CN102185389B - 异型电机 - Google Patents

Abstract

本发明异型电机包括电枢组件和磁极组件，电枢组件和磁极组件绕共有轴线做相对运动，电枢组件和磁极组件构成一磁电系单元，磁电系单元绕共有轴线形成轴对称异型曲面，轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。本发明通过彻底创新电机的结构和形态，改变磁电系单元的结构和形状来配合特殊应用空间的要求，用创新方法增加磁电系单元的数量并改变其连接结构，从而提高磁电系空间利用率，实现有效增加电机功率，达到提高电机磁电转换能力的技术效果。本发明电机可适应不同应用对象的形状要求，扩大了电机的应用范围，使其不再受特殊应用空间的限制，使本发明在一些特定领域能够发挥巨大作用，是电机结构和形态的革命，也是电机设计观念的突破。

Description

异型电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种异型电机，包括异型电动机和异型发电机。

背景技术

电动机和发电机可被统称为电机。电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。电动机可以实现电能向机械能的转换，发电机可以实现机械能向电能的转换，二者都是电和磁的转换操作，是可以互相改装的。

不管是电动机还是发电机，其关键组成部分都是电枢组件（包括导线线圈和电枢铁心等辅助部分）和磁极组件（永久磁体或者电磁体），二者相对运动就可产生电和磁的交互作用。因此电枢组件和磁极组件构成的磁电系可以被视为基本单元。

电动机是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成，电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。它将电能转变为机械能，它主要包括一个用以产生磁场的电磁体绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子，其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动，这些机器中有些类型可作电动机用，也可作发电机用。

发电机是把机械能转换为电能的设备，其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。一般都是由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，或者是使转子可以相对定子旋转，做切割磁感线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

现有技术的电机一般分为两种：一种是磁体（分为永磁体和电磁体）在外，线圈（即构成电枢组件的导线线圈）在内，线圈在磁体产生的磁感线中旋转切割磁感线，或者磁体（分为永磁体和电磁体）在内，线圈在外，他们都被称作鼠笼式传统电机。另一种是磁体（分为永磁体和电磁体）在线圈（即构成电枢组件的导线线圈）的一侧或两侧，线圈和磁体绕共有转轴做相对转动，磁体转动线圈静止，或者反之，此类电机的直径远大于厚度从外形上看像个盘子，因此被称为盘式电机。盘式电机的一个共有特点是磁体和线圈的排布方向与共有轴垂直，沿径向平面结构排列。而且盘式电机的直径远大于厚度。以上是所有已公知技术的共有特点。

传统的鼠笼式电机的结构经过百多年的发展已经非常成熟，就其结构本身而言，改进的余地并不大，无法进一步提高电机的单位体积的功率密度。而盘式电机相对鼠笼式电机更为新颖，具有不少优点，但是，现有技术中的盘式电机仍存在以下缺陷：

1．若盘式电机只采用一个定子与一个转子的结构，则其功率密度仍然不高，不符合现代电机设计的发展趋势。同时，在应用空间受限的情况下，例如，如图20所示，因为障碍物900的存在使得安放电机的空间很受限制，从而限制了盘式电机的径向不能加长、不能做得很大，这意味着能够增加线圈匝数的空间变得很有限，这样在诸如磁极磁力强度等条件不变或变化的可能很有限时，若想大幅提高盘式电机的单机功率则几乎不可能。这使得盘式电机能够实现的功能和功率都很有限。

2.若盘式电机采用多个定子与多个转子的结构，虽然可以提高电机的单机功率，但是这就需要加宽盘式电机的轴向宽度以容纳多个定子和转子。但是在应用空间受限制的情况下，例如，如图21所示，因为障碍物900的存在使得安放电机的空间有限而限制盘式电机的轴向不能做得很宽时，则盘式电机能够实现的功能和功率同样会很受影响。

3.在特殊应用空间的限制下，例如，如图22所示，因为障碍物900的存在使得应用空间的尺寸有限，不容许盘式电机的径向加长，也不容许盘式电机的轴向加宽时，则要提高盘式电机的功率和功能就会变得不可能。

