专利名称：电动机或交流发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及在多个永磁磁极和多个绕线磁极间产生相对旋转型的永磁旋转电机。绕成的绕线磁极具有意义在于它与载流导体相关联。“永磁磁极”通常由陶瓷铁氧体或稀土磁铁形成的高场强永磁体提供，也可以由单独的或多圈闭合超导体环提供，只要导体被激励并保持在超导态，磁体是永久的。“永磁旋转电机”术语包括直流的或交流的电动机和发电机，从而包含直流发电机以及交流发电机。
电动机和发电机/交流发电机传统地制成绕在层叠钢片或软铁芯上的绕组形成具有多个绕线磁极的中心转子的同轴圆柱形。定子是一个围绕转子的圆柱外壳，并需要精确地制造，因为转子和定子之间仅有狭小的圆柱形的气隙，它对于小于5KW的小电机典型地为小于0.25mm。定子还有由在钢外壳内部绕在叠片上的绕组形成的多个绕线磁极。象硅钢叠片通常有2000数量级的高导磁率(相对于空气)。材料的导磁率一般用比空气的导磁率大多少倍数值来表示。
在同步和通用电动机里是由换向器和电刷或滑环和电刷来连接转子的，这些电刷是易磨损的。这些传统的电动机，较小程度上还有交流发电机，受到由于在转子上、在定子上、或者定转子二者上的绕线磁极使用铁芯而产生的麻烦。由于铁芯的存在而产生感生涡流损耗，所以铁芯限制了频率，一般直流电动机被限制在固有运转频率不超过500赫。
例如小型高速电动机在真空吸尘器中可达到30，000转/分(即500赫)，但因为与和定子转子的绕线磁极相联系的铁芯叠片相关的涡流发热问题而被限制一次运转大约一小时。为了达到这样高速，在由铁芯叠片限制的频率范围之内，他们仅用二个电刷。如果电刷数增加，那么将增大损耗以及增大用于控制电动机的电路的复杂性。
试图制造类似同轴圆柱形状的永磁旋转电机，但用通常传统的构造工艺因而在外定子上永磁铁和绕在内转子铁芯叠片上的绕线磁极之间有狭小的气隙。下列美国专利示出永磁电机的例子1，958，043Heintz，19342，104，707Rawlings，19383，296，471Cochardt，19673，531，670Loudon，19703，564，306Ott，19713，818，586Harkness等人，19744，303，843Arnoux等人，19814，417，167Ishii等人，19834，471，252West，19844，636，671Terada，19874，638，201Feigel，19874，651，066Gritter等人，1987所有这些专利表示利用不同外形的永磁的电动机/发电机。最老的专利表示一种永磁发电机，Rawlings专利表示一种自行车发电机，其他各件表示各种各样的电动机/发电机，大部分具有永磁铁排列得其轴线与转子轴平行。West的专利表示具有传统的叠片(铁心)绕线转子和仅4个弧形的永磁铁的永磁起动电动机。这专利论及安置在围绕定子内部的永磁铁屏蔽以便阻止磁铁在拐角处的去磁。上述所列的其他美国专利表示有块数为4到12之间永磁铁的电动机，它们都有传统叠片铁芯的转子和带有绕在叠片槽中的绕线磁极。
所有这些构造因为需要与绕线磁极相关联的铁芯叠片而遭受同样的涡流和磁滞损耗问题。
本发明的目的是提供一种改进的永磁旋转电机，或者至少将向公众提供有用的选择。
一方面本发明提供一种永磁旋转电机包括至少一个通常是圆柱形的定子和至少一个可围绕一根轴旋转的圆柱形的转子，并且转子具有圆柱形表面面向所说的通常圆柱形定子且由圆柱形气隙与之隔开;在所说的转子表面上多个永磁磁极在空间上沿转子表面在圆周上紧挨着并且位于所述圆柱形气隙旁边;所说的定子具有多个在基底上或基底内的绕线磁极，基底和所说的绕线磁极一起安置于所说的圆柱气隙一边，其中转子上空间紧挨的永磁磁极的形状是这样的，使在周边上相邻的永磁磁极间有相对短的磁通路径，所说的相对短的磁通路径延伸到被所说的定子介入的区域，所说的定子区域和基底具有低的相对导磁率和本质上不导电。
