NO20111103A1 - Elektrisk maskin med hoy momenttetthet - Google Patents

Abstract

Elektrisk maskin (11) omfattende minst tre statorpakker (12a-e) anordnet til en felles statorbærende struktur og minst tre rotorpakker (14a-d) anordnet til en felles rotorbærende struktur, hvor hver av rotorpakkene (14a-d) er elektromagnetisk samhandlende med minst en av statorpakkene (12a-e), hvor: - enten en indre rotorbærende struktur (15) og rotorpakker (14a-d) roterer mellom en ytre statorbærende struktur (18a-b) og statorpakker (12a-e), og hvor minst en av statorpakkene (12a-e) er anordnet på hver side av den statorbærende strukturen (15), i aksiell retning, og hvor en av statorpakkene (12a) er anordnet ved omkretsen, i radiell retning, av den elektriske maskinen (11),- eller en indre statorbærende struktur (18) og statorpakker (12a- e) omgitt av en roterende ytre rotorbærende struktur (15a-b), i aksiell retning, og en av rotorpakkene (14a-b) er anordnet ved omkretsen, i radiell retning, av den elektriske maskinen (11).

Description

Elektrisk maskin med høy momenttetthet

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en ny design på en elektrisk maskin, i samsvar med patentkrav 1.

Bakgrunn

Kravet til økt effekt og momenttetthet i elektriske maskiner har resultert i bruk av elektriske maskiner med mer enn en rotor og/eller stator. Slike maskiner, også noen ganger referert til som multi-luftgap-maskiner, har vært kjent i flere tiår.

En multi-diskmaskin er en variant av maskiner med et flertall statorer og rotorer. For eksempel foreslår WO 2008117631A1 ( Shinetsu, 2008) en multi-diskmaskin for en vindgenerator.

Ved siden av multi-disk-maskinene kan de eksisterende løsningene av multi-luftgap-maskiner klassifiseres i to grupper:

- maskiner med en rotorpakke som beveger seg mellom to statorpakker, og

- maskiner med en statorpakke som beveger seg mellom to rotorpakker.

Videre kan maskiner klassifiseres i:

- maskiner med magnetisk fluks som krysser luftgapene dominerende i radiell retning ("radielle fluksmaskiner" eller "RF-maskiner"), og - maskiner med magnetisk fluks som krysser luftgapene dominerende i aksiell retning ("aksielle fluksmaskiner" eller "AF-maskiner").

I radielle fluksmaskiner har det vært vanlig å anordne rotoren mellom de to statorene og ha rotoren støttet av dens bærende struktur fra bare en side. Eksempler på slike løsninger er: - FR 840,873 ( Philips, 1939) og DE 1613230 ( Zelle, 1971), hvor induksjonsmaskiner med to statorer er beskrevet,

- DE 2,822,830 ( Intermadox, 1979), hvor en trinnmotor med to statorer er beskrevet,

- US 4,316,099A ( Mason, 1982), hvor en magnetisk DC-motor med høyt startmoment er beskrevet, - US 4,714,853A ( Tri Tech, 1987) og WO 8705754A1 ( Henneberger, 1987), hvor synkronmaskiner med permanentmagneterer beskrevet, og - WO 2010051691A1 ( Heshan, 2010), hvor en liten direktedrevet, synkron, permanentmagnet-vindgenerator er beskrevet.

Det er mindre vanlig i radielle fluksmaskiner å innrette statoren mellom to rotorer og ha statoren støttet av dens bærende struktur fra bare en side. Et eksempel på en slik løsning er US 2007024132A1 ( General Electric, 2007), hvor en direktedrevet, synkron, permanentmagnet-vindgenerator er beskrevet.

I flertallet av de kjente løsningene er rotoren(e) støttet fra en side i aksiell retning, mens statoren(e) er støttet fra den andre siden.

Hovedutfordringen med multi-luftgap radielle fluksmaskiner er høye radielle krefter mellom statoren(e) og rotoren(e) i tilfellet med gjensidig forskyvning. Det vil alltid være noe skjevstilling på grunn av produksjonsunøyaktigheter som vil føre til ubalanserte krefter. For å motstå disse ubalanserte kreftene bør den bærende strukturen enten være massiv eller ha en spesiell design.