随着现代社会和生活的不断进步，不断涌现出很多崭新的领域需要应用电机，这同时也对电机从功能到尺寸都提出了新的要求，比如在人体仿生工程领域，仿生人体的某些器官零件，这就需要安装一些小电动机，但是由于可以安装电动机的空间很有限，这就对电机的设计提出了新的要求，即特殊的空间限制对电动机的设计提出了特殊要求，电动机既需要适合满足特殊的空间形态限制，同时还需要达到很高的功率表现和足够满足功能。这就对革新电机的现有结构提出了新的要求。另外，在诸如新能源发电领域中，一些新的应用需求需要发电机被安放在特定的极其苛刻和有限的空间形态范围内，同时还需要发电机达到足够大的单机发电功率。这些新领域都对革新电机的现有结构提出了新的要求。

以上这些新要求在所有已公知技术中都无法解决，这需要通过彻底创新电机的结构和形态来解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过彻底创新电机的结构和形态，从改变磁电系单元的结构和形状来配合空间的要求，用创新技术来增加磁电系单元的数量并改变其连接结构和空间排布，从而提高磁电系空间利用率，进而实现有效增加电机的功率的技术效果。本发明提供一种单位功率密度较大，同时还可满足不同应用对象特定空间形状要求的异型电机，从而扩大电机应用范围并增大电机功率。本发明可应用于异型电动机和异型发电机，对现有形式的发电机以及电动机来说都具有重大革新作用。

本发明的技术方案如下：

作为本发明的第一种技术方案，异型电机包括电枢组件和磁极组件，所述电枢组件和所述磁极组件绕共有轴线做相对运动，所述电枢组件、所述磁极组件构成一磁电系单元，其特征在于，所述磁电系单元绕所述共有轴线形成一个轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面的形状沿所述共有轴线的轴向体现为进深翘曲曲面形状和/或弯曲伸展曲面形状；和/或，所述轴对称异型曲面的形状沿所述共有轴线的径向体现为进深翘曲曲面形状和/或弯曲伸展曲面形状；所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

作为本发明的第二种技术方案，异型电机包括至少两个电枢组件和至少两个磁极组件，一个所述电枢组件和一个所述磁极组件构成一个磁电系单元，至少两个所述磁电系单元并排排布形成并排磁电系单元，每个磁电系单元中的电枢组件和磁极组件均绕共有轴线做相对运动，其特征在于，所述并排磁电系单元中至少包含一个绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面的磁电系单元，所述轴对称异型曲面的形状沿所述共有轴线的轴向体现为进深翘曲曲面形状和/或弯曲伸展曲面形状；和/或，所述轴对称异型曲面的形状沿所述共有轴线的径向体现为进深翘曲曲面形状和/或弯曲伸展曲面形状；所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

作为本发明的第三种技术方案，异型电机包括至少两个电枢组件和至少两个磁极组件，一个所述电枢组件和一个所述磁极组件构成一个磁电系单元，每个磁电系单元中的电枢组件和磁极组件均绕共有轴线做相对运动，其特征在于，至少两个所述磁电系单元相连，绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

进一步地，所述异型电机的第三种技术方案中，所述异型电机包括至少三个所述磁电系单元，至少三个所述磁电系单元相连的形状沿所述共有轴线的轴向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面的形状；

或者，至少三个所述磁电系单元相连的形状沿所述共有轴线的径向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面和/或平面的形状；

或者，至少三个所述磁电系单元依次相连，绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

作为本发明的第四种技术方案，异型电机包括至少三个电枢组件和至少三个磁极组件，一个所述电枢组件和一个所述磁极组件构成一个磁电系单元，每个磁电系单元中的电枢组件和磁极组件均绕共有轴线做相对运动，

至少三个所述磁电系单元构成一个磁电系系统，至少两个磁电系系统并排排布形成并排磁电系系统，其特征在于，所述并排磁电系系统中至少包含一排由至少三个磁电系单元相连构成的磁电系系统，所述磁电系系统绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

进一步地，所述异型电机的第四种技术方案中，所述异型电机的绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面的磁电系系统包括至少三个所述磁电系单元，至少三个所述磁电系单元相连的形状沿所述共有轴线的轴向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面的形状；

或者，至少三个所述磁电系单元相连的形状沿所述共有轴线的径向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面和/或平面的形状；

或者，至少三个所述磁电系单元依次相连，绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

进一步地，所述异型电机的第四种技术方案中，所述并排磁电系系统中至少包含一个如异型电机的第一种技术方案中所述的磁电系单元。

进一步地，所述磁电系单元绕所述共有轴线形成一个轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面的形状沿所述共有轴线的轴向体现为进深翘曲曲面形状和/或弯曲伸展曲面形状；

