CN104956573A

CN104956573A - 电机

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Publication number: CN104956573A
Application number: CN201380071726.8A
Authority: CN
Inventors: W·K·邱
Original assignee: TIDAL HARNESS Ltd
Current assignee: TIDAL HARNESS Ltd
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: GB201512637D0; CN104956573B; WO2014117350A1; GB2523974B; GB2523974A

Abstract

一种电机，其包括配置成能够被组装以形成定子的多个可拆卸的模块化定子部件(1、50、51、200、201、210、211、220、260、390、400、410)以及配置成被组装以形成转子的多个转子部件(2、52、221、261、391、401、411)。定子部件和转子部件中的一个具有第一径向组件和第二径向组件，以及定子部件和转子部件中的另一个具有第三径向组件。分隔间隙在第一径向组件和第二径向组件之间限定。第三径向组件定位在分隔间隙内。转子可相对于定子移动。电机可产生具有最小失真的正弦空气间隙MMF分布。

Description

电机

技术领域

本发明涉及电机，以及具体地涉及但不限于直驱式电机，诸如像具有绕组的发电机，其允许定子被模块化，以便促进生产、测试和组装过程。

背景技术

大多数风力涡轮发电机和潮汐水轮发电机通过机械式齿轮箱驱动，所述机械式齿轮箱将旋转速度放大，从而在基本上不增加它们的尺寸的情况下提高它们的发电。变速齿轮箱本身具有相当大的重量和尺寸。尽管技术的发展历史悠久，当今的齿轮箱仍然遭受可靠性的问题，这增加能量的总成本。

响应于齿轮箱的弱点，已经提出通过使用直驱式发电机与固态功率转换器一起使用来省却齿轮箱。在没有齿轮箱的情况下，对于相同发电能力而言，直驱式发电机必需是比使用齿轮箱的那些大得多的发电机，因为直驱式发电机具有较低的转速。直驱式发电机并不是没有问题，因为在缺乏齿轮箱的情况下将可靠性转移至发电机。直驱式发电机的外径在工程开发以及还有在制造、生产管理和物流方面形成一项挑战。

直驱式潮汐水轮发电机可具有在定子和转子之间的被海水淹没的空气间隙。机械式滚动元件轴承不适于海底应用，并且对于这种较大直径的机器而言是昂贵的。相反，这种“湿式”发电机的定子和转子由基于流体动力润滑进行操作的船舶级低摩擦轴颈轴承支撑。相比于由滚动元件轴承支撑的电机相比，具有轴颈轴承的湿式发电机通常在定子和转子之间具有相对大的机械间隙。

为了容易制造也为了经济原因，大型直驱式发电机通常通过将多个小型的机器区段组装到一起而构成。若干独立的、平行成对的定子区段可围绕机器的周边分布，以形成轴向磁通发电机。每个定子区段可包括封装在防水箱中的电子磁芯、集中线圈和一些电气组件。这种布局的一个缺点是由于定子区段之间的相当大的间距会另外由活性磁性材料填充而具有有限的功率容量。常规的三相双层绕组将导致更高功率密度的机器，但是由于相绕组围绕机器彼此重叠，定子在不具有悬垂线圈的情况下不能被分段。

未重叠的集中线圈和/或分数槽绕组在永磁电机中非常普遍。然而，它们不用在感应式电机中，因为它们在转子中感生相反的磁场谐波，这导致非常低的转矩。鼠笼式和实心钢转子基本上是没有任何预先限定的电流路径的短路导电结构，从而感生的电流将产生富含磁动势(MMF)的谐波。针对该问题的一个补救方法是使用绕线转子，其具有与基本的定子磁动势相同的极数，以便不感生其它谐波。虽然针对湿式感应式发电机使用绕线转子不是不切实际的，但是其结构会稍微复杂化。

已经提出线性感应式电动机，其具有夹置导电转子盘的相对的两个定子。两个定子彼此偏移，使得来自第二定子的集中线圈可通过非希望极数的半波长的奇数倍或通过非希望极数的整波长的奇数倍位移，并且具有逆转的电流方向。这种布置消除了磁场的偶数整数谐波，同时增强所需的基本磁场。这种谐波消除要求从偏移定子的相等和平衡的分担。如果任何一个定子不能操作,偶数谐波不被取消，则会导致大的负转矩，其抵消主要的正转矩。在转子两侧上的空气间隙也应该在名义上相等。当在轴向方向上存在相对大的转子偏移时，不希望的MMF谐波不会被完全取消。

湿式发电机的构造稍微比干式发电机更复杂，因为必须防止水侵入到关键的电气组件内。线圈可用树脂封装以及组合件进一步由不锈钢外壳保护。备选地，定子区段和线圈可在塑料盒内封装在树脂中。对于全部去除树脂和线圈中的空气空隙，整个组合件将需要在真空压力下进行灌注，这增加了线圈的生产成本。一旦检测到故障或组合件被认为不适于使用，则整个线圈组合件就会被丢弃。

发明内容

根据一方面，提供一种电机，其可用于潮汐能量收集应用，其中唯一的旋转部件是环形转子。由于没有齿轮箱，传动轴和机械滚动元件轴承降低了成本，并简化了整个系统。机器的空气间隙可充满海水。

可提供轴向磁通感应式发电机，其具有夹置环形导电盘的双面环形定子。转子盘可以是无铁芯的以便减少直接暴露于海水所造成的腐蚀。另一个附加益处是，转子盘的重量可小于永久磁铁安装的转子，并且这导致适于涡轮机的更轻、较低静摩擦和较低惯性的转子。将环形盘结构用作转子相比于绕线或鼠笼式转子显著地简化了制造过程。

可提供模块化或分段的定子和转子，其可以一种侧面对侧面的方式进行组装，以便分别形成连续的环形定子和连续的环形转子。模块化的定子可以是相同的，使得它们可在生产期间独立地进行测试。可容易地更换发电机中的任何模块。容纳功率转换设备的水下外壳可集成到每个模块化的定子。

模块化的定子可具有绕组方案，其产生与具有分布式和重叠绕组的常规电机的那些基本上相等的MMF。线圈可不在两个相邻的模块化定子之间重叠，并且可不处于悬垂位置下。MMF磁场可以基本正弦形状为特征。基波分量可能最占优势。

绕组方案可以是即使当存在大的转子偏移时,所感生MMF的正弦波形基本上被保存。卷组方案可配置成用于发电机的单相或多相的电机。

可在插入到定子槽内之前预先制备同心或搭接的线圈。线圈匝数目会随着它们散布跨过多个槽而变化。线圈可足够地绝缘，使得它们不需要被封装在树脂中。线圈也可直接暴露于海水以促进散热。