Problemene forverres dersom den aksielle lengden til de aktive delene til RF-maskinen er betydelig, dvs. sammenlignet med maskinradiusen. En løsning er da å støtte rotoren på begge sider, som f.eks. i DE 19856647A1 ( Canders, 2000). Ulempen med denne løsningen er imidlertid en stor diameter for tilleggslageret som støtter rotoren.

Det eksisterer løsninger hvor den bærende strukturen er lokalisert i midten av den elektriske maskinen og hvor de aktive delene er anordnet på begge sider, sett i aksiell retning. Eksempler på slike løsninger er:

- US 5,751,089A ( Strindsberg, 1993), hvor en børsteløs DC-motor/generator er beskrevet, og

- WO 2009051514A1 ( Zaharenko, 2009), hvor en permanentmagnet-synkronmaskin med ytre rotor er beskrevet.

Slike løsninger løser delvis problemet med støtte av de aktive delene i tilfelle skjevstilling ettersom de aktive delene lokalisert på hver side av den bærende strukturen er kortere enn i tilfellet hvor de aktive delene er støttet fra bare en side. Ulempen med begge løsningene er at området på omkretsen til den bærende strukturen ikke er brukt for energiomforming.

Det er også et flertall patentpublikasjoner går detaljert inn på multi-luftgap-ideen uten å spesifisere hvordan rotoren er støttet. Eksempler på slike publikasjoner er:

- GB 1213287A ( Nadim, 1970), hvor en enkeltfase- eller flerfase-induksjonsmotor er foreslått,

- WO2005117243 Al (Pete/c, 2005), hvor en synkron mekanisk omformer med høyt moment er foreslått, og - JP 2007259541A ( Mitsubishi, 2007), hvor en synkronmaskin med permanentmagneter er beskrevet.

Slike applikasjoner utelukkende rettet mot energiomforming og adresserer ikke utfordringen med ubalanserte krefter som beskrevet ovenfor.

Multi-luftgap-maskinene er ofte foreslått for medium- og høyhastighetsapplikasjoner for å øke effekt og momenttetthet og oppnå en mer kompakt design. Nå for tiden er fokuset skiftet til sakteroterende elektriske maskiner som brukes i direktedrevne vind- og tidevannsgeneratorer, vinsj-motorer, osv. Sakteroterende elektriske maskiner (hastighet vanligvis mellom 100-150 rpm) erkarakterisert vedå ha en stor diameter og kort aksiell lengde. Aktive deler av slike elektriske maskiner danner en tynn ring ved omkretsen til den elektriske maskinen. I slike elektriske maskiner er den bærende strukturen stor og massiv sammenlignet med de aktive delene. Dens del i total maskinvekt er ofte større enn den til de aktive delene. Designet er langt fra optimal og det erønskelig å forbedre det ved å bruke mer aktive deler på samme bærende struktur, dvs. bruke multi-luftgap-konseptet.

Formål

Hovedformålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en elektrisk maskin basert på bruken av et flertall aktive deler i rotor og stator (multi-luftgap-konseptet) og skape gevinster som økt effekt og momenttetthet, samt mer pålitelig og lettere bærende struktur sammenlignet med de eksisterende multi-luftgap-løsningene.

Det er også et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en elektrisk maskin som har flere aktive deler på (og rundt) de samme bærende strukturene.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en elektrisk maskin som har optimal kostnad-per-moment- og/eller moment-per-vekt-forhold, samt sikrer mekanisk stivhet.

Oppfinnelsen

En elektrisk maskin i samsvar med oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Detaljer og foretrukne trekk ved den elektriske maskinen er beskrevet i patentkravene 2-14.

Videre i denne beskrivelsen vil ordet "pakker" bli brukt for å angi aktive deler i den elektriske maskinen, hvilke leder magnetisk fluks og/eller elektrisk strøm og skaper energiomforming. En "pakke" består vanligvis av noen eller alle av de følgende (men ikke begrenset til listen): ferromagnetisk kjerne (laminert stål, pulverkjerne, etc), viklinger, kortslutningsbur ("squirrel cage"), magneter, sporkiler, isolasjon, komposittstruktur som holder viklingen.

Det er både stator- og rotorpakker. En pakke har fortrinnsvis form som en ring eller toroide med et tverrsnitt nær et rektangel.

Det er også viktig å definere hva en separat pakke er. En pakke kan segmenteres, men dens deler er fremdeles betraktet som en helhet (enkeltpakke).

