本發(fā)明通常涉及一種無刷直流電動機(jī)和/或發(fā)電機(jī)，尤其是無刷高磁極數(shù)多相橫向磁通永磁電機(jī)。本發(fā)明進(jìn)一步描述/涉及一種具有高能量轉(zhuǎn)換效率和高效率的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，或者一種高功率的橫向磁通引導(dǎo)、高推力扭矩和低慣量同步電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，其單個的磁極是分段偏置在返回繞組上。

背景技術(shù)：
與常規(guī)的電機(jī)相比，同樣的安裝體積，橫向磁通電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的扭矩密度。這是基于這樣的事實(shí)，在橫向磁通電機(jī)中，扭矩的增加可以通過增加磁極的數(shù)量和磁通密度來實(shí)現(xiàn)。在橫向磁通電機(jī)中，與常規(guī)電機(jī)相比，磁通量不是縱向的而是橫向的。即，電場和磁場相對彼此旋轉(zhuǎn)90度。橫向磁通電機(jī)被描述，例如，在EP1005136A1中，通過U形和I形磁軛的特別配置減少了散射路徑，所以旋轉(zhuǎn)推力較高。橫向磁通電機(jī)的另一個實(shí)施例在生產(chǎn)技術(shù)上更容易生產(chǎn)，同時具有最高的可能效率和最高的可能扭矩，也由DE102006038576中已知。在橫向磁通電機(jī)中的較高的推力扭矩是通過包括非常多的單個部件的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。然而，由于環(huán)形線圈的易于制造和多個單個部件的可能的自動化裝配，其優(yōu)點(diǎn)突出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種橫向磁通電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，其制造經(jīng)濟(jì)，具有高效率和高轉(zhuǎn)矩，即與已知的結(jié)構(gòu)相比，可以進(jìn)一步增加轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明的一個方面特別地簡化制造過程并降低制造成本。根據(jù)本發(fā)明的橫向磁通電動機(jī)/發(fā)電機(jī)特別適用那些需要小的安裝空間卻同時需要高推力轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用。本發(fā)明的目的由具有橫向磁通引導(dǎo)的多相分段高功率同步電機(jī)解決，包括至少兩個或多個雙段。兩個或多個雙段形成直線電動機(jī)或發(fā)電機(jī)的段，或者旋轉(zhuǎn)電動機(jī)或發(fā)電機(jī)的段。兩個或多個雙段包括一行永磁體和具有一個或多個周向繞組的軟磁磁軛。由于每種情況的雙向結(jié)構(gòu)，同樣大小的繞組電流流經(jīng)兩個同樣大的段。由于磁軛的移相設(shè)置，推力扭矩在運(yùn)動的相同方向產(chǎn)生。磁軛可以設(shè)置成向下折疊或并排。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，磁體以形成兩相的方式設(shè)置，一行磁體被使用，這樣做節(jié)省磁性材料。同時，磁通傳導(dǎo)材料的節(jié)省通過磁集中器的方式實(shí)現(xiàn)。磁通材料尤其可以用注射成型MIM(MIM，MetalInjectionMolding，金屬注射成型)技術(shù)制造，綠色環(huán)保材料或燒結(jié)材料可以用作磁通傳導(dǎo)材料。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，磁通傳導(dǎo)材料包括由粘接劑粘結(jié)在一起的軟磁帶。為了穩(wěn)定和保護(hù)，由軟磁帶制成的磁通傳導(dǎo)材料進(jìn)一步被包裹在塑料中，定子優(yōu)選由導(dǎo)熱塑料注射成型。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，磁通傳導(dǎo)材料中的磁場強(qiáng)度被磁集中器加強(qiáng)。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，磁體裝置被兩個磁軛元件的裝置共同使用，使得電機(jī)的功率或扭矩大體上約加倍或增加約90％。