和/或，所述轴对称异型曲面的形状沿所述共有轴线的径向体现为进深翘曲曲面形状和/或弯曲伸展曲面形状。

进一步地，所述异型电机的第三种技术方案或所述异型电机的第四种技术方案中，构成所述轴对称异型曲面的至少两个所述磁电系单元，其中至少一个磁电系单元的形状沿所述共有轴线的轴向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状；

和/或，其中至少一个磁电系单元的形状沿所述共有轴线的径向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状。

进一步地，所述异型电机的第三种技术方案或所述异型电机的第四种技术方案中，构成所述轴对称异型曲面的至少三个所述磁电系单元，其中至少一个磁电系单元的形状沿所述共有轴线的轴向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状；

和/或，其中至少一个磁电系单元的形状沿所述共有轴线的径向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状。

进一步地，在以上各技术方案中，所述共有轴线是与至少一个所述磁电系单元相连的实体转轴；或者，所述共有轴线是每个所述磁电系单元的共有轴线。

进一步地，在以上各技术方案中，所述电枢组件为定子，所述磁极组件为转子；或者，所述电枢组件为转子，所述磁极组件为定子。

进一步地，所述电枢组件可由以下三种技术方案来实现：

1、所述电枢组件包括第一电枢，所述磁极组件包括第一磁组，所述第一电枢和所述第一磁组之间设有磁隙；

所述第一磁组采用永磁体构成，所述第一磁组靠近所述第一电枢的端面上设置有多个永磁体，所述多个永磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布；

或者，所述第一磁组采用电磁体构成，所述第一磁组的靠近所述第一电枢的端面上设置有多个电磁体，外部电流流经电磁体上缠绕的线圈导线使所述电磁体具有磁性，并使得所述多个电磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布。

2、所述电枢组件包括第二电枢和第三电枢，所述磁极组件包括第二磁组，所述第二磁组位于所述第二电枢和所述第三电枢之间，所述第二磁组与所述第二电枢和所述第三电枢之间均设有磁隙；

所述第二磁组采用永磁体构成，所述第二磁组的靠近所述第二电枢和靠近所述第三电枢的两个端面上设置有多个永磁体，所述多个永磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布；

或者，所述第二磁组采用电磁体构成，所述第二磁组的靠近所述第二电枢和靠近所述第三电枢的两个端面上设置有多个电磁体，外部电流流经电磁体上缠绕的线圈导线使所述电磁体具有磁性，并使得所述多个电磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布。

3、所述电枢组件包括第四电枢，所述磁极组件包括第三磁组和第四磁组，所述第四电枢位于所述第三磁组和所述第四磁组之间，所述第四电枢与所述第三磁组和所述第四磁组之间均设有磁隙；

所述第三磁组和所述第四磁组采用永磁体构成，所述第三磁组和所述第四磁组的靠近所述第四电枢的端面上均设置有多个永磁体，所述多个永磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布；

或者，所述第三磁组和所述第四磁组采用电磁体构成，所述第三磁组和所述第四磁组的靠近所述第四电枢的两个端面上设置有多个电磁体，外部电流流经电磁体上缠绕的线圈导线使所述电磁体具有磁性，并使得所述多个电磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布。

在以上含有至少两个电枢组件的技术方案中，至少两个所述电枢组件相互串联连接和/或相互并联连接。

本发明的有益效果是：本发明技术方案从改变磁电系单元的形状和结构来配合应用空间的要求，用创新技术增加磁电系单元的数量并改变其连接结构和空间排布，从而提高磁电系空间利用率，进而实现有效增加电机的功率，达到提高电机的磁电转换功能或者提高电机的电能与机械能相互转换功能的技术效果。本发明的异型电机可适应不同应用对象的形状要求，从而还扩大了电机的应用范围，使其不再受特殊应用空间的空间限制和局限。

本发明提供一种新概念异型电机，通过彻底创新电机的结构和形态，使其在一些特定领域能发挥巨大的作用。是对电机结构和形态的革命，也是电机设计观念的突破与革新。本发明解决了在特定形状空间的限制下如何有效提高电机功率密度和电机功能的问题。特别是在有障碍物存在的空间受限的实施电机条件下，通过嵌入式绕过障碍物的独特设计、通过创造性地形成电机的特殊结构和形态来解决问题，并大幅增大电机功率，大幅提高电机可以实现的功能。在海洋发电、人工智能仿生、人体仿生关节或仿生机器等领域都大有可为。可适用于特定形状需求，特定空间限制下的特殊电机的设计和应用。