在转子/定子对的转子和定子上最好有相对大数量的极数以便造成在相邻的永磁磁极之间相应地短的磁通路径。在大多数情况下，虽然本发明可适用于多个转子/定子对，但一个转子/定子对将足够了。
还有，最好绕线磁极厚度是薄的并绕在基底表面或靠近它。基底可由任何低导磁率的材料组成，例如，木材、玻璃纤维、塑料、合成树脂或在某些情形下为铁氧体。基底的导磁率最好是在20(相对于空气)以下。绕线磁极可绕在可拆除的模子上并密封以合成树脂而使树脂成为基底。
绕线磁极最好设在，或靠近定子外圆周表面所以永磁磁极设在围绕杯状转子的内表面上。
另一方面，转子也可安置在定子里面，即倒过来安置，永磁磁极将安在转子外表上，绕线磁极将在定子的内圆柱面上。
当永久磁磁极安置在旋转的外部圆柱体的内面上时，通常便于用多个高场强的象陶瓷或稀土磁铁那样的磁条，互相紧靠，其轴线与转子轴平行。将他们安装在转子里边可能比装在转子外表面上经得起较大的旋转速度。
然而，根据本发明制造一种磁铁放置在圆柱形的定子里面的转子外表面上的电动机或发电机/交流发电机是可能的。在这种场合下磁铁将方便地使用一块陶瓷磁铁环，并以这样的方式充磁使环有交替极性的区段。
更好地，在转子和定子之间的圆柱形气隙比需要在定子里有铁芯存在以便在定子中提供磁路的传统的电动机或发电机/交流发电机大。
被认为也是其全部新内容的本发明其他方面将从下列描述中变得明白，此种描述由参照在下面的附图以例子的方式给出
图1a是永磁旋转电机的驱动端视图(拆去安装板)，表示用磁条的外转子结构。
图1b是在图1AA线的截面图(安装板在应有的位置)，表示在转子外面的磁条布置和在转子里面的定子的相对位置。
图2a表示具有以一块环状磁铁形成外转子永磁的旋转电机的驱动端视图(定子结构从图中略去)。
图2b是图2a的BB线截面图，只表示转子结构。
图3a表示本发明典型的永磁旋转电机的磁通图。
图3b表示本发明典型的永磁旋转电机的电压曲线。
图4表示本发明典型的永磁旋转电机的三相绕组结构。
图5a，5b，5c表示根据图1a/1b结构的采用直流供电的三相电动机运行的三部分电路图。
图6是采用直流供电的图1a/1b的电动机运行的方框图。
图7a表示永磁旋转电机的驱动端视图(端盖已移走)，表示使用圆柱形磁铁的内转子结构。
图7b表示图7a的CC线截面图，端盖、内转子和外定子的部件分解图。
图8表示磁力线长度对磁铁尺寸的关系。
本发明的电动机/交流发电机优选地制造成在钢的环形套筒里面采用一系列相靠的磁条形成如图1a所示的转子。钢环形套筒提供两个重要的功能1、当转子在高速转动时对抗磁铁遭受的高离心力的机械支撑。很清楚，与图1b钢杯形的转子相比，陶瓷和稀土磁铁的拉伸强度低。
2、在相邻磁铁间的磁通返回路径。磁条可同样由沿它的圆周有交替的N和S极的圆柱的“环”磁铁所代替，如图2a所示。
本发明的电动机/交流发电机也可以制造成转子作为内部部件，定子作为外部部件，参见图7a和7b，位是不象外转子结构那样有利，因为图7b的转子能承受的最大转速较低，原因是与图1b钢杯形的转子相比，陶瓷和稀土磁铁的拉伸强度低。
内转子结构于低到中级速度范围确有使用，因为它适合于通行的结构技术，如同用于制造小感应电动机和交流发电机。
在下列例子中，在转子上提供永磁铁是最方便的，这使得引到在定子上绕线磁极的电连接容易实现。如此的结构可被认为是无铁芯定子的电动机/交流发电机。其他构造是可能的。例如若同轴无铁芯直流电动机结构由碳刷和换向器控制，那么磁铁将静止(定子)，绕组和换向器旋转(转子)，且宁可用无铁芯转子也不用无铁芯定子。
如果同轴无铁芯定子直流电动机由电子装置控制，其结构参见图1或图2，则磁铁将旋转(转子)，绕组是静止的(定子)。
