改进的轴向磁通电机的制作方法

1.本发明涉及一种电机。特别地，本发明涉及电动机和发电机及其效率改进措施。


背景技术：

2.电机(即电动机和发电机)的使用非常广泛。从小规模应用到大型工业系统，当需要运动和/或将运动转换为电能时，电机通常是首选。
3.存在利用直流电或交流电运行的不同类型的电机。除此之外，还开发了许多不同的电机类型，例如有刷直流电机、无刷直流电机、永磁直流电机等。
4.这些已知的电机具有高度依赖于电机转速的效率特性。电机性能特性的一个典型示例是，在开始时呈现迅速的效率提升，在下降之前以较高速度达到最大值。因此，现有的电机具有最高效率点。虽然可以将电机应用设计为以电机的最高效率点运行，但通常希望电机在一个速度范围内运行，而不是在特定速度下运行。对于此类情况，现有技术的电机将以较低的效率运行，因此需要改进。
5.de 101 40 362a1公开了一种侧向旋转式电机，其定子的定子元件彼此独立地安装并且分别设置有相应的绕组。然而，该电机的励磁线圈电磁体为矩形，并且与线圈相比需要更多的磁体。因此，电机不会同时使用所有线圈，而是一次使用2个线圈以利用磁体的磁阻。


技术实现要素：

6.因此，本发明的一个目的是通过提供一种轴向磁通类型的电机来消除、减轻、缓和或减少以上提到的问题中的至少一些问题，该电机的力以增大的半径作用，从而改善机械功输出。
7.根据第一方面，提供了一种电机。
8.将从下面的描述中变得显而易见的上述目的以及许多其它目的、优点和特征由根据本发明的解决方案通过一种电机来实现，该电机包括围绕该电机的中心轴线同心地布置的多个励磁线圈电磁体和布置在所述多个励磁线圈电磁体的每个轴向端部处的至少一个磁体，其特征在于，每个励磁线圈电磁体都与其相邻的励磁线圈电磁体在周向上分开。
9.根据本公开，术语“中心轴线”可以理解为电机的纵向轴线，其中该中心轴线可以与电机的旋转轴线同轴。术语“轴向”端部可以被视为在平行于电机的中心轴线的方向上延伸的端部。径向方向可以被视为与电机的中心轴线正交的方向，其从中心轴线沿径向方向延伸。周向方向可以被视为沿着围绕电机的中心轴线延伸360度的圆周轴线的方向。周向方向可以定义为例如角度或弧度，周向距离例如可以定义为例如角度或弧度的大小，作为圆周的一部分。
10.在一个实施例中，第一磁体(12)可以布置在多个励磁线圈电磁体中的每一个的第一轴向端部处，第二磁体可以布置在多个励磁线圈电磁体中的每一个的第二轴向端部处。因此，对于励磁线圈电磁体中的每一个，电机具有第一和第二磁体。这意味着，如果电机具
有四个励磁线圈电磁体，则它将至少具有定位在励磁线圈电磁体的轴向端部处的四个第一磁体和四个第二磁体。
11.根据本公开，励磁线圈电磁体可以是相对于彼此沿轴向布置的两个或更多个电磁体的组件，其中两个或更多个电磁体限定第一轴向端部和第二轴向端部。
12.通过使励磁线圈电磁体在周向方向上彼此分开，可以减小一个励磁线圈电磁体与另一励磁线圈电磁体的干扰，从而提高电机的效率。
13.此外，每个励磁线圈电磁体都可以具有大于其径向厚度的周向宽度，和/或每个磁体都具有大于其径向厚度的周向宽度。
14.此外，每个励磁线圈电磁体和/或磁体可以具有从内半径到外半径的径向延伸范围，从而限定径向厚度，其中内半径大于外半径的25％，优选地大于外半径的50％。因此，换言之，从中心轴线到励磁线圈电磁体的内半径(内周)在径向方向上的径向距离可以大于从中心轴线到外半径(外周)的长度的25％，或者可以大于从中心轴线到外半径(外周)的长度的50％，或者可以大于从中心轴线到外半径(外周)的长度的75％。这可能意味着励磁线圈电磁体的内周可以定位在距中心轴线一定距离处，其中该距离可以是距励磁线圈磁体的外周的径向距离的至少25％、50％和/或75％。因此，至少25％的距励磁线圈磁体的外周的径向距离将没有励磁线圈磁体。因此，磁体将仅定位在围绕中心轴线的径向距离的25％-100％的距离内，并且径向长度的前25％将没有励磁线圈磁体。