可存在通用的轴向磁通感应式电机，其具有夹置环形定子的双面环形转子。定子可包括离散的铁磁磁极，其可由环状盘保持和间隔开。每个转子可包括导电盘和铁盘(护铁)。

可提供绕组布置，其适用于线性电机、径向磁通和轴向磁通旋转电机，上述电机可以是感应式、永磁、绕场同步、双馈感应或同步磁阻电机。

附图说明

为了使得本发明可被容易地理解并容易地付诸实践效果，现在将通过非限制性实例的仅仅示例性的实施例来进行描述，描述参照附图。在附图中：

图1是轴向磁通电机的分解透视图，其具有组装以分别形成整个连续的定子和转子的模块化定子和模块化转子；

图2示出图1所示的一个模块化的双面定子布置和一个模块化的转子；

图3示出容纳图1所示一叠定子叠片的防水箱；

图4示出具有分布在16槽定子中的对称绕组的现有技术的单相感应式电动机，其中，(a)是径向磁通电动机，(b)是轴向磁通电动机，以及(c)是槽和线圈的等效表示；

图5示出单相、轴向磁通感应式电机，其中，

(a)是具有同心绕组的布局；

(b)是具有搭叠绕组的布局；以及

(c)是包括多个基本单元的等效绕组方案；

图6示出：

(a)包括双面定子的单相、轴向磁通感应式电机，其中定子的辅助绕组作为中间磁极绕组；

(b)由主绕组所产生的空气间隙磁场；以及

(c)由辅助绕组所产生的空气间隙磁场；

图7示出：

(a)单相、轴向磁通感应式电机的等效全距绕组方案；以及

(b)其空气间隙磁场和谐波；

图8示出：

(a)单相、轴向磁通感应式电机的等效短距绕组方案；以及

(b)其空气间隙磁场和谐波；

图9示出：

(a)具有正弦绕组的单相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；以及

(b)其空气间隙磁场和谐波；

图10示出：

(a)具有正弦绕组并具有每个基本单元更高数目线圈的单相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；以及

(b)其空气间隙磁场和谐波；

图11示出：

(a)三相、轴向磁通感应式电机的等效全距绕组方案；以及

(b)相同的绕组方案，但具有重叠相的线圈；

图12示出：

(a)三相、轴向磁通感应式电机的等效短距绕组方案；以及

(b)等效的短距双层绕组；

图13示出：

(a)三相、轴向磁通感应式电机的等效8/9短距绕组方案；以及

(b)等效的8/9短距双层绕组；

图14示出：

(a)三相、轴向磁通感应式电机的等效7/9短距绕组方案；以及

(b)等效的7/9短距双层绕组；

图15示出：

(a)具有更好的槽利用率的三相、轴向磁通感应式电机的等效短距绕组方案；

(b)具有为4的平均线圈节距的A相线圈；以及

(c)具有为6的平均线圈节距的所有相线圈；

图16示出具有非对称双面定子的三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；

图17示出三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案，其中一个相的绕组在对称的双面定子之间拆分；

图18示出出三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案，其中一个相的绕组在对称的双面定子之间拆分以及所有相线圈的匝数被分配；

图19示出五相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；

图20示出具有重叠线圈的五相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；

图21示出：

(a)六相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；以及

(b)馈送相位线圈的功率转换器；

图22是轴向磁通电机的分解透视图，其中8个模块化的定子和8个模块化的转子组装以便分别形成完整连续的定子和转子；

图23示出一个模块化的定子和一个模块化的双面转子；

图24示出：

(a)包括一叠铁磁叠片的定子磁极；

(b)包括矩形横截面的非铁或铁块的定子磁极；以及

(c)容纳在防水箱中的一叠叠片；

图25示出模块化定子的交错端部；

图26示出单相、轴向磁通感应式电机，其中：

(a)是具有同心绕组的布局；

(b)是具有搭叠绕组的布局；以及

(c)是包括多个基本单元的等效绕组方案；

图27示出单相、轴向磁通感应式电机的绕组方案，其辅助绕组作为中间磁极绕组卷绕；

图28示出具有正弦绕组的单相轴向磁通感应式电机的绕组方案；

图29示出具有正弦绕组和具有每个基本单元的更高匝数线圈的单相轴向磁通感应式电机的绕组方案；

图30示出三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；

图31示出具有每个基本单元的更高匝数线圈的三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；

图32示出具有重叠线圈的三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；

图33示出三相、轴向磁通感应式电机的等效8/9短距绕组方案；

图34是具有更好的槽利用率的三相、轴向磁通感应式电机的等效短距绕组方案；

图35是具有其匝数被分配的三相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；

图36是具有其匝数被分配的三相、轴向磁通感应式电机的变型绕组方案；

图37示出：

(a)五相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；以及

(b)具有重叠的绕组；

图38示出：

(a)六相、轴向磁通感应式电机的绕组方案；以及

(b)馈送相位线圈的功率转换器；

根据本发明的另一实施例；

图39示出：

(a)包括一个双面定子的径向磁通、旋转感应式电机；以及

(b)其模块化的定子和模块化的转子；

图40示出：

(a)包括一个双面转子的径向磁通、旋转感应式电机；以及

(b)其模块化的定子和模块化的转子；

图41示出：

(a)径向磁通、单个空气间隙的旋转感应式电机；以及

(b)其模块化的定子和模块化的转子；

图42示出具有双面定子的永磁电机；

图43示出具有双面转子的永磁电机；

图44示出具有双面转子的海尔贝克阵列永磁电机；

图45是具有双面定子的绕场同步电机；

图46是具有双面转子的绕场同步电机；

图47示出具有双面定子的同步磁阻电机；以及

图48示出具有双面转子的同步磁阻电机。

具体实施方式

本文所公开的优选实施例主要涉及采用直驱式发电机的大型水下涡轮机，但也同样适用于风力涡轮机、波浪动力机器和/或电动车辆。

第一实施例

在此提供一种轴向磁通感应式发电机，其具有夹置单个环形转子的环形双面定子。双面定子和转子两者均是模块化的以便于生产并且在周向上首尾组装以便形成完整的电机。图1是这种组合件的实例，其中分别跨过30度机械角度的12个模块化的定子1和12个模块化的转子2分别构成完整的环形定子和转子。任何数量的模块化定子1或模块化转子2也可根据实际来提供。模块化定子的支撑结构3具有安装点以便于装配到相邻的模块化定子。组装好的模块化定子提供等效于由连续的环形定子所构成电机的无缝的电流链接分布。这导致在空气间隙内的非破坏性旋转磁场，其中整个环形机器中具有基本相同的峰值幅度和空间关系。

图2示出根据本发明第一实施例的一个模块化定子1和一个模跨化转子2的一个实例。具有双面定子4的轴向磁通电机具有两个径向延伸并且基本平行的定子组件，在两个定子组件之间限定能量所源自的空气间隙。转子具有可定位在线圈6其间并可相对于线圈6旋转的径向延伸的转子组件5，这样在转子2中感生的MMF分量由两个定子4导致，当感生的MMF分量为正弦时所述定子是最有效的。如果适当的电流链路可通过线圈6来提供，使得来自定子磁极一侧的磁通量可横向跨过空气间隙以便到达定子磁极的相反侧，可以对称的方式使用无铁芯转子。这种布局是有利的，其原因在于可以避免由直接暴露于海水所导致的铁的腐蚀，并且可以使用简单的导电盘5。转子盘5可由具有低电阻率的包括铜和铝的金属制成。模块化的转子盘5可在周向上连接或链接到一起，这样在转子周围创建连续的短路。

