Многофазное статорное устройство

Многофазное статорное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится, в общем, к электрическим машинам. В частности, изобретение относится к вращающейся или линейно-подвижной трехфазной машине с поперечным магнитным потоком, с конструкцией ротора или движителя в виде постоянного магнита. Машину данного типа можно использовать в качестве либо электродвигателя, либо генератора, в зависимости от области применения. Линейно-подвижную машину можно также именовать линейной машиной, поперечно-подвижной машиной или поступательно-подвижной машиной.

Предшествующий уровень техники

Топология машины с поперечным магнитным потоком (TFM) является примером машины с модулированными полюсами. Известно, что данная машина обладает рядом преимуществ по сравнению с обычными машинами. Базовая конструкция одностороннего статора с радиальным магнитным потоком характеризуется наличием единственной, простой фазной обмотки, параллельной воздушному зазору, и более или менее U-образной секции ярма, окружающей обмотку и выставляющей, в принципе, два параллельных ряда зубцов, обращенных к воздушному зазору. Многофазная компоновка предшествующего уровня техники характеризуется пакетированием магнитно разделенных однофазных блоков перпендикулярно направлению движения ротора или движителя. Затем, фазы электрически и магнитно сдвигают на 120 градусов для трехфазной компоновки, чтобы обеспечить плавную работу и создать более или менее равномерное усилие или крутящий момент, независимо от положения ротора или движителя. В данном случае, следует отметить, что упомянутый угол приведен в электрических градусах, которые эквивалентны механическим градусам, поделенным на число пар магнитных полюсов.

Цилиндрический электродвигатель использует концентрические статор и ротор, и тогда движение считается вращательным или бесконечным вращением. Линейная машина использует поступательное движение, которое, обычно, происходит не по замкнутой траектории движения, но может быть возвратно-поступательным движением по «линии». Линейная машина или приводной механизм содержит движитель вместо ротора. Магнитопровод может быть расположен в соответствии с одинаковыми основными магнитными принципами как в роторе, так и в приводном механизме, однако, геометрические схемы будут различаться.

Примером эффективной компоновки ротора или движителя является использование, так называемых, встроенных магнитов, объединенных с магнитомягкими секциями или частями полюсов, чтобы обеспечить возможность полю постоянных магнитов концентрировать магнитный поток или изгибаться в направлении, поперечном движению, как описано, например, в патентной заявке WO2007/024184 авторов Jack и др.

В WO2007/024184 раскрыта электрическая вращающаяся машина, которая включает в себя первую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, кольцевой и включающую в себя множество зубцов, вторую секцию сердечника статора, являющуюся, по существу, кольцевой и включающую в себя множество зубцов, катушку, расположенную между первой и второй кольцевыми секциями сердечника статора, и ротор, включающий в себя множество постоянных магнитов. Первая секция сердечника статора, вторая секция сердечника статора, катушка и ротор охватывают общую геометрическую ось, и множество зубцов первой секции сердечника статора и второй секции сердечника статора расположены так, чтобы выступать к ротору. Кроме того, зубцы второй секции сердечника статора сдвинуты по окружности относительно зубцов первой секции сердечника статора, и постоянные магниты в роторе разделены в направлении по окружности между собой проходящими в осевом направлении секциями полюсов, выполненных из магнитно-мягкого материала.

Пакетирование отдельных фазных секций статора, обычно, основано на физическом магнитном разделении между отдельными фазными секциями для ослабления магнитной связи между фазами, что, возможно, может создавать эффект ослабления эффективного магнитного потока в воздушном зазоре во время работы.

В некоторых областях применения желательно обеспечить машину, которая была бы как можно более компактной геометрически, чтобы входить в заданное ограниченное пространство и обладать способностью к высокой объемной производительности, выраженной, например, в крутящем моменте на единицу объема [Нм/м³].

Обычная схема возбуждения симметричным трехфазным синусоидальным или трапецеидальным сигналом со 120 градусным сдвигом фазы не обеспечивает полного магнитного сцепления сердечника в течение циклически повторяющихся периодов работы, и, поэтому, значительная часть суммарного объема сердечника статора постоянно используется малоэффективным образом.

Таким образом, предшествующий уровень техники раскрывает настройки набора из трех фазных блоков с расстановкой фаз 0°, 120° и 240°.

