[发明专利]带有辅助可移动自导向定子的电机

说明书

提出了具有两个或更多个定子的电机。一个定子(1)是固定的，并且固定到机器的主体(4)，并且第二定子(6)是可移动的，并且可以相对于转子(2)和固定定子(1)两者自由旋转。可移动定子(6)根据由固定定子(1)的电绕组和/或永磁体产生的磁场线自定向。可移动定子(6)使磁场B集中并整形，从而磁力线几乎垂直于转子绕组。可移动定子(6)相对于固定定子(1)的磁场不旋转，并且其中的磁场不改变，不存在连续的重新磁化，避免了磁滞现象并且不产生涡流，因此减少了机器的损耗和发热。可移动定子(6)可以包括永磁体以增加转子活动区间(2)中的磁场。

技术领域

本发明一般而言涉及设计为通过使用电磁感应将机械能转换成电能和将电能转换成机械能的电机。更具体而言，本发明涉及一种通过将被称为可移动定子的辅助自导向(self-directing)元件添加到机器的定子和转子来对磁场导向的方法。

背景技术

每个旋转电机具有被间隙隔开的定子和转子。在提交该专利申请时以电动机模式生产的电机的主要部分使用磁场在定子和转子之间传递能量并将电能变换成机械运动。在发电机模式下，发生逆变换——磁场在绕组中产生电流。在所有电机中，能量转换的方向可以改变，即它们可以将机械能转换成电能(发电机模式)或将电能转换成机械能(电动机模式)。机器的活动部分是磁芯和绕组，它们转换能量。能量变换过程中的损失生成热量。使用冷却系统将温度保持在可接受的范围内。

在计算电动力矩时，在相同/相反的磁极之间施加洛伦兹力或排斥/吸引力。在两种情况下，磁场的方向和大小是至关重要的。磁场由永磁体和/或定子的电磁体产生，并且转子位于该磁场内。位于定子磁极之间的所有材料影响磁场的分布，即，间隙和开口，铁磁材料和顺磁材料重导向磁力线，并形成具有不同方向和大小的磁场的区域。

为了获得最大的磁动势并因此获得最大转矩和效率，磁场必须集中在绕组中流动的电流的区域内，并且绕组线必须垂直于磁场线，即在理想情况下，磁力线必须垂直于转子的表面。当电机作为发电机操作时，必须具有相同的条件，并且必须实现最大的电动势。

为了实现这些目的，在转子中使用了不同材料的组合，并且它以这样的方式形成，即，无论转子将磁场转向何种角度，磁场都具有“可接受的”形状，即磁场线相对于转子绕组处于尽可能接近90°的角度。这是严重的问题，因为当在一些区域中的磁场增强是以在相邻区域中的磁场削弱为代价，并且这些区域与转子一起旋转时，磁场相对于转子的旋转角度的“不灵敏性”和磁场的集中是相互矛盾的任务。

磁芯(作为转子的一部分)的旋转导致在磁芯中产生涡流。为了减轻该问题，转子由金属片(片层(lamellae))制成，压实的铁氧体粉末或转子被制成空心(例如，带有空心非磁性电枢的致动直流电动机)。这增加了电动机成本价格，因为这使转子制造复杂化。产生的电流取决于磁场的大小变化率——提高转速导致损耗增加和过热，这限制了操作范围，即机器的最大可允许转速。由于这些损失，效率随着机器角速度的增加而下降。发热导致转子变形，并且这进一步使机器参数恶化。在具有空心非磁性电枢的电动机的情况下，磁场耗散严重降低电动机的特性，并且仅在需要快速响应时间时才使用这样的电动机。具有空心非磁性电枢的直流电动机被认为是最快的电动机之一，其时间常数为几毫秒，这是因为转子的质量小、惯性低且时间常数小。

发明内容

本发明的目的是创造一种电机，其解决现有技术的上述缺点，并且具体而言，创造一种高效的电机，其中减少磁场的耗散、降低磁芯中涡流的产生以及转子的发热，并且因此减少损耗并且提高机器的效率。

现有的电机基本上由相对于彼此移动的两个部分组成。一部分固定到机器的外壳并且被称为定子。另一部分相对于定子移动并且被称为转子，其中并入了磁性元件，诸如永磁体或电绕组。转子附接到机器轴，由于轴承，转子可以自由旋转。定子和转子之间存在间隙。定子和转子之间的能量传输是经由机器产生的磁场提供的。

本发明向机器增加了磁芯的第三个部分，该部分可以相对于定子和转子二者自由旋转。本申请中提到的第三个部分被称为可移动定子。