径向延伸超过外周边。
26.转子至少同轴地包围定子的外周边。转子为例如圆柱形形状，并且围绕定子同轴布置。圆柱形形状具有两个闭合端、两个开放端或者一个开放端和一个闭合端。闭合端例如提供有开口，用来接纳电线以便将定子上的电线圈与电源连接。闭合端例如密封转子的内部空间，以防止或减少灰尘或水分进入到转子的内部空间。进入转子的内部空间的灰尘或水分可能会损坏定子部件或转子部件。
27.转子相对于定子围绕旋转轴线能旋转。转子和定子沿着旋转轴线相对于彼此对齐。优选地，转子和定子沿着旋转轴线彼此精确对齐，以允许磁通轴承间隙尽可能小，同时防止转子和定子在磁通轴承间隙处彼此接触。通过提供小的磁通轴承间隙，在磁通轴承间隙处可产生大的磁通量。大的磁通量增大电动机/发电机的效率。
28.磁通轴承间隙例如由定子上线圈的线圈表面和转子上磁体的磁体表面形成。在另一示例中，定子包括线圈和芯部。线圈围绕芯部布置。例如，线圈围绕芯部缠绕。芯部朝着转子径向向外延伸。芯部具有面向转子的芯端表面。芯端表面形成磁体轴承间隙的一侧。磁通轴承间隙的另一侧由附接至转子的表面形成。该表面例如是附接至转子的磁体的表面。在另一示例中，转子被提供有由诸如铁的铁磁材料制成的齿。齿朝着定子径向向内延伸。每个齿具有面向定子的齿端表面。齿端表面形成磁通轴承间隙的另一侧。在另一示例中，转子提供有齿和磁体。齿比磁体进一步径向向内延伸。电动机/发电机被提供有单个磁通轴承间隙或多个磁通轴承间隙。
29.转子和定子由保护间隙隔开。保护间隙是转子与定子之间不同于磁通轴承间隙的间隙。例如，保护间隙邻近磁通轴承间隙。在此示例中，保护间隙小于磁通轴承间隙，即，转子与定子之间的距离在保护间隙处比在磁通轴承间隙处小。当发生转子变形时，转子可在
朝着定子的方向上变形。当转子的变形到达定子时，转子在保护间隙处物理接触定子，这是因为保护间隙比磁通轴承间隙更靠近转子。因为在保护间隙处与定子物理接触，定子的刚度防止转子进一步变形。结果，转子不会变形到转子在磁通轴承间隙处接触定子的程度。尽管转子变形，但防止了磁通轴承间隙闭合。除了防止磁通轴承间隙闭合之外，保护间隙的闭合可防止非磁通轴承间隙闭合。
30.在另一示例中，保护间隙与磁通轴承间隙有一定距离。在此示例中，保护间隙大于或小于磁通轴承间隙或者甚至与磁通轴承间隙一样大。在一示例中，保护间隙被配置为在转子相对于垂直于旋转轴线的定子的意外旋转期间保护磁通轴承间隙。转子的意外旋转是转子变形的示例。意外旋转的中心由例如将转子联接至定子的轴承的位置和/或由施加至转子以造成意外旋转的外力确定。当保护间隙比磁通轴承间隙距离意外旋转的中心更远时，保护间隙可大于磁通轴承间隙，但由于意外旋转依旧闭合，同时磁通轴承间隙保持打开。由于距离意外旋转的中心距离更大，转子在保护间隙处比在磁通轴承间隙处朝着定子移动更大的特定意外旋转角度。
31.轴被布置为偏离旋转轴线的中心。例如，轴平行于旋转轴线，但与旋转轴线偏移。在另一示例中，轴不平行于旋转轴线，诸如垂直。通过说明轴布置在某一方向上，可参考轴的轴向方向。轴的轴向方向是滚柱轴承的旋转方向。
32.在一实施例中，轴相对于旋转轴线径向布置。
33.通过将轴相对于旋转轴线径向布置，滚柱轴承能够沿着径向轴线旋转。当保护间隙是轴向间隙时，该布置限制了转子与滚柱轴承之间的摩擦。在轴向间隙中，转子和滚柱轴承沿着转子的轴向方向间隔开形成保护间隙的距离。在转子变形的情况下，转子的轴向表面接触滚柱轴承。因为滚柱轴承能够沿着径向轴线旋转，滚柱轴承能够随着转子的轴向表面旋转，因此在转子与定子之间产生最小量的摩擦。
34.在一实施例中，定子包括电磁体。滚柱轴承位于旋转轴线与电磁体之间。
35.对于电动机，电磁体优选尽可能径向向外地安装在定子上，使得磁通轴承间隙处于电动机中可用的最大可能半径处。使磁通轴承间隙处于最大可能半径处，在电动机的给定直径下提供最高扭矩。通过将滚柱轴承提供在旋转轴线与电磁体之间，磁通轴承间隙可布置在最大可能半径处，同时保护间隙防止磁通轴承间隙在转子变形期间闭合。
