专利名称：轴向间隙类型电机的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种轴向间隙类型的电机，具体地，涉及一种串级耦合同步高输出电机，其适于用作交通工具、船舶等的驱动源，特别适用于推进大型船舶，诸如政府和公共办公船舶或者客运船舶。
背景技术：
传统上，作为电机，存在径向间隙类型的电机和轴向间隙类型的电机。径向间隙类型的电机是广泛和通常使用的电机，其中在具有环形截面的定子的中空构件中提供转子，由此线圈的磁通量方向被导向径向方向。同时，轴向间隙类型的电机，如日本未经审查的专利申请公开No.2004-140937中公开的，被配置为，定子被安置为在转子的轴向方向中相互面对，并且线圈的磁通量方向被导向为轴向方向。
在传统的轴向间隙类型的电机中，需要高输出。因此，在串级耦合同步轴向间隙类型的电机中，其中转子和定子被交替安置为在轴向方向中具有所需要的空气间隙，难于提供转子和定子之间的预定的空气间隙以高精度地配置它们，这变为制造中的瓶颈。
即，电枢线圈，其被提供用于自定子朝向转子凸出，绕铁芯缠绕并且附连到铁芯，并且铁芯自电枢线圈的尖端凸出。因此，如果将永磁体安置在转子的旁边，则永磁体和铁芯将在组装过程中相互吸引。结果，耗费时间和精力提供转子和定子之间的所需的空气间隙。而且，操作员的手指有被卡在永磁体和铁芯之间的危险。
结果，有必要增加定子和转子之间的空气间隙，由此自电枢线圈凸出的铁芯的尖端和永磁体的尖端不会相互干扰，并且不允许接近配置。因此，几乎不能获得高输出，并且将使电机自身在旋转轴的轴向方向中是巨大的。
特别地，在串级耦合同步轴向间隙类型的电机中，其中转子和定子被交替安置为在轴向方向中具有所需的空气间隙，有必要交替配置多个转子和定子，使其之间具有大的空气间隙。因此，有必要解决上述的问题。
专利文献1未经审查的日本专利申请公开No.2004-140937发明内容待由本发明解决的问题考虑到上文的问题做出了本发明。因此，本发明的目的在于提供一种串级耦合同步轴向间隙类型的电机，其可以减小定子和转子之间的间距，以使电机小型化并获得高输出，并且利用定子和转子之间所需的小的间隙，简单地实现组装。
用于解决该问题的手段为了解决上文的问题，根据本发明，提供了一种串级耦合同步轴向间隙类型的电机，其包括旋转轴，其作为主轴，以及转子和定子，其在旋转轴的轴向方向中以所需的空气间隙交替堆叠，其中转子固定到旋转轴，定子被安置为不与旋转轴互锁，多个旋转场体绕轴附连到每个转子，使多个电枢线圈以一空气间隙面对旋转场体，并且绕轴附连到每个定子，由此它们的磁通量方向被导向轴向方向，并且电枢线圈具有空芯，或者具有由附连到其的磁体组成的芯部件(在下文中被称为“通量收集器”)。
在具有上文设置的电机中，通量收集器用作芯部件，在将电枢线圈的中空构件推送到空芯或磁场中时，其生成磁矩。因此，即使面对的转子和定子之间的分隔距离(空气间隙)是小的，仍可以抑制和防止组装过程中的干扰。结果，附连到定子和转子的电枢线圈和场体被安置为相互接近，由此可以实现高效率，并且可以实现电机的小型化。
此外，在电枢线圈未绕通量收集器缠绕的情况中，电枢线圈接合并固定到定子，或者按压装配到在定子中提供的通孔或凹入构件。另外，将电枢线圈封装在待描述的容器中，并且使该容器可拆卸地附连到定子。
优选地，用作电枢线圈和/或旋转场体的磁场线圈是由超导材料形成的。
如果磁线圈是以该方式由超导线圈形成的，则可以施加大电流，并且可以减小电机的尺寸和重量，同时增加电机扭矩输出。基于铋或者基于钇的高温超导材料适于用作该超导材料。而且，如果在定子和转子被交替安置为具有小的空气间隙的情况中，将由超导材料制成的磁线圈用作旋转场体，那么即使通量收集器附连到磁线圈，也可以防止其相互吸引，并且可以将其定位和配置为具有优良的可使用性、小的空气间隙和高的精度。