图3示出双面定子4的一侧。定子可包括堆叠的铁磁材料8，例如电钢或软钢，适当地层叠并且通常绝缘以便于干式轴向磁通电机的应用。定子铁的整个堆叠可被喷涂或涂有多层防水保护涂层9以便适于海上应用。定子叠片的涂覆叠层优选容纳在塑料箱10的内部，塑料箱10用于加强保护以便防止意外磨损并且防止水侵入，如图3中所示。在箱中的空隙11可被充满有防水树脂化合物或用于铁类材料代替，这导致具有平行侧边的槽。箱10在其前面上具有带齿的特征，所述带齿特征与轴向磁通定子的物理突起部12和槽13相匹配。在背面平坦处的表面被气密密封。在图3中所示的实例中，箱完全涵盖定子磁极包括极尖14的宽度。虽然可存在防止定子和转子之间直接接触和摩擦的止推或轴颈轴承，但是其仍然优选用保护盖覆盖并增强箱的定子磁极面，所述保护盖用作免受磨损的辅助保护。该保护盖可由包括玻璃纤维的基本上结实和非金属的材料制成。双面定子固定到支撑结构3。

线圈6可在原位卷绕，或预先制备的线圈可插入到由箱10限定并且在定子铁8外部的定子槽13内。这种布置相比于将定子铁和漆包铜线圈两者封装在树脂中的过程有利地更易于制造。直接暴露于海水意味着通过导体绝缘护套的散热效率更高。线圈6的导体优选地用不透海水的高介电强度的塑料护套进行绝缘。可以使用用通常在潜水泵中发现的PVC、PE2+PA和HT4的护套进行绝缘的绕组导线。模块化的定子1可具有交错的端部，使得线圈6完全容纳于组合件内。线圈6可以是同心或搭接线圈。匝数也可跨过多个槽13按比例改变，以获得更多的正弦MMF。

在图2中，防水水下外壳7可制成一体化到支撑结构3。线圈终端可经由适当的压缩密封套进入水下外壳7，在此处可与其它线圈6互连。备选地，线圈终端可在水下外壳的外侧接头连接。水下外壳7还可容纳负责转换在模块内所产生功率的功率转换设备。功率转换设备集成到定子简化生产和预先部署，其中每个模块化的定子可独立地测试并配置成“即插即用”式的。出现故障的模块化定子也可容易地更换而不影响正常的模块。

现在将参照图5至图21描述限定轴向磁通感应式发电机的相位的绕组方案。术语“基本单元”将被频繁使用以便限定具有跨越极对长度的基本绕组的区段。所述模块化定子1可包括一个基本单元或多个基本单元，以便适于应用。

图4(a)和图4(b)分别示出现有技术的径向磁通和轴向磁通感应式电动机的单相2极绕组方案。术语“单相”指的是连接到单相交流电网或单相功率转换器的绕组，但是出于切实可行的原因它们通常具有两相绕组。16槽的圆柱形定子按假想地切断和展开(如虚线和箭头所示)，使得它们的槽和线圈如图4(c)中平放。单相感应式电机具有两相绕组，一个是主绕组而另一个是辅助绕组，分别表示为“M”和“A”。辅助绕组的目的是给启动感应式电动机提供帮助，因为用在零转子速度下的正弦电压仅仅激励主绕组将在源的频率下产生脉动的空气间隙MMF。这是由于正序转矩(由于MMF向前行进)和负序转矩(由于MMF向后行进)抵消造成的，它们在幅度上相等，但方向相反。

现在参照图4(c)的两相单层绕组，辅助绕组相对于所述主绕组在空间正交。主绕组和辅助绕组分别占据8个槽，每个槽的导体数量可能会相同也可能会不相同。主绕组和辅助绕组具有每个相位每个磁极的相同的槽数(槽数/磁极/相位)，即qM＝qA＝4。即使主绕组和辅助绕组具有相同的匝数和相同的线规，它们的相电阻是不相同的，因为端部绕组对于两个相位可稍有不同。因为该机器具有单层绕组结构，主线圈和辅助线圈的端部绕组围绕定子彼此重叠。在机器中并没有在不切断至少一些线圈的情况下而可将定子和线圈物理地分成等角区段的位置。

图5(a)示出根据本发明的第一实施例两相绕组如何可以模块化的方式拆分同时保持主绕组和辅助绕组的常规特征。在该双面定子配置中，辅助线圈在定子50的一侧处卷绕，而主线圈在定子51的相反侧处卷绕。两个相位在空间相对于彼此正交。转子盘52夹置于相对的定子50和51之间。弧53代表链接线圈侧的端部绕组。例如，在1号槽处的线圈侧(M)链接到在8号槽处的线圈侧(M')。主相位和辅助相位两者包括具有5和7的线圈节距的同心绕组53。这给出为6的平均线圈节距，其与图4的现有技术绕组方案相同。图5(b)示出也可以使用具有为6的线圈节距的搭叠绕组54，其给出与图5(a)所示那些相同的电流链接分布。下文所公开的绕组方案被示出为同心绕组，但是将由本领域内的技术人员理解的是可以使用搭叠绕组。

图5(c)是等效于图5(a)的绕组示意图，其中多个基本单元55首尾连接以便形成多磁极电机。该示意性的等效方案示出没有定子铁并且下文将有助于论述。每个基本单元55跨越如由粗线隔离的16个槽。如前面所限定的模块化定子1可包括一个基本单元55或多个基本单元55。两个相对的定子50和51相对于彼此偏移过4个槽，以便它们可在不切断或阻塞线圈的情况下被拆分。相对定子的齿和槽跨过轴向空气间隙而对准。从图图5(a)可以看出不是所有的定子槽中都填充有导体。因为每个定子侧仅有一个相位，因此定子护铁可延伸以填充这些槽。

为了作为发电机进行操作，所述感应式电机连接到功率转换器，其中无功功率来自通电交流线路(在相反方向上到传送到交流线路的有功功率)。由于潮汐流动导致涡轮机/转子旋转，在定子中可以省略用于启动的辅助绕组，只留下主线圈被使用。这种布局的缺点是，在感应式电机不能作为电动机来操作以便在低潮汐流动的阶段期间启动该涡轮机。优选的是在发电机中存在两个绕组以便协助涡轮机来克服定子和转子的轴承之间的静摩擦。此外，辅助绕组和主绕组的功能可类似于双向感应式电动机那样进行互换。

涡轮机的启动可通过在辅助绕组中注入电流来完成，所述注入的电流临时性地偏移领先于主线圈的电流。该电流注入顺序使得转子从辅助绕组旋转到主绕组。在电流上的相位超前可通过将在辅助绕组和单相交流电源之间的串联电容器连接来实现。备选地，辅助绕组可直接连接到可变频率转换器，诸如具有受控整流器的脉冲宽度调制电压源逆变器或电流源逆变器。辅助绕组的电压可以变化，以减轻跨过所有操作点的转矩脉动。

在图6(a)中示出单相轴向磁通感应式发电机的替代变型。这样的绕组方案源自下述事实，即在径向方向上(向内和向外)的电流链接负责在空气间隙中产生磁场，而不管端部绕组如何围绕周边进行组织。辅助线圈被操纵，使得跨过两个相邻的基本单元之间的边界获得中间磁极。这样的绕组布置使得定子能够被拆分成对准的模块，如图6(a)中所示。一个模块化的定子可包括如由粗线所限定的一个或多个基本单元。图6(b)和图6(c)分别是由主绕组和辅助绕组所产生的空气间隙磁场，其中后者相位超前90度。在图6(a)中的变型方案在电流链接和空气间隙磁场方面等同于图5(c)。然而，辅助端部绕组将相应地更长，这使得机器的绕组稍微不对称。如果需要的话，在辅助相位上的电阻增加可通过使用具有更大横截面面积的导体来进行调节。然而不对称的绕组在实际的单相感应式电机中是常见的以便产生高启动转矩。

