包括转子和两个定子的电力发电机制造技术

电力发电机包括转子和多个定子，转子和多个定子围绕中心轴线同轴且同心地布置。在转子的径向内侧设置有通过内气隙间隔开的内定子，并且在转子的径向外侧设置有通过外气隙间隔开的外定子。转子包括多个磁极结构，所述多个磁极结构被配置成提供或产生具有多个磁极的磁场。转子的截面厚度不均匀，其中：转子的内表面在磁极结构处向内突出，内气隙是不均匀的，因为内气隙在磁极结构处径向较短而在磁极结构之间径向较长；以及转子的外表面在磁极结构处向外突出，外气隙是不均匀的，因为外气隙在磁极结构处径向较短而在磁极结构之间径向较长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括转子和两个定子的电力发电机
本专利技术涉及电力发电机，并且具体地，本专利技术涉及具有呈定子-转子-定子配置的转子和两个定子的电力发电机。
技术介绍
在现有技术的电力发电机中，通常设置单个转子和单个定子。众所周知，转子产生磁场并旋转，并且旋转磁场在保持静止的定子中设置的绕组中感应电流。在这种配置下，来自转子的磁场仅在一个方向上被定向至定子，即，来自转子的磁场仅径向向内或仅径向向外被定向至定子。专利技术人知道具有双定子、单个转子配置的发电机。US6297575公开了一种三层结构，其中来自转子的磁场源位于两个定子之间，并且是用于这些定子相互作用的公共磁场源。本公开内容旨在使用该结构来执行发电机功能或马达功能或者马达功能和发电机功能的组合。然而，US6297575的公开内容缺乏关于气隙的技术规范。当该单元操作为电力发电机时，似乎没有考虑气隙及其相互作用的影响。该公开内容没有研究不同层之间的气隙，特别是在发电方面，尽管气隙对发电参数可能至关重要。专利技术人认为这是US6297575中的缺点，并希望解决这个问题。本专利技术旨在解决以上提到的未优化气隙以改善性能和所产生的电力的质量的缺点。
技术实现思路
因此，本专利技术提供了一种电力发电机，其包括转子和多个定子，其中：转子和多个定子围绕中心轴线同轴且同心地布置；多个定子包括内定子，内定子设置在转子的径向内侧，内定子和转子通过内气隙间隔开；多个定子包括外定子，外定子设置在转子的径向外侧，外定子和转子通过外气隙间隔开；内定子和外定子中的每一个具有相应绕组，所述相应绕组被配置成在其中感应电流；转子包括多个磁极结构，所述多个磁极结构被配置成提供或产生具有多个磁极的磁场，所述磁场在使用中被配置成在绕组中感应电流；并且转子的截面厚度不均匀，其中：转子的内表面在磁极结构处径向向内突出，由于内气隙在磁极结构处径向较短，而在磁极结构之间径向较长，因此内气隙是不均匀的；以及转子的外表面在磁极结构处径向向外突出，由于外气隙在磁极结构处径向较短，而在磁极结构之间径向较长，因此外气隙是不均匀的。换言之，每个磁极结构的外表面可以具有比它所描述的位移弧更剧烈的曲率或更小的曲率半径。每个磁极结构的内表面可以是平坦的或者至少具有比它所描述的位移弧更平缓的曲率或更大的曲率半径。电力发电机可以具有仅单个转子以及确切地两个定子。电力发电机可以包括背铁。背铁可以提供返回路径，并帮助闭合磁路以防止转子的磁场向外辐射。可以在外定子周围设置背铁。在外定子和内定子中可以存在返回路径以使磁路完整。内返回路径可以位于内定子的内表面中，并且外返回路径可以处于外定子的外表面中。可以注意到，本公开内容的优点在于，由转子产生的磁场在转子的内部(由内定子利用)和在转子的外部(由外定子利用)二者被利用。这可以导致更有效地将磁场转换为电流。外气隙可以比内气隙平均径向较长或较宽。内气隙在其径向最短点处可以为5mm至50mm。内气隙在其径向最长点处可以为10mm至90mm。外气隙在其径向最短点处可以为20mm至100mm。外气隙在其径向最长点处可以为30mm至165mm。内定子可以包括在其径向外表面处的齿以容纳其绕组。因此，绕组可以靠近转子的径向内表面，并且与转子的径向内表面相对。外定子可以包括在其径向内表面处的齿以容纳其绕组。因此，绕组可以靠近转子的径向外表面，并且与转子的径向外表面相对。内定子和外定子的相应齿可以相等或径向对齐；相反，内定子和外定子的相应齿可以不相等或径向偏离。转子可以包括在相邻磁极结构之间的中间支承结构以提供恒定或不间断的周向延伸的转子。支承结构可以是铁质材料以传导或增强磁场。相反，支承结构可以是可以防止磁场短路的非铁质材料。内定子可以呈现大体圆形的外表面。因此，内气隙在其内边界(由内定子的外表面提供)处可以大体均匀，而在其外边界(由转子的内表面提供)处可以不均匀。外定子可以呈现大体圆形的内表面。因此，外气隙在其外边界(由外定子的内表面提供)处可以大体均匀，而在其内边界(由转子的外表面提供)处可以不均匀。非均匀气隙的优点在于：它们可以提供更好或更期望的输出波形。这可以包括更平滑的波形、更少的齿槽效应和/或更少的谐波失真等。附图说明图1示出了根据本专利技术的包括转子和两个定子的电力发电机的示意性截面图；图2示出了图1的电力发电机的部分的放大图；图3示出了图1的发电机的示意性通量密度热图；图4示出了图1的发电机的具有阈值的示意性通量密度热图；图5示出了图1的发电机的内定子与转子之间的通量密度的曲线图；图6示出了图1的发电机的外定子与转子之间的通量密度的曲线图；图7示出了图1的发电机的内定子的相电压的曲线图；图8示出了图1的发电机的外定子的相电压的曲线图；图9示出了图1的发电机的内定子的相电流的曲线图；图10示出了图1的发电机的外定子的相电流的曲线图；图11示出了图1的发电机的内定子的扭矩的曲线图；图12示出了图1的发电机的转子的扭矩的曲线图；以及图13示出了图1的发电机的外定子的扭矩的曲线图。