Существует проблема оптимизации таких показателей качества или значений, как крутящий момент на единицу объема и/или крутящий момент на единицу тока.

В патенте EP 1005136 раскрывается машина с поперечным магнитным потоком, содержащая объединенные фазы. Однако, по-прежнему, желательно обеспечить упрощение конструкции данной электрической машины.

Краткое изложение существа изобретения

Предлагается электрическая машина, содержащая статорное устройство и подвижное устройство,

при этом статорное устройство является многофазным статорным устройством, содержащим множество фаз, расположенных в ряд в боковом направлении, перпендикулярном направлению движения подвижного устройства, причем, статорное устройство содержит множество наборов зубцов, причем, каждый зубец выступает к подвижному устройству и содержит поверхность сопряжения, обращенную к подвижному устройству, причем, зубцы каждого набора распределены вдоль направления движения, причем, множество наборов зубцов содержит два внешних набора и множество внутренних наборов, расположенных в боковом направлении между внешними наборами; причем, зубцы внутренних наборов шире в боковом направлении, чем зубцы внешних наборов, и обеспечивают общий путь магнитного потока, совместно используемый двумя соседними фазами.

В вариантах осуществления электрической машины, подвижное устройство содержит множество постоянных магнитов, разделенных между собой в упомянутом направлении движения секциями полюсов, сформированными в виде прямолинейных стержней, удлиненных в боковом направлении, и секции полюсов проходят в боковом направлении через все фазы статора. В частности, поверхности сопряжения зубцов внешних наборов могут определять боковое пространство, измеряемое в боковом направлении, активной области воздушного зазора между статорным устройством и подвижным устройством; и стержни могут обеспечивать путь магнитного потока, проходящий через боковое пространство активного воздушного зазора.

В вариантах осуществления электрической машины, зубцы соответствующих наборов расположены со сдвигом в направлении движения относительно зубцов других наборов.

Каждая фаза статорного устройства может быть сформирована двумя секциями сердечника статора, при этом, зубцы первой секции сердечника статора первой из двух соседних фаз и соответствующие зубцы второй секции сердечника статора второй из двух соседних фаз сформированы в виде общего набора зубцов, обеспечивающих общий путь магнитного потока, совместно используемый обеими соседними фазами.

Следовательно, зубцы соседних фаз выполняют магнитную функцию в качестве общего набора зубцов, которые являются общими для двух соседних/смежных фаз, и которые совместно используются магнитным потоком двух соседних/смежных фаз. Подвижное устройство и статорное устройство, каждое, имеют простую конструкцию, содержащую малое число частей. Каждая часть подвижного устройства имеет простую геометрическую форму, что обеспечивает эффективную и экономичную конструкцию.

Зубцы первой секции сердечника статора первой из двух соседних фаз могут быть расположены в таких же позициях (вдоль направления, перпендикулярного направлению движения подвижного устройства), как соответствующие зубцы второй секции сердечника статора второй из двух соседних фаз, т.е. зубцы смежных секций сердечника статора соседних фаз могут быть совмещены между собой в направлении, перпендикулярном направлению движения подвижного устройства. Первая секция сердечника статора первой фазы и вторая секция сердечника статора второй фазы могут быть сформированы в виде двух раздельных блоков, расположенных последовательно, например, впритык один к другому, или упомянутые секции могут быть сформированы в виде единого блока, с формированием, тем самым, общей секции сердечника статора, общей для соседних фаз.

Следовательно, преимущество состоит в том, что фазы объединены для совместного использования в качестве магнитопровода секции сердечника статора во время работы, поскольку данное решение обеспечивает постоянное эффективное использование значительной части суммарного объема сердечника статора.

Преимущество состоит в том, что рабочий цикл намагничивания увеличивается, поскольку пути магнитных потоков совместно используются соседними фазами.

Преимущество состоит в том, что статорное устройство может функционировать как односторонняя машина с поперечным магнитным потоком, поскольку, тем самым, повышаются удельные объемные и массовые характеристики. Таким образом, можно повысить показатели качества, например, крутящий момент на единицу объема и/или крутящий момент на единицу тока.