而且，旋转场体可由高温超导块体磁体形成。即使使用高温超导块体磁体，仍可以形成大的磁场，并且可以增加电机的输出。该高温超导块体磁体是由高温超导锭制成的磁体，其是通过使非超导相态在RE-Ba-Cu-O高温超导体中分散以使该相态熔化和生长而获得的，并且其能够捕获和磁化比高性能永磁体更大的磁场。
而且，旋转场体可由永磁体形成。在该情况中，附连到定子的电枢线圈可以具有空芯，或者由磁物质制成的芯部件附连到定子，同时无需从电枢线圈的尖端凸出。
优选地，定子的电枢线圈和面对电枢线圈的旋转场体之间的空气间隙被设定为0.1～1mm。
如上文提及的，如果电枢线圈具有空芯或者由通量收集器组成的芯部件，并且超导线圈而非永磁体用作旋转场体，则电枢线圈和旋转场体之间的间隙可被设定为如上文提及的小的范围，并且可以使电机小型化。
间隙距离的范围被设定为0.1mm～1mm的原因如下。即，如果间隙距离小于0.1mm，则在任何转子由于振动等原因而偏离旋转轴的轴向方向中的位置时，场体和电枢线圈可能相互接触。而且，如果间隙距离大于1mm，则转子和定子之间的间距变得过大。结果，降低了磁化力，降低了输出，并且使电机在轴向方向中是大的。
可以将电枢线圈附连到定子，即定子配备有轴向通孔，将电枢线圈固定装配到通孔中，并且使电枢线圈的两个末端从定子的两个末端表面凸出，并使其在定子两侧面对固定到转子的旋转场体。
如果采用该设置，则没有必要将电枢线圈分别附连在定子的两个末端表面上，并且可以提高可使用性。
而且，本发明的轴向间隙类型的电机优选地被设置为，以旋转轴作为主轴，定子和转子交替堆叠，背轭仅安置在轴向方向中的两个末端，并且轴向末端处的定子通过螺旋连接可拆卸地同背轭组合。
这样，背轭仅安置在轴向方向中的两个末端，并且未在每个定子中提供背轭。因此，组装变得容易，可以高密的安置定子和转子，并且可以在不增加轴向方向中的尺寸的情况下获得高输出。因此，可以使电机更加紧凑和轻重量。
而且，在轴向间隙类型的电机中，其中磁通量方向被导向轴向方向，背轭安置在轴向方向中的两个末端。因此，可以屏蔽穿透定子的磁场，防止其泄漏到外部，并且可以增强磁场，以实现高扭矩输出。
而且，最终沿旋转轴交替组装的定子和转子可拆卸地连接到背轭，其固定在将定子固定在两个轴向末端的固定部件前面，由此可以容易地执行组装和分解。
此外，任何背轭均未附连到两个轴向末端，但是可以使两个轴向末端处的定子是厚的，并且定子可以可拆卸地通过螺钉等附连到固定部件。
以旋转轴作为主轴交替堆叠的定子和转子，例如，被设置为，旋转轴穿过并且固定到每个转子的中心孔，安置在转子的轴向两侧的定子以一定的间距通过连接工具连接在一起，并且将转子装配到两个定子之间的空气间隙中。
在通过连接工具将定子连接在一起时，特别地，优选的是，每个经由连接工具连接在一起的定子在位置上分为上定子和下定子，旋转轴夹在其中，上定子通过上连接工具连接在一起，并且用作上拆分部件，下定子通过下连接工具连接在一起，并且用作下拆分部件，并且固定到旋转轴的转子夹在并且装配在上和下拆分部件之间。
如上文提及的，如果安置在转子两侧的定子通过连接工具顺序连接在一起，则仅通过将以一定间隔固定的转子插入到相邻定子之间的旋转轴，可以以内建的方式简单地组装许多个交替堆叠的转子和定子，同时精确地保持每个转子和每个定子之间的间隙。而且，仅通过利用螺旋连接将两个轴向末端处的转子固定到背轭，可以将所有定子固定配置在预定位置，并且可以简单地制造串级耦合同步电机。
优选地，连接工具包括外框，其安置在定子的外周界侧面上，和连接构件，其被制造为以所需间距从外框凸出，并且连接到每个定子。
在该情况中，连接工具可以是连接每个相邻定子的U形连接工具，或者是一个梳齿形连接工具。