附图说明

图1为本发明异型电机的第一种技术方案的结构示意图；

图2为本发明异型电机第三种技术方案的第一种实现方式的结构示意图；

图3为本发明异型电机第四种技术方案的第一种实现方式的结构示意图；

图4为本发明异型电机第三种技术方案的第二种实现方式的结构示意图；

图5为本发明异型电机第三种技术方案的第三种实现方式的结构示意图；

图6为本发明异型电机第四种技术方案的第二种实现方式的结构示意图；

图7为由电磁体构成磁电系单元的第一种实现方式的结构示意图；

图8为由电磁体构成磁电系单元的第二种实现方式的结构示意图；

图9为由电磁体构成磁电系单元的第三种实现方式的结构示意图；

图10为本发明异型电机的磁电系单元沿轴向体现为弯曲伸展的截面形状示意图；

图11为本发明异型电机的磁电系单元沿轴向体现为进深翘曲的截面形状示意图；

图12为本发明异型电机磁电系单元沿径向体现为进深翘曲的截面形状示意图；

图13为本发明异型电机的磁电系单元沿径向体现为弯曲伸展的截面形状示意图；

图14为本发明异型电机第一种技术方案体现为进深翘曲的截面形状示意图；

图15为本发明异型电机第一种技术方案体现为弯曲伸展的截面形状示意图；

图16为本发明异型电机的磁电系单元体现为分叉的截面形状示意图；

图17为本发明中的磁极组件的第一种实现方式的构成示意图；

图18为本发明中的磁极组件的第二种实现方式的构成示意图；

图19为本发明中的磁极组件的第三种实现方式的构成示意图；

图20为现有技术盘式电机受应用对象径向空间限制时的技术缺陷示意图；

图21为现有技术盘式电机受应用对象轴向空间限制时的技术缺陷示意图；

图22为现有技术盘式电机受应用对象径向和轴向空间限制时的技术缺陷示意图；

图23为利用本发明技术方案解决图20所示技术缺陷的示意图；

图24为利用本发明技术方案解决图21所示技术缺陷的示意图；

图25为利用本发明技术方案解决图22所示技术缺陷的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

作为本发明的第一种技术方案，参见图1，异型电机包括由电枢构成的电枢组件400、由磁组构成的磁极组件500，电枢组件400和磁极组件500绕二者的共有轴线100做相对运动，电枢组件400、磁极组件100构成一磁电系单元203，磁电系单元203绕共有轴线100形成一个轴对称异型曲面，轴对称异型曲面不是与共有轴线100相垂直的平面。本发明技术方案充分利用应用对象的有限空间，在受限的空间范围内随着径向和/或轴向的宽窄变化尽量地布设电枢组件400和磁极组件500，从而增加电机的功率，进而提高电机的功能。也就是说，若电机为发电机，则提高了发电机的磁电转换功能；若电机为电动机，则提高了电动机的电能转机械能的功能。

作为本发明的第二种技术方案，异型电机包括至少两个电枢组件和至少两个磁极组件，一个电枢组件和一个磁极组件构成一个磁电系单元，至少两个磁电系单元并排排布形成并排磁电系单元，每个磁电系单元中的电枢组件和磁极组件均绕共有轴线做相对运动。其中，在上述并排磁电系单元中至少包含一个绕共有轴线100形成轴对称异型曲面的磁电系单元203，轴对称异型曲面不是与共有轴线100相垂直的平面。即并排磁电系单元中至少包含一个如图1所示的磁电系单元203，根据应用空间的需要，在多排磁电系中因地制宜根据空间的变化设置至少一个磁电系单元203，就可充分利用应用对象受限的应用空间，提高特定空间的利用率，从而增大电机功率。这也是本发明所包括的并可以解决的提高电机功率的创新方法。

其中一种表现形式可以参见图14或图15，轴对称异型曲面的形状沿共有轴线100的轴向体现为进深翘曲曲面形状和/或弯曲伸展曲面形状；和/或，轴对称异型曲面的形状沿共有轴线100的径向体现为进深翘曲曲面形状和/或弯曲伸展曲面形状。其中，图中带箭头的线段或曲线段代表的是磁电系在轴向纵剖面的径向剖口的走向形状示意。