36.在一实施例中，轴从外周边径向延伸。
37.在此实施例中，轴在相对于旋转轴线呈径向的方向上从外周边朝着转子延伸。因为滚柱轴承联接至轴，滚柱轴承位于定子的外周边径向外侧。通常可能发生的转子的变形是转子在垂直于旋转轴线的方向上相对于定子不希望地旋转。例如，当外力在与旋转轴线偏移的位置施加至转子的侧表面时发生这种情况。这种外力使转子在垂直于旋转轴线的方向上相对于定子旋转，其中旋转中心靠近或位于旋转轴线处。将转子联接至定子的轴承的刚度使旋转中心靠近为位于旋转轴线处。因为旋转中心靠近或位于旋转轴线处，意外旋转使转子相对于定子移位，该移位随着距离旋转轴线的径向距离增大。通过将轴放置在外周边径向外侧，滚柱轴承位于转子因意外旋转而大量移位的位置。这允许使用大的保护间隙，同时仍能防止磁通轴承间隙因意外旋转而闭合。大的保护间隙更容易制造，因为与小的保护间隙相比，制造和组装电动机/发电机所需的精度更低。
38.在一实施例中，保护间隙为轴向间隙。
39.例如，当电动机为轴向磁通永磁(afpm)电动机时，在转子的轴向方向上转子与定子之间的距离在一些情况下是小的。在afpm电动机中，磁通轴承间隙为轴向间隙。在一示例中，afpm电动机具有两个磁通轴承间隙。这两个磁通轴承间隙是沿着旋转轴线位于定子相对侧上的轴向间隙。磁通轴承间隙被定义为转子与定子之间在转子的轴向方向上的距离。为了防止磁通轴承间隙因转子变形而闭合，保护间隙被布置成轴向间隙。保护间隙布置在例如磁通轴承间隙的径向内侧或径向外侧。
40.在一实施例中，旋转轴线为水平轴线，并且轴垂直于该水平轴线并指向该水平轴线。
41.例如，在轮内电动机中，转子用于通过旋转车轮来驱动车辆。在此示例中，假设车辆位于水平面上，则旋转轴线是水平的。例如，在风力涡轮机中，转子的旋转轴线是水平的，从而，当风力驱动风力涡轮机时，从转子延伸的桨叶在大致垂直的平面中移动。通过水平布置旋转轴线，与例如旋转轴线为竖直的情况相比，风力涡轮机的桨叶能够接收到更多的风。
42.在一实施例中，滚柱轴承位于或靠近定子的最低位置。
43.在车辆的轮内电动机中，使转子变形的力通常会在转子的最低点产生，例如，由于拐弯或撞到路缘。于是，最有效的是将轴和滚柱轴承放置在或靠近定子的最低位置。
44.在一实施例中，轴平行于旋转轴线并且保护间隙为径向间隙。
45.在此实施例中，保护间隙在定子的径向外侧并在一部分转子的径向内侧。例如，如果转子在相对于旋转轴线的径向方向上变形，则保护间隙闭合。在此示例中，保护间隙防止作为径向磁通轴承间隙的磁通轴承间隙因转子变形而闭合。例如，如果电动机是径向磁通永磁(rfpm)电动机，磁通轴承间隙为径向间隙。在rfpm电动机中，电磁体和永磁体相对于彼此布置在不同的径向位置。例如，电磁体布置在定子上，永磁体布置在转子上。永磁体布置在电磁体径向外侧。通过提供平行于旋转轴线的轴，滚柱轴承被布置为如果保护间隙因转子变形而闭合则随着转子的径向表面旋转。转子施加到滚柱轴承上的摩擦力使滚柱轴承沿着轴旋转，由此使转子的径向表面与滚柱轴承之间的摩擦最小。
46.在一实施例中，轴为指向旋转轴线的非垂直轴。
47.在风力涡轮机中，使转子变形的力会发生在不同方位，这是因为通常由阵风产生力。这种阵风通过使转子围绕垂直轴线意外旋转而使转子变形。通过将轴提供为指向旋转轴线的非垂直轴，滚柱轴承处于保护磁通轴承间隙的位置，以防止转子围绕垂直轴线的意外旋转。
48.在一实施例中，滚柱轴承具有内圈和外圈。内圈连接至轴。外圈具有外侧表面。外侧表面与转子之间的距离限定保护间隙。
49.滚柱轴承具有内圈和外圈。诸如球或辊子的滚动元件布置在内圈与外圈之间。内圈连接至轴。例如，内圈固定至轴，使得内圈相对于轴不能移动。外圈相对于内圈沿着轴能移动。外圈具有外侧表面。外侧表面为弯曲表面，该弯曲表面被布置为例如与轴同心。当保护间隙因转子变形而闭合时，转子接触外圈的外侧表面。因为外侧表面是径向上距离轴最大距离处的外圈的部分，转子与外侧表面之间的接触使外圈旋转，其中转子与滚柱轴承之间仅有最少量的摩擦力。小的摩擦力乘以轴与外侧表面之间大的径向距离形成足够的扭矩，以使外圈相对于内圈旋转。因为小的摩擦力足以使外圈相对于内圈旋转，在转子与滚柱轴承之间不再产生大的摩擦力。通过防止大摩擦力，减少了电动机/发电机的磨损和颗粒的