有槽的光开关在以下例子中被使用去准确地检测转子位置并控制晶体管去开关进入三相定子绕组的直流电，参见图3、4、5和6。转子有一系列突起物，每对磁极一个和120电角度以允许顺序注入电流到定子绕组去。使用三个光耦合元件(optocoupler)和逻辑门提供驱动信号给晶体管，如图5a、5b、5c所示。也使用不重叠逻辑电路，使得每次只有一个绕组有电流在里面流过。如果需要，可使用两或多相，但三相具有每相电流导通120电角度给出最佳效率。
例子1-图1a和图1b在这例子里，用图说明同轴电动机或交流发电机，它具有采用磁条的外转子结构。该机用作电动机还是发电机将取决于应用的需要，电流或者从这些定子绕组流出，或者被供给定子绕组使该机作为电动机运行。
电动机/交流发电机10最好具有圆柱形套筒11，套筒形状为具有端面12的杯是方便的，端面12装于中心轴13。轴最好安装在定子16里的轴承14、15上，为方便地连接其他机械，该轴有锥台端17。
套筒11的内面20更好地有一个挨一个的磁条27，它排列得使其轴线平行于转子轴，偶数块这样紧挨着的磁条是合适的，使得在由这些磁块形成的内圆周上一圈磁极极性交替出现。(这不同于传统电机设计的磁极在空间上占得很宽，通过定子铁部/铁芯的磁通路径较长。)磁极最好是稀土的或陶瓷的磁条，为了用图来说明，图1A中所示为20个磁极。取决于象尺寸、重量、造价、利用率和频率那样的设计标准可使用任何偶数磁极。对于中速电机，12到30极最可取，对图1a和图1b所示类型的电动机具有20个永磁磁极可提供最佳特性。
对沿电动机圆周空间紧挨着的磁铁可选定磁路长(l)与磁铁厚度(t)比的最佳值，如图8所示。当金属的转子R提供金属的磁通返回路径时，在自由空间中磁力线表示为半圆形。
最大长度磁力线(f)对于较大磁极数时近似于半圆形路径，所以图8近似于转子为无穷大半径。最大长度磁力线(f)可表示为2t＝π/2×l从而t＝0.785l这关系适用于锶铁氧体磁铁、钐钴和钕铁那样的稀土磁铁，也适用于空心单圈或多圈超导体电磁铁。
磁条最好由稀土或陶瓷磁铁来做，有高的场强可实现提供比传统磁铁可能提供的高的磁通去穿过较大的气隙，与此同时，相邻永磁极应互相紧靠在一起以提供在相邻磁极间短的磁通路径更为可取。
转子套筒和端面虽然可用其他材料，但最好使用钢材。
定子16最好连到安装板22上，安装板22也支撑检测磁铁位置的有槽光开关23(仅示出一个)。有槽光开关23方便地检测出在套筒端面上的凸起物26的位置，凸起物26与特定极性磁极相关。
转子和定子由相对较大的、达到0.25mm-1.5mm、对于本例20极电动机/发电机最好是0.75mm的圆柱形气隙28隔开。这使得绕线磁极能介入磁通路径中，如图3a所示。气隙最好比磁铁厚度小并取正常的工程公差允许的尺寸。
定子有通常是圆柱环形的低导磁率材料的基底24，在它的外圆柱形表面上有多个绕线磁极25。优选的物质是玻璃钢，它可形成足够刚性的圆柱形表面，在没有风扇的原型电机中使用也没有变形。绕线磁极数量相应于在转子里的永磁磁极数量。绕线磁极在它们所形成的或紧靠的基底表面上相对地较薄(不同于传统的绕线磁极在钢叠片里形成的槽中绕成)。在定子表面上或靠定子表面的绕线磁极的厚度将取决于定子尺寸和电动机要求的定额。在所示例子中，厚度将达到1mm-10mm，最好大约3mm。
一般，绕线磁极方便地在向着永磁磁极面的定子表面上由波绕组构成。例如对于图4所示波绕组W1，W2，W3，每一个在基底的表面上提供多个绕线磁极201-211，201A-211A，和201B-211B用作为图1a/1b的电动机/发电机的三相定子绕组。正如在以下将讨论的，三相绕组在所有应用中更可取，但其他相数绕组有用于特定的用途。它们封装在低导磁率的合成树脂里露在空气中。
绕线磁极可做成多种形式，并可提供一相或多相。由于基底是低导磁率的，必然没有铁芯(至少在基底的外面部分)去提供在定子里的磁通路径。在定子表面上的绕线磁极这样来安置使它介入连接相邻陶瓷磁铁的磁力线之中，因为磁力线本质上沿着转子内圆周形成从一个磁铁到下一个磁铁的一系列的环。这已在图3示出，该图说明在定子表面上的波绕组中标为210和202的两个绕线磁极的相对位置和在转子上两相邻永磁磁极之间相对短的磁通路径，该磁通路径和包括绕线磁极的定子上外部环形套筒相交。