Преимущество состоит в том, что геометрическую ширину машины в направлении, перпендикулярном направлению движения можно уменьшить, поскольку магнитно-разделяющая секция между фазами приводит к увеличению геометрической ширины.

Кроме того, преимущество состоит в том, что электрическая вращающая машина может содержать постоянные магниты с суммарной длиной в осевом направлении, укороченной по сравнению с обычным статорным устройством с разделенными фазами. Дополнительное преимущество состоит в том, что укороченные в осевом направлении постоянные магниты будут приводить к снижению стоимости.

Когда общая секция статора соседних фаз сформирована в виде единого блока, то для статорного устройства требуется меньшее число компонентов, поскольку секция сердечника статора совместно используется, по меньшей мере, двумя фазами. В статорных устройствах в соответствии с предшествующим уровнем техники, каждая фаза содержит собственный отдельный набор секций сердечника статора.

Кроме того, преимущество состоит в том, что, в данном случае, степень интеграции компонентов выше, и, благодаря этому, статорное устройство может быть прочнее и проще в изготовлении.

Набор зубцов задан как группа зубцов, например, множество зубцов.

Поскольку фазы расположены в ряд в направлении, перпендикулярном направлению движения подвижного устройства, то, во вращающейся машине, данное направление будет аксиальным.

Подвижное устройство может быть ротором во вращающемся подвижном устройстве или движителем в линейно подвижном устройстве.

В некоторых вариантах осуществления, секция сердечника статора имеет магнитно-мягкую структуру. Преимущество состоит в том, что более высокая степень использования магнитно-мягкой структуры приводит к повышению рабочих характеристик на единицу объема. В одном варианте осуществления, секции сердечника статора выполнены из магнитно-мягкого порошка. При изготовлении секций сердечника статора из магнитно-мягкого порошка, можно упростить изготовление статорного устройства, и возможна более эффективная концентрация магнитного потока, с использованием преимущества эффективных трехмерных путей магнитного потока.

Каждая секция сердечника статора может содержать секцию спинки сердечника статора и набор зубцов, проходящий от секции сердечника статора, при этом, секция спинки сердечника статора соединяет зубцы и обеспечивает путь магнитного потока между соседними зубцами в направлении движения. Секция сердечника статора может дополнительно содержать секцию ярма, которая обеспечивает путь магнитного потока в боковом направлении к другой секции сердечника статора, содержащей другой набор из наборов зубцов той же фазы.

В некоторых вариантах осуществления, статорное устройство содержит единственную секцию ярма, соединяющую секции сердечника статора всех фаз. Во вращающейся машине, перемычка магнитопровода может быть секцией ярма статора, расположенной концентрично с первой и второй секциями сердечника статора. При упомянутом расположении данной секции сердечника статора, технологический процесс изготовления частей сборки статора и технологический процесс сборки статора можно облегчить и сделать более экономичным.

Таким образом, секция сердечника статора может быть изготовлена так, чтобы содержать только небольшое число частей и допускать сообщение по магнитному потоку каждого зуба одного набора зубцов с, по меньшей мере, двумя зубцами другого набора из наборов зубцов той же самой фазы.

В некоторых вариантах осуществления, статорное устройство является трехфазным статором. Нечетное число фаз предпочтительно, так как мгновенная сумма токов равна нулю, что означает, что число проводов питания машины уменьшено на один, и число коммутирующих устройств, необходимых в преобразователе, уменьшено на два. Поэтому, минимальное нечетное число нескольких фаз равно трем. Можно также обеспечить другие нечетные числа фаз, например, пять, семь, девять и т.п. фаз. Следовательно, в общем, многофазное статорное устройство может содержать n фаз (n является целым числом, и n>1), включающих в себя две внешних фазы, имеющих, каждая, одну соседнюю фазу, и n-2 внутренних фазы, при этом, каждая внутренняя фаза имеет две соседних фазы, причем, каждая внутренняя фаза содержит два общих набора зубцов, причем, каждая общая группа зубцов является общей/используется совместно с одной из соответствующих соседних фаз внутренней фазы, причем, каждая внешняя фаза содержит набор внешних зубцов и набор общих зубцов, общих/совместно используемых с соответствующей соседней фазой внешней фазы.

Кроме того, можно также обеспечить четное число фаз, но четное число фаз не дает таких вышеописанных преимуществ, как нечетное число фаз.