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，該電機(jī)包括兩個或多個互相連接的轉(zhuǎn)子環(huán)，具有交變極性(磁極)的磁體連接在其上。由于這種結(jié)構(gòu)，兩個或多個互相連接的具有磁極的轉(zhuǎn)子環(huán)優(yōu)選地具有相當(dāng)大的有效和可用的磁面積。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，電機(jī)的分段結(jié)構(gòu)可以非常簡單的集成到機(jī)動車輛中。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，列出的措施構(gòu)成重量減輕，尤其當(dāng)用于兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，減輕到相當(dāng)大的程度。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，磁軛元件的磁極末端的寬度與磁體的寬度具有約為0.7的比例。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，U形磁軛元件的磁軛支腿的邊緣在磁極末端的區(qū)域具有大體上為多邊形的形狀，以避免對磁場的任何壓縮。附圖說明本發(fā)明將從下面的說明和附圖中被更好的理解，這些只是作為一個示例，因此不應(yīng)限制本公開。圖1示出了作為例子的無刷直流電動機(jī)/發(fā)電機(jī)在一相分段設(shè)計(jì)中的原理；圖2示出了作為例子的在無刷直流電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的分段設(shè)計(jì)中的雙倍利用的磁體和磁集中器的原理；圖3示出了作為例子的根據(jù)本發(fā)明的具有向下折疊段的無刷直流電機(jī)的截面圖；和圖4a至圖4d示出了根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件的各種形狀。具體實(shí)施方式圖1用示意性的簡化視圖示出了作為例子的無刷直流電動機(jī)/發(fā)電機(jī)在一相分段設(shè)計(jì)中的原理。移相磁軛元件1a,…,1c,2a,…,2c具有U形形狀的軟磁材料并且圍繞有橫向線圈/繞組8。當(dāng)通電時，如箭頭所示，在電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，磁體4在磁軛之上被拖動，或者，當(dāng)磁體4在磁軛元件1a,…,1c,2a,…,2c上移動，在發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生電壓。該原理用不具有雙倍利用的磁體4作為一個例子在圖1中示出，并示出了幾個實(shí)施例中的一個。移相磁軛元件2a,…,2c設(shè)置在橫向線圈8的返回部分。根據(jù)設(shè)計(jì)，在單向橫向磁通電機(jī)和雙向橫向磁通電機(jī)之間是有區(qū)別的，在單向橫向磁通電機(jī)中，圍繞繞組以用于引導(dǎo)磁通的磁軛元件只設(shè)置在永磁體的一側(cè)，在雙向磁通電機(jī)中，磁軛設(shè)置在永磁體的兩側(cè)。與傳統(tǒng)的電子換向(EC，ElectricalCommutation)電機(jī)相比，高功率同步電機(jī)具有2/3少的繞組要求，因?yàn)槔@組完全位于磁路中，并且由于永磁體的雙倍利用，磁體的質(zhì)量降低高達(dá)50％。這種結(jié)構(gòu)同時減少所需要的磁通傳導(dǎo)材料和以及其重量。由于磁體材料的雙倍利用，雙倍推力扭矩橫向磁通電動機(jī)/發(fā)電機(jī)大大減小體積。提高效率的材料節(jié)省還降低了轉(zhuǎn)動慣量。本發(fā)明涉及一種橫向磁通電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，可以高效生產(chǎn)，減少材料需求量，大大降低重量并提高效率。能量密度可以比轉(zhuǎn)矩電動機(jī)/發(fā)電機(jī)高至3倍。根據(jù)本發(fā)明的橫向磁通電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的應(yīng)用實(shí)例為，例如，超級同步電動機(jī)，其尤其適于安裝在小直徑的管子中，類似于氣缸，絞盤或主軸電機(jī)，其中在該應(yīng)用示例中電動機(jī)的長度是次要的。