形成。在一示例中，转子和外圈被配置为当保护间隙在接触区域闭合时彼此接触。转子在接触区域沿至少部分地与外圈相切的方向上移动。滚柱轴承相对于接触区域被布置为使得转子在接触区域的运动至少部分地与外圈相切。
50.在一实施例中，外侧表面与转子之间的距离在相对于轴的径向方向上。
51.在此实施例中，保护间隙由外侧表面与转子之间在相对于轴的径向方向上的距离限定。因此，当转子变形并使保护间隙闭合时，转子在相对于轴的径向方向上变形。结果，当转子接触外圈时，滚柱轴承在转子与外圈之间仅需要最少量的摩擦力使外圈相对于内圈旋转。结果，减小了转子与滚柱轴承之间的摩擦。
52.在一实施例中，电动机/发电机包括多个滚柱轴承和多个轴。多个滚柱轴承中的每一个围绕多个轴中相应的一个能旋转。多个轴布置在定子上以限定多个保护间隙。取决于转子的变形，多个保护间隙中的一个或多个被配置为闭合。
53.在此实施例中有多个保护间隙。形成多组滚柱轴承和轴。每组滚柱轴承和轴在该组的滚柱轴承与转子之间限定保护间隙。各组分布在定子上。例如，在定子上围绕旋转轴线彼此成120
°
布置三组。例如，在定子上围绕旋转轴线彼此成90
°
布置四组。例如，在定子上围绕旋转轴线彼此成36
°
布置十组。各组的轴例如以相同方式布置，例如，所有轴相对于旋转轴线径向布置，或者所有轴相对于旋转轴线切向布置。各组轴例如以不同方式布置，例如，一些轴相对于旋转轴线径向布置，而一些其他轴相对于旋转轴线切向布置。取决于转子的变形，一些组的滚柱轴承接触转子。例如，当转子的下部径向变形时，位于定子下部限定径向保护间隙的一个或多个滚柱轴承接触转子。在另一示例中，当转子的上部轴向变形时，位于定子上部限定轴向保护间隙的一个或多个滚柱轴承接触转子。例如，基于转子的预期变形，各组轴和滚柱轴承放置在定子上的特定位置。预期变形可以基于电动机/发电机的构造和/或刚度，和/或可基于在电动机/发电机的操作使用期间预计施加到转子的外力。
54.在一实施例中，滚柱轴承为来自滚珠轴承、滚针轴承和凸轮滚柱的组中的轴承。
55.根据该实施例的滚柱轴承能够形成保护间隙，而不会有与滑动轴承相关的诸如磨损的缺点。而且，滚柱轴承的摩擦通常远低于发生在滑动轴承中的摩擦。如果保护间隙闭合，滚柱轴承比滑动轴承耗散更少的能量。
56.在一实施例中，提供一种具有电动机/发电机的车辆，更具体地，为上文实施例中所述的轮内电动机/发电机。
57.在车辆中，电动机/发电机的转子经常暴露于使转子变形的外力。例如通过使车辆高速转弯、在颠簸的路面诸如人行道或减速带的边沿行驶、穿过坑洼或将车辆靠在路缘停放所产生的外力。通过在车辆中提供上述实施例中所述的电动机/发电机，提供了重量减轻的坚固的电动机/发电机。
58.在一实施例中，提供一种配备有根据上述一个实施例的电动机/发电机的风力涡轮机。
59.因附接至转子的桨叶的重量，风力涡轮机的转子承受大的应力。因为转子正在旋转，桨叶的重量对转子的应力产生变化。例如，与桨叶水平定位时相比，当桨叶垂直定位时，桨叶在转子上形成不同的应力。应力的变化造成转子变形。除了桨叶造成的变形之外，风力造成转子的进一步变形。阵风可对一个或多个桨叶造成突然的力。突然的力造成转子额外的变形。尽管转子存在所有这些变形，风力涡轮机的磁通轴承间隙应尽可能小，以提高风力
涡轮机的效率。通过为风力涡轮机提供根据本发明的电动机/发电机，可使用小的磁通轴承间隙。通过如上所述的保护间隙以保护磁通轴承间隙不闭合。
附图说明
60.在下文中将参照附图更详细地描述本发明，附图中将以非限制性方式示出本发明的示例性实施例。附图示出为：
61.图1：示意性地示出根据本发明的第一实施例，
62.图2：示意性地示出第一实施例的细节，
63.图3：示意性地示出本发明的第二实施例的细节，
64.图4：示意性地示出根据本发明的第三实施例，