15.这允许磁通量集中在电机的外周区域，从而允许磁通量集中在外周区域，允许利用的磁通量使转子在更长的杠杆臂处旋转，由于转子的增加的杠杆臂使得在使用相同的磁力大小时能提供增大的转矩。这意味着电机可以提供比现有技术的电机更高的转矩，因为磁通量的汇聚集中在杠杆臂的端部上，而不是沿着转子的杠杆臂的整个长度或大部分杠杆臂分布磁通量。
16.另外，每个励磁线圈电磁体可以包括磁芯和围绕所述磁芯的绕组。
17.而且，每个磁芯都可以包括沿轴向方向延伸的细长部分，以及布置在细长部分的每个轴向端部处的两个横向部分。
18.此外，每个横向部分都可以是弧形的。
19.另外，绕组可以围绕磁芯的细长部分布置。
20.此外，每个励磁线圈电磁体的周向延伸范围可以在50
°‑
85
°
的范围内，并且其中两个相邻的励磁线圈电磁体之间的周向距离在5
°‑
40
°
的范围内。
21.另外，多个励磁线圈电磁体可以被安装成单个励磁线圈组件。
22.此外，励磁线圈组件还可以包括固定各个励磁线圈电磁体位置的支承体，所述支承体由绝缘材料形成。
23.而且，所述多个励磁线圈电磁体中的每一个都可以形成在轴向上间隔开的对立的磁极。
24.此外，所述至少一个磁体中的每个磁体都可以与多个励磁线圈电磁体径向对齐并且布置在距所述多个励磁线圈电磁体的与所述磁体相邻的轴向端部一定轴向距离处。
25.此外，位于励磁线圈电磁体的每个轴向侧的至少一个磁体可以包括多个磁极，其中至少一个磁体的磁极的数量等于励磁线圈电磁体的数量。
26.另外，位于励磁线圈电磁体的每个轴向侧的至少一个磁体可以包括多个磁体，其
面对所述多个励磁线圈电磁体的相应轴向端部呈环形布置。
27.此外，位于励磁线圈电磁体的每个轴向侧的至少一个磁体还可以包括多个磁体，其呈环形布置并且布置在多个励磁线圈电磁体的轴向端部的径向外侧。
28.通过将磁体定位在多个励磁线圈电磁体的轴向端部的径向外侧，除了具有定向在轴向方向上的磁体之外，电磁体可以用作轴向磁通电机以及径向磁通电机。因此，定位在励磁线圈磁体的轴向端部的径向外侧的磁体可以提高由励磁线圈电磁体施加至电机的旋转部分的转矩，因为电机可以使用一个方向的轴向通量以及使用径向方向上的径向通量来运行。
29.而且，布置在多个励磁线圈电磁体的轴向端部的径向外侧的多个磁体可以包括多个磁极，其中呈环形的磁极的数量等于励磁线圈电磁体的数量。
30.另外，位于励磁线圈电磁体的每个轴向侧的至少一个磁体还可以包括多个磁体，其呈环形布置并且布置在多个励磁线圈电磁体的轴向端部的径向内侧。
31.此外，布置在多个励磁线圈电磁体的轴向端部的径向外侧的多个磁体可以包括多个磁极，其中呈环形的磁极的数量等于励磁线圈电磁体的数量。
32.通过将磁体定位在多个励磁线圈电磁体的轴向端部的径向外侧和/或内侧，除了具有定位在轴向方向上的磁体之外，电磁体可以用作轴向磁通电机以及径向磁通电机。因此，定位在励磁线圈磁体的轴向端部的径向外侧和/或内侧的磁体可以提高由励磁线圈电磁体施加至电机的旋转部分的转矩，因为电机可以使用一个方向上的轴向通量以及使用径向方向上的径向通量来运行。
33.可以定位在励磁线圈电磁体的轴向端部的径向内侧和/或外侧的磁体各自(在轴向方向上的)长度都可以小于励磁线圈电磁体长度的20％，更优选地小于励磁线圈电磁体长度的10％，更优选地小于励磁线圈电磁体长度的5％。径向定位的磁体可以连接到轴向定位的磁体，其中径向延伸的磁体可以从轴向磁体并沿朝向励磁线圈电磁体的相对端部的方向延伸。
34.另外，多个励磁线圈电磁体可以形成定子组件，并且位于励磁线圈电磁体的相应轴向侧的至少一个磁体可以形成转子组件。
35.最后，多个励磁线圈电磁体可以形成转子组件，并且其中位于励磁线圈电磁体的相应轴向侧的至少一个磁体形成定子组件。
36.根据本公开，术语“电机”可以涉及将电能转换为动能的装置，或者相反，形式为将动能转换为电能的发电机。因此，当电机的输入是用以转换成电能的动能时，术语“电机”可以用术语“发电机”代替。
37.在一个实施例中，励磁线圈电磁体的芯体由铁、铁与其它材料的合金或非晶铁制成。