В некоторых вариантах осуществления, электрическая машина является вращающейся машиной. Подвижное устройство является ротором. В данном случае, первая секция сердечника статора, вторая секция сердечника статора, катушка и ротор могут охватывать общую геометрическую ось. Во вращающейся машине, боковое направление является аксиальным направлением машины, и направление движения является окружным направлением машины.

Постоянные магниты в подвижном устройстве могут быть разделены между собой в направлении движения проходящими в боковую сторону секциями полюсов в виде прямолинейных стержней. Секции полюсов могут быть выполнены из магнитно-мягкого порошка. Постоянные магниты могут быть намагничены в направлении движения и с чередованием ориентации. В общем, постоянные магниты могут быть также прямолинейными стержнями, удлиненными в боковом направлении; при этом, стержни могут проходить через боковое пространство активного воздушного зазора.

В некоторых вариантах осуществления, электрическая машина является машиной с модулированными полюсами, например, машиной с поперечным магнитным потоком.

В обычных машинах, катушки формируют явно многополюсную структуру магнитного поля, и функция магнитного сердечника состоит как раз в том, чтобы проводить упомянутое многополюсное поле для связи магнита и/или других катушек.

В машине с модулированными полюсами, именно магнитопровод формирует многополюсное магнитное поле из создаваемого катушкой поля с намного меньшим числом полюсов, обычно, двумя полюсами. В машине с модулированными полюсами, магниты обычно формируют явно согласующееся многополюсное поле, но существует возможность получения магнитопровода, формирующего многополюсные поля от единственного магнита.

Машина с модулированными полюсами содержит трехмерный (3D) путь магнитного потока, использующий пути магнитных потоков в поперечном направлении как в статоре, так и в подвижном устройстве, например, в аксиальном направлении во вращающейся машине, в которой подвижное устройство является ротором. 3-мерные пути магнитных потоков особенно полезны при использовании статора с объединенными фазами.

Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, статорное устройство и/или подвижное устройство содержит трехмерный (3D) путь магнитного потока, включающий в себя составляющую пути магнитного потока в поперечном направлении относительно направления движения.

Преимущество обеспечения модуляции состоит в том, что каждый полюс воспринимает всю магнитодвижущую силу (МДС) катушки, так что, когда число полюсов увеличивается, вместе с тем повышается напряженность магнитного поля (МДС/метр), без какого-либо изменения катушки. Данный эффект можно сравнить с обычной машиной, в которой, когда число полюсов увеличивается, увеличивается также число катушек, и, следовательно, каждая катушка становится меньше. Однако шаг полюсов согласуется также с числом полюсов, так что, когда число полюсов увеличивается, напряженность магнитного поля в обычной машине является более или менее постоянной, так как уменьшение отношения МДС/катушка уравновешивается уменьшением шага полюсов.

Для машины с модулированными полюсами, естественной является конструкция с большим числом полюсов. Данная конструкция может значительно повысить электрическую нагрузку, т.е. напряженность магнитного поля, возможно, при умеренных требованиях к объему необходимого проводника.

Таким образом, машина с модулированными полюсами будет демонстрировать максимальное преимущество в условиях, когда число полюсов является большим, и возможная электрическая нагрузка, использующая обычные катушки, является небольшой.

В некоторых вариантах осуществления, машина с модулированными полюсами содержит компоновку или надставку клювообразного полюса.

Для машин с модулированными полюсами, при выборе фиксированной геометрии, которая формирует крутящий момент с окружной/аксиальной поверхности, т.е. машины с радиальным полем, поле может передаваться радиально через воздушный зазор с магнитопроводом, по окружности на один шаг полюсов, что может осуществляться в статоре или роторе, или частично в том и другом, и аксиально в обоих направлениях для охвата катушки. Если аксиальный магнитопровод замыкается в статоре вокруг катушки, то создается компоновка клювообразного полюса.

