[发明专利]电动机或发电机

说明书

发明领域

本发明一般涉及电动机、发电机和再生电动机。此处使用的再生电动机这个术语指的是可以作为电动机或发电机而操作的装置。更具体地说，本发明涉及包括这样一种定子装置的电动机、发电机或再生电动机，所述定子装置本身包括具有由多个单独形成的无定形金属芯片构成的无定形金属磁心的电磁体组件。本发明还提供一种控制装置，其能够使用多个激励和去激励参数的任意组合不同地控制电磁体组件的激励和去激励，以便控制所述装置的速度、效率、功率和转矩。

现有技术的描述

电动机和发电机工业一直寻求提供具有增加的效率和功率密度的电动机和发电机的方法。一段时间以来，一直认为，使用永久超磁体转子(例如钴稀土磁体和钕铁硼磁体)和包括具有无定形金属磁心的电磁体的定子构成的电动机和发电机和常规的电动机和发电机相比可能提供高得多的效率和功率密度。此外，因为无定形金属磁心比常规的铁心材料能够更快地响应磁场的改变，无定形金属磁心能够允许在电动机和发电机内进行更快的磁场转换，因此和常规的铁心电机相比，能够实现速度更高的和控制性能更好的电动机和发电机。不过，迄今证明提供一种包括无定形金属磁心的容易制造的电动机和发电机是非常困难的。

无定形金属一般以具有均匀带宽的薄的连续的带被提供。然而，无定形金属是一种非常硬的材料，使得难于切割和成形，并且一旦退火达到峰值磁性能之后，便变得非常脆的。这使得难于利用常规的方法制造磁心，并且成本太高。这种常规的方法一般涉及切割由磁心材料片构成的各个心层成为所需的形状，并把这些芯片层叠在一起而形成所需的整个磁心的形状。无定形金属的脆性也导致了对利用无定形金属磁心的电动机和发电机的耐用性的担心。磁心受到以非常高的频率变化的极高的磁力。这些磁力能够使磁心材料受到很大的应力，这些应力可能引起无定形金属磁心的破坏。

无定形金属磁心存在的另一个问题是当其受到物理应力时无定形金属材料的导磁率减小。这种导磁率的减小可能和无定形金属材料上的应力的强度非常相关。当无定形金属磁心受到应力时，磁心引导或聚集磁通的效率便被降低，因而引起较大的磁损，降低效率，增加发热，因而减少功率。这个现象被叫做磁致伸缩现象，这种现象可以在电动机或发电机操作期间由来自磁力的应力、来自机械阻尼的或者在安装磁心时产生的机械力、或者由于无定形金属材料的磁饱和而导致的热膨胀与／或收缩而产生的内部应力引起。

常规的磁心通过把磁心层材料连续地层叠在一起而制成，从而形成整个磁心。不过，如上所述，无定形金属难于切割或者不容易加工。因此，在过去，无定形金属磁心通常通过把无定形金属带卷成卷被制成，其中每个相继的材料层利用黏合剂例如环氧树脂被层叠在前一层上。当用于电动机或发电机中时，这种层叠的结构限制了无定形金属材料卷的热膨胀和磁饱和膨胀，因而引起高的内部应力。这些应力引起降低电动机和发电机的效率的磁致伸缩，如上所述。此外，这种结构使得在磁心的每个卷之间具有黏合剂层。因为无定形金属材料一般作为很薄的带被提供，例如只有两个密耳厚，所以黏合剂材料占据磁心体积的很大的部分。黏合剂的体积降低了层叠的磁心内的无定形金属材料的密度，因此，对于整个磁心材料的一个给定的体积，降低了磁心聚集或引导磁通的效率。

本发明提供一种用于使加于电动机、发电机或再生电动机中的无定形金属磁心上的应力最小的方法和装置。这种方法和装置不需要层叠许多无定形金属层，因而减少加于材料上的内部应力，并增加整个磁心内的无定形材料的密度。此外，为了利用无定形金属磁心材料的高速转换能力，本发明提供一种能够可变地控制包括无定形金属磁心的电动机、发电机或再生电动机装置的激励和去激励的控制方法和装置，其中使用多个不同的激励和去激励参数的组合，以便控制所述装置的速度、效率、转矩和功率。

发明概述

如在下面将要详细说明的，本发明披露了一种装置例如电动机、发电机或再生电动机。所述装置包括转子装置，至少一个定子装置，以及以预定的位置关系支撑转子装置和定子装置的装置壳体。所述装置壳体还支撑着转子装置，使其沿着一个围绕给定的转子轴线的预定的转动路径旋转。定子装置具有至少一个可激励的电磁体组件，其包括一个整体的无定形金属磁心和一个电线圈阵列，它们共同限定至少一个磁极件。整体的无定形金属磁心由多个单独形成的无定形金属磁心件构成。定子装置还包括绝缘的电磁体壳体，用于支撑电磁体组件，使得磁极件位于转子装置的旋转路径附近。绝缘的电磁体壳体具有在电磁体壳体中形成的磁心件开孔，用于保持被单独形成的无定形金属磁心件处于彼此相邻的位置，使得形成整体的无定形金属磁心。