当定子和转子之间气隙为0.75mm且绕线磁极厚度大约3mm时，在图3a中描述为一系列半圆形磁通路径的平均长度(例如从点“X”到点“Y”)可达16mm。相邻永磁磁极间平均磁力线路径长度将比传统的同步电动机里平均磁力线路径长度短，后者主要由围绕绕线磁极的钢叠片的尺寸和几何形状确定的。
图3b表示图1a和1b的电动机/交流发电机三相定子绕组中一相的不同转子位置时的定子电压。
电子元器件表-图5a、5b、5c为了方便起见，电路图分别表示在图5a、5b、5c三张图上。在圆圈里的字母如a-k表示图5a的元件如何接到图5b和5c的元件去。为了方便附图5a应置于图5b的左边，图5c应置于图5a和图5b下面的位置。这三张图5a、5b、5c有下列元件
1、半导体D1-D12二极管IN414875V0.2AD13-D16二极管BYV42-5050V30AD17-D19二极管IN414875V0.2AZD1二极管齐纳二极管5.6V1WZD2二极管齐纳二极管1.5V1WLED1-LED3发光二极管，3mm，绿色，高效率Tr1-Tr4晶体管BC640100V1ATr5-Tr6晶体管BC639100V1ATr7-Tr26晶体管BUZ1150V30ATr27-Tr28晶体管BC639100V1AOPTO1-OPTO3有槽光开关OPB865T51OPTO4光隔离器4N25IC1六位反相器CD4069IC2四与门CD4081IC3四异-或门CD4070IC4四运算放大器LM324IC5驱动器NE555IC6PWM(脉宽调制器)TL499IC7定时器TLC5552、电容器C1+C20.1微法50V
C30.01微法50VC410微法16VC5-C80.01微法50VC9-C150.1微法50VC166.8微法50VC17-C190.1微法50VC2010微法16VC21-C230.1微法50V3、电阻器R1220ΩR2-R41KΩR5-R710KΩR8390ΩR9220ΩR10-R1510KΩR16560ΩR17220KΩR18330KΩR1910KΩR20-R221KΩR23-R3810KΩR39120KΩ
R40+R4110KΩR42+R43330KΩR44100KΩR45100KΩR46-R5056ΩR51-R5310KΩR543.3KΩR551KΩR56-R5710KΩR581.2KΩR5910KΩR60300μΩR61100KΩR62560ΩR6310KΩR642.2MΩR65390Ω4、变压器TU15铁芯，绕组1-260匝绕组3-440匝绕组5-610匝5、电感
LU25铁芯，4匝3mm气隙6、开关SW1“开”开关SPSTSW2“电源”开关瞬时开运行12伏直流电子电路图-图5a、5b、5c图1a/1b所示三相电动机的运行将参考图5a、5b、5c和6来叙述。图6的方框图表示关于电动机的下列子系统的关系。
100-转子位置检测装置(由有槽光开关提供)。
110-对于起动和速度控制的脉冲宽度调制装置。
120-功率晶体管和阻力制动装置。
130-总控制装置图，用于-开/关起动控制-低电压关断-高温关断-电动机转动显示由有槽光开关OPTO1-OPTO3检测转子位置并且此信息由逻辑电路变换为三个120°电角度不相重叠信号去控制功率晶体管。功率晶体管Tr17-21，Tr12-16和Tr7-11各连接到同轴电动机定子上的三相绕组的每一个。
当功率晶体管Tr17-21由控制逻辑电路来接通，电流流过绕组W1，它磁性吸引转子，如果能自由运动，转子转动120电角度。在转子转过120电角度后，晶体管Tr17-21断，晶体管Tr12-16通。当转子再转过120电角度后，晶体管Tr12-16断，晶体管Tr7-11通。在转子再转过120电角度后，晶体管Tr7-11断，而晶体管Tr17-21通，继续完成上述周期。