作为本发明的第三种技术方案，异型电机包括至少两个电枢组件和至少两个磁极组件，一个电枢组件和一个磁极组件构成一个磁电系单元，每个磁电系单元中的电枢组件和磁极组件均绕共有轴线做相对运动，至少两个磁电系单元相连，绕共有轴线形成轴对称异型曲面，轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。异型电机的第三种技术方案，可参见图2、图4、图5分别所示的第一种、第二种和第三种具体实现方式。

在上述异型电机的第三种技术方案中，异型电机可包括至少三个磁电系单元。参见图4，至少三个磁电系单元相连的形状沿共有轴线的轴向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面的形状；或者，至少三个磁电系单元相连的形状沿共有轴线的径向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面和/或平面的形状。或者，参见图2、图5，至少三个磁电系单元依次相连，绕共有轴线形成轴对称异型曲面，轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

上述异型电机的第三种技术方案中，根据应用空间的需要，通过设置多个磁电系单元来提高电机的功能。主要体现为以下两方面：

一方面，适用于应用对象存在径向相对深入狭长并弯曲的应用空间，顺有限应用空间的走向变化，将多个磁电系单元依次相连，通过增加磁电系单元的方式达到提高电机功能的技术效果。参见图2、图5，以及图10、图11所示的截面示意图，其中，图中带箭头的线段或曲线段代表的是磁电系在轴向纵剖面的径向剖口的走向形状示意。

另一方面，可根据随径向变阔了的空间特点来在较宽的空间位置处通过设置末端分叉的方式来增加磁电系单元，进而实现提高电机功能的技术效果。参见图4，以及参见图16所示的截面示意图，其中，图中带箭头的线段或曲线段代表的是磁电系在轴向纵剖面的径向剖口的走向形状示意。

除此之外，还可根据应用对象的空间特点，顺有限应用空间的尺寸变化，将多个磁电系单元依次首尾相连的方式与多个磁电系单元相连并分叉的方式相互配合使用，最大程度地提高空间利用率，最大程度地提高电机可以实现的功能。

作为本发明的第四种技术方案，异型电机包括至少三个电枢组件和至少三个磁极组件，一个电枢组件和一个磁极组件构成一个磁电系单元，每个磁电系单元中的电枢组件和磁极组件均绕共有轴线做相对运动。至少一个磁电系单元构成一个磁电系系统，至少两个磁电系系统并排排布形成并排磁电系系统，并排磁电系系统中至少包含一排由至少两个磁电系单元相连构成的磁电系系统，此磁电系系统绕共有轴线形成轴对称异型曲面，轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。即并排磁电系系统中至少包含一排由多于一个磁电系单元彼此相连构成的磁电系系统，根据应用空间的需要，在多排磁电系中因地制宜根据空间的变化设置至少一个上述磁电系系统，可以充分利用应用对象受限的应用空间，提高特定空间的利用率，从而增大电机功率。这也是本发明所包括的并可以解决的提高电机功能的创新方法。异型电机的第四种技术方案，可参见图3、图6分别所示的第一种和第二种具体实现方式。

在上述异型电机的第四种技术方案中，绕共有轴线形成轴对称异型曲面的磁电系系统可以包括至少三个磁电系单元，参见图6、以及参见图16所示的截面示意图，至少三个磁电系单元相连的形状沿共有轴线的轴向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面的形状；或者，至少三个磁电系单元相连的形状沿共有轴线的径向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面和/或平面的形状。或者，参见图3，至少三个磁电系单元依次相连，绕共有轴线形成轴对称异型曲面，轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

本发明第四种技术方案在多排磁电系并排的布置中包括至少一排绕共有轴线形成轴对称异型曲面的磁电系系统，通过设置多个磁电系单元来增加电机的功率，该排磁电系系统的截面参见图10、图11、图12、图13、图16，此处不再赘述。

或者，在异型电机的第四种技术方案中，并排磁电系系统中可至少包含一个如图1所示异型电机的第一种技术方案中的磁电系单元203。此磁电系单元的其中一种表现形式的截面图可以参见图14或图15，此处不再赘述。

另外，在异型电机的第三种技术方案或第四种技术方案中，当构成轴对称异型曲面的为至少两个磁电系单元时，可以其中至少有一个磁电系单元的形状沿共有轴线的轴向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状；和/或，其中至少有一个磁电系单元的形状沿共有轴线的径向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状。对以上部分的其中一种表现形式的图解请参见图12或图13，其中，图中带箭头的线段或曲线段代表的是磁电系在轴向纵剖面的径向剖口的走向形状示意。