Definisjonen er ulik for stator- og rotorpakkene. For statorpakker er to deler av statorens aktive deler kalt separate pakker dersom det er en rotorpakke eller en bærende struktur mellom dem. I RF-maskiner er en statorpakke betraktet som en hel enhet dersom det er viklinger som går gjennom hele pakken, i den aksielle retningen. I AF-maskiner er en statorpakke betraktet som en hel enhet dersom det er viklinger som går gjennom hele pakken, i den radielle retningen.

For rotorpakker kalles to deler av de aktive delene for separate pakker dersom de er romlig adskilte eller har ulike fluksmønster. Med romlig adskillelse er ment at det er enten en statorpakke eller en bærende struktur mellom rotorpakkene. Med fluksmønster menes retningen (veien) til fluksen inne i de aktive delene. For eksempel, dersom en rotorpakke samhandler med to statorpakker går den magnetiske fluksen inn i/ut av rotorpakken fra to sider, og dette er et fluks-mønster. Alternativt, dersom en rotorpakke samhandler med en statorpakke går den magnetiske fluksen inn i/ut av rotorpakken fra bare en side, og dette er et annet fluksmønster.

For å skille mellom aktive deler (pakker) er en "bærende struktur" definert som en kombinasjon (sammenstilling) av konstruksjonselementer av den elektriske maskinen som ikke leder hoved-strømmer og magnetisk fluks, men overfører mekaniske krefter og holder de aktive delene på plass, omfattende endeskjold, aksling, lager, hus, armer og ringer som støtter aktive deler, osv.

Ordet "stag" vil bli brukt for å angi bærende elementer (deler av den bærende strukturen), som også kan kalles "bjelker" eller "stolper", på hvilke pakkene er anordnet og holdes.

En elektrisk maskin i samsvar med oppfinnelsen omfatter minst tre statorpakker, anordnet til en felles stasjonær bærende struktur og minst tre rotorpakker, anordnet til en felles roterende bærende struktur, hvor hver av rotorpakkene er elektromagnetisk samhandlende med minst en av statorpakkene.

I samsvar med en første utførelsesform av den elektriske maskinen i samsvar med oppfinnelsen roterer strukturen som bærer rotorpakkene mellom statorpakkene og har minst en av statorpakkene på hver side i aksiell retning og en av statorpakkene ved dens omkrets i radielle retning.

I samsvar med en andre utførelsesform av den elektriske maskinen i samsvar med oppfinnelsen er strukturen som bærer statorpakkene omgitt av roterende rotorpakker og har minst en av rotorpakkene på hver side i aksiell retning og en av rotorpakkene ved dens omkrets i radiell retning.

I samsvar med oppfinnelsen kan de aktive delene av statoren og rotoren okkupere betydelig ulik plass, sett i lengdeprofil.

I samsvar med oppfinnelsen er lange (i aksiell retning) aktive deler av stator- og rotorpakkene anordnet ved omkretsen til den elektriske maskinen, i radiell retning derav. De aktive delene er støttet fra begge sider (sett i aksiell retning).

Kortere (i aksiell retning) aktive deler av stator- og rotorpakker er festet på en bærende struktur anordnet i midten av den elektriske maskinen (sett i lengdeprofil). Slike kortere aktive deler støttes fra bare en side. De kortere aktive delene er anordnet på begge sider av den bærende strukturen (sett i aksiell retning).

Den elektriske maskinen i samsvar med oppfinnelsen kan ha visse variasjoner fra det som er presentert ovenfor:

- aktive deler med radiell fluks eller aksiell fluks i luftgapet kan kombineres i en elektrisk maskin, - en lang statorpakke kan samhandle med flere kortere rotorpakker anordnet i det samme omkretsplanet, men som har ulike fluksmønster, - noen av de aktive delene kan ha ikke-magnetiske (luft- eller jernløse) kjerner, mens andre aktive deler kan ha tradisjonelle ferromagnetiske kjerner.

Ytterligere detaljer og fordelaktige trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende eksempelbeskrivelsen.