65.图5：示意性地示出第三实施例的细节，
66.图6：示意性地示出根据本发明的第四实施例的细节，
67.图7：示意性地示出根据本发明的第五实施例，
68.图8：示意性地示出根据本发明的第六实施例。
具体实施方式
69.图1示出根据本发明的第一实施例。第一实施例为径向磁通永磁(rfpm)电动机。然而，本发明不仅仅限于该类型的电动机。本发明意在涵盖其中转子与定子之间存在窄磁通轴承间隙的任意电动机，例如轴向磁通永磁电动机、磁阻电动机和电感电动机。
70.图1示出包括转子112、122和定子104、106的电动机100。附图标记112和122表示转子112、122的两个部件，它们一起包围定子104、106并相对于定子104、106一起旋转。附图标记104和106表示连接在一起的定子104、106的两个部件。转子112、122利用轴向电动机轴承114和116能旋转地安装在定子104、106上，使得转子112、122能够围绕旋转轴线102相对于定子104、106旋转。转子112、122包括多个永磁体118。定子104、106包括多个电磁体108。转子112、122的永磁体118面向定子104、106中的多个永磁体108。注意到永磁体118的数量通常不同于电磁体108的数量，但事实并非如此。定子部件104是定子的其上布置有轴向电动机轴承114、116的部件。定子部件106连接至定子部件104并支撑电磁体108。转子部件112是转子的保持永磁体118的部件。转子部件122连接至转子部件112以包围永磁体118和电磁体108。通过包围永磁体118和电磁体108，转子112、122保护永磁体118和电磁体108免受灰尘和水分的影响。
71.磁通轴承间隙120存在于永磁体118与电磁体108之间。磁通轴承间隙120通常在1-2mm之间。磁通轴承间隙120为径向间隙，在定子104、106与转子112、122之间径向延伸。图1进一步示出了间隙保持元件110，其在图2中更详细地示出。
72.定子106包括外周边。该外周边为定子106的最径向向外的外周边。该外周边由电磁体108的径向外表面形成。该外周边形成磁通轴承间隙120的一侧。
73.在工作时，因此在电动机的操作使用期间，电磁体112感应旋转磁场，该旋转磁场通过磁通轴承间隙120与永磁体118相互作用，导致在转子112、122上产生扭矩。当电动机100为车辆的轮毂电动机(即，轮内电动机)时，电动机100被轮辋130和轮胎132围绕。当车辆拐弯或撞上路边时，力f抓住道路134与轮胎132之间的地块。该力f往往使转子112、122倾斜
或弯曲。这进而影响磁通轴承间隙120和其他间隙的大小。
74.间隙保持元件110，进一步参见图2，包括经由轴206附接至定子106的滚柱轴承204。滚柱轴承204用于产生保护间隙202a、202b。保护间隙202a、202b在旋转轴线102的轴向方向上，以保护在径向方向上的磁通轴承间隙120。因此控制轴向保护间隙202a、202b来保护径向磁通轴承间隙120。
75.间隙保持元件110不随着转子112、122一起旋转，这是因为间隙保持元件110连接至定子104、106。因此，间隙保持元件110对电动机的平衡没有影响。
76.因为力f抓住道路134与轮胎132之间的地块，间隙保持元件110的优选位置位于定子104、106的最低位置。定子104、106的最低位置尽可能靠近力f施加至轮胎132的位置。优选将电磁体108和永磁体118放置在离旋转轴线102尽可能远的位置，以用电动机100形成最大的扭矩，这是一个限制。因此，间隙保持元件110被放置在定子104、106的最低位置，恰好位于电磁体108的径向内侧。
77.值得一提的是，间隙保持元件110不仅限制例如拐弯的直接影响(倾斜和弯曲)，还限制转子112、122和/或定子104、106的振动影响。为了限制振动，间隙保持元件110在定子104、106上的其他(切向)位置同样有效。
78.图2示意性地示出第一实施例的细节。该细节集中在间隙保持元件110周围。