连接工具的连接构件和定子之间的连接可以通过如下方法完成，使用粘合剂将它们固定接合，或者将它们装配在连接构件和定子中形成的凹入或凸起装配构件中。
而且，优选地，连接工具的连接构件固定到面对转子的定子的表面，在安置电枢线圈的部分中提供开口，并且开口在轴向方向中的厚度的尺寸对应于转子旁边的旋转场体和定子旁边的电枢线圈之间的间隙。如果使用了该设置，则仅通过将转子插入在连接构件之间，将自动地获得所需间隙。
不同于预先使用连接工具将定子连接在一起，并且定子从垂直于轴的方向夹住固定到旋转轴的转子的设置，还可以采用定子和转子顺序插入通过旋转轴的设置。
在该情况中，一个背轭附连到旋转轴的一个末端，旋转轴松散地装配到定子的中心孔中并穿过该中心孔，定子和转子交替组装到旋转轴，通过安置在外周界侧面的定位和固定部件定位和夹持定子，并且旋转轴的另一末端处的定子附连到另一个背轭。
根据上文的设置，仅通过顺序将定子和转子插入到旋转轴中，可以简单地执行组装，并且在分解过程中，仅释放轴向方向中的末端处的背轭和定子之间的固定，即可以简单地拆卸定子和转子。结果，可以简单地执行组装和分解。
优选地，在两个背轭之间提供周界壁，其被安置为具有离开转子和定子的外周界侧面的空气间隙。
更具体地，如果下周界壁连接到两个末端处的背轭中的一个背轭，而上周界壁连接到另一个背轭，则在两个轴向末端处的定子固定到背轭的状态下，所有转子和定子完全由上和下周界壁包围。结果，可以确实防止磁通量泄漏到外部。
可以在周界壁的内表面中提供不规则物体，以便于用作前面提及的定子的定位和固定部件。
例如，如果同一个末端处的背轭连接的下周界壁的内表面配备有凹入和凸起构件，则在将顺序插入到旋转轴中的定子的下端装配到凹入和凸起构件的凹入构件时，可以定位和夹持定子。
此外，尽管本发明适合用于转子和定子交替堆叠的串级耦合同步类型，但是显而易见，本发明同样适合用于轴向间隙类型的电机，其被设置为，定子对被安置在一个转子的轴向两侧。
优选地，在周界方向中以一定间隔安置在转子和/或定子中的多个旋转场体和/或电枢线圈容纳在容器中，其之间具有所需的间距，并且该容器可拆卸地附连到转子和/或定子。
如果采用该设置，则在需要维护任何旋转场体或电枢线圈时，从定子或转子拆卸容器，并且更换容器中的旋转场体或电枢线圈，由此相比于将电枢线圈或旋转场体固定到定子或转子的情况，可以简单地执行维护。
此时，在如上文提及的定子分为上和下定子的情况中，容器还包括上和下半环形容器对，其分别附连到上和下定子。而且，转子也分为上和下转子，并且附连到转子的旋转场体也容纳在上和下半环形容器中，并且可拆卸地附连到转子。
在容器中容纳的旋转场体和/或电枢线圈由超导材料制成的情况中，容器是热绝缘容器，并且将制冷剂填充到容器中。
该容器由体和盖组成，其由透磁材料制成，诸如树脂，并且使盖是透明的，由此可以从容器中取出封装在容器内部的电枢线圈或旋转场体或者将其装入容器中。
发明效果由上文的描述显而易见，根据本发明，电枢线圈具有空芯或者由通量收集器组成的芯部件。因此，安置在定子中的电枢线圈和安置在转子中的旋转场体可被配置为相互接近，可以获得高输出，并且可以实现电机的小型化。
特别地，如果旋转场体和/或电枢线圈由超导材料形成，则可以实现高输出，同时可以达到进一步的小型化。
而且，如果定子和转子以旋转轴为主轴交替安置，并且两个轴向末端处的定子固定到背轭，则可以高密度地安置定子和转子，可以屏蔽磁通量方向中的磁场泄漏，该磁通量方向是通向外部的轴向方向，并且可以加强磁场，由此实现了高扭矩输出。
而且，通过从背轭移除两个轴向末端处的定子，还可以简单地分解定子和转子。