38.在一个实施例中，励磁线圈电磁体的绕组由铜、或铜与其它材料的合金制成。
39.在一个实施例中，励磁线圈电磁体的芯体径向延伸从轴的外周到励磁线圈电磁体的芯体的中心点的径向距离的2％-85％，在另一些实施例中，它可以延伸3％-70％或4％
–
55％或5％-40％。以这种方式，实现了大部分合力在距电机的轴的50％以上的距离处产生。因此，实现了大转矩。
40.在一个示例性实施例中，励磁线圈电磁体的芯体和/或磁体的中心部分定位在一
个径向距离处，该径向距离是定子组件的半径距离的至少50％，或更优选地是定子组件的半径距离的至少60％，或更优选地是定子组件的半径距离的至少70％，或更优选地是定子组件的半径距离的至少80％。因此，励磁线圈电磁体的芯体和/或第一轴向定位磁体的中心部分定位在定子组件的外周，其中该距离(距旋转轴线)的剩余部分没有励磁线圈电磁体和/或轴向磁体。
41.在一个实施例中，分别布置在励磁线圈磁体的芯体的径向内侧和外侧的磁体部分——即下磁体部分和上磁体部分——定位在比芯体的通量耗散的最集中点更接近励磁线圈电磁体的绕组的距离处。
42.本发明及其实施例的其它方面由所附专利权利要求限定并且在具体实施方式部分以及附图中进一步解释。
43.应该强调的是，当在本说明书中使用时，术语“包括/包含”用于指定所述特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、部件或它们的组的存在或增加。除非本文另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语均应根据它们在技术领域中的普通含义进行阐释。所有对“一/一个/该[元件、设备、部件、装置、步骤等]”的引用都应公开阐释为指代该元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。
附图说明
[0044]
本发明实施例的目的、特征和优点将从以下参考附图的详细描述中显现，在附图中：
[0045]
图1是电机的一个非限制性示例的示意图；
[0046]
图2是根据一个实施例的电机的截面图。
[0047]
图3是形成根据一个实施例的电机的一部分的励磁线圈组件的等轴测视图；
[0048]
图4是形成根据一个实施例的电机的一部分的磁体构型的等轴测视图；
[0049]
图5是形成根据一个实施例的电机的一部分的励磁线圈电磁体的等轴测视图；
[0050]
图6是形成根据一个实施例的电机的一部分的励磁线圈电磁体的磁芯的等轴测视图；
[0051]
图7是使用图6所示的磁芯的形成根据一个实施例的电机的一部分的励磁线圈电磁体的等轴测视图；
[0052]
图8是根据一个实施例的电机的分解图；
[0053]
图9是根据一个实施例的电机的等轴测视图；
[0054]
图10示出了图的组合，其中示出了图8所示的电机的性能特性；
[0055]
图11a-11b示出了不构成本发明一部分的电机和合力矢量；
[0056]
图12a-12b示出了根据本发明的一个实施例的电机和合力矢量；
[0057]
图13a-13e示出了电机的各种实施例，以及
[0058]
图14是根据一个实施例的电机的分解图。
具体实施方式
[0059]
现在将参考附图描述本发明的实施例。然而，本发明可以采用许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开详
尽和完整，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在对附图所示的特定实施例的详细描述中使用的术语并非旨在限制本发明。在附图中，相同的标号指代相同的元件。
[0060]
在图1中，示意性地示出了电机1。电机1具有封装有各种部件的固定壳体3和在电机1启动时被迫使转动的旋转轴5。电机1还包括功率电子装置7，以提供驱动电机1所需的功率。
[0061]