Компоновку или надставку клювообразного полюса можно использовать совместно с объединенными фазами, однако, аксиальная клювообразная надставка должна быть ограничена или невелика, чтобы не вызывать рассеяния. Рассеяние может возникать, когда клювообразные выступы перекрываются между собой, поскольку данные перекрывающиеся поверхности могут обеспечивать нежелательный путь для магнитного потока рассеяния. Даже если клювообразные выступы проходят только на половину аксиальной ширины фазы, данные выступы могут находиться в непосредственной близости, и это может вызывать нежелательное рассеяние магнитного потока, так что, при использовании объединенных фаз следует применять лишь небольшие или умеренные выступы. Таким образом, для подгонки площади полюсного наконечника можно воспользоваться умеренными выступами, называемыми полуклювообразными полюсами, однако, клювообразные выступы не могут перекрываться аксиально, поскольку сдвиг фаз объединенных фаз препятствует свободному продолжению клювообразных выступов вдоль аксиального протяжения статора.

Настоящее изобретение относится к разным аспектам, включающим в себя вышеописанное статорное устройство и, в дальнейшем, соответствующие способы, устройства и/или технологические средства, обеспечивающие, в каждом случае, по меньшей мере, один полезный результат и преимущество, поясняемые в связи с первым упомянутым аспектом, и имеющие, в каждом случае, по меньшей мере, один вариант осуществления, соответствующий вариантам осуществления, описанным в связи с первым упомянутым аспектом и/или описанным в прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает примеры машины и статорного устройства с раздельными фазами, согласно предшествующему уровню техники.

Фиг. 2 изображает пример поперечного сечения трехфазной машины с раздельными фазами.

Фиг. 3 изображает пример векторной диаграммы магнитного потока трехфазной машины с раздельными фазами.

Фиг. 4 изображает пример компоновки статора трехфазной машины с раздельными фазами, представляющей статор с направления, нормального относительно плоскости воздушного зазора.

Фиг. 5 изображает пример статорного устройства с магнитно-объединенными фазами.

Фиг. 6 изображает пример поперечного сечения трехфазной машины с магнитно-объединенными фазами.

Фиг. 7 изображает пример векторной диаграммы магнитного потока трехфазной машины с магнитно-объединенными фазами.

Фиг. 8 изображает пример компоновки статора трехфазной машины с магнитно-объединенными фазами, представляющей статор с направления, нормального относительно плоскости воздушного зазора.

Фиг. 9 изображает пример конструкции трехфазной машины с магнитно-объединенными фазами.

Фиг. 10 изображает примеры конструкции трехфазной линейно-подвижной машины.

Фиг. 11 изображает примеры конструкции трехфазной машины с магнитно-объединенными фазами и полуклювообразными полюсами.

Фиг. 12 изображает пример путей магнитного потока в статорном устройстве и подвижном устройстве.

Описание предпочтительных вариантов

осуществления изобретения

В нижеследующем описании приведены ссылки на прилагаемые фигуры, которые наглядно показывают, каким образом можно практически использовать изобретение.

На фиг. 1-4 изображены примеры трехфазной машины с раздельными фазами, которую можно назвать машиной с модулированными полюсами и раздельными фазами (SPMPM).

На фиг. 1a)-1b) изображен пример трехфазной радиальной машины согласно предшествующему уровню техники. Электрическая вращающаяся машина содержит сборку статора и ротор. С целью настоящего описания, снабженные штрихами позиции обычно относятся, с одним штрихом ('), к характерному элементу первой фазы, с двумя штрихами (”), к соответствующему характерному элементу второй фазы, и с тремя штрихами ('”), к соответствующему характерному элементу третьей фазы, а позиции без штриха относятся к соответствующим характерным элементам всех фаз. На фигурах изображены три сборки 10', 10”, 10'” статора, и каждая сборка статора содержит первую секцию 14 сердечника статора, вторую секцию 16 сердечника статора, секцию 18 ярма статора и катушку 20. На фигурах изображены три ротора 12', 12”, 12'”, и каждый ротор 12 содержит постоянные магниты 22 и секции 24 полюсов. Показан вал 50, на который установлен ротор. Каждая секция 14, 16 сердечника статора имеет, по существу, кольцевую форму и включает в себя множество радиально проходящих зубцов 26. Зубцы расположены так, чтобы проходить к ротору 12 для формирования вместе с ротором 12 замкнутого пути магнитного потока.

Каждая из показанных фазных секций, т.е. однофазных машин, содержит собственный ротор, т.е. каждая фазная секция полностью соответствует однофазной машине.