79.图2示出了包括滚珠轴承的间隙保持元件110，其为滚柱轴承204的示例。滚柱轴承204包括内圈208和外圈210。轴206插入在定子106中的孔中。轴206连接至定子106。轴206相对于旋转轴线102径向布置。因为轴206相对于旋转轴线102径向布置，轴206被布置为偏离旋转轴线102的中心。因为轴206的方向不与旋转轴线102的方向对齐，轴206被布置为偏离旋转轴线102的中心。两个间隔件212a、212b在内圈208的相对侧上放置在轴206上，以保持外圈210与定子106分离。两个间隔件212a、212b防止外圈210的轴向表面接触定子106。如果内圈208略长于外圈210，则这些间隔件212a、212b可能是多余的。
80.滚柱轴承204优选放置在定子106中的多少为矩形的槽中。在电磁体108安装至定子106上之前，轴206可插入到在定子106中钻出的孔中。轴206相对于旋转轴线102径向布置并指向旋转轴线102。
81.保护间隙202a和202b存在于外圈210与转子部件112、122之间。保护间隙202a和202b在转子112、122的轴向方向上，即在平行于旋转轴线102的方向上。保护间隙202a和202b因此为轴向间隙。当转子112、122弯曲或倾斜时，这些保护间隙202a和202b中的一个将闭合，转子112、122将在外圈210上滚动。如果定子106在轴向方向上不是刚性的，则然后施加在滚柱轴承204上的力可使定子106连同转子112、122一起弯曲或倾斜，或者定子106可能充分加强转子112、122以限制进一步的变形。
82.如图2所示，内圈208连接至轴206。外圈210具有外侧表面。保护间隙202a由外圈210的外侧表面与转子112之间的距离限定。保护间隙202b由外圈210的外侧表面与转子122之间的距离限定。
83.在一示例中，旋转轴线102为水平轴线，轴206垂直于该水平轴线并指向该水平轴线。轴206被例如垂直布置并指向旋转轴线102。在另一示例中，轴206指向旋转轴线并且是非垂直的，例如是水平的或者与水平面成大于0
°
且小于90
°
的角度。
84.在此实施例中，讨论了滚珠轴承，但可以使用不同类型的滚柱轴承204，例如滚针
轴承、圆柱轴承等。
85.图3示意性地示出了本发明的第二实施例的细节。该细节集中于间隙保持元件110周围。第二实施例的细节可实施为如图1所示的电动机中。第二实施例的细节与第一实施例的细节相同，除了下面公开的内容。
86.图3示出包括滚柱轴承204和轴306的间隙保持元件110，轴306未插入在定子106中，而是安装在定子106上。盖304a、304b将轴306和滚柱轴承204保持就位。盖304a、304b可利用螺钉或通过(点)焊安装至定子106。保护间隙302a的闭合导致转子112对滚柱轴承204的外圈210的力。
87.该间隙保持元件110例如仅保护一个保护间隙302a。因为轴306布置在定子106的一个侧表面上，保护间隙302a小于保护间隙302b。在一实施例中，第二间隙保持元件110放置在定子106的相反侧上，即放置在图3中定子106的右侧上。第二间隙保持元件110与转子122限定了保护间隙302b。在一实施例中，单个间隙保持元件110限定保护间隙302a和保护间隙302b。在该实施例中，保护间隙302b大于保护间隙302a。
88.如图3所示，内圈208连接至轴306。外圈210具有外侧表面。保护间隙302a由外圈210的外侧表面与转子112之间的距离限定。保护间隙302b由外圈210的外侧表面与转子122之间的距离限定。
89.图4示意性地示出了根据本发明的第三实施例的电动机100。第三实施例与图1所公开的第一实施例相同，除了以下内容。
90.图4示出了间隙保持元件410。间隙保持元件410联接至定子106。间隙保持元件410在旋转轴线102与电磁体108之间布置在定子106上。电磁体108相对于旋转轴线102位于间隙保持元件410径向外侧。间隙保持元件410被配置为保护径向磁通轴承间隙120，以防止转子112、122在z方向上，即相对于旋转轴线102的径向方向上变形。例如，当附接有电动机100的车辆在颠簸或坑洼道路上行驶时，会发生转子112、122在z方向上的变形。