电机1可以作为电动机被驱动，由此通过旋转轴5的旋转将电能转换为机械能。电机1也可以作为发电机运行，从而通过旋转轴5的旋转接收机械功率并且将这种旋转运动转化为电能。
[0062]
图2示出了电机1的一个实施例的截面图；仅示出了旋转轴5的一侧。电机1包括转子组件10和定子组件20。转子组件10固定在旋转轴5上并由在定子组件20的两个轴向侧从旋转轴5径向延伸的盘形件11形成。每个盘形件11都在其外周处设置有至少一个磁体12。至少一个磁体12由三个部分13a-13c形成。中心部分13a与盘形件11平行地布置在距定子组件的轴向端部一定距离处。上部部分13b布置在定子组件20的第一和/或第二轴向端部的径向外侧，下部部分13c布置在定子组件20的轴向端部的径向内侧。
[0063]
为了电机的正常运行，只需要具有所述部分13a-13c中的一个；因此，在一个实施例中，至少一个磁体仅包括中心部分13a、上部部分13b、下部部分13c或它们的任何组合。
[0064]
增加所述部分13a-13c之一中的第二个可以提高电机1的效率，因为由励磁线圈电磁体产生的磁场可以既由部分13a在轴向方向上被利用，又可以由部分13b和/或13c在径向方向上被利用。因此，电机可以是轴向磁通电机和/或径向磁通电机。当所有部分13a-13c都定位在励磁线圈电磁体30的轴向端部处以及在励磁线圈电磁体30的轴向端部的径向方向内侧和外侧时，这是特别有利的。
[0065]
包括磁体12的盘形件11被允许相对于壳体3旋转。为此，旋转轴5可以借助于一个或多个轴承9可旋转地支承在壳体3处。随着盘形件11旋转，旋转轴5也会围绕其旋转轴线r旋转。
[0066]
对于每个盘形件11，磁体12在圆周方向上被分成交替的磁极。磁体12被移动，使得在每个周向位置，位于定子组件20的一轴向侧的磁体12将具有与位于定子组件20的另一轴向侧的磁体12相反的极性/符号(sign)。
[0067]
定子组件20包括多个励磁线圈电磁体30。励磁线圈电磁体30沿圆周方向分布在电机1的外径处，使得励磁线圈电磁体30围绕旋转轴5。定子组件20布置在磁体12之间，因此每个磁体12都将与由励磁线圈电磁体30产生的磁场一起工作。
[0068]
当通电时，每个励磁线圈电磁体30都将在其各自的轴向端部处产生对立的磁极。通过使用电刷或使用诸如h桥控制器等无刷技术来使每个励磁线圈电磁体30的磁极交替，定子组件20将以旋转方式驱动转子组件10。
[0069]
图3中示出了定子组件20的一个实施例。定子组件20形成环形并且包括多个励磁线圈电磁体30。在所示示例中，有四个励磁线圈电磁体30，然而，应当理解，任何合适数量的励磁线圈电磁体30都是可能的。励磁线圈电磁体30沿着周向方向均匀地分布，且相互间隔一定距离布置。励磁线圈彼此不导电接触。在所示示例中，每个励磁线圈电磁体30具有大约70
°
的周向延伸范围，并且距其相邻的励磁线圈电磁体为大约20
°
。
[0070]
在本实施例中形成励磁线圈组件的定子组件20包括固定每个励磁线圈电磁体30
的位置的支承体22。因此，励磁线圈电磁体30嵌入支承体22中。支承体22优选地由绝缘材料形成，使得励磁线圈电磁体30之间没有接触。
[0071]
虽然励磁线圈组件20形成圆柱形主体，但每个轴向端部都设置有轴向突起24，该突起24可以是励磁线圈组件的第一和/或第二轴向端部。该突起——包括励磁线圈电磁体30的部分以及嵌入支承体的材料部分——将靠近转子组件10的磁体12布置。
[0072]
图4中示出了转子组件10的一个实施例的细节。如前所述，磁体12布置在盘形件11的轴向内侧。因此，图4所示的部件优选地布置在电机1的两个轴向侧。
[0073]
磁体12被分成多个磁极。在所示示例中，有四个以交替方式布置的磁极，使得磁极的数量等于图3所示的励磁线圈组件20的励磁线圈电磁体30的数量。
[0074]
每个磁极的周向延伸范围优选地对应于每个励磁线圈电磁体30的周向延伸范围，即在所示实施例中，每个磁极延伸大约70度，从而留下大约20度的距其相邻磁极的周向角距离。