再者，在异型电机的第三种技术方案或第四种技术方案中，当构成轴对称异型曲面的为至少三个磁电系单元时，可以其中至少有一个磁电系单元的形状沿共有轴线的轴向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状；和/或，其中至少有一个磁电系单元的形状沿共有轴线的径向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状。其中，图中带箭头的线段或曲线段代表的是磁电系在轴向纵剖面的径向剖口的走向形状示意。

由于本发明的异型电机可创造性地充分利用空间特点来包括多个磁电系单元，这就增加了电机的功率，提高了单个电机的电磁转化输出效率。同时，因为本发明中多个磁电系相连形成的是轴对称异型曲面，就使得本发明的电机能够适应不同应用对象的空间受限要求和形状要求。例如，背景技术中陈述的如图20、图21和图22所表示的，电机在应用过程中遇到的困难，就可以采取图23、图24和图25所展示的方案，利用本发明所提供的独特结构和独创技术来解决。需要说明的是，图中带箭头的线段或曲线段代表的是磁电系在轴向纵剖面的径向剖口的走向形状示意。

进一步地，本发明的共有轴线可以是与至少一个磁电系单元相连的转轴。或者，共有轴线也可以不是实体转轴，不与任何磁电系相连，而只是每个磁电系单元的共有轴线。即共有轴线不一定是实体轴，而只是磁电系所共同围绕的共有的几何轴线。

进一步地，在本发明异型电机的上述几种技术方案中，电枢组件为定子，磁极组件为转子；或者，电枢组件为转子，磁极组件为定子。

磁电系单元中的磁极组件可采用永磁体构成，也可采用电磁体构成。其中，永磁体材料本身具有长期保持其磁性的特点，而电磁体则需要外界通电才能产生磁力。本发明的磁电系单元可有以下三种实现方式，下面以发电机为例对磁电系单元的具体构成进行详细描述。

1.第一种实现方式，磁电系单元中的电枢组件包括第一电枢，磁极组件包括第一磁组，且第一电枢和第一磁组之间设有磁隙。

如果磁组采用永磁体构成，参见图2所示，第一磁组501采用永磁体构成，第一磁组501靠近第一电枢401的端面上设置有多个永磁体300，多个永磁体300的N极与S极沿绕共有轴线旋转的周向交错排布，其交错排布的示意图可参见图17本实现方式中，在旋转轴（也就是第一磁组501和第一电枢401的共有轴线100）的旋转带动下，可以使第一磁组501与第一电枢401之间做相对旋转运动，亦即若第一磁组501旋转，则第一电枢401静止，反之亦然。这样就可通过磁通变化、切割磁感线产生电流输出。关于N极和S极的沿绕共有轴线旋转的周向排布，还可以根据具体应用对象的实施需要做各种排列组合以适应不同具体应用需求的需要。其中的两个排列示范可以参照如图18和图19所示。

如果磁组采用电磁体构成，如图7所示，第一磁组501ˊ采用电磁体构成，第一磁组501ˊ的靠近第一电枢的端面上设置有多个电磁体，外部电流流经电磁体上缠绕的线圈导线600使电磁体具有磁性，并使得多个电磁体的N极与S极沿绕共有轴线旋转的周向交错排布。电磁体包括磁轭601和通电线圈导线600（通电线圈导线可为环形导线、线圈），在外界通电后，外部电流流经磁轭601上缠绕的通电线圈导线600形成N极和S极，使得第一磁组501ˊ具有磁性，然后再通过磁通变化、切割磁感线等方式产生电流输出。

2.第二种实现方式，磁电系单元中的电枢组件包括第二电枢和第三电枢，磁极组件包括第二磁组，第二磁组位于第二电枢和第三电枢之间，且第二磁组与第二电枢和第三电枢之间均设有磁隙。

如果磁组采用永磁体构成，参见图3所示，第二磁组502采用永磁体构成，第二磁组502在靠近第二电枢402的端面上和靠近第三电枢403的端面上均设置有多个永磁体300，多个永磁体300的N极与S极沿绕共有轴线旋转的周向交错排布，参见图17。本实施方式中，在旋转轴（也就是第二磁组502、第二电枢402和第三电枢403的共有轴线100）的旋转带动下，可以使第二磁组502与第二电枢402、第三电枢403之间做相对旋转运动，亦即若第二磁组502旋转，则第二电枢402和第三电枢403静止，反之亦然。这样可通过磁通变化、切割磁感线产生电流输出。关于N极和S极的沿绕共有轴线旋转的周向排布，还可以根据具体应用对象的实施需要做各种排列组合以适应不同具体应用需求的需要。其中的两个排列示范可以参照如图18和图19所示。