图6(a)的绕组方案可扩展到双层绕组结构，其中每个定子侧包括主绕组和辅助绕组两者，如图7(a)中所示。辅助绕组占据槽的底层，而主绕组驻留在槽的上层处。模块化定子一侧的主绕组和辅助绕组的定子齿和线圈对准到相对侧的定子齿和线圈，并且它们组合以产生等效的全距绕组。图7(b)示出由主绕组产生的相应空气间隙磁通密度和谐波。如果机器是对称的，则辅助绕组也产生同样的结果。如果在上部定子处的主绕组和辅助绕组连接到独立于在底部定子处绕组的功率转换器，则有可能存在冗余的容错能力。在模块化定子的任一侧中的功率转换器或线圈中的任何故障将不会导致总体故障，因为另一侧仍在起作用(在较低的额定功率下)。

在图7(b)中，基波分量是最主要的，但也存在一些第三和第五谐波。空间谐波含量可通过类似于由短距绕组所产生的电流链接而减少。常见的是可发现常规的双层绕组具有短距或分距线圈，其中每个线圈匝从一个槽的底层开始，并且经由另一个槽的顶层返回。可通过使得顶部定子的全距线圈相对于底部定子向左或向右偏移而产生等效的短距效果。这种结构在图8(a)中示出，其中底部定子使得一个槽偏移到右侧，创建一个交错基本单元。一个模块化定子可包括如由图8(a)中的粗分离线所限定一个基本单元或多个基本单元。图8(b)将由全距和短距绕组方案所产生的谐波进行比较。空间谐波含量已经通过后者减少，因此其基波分量也被减少。

在两相绕组电机中的电流链接分布可通过在槽中适当地分配匝数而类似于正弦曲线。图9(a)示出电机如何可适于并入近似正弦的绕组。文字大小上的差异指定在槽中的导体数量，其中粗体字体代表更高数量的导体。图9(b)示出类似于图8(a)中方案的所得到的空气间隙磁通密度和谐波。通过增加每个基本单元的线圈数量可获得更好的正弦空气间隙磁场。图10(a)是一个实例，其中每相位6个同心线圈构成一个基本单元，与在图9(a)的绕组方案中的每相位4个同心线圈相对。较大的字体代表更高数量的导体，而较小的字体代表更少的导体。所得的两个磁极的磁场更接近于理想的正弦曲线，如图10(b)中所示。图5(c)，图6(a)，图7(a)，8(a)和图9(a)中的电机普遍的不希望的谐波是通过图10(a)绕组方案而减少。

模块化定子布置的概念也适用于三相电机。相比于单相电机，三相电机自然地产生更为正弦的空气间隙MMF，而不需要正弦绕组。图11(a)示出通过多个基本单元定子构建的三相轴向磁通电机。模块化的定子可包括一个或多个基本单元。定子被细分成三层，以及一个相位的线圈限制到一个层内而不与其它相重叠。A相、B相和C相线圈以120度的电角度间隔开，并且它们分别占据槽的顶层、中间层和底层。每个基本单元跨越12个槽，其中槽数/磁极/相位和平均线圈节距分别等于2和6(例如，适于同心线圈的槽1-8和2-7，以及适于搭叠线圈的槽1-7和2-8)。备选地，相位线圈可在一个单层绕组中重叠，如图11(b)中所示。两个相对定子的齿和槽彼此对准。在定子一侧处的电流链接分布是相对侧的镜像，并且它们组合以便产生空气间隙MMF。虽然基波分量在相对幅度上最高，但是所获得的空气间隙MMF也包含某些非三倍的更高次谐波(5、7、11、13等等)，这对于全距线圈而言很常见。

由于在定子一侧上的相位线圈在物理上不与在定子相对侧处的线圈重叠，有可能使得一个定子相对于另一个定子偏移过一个槽或更高数量的槽，从而产生单弦或短距效果。在图12(a)中，在上部和底部定子处的绕组布置与图11(a)的相同，但底部定子相对于所述上部定子左移一个槽距，从而产生等效于5/6短距的绕组。基本单元交错，但是来自两个相对定子的定子齿和槽对准。在图12(a)中交错的定子可等同地映射为现有技术的双层绕组，如图12(b)中所示。常规的5/6短距双层绕组具有跨越5个槽距的线圈从在上部层的槽处的内向电流到在底部层的槽处的向外电流测量。例如，“A”相电流经由上部层的5号槽向内流动以及经由底部层中的10号槽向外流动。为了清楚起见，在图12(b)中仅示出A相线圈的弦。显而易见的是，现有技术的双层绕组的相位线圈在所有的定子周围重叠，并且没有在不切断线圈端部绕组或具有悬垂线圈的情况下定子被分段的点。但是本发明可被分段，而线圈仍完全包含在其中。这种交错的定子布置相比于全距布置有利地获得了更好的正弦空气间隙MMF。

使用相同的绕组理念，18个槽的双面定子可移位一个槽距或两个槽距以便分别完成8/9和7/9短距布置。图13(a)和图13(b)分别示出8/9短距轴向磁通感应式电机的绕组布置及其等效的现有技术的8/9短距双层绕组。图14(a)和图14(b)分别示出7/9短距轴向磁通感应式电机的绕组布置及其等效的现有技术的7/9短距双层绕组。相同的基本单元之间的边界以粗线示出。模块化的定子可包括一个或多个基本单元的号码。由于它们的槽数/磁极/相位等于3，在图13(a)和图14(a)中的电机相比与图12(a)的电机具有甚至更低的空间谐波含量。

可使得线圈占据更多的槽，以便增加电机的槽利用率。图15(a)示出双面定子布置，其具有占据槽67％的三层线圈。每个相位绕组具有八个线圈，导致在12个槽内的极对。由于定子的每个槽具有自两相的线圈侧，在不将相位的其中一个的线圈组拆分的情况下就不能将定子分段。由图15(a)中的粗线所限定的基本单元封装B相和C相的线圈，但拆分A相的线圈。任何尝试将A相线圈偏移使得它们封装在分离单元内会扭曲相位之间的空间关系。然而，A相的端部绕组可被操纵，从而可以实现相对于B相和C相的相同的电流链接分布。图15(b)是一个基本单元的三相绕组。相B和C相分别具有一组绕组，其包括具有为6的平均线圈节距的四个同心线圈。A相线圈可被拆分成两个更小组的绕组，其中每一组在不改变向内和向外的电流分布的情况下包括在十二个槽的单元内的两个同心线圈。

具有平均四个线圈节距，A相的端部绕组比B相和C相的端部绕组更短，这意味着A相将具有更小的相位电阻。在相A线圈中的匝数优选地不变以便保持机器的电流链接平衡。但在A相内线圈互连的长度或其导体尺寸可以调节以便获得与B相和C相的电阻相同的电阻。备选地，可使得A相的同心线圈跨越与B相和C相相同的线圈节距，如图15(c)中所示。跨越六个线圈节距意味着A相的端部绕组必然重叠。尽管如此，A相的端部绕组不与B相和C相的端部绕组重叠，这代表着明显的优势。

还可提供另一种绕组布置，其中线圈节距在相位之间是相等的，并且没有相位线圈或端部绕组重叠。由于空气间隙的MMF独立地由每个相对的定子导致，可能具有非对称的定子布置，这使得三相绕组能够方便地分段。图16示出非对称的双面定子，其中定子的一侧绕有A相线圈以及另一侧绕有B相和C相线圈。跨越12个槽的每个基本单元由粗线限定。模块化的定子可包括一个或多个基本单元。不管相位如何,每组绕组具有相同的线圈节距(τ＝6个槽节距)。这样的布置是相位平衡的，并具有将槽利用率最大化同时保持非重叠绕组的优势。