而且，如果通过连接工具以预定的间距将定子连接在一起，并且将转子插入到定子之间的空气间隙中，则可以精确地将转子和定子之间的间隙指明为预定的尺寸，并且可以简单地组装许多个转子和定子。
这样，出于如下观点“可以获得高输出，同时可以实现小型化，组装和分解是容易地，并且可维护性是优良的”，提供了一种串级耦合同步电机，其最优地用作用于推进大型船舶的电机，诸如政府和公共办公船舶或客运船舶。
图1是示出了本发明的第一实施例的电机的剖面图。
图2是示出了第一实施例的组装方法的剖面图。
图3是第一实施例的示意图。
图4是示出了线圈电流和磁通量之间的关系的曲线图。
图5是示出了第一实施例的修改方案的示意图。
图6是示出了第一实施例的另一修改方案的视图。
图7是示出了第二实施例的电机的剖面图。
图8是示出了第三实施例的电机的剖面图。
图9是示出了另一电机的剖面图。
图10是图9的电机的透视图。
图11是示出了第四实施例的电机的示意剖面图。
图12是示出了第四实施例的组装方法的剖面图。
图13是示出了第五实施例的电机的剖面图。
图14是示出了第六实施例的电机的剖面图。
图15A和15B是示出了第六实施例的容器的剖面图。
图16A和16B是示出了第七实施例的容器的剖面图。
参考标号
10轴向间隙类型的超导电机11转子12、13定子14上连接工具15下连接工具16、17背轭19螺钉20转子轭22永磁体24、25电枢线圈30旋转轴100由超导材料制成的场线圈102通量收集器具体实施方式
将通过参考附图描述本发明的实施例。
图1～3示出了本发明的第一实施例的串级耦合同步轴向间隙类型的电机10。此外，图1和2示出了如下设置，其中两个转子11、两个轴向末端处的定子12以及中间定子13交替安置在旋转轴30的轴向方向中，以便于简化说明。然而，如图3所示，提供了许多个中间定子13，并且转子11被分别安置在相邻的定子12和13之间以及相邻的定子13和13之间。
转子11固定到旋转轴30，并且定子13和12以所需的空气间隙在其轴向方向中安置在转子11的两侧。定子12和13通过上和下连接工具14和15相互连接，并且两个轴向末端处的定子12通过螺钉19固定到背轭16和17。
转子11具有盘状转子构件20b，使其在图中的垂直方向中从背轭20的支架20a的中心凸出，并且具有如下设置，其中旋转轴30穿过并且固定在支架20a的轴向中心处钻孔的通孔20c中，并且使转子11和旋转轴30一起旋转。
在绕轴的周界方向中，以一定的间隔在转子构件20b中提供附连孔20d，而永磁体22分别装配和固定附连到附连孔20d，并且被安置为，其磁通量的方向变为轴向。附连永磁体22的两个末端表面，以便于同转子构件20b的两个末端表面平接，由此永磁体22不会从转子构件20b凸出。
使旋转轴30顺序穿过在多个转子11的转子轭20的支架20a的轴向中心中形成的通孔20d，并且在旋转轴30的轴向方向中以预定的间隔固定多个转子11。而且，在相邻的转子11之间在旋转轴30上装配旋转支架35，并且定子12和13的开口装配在旋转支架35的适当的位置。
两个轴向末端处的定子12被形成为对称的形状，并且中间定子13(尽管在图1中示出了一个定子，但是在图3中示出了许多个定子)具有相同的形状。定子12和13被形成为盘形，并且如图2所示，被分别分为上段和下段，以便于提供半盘状的上定子12a和13a以及半盘状的下定子12b和13b。由普通的传导材料制成的多个电枢线圈24和25在绕轴的周界方向中以一定的间隔固定到上和下定子12a～13b的面对转子的表面，并且使其在轴向方向中凸出。
电枢线圈24仅固定到两个轴向末端处的每个定子12的面对转子11的表面，而电枢线圈25固定到中间定子13的两个表面。
尽管电枢线圈24和25通过粘合剂固定到定子12和13，但是每个线圈的一个末端可以固定地按压装配到在定子的末端表面中形成的凹槽中。