因为在起动时转子不转，不产生反电势电压，所以输入电流仅由电路电阻限制。起动电流可由使用脉冲宽度调制技术(PMW)减少到可接受的程度。IC6是脉冲宽度调制装置，该装置可以变化由电感器L和晶体管Tr22-Tr26组成的一个串联扼流圈直-直变流器的脉冲宽度来调节转速和去电动机的最大输入电流。
电动机输入电流限制由通过IC6借助于IC4/b和OPTO4来检测电阻R60两端的电压降来达到，以限制脉冲宽度做到限制电流范围。
电动机转速调节是靠将绕组W3中产生的交流电压加以整流并由IC6借助于IC4/a和OPTO4来检测此电压以提供适当的占空因数的脉宽来达到。
转子位置由测出转子上120电角度的突起物26的有槽光开关OPTO1-OPTO3来检测，IC1和IC2提供不重叠逻辑电路，所以只有一个绕组在同一时刻有电流流过。还有，接入电阻R11，R12和R13及电容器C6，C7和C8后有一时延提供附加的“死时间”允许电动机的前一绕组中流通的电流在下一绕组中有电流流通之前就降到0。
IC3提供对于电子制动所必需的逻辑电路，当电动机接通的时候，在有槽光开关OPTO1-OPTO3控制下顺序开和关功率晶体管Tr7-Tr21。电动机可由三种不同方式关断1、开关SW1在操作人员的控制下关掉。
2、电池电压低导致IC4/d‘锁起’而关掉电动机。
3、在电动机绕组或主功率晶体管上的高温度导致IC4/c‘锁起’并关掉电动机。
当电动机关掉时，IC3导通在三个电动机绕组上所有的功率晶体管，这造成所有的三绕组之间短路，使电动机因有益的制动作用于1-2秒内停止转动。
作为附加保险装置IC7和开关SW2提供三秒起动时间，在此期间开关SW1必需被操作使允许电动机转动。
转子位置控制图1a/1b的三相电动机采用有槽光开关提供转子位置信息以控制电流进入电动机绕组的时刻。由于对于本设计采用120电角度导通角技术，存在准确地检测转子位置的其他替代办法。这由于在电动机绕组两端的电压在240电角度时间内纯粹是由转子转动作用产生反电势电压。
将在240电角度的非导通角的时间内绕组W2波形微分，产生准确信号显示那个电流应在所说的绕组W1的绕线磁极201里开始流动并在绕组W3的绕线磁极201B里停止流动的时刻是可能的。绕组W3的绕线磁极201B也可显示在电流应开始在绕组W2的绕线磁极201A里流动并在绕组W1的绕线磁极201里停止流动的时刻。这适用于所有的绕组的绕线磁极，所以一般说来，绕组W1可显示电流应开始在绕组W3里流动并在绕组W2停止流动的时刻。这也可用于以开关不同绕组提供增量运动的精确的步进电动机控制。
另一个从电动机绕组反电势确定转子位置的方法是由检测三个电压波形的交叉点并利用这信息确定何时“开”和“关”适当的绕组。
象霍尔效应装置那样的磁传感器可用来代替有槽光开关特别是在多尘环境而将电动机全封装起来又存在麻烦的地方使用。
所提供的电子设计还有下列特点(1)低电压闭锁。如果用电池供电，那么要避免电池有害的过放电。如果电池电压下降到10.5伏以下，电子线路切断电动机电流。
(2)热闭锁。如果绕组或功率晶体管过热，那么电子线路切断电动机电流。
(3)电流的限制以限制转矩和起动电流。
例子2-图2a和图2b本结构除在杯状的转子31里边提供单个圆柱形的环磁铁30外类似于例子1。沿着转了边缘装有相似的突起物32以让有槽光开关识别环形磁铁的永磁磁极位置，如图1b所示。定子(没有表示)可以和图1b的一样。
例子3-图7a和7b本结构在内转子40上有单个圆柱形环磁铁41，即永磁磁极在转子40的外表面上，并且由在定子43的内圆柱面上的绕线磁极42围绕着。绕线磁极42装在低磁性的基底44上并形成定子的一部分。转子安装在轴45上，轴45安装在端板48、49上的轴承46、47上。端板48有检测在转子边缘上的突起物51的位置的内部的有槽光开关50。