Eksempel

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet mer detaljert med henvisning til figurene, hvor:

Figur 1 viser et eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med oppfinnelsen med tre statorpakker og tre rotorpakker, Figur 2 viser et eksempel på en elektrisk maskin med flere pakker anordnet i aksiell retning på sidene av den rotorbærende strukturen, sett fra en radiell retning, enn den elektriske maskinen i

Figur 1,

Figur 3 viser en utførelsesform av den elektriske maskinen i samsvar med oppfinnelsen som har syv statorpakker og syv rotorpakker, Figur 4 viser et eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med oppfinnelsen hvor noen samhandlende pakker av stator og rotor har dominerende radiell fluks i luftgapet, mens andre pakker har dominerende aksiell fluks i luftgapet, Figur 5 er et eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med oppfinnelsen hvor noen samhandlende pakker av stator og rotor har dominerende radiell fluks i luftgapet, mens andre pakker har dominerende aksiell fluks i luftgapet, Figur 6 er et eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med oppfinnelsen hvor en lang rotorpakke er anordnet ved omkretsen til den elektriske maskinen, Figur 7 er et eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med oppfinnelsen hvor noen av pakkene er jernløse, Figur 8 viser ulike varianter av fluksmønster for den elektriske maskinen i samsvar med oppfinnelsen, og Figur 9a-c viser noen varianter av anordning av permanentmagneter for den elektriske maskinen i samsvar med oppfinnelsen.

Henviser nå til Figur 1 som viser et eksempel på en elektrisk maskin 11 som har tre statorpakker 12a, b og tre rotorpakker 14a, b i samsvar med oppfinnelsen. Den elektriske maskinen 11 er

forsynt med en lang ytre statorpakke 12a, lokalisert ved omkretsen til den elektriske maskinen 11,

i radiell retning, og to mindre indre statorpakker 12b, lokalisert innenfor den lange ytre statorpakken 12a, nærmere en aksling 13. Den lange ytre statorpakken 12a og de kortere indre statorpakkene 12b omgir de korte rotorpakkene 14a fra begge sider i radiell retning. Endeviklinger er angitt med 16.

Rotorpakkene 14a er anordnet i det samme omkretsplanet og er ikke adskilt romlig, men det er fremdeles tre separate pakker 14a, 14b ettersom fluksmønsteret er ulikt i pakkene 14a og 14b. Rotorpakken 14b er lokalisert sentralt på omkretsen til en rotorbærende struktur 15 vendt mot den lange statorpakken 12a på en side og er festet til den bærende strukturen 15 på den andre siden. Rotorpakken 14b er lokalisert sentralt på omkretsen til den rotorbærende strukturen 15 og samhandler bare med den lange statorpakken 12a. Hver av rotorpakkene 14a er lokalisert på sidene av den sentrale pakken 14b og samhandler med begge de samsvarende indre kortere statorpakkene 12b og den lange ytre statorpakken 12a. Den rotorbærende strukturen 15, med den sentrale rotorpakken 14b og aksialt strekkende rotorpakker 14a, rotorer innenfor den lange ytre statorpakken 12a og mellom de indre kortere statorpakkene 12b, samt har de aksielt strekkende rotorpakkene 14a på begge sider av den bærende strukturen 15 i aksiell retning. Minst noen av rotorpakkene 14a-b anordnet i den aksielle retningen fra den bærende strukturen 15 er fortrinnsvis anordnet til støttende stag 17 som strekker seg i aksiell retning fra den bærende strukturen 15. De støttende stagene 17 kan være av ikke-magnetisk material. De støttende stagene 17 kan ha ethvert egnet tverrsnitt, eksempelvis rundt, sekskantet, firkantet, osv.

Den elektriske maskinen har tre luftgap hvor energiomforming finner sted:

- et luftgap med stor overflate mellom den lange statorpakken 12a og de tre korte rotorpakkene 14a og 14b, - to luftgap med mindre overflate mellom de korte statorpakkene 12b og den korte rotorpakken 14a; det er to slike samhandlende par - en på hver side av den bærende strukturen 15.

Den elektriske maskinen i Figur 1 har også en bærende struktur for statoren dannet av stive elementer 18a, 18b, akslingen 13 og egnede lagre 19.

For å oppnå høyere moment-per-vekt-forhold, kan flere aktive deler anordnes på den samme bærende strukturen.