电枢线圈24和25在每个未提供铁芯的中空构件中形成了空芯24a和25a，并且不具有线圈绕铁芯缠绕的设置。
永磁体22以及电枢线圈24和25被安置和定位为，它们在相同的轴上相互面对，并且永磁体22同电枢线圈24或25之间的间距，即空气间隙距离L，被设定为0.1mm～1mm。在该实施例中，空气间隙距离被设定为0.5mm。
此外，自电源(未示出)将所需的电力提供给电枢线圈24和25。
上定子12a和13a以及下定子12b和13b，其被安置为具有离开转子构件20b的两个末端表面的空气间隙，分别经由上连接工具14和下连接工具15连接在一起。
上文的上连接工具14和下连接工具15被形成为梳齿形，其中提供了连接构件14b和15b，以便于在其之间以预定的间隔从外框14a和15a凸出。上连接工具14的连接构件14b螺旋连接到并固定到上定子12a和13a，而下连接工具15的连接构件15b螺旋连接到并固定到下定子12b和13b。
在两个轴向末端处的定子12(上定子12a或下定子12b)的后表面(与电枢线圈的凸出构件相对的表面)中提供螺孔，并且将螺帽N埋入螺孔中，同时在背轭16和17中提供螺孔16a和17a，将螺钉19分别插入到螺孔中，并且旋入和固定到螺帽N。
上文的背轭16和17是由非磁材料形成的。
至于具有上文设置的轴向间隙类型的电机10的组装，旋转轴14穿过并且固定到永磁体22附连的转子轭20。
同时，电枢线圈24和25附连到定子12和13，上定子12a和13a通过上连接工具14连接在一起，而下定子12b和13b通过下连接工具15连接在一起。
在该状态下，通过下连接工具15连接在一起的下定子12b和13b在固定到旋转轴30的转子11上从下方被盖住，并且转子11插入到下定子12b和13b之间的间隙中，并且插入到下定子13b和13b之间的间隙中。在定子12b和13b的上末端表面中提供的开口邻接旋转支架35的外周界表面，并且由其止停，并且下定子和转子11以其之间所需的间隙被定位和夹持。
随后，相似地，通过上连接工具14连接在一起的上定子12a和13a在转子构件的上一半周界部分上从上方被盖住，并且转子构件20a的上部分插入到定子12a和13a之间以及定子13a和13a之间。
定子12a和13a的下末端表面的开口邻接旋转支架35的外周界表面，并且由其止停，并且上定子和转子11以其之间所需的间隙被定位和夹持。
然后，在旋转轴30的一个末端穿过在一个背轭16中提供的通孔之后，旋转轴30的另一末端穿过在另一背轭17中提供的通孔。
两个轴向末端处的背轭16和17以及定子12通过螺钉19相互连接和固定，由此完成组装。
如上文提及的，通过利用上和下连接工具14和16预先组装上定子12a和13a以及下定子12b和13b，并且仅通过将转子11插入在下定子12b和13b之间以及上定子12a和13b之间，可以保持所需的空气间隙，并且可以简单地执行组装同时具有优良的可使用性。而且，可以高精度地保持转子和定子之间的间隙。
在具有上文设置的轴向间隙类型的电机10中，定子12和13的电枢线圈24和25形成了空芯，其中未提供从电枢线圈24和25向永磁体22凸出的铁芯。因此，在组装操作过程中，永磁体和电枢线圈不会相呼吸引，并且通过连接工具预先连接、定位和夹持定子12和13。因此，可使用性变得非常优良。
而且，可以使相互面对的转子11同定子12或13之间的空气间隙距离是小的，可以使电机小型化，并且可以增加电机扭矩输出。
通常已知的是，在将铁芯安置在线圈中空构件中时，加强了磁场。然而，在安置铁芯时，如图4所示，在超过某一固定电流值之后，磁通量的增加几乎消失。结果，在不存在铁芯时磁通量趋向于变强。即，本实施例的轴向间隙类型的电机10可以增加电机扭矩输出，电流上限可被设定为高的。而且，通过省略铁芯，可以减少构件的数目，并且还可以使电机的重量减轻。