Пример пространственного разделения фаз в соответствии с предшествующим уровнем техники изображен на фиг. 1c). На фигуре показана первая секция 14', 14”, 14'” сердечника статора каждой фазы. Пространственное разделение в данном примере связано с тем, что зубцы 26 секции сердечника статора одной фазы смещены по окружности относительно зубцов секции сердечника статора других фаз.

В схематическом примере статорного устройства с раздельными фазами на фиг. 1d) изображены три раздельных фазы, фаза 1 сборки 10' статора, фаза 2 сборки 10” статора и фаза 3 сборки 10'” статора.

Каждый базовый блок или фазный блок содержит одну катушку или сердечник 20, первую секцию 14 сердечника статора, вторую секцию 16 сердечника статора и секцию 18 ярма статора. Данный фазный блок создает однонаправленный, но пульсирующий крутящий момент.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение трехфазной машины с модулированными полюсами и раздельными фазами (SPMPM). Фаза 1 указана буквой A, секцией 14' сердечника статора и сборкой 10' статора, фаза 2 указана буквой B, секцией 14” сердечника статора и сборкой 10” статора, и фаза 3 указана буквой C, секцией 14'” сердечника статора и сборкой 10'” статора. Первая секция 14 сердечника статора, вторая секция 16 сердечника статора и секция 18 ярма статора показаны для каждого фазного блока.

Показаны ротор 12 и воздушный зазор 30 между ротором и каждой из сборок 10', 10”, 10'” статоров. Показан путь магнитного потока Ψ для каждой из фаз, Ψ_Α для фазы A, Ψ_Β для фазы B и Ψ_C для фазы C. Показано также значение отдельных магнитных потоков, + или -, в воздушном зазоре 30.

На фиг. 3 изображена векторная диаграмма магнитного потока для раздельных фазных блоков. Сдвиг фазных блоков составляет 120°. Магнитный поток фазы 1 обозначен Ψ_Α, магнитный поток фазы 2 обозначен Ψ_Β, и магнитный поток фазы 3 обозначен Ψ_C.

На фиг. 4 изображен пример сдвига фазных блоков, фазы A, фазы B и фазы C, относительно полюса ротора. Отсчетный полюс ротора показан пунктирным прямоугольником 121, проходящим через фазу A, фазу B и фазу C. На фигуре показаны зубцы 26 и катушки 20 фазных блоков. Зубцы 26 являются частью секций сердечника статора, как показано на фиг. 1b). Сдвиги 120° между фазными блоками показаны и обозначены положением чисел 0°, 120°, 240° и 360°.

Каждый из упомянутых фазных блоков содержит два набора зубцов 26 якоря, как показано на фиг. 1b), при этом, первая секция 14 сердечника статора включает в себя один набор зубцов, и вторая секция 16 сердечника статора содержит другой набор зубцов. Одна группа выходит с левой стороны от катушки 20 и имеет северный полюс, при возбуждении током некоторого направления в обмотке якоря, другая группа выходит с правой стороны от катушки 20 и имеет южный полюс, при возбуждении током того же направления в обмотке якоря.

Когда применяют несколько фазных блоков, данные блоки разделены между собой аксиально, и такое разделение означает, что зубцы с правой стороны крайнего левого блока находятся в непосредственной близости от зубцов левой стороны соседнего фазного блока и т.д. для каждого из блоков со смежными сторонами.

Однако, упомянутая непосредственная близость не выгодна для большинства очевидных вариантов выбора углового сдвига зубцов.

На фиг 5-9 изображены примеры трехфазной машины с объединенными фазами, которую можно назвать машиной с модулированными полюсами и объединенными фазами (CPMPM).

Машина с объединенными фазами содержит сборку 10 статора, как показано на фиг. 5 и фиг. 6, и подвижное устройство 12, например, ротор, как показано на фиг. 6. На фиг. 5, 6 и 8, позиция с одним штрихом ('), с двумя штрихами (”) и с тремя штрихами ('”) относится, соответственно, к характерному элементу первой фазы, характерному элементу второй фазы и характерному элементу третьей фазы.