本发明优选的电机的优点
1)由于在定子中没有用钢叠片，所以没有‘涡流’和磁滞摩擦的损耗。这使电机在局部或低负载时效率高。
2)由于定子不用钢叠片，所以没有一般与永磁电机相关的突出的“咬住”(breakout)转矩。这在低速转矩较低并可能不足以使电机起动时是重要的。
3)由于在交替的磁铁各极之间的大空隙，定子绕组的自感系数非常低，如果转速保持恒定的话允许好的输出电压调节。这也允许在用作电动机时可由晶体管作非常简单的控制。
4)在与相当的感应电动机和“通用”有刷电动机相比时功率与重量比非常高，明显节省重量(因为在定子里没有铁芯)。
5)电子控制允许起动电流减少到任何要求的水平，在起动期间现有的电动机通常起动电流要高出正常额定电流5-10倍。
各种相数在上述例子中描述了三相电动机/交流发电机，但其他相数的绕组也可使用，现在将描述特殊的1，2和4相结构。
单相同轴电动机/交流发电机1，单相同轴交流发电机对于本电机有最简单的定子结构并可发现使用在结构简单要比绝对输出功率更为重要的地方。与此相当的三相电机在相同的电阻损耗时产生多一倍输出功率而在定子绕组中增加50%的铜。
2，单相同轴电动机有本电机的最简单的定子结构，但需要一些起动装置(类似于单相感应电动机)，因此需要附加绕组或机械装置以确保起动。在低的起动转矩场合，即直接与风扇耦合，可以用单相电动机。
两相同轴电动机/交流发电机1，两相同轴交流发电机。该种电机对于与单相电机相同的电阻损耗时增加输出功率40%。
2，两相同轴电动机。由于两相运行没有起动问题，但如果电机是由直流电源供电控制，那么使用180度电流注入可能效率低。两相电动机的控制可只用180度电流注入于起动，对于正常的运行减少到120度或更小。
三相同轴电动机/交流发电机1，三相同轴交流发电机。该电机在电阻的损耗和单相或两相电机相同时输出功率增加。如果三相电机使用两相电机相同的铜量并且两个电机定子绕组都占有整个可用的360°，那么三相电机比有相同电阻损耗的两相电机可再多产生7%输出功率(即比单相电机增加47%)。
2，三相同轴电动机。由于三相运行没有起动问题，并且电机可容易用直流电供电进行电控制，如图6的描述。由于三相运行120度分开，足够的反馈电势电压存在于120度期间去提供从直流电源来的有效电流输入，并且该设计允许转子位置的准确控制，例如对于步进电动机。
多于三相的同轴电动机/交流发电机1，同轴电动机。由于可能较小的电流注入角可能有稍微高的效率，当仍旧只需要两个有槽光开关来检测转子位置时，四相电动机因电的控制转子方向之反转较简单而有可能应用。
2，同轴交流发电机。如果交流发电机的输出被整流提供为直流电压，除了效率稍高，电压脉动较低，此外没有其他益处。
在所有的这些例子中绕线磁极在它的转子或定子的某一个上形成，永磁磁极在剩余的一个上。然而提供其他结构是可能的，例如转子可提供为一组永磁磁极然后是一组绕线磁极(可沿其长度重复)而定子为相反的结构，使在定子上一组永磁磁极面对在转子上的绕线磁极，而定子上一组绕线磁极面对在转子上一组永磁磁极。
靠气隙的基底里不存在铁并且多个永磁磁极可使从一个极到相邻极的磁通路径相对地较浅，所以复合电动机或复合发电机/交流发电机可组成具有圆柱形定子在环状圆柱转子的里边，而该转子又再在一环形的圆柱形定子里边(等)。
最后，很显然作为由权利要求书文本证实的前述一切可有各种其他代替方案或修改而不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.永磁旋转电机(10)包括至少一个一般为圆柱形的定子(16)和至少一个圆柱形的转子(11)，可绕轴(13)旋转，并有圆柱表面(20)面向所说的一般为圆柱形定子(16)且由圆柱形气隙(28)从那里在空间上与它隔开，在转子的所说表面上多个永磁磁极(27)位于所说的圆柱形气隙(28)旁边，所说的定子(16)有多个在基底(24)上或内的绕线磁极(25)，所说的绕线磁极(25)位于所说的圆柱形气隙(28)旁边，其特征在于永磁磁极(27)绕着转子表面(20)的圆周紧靠着，以致在圆周上相邻永磁磁极之间有相对短的磁通路径，所说的相对短的磁通路径延伸到与所说的定子(16)介入的区域，所说的区域和定子(16)的基底(24)两者都具有低的相对导磁率且实质上不导电。