而且，由于在两个轴向末端处的定子12的后侧提供了背轭16和17以防止生成泄漏磁场，因此可以进一步加强磁场，并且由此可以实现高扭矩输出。而且，由于背轭16和17通过螺栓可拆卸地附连到定子12，因此在维护等过程中可以简单地拆卸和分解转子和定子。
图5示出了第一实施例的修改方案，永磁体22用作旋转场体，并且通量收集器110作为芯部件安置在电枢线圈24和25中。未使通量收集器110的尖端从电枢线圈24和25的尖端凸出，并且未吸引永磁体22。
图6也示出了第一实施例的修改方案，其中使连接工具14′(15′)的形状不同。连接工具14′被形成为“U”形，并且相互连接相邻的定子13和13(12和13)。通过以这样的方式利用连接工具14′顺序连接相邻的定子，可以广泛地使用对应于不同式样的定子。
图7示出了第二实施例。
在第二实施例中，在电枢线圈25附连的中间位置处在定子13中提供通孔13d，电枢线圈25装配到并固定到通孔13d，并且使电枢线圈的两个末端从定子13的两个末端表面凸出，并且使其以预定的空气间隙面对由超导材料制成的场线圈100。
两个末端处的电枢线圈25和定子12形成了空芯，通量收集器101作为芯部件安置在场线圈100的中空构件中，并且这些通量收集器101处于与场线圈100的尖端几乎相同的位置。此外，可以使通量收集器稍微凸出。
而且，右侧和左侧两个末端处的背轭16′和17′也分别被分为上段和下段，以便于提供上背轭16a′和17a′以及下背轭16b′和17b′。右侧和左侧两个末端处的上背轭16a′和17a′通过具有半圆弧形截面的周界壁55a连接在一起。相似地，下背轭16b′和17b′通过具有半圆弧形截面的周界壁55b连接在一起。
第二实施例与第一实施例的相似之处在于，转子11在轴向方向中固定到旋转轴30，其之间具有一定的间距，并且定子50分为上段和下段，并且通过上和下连接工具14′和15′连接在一起。
在第二实施例中，尽管类似第一实施例，多个转子11以及多个定子12和13交替组装，但是由周界壁55a连接在一起的上背轭16a′和17a′从上方被盖住，由周界壁55b连接在一起的下背轭16b′和17b′从下方被盖住，并且背轭16′和17′通过螺钉19固定到两个末端处的上和下定子12a和12b。
通过采用上文的设置，附连到夹在转子11之间的定子13的两个末端表面的电枢线圈25可由一个电枢线圈25构成，可以减少构件的数目，并且可以减少操作时间和精力。
而且，由于由超导材料制成的场线圈用作固定到转子11的旋转场体，因此可以解决在转子和定子交替堆叠和安置时使用永磁体的情况中引发的吸引的问题。因此，由于电枢线圈和旋转场体可被安置为相互接近，并且通量收集器作为芯部件安置在旋转场体中，因此可以进一步增加电机输出。
而且，可以利用由背轭和周界壁密封的结构包围转子11以及定子12和13，并且可以确实防止磁通量泄漏到外部。而且，由于场线圈由超导材料形成，因此有必要附连冷却机构(未示出)，但是在该情况中，通过密封结构可以实现热绝缘。其他的操作效果与第一实施例相同。
图8示出了第三实施例，其中与第二实施例类似的超导材料制成的场线圈100附连到转子11，并且通量收集器101安置在场线圈的中空部件中。
同时，通量收集器102还安置在附连到定子12和13的电枢线圈24和25的中空构件24a和25a中，并且使通量收集器102的尖端相比于电枢线圈24和25的尖端进一步稍微凸出。
在第三实施例中，有必要将超导材料制成的场线圈100冷却到超低温度。因此，将贮存在液氢箱60中的液氢引入到旋转轴30的中空构件30a中，以冷却块体磁体。