На фиг. 5 показано, что сборка 10 статора содержит три фазы, фазу 1, фазу 2 и фазу 3. Фазу 1 и фазу 3 можно обозначить как внешние фазы, и фазу 2 можно обозначить как внутреннюю фазу. Каждая фаза содержит одну катушку или сердечник 20, на которую(ый) можно подавать разные напряжения для работы, например, синусоидальной или прямоугольной формы. Каждая фаза дополнительно содержит первую секцию 14 сердечника статора и вторую секцию 16 сердечника статора. Как видно на фигуре, первая секция 14” сердечника статора фазы 2 и вторая секция 16' сердечника статора фазы 1 сформированы в виде единого блока. Аналогично, первая секция 14'” сердечника статора фазы 3 и вторая секция 16” сердечника статора фазы 2 сформированы в виде единого блока. Кроме того, первая секция 14' сердечника статора фазы 1 является единым блоком, который не используется совместно ни с одной другой фазой, и, аналогично, вторая секция 16'” сердечника статора фазы 3 является единым блоком. Таким образом, существует четыре единых блока, при этом, два из единых блоков являются общими для двух разных фаз.

Сборка 10 статора содержит секцию 18 ярма статора, которая является общей для всех фаз и совместно используется ими. Секция ярма статора расположена с возможностью обеспечения пути магнитного потока между секциями сердечника статора, то есть, выполняет функцию перемычки магнитопровода. Материал, применяемый для секции ярма статора, может быть магнитно-мягким порошком для облегчения сборки статора и обеспечения перехода с относительно низким магнитным сопротивлением между первой и второй секциями сердечника статора.

На фиг. 5 подвижное устройство не изображено, но подвижное устройство будет сконфигурировано с возможностью расположения в верхней части фигуры таким образом, что подвижное устройство находится близко к катушкам 20.

На фиг. 6 изображено поперечное сечение трехфазной машины с модулированными полюсами и объединенными фазами (CPMPM). Сборка 10 статора содержит фазу 1, обозначенную A, фазу 2, обозначенную B, и фазу 3, обозначенную C. Для каждого фазного блока изображены первая секция 14 сердечника статора и вторая секция 16 сердечника статора. Секция 18 ярма статора совместно используется тремя фазами и является общей для них.

На фигуре показано подвижное устройство 12, которое может быть ротором или движителем, и подвижное устройство содержит секции постоянных магнитов и секции полюсов (не изображены), которые могут быть выполнены из магнитно-мягкого материала. Секции полюсов расположены между постоянными магнитами и, тем самым, разделяют постоянные магниты между собой. Более полное описание секций полюсов, постоянных магнитов и магнитного потока приведено в заявке WO2007/024184.

Если подвижное устройство 12 является ротором, то ротор 12 может располагаться на валу или шпинделе (не показанном) и находиться в центре сборки 10 статора, или, если ротор является ротором внешнего типа, то ротор может располагаться вокруг сборки статора. Если подвижное устройство 12 является бегуном, то устройство может плоским линейным устройством, которое не имеет никакой внутренней или внешней части в виде ротора, а движитель перемещается только вверх-вниз или вправо-влево.

На фиг. 6 показан также воздушный зазор 30 между общей сборкой 10 статора и подвижным устройством 12.

Подвижное устройство 12, например, ротор, расположено с возможностью взаимодействия со всеми тремя фазными секциями, т.е. ротор может проходить в аксиальном направлении, чтобы взаимодействовать со всеми тремя фазными секциями. Электрическая машина может содержать радиальные фазные секции или аксиальные фазные секции, или некоторую их комбинацию.

Каждая из секций 14', 16', 14”, 16”, 14'” и 16'” сердечника статора может иметь, по существу, кольцевую форму и включать в себя множество радиально проходящих зубцов, как показано на фиг. 8. Зубцы расположены с возможностью проходить по направлению к подвижному устройству 12, например, ротору, для формирования замкнутого пути магнитного потока с ротором 12. Зубцы могут проходить внутрь к внутреннему ротору, или ротор может быть расположен снаружи секций 14, 16 сердечника статора, и тогда зубцы должны располагаться с возможностью проходить радиально наружу.

Для каждой из фаз указан путь магнитного потока Ψ, Ψ_A для фазы A, Ψ_Β для фазы B и Ψ_C для фазы C. Показаны также значения суммированных магнитных потоков в воздушном зазоре 30.