Henviser nå til Figur 2 som viser et eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med en andre utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, hvilken elektriske maskin 11 er forsynt med flere pakker anordnet i aksiell retning på sidene av den rotorbærende strukturen 15, sett fra en radiell retning, enn den elektriske maskinen i Figur 1. Den elektriske maskinen 11 i denne utførelses-formen er forsynt med fem statorpakker og fem rotorpakker. De aktive delene til statoren omfatter en lang ytre statorpakke 12a, anordnet ved omkretsen til den elektriske maskinen 11, i radiell retning, og fire mindre indre statorpakker 12b og 12c, anordnet innenfor den lange ytre statorpakken 12a, nærmere akslingen 13, og danner tre konsentriske lag:

- et første lag er dannet av den lange ytre statorpakken 12a,

- et andre lag er dannet av to mindre indre statorpakker 12c,

- et tredje lag er dannet av to mindre indre statorpakker 12b, anordnet nærmest akslingen 13. De aktive delene av rotoren består av fire pakker 14a, 14b og 14c, danner to konsentriske lag: - et første lag er dannet av tre korte rotorpakker 14a og 14b, som danner en overflate mot den ytre lange statorpakken 12a, hvor den sentrale rotorpakken 14b er anordnet ved omkretsen til den rotorbærende strukturen 15 og anordnet mellom de to rotorpakkene 14a i aksiell retning, - et andre lag dannet av to korte indre rotorpakker 14c, anordnet nærmest akslingen 13. Statorpakken 12a til det første statorlaget og statorpakkene 12c til det konsentriske andre laget omgir de korte rotorpakkene 14a til det første rotorlaget fra begge sider i radiell retning og samhandler med dem. Statorpakkene 12c til det konsentriske tredje statorlaget omgir de korte rotorpakkene 14c til det andre rotorlaget fra begge sider i radiell retning og samhandler med dem.

Den rotorbærende strukturen 15, med den sentrale rotorpakken 14b og aksialt strekkende rotorpakker 14a-c, roterer innenfor den lange ytre statorpakken 12a og mellom de indre korte statorpakkene 12b og 12c, og har dem på begge sider av den rotorbærende strukturen 15, sett i aksiell retning. Det skal nevnes at også for det andre statorlaget er minst noen av statorpakkene 12c anordnet i den aksielle retningen fra den rotorbærende strukturen 15, fortrinnsvis anordnet til et støttende stag 20, og strekker seg i aksiell retning fra den rotorbærende strukturen 15.

Ved å følge det samme prinsippet kan man øke antallet aktive deler på den samme bærende strukturen ved å legge til samhandlende korte stator- og rotorpakker. For eksempel, som vist i

Figur 3, er det syv statorpakker og syv rotorpakker.

Antallet konsentriske lag av aktive deler som kan legges til for å øke momentproduksjon er begrenset av optimalt moment-per-vekt- og kostand-per-moment-forhold. Hvert nye konsentriske lag vil ha en mindre radius (dvs. arm for momentproduksjon) og omkretslengde, og derfor vil effekten av å legge til et nytt lag bli mindre og mindre. Det er et optimalt antall lag for hver elektriske maskin, gitt dens spesifikasjoner ogønskelige ytelsesindikatorer.

Et alternativ, som ikke er vist i figurene, er en elektrisk maskin som har rotorpakker som pakkene nærmest akslingen 13 i radiell retning, samtidig som man har en lang statorpakke ved omkretsen til den elektriske maskinen. Antallet statorpakker bør da være to mindre enn vist i

Figurene 1-3, hvor den innerste statorpakken er tatt bort. Antallet rotorpakker kan være det samme.

Det er mulig å kombinere aktive deler med radielle fluksretninger og aksiell fluksretninger i en elektrisk maskin.

Henvisning er nå gjort til Figur 4 som viser et eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med en tredje utførelsesform i samsvar med oppfinnelsen, hvor noen samhandlende pakker av statoren 12a og rotoren 14b har dominerende radiell fluks i luftgapet, mens andre pakker 12d, 14d har dominerende aksiell fluks i luftgapet. I denne utførelsesformen er rotorpakkene 14d og statorpakkene 12d anordnet med deres utstrekning i aksiell retning av den rotorbærende strukturen 15. Slike maskiner er lettere å sette sammen enn de i Figurene 1-3, men mer utfordrende med produksjon av pakker med aksiell fluksretning.