[0075]
磁体12与多个励磁线圈电磁体30径向对齐并且布置在所述多个励磁线圈电磁体30的与该磁体相邻的轴向端，即在励磁线圈组件20的轴向突出部24处。
[0076]
磁体12形成为环形。在所示的示例中，各磁极具有中心部分13a、上部部分13b和下部部分13c。然而，如前所述，可以只需要所述部分13a-13c中的一个。磁体部分13a-13c具有相等的周向延伸范围。然而，特定磁极的每个部分13a-13c都可以被分成若干段，使得若干相邻段形成一个磁体部分13a-13c。
[0077]
磁体中心部分13a面对多个励磁线圈电磁体30的相应的轴向端部呈环形布置。磁体上部部分13b呈环形布置在多个励磁线圈电磁体30的轴向端部的径向外侧，并且磁体下部部分13c呈环形布置在多个励磁线圈电磁体30的轴向端部的径向内侧。
[0078]
图5-7中示出了与电机1一起使用的励磁线圈电磁体30的两种不同构型。这两个实施例的共同点是i)它们在各自的轴向端部处设置有对立的磁极，并且ii)周向宽度w大于径向厚度d。
[0079]
在图5中，示出了第一示例，其中励磁线圈电磁体30是直线的。励磁线圈电磁体30包括围绕磁芯34的绕组32。磁芯34的形状为h形棒。h形棒可以形成为单体或由多个磁片构成的层叠件。励磁线圈电磁体30具有周向宽度w和径向厚度d。宽度w对应于磁芯34的宽度，而厚度d对应于绕组32的厚度。如图5所示，宽度w显著大于厚度d。比率w/d可以在1.5-10的范围内，例如2.5。励磁线圈电磁体的宽度与厚度之比可有助于将磁通量集中在转子/定子的外周处，以提高电机的效率和转矩。
[0080]
在图6中，示出了根据另一实施例的磁芯34。这里，磁芯34弯曲成与转子组件10的圆柱形几何结构相匹配。
[0081]
磁芯34包括沿轴向方向延伸的细长部分36和布置在细长部分36的各个轴向端部处的两个横向部分38。
[0082]
每个横向部分38(励磁线圈组件的第一和/或第二轴向端部)沿圆周方向延伸，即至少部分地沿着圆形轮廓延伸，因此它们呈弧形。如图7所示，绕组32围绕磁芯34的细长部分36布置。
[0083]
对于图5的实施例，图7的励磁线圈电磁体30具有周向宽度w和径向厚度d。宽度w对应于磁芯34的宽度，而厚度d对应于绕组32的厚度。如图5所示，宽度w显著大于厚度d。比率
w/d可以在1.5-10的范围内，例如2.5。对于转子直径为20cm的电机1，假设励磁线圈电磁体的周向延伸范围为70度，那么励磁线圈电磁体30的宽度w可以是π*20*70/360＝12.2cm。对于这种实施例，该厚度可以在2-8cm的范围内，这取决于不同的材料特性等。
[0084]
在图8中，示出了电机1的一个示例。由于轴向对称，只有位于一轴向侧的元件带有附图标记。
[0085]
电机1具有壳体3，该壳体3提供了励磁线圈组件20的牢固固定。励磁线圈组件20包括励磁线圈电磁体30，以及第一和第二部分40，该第一和第二部分40形成如前所述的励磁线圈组件20的支承体22并且可以定位在励磁线圈电磁体的相对的轴向端部处。第一和第二部分40被定位成使得它们在周向方向上将励磁线圈电磁体30分开并且在分开的励磁线圈电磁体之间提供间隔。
[0086]
转子组件10被示出位于励磁线圈组件20的两个轴向侧，包括盘形件11和磁体12。电机1的轴向端部终止于端板50。
[0087]
应当理解，端板50和/或壳体3设置有电源连接器和/或功率电子装置以正确驱动电机1。
[0088]
图9中示出了电机1的另一示例。这里，示出了双定子布置结构，其中两个励磁线圈组件20串联布置，轴向对齐。励磁线圈组件20是相移的，使得在两个不同励磁线圈组件20的励磁线圈电磁体30之间有50％的重叠。转子组件10布置在双定子布置结构的各个轴向端部上。
[0089]
