[发明专利]横向磁通马达或发电机

说明书

本发明实现横向磁通电机(马达或发电机)的变型，该横向磁通电机采用主要位于定子而不是转子的铁磁励磁元件。在通过转子的移动而周期性完成的近乎完整的磁回路中采用励磁元件。如此生成的变化的磁通用于在绕组中产生EMF，在发电机的情况下或者在马达的情况下，适当的EMF用于产生最终使马达转动的变化的磁通。

技术领域

本发明涉及能量转换装置领域，具体地，涉及无刷电动马达和发电机。

背景技术

近些年，最初在一个多世纪以前获得专利权的横向磁通机(以下称为TFM(transverse flux machine))因高能量永磁体材料的可应用性而已经重新吸引人们的注意。TFM利用与运动方向垂直的磁回路。TFM提供比传统的径向磁通机高的额定转矩和功率密度。然而，一些实质性缺陷导致了妨碍TFM在电机市场占主导地位的如下性能问题：

1.低的功率因数：归因于相对低的对于漏磁的磁阻，并且归因于由于磁体之间的通常最小化的距离而产生的高寄生元件磁通(parasite flux)，减少了工作磁通。

2.功率密度限制：由于小型且轻量化的装置将在许多应用中得到更广泛地应用，并且通常会节省昂贵的磁性材料、铁材料和导电材料，所以无刷电动马达和发电机的功率密度通常是重要的。

大多数TFM设计涉及安装于转子的外表面的磁体，因而会受到限制了机器的速度以维持转子完整性的离心力和磁吸引力的作用。如将对本领域技术人员已知的是，由于RPM越高效率越高，所以包括TFM的电动马达和发电机的功率密度与装置的RPM相关。

3.高的设计复杂性：会增大产品成本和对可靠性的消极影响。全3维构造要求的分析比其它电磁机器通常采用的分析更复杂，从而使其涉及更多设计。

因而，长久以来对允许更好的性能、即更高的功率因数和功率密度以及对所提高的RPM的兼容性的基于TFM的改善了的能量转换装置存在需求。

发明内容

本发明实现TFM的变型。本发明为我们称作“逆横向磁通机”(以下称为ITFM(inverse transverse flux machine))的TFM的变体。该装置在通过转子的移动而周期性完成的近乎完全的磁回路中采用了励磁元件。对于发电机的情况，如此生成的变化的磁通用于在绕组中产生EMF，或者对于马达的情况，适当的EMF用于产生使马达转动的变化的磁通。

ITFM使用用于完成具有不同磁通方向的回路的无源铁磁(passiveferromagnetic)元件(或其它导磁元件)(“切换器”)。

在ITFM的一些实施方式中，诸如永磁体等的励磁元件不像传统装置那样位于转子上，而是位于定子上，转子上仅有铁磁切换元件。

已经说明了本发明的前述实施方式，并且也已经结合实施方式的系统和方法对实施方式进行了阐述，这些系统和方法的本意仅是解释性的，而非限制性的。此外，与每个具体的引用可以体现具体的方法/系统(虽然不要求如此)一样，尽管使用了具体的实施方式，但是本教导最终囊括所有表达。

附图说明

这里，结合以下附图说明本发明的实施方式和特征：

图1描绘现有技术的TFM；

图2A和图2B示出使用安装于转子的C形芯和安装于定子的永磁体的三相ITFM的实施方式；

图3示出使用面对轴向地安装于定子的C形芯和安装于转子的永磁体的实施方式；

图4、图5示出使用面对轴向地安装于定子的C形芯和安装于转子的永磁体的、具有双相绕组的实施方式；

图6、图7、图8示出了使用三组C形芯的实施方式的、具有安装于定子的永磁体且具有多个切换元件的实施方式；

图9、图10示出采用梳形芯的实施方式；