I noen applikasjoner, som f.eks. applikasjoner med vertikal montering av aksling til den elektriske maskinen, er det fordelaktig med en kombinasjon av aktive deler med radiell fluks og aksiell fluks. De samhandlende pakkene med aksiell fluks kan kompensere for gravitasjonskraften som virker på rotoren. Henvisning er nå gjort til Figur 5 som viser et annet eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med en fjerde utførelsesform, hvor noen samhandlende pakker av stator 12a, 12b, 12c og rotor 14a, 14b, 14c har dominerende radiell fluks i luftgapet, mens andre pakker 12d og 14d har dominerende aksiell fluks i luftgapet. I denne utførelsesformen er rotorpakkene 14d og statorpakkene 12d anordnet med deres utstrekning i aksiell retning av den rotorbærende strukturen 15.

For alle de ovenfor nevnte figurene hadde de elektriske maskinene en design med en indre rotor og ytre stator. Imidlertid kan det i noen applikasjoner være foretrukket med en design med ytre rotor. I for eksempel integrasjon av en elektrisk maskin inn i en vinsjtrommel kreves en design med ytre rotor.

Henvising er nå gjort til Figur 6 som viser et annet eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med en femte utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen som har en indre statorbærende struktur 18 og en ytre rotorbærende struktur 15a-b, hvor en lang rotorpakke 14b er anordnet ved omkretsen til den elektriske maskinen. I denne utførelsesformen er de innerste pakkene statorpakker 12b. En alternativ utførelsesform til denne kan være en elektrisk maskin hvor de innerste pakkene er rotorpakker, samt har to statorpakker mindre enn den elektriske maskinen i Figur 6.

Henvisning er nå gjort til Figur 7 som viser et annet eksempel på en elektrisk maskin i samsvar med en sjette utførelsesform av oppfinnelsen, hvor noen av statorpakkene 12e er jernløse, dvs. har ikke-ferromagnetiske kjerner. Fordelen med en slik elektrisk maskin er at den ikke vil erfare aksielle krefter på rotoren i tilfelle aksiell skjevstilling.

Henvisning er nå gjort til Figurene 8a-e som viser ulike varianter av fluksmønster 21. Det kan naturligvis være flere varianter som er egnet.

Varianter med vikling på rotoren er ikke vist i Figurene 8a-e, selv om de er anvendbare i det foreslåtte konseptet og i enkelte tilfeller det beste alternativet.

Pakkene kan ha ulikt design og samhandlingen mellom stator- og rotorpakkene kan følgelig være som i standard elektriske maskiner av ulike typer. For eksempel kan stator- og rotorpakkene være som i elektriske maskiner med synkrone permanentmagneter, fluksendrende permanentmagneter, reluktansendrende, induksjonsmaskiner eller andre typer elektriske maskiner. I en elektrisk maskin kan pakkene ha ulik størrelse, eksempelvis et pakkepar- induksjonsmaskin, andre pakkepar - permanentmagnet eller reluktansendrende.

Som nevnt ovenfor kan minst noen av stator- og rotorpakkene, anordnet i aksiell retning fra den interne bærende strukturen, være anordnet til de bærende strukturene og støttet av stag og ha utstrekning i aksiell retning fra de bærende strukturene. Stagene 17, 20 kan eksempelvis være av et ikke-magnetisk materiale. Stagene 17, 20 kan ha ethvert egnet tverrsnitt, eksempelvis rundt, sekskantet, firkantet, osv. Pakkene kan alternativt være støttet av andre midler enn stag. Henvisning er nå gjort til Figurene 9a-c som viser noen varianter med permanentmagneter. Figur 9a viser pakkesegmenter hvor magneter 22 er støpt inn i komposittmateriale 23. Det er ikke brukt ferromagnetisk material. Pakkesegmentene er anordnet på stag 17 som har et rundt tverrsnitt. Hvert pakkesegment er en magnetisk pol. Figur 9b og 9c viser segmenter hvor magneter 22 og laminert jern 24 er støpt inn komposittmateriale 23. Magnetrekken består av små deler for å redusere virvelstrømtap. Segmentene er anordnet på stag 17 som har et sekskantet tverrsnitt. Hvert pakkesegment er en magnetisk pol.

Modifikasjoner

For applikasjoner med to akslinger som roterer i motsatte retninger kan det foreslåtte konseptet modifiseres ved å legge til sleperinger, ekstra ytre bærende struktur og innrette statoren til å rotere i motsatt retning av rotoren. Følgelig er rotoren og statoren koblet til to forskjellige kontra-roterende akslinger.

Pakkene til stator og/eller rotor kan segmenteres for enklere produksjon, transport og sammenstilling.