如果需要几何对称的定子，所述定子中的一个可绕有第一相位的所有组的线圈以及第二相位线圈匝数的一半，而另一个定子可绕有第三相位的所有组线圈以及第二相位线圈匝数的一半。图17示出根据本发明第一实施例的这样的绕组布置。上部定子具有所有的C相线圈和B相线圈匝数的一半，而底部定子具有所有的A相线圈和B相线圈匝数的一半。在定子的每一侧内，A相和C相的绕组层是B相尺寸的两倍，但是当两侧组合时，B相的槽的总面积等于A相和C相的槽的总面积。自定子两侧的B相线圈的轴线在空间和方向上彼此匹配，并且线圈串联连接，以获得与A相和C相相同的匝数。图16和图17的线圈在它们的各自层内可具有不同的匝数，以便产生短距效果。通过实例的方式，图18示出等效的短距绕组方案，其中用粗体字体指定的相位线圈具有的导体数目是与用正常字体指定的相位线圈的两倍。

适于具有更高数目相位(4、5、6、7个相位等)的轴向磁通电机的模块化定子可利用上面所公开的绕组布置原理导出。存在线圈布置的许多排列。例如，双面定子的每一侧可具有所有的相位或一半相位。也可以实现相位线圈的不对称拆分，其中相位在两个相对的定子之间不均等地拆分。此外，所有相位可连接在同一中性点处，或各相可作为独立的电路连接到功率转换器。

图19是具有不对称双面定子的五相电机的一个实例，其中上部定子具有三个相位，而底部定子具有余下的二个相位。每两个相位之间的空间角是间隔开72度的电角度。基本单元由封装10个槽的定子区段的分段(以粗线示出)来限定。一个模块化的定子可包括一个基本单元或多个基本单元。五个相位可连接到中性点，以及所述终端连接到五相功率转换器。为了容错，相位可与五个单独的功率变换器馈送相位线圈A至E连接作为独立的电路。相位线圈也可被压缩到单层内并安置在定子的两侧上。如图20中所示，上部定子200的相位线圈与底部定子201的相位线圈成镜像，并且它们可以串联或关联的方式一起连接到功率转换器。备选地，上部定子200和底部定子201的相位线圈可分别连接到独立的功率转换器。

多相轴向磁通电机还可由两组或多组对称的相绕组构成。图21(a)是用两组对称的三相绕组A1、B1、C1和A2、B2、C2构成的六相电机的一个实例，它们偏移过30度的电角度。第一组绕组在上部定子210处卷绕，而第二组在底部定子211处卷绕。在上部定子210处的绕组布置与底部定子211的绕组布置成镜像，但后者右移一个槽，从而产生30度电角度的相移。基本单元跨越如由图21(a)中的粗线所限定的12个槽。模块化的定子可以包括一个基本单元或多个基本单元。由于线圈侧占据在上部定子处的奇数槽以及在底部定子处的偶数槽，可以使用每个基本单元具有六个槽的双面定子。在图21(a)中的阴影区域可以是适于12个槽的基本单元的空槽或适于6个槽的基本单元的铁磁铁。后者具有在相对定子之间的非对准的定子齿。

图21(b)示出由三相功率转换器212馈送的第一组三相绕组，而第二组由单独的三相功率转换器213馈送，功率转换器213的相位相对于功率转换器212延迟30度的电角度。该六相绕组配置具有消除更低次谐波的优势，并且由于其双功率转换器布局而可更为容错。在图19、图20和图21中的绕组可扩展到下述方案，其中线圈侧占据多个槽以便改进MMF的分布。

现在将描述对于上述绕组方案常见的特征。定子的每一侧产生独立于另一侧的近似正弦电流分布。当两个定子布置成夹置非磁性和导电性的转子盘时，总空气间隙的MMF是由相应定子产生的空气间隙磁动势的叠加。对于具有流体动力轴颈轴承的轴向磁通湿式发电机而言，转子和定子之间都具有在整个机器中是相等的空气间隙分离。在允许的机械间隙内在轴向方向上的任何转子偏移仍将导致主要的正弦形感生的空气间隙MMF。这是本发明的一个明显优势。

尽管本发明中所公开的轴向磁通感应式发电机利用带槽的定子，绕组方案也可适用于无槽的电机。术语“无槽”指的是隔开定子和转子的平滑的磁性空气间隙。在操作过程中施加到导体上的洛伦兹力可移除无槽电机中的线圈，这样线圈必须由非磁性的夹具机械地固定在适当的位置下，所述夹具包括类似于实际定子齿形状的突起部。备选地，线圈也可以是浸渍在合适安装外壳内的树脂。可使得封装在树脂内的线圈变宽以填充否则将由树脂所占据的空间。无槽感应式电机由于它们的较大空气间隙而需要非常高的磁化电流。在不存在定子齿的情况下，线圈匝数可增加，以补偿磁化MMF的减少。

第二实施例

根据第二实施例，提供一种轴向磁通电机，其具有夹置径向延伸的环形定子组件220的一对径向延伸且基本平行的环形转子组件221。连续的环形定子通过将多个模块化定子在周向上首尾组装而形成。图22示出这种组合件的一个实例，其中分别跨越45度机械角度的8个模块化定子220和8个模块化的转子221构成了完整的环形定子。类似于在第一实施例中所公开的机器，可以提供任何数量的模块化定子220和模块化转子221。转子221可以具有或不具有与定子220相同数目的模块。当组装时，模块化的定子220提供等效于由连续的环形定子所构建电机的无缝的电流链接分布。空气间隙磁场在整个环形机器中具有基本相同的峰值幅度和空间关系。

图23示例性地示出模块化定子220和转子区段221可包括甚么。在该单一定子配置中，磁通量主要轴向地沿着定子磁极233横过并经由转子盘237沿周向返回。因为在定子中存在周向地横过的名义上的零磁通，定子铁磁轭可以被省却，只留下定子磁极233。这是特别有利的，因为适于轴向磁通电机的层叠的定子难以制造。在没有磁轭的情况下，定子磁极233可由离散堆叠的叠片制成，所述叠片具有横跨机器轴向深度的相同横截面轮廓。这些离散的定子磁极通过将它们插入通过刚性环形盘235的槽并适当地夹紧在一起而间隔开。定子组合件固定到支撑结构222。

在图24中示出适于三个不同轴向磁通电机的离散定子磁极。图24(a)示出定子磁极，其包括一叠铁磁叠片240，所述叠片240包括电钢和软钢，所述叠片240通常是绝缘的以便干燥环境应用，诸如风力涡轮机和电动车辆。线圈234在定子磁极的层叠面上或围绕定子磁极的层叠面卷绕。图24(b)示出离散的定子磁极可以是由非铁磁材料制成的具有简单矩形横截面的块241。其唯一目的在于支撑线圈的这种定子磁极特别适合于空气芯的无槽电机。该简单矩形横截面的块也可以是铁制的，以便通过最小的有效的空气间隙集中和引导磁通。图24(c)示出适于海洋应用的定子磁极的一个实例，其中层叠的叠片240容纳在防水箱242中。气密密封的顶盖被移除以显示出层叠面240。铁磁叠片240的整个堆叠可被喷涂或涂有多层防水保护涂层。防水箱242加强保护防止意外磨损和水侵入。在箱中的空隙243(如果有任何空隙的话)可填充有树脂化合物或铁芯，以提供组合件结构强度。

