[发明专利]具有多个气隙的电动机和发电机装置、系统和方法

说明书

本发明公开了一个装置包括具有内表面和外表面的定子，磁耦合到定子的多个转子，位于定子的内表面与第一转子之间的第一气隙，和位于定子外表面与第二转子之间的第二气隙。多个第一槽沿着内表面分布，且彼此间由多个第一齿分开，多个第二槽沿着外表面分布，且彼此间由多个第二齿分开。多个绕组位于内表面和外表面之间，每个绕组包括位于一个第一槽的多个第一导体和位于第一槽附近的一个第二槽的多个第二导体。第一转子面向定子的内表面，第二转子面向定子的外表面。第一导体，第一气隙和第一转子形成第一子电机，且第二导体，第二气隙和第二转子形成第二子电机。本装置系统性能得到显著改进和优化，且系统成本大大降低。

技术领域

本发明涉及电动机和发电机以及电驱动和控制技术领域，尤其涉及一种具有多个气隙的电动机和发电机装置、系统和方法。

背景技术

电机(包括电动机或发电机)是一种在电源和机械运动之间转换能量的装置。有不同类型的电机，其中包括感应电机，永磁电机，开关磁阻电机，同步磁阻电机，和各种混合电机，可以用于旋转，线性或其它方式的机械运动。本发明的各个实施例适用于所有类型的电机，包括用作电动机或发动机的上述各类电机，但是下面将以电动机为例描述本公开的各项创新之处。所披露的技术将以旋转电机为例讨论，但它们也可以适用于以其它形式运动的电机，如线机电机。在大多数应用中，电动机和发电机可以变速运行。在这样的变速应用中(包括但不限于工业驱动，电动车辆，柴油发电机组，和风力发电)，电力电子设备可用来与电动机和发电机一同运行。人们强烈希望提高此类系统的效率，同时降低其成本和尺寸，尤其是对于要求苛刻的应用，例如电动汽车和其他运输设备。

一台电动机或发电机通常包括一个定子和一个转子。定子是静止部分，而转子是旋转或移动部件，其可相对定子而旋转，线性移动或以其它方式运动，取决于其机械设计。转子可以是位于定子内部，外部，或如轴向磁场那样位于定子旁边。转子与定子之间有一个小的气隙以避免机械干涉并产生机械转矩，这也是机-电能量转换发生的地方。为了提高性能，希望能够在电动机或发电机中具有多个气隙。不幸的是，到目前为止，这种多气隙电动机和发电机并未得到广泛应用，因为这种系统的设计和控制过于困难和复杂。需要显著改进来进一步优化系统性能并降低系统成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多个气隙的电动机和发电机装置、系统和方法，旨在解决现有技术中，系统的设计和控制过于困难和复杂的问题。

本申请要求2020年8月28日提交的名称为“具有多个气隙的高效率高密度电动机和发电机”的63/071,474号美国临时申请的权益，且通过引用将该申请合并于此。

根据一个实施例，一个装置包括具有一个内表面和一个外表面的定子，磁耦合到所述定子的多个转子，位于定子的内表面与所述第一转子之间的第一气隙，和位于定子外表面与所述第二转子之间的第二气隙。多个第一槽沿着所述内表面分布，且彼此间由多个第一齿分开，多个第二槽沿着所述外表面分布，且彼此间由多个第二齿分开。多个绕组位于所述内表面和所述外表面之间，每个绕组包括位于一个第一槽的多个第一导体和位于所述第一槽附近的一个第二槽的多个第二导体。第一转子面向所述定子的内表面，第二转子面向所述定子的外表面。所述第一导体，第一气隙和第一转子形成第一子电机，且所述第二导体，第二气隙和第二转子形成第二子电机。第一子电机和第二子电机被配置为当所述多个线圈有电流流动时在一个运行模式产生同一方向的机械转矩。