91.图5示意性地示出了第三实施例的细节。该细节集中于图4中所使用的间隙保持元件410周围。
92.图5示出了安装在共同轴506上的两个滚柱轴承504a和504b。轴506突出穿过定子元件106。轴506平行于旋转轴线102，即，轴506在转子112、122的轴向方向上。两个滚柱轴承504a、504b中的每一个具有内圈508和外圈510。保护间隙502a位于滚柱轴承504a与转子部件112之间。保护间隙502b在滚柱轴承504b与转子部件122之间。转子部件112具有突出部，该突出部在轴向方向上延伸，以便在该突出部与滚柱轴承504a的外侧表面之间生成保护间隙502a。转子部件122具有突出部，该突出部在轴向方向上延伸，以在该突出部与滚柱轴承504b的外侧表面之间形成保护间隙502b。保护间隙502a、502b中的一个或二者在转子112、122在z方向上变形时闭合，并且由此保护径向磁通轴承间隙120。
93.轴506在中间具有加厚部分，该加厚部分比安装有轴承504a、504b的内圈508的轴506的端部处的部分厚。通过对轴506中间提供加厚部分，图2所示的间隔件212a、212b是多余的。中间处的加厚部分被配置为防止滚柱轴承504a、504b的外圈510的轴向表面接触定子106。
94.轴506平行于旋转轴线102布置并相对于旋转轴线102偏移。因为轴506相对于旋转轴线102偏移，轴506被布置成偏离旋转轴线102的中心。因为轴506不与旋转轴线102对齐，
轴506被布置为偏离旋转轴线102的中心。
95.图6示意性地示出根据本发明的第四实施例的细节。该细节集中于如图4所示的间隙保持元件410周围。第四实施例与图4和图5所公开的第三实施例相同，除了以下内容。
96.图6示出转子部件112和122与图5中的转子部件112和122具有略微不同的形式。转子部件112和122形成滚柱轴承504a和504b位于其中的环形腔。因此，存在四个保护间隙(502a，502b，602a和602b)，而不是两个(502a和502b)。当转子112、122在正z方向上变形时，保护间隙502a和502b闭合。当转子112、122在负z方向上变形时，保护间隙602a和602b闭合。通过提供两个滚柱轴承504a、504b，与仅具有一个滚柱轴承相比，转子112、122对每个滚柱轴承504a、504b的力减小。
97.如图6所示，滚柱轴承504a、504b各自具有内圈508和外圈510。内圈508连接至轴506。外圈510各自具有外侧表面。外侧表面与转子112、122之间的距离限定保护间隙506a、506b、606a、606b。每个外侧表面与转子之间的距离在相对于轴506的径向方向上。
98.图7示意性地公开了根据本发明的第五实施例。图7示出为轴向磁通永磁(afpm)电动机的电动机100。转子112、122利用轴向电动机轴承114和116能旋转地安装在定子104上。转子112、122被配置为围绕旋转轴线102相对于定子104、106旋转。转子112、122被提供有多个永磁体118，其面对定子106中的多个电磁体108。永磁体118的数量可不同于电磁体108的数量。永磁体118和电磁体108由两个气隙隔开。这两个气隙为磁通轴承间隙702a和702b。在电动机100的操作使用期间，电磁体108产生磁场，该磁场与永磁体118的磁场协作产生扭矩，以使转子112、122相对于定子104、106围绕旋转轴线102旋转。在电动机100的操作使用期间，磁通量被引导通过磁通轴承间隙702a、702b。
99.当外力f施加到转子112上时，扭矩被引入到转子112上，使转子112、122变形。该扭矩使转子112、122围绕垂直于旋转轴线102的轴线旋转。当电动机100为车辆的轮毂电动机(即，轮内电动机)时，电动机100被轮辋和轮胎包围。力f可能是车辆拐弯或者驾驶车辆越过路缘时产生的。这种电动机的磁通轴承间隙通常在1-2mm之间。