必要的方面尤其是在高扭矩時不需要變速器實(shí)現(xiàn)最低速度。另一個應(yīng)用實(shí)例是位于自行車的擋泥板上的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，其中車輪作為轉(zhuǎn)子。另一個應(yīng)用實(shí)例是直線電動機(jī)/發(fā)電機(jī)。這里首先強(qiáng)調(diào)的是在工具中具有在高功率時慢速移動，而不需要變速器，并且在機(jī)械工具中有較小的重量，同時，高動態(tài)是必須的。另外的應(yīng)用實(shí)例是可用市電電壓直接運(yùn)行的外轉(zhuǎn)子電動機(jī)和小型電動機(jī)，在具有高路徑精度的彎曲軌道上的超同步電機(jī)等等。開發(fā)目的和解決方案由前面所提到的原因，目的在于開發(fā)一種電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，具有以下改進(jìn)：緩慢運(yùn)動-這是由每步小路徑的高磁極數(shù)實(shí)現(xiàn)的。每單位重量的高推力扭矩和高功率-這是由具有小磁體的高磁極數(shù)實(shí)現(xiàn)的；-這是由磁性表面的更好利用實(shí)現(xiàn)的；和/或-這是由高氣隙磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。緩慢運(yùn)行或低轉(zhuǎn)速時的高效率-這是由高磁極數(shù)和磁飽和限制實(shí)現(xiàn)的。因此，高效率，低熱損耗由于電流、低鐵芯損耗和大的有效磁性表面得以實(shí)現(xiàn)。這是由磁性表面的雙倍利用實(shí)現(xiàn)的，其對應(yīng)于可用磁場的倍增。簡化生產(chǎn)-這是由磁通量材料的注射成型實(shí)現(xiàn)的；和/或-這是由自動繞線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。布線的低開支，盡管高磁極數(shù)對-這是由每相只有一個繞組實(shí)現(xiàn)的。電動機(jī)/發(fā)電機(jī)應(yīng)具有低轉(zhuǎn)動慣量-由減少磁體質(zhì)量獲得具有更高磁通密度的低推力轉(zhuǎn)動慣量。電動機(jī)/發(fā)電機(jī)應(yīng)具有更高功率和推力矩-由于由矩形和/或片狀金屬制成的線圈的緊湊結(jié)構(gòu)，銅填充度，因此功率密度是增加的；和/或-由于使用NdFeB磁體和磁面積的獲得，效率顯著增加。根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例通過增加銅填充度，功率會增加，對于橫向線圈8，與圓線相比，使用扁平材料(片狀金屬)填充率由約65％升到約96％。由于磁結(jié)構(gòu)的雙面結(jié)構(gòu)，通過可用磁性表面的加倍功率可以增加約90％。根據(jù)本發(fā)明的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的總損耗的很大一部分是由線圈的電阻引起的損耗。由于先前和以下描述的措施，可用的線長大大增加，因此電阻較低，歐姆損耗減少。模擬表明，尤其是根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件的磁極末端的形狀是可以優(yōu)化的。因此，這表明，例如，磁極的寬度與磁體的寬度的約為0.7的比例(圖4d中也表明了這一情況)是應(yīng)該爭取的。為了降低飽和趨勢，邊緣可以進(jìn)一步配置成圓形的，根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件的磁極末端的區(qū)域的多邊形形狀。具有這樣的多邊形形狀的邊緣，不會發(fā)生磁場壓縮，在過渡區(qū)域磁場強(qiáng)度比較低。圖2用示意性的簡化視圖示出了作為例子的磁集中器和磁體的雙倍利用的原理。如可以由先前描述的圖1確定，磁體的未利用的部分在無刷直流電動機(jī)/發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中始終存在。為了避免這樣，磁體的雙倍利用可以做到，這還伴隨著更高的能量密度。雙倍利用，這里同樣也作為磁集中器或磁集中器技術(shù)，以使更高的能量密度可以達(dá)到，這樣與其他技術(shù)相比，可以獲得明顯更高的功率。