如果磁组采用电磁体构成，如图8所示，第二磁组502ˊ采用电磁体构成，第二磁组502ˊ的靠近第二电枢和靠近第三电枢的两个端面上设置有多个电磁体，外部电流流经电磁体上缠绕的线圈导线使电磁体具有磁性，并使得多个电磁体的N极与S极沿绕共有轴线旋转的周向交错排布。其原理与第一种实现方式中采用电磁体构成磁组的工作原理相同，此处不再赘述。

第二种实现方式相对第一种实现方式来说增加了一套磁电系，也就进一步地增加了异型电机的功率密度，提高了电能转化输出效率和功能。

3．第三种实现方式，磁电系单元中的电枢组件包括第四电枢，磁极组件包括第三磁组和第四磁组，第四电枢位于第三磁组和第四磁组之间，且第四电枢与第三磁组和第四磁组之间均设有磁隙。

如果磁组采用永磁体构成，参见图4、图5所示，第三磁组503和第四磁组504均采用永磁体构成，第三磁组503靠近第四电枢404的端面上和第四磁组504靠近第四电枢404的端面上均设置有多个永磁体300，多个永磁体300的N极与S极沿绕共有轴线旋转的周向交错排布，其交错排布的示意图可参见图17。本实现方式中，第三磁组503、第四磁组504在旋转轴的旋转带动下作同心圆旋转运动，而第四电枢404静止，或者，第四电枢404在旋转轴的旋转带动下作旋转运动，从而使得第三磁组503和第四磁组504相对第四电枢404做相对转动。上述方式与第一种实现方式相比增大了感应线圈单位面积的磁感应强度B，根据法拉第电磁感应定律δ＝BLvsinθ可知，感应电流的大小与磁感应强度B，导线长度L、运动速度v，以及运动方向和磁力线方向间的夹角θ的正弦成正比。增大磁感应强度B，增大切割磁力线的导线的长度L，提高切割速度v和尽可能垂直切割磁力线（即θ＝90°），均可增大感应电流，本实现方式通过增大磁感应强度B来提高磁电转换能力。并考虑了应用空间受限从而需要磁电系与磁电系之间有折角这一独特结构设计。关于N极和S极的沿绕共有轴线旋转的周向排布，还可以根据具体应用对象的实施需要做各种排列组合以适应不同具体应用需求的需要。其中的两个排列示范可以参照如图18和图19所示。

如果磁组采用电磁体构成，如图9所示，第三磁组503ˊ和第四磁组504ˊ均采用电磁体构成，第三磁组503ˊ和第四磁组504ˊ的靠近第四电枢的两个端面上设置有多个电磁体，外部电流流经电磁体上缠绕的线圈导线使电磁体具有磁性，并使得多个电磁体的N极与S极沿绕共有轴线旋转的周向交错排布。其原理与第一种实现方式中采用电磁体构成磁组的工作原理相同，此处不再赘述。

上述构成磁电系单元的三种实现方式的工作过程均是以磁转化为电的发电机为例进行的描述，由于发电机和电动机都是电和磁的相互转换，可以互相改装，故本发明的异型电机也可用于实现以电转化为磁并进而将电能转化为机械能的电动机，此处不再赘述。

为满足不同实施目的，关于N极和S极的沿绕共有轴线旋转的周向排布，可以参见图17、图18，多个永磁体300的N极与S极可按一定规律间隔交错排布，可间隔至少一个N极后，排列相同数目的S极，以适应不同具体应用需求的需要。

此外，在以上磁电系单元的各项技术方案中，构成电枢组件的导线线圈每匝的宽度取决于线圈对应磁极组件的磁极沿周向的宽窄尺寸，可以是与磁极同一宽窄尺寸，也可以是不同宽窄尺寸，配合其它电气配件一起应用，以满足不同应用需求的需要。导线线圈的匝与匝之间的间距设计也取决于对应磁极组件的磁极沿周向的宽窄尺寸，可以是与磁极同一宽窄尺寸，也可以是不同宽窄尺寸，配合其它电气配件一起应用，以满足不同应用需求的需要。