2.根据权利要求1所说的永磁旋转电机，其特征在于有从4到30之间个数在空间上紧靠的永磁磁极(27)实质上均匀地位于沿转子(11)的圆周上。
3.根据权利要求2所说的永磁旋转电机，其特征在于有大约20个均匀地位于沿着转子(11)的圆周的永磁磁极。
4.根据以上任何一个权利要求的永磁旋转电机，其特征在于基底(24)的相对导磁率小于20(相对于空气)。
5.根据以上任何一个权利要求的永磁旋转电机，其特征在于永磁磁极(27)由多个高场强磁条(27)构成，它们互相邻接地安装，其磁轴线平行于所说的转子(11)的轴(13)。
6.根据权利要求1-5中任何一个所说的永磁旋转电机，其特征在于永磁磁极(27)由单个陶瓷磁环(30)构成，磁环(30)以这样的方式充磁使环(30)有交替的磁极性的区段。
7.根据以上任何一个权利要求所说的永磁旋转电机，其特征在于至少一个转子(11)是外转子(11、13)，在转子的内圆柱形表面上带有永磁磁极(27)。
8.根据权利要求7所说的永磁旋转电机，其特征在于至少一个外转子(11)是杯形的(12)并且由比包含永磁磁极的材料的拉伸强度高的材料制成。
9.根据权利要求1-6的任何一个所说的永磁旋转电机，其特征在于至少一个转子(11)是一个内转子(40)。
10.根据以上任何一个权利要求所说的永磁旋转电机，其特征在于电机有检测转子位置的装置(100)和顺序接通电源到绕组(W1，W2，W3)的各相或每一相以形成定子绕线磁极(25)的开关装置(Tr17-21，Tr12-16，Tr7-11)。
11.根据权利要求10所说的永磁旋转电机，其特征在于开关装置包括每相绕组(W1，W2，W3)一个功率电子开关元件(Tr17-21，Tr12-16，Tr7-11)，这些或者每个元件可以由各自的控制信号对应于检测转子位置的装置(100)而被接通。
12.根据权利要求11所说的永磁旋转电机，其特征在于电机是具有三套相隔120电角度的绕组的三相电机，检测转子位置的装置有检测三个位置的手段，每个位置和下一个位置隔开120电角度。
13.根据以上任何一个权利要求所说的永磁旋转电机，其特征在于电机有脉冲宽度调制装置(110)去控制电机的速度。
14.根据以上任何一个权利要求所说的永磁旋转电机，进而再包括一个电机的制动器，其特征在于制动器包括提供电机的电制动的装置(120)。
15.根据以上任何一个权利要求所说的永磁旋转电机，其特征在于电机包括相应于检测到外加电压太低而“关掉”电机的装置。
16.根据以上任何一个权利要求所说的永磁旋转电机，其特征在于电机包括相应于过热而“关掉”电机的装置。
17.根据权利要求9-12之一所说的永磁旋转电机，其特征在于检测转子位置的装置包括有槽光开关(OPT01-OPTO3)。
全文摘要
象高速三相无刷电动机那样的永磁旋转电机有至少一个定子(16)和至少一个转子(11)，由圆柱形气隙(28)隔在它们之间。多个永磁磁极(27)由多个位于杯状转子(11)内部的稀土磁铁(27)边挨着边地组成，取方向为平行转子轴(13)。定子有多个厚度较薄的绕线磁极(25)，绕在或靠近于低导磁率(比空气小20倍)的基底(24)表面。绕线磁极(25)安置在邻接圆柱形气隙(28)以便和相邻永磁磁极之间的磁通路径相交。
文档编号H02K29/10GK1035398SQ88107160
公开日1989年9月6日 申请日期1988年9月14日 优先权日1987年9月15日
发明者彼得·布鲁斯·克拉克 申请人:克拉克汽车发展有限公司