為了這個目的，在磁體裝置的兩邊包括磁體4和磁通傳導(dǎo)材料5(彼此交錯排成一列，磁體的極性交替相對對齊)，磁軛元件1a，1b，2a設(shè)置在根據(jù)磁體的極性形成的磁通9所在處。磁軛元件1a或1b和磁軛元件2a都設(shè)置在磁體裝置的相對側(cè)。圖3示出了具有兩個外部磁環(huán)的根據(jù)本發(fā)明的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的可能的結(jié)構(gòu)的原理，作為本發(fā)明的一個實(shí)施例的例子。根據(jù)本發(fā)明的另外的替代實(shí)施例是具有內(nèi)部磁環(huán)的結(jié)構(gòu)，該磁環(huán)具有根據(jù)先前描述的磁體的雙倍利用，由此可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省磁體材料。圖3示出了具有相位偏移的磁軛元件1a，…，1f和2a，…,2f，它們都底面對底面的設(shè)置在支架7。橫向線圈8由磁軛元件1a，…，1f和2a，…,2f圍繞。在每種情況下，磁體以兩個磁體裝置的形式提供在磁極末端。每個磁體裝置包括返回板6，在該示意性的實(shí)施例中，單個磁體粘接在返回板上，對應(yīng)于U形磁軛元件的每個支腿或者為了U形磁軛元件的每個支腿的每個磁極末端。在圖4a至4d的設(shè)計(jì)中，示出了根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件的各種形狀。圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的在支腿3b之間具有橋或板3a的U形磁軛元件1/2的平面圖，其具有根據(jù)極化永磁體(未示出)極化的N極或S極。為了增加扭矩，可以提供的是，U形磁軛元件的磁極設(shè)計(jì)成可以加寬為極靴，可以由在下文中描述的圖4b中推斷出。由于這些加寬，有效扭矩表面被放大，氣隙中的磁通密度被減小。如可以由在下文中描述的圖4a或圖4c中的根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件的簡圖推斷，磁軛支腿3b具有橋或板3a相對它們的橫向平面傾斜延伸。傾斜延伸的橋或板3a形成具有相位偏移的磁軛元件。優(yōu)選地，一個磁軛元件的支腿3b具有的相位偏移被一個磁極分量抵消，通過一個相應(yīng)配置的傾斜延伸的橋或板3a。圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件1a和1b的側(cè)面剖視圖，具有橫向繞組8和帶有返回板6的磁體4。從側(cè)視圖中可以看出，U形磁軛元件的磁極設(shè)計(jì)成可以加寬為極靴，極靴可以延伸到U形磁軛元件1a和1b的內(nèi)部區(qū)域。在一個示意性的實(shí)施例中，示出了磁體4分別延伸越過根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件1a和1b的一個磁極末端。橫向繞組8由多個圓線作為示例說明。然而如前文所述，橫向繞組8可以由板形元件構(gòu)成，例如，片狀金屬元件。圖4c示出了根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件的簡化立體示意圖，該磁軛元件具有位于兩個磁軛支腿3b之間的橋或板3a，其具有根據(jù)極化永磁體(未示出)極化的N極或S極。圖4d示出了根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件1/2和橫向線圈/繞組8的側(cè)視圖。這些部件形成定子。轉(zhuǎn)子包括具有交替N級/S極磁化4a和S極/N極磁化4b的磁體4。根據(jù)本發(fā)明的磁軛元件1/2的磁極末端的寬度BJ和磁體的寬度BM有利的具有約0.7的比例。為了減小飽和趨勢，邊緣優(yōu)選為圓形，根據(jù)一個多邊形形狀。多邊形的形狀可以由模擬的方法確定，該模擬考慮到取決于材料選擇的最大磁場強(qiáng)度。作為根據(jù)本發(fā)明的U形磁軛元件的磁極末端的多邊形邊緣的這樣一個優(yōu)化的結(jié)果，沒有磁場壓縮形成，且過渡處的磁場較低。參照表1，1a，1b,...:磁軛元件2，2a，2b,...:磁軛元件3a:磁軛元件的(磁軛)板/橋3b:磁軛元件的(磁軛)支腿4，4a，4b：磁體(N-S或S-N磁化)5：磁通傳導(dǎo)材料6：返回板7：支架8：橫向線圈/繞組9：磁通