线圈234可在原位卷绕，或预先制备的线圈可插入到定子磁极233之间的槽内。对于海洋应用而言，适于线圈234的导体优选用不透海水的高介电强度的塑料护套进行绝缘。可以使用具有通常在潜水泵中发现的PVC、PE2+PA和HT4的护套进行绝缘的绕组导线。线圈234可以是同心或搭接线圈并且完全容纳在模块化的定子220内。线圈234也可跨过多个槽，并且匝数也可跨过多个槽按比例改变，以获得更多的正弦MMF。

支撑结构222可错开，使得线圈234可以完全容纳在组合件内。图25示出一个实例，其中支撑结构的上部部分250相对于底部部分251向左偏移过一个定子磁极。在左侧上的第一定子磁极252沿轴向从顶部延伸到中心，而在右侧上的最后一个定子磁极253沿轴向从底部延伸到中心。当第一模块化定子组装到第二模块化定子时，第一模块化定子的最后定子磁极253与第二模块化定子的第一定子磁极252组合以形成全长的定子磁极。这样的结构使得模块化定子能够容易地组装和移除。支撑结构的上部部分250和下部部分251可取决于绕组方案偏移过多个定子磁极。

对于海洋应用而言，防水水下外壳236可制成一体化到支撑结构222(图23)。线圈终端可经由适当的压缩密封套进入水下外壳，并且在外壳236本身内可与模块化定子内的其它线圈互连。水下外壳236还可容纳负责转换在模块内所产生功率的功率转换设备。这种模块化的定子220简化生产过程，其中每个模块可在完全组装之前独立地构建和测试。它们可配置成“即插即用”式的以便于故障模块交换和替换。

图23中的模块化转子组合件221包括两个相对的转子237。每个相对的转子237还包括用于携载感生电流的导电盘238和适于磁通返回到定子的铁盘(护铁)239。导电转子盘238可由包括铜和铝的具有低电阻的金属制成。当组装时，每个模块化的转子盘237可在周向上连接到其相邻的转子盘以形成连续的短路路径。铁盘239可由铁磁叠片的离散堆叠来形成。对于暴露于腐蚀环境的应用而言，叠片可被涂有多层防水保护涂层，并且可以被容纳在防水箱内。空隙可填充有树脂化合物。

现在将参照图26至38描述限定电机相位的绕组方案。术语“基本单元”将被频繁地使用以便限定具有跨越极对的长度的基本绕组的区段。所述模块化定子220可包括一个或多个基本单元以便适用于应用。

图26(a)示出根据本发明第二实施例的具有夹置定子260的相对转子261的单相轴向磁通感应式电机。在该轴向磁通、单个定子配置中，辅助绕组在定子260的第一层处卷绕，同时主绕组在第二层处卷绕。两个相位在空间上彼此正交。阴影区域表示定子铁磁极。弧262代表端部绕组链接线圈侧。例如，在1号槽处的线圈侧(M)链接到在8号槽处的线圈侧(M')。该电机具有不重叠的同心绕组262，其具有为6的平均线圈节距，类似于图4中的现有技术电机。定子260的顶部和底层偏移过四个槽，以便避免线圈拆分或阻塞。图26(b)示出也可使用具有为6的线圈节距的搭叠绕组263，其给出与图26(a)所示那些相同的电流链接分布。下文所公开的绕组方案为同心绕组，但是将由本领域内的技术人员理解的是可以使用搭叠绕组。图26(c)是等效于图26(a)绕组的示意图，其中多个基本单元264首尾连接以便形成多磁极电机。定子铁和转子为了清楚而被省略。定子260的每个基本单元264跨越如粗线所示的16个槽。一个模块化的定子可包括一个或多个基本单元。

可在不改变电流链接分布的情况下操纵定子一侧的端部绕组。图27示出单相轴向磁通感应式电机的替代性的变型，其中在跨过两个相邻基本单元之间边界得出中间磁极。这样的绕组布置使得定子能够被拆分成对准的模块。一个模块化的定子可包括由图27中的粗线所限定的一个或多个基本单元。由主绕组和辅助绕组所产生的相应空气间隙磁场在形状上类似于图6(b)和图6(c)的形状。因为图27中所示的辅助线圈具有8个线圈节距，与图26中的6个对应地相对，前者的端部绕组将相应更长，这使得机器绕组稍微不对称。如果需要的话，在辅助相位中的电阻增加可通过使用具有较大横截面面积的导体进行调节。然而不对称的绕组在实际的单相感应式电机中是常见的以便产生高启动转矩。

在槽中适当地分配导体数量而类似于正弦曲线。图28是具有近似正弦绕组的单相轴向磁通电机的绕组示意图。粗体字体代表更高数量的导体。适于该绕组方案的空气间隙磁通密度和谐波类似于图9(b)的那些。为了进一步减少不希望的谐波，每相位每个基本单元的同心线圈的数量可以增加至6，如图29中所示。这样的绕组方案提高了槽的利用率，并以类似于图10(a)的方式产生空气间隙中的更为正弦的磁场。空气间隙磁场的基波分量是最高的并且降低了所有其它更高次谐波。

在第二实施例中所公开的绕组原理可扩展到三相电机。图30示出通过多个基本单元定子构建的三相轴向磁通电机。定子被细分成三层，以及一个相位的线圈限制到一个层内而不与其它相重叠。A相、B相和C相线圈以120度的电角度间隔开，并且它们分别占据槽的顶层、中间层和底层。每个基本单元跨越具有槽数/磁极/相位和平均线圈节距分别等于2和6(例如，槽1-8和2-7)的12个槽。在图31中示出具有分别等于3和9的槽数/磁极/相位和平均线圈节距的绕组方案的另一实例。

图30和图31的绕组方案等效于全距绕组，其中其相位线圈占据总定子槽的三分之一。相位线圈可通过具有如图32中所示的重叠线圈而被压缩到一层内。如果具有与第一层相同的线圈节距的第二层被卷绕并相对于所述第一层偏移过多个槽距，则获得等效的短距或单弦绕组。图33示出一个实例，其中上层相对于下层右移以便导致等效的8/9短距双层绕组。用于产生双磁极对磁场的一个基本单元由粗线所限定。模块化的定子可构建成包括一个或多个基本单元。绕组可被完全容纳和界定在模块化定子内。这种短距绕组相比于图32的全距方案产生甚至更好的正弦空气间隙MMF。

三相轴向磁通电机的槽利用率可通过图34中所示的绕组方案增加到67％。每个相位每个基本单元具有包括为6的平均线圈节距的四个同心线圈(槽1-10、2-9、3-8和4-7)。如果使用搭叠线圈，则它们占据槽1-7、2-8、3-9和4-10。该绕组方案要求定子具有交错的端部，以便容纳相位的其中一个的线圈侧。