图10中示出了使根据图8所示的实施例构建的原型的效率可视化的图表。可以如以下示例段落中所公开的那样测试效率。在上图中，输入功率和输出功率显示在竖直轴上，并针对在水平轴上示出的不同的rpm以及由此产生的效率曲线绘制，在下图中绘制了显示在竖直轴上的效率百分比和显示在水平轴上的rpm。可以看出，对于所有rpm，效率都保持在50％以上；然而应当注意，可以通过优化材料、轴承、尺寸等来显著提高效率。结果表明，与现有技术相比，该高效率曲线是具有非常低的峰值的非常平坦的曲线。
[0090]
迄今为止进行的测试表明，在非常宽的rpm区间上具有相同的高效率水平的图案。可以看出，在图中，与现有技术的电机相比，功率输入和功率输出也具有截然不同的趋势。
[0091]
本文所述的实施例的一个主要优点是，由于励磁线圈电磁体30的不同构型和定位，电磁通量将被集中。通过将磁芯34构造成在转子外径处(在周向方向上)相对较长和(在径向方向上)较窄的路径上具有与旋转方向相切的细长形状，机械效果在较低的功率输入下高得多。
[0092]
对于所有实施例，增大电机的直径将降低电机速度(rpm)。然而，随着rpm在相同的功率输入下降低，输出转矩将成比例地提高。由于磁场带相对较窄，合力将作用在增大的半径上，从而产生更恒定的效率。
[0093]
此外，通过将做功区域维持在不同的直径但保持该部段的宽度几乎相同，效率不会受到影响。
[0094]
为了进一步理解本文描述的实施例的技术优势，特别是与每个励磁线圈电磁体都具有大于其径向厚度d的周向宽度w这一事实相关的技术优势，请参考图11a-11b和12a-12b。
[0095]
在图11中，示出了单侧电机的一个示例。定子组件由多个励磁线圈电磁体30形成，
转子组件由多个交替的磁极磁体12形成。
[0096]
在根据图11a的轴向构型中，目的是使磁体12与励磁线圈电磁体的轴向端部(即磁极)之间的相互作用表面最大化。由于相互作用表面增大，电机的输出转矩也增大。然而，如图11b所示，合力矢量rf作用在中心半径而不是外半径上。这将导致效率较低。这是因为靠近中心轴线r的相互作用表面所产生的机械力较低，同时需要高功率输入。
[0097]
由于磁相互作用发生在更靠近转子中心的位置，因此机械输出降低。
[0098]
从图11a可以清楚地看出，励磁线圈电磁体30与永磁体12之间的相互作用表面从转子的外半径延伸到转子的内半径。
[0099]
同时，感应效应(bemf)也是降低电机效率的补充效应。
[0100]
因此，图11a-11b所示的电机的目的在于使机械输出最大化而不考虑设备的效率作为主要目标。
[0101]
现在转到图12a-12b，励磁线圈电磁体30的取向旋转了90
°
(从而需要更少数量的励磁线圈电磁体30)，并且转子的永磁体12被重新成形以匹配励磁线圈电磁体30的轴向端部(即，磁极)的位置。
[0102]
对于针对本文描述的本发明的所有实施例都有效的该实施例，主要目标是提高电机的效率。
[0103]
通过使每个励磁线圈电磁体30与磁体12之间具有相同的相互作用表面，但放置在可能的最大半径处，可以以最小功率输入提取最大机械功。
[0104]
这将与图11a-11b的电机进行比较，其中每个励磁线圈电磁体30与磁体12之间的相互作用表面被放置在最小周向距离处，利用了最大径向延伸范围。
[0105]
通过一次分析一个励磁线圈电磁体，在此构型中，在相似的功率输入下，励磁线圈电磁体30与磁体12之间的相互作用表面仅在转子的外半径处。合力矢量rf1作用在外半径而不是中心半径上。因此，在相似的功率输入下，与图11a-11b的电机相比，这种构型产生更多的机械功率输出。
[0106]
这也是此构型能够在高速和低速下产生并维持高效率的主要原因。
[0107]
现在转到图13a-13e，其中示出了一些不同的实施例。在这些图中，示出了转子，即磁体12的分布。然而，这些图还指出了励磁线圈电磁体30的可能分布，其形状和分布模式与图13a-13e所示的相同。因此，在一个实施例中，如图13a-13e所示的转子的端视图将等同于定子——即励磁线圈电磁体30——的端视图，其于是将呈现出与所示磁体12相同的尺寸。
[0108]