100.在定子106的最低点，轴706b附接至定子104、106。轴706b从定子106的外周边径向延伸。滚柱轴承704b附接至轴706b。滚柱轴承706b相对于轴706b围绕轴线708能旋转。轴线708在相对于旋转轴线102的径向方向上。滚柱轴承704b具有外圈，该外圈具有外侧表面。滚柱轴承704b的外侧与转子112、122之间在转子112、122的轴向方向上的间隙形成保护间隙。该保护间隙小于磁通轴承间隙702a或702b。
101.同样，在定子106的最高点，轴706a附接至定子。轴706a从定子106的外周边径向延伸。滚柱轴承704a附接至轴706a。滚柱轴承706a相对于轴706a围绕轴线708能旋转。轴线708在相对于旋转轴线102的径向方向上。滚柱轴承704a具有外圈，该外圈具有外侧表面。滚柱轴承704a的外侧与转子112、122之间在转子112、122的轴向方向上的间隙形成保护间隙。该保护间隙小于磁通轴承间隙702a或702b。
102.滚柱轴承704a和704b中的每一个具有内圈和外圈。内圈分别连接到轴706a或706b。外圈各自具有外侧表面。外侧表面与转子112、122之间的距离限定保护间隙。外侧表面与转子112、122之间的距离在相对于轴706a或706b的径向方向上。
103.如图7所示，电动机100包括多个滚柱轴承704a、704b和多个轴706a、706b。多个滚柱轴承704a、704b中的每一个围绕多个轴706a、706b中的相应一个能旋转。滚柱轴承704a围
绕轴706a能旋转。滚柱轴承704b围绕轴706b能旋转。多个轴706a、706b布置在定子106上以限定多个保护间隙。取决于转子的变形，多个保护间隙中的一个或多个被配置为闭合。转子112、122上部中的变形使得由滚柱轴承704a限定的保护间隙闭合。转子112、122下部中的变形使得由滚柱轴承704b限定的保护间隙闭合。
104.在一示例中，滚柱轴承704a或704b可由轴向移位的一对滚柱轴承替代。以此方式，该对中的每一个仅限定一个保护间隙。在一示例中，定子106在转子112、122的轴向方向上延伸，以提供足够的空间来放置轴向移位的该对滚柱轴承。除了彼此轴向移位之外，该对滚柱轴承还可以成角度移位。该实施例对于较厚的定子106特别有吸引力。
105.在该实施例中，尽管使用两个滚柱轴承706a、706b，一个在最低位置，一个在最上位置，可以预见，只有在最低位置的滚柱轴承706b就足够了。然而，对于风力涡轮机，例如移位超过90度的若干滚柱轴承可能是必须的。
106.轴706a和706b相对于旋转轴线102径向布置。因为轴706a和706b相对于旋转轴线102径向布置，轴706a和706b被布置成偏离旋转轴线102的中心。因为轴206的方向不与旋转轴线102的方向对齐，轴706a和706b被布置为偏离旋转轴线102的中心。
107.图8示意性地示出了根据本发明的第六实施例。第六实施例与第五实施例相同，除了以下内容。图8示出了滚柱轴承804a和804b，其不像滚柱轴承706a和706b那样设置在定子106的径向最外位置。滚柱轴承706a和706b布置在定子106的周边。相反，滚柱轴承804a、804b布置在旋转轴线102与电磁体108之间。滚柱轴承804a、804b布置在电磁体108的径向内侧。
108.该位置的优势在于，由于在电磁体108外部不放置轴或滚柱轴承，因此转子112、122的直径可以小。然而，可能需要略微提高转子112、122的刚度，并且将轴806a、806b和滚柱轴承804a、804b固定至定子106可能更困难。在该实施例的优选方案中，滚柱轴承804a、804b放置在矩形槽中。在与槽相交的旋转轴线102的方向上，从定子106的周边开始的孔用于将轴806a和806b分别放置在滚柱轴承804a、804b中，然后放置电磁体108。轴806a、806b完全在放置电磁体108的半径范围内。