在图35中示出绕组方案的另一种变型，其具有与图34相同的槽利用率，但具有更短的端部绕组。这种绕组方案的每个相位也占据一层，并具有在12个定子槽内导致磁极对磁场的八个线圈侧。在一个基本单元内，八个线圈侧被拆分成两组同心线圈(槽1-4&2-3以及槽7-10&8-9)，其有效地缩短了端部绕组。这种绕组方案的变型可具有分配的匝数以获得更好的正弦空气间隙磁场。在图35中，粗体文本代表具有更高数量的导体的槽，例如，跨越槽1和4的A相线圈相比于其跨越槽2和3分同心对应部分具有更高的匝数。在图36中示出三相轴向磁通感应式电机的另一种变型。存在两组同心线圈，其中每一组跨越平均三个槽(例如，槽1-5&2-4以及槽7-11&8-10)。同心线圈可以具有不同的匝数，以便相比于在每个线圈中使用相同匝数产生更为正弦的MMF。用粗体字体指定的相位线圈指示更高的匝数。

模块化定子布置的概念也可应用于根据本发明第二实施例的具有更高数量相位(4、5、6、7个相位等)的轴向磁通电机。所有的相位可连接到一个中性点或可独立于彼此。图37(a)是五相电机的一个实例，其中相位线圈布置在五个层(一层一个相位)内。图37(b)是五相电机的又一个实例，其中所有的相位线圈被压缩到单层内。基本单元封装如粗线所示的10个定子槽，并且一个模块化定子可包括一个或多个基本单元。每两相之间的空间角度是间隔开72度的电角度。这样的机器可具有中性点，并且可通过单个功率转换器馈送。备选地，相位线圈也可以是独立的电路，其中每个相位连接到单独的功率转换器。

多相电机还可包括两组或多组对称的相绕组。图38(a)是用二组对称的三相绕组A1、B1、C1和A2、B2、C2构成的六相电机的一个实例。第一组绕组在定子的上层处卷绕，而第二组在底层处卷绕。在上层处的绕组布置与底层的绕组布置成镜像，但后者右移一个槽，从而产生30度电角度的相移。在该实例中，基本单元跨越如由粗线所限定的12个槽。模块化的定子可以包括一个基本单元或多个基本单元。

在图38(b)中，第一组三相绕组由三相功率转换器380馈送，而第二组由单独的三相功率转换器381馈送，功率转换器381的相位相对于功率转换器380延迟30度的电角度。该六相绕组配置具有消除更低次谐波的优势，并且由于其双功率转换器布局而可更为容错。为了进一步改进MMF的分布，在图37和图38中的绕组可扩展到线圈侧占据多个槽的方案。通过使用在本发明的第一和第二实施例所公开的绕组布置原理可获得具有更高相数的轴向磁通电机。

第三实施例

在上面第一和第二实施例中所述的模块化轴向磁通感应式电机的特征可被扩展到其它类型的电机。

模块化的绕组方案也可被扩展到线性感应式电机。在直观上，图5-21和图26-38的绕组布置类似于线性感应式电机。定子和转子可被制造成模块化单元并组装到一起，以形成线性电机。如果线性电机按假想线滚动，使其一端与另一端相遇，则获得圆柱形的径向磁通电机。图39(a)和图40(a)分别示出径向磁通电机，其具有夹置转子391的双面定子390和夹置定子400的双面转子401。这样的电机是由图39(b)和图40(b)的模块化定子和模块化转子构成。也可获得圆柱形的单个空气间隙的径向磁通电机，其中所述双面定子的一侧被省略并且提供合适的磁通返回路径。图41示出从模块化定子410和模块化转子411构建的单个空气间隙径向磁通电机。

虽然公开了的特征特定于轴向磁通感应式电机，但这些特征仍然适用于轴向磁通或径向磁通永磁电机。优选的是通过使用大于或等于每个磁极每个相位的一个槽而具有正弦MMF分布。为了高的性能，感应式电机需要电流链接分布几乎是正弦的。在前面实施例中所述的绕组方案主要是整数槽绕组(槽数/磁极/相位是整数)。分数槽绕组(每个磁极每个相位的槽数为分数)在选择槽数和磁极数的方面提供更多的自由度，并且相比于整数槽绕组更直接地被分段。然而，分数槽绕组在感应式电机中并不常见，因为高的不希望的谐波与非正弦电流链接分布相关联。这些谐波在永磁电机中不是问题，其原因在于空隙间隙磁通密度主要由永磁转子产生。至于关于电流链接分布，满足高性能感应式电机器要求的任何定子绕组方案，包括上面公开的那些，会更经常地超过永磁电机的要求相对于不超过永磁电机的要求。

图42和图43分别示出具有双面定子的永磁电机和具有双面转子的永磁电机。双面转子的转子铁可通过使用如图44中所示的海尔贝克阵列永磁体而被消除。在绕场同步电机中可以使用相同的模块化定子和绕组。电机的空气间隙磁场由经由滑环供应或经由无刷励磁系统供应直流电流的转子磁场绕组产生。图45和图46分别示意性地示出具有双面定子的绕场同步电机和具有双面转子的绕场同步电机。绕线转子也可以是例如经由多相滑环连接到功率转换器的多相绕组的组。这种电机的布局被称为双馈感应式电机，其中定子和转子绕组参与能量转换过程。实际的同步磁阻电机具有与感应式电机相同的定子和绕组，但前者具有的转子包括铁叠片的堆叠，所述叠片成形为使得其本身往往与定子磁场对准。图47和图48分别示出具有双面定子的同步磁阻电机和具有双面转子的同步磁阻电机。

直驱式潮汐发电机可采用稀土类磁体来增加发电机的功率密度。通常情况下，钕铁硼磁体由于它们的高剩磁性、高的矫顽磁性和高的能量产出而被关注。然而，近年来稀土元素的价格大幅上涨促使许多行业考虑没有稀土的解决方案，以保持在价格上具有竞争力。除了成本之外，将定子和永磁转子组装到一起将需要特定的夹具，因为当磁体靠近定子铁时存在不平衡的磁性拉力。从安全角度出发的另一个缺点是发电机电动势(EMF)，当定子和转子之间存在相对移动时，在终端处存在MMF。为了避免触电危险，何服务或维修可被执行之前，转子必须完全停止并保持静止。

本发明的实施例可提供一种电机，特别是直驱式电机，其不涉及使用齿轮箱、传动轴和机械滚动元件轴承。省却这些组件可简化系统以及降低成本。此外，电机不涉及使用稀土磁体，否则其可能会增加成本并导致触电。本发明中的电机可由多个模块化定子和模块化转子组装而成。这显著增加了制造和维修的容易度，并进一步降低了成本。更重要的是，本发明中的电机可以最小的失真产生正弦空气间隙磁动势分布。

本领域内的技术人员应理解的是，仅仅通过实例的方式而不以任何限制性的意义描述了上述实施例，并且在不脱离如由权利要求限定的本发明范围的情况下设计、结构和操作细节上的各种变化和修改都是可行的。

Claims

1.一种电机，其包括：

配置成能够被组装以形成定子的多个可拆卸的模块化定子部件；

配置成被组装以形成转子的多个转子部件；

所述定子部件和所述转子部件中的其中一个,其具有第一径向组件和第二径向组件，以及所述定子部件和所述转子部件中的另一个,其具有第三径向组件；

在所述第一径向组件和所述第二径向组件之间并由其限定的分隔间隙；

所述第三径向组件可定位在所述分隔间隙内并在所述第一径向组件和所述第二径向组件之间；

所述转子可相对于所述定子移动。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，

所述第一径向组件包括第一定子组件，以及所述第二径向组件包括从所述第一定子组件间隔开、平行于所述第一定子组件并与所述第一定子组件相对的第二定子组件；

所述第一定子组件和所述第二定子组件分别配置成在其中接纳用于产生基本上正弦磁场的多个绕组；并且其中，

所述第三径向组件包括定子组件，所述定子组件配置成定位在分隔间隙内和所述第一定子组件和所述第二定子组件之间，并且进一步配置成相对于所述第一定子组件和所述第二定子组件移动。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述第一定子组件和所述第二定子组件分别包括具有多个槽的铁芯。