在图13a-13e中，径向厚度被定义为r2-r1，而周向宽度w被指示为磁体/励磁线圈电磁体在其外半径r2处的长度。
[0109]
在图13a中，径向厚度相对较薄，而周向宽度远大于径向厚度。这也适用于图13c的实施例，尽管周向宽度w由于存在较多数量的磁极/磁体/励磁线圈电磁体而减小。
[0110]
在图13b中，磁极/磁体/励磁线圈电磁体的数量与图13c中相同，但是径向厚度增大。
[0111]
在图13e中，磁极/磁体/励磁线圈电磁体的数量与图13b-13c中相同，但是磁极/磁体/励磁线圈电磁体之间的周向距离增大。
[0112]
最后，在图13d中，磁极/磁体/励磁线圈电磁体与图13a的实施例相似，但是径向厚度增大。
[0113]
图14示出了本发明的一个示例性实施例的分解图，其中电机类似于图8所示的电机，具有与图8所示的实施例相同的零部件。然而，在本实施例中，盘形零件100已被引入电机1中，其中盘形零件100的外径小于励磁线圈电磁体的内径(r1)。这意味着，当组装电机时，盘形零件可以定位在电磁线圈的内径(r1)内。盘形零件100具有中心开口102，在此轴5可以延伸穿过开口101，并且盘形零件可以与旋转轴以及转子组件10一起旋转。因此，盘形零件100可以是电机1的转子组件的一部分，其中盘形零件可以定位在励磁线圈组件20内部。当组装电机时，该盘形零件可以与线圈的纵向端部等距地定位。
[0114]
盘形零件可以设置有两个或更多个磁体102、103、104、105，其中磁体可以被极化，其中在本例中，该盘形零件包括具有极性偏移的四个磁体，其中位于相对的外周侧的两个磁体102、104可以具有第一极性，例如北极，其中定位在相对的外周侧的两个磁体103、105可以具有第二极性，例如，南极。磁体的极性可以是交替变化的，因此第一磁体可以是南极，而相邻的磁体可以是北极，等等。盘形零件上的磁体数量可以与电机1的电线圈30的数量相匹配。因此，如果电机有四个线圈30，那么盘形零件可以有四个磁体102、103、104、105。以同样的方式，如果电机有6个线圈，那么盘形零件100可以有6个磁体。该零件不一定必须具有类似圆盘形的形状，而是可以具有能够允许围绕轴5的旋转轴线分布磁体的任何形状，以确保磁体围绕轴线对称地分布，从而使旋转期间的振动最小化。
[0115]
磁极性可以这样设置，即与转子结合，磁体极性可以跟随轴的旋转。根据实验测试，增加一个具有四个永磁体的盘形零件可以使电机的“空载”速度提高15％，负载转矩提高5％。
[0116]
盘形零件的磁体可以具有根据电机转子的旋转方向设置的极性顺序。
[0117]
上面已经参考本发明的实施例详细描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，在如通过所附权利要求限定的本发明的范围内，其它实施例同样是可能的。
[0118]
示例
[0119][0120]
[0121]
用于测试效率的设置
[0122]
上表显示了实验数据，其中根据本说明书对实验电机的旋转轴线施加转矩，并且在多个每分钟转数(rpm)下测量输入功率和输出转矩。表中的变量是：
[0123]
臂长：从电机的旋转轴线到臂的自由端的臂长，
[0124]
质量：由臂的自由端施加到秤上的测定质量，
[0125]
转矩：计算出的施加至电机的旋转轴线的转矩值(质量*臂长*重力)，rpm：测定的电机转速，
[0126]
电压输入：测定的电机输入电压，
[0127]
电流输入：测定的电机输入电流，
[0128]
功率(计算出的功率输入)，
[0129]
效率：(转矩*rpm/60*2π/功率输入*100)[转矩*rpm/60*2π＝功率输出]。
[0130]
图10示出了示例性输出的示例性曲线图。
[0131]
电机的旋转轴附接到臂上，其中该臂从旋转轴线沿径向方向延伸，并且臂被提供断裂力以与固定在电机的旋转轴上的旋转盘进行摩擦连接，从而允许臂在其自由端处对秤施加力。
[0132]
本例表明，示例性电机的功效相对较高，在基本实验设置中在38％到80％的范围内。