Pakkene kan forskyves i tangentiell retning med en viss vinkel for å redusere cogging.

Den foreslåtte elektriske maskinen kan være gasskjølt, væskekjølt eller benytte kombinert kjøling. Krefter og naturlig kjøling kan også anvendes.

Pakkene kan energiforsynes og styres fra separate kraftelektronikk-omformere. Dette kan være fordelaktig for cogging-momentreduksjon, redundans, osv.

Pakkene til stator kan kobles til separate kraftelektronikk-omformere, eksempelvis AC/DC eller AC-AC, med betydelige ulike spenningspotensialer. Slike separate omformere kan kobles i serie på deres DC-link-sider for dannelse av en høyspent DC-utput fra et system hvori elektriske maskiner i samsvar med oppfinnelsen er anordnet.

Noen eller alle elementene til den stator- eller rotorbærende strukturen kan være laget av materialer som ikke leder elektriske strømmer og/eller ikke-magnetiske materialer.

Claims (14)

1. Elektrisk maskin (11) omfattende minst tre statorpakker (12a-e) anordnet til en felles statorbærende struktur og minst tre rotorpakker (14a-d) anordnet til en felles rotorbærende struktur, hvor hver av rotorpakkene (14a-d) er elektromagnetisk samhandlende med minst en av statorpakkene (12a-e),karakterisert vedat - enten en indre rotorbærende struktur (15) og rotorpakker (14a-d) roterer mellom en ytre statorbærende struktur (18a-b) og statorpakker (12a-e), og hvor minst en av statorpakkene (12a-e) er anordnet på hver side av den rotorbærende strukturen (15), i aksiell retning, og hvor en av statorpakkene (12a) er anordnet ved omkretsen, i radiell retning, av den elektriske maskinen (11), - eller en indre statorbærende struktur (18) og statorpakker (12a-e) omgitt av en roterende ytre rotorbærende struktur (15a-b) og rotorpakker (14a-e), hvor minst en av rotorpakkene (14a-d) er anordnet på hver side av den rotorbærende strukturen (15a-b), i aksiell retning, og en av rotorpakkene (14a-d) er anordnet ved omkretsen, i radiell retning, av den elektriske maskinen (11).

2. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat de samhandlende statorpakkene (12a-e) og rotorpakkene (14a-d) er anordnet slik at magnetisk fluks i et luftgap mellom pakkene krysser luftgapet dominerende i radiell retning.

3. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat de samhandlende statorpakkene (12a-e) og rotorpakkene (14a-d) er anordnet slik at magnetisk fluks i et luftgap mellom noen av de samhandlende pakkene krysser luftgapet dominerende i radiell retning, mens i noen samhandlende pakker krysser den magnetiske fluksen luftgapet mellom de samhandlende statorpakkene (12a-e) og rotorpakkene (14a-d) dominerende i aksiell retning.

4. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat noen av pakkene (12a-e, 14a-d) er jernløse.

5. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat statorpakkene (12a-e) og rotorpakkene (14a-d) har en design og egenskaper som i standard elektriske maskiner.

6. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat pakkene (12a-e, 14a-d) har ulike design og egenskaper.

7. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat pakkene (12a-e, 14a-d) er segmenterte.

8. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat pakkene (12a-e, 14a-d) energiforsynes og styres fra separate kraftelektronikk-omformere.

9. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat pakkene (12a-e, 14a-d) er forskjøvet i tangentiell retning med en viss vinkel

10. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat minst noen av statorpakkene (12a-e) eller rotorpakkene (14a-d) med utstrekning i aksiell retning fra den rotorbærende strukturen (15,15a-b) eller statorbærende strukturen (18,18a-b) er anordnet til den rotorbærende strukturen (15,15a-b) eller statorbærende strukturen (18,18a-b) og støttet av stag (17, 20).

11. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 10,karakterisert vedat stagene (17, 20) er av ikke-magnetisk materiale.

12. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 10,karakterisert vedat stagene (17, 20) har et egnet tverrsnitt, så som rundt, sekskantet, firkantet, osv.

13. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat statorpakkene (12a-e) er koblet til separate kraftelektronikk-omformere med betydelig forskjellige spenningspotensialer.

14. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat noen eller alle elementene til den statorbærende eller rotorbærende strukturen (18,18a-b, 15,15a-b) er laget av materialer som ikke leder elektriske strømmer og/eller ikke-magnetiske materialer.