4.根据权利要求2或3所述的电机，其中，所述第一定子组件和所述第二定子组件分别具有单相绕组；并且所述第一定子组件的所述单相绕组在空间上正交于所述第二定子组件的所述单相绕组。

5.根据权利要求2或3所述的电机，其中，所述第一定子组件具有至少一个相位绕组以及所述第二定子组件具有至少一个相位绕组，所述第一定子组件和所述第二定子组件的所述绕组基本上是彼此的几何镜像。

6.根据权利要求2或3所述的电机，其中，所述第一定子组件具有至少一个相位绕组以及所述第二定子组件具有至少一个相位绕组，所述第一定子组件和所述第二定子组件的所述绕组相对于彼此偏移过至少一个槽距，以便产生等效于由短距绕组所产生的磁动势。

7.根据权利要求1所述的电机，其中，

所述第三径向组件包括定子组件；

每个所述模块化的定子部件包括多个定子齿和定子槽；

每个所述模块化的定子部件配置成在其中接纳用于产生基本上正弦磁场的多个绕组；并且其中，

所述第一径向组件包括第一转子组件以及所述第二径向组件包括第二转子组件，所述第一转子组件配置成可定位在所述定子组件的第一侧上以及所述第二转子组件配置成可定位在所述定子组件的第二相对侧上，

所述第一转子组件和所述第二转子组件在其间限定分隔间隙，所述分隔间隙适于在其中接纳所述定子组件，使所述第一转子组件和所述第二转子组件相对于所述定子组件运动。

8.根据权利要求7所述的电机，其中，所述定子齿和定子槽由多个离散的铁芯或非铁芯形成。

9.根据权利要求2、7或8中任一项所述的电机，其中，所述磁场在整个机器中具有基本上相同的峰值幅度和空间关系。

10.根据权利要求3或8所述的电机，其中，所述铁芯或非铁芯是防水的。

11.根据权利要求2、3或7至10中任一项所述的电机，其中，所述绕组被完全包含并界定在所述模块化定子内。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的电机，其中，所述绕组被连接为两相绕组。

13.根据权利要求7至11中任一项所述的电机，其中，所述绕组被连接为多相绕组。

14.根据权利要求4-6或12-13中任一项所述的电机，其中，至少一个所述相位绕组具有中间磁极绕组布局。

15.根据权利要求2至14中任一项所述的电机，其中，所述绕组是跨越多个定子槽的线圈。

16.根据权利要求15所述的电机，其中，所述线圈的匝数跨过多个所述定子槽按比例改变。

17.根据权利要求2至16中任一项所述的电机，其中，所述绕组是绝缘和防水的。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的电机，其中，适于容纳功率转换设备的封壳一体化到所述模块化的定子。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的电机，其中，每个所述转子部件包括选自于由下述所构成的组的至少一个：导电组件，永久磁体，磁场绕组，多相绕组或铁芯。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的电机，其中，所述定子和所述转子是线性的。

21.根据权利要求1至19中任一项所述的电机，其中，所述定子和所述转子是圆柱形的。

22.一种电机，其包括：

每个所述模块化的定子部件包括与第二定子组件间隔开、平行于第二定子组件并与第二定子组件相对的第一定子组件；

在所述第一定子组件和所述第二定子组件之间并由其限定的分隔间隙；

所述第一定子组件和所述第二定子组件的每一个分别配置成在其中接纳用于产生基本上正弦磁场的多个绕组；以及

配置成被组装以形成转子的多个转子部件，并且其中每个所述转子部件配置成定位在所述第一定子组件和所述第二定子组件之间的所述分隔间隙内，并且进一步配置成相对于所述第一定子组件和所述第二定子组件移动。

23.根据权利要求22所述的电机，其中，所述第一定子组件和所述第二定子组件分别包括具有多个槽的铁芯。

24.根据权利要求22或23所述的电机，其中，所述第一定子组件和所述第二定子组件分别具有单相绕组；并且所述第一定子组件的所述单相绕组在空间上正交于所述第二定子组件的所述单相绕组。

25.根据权利要求22或23所述的电机，其中，所述第一定子组件具有至少一个相位绕组以及所述第二定子组件具有至少一个相位绕组，所述第一定子组件和所述第二定子组件的所述绕组基本上是彼此的几何镜像。

26.根据权利要求22或23所述的电机，其中，所述第一定子组件具有至少一个相位绕组以及所述第二定子组件具有至少一个相位绕组，所述第一定子组件和所述第二定子组件的所述绕组相对于彼此偏移过至少一个槽距，以便产生等效于由短距绕组所产生的磁动势。

27.一种电机，其包括：

每个所述模块化的定子部件包括多个定子齿和定子槽；

每个所述模块化的定子部件被配置成在其中接纳用于产生基本上正弦磁场的多个绕组；以及

配置成被组装以形成转子的多个转子部件；

所述多个转子部件的每一个包括配置成可定位在所述模块化定子部件第一侧上的第一转子组件以及配置成可定位在所述模块化定子部件的第二相对侧上的第二转子组件，所述第一转子组件和所述第二转子组件在其间限定分隔间隙，所述分隔间隙适于在其中接纳所述模块化的定子部件，使所述第一转子组件和所述第二转子组件相对于所述模块化的定子部件运动。

28.根据权利要求27所述的电机，其中，所述定子齿和定子槽由多个离散的铁芯或非铁芯形成。

29.根据权利要求22、27或28中任一项所述的电机，其中，所述磁场在整个机器中具有基本上相同的峰值幅度和空间关系。

30.根据权利要求23或28所述的电机，其中，所述铁芯或非铁芯是防水的。

31.根据权利要求22、23或27至30中任一项所述的电机，其中，所述绕组被完全包含并界定在所述模块化定子内。

32.根据权利要求27至31中任一项所述的电机，其中，所述绕组被连接为两相绕组。

33.根据权利要求27至31中任一项所述的电机，其中，所述绕组被连接为多相绕组。

34.根据权利要求24-26或32-33中任一项所述的电机，其中，至少一个所述相位绕组具有中间磁极绕组布局。

35.根据权利要求22至34中任一项所述的电机，其中，所述绕组是跨越多个定子槽的线圈。

36.根据权利要求35所述的电机，其中，所述线圈的匝数跨过多个所述定子槽按比例改变。

37.根据权利要求22至36中任一项所述的电机，其中，所述绕组是绝缘和防水的。

38.根据权利要求22至37中任一项所述的电机，其中，适于容纳功率转换设备的封壳一体化到所述模块化的定子。

39.根据权利要求22至38中任一项所述的电机，其中，每个所述转子部件包括选自于由下述所构成的组的至少一个：导电组件，永久磁体，磁场绕组，多相绕组或铁芯。

40.根据权利要求22至39中任一项所述的电机，其中，所述定子和所述转子是线性的。

41.根据权利要求22至39中任一项所述的电机，其中，所述定子和所述转子是圆柱形的。