Первая секция 14 и вторая секция 16 сердечника статора могут быть аксиально сдвинуты одна относительно другой и могут быть расположены вокруг общей оси. Каждая катушка 20 может быть расположена между первой секцией 14 и второй секцией 16 сердечника статора. Преимущество расположения катушки 20, подобное вышеописанному, состоит в том, что все МДС (магнитодвижущие силы) наблюдаются около каждого полюса, что дает, в результате, высокую электрическую нагрузку и высокую выходную мощность, при данном размере и/или стоимости. Секция 18 ярма статора может быть расположена концентрично с первой секций 14 и второй секцией 16 сердечника статора. Секция 18 ярма статора в аксиальном направлении может иметь ширину, по существу, соответствующую ширине сборки первой секции 14 и второй секции 16 сердечника статора и катушки 20, чтобы располагаться как перемычка магнитопровода между первой секцией 14 и второй секцией 16 сердечника статора. При изготовлении секции 18 ярма статора из магнитно-мягкого порошка, эффективность трехмерного пути магнитного потока, проходящего из первой секции 14 и второй секции 16 сердечника статора в секцию 18 ярма статора, повышается в сравнении с вариантом осуществления, в котором секция ярма статора выполнена из пластин. Кроме того, одна из первой секции 14 и второй секции 16 сердечника статора может быть сдвинута по углу относительно другой из первой секции 14 и второй секции 16 сердечника статора. Упомянутый сдвиг приводит к тому, что зубцы, см. фиг. 8, одной из первой секции 14 и второй секции 16 сердечника статора находятся в положении вдоль окружности, отличающемся от положения вдоль окружности зубцов другой из первой секции 14 и второй секции 16 сердечника статора. Каждый зубец одной из первой секции 14 и второй секции 16 сердечника статора может находиться, в направлении вдоль окружности, в середине зазора между двумя зубцами другой из первой секции 14 и второй секции 16 сердечника статора.

Концепция сдвига зубцов одной из первой секции 14 и второй секции 16 сердечника статора относительно зубцов другой секции сердечника статора выгодна для эффективного использования вышеописанной и наиболее эффективной конструкции подвижного устройства.

На фиг. 8 изображен сдвиг объединенных фазных блоков, фазы A, фазы и фазы C относительно полюса подвижного устройства, например, полюса ротора. Отсчетный полюс 121 ротора показан пунктирным прямоугольником, проходящим через фазу A, фазу B и фазу C. На фигуре показана катушка 20 каждого из фазных блоков. Каждая фаза A, B, C содержит первую секцию сердечника статора (не изображена) и вторую секцию сердечника статора (не изображена), и секции сердечника статора содержат зубцы. Как показано выше на фиг. 5, первая секция 14” сердечника статора фазы 2, которая соответствует фазе B в данном случае, и вторая секция 16' сердечника статора фазы 1, которая соответствует фазе A в данном случае, сформированы в виде единого блока. Таким образом, зубцы 27 совместно используются фазами A и B. Аналогично, первая секция 14'” сердечника статора фазы 3, которая соответствует фазе C в данном случае, и вторая секция 16” сердечника статора фазы 2, которая соответствует фазе B в данном случае, сформированы в виде единого блока, и, следовательно, зубцы 28 совместно используются фазами B и C. Кроме того, первая секция 14' сердечника статора фазы 1, соответствующая фазе A в данном случае, является единым блоком, и зубцы 26' не являются общими для двух фаз. Аналогично, вторая секция 16'” сердечника статора фазы 3, соответствующая фазе C в данном случае, является единым блоком, и зубцы 26'” не являются общими для двух фаз. Таким образом, существуют четыре единых блока, при этом, два из единых блоков являются, каждый, общими для двух разных фаз, и, следовательно, каждый из наборов 27 и 28 зубцов совместно используется двумя разными фазами.

Сдвиги между фазами заметны на фигуре и указаны положениями чисел 0°, 150°, 270° и 60°, соответственно, и подробно описаны ниже.

Таким образом, один единый набор зубцов может служить для совместного использования последовательными фазами, вместо использования раздельных фазных блоков. Выбор соответствующей ориентации каждого набора зубцов может обеспечить значительное преимущество. Если, например, обеспечена трехфазная ма