若本发明的异型电机应用为发电机，则每个电枢组件可直接通过接线端子将产生的电流引出，也可将至少两个电枢组件相互串联连接和/或至少两个电枢组件相互并联连接后，再通过接线端子将产生的电流引出，以适应不同具体应用需求的需要。同样地，本发明的异型电机也可为电动机，其工作原理也是电和磁的转换操作，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种异型电机，包括至少三个电枢组件和至少三个磁极组件，一个所述电枢组件和一个所述磁极组件构成一个磁电系单元，每个磁电系单元中的电枢组件和磁极组件均绕共有轴线做相对运动，其特征在于，至少三个所述磁电系单元相连，绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面；

至少三个所述磁电系单元相连的形状沿所述共有轴线的轴向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面的形状；

或者，至少三个所述磁电系单元相连的形状沿所述共有轴线的径向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面和/或平面的形状；

或者，至少三个所述磁电系单元依次相连，绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

2.一种异型电机，包括至少三个电枢组件和至少三个磁极组件，一个所述电枢组件和一个所述磁极组件构成一个磁电系单元，每个磁电系单元中的电枢组件和磁极组件均绕共有轴线做相对运动，

至少三个所述磁电系单元构成一个磁电系系统，至少两个磁电系系统并排排布形成并排磁电系系统，其特征在于，所述并排磁电系系统中至少包含一排由至少三个磁电系单元相连构成的磁电系系统，所述磁电系系统绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面；

至少三个所述磁电系单元相连的形状沿所述共有轴线的轴向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面的形状；

或者，至少三个所述磁电系单元相连的形状沿所述共有轴线的径向体现为由一层曲面分叉成至少两层曲面和/或平面的形状；

或者，至少三个所述磁电系单元依次相连，绕所述共有轴线形成轴对称异型曲面，所述轴对称异型曲面不是与共有轴线相垂直的平面。

3.按照权利要求1或2所述的异型电机，其特征在于，构成所述轴对称异型曲面的至少三个所述磁电系单元，其中至少一个磁电系单元的形状沿所述共有轴线的轴向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状；

和/或，其中至少一个磁电系单元的形状沿所述共有轴线的径向体现为进深翘曲曲面的形状和/或弯曲伸展曲面的形状。

4.按照权利要求1或2所述的异型电机，其特征在于，所述电枢组件包括第一电枢，所述磁极组件包括第一磁组，所述第一电枢和所述第一磁组之间设有磁隙；

所述第一磁组采用永磁体构成，所述第一磁组靠近所述第一电枢的端面上设置有多个永磁体，所述多个永磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布；

或者，所述第一磁组采用电磁体构成，所述第一磁组的靠近所述第一电枢的端面上设置有多个电磁体，外部电流流经电磁体上缠绕的线圈导线使所述电磁体具有磁性，并使得所述多个电磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布。

5.按照权利要求1或2所述的异型电机，其特征在于，所述电枢组件包括第二电枢和第三电枢，所述磁极组件包括第二磁组，所述第二磁组位于所述第二电枢和所述第三电枢之间，所述第二磁组与所述第二电枢和所述第三电枢之间均设有磁隙；

所述第二磁组采用永磁体构成，所述第二磁组的靠近所述第二电枢和靠近所述第三电枢的两个端面上设置有多个永磁体，所述多个永磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布；

或者，所述第二磁组采用电磁体构成，所述第二磁组的靠近所述第二电枢和靠近所述第三电枢的两个端面上设置有多个电磁体，外部电流流经电磁体上缠绕的线圈导线使所述电磁体具有磁性，并使得所述多个电磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布。

6.按照权利要求1或2所述的异型电机，其特征在于，所述电枢组件包括第四电枢，所述磁极组件包括第三磁组和第四磁组，所述第四电枢位于所述第三磁组和所述第四磁组之间，所述第四电枢与所述第三磁组和所述第四磁组之间均设有磁隙；

所述第三磁组和所述第四磁组采用永磁体构成，所述第三磁组和所述第四磁组的靠近所述第四电枢的端面上均设置有多个永磁体，所述多个永磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布；

或者，所述第三磁组和所述第四磁组采用电磁体构成，所述第三磁组和所述第四磁组的靠近所述第四电枢的两个端面上设置有多个电磁体，外部电流流经电磁体上缠绕的线圈导线使所述电磁体具有磁性，并使得所述多个电磁体的N极与S极沿绕所述共有轴线旋转的周向交错排布。

7.按照权利要求1或2所述的异型电机，其特征在于，至少两个所述电枢组件相互串联连接和/或相互并联连接。

Images