具体实施方式图1至图2示出了根据本专利技术的电力发电机(仅简称为“发电机”)100。发电机100具有在其径向内中心处限定中心轴线的中心轮轴102和在其径向外表面处的背铁104。发电机100还具有通常为发电机所共有的许多特征，如轴承、轮轴、框、输入驱动器、输出布线等，这些特征未示出，但是本领域技术人员将理解它们可以形成本专利技术的一部分。发电机100具有内定子110、中间转子120和外定子130。这些可以被认为是发电机100的三个同心“层”。转子120和定子110、130围绕中心轴线同轴。内定子110设置在转子120的径向内侧，内定子110和转子120通过内气隙112间隔开。外定子130设置在转子120的径向外侧，外定子130和转子120通过外气隙132间隔开。内定子110和外定子130中的每一个具有相应绕组114、134，所述相应绕组114、134被配置成在其中感应电流。相应地，转子120包括多个磁极结构122、124，所述磁极结构122、124被配置成提供或产生具有多个磁极的磁场，所述磁场在使用中被配置成在绕组114、134中感应电流。每个磁极可以包括磁性体122和嵌入的场绕组124，因此在该示例中磁极结构122、124是电磁的(尽管在其他示例中，磁极结构122、124可以是永磁体)。转子120包括中间支承结构126以在磁极结构122、124之间提供结构支承。转子120通常为环形，但不是均匀环形；更具体地，转子120的截面厚度不均匀。这在示出发电机100的放大部分的图2中可以更清楚。转子120的内表面在磁极结构122、124处径向向内突出，因此内气隙112是不均匀的，因为它在磁极结构122、124处径向较短(由箭头112.1指示)。内气隙1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力发电机，其包括转子和多个定子，其中：/n所述转子和所述多个定子围绕中心轴线同轴且同心地布置；/n所述多个定子包括内定子，所述内定子设置在所述转子的径向内侧，所述内定子和所述转子通过内气隙间隔开；/n所述多个定子包括外定子，所述外定子设置在所述转子的径向外侧，所述外定子和所述转子通过外气隙间隔开；/n所述内定子和所述外定子中的每一个具有相应绕组，所述相应绕组被配置成在其中感应电流；/n所述转子包括多个磁极结构，所述多个磁极结构被配置成提供或产生具有多个磁极的磁场，所述磁场在使用中被配置成在所述绕组中感应电流；并且/n所述转子的截面厚度不均匀，其中：/n所述转子的内表面在所述磁极结构处径向向内突出，由于所述内气隙在所述磁极结构处径向较短，而在所述磁极结构之间径向较长，因此所述内气隙是不均匀的；以及/n所述转子的外表面在所述磁极结构处径向向外突出，由于所述外气隙在所述磁极结构处径向较短，而在所述磁极结构之间径向较长，因此所述外气隙是不均匀的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190625 ZA 2019/04106;20190925 ZA 2019/062971.一种电力发电机，其包括转子和多个定子，其中：
所述转子和所述多个定子围绕中心轴线同轴且同心地布置；
所述多个定子包括内定子，所述内定子设置在所述转子的径向内侧，所述内定子和所述转子通过内气隙间隔开；
所述多个定子包括外定子，所述外定子设置在所述转子的径向外侧，所述外定子和所述转子通过外气隙间隔开；
所述内定子和所述外定子中的每一个具有相应绕组，所述相应绕组被配置成在其中感应电流；
所述转子包括多个磁极结构，所述多个磁极结构被配置成提供或产生具有多个磁极的磁场，所述磁场在使用中被配置成在所述绕组中感应电流；并且
所述转子的截面厚度不均匀，其中：
所述转子的内表面在所述磁极结构处径向向内突出，由于所述内气隙在所述磁极结构处径向较短，而在所述磁极结构之间径向较长，因此所述内气隙是不均匀的；以及
所述转子的外表面在所述磁极结构处径向向外突出，由于所述外气隙在所述磁极结构处径向较短，而在所述磁极结构之间径向较长，因此所述外气隙是不均匀的。


2.根据权利要求1所述的电力发电机，其中，所述转子具有平均或中数曲率半径，并且所述磁极结构之间的径向内表面和外表面具有与所述平均曲率半径同心的曲率半径。


3.根据权利要求1所述的电力发电机，其中：
每个磁极结构的外表面具有比它所描述的位移弧更小的曲率半径；以及
每个磁极结构的内表面具有比它所描述的位移弧更大的曲率半径。


4.根据权利要求1所述的电力发电机，其中，所述外气隙比所述内气隙平均径向较长或较宽。


5.根据权利要求1所述的电力发电机，其中，所述内气隙在其径向最短点处为5mm至50mm。


6.根据权利要求1所述的电力发电机，其中，所述内气隙在其径向最长点处为10mm至95mm。


7.根据权利要求1所述的电力发电机，其中，所述外气隙在其径向最短点处为20mm至100mm。


8.根据权利要求1所述的电力发电机，其中，所述外气隙在其径向最长点处为30mm至165mm。


9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：海部·沃尔特·马克格鲁，
申请(专利权)人：KMN履行信托的临时受托人，
类型：发明
国别省市：南非;ZA