109.如同图7的电动机，在第六实施例中，设想了具有两个轴向移位的滚柱轴承的变型。这些滚柱轴承可并排放置，或者作为替代，可以略微径向或切向移位。
110.注意到，尽管图7和图8例示了本发明使用两个滚柱轴承，但可以预见电动机仅具有一个滚柱轴承，以及电动机具有两个以上滚柱轴承。具有除了垂直方向之外处于其他方位的滚柱轴承的电动机也是本发明的一部分。
111.在一实施例中，根据以下条款中的一项提供本发明：
112.条款1：一种电动机/发电机，示出旋转轴线，电动机/发电机包括定子和转子，定子示出外周边，转子至少包围定子的外周边，转子围绕旋转轴线能旋转，转子和定子被第一组两个轴向气隙隔开，定子的每一侧有一个气隙，当任一气隙短暂闭合时，转子和/或定子损坏，其特征在于，定子示出一个或多个径向轴，每个径向轴与一个保护轴承相关联，每个保护轴承的内圈围绕相关联的轴，保护轴承配备有外圈，该外圈具有足够大的外径以避免至少一个气隙在转子和/或定子由于外力变形时闭合，由此避免由于所述外力导致气隙闭合和转子和/或定子损坏。
113.条款2：条款1中的电动机/发电机，其中一个或多个径向轴从外周边向外延伸。
114.条款3：条款1中的电动机/发电机，其中定子配备有位于半径r上的电磁体，并且一个或多个径向轴位于旋转轴线与安装电磁体的半径r之间。
115.条款4：前述任一条款中的电动机/发电机，其中旋转轴线为水平轴线，并且转子为处于垂直平面中的转子。
116.条款5：条款4中的电动机/发电机，其中至少一个轴为指向水平轴线的垂直轴。
117.条款6：条款4中的电动机/发电机，其中电动机示出指向水平轴线的一个或多个非垂直轴。
118.条款7：前述任一条款中的电动机/发电机，其中一个或多个保护轴承具有足够小的外径，在正常条件下，一个或多个保护轴承不接触转子，并且因此在正常条件下不会增大摩擦。
119.条款8：前述任一项条款中的电动机/发电机，其中电动机为轴向磁通永磁电动机，转子包括永磁体，定子包括电磁体。
120.条款9：前述任一项条款中的电动机/发电机，其中电动机为车辆的轮内电动机。
121.条款10：前述条款1-8中任一项条款中的电动机/发电机，其中电动机为风力涡轮机的一部分。
122.条款11：前述任一项条款中的电动机/发电机，其中保护轴承为来自滚珠轴承、滚针轴承和凸轮滚柱的组中的轴承。
123.在一实施例中，根据以下条款中的任一项提供本发明：
124.条款12：一种电动机/发电机，包括定子和转子，定子示出外周边，转子至少同轴地包围定子的外周边，转子围绕旋转轴线能旋转，转子和定子由磁通轴承间隙隔开，工作时在该磁通轴承间隙上产生磁通量，当磁通轴承间隙短暂闭合时，磁通轴承间隙损坏，电动机/发电机示出保护间隙，在转子变形期间在磁通轴承间隙闭合之前保护间隙闭合，从而避免磁通轴承间隙闭合，其特征在于，定子包括围绕轴能旋转的滚柱轴承，滚柱轴承包括内总线(inner bus)和外总线，保护间隙位于外总线与转子之间，保护间隙在正常使用时是打开的。
125.条款13：条款12的电动机/发电机，其中轴为径向轴。
126.条款14：条款13的电动机/发电机，其中定子包括电磁体，并且滚柱轴承位于旋转轴线与电磁体之间。
127.条款15：前述条款12-14中任一项中的电动机/发电机，其中旋转轴线为水平轴线，并且轴为指向水平轴线的垂直轴。
128.条款16：条款15的电动机/发电机，其中滚柱轴承位于或靠近定子的最低位置。
129.条款17：条款12-14中任一项的电动机/发电机，其中轴为指向轴线的非垂直轴。
130.条款18：前述条款中的任一项的电动机/发电机，其中轴为平行于轴线的轴，并且保护间隙为径向间隙。
131.条款19：一种车辆，配备有根据前述条款12-18中任一项的电动机/发电机，更具体地，根据前述条款12-18中任一项的轮内电动机/发电机。
132.条款20：一种风力涡轮机，配备有根据条款12-18中任一项的电动机/发电机。