具体地，在旋转轴30中提供朝向轴向方向中的一个末端开口的中空构件30a，并且具有冷却剂通道62的管道63经由支架64从液氢箱60插入到中空构件30a中，并且在紧邻安置转子的位置前面终止。管道63被制造为双管结构，在中心空间中提供允许液氢通过的冷却剂通道62，并且在安置转子的位置处液氢被填充到中空构件30a中，由此冷却磁线圈100。同时，使管道62的外周界空间是真空绝缘空间，并且除了对应于转子11的位置以外，其是真空绝缘的。
根据上文的设置，类似第一实施例，可以使定子12或13以及转子11之间的间距是小的，由此使电机小型化，并且由于磁线圈由超导材料形成，因此可以加强磁场，由此增加电机输出。
此外，由于其他的元件和操作效果与第一实施例相同，因此这些元件由相同的参考数字标注，并且省略了关于其的描述。
而且，附连到定子12和13的电枢线圈可由超导材料制成。在该情况中，在定子的旁边提供冷却通道。
此外，第一实施例的设置还可以应用到具有如下设置的轴向间隙类型的电机，其中定子12对在其轴向方向中安置在一个转子11两侧，如图9和10中所示，其不同于串级耦合同步轴向间隙类型的电机。
此外，图9和10中示出的元件由与图1～3相同的参考数字标注，并且省略了关于其的描述。
图11和12示出了第四实施例。
尽管在第一到第三实施例中示出了如下设置，其中预先使用连接工具将定子连接在一起，并且定子从垂直于轴的方向夹住固定到旋转轴的转子，但是在第四实施例中示出了如下设置，其中定子12→转子11→定子13→转子11→定子…转子11→定子12顺序插入并组装通过旋转轴30。
在安置在轴向方向中的一个末端处的一个背轭16中提供大于旋转轴30的轴孔16a″，而在另一背轭17″中提供其中装配旋转轴30的圆形轴孔17a″。而且，下周界壁55b固定到一个背轭16″，在下周界壁55b的内部周界表面中提供凹入和凸起构件，并且定子12和13的下端装配到凹入构件55b-1中，由此它们还可以用作定位和固定部件。而且，凸起构件55b-2用作用于止停转子11的指示部分。上周界壁55a连接到另一背轭17″。
除了两个轴向末端处的定子12和中间定子13未分为上段和下段以外，定子具有与第二实施例相同的形状，并且具有电枢线圈24和25，其具有与其附连的空芯。在定子的中心提供了中心孔12k和13k，旋转轴30松散地装配到其中。
同时，转子11被形成为具有与第一实施例相同的形状，并且具有与其附连的由传导材料制成的场线圈100。
在第四实施例中，首先，使旋转轴30穿过连接下周界壁55b的背轭16″的轴孔16a″。下一步，使轴向方向中的一个末端处的定子12通过旋转轴30移动到使其同背轭16″接触的位置。在该位置，定子12的下端装配到并且定位在下周界壁55b的凹入构件55b-1中。下一步，使转子11通过旋转轴30止停在下周界壁55b的凸起构件55b-2的位置，并且被定位为具有离开定子12的所需空气间隙。在该位置，转子11的支架20a和旋转轴30通过螺旋连接等相互固定。下一步，使定子13穿过旋转轴30。然后，与上文相似，将定子13的下端按压装配到凹入构件55b-1中并且由其止停，随后，使转子11穿过旋转轴30。通过重复此步骤，所有的定子13和转子11顺序组装到旋转轴30。在轴向方向中的另一末端处的定子12附连到旋转轴30之后，使另一背轭17″穿过旋转轴30。在该状态下，同背轭17″连接的上周界壁55a连结到下周界壁55b，并且还连结到背轭16″的外周界表面，由此将转子11以及定子12和13包围在密封空间中。最后，从背轭16″和17″将螺钉19插入到定子12和12中，由此将其固定连接。
根据上文的设置，仅通过将定子和转子顺序插入到旋转轴中，可以简单地执行组装，并且在分解过程中，仅通过释放轴向方向中的末端处的背轭和定子之间的固定，可以简单地拆卸定子和转子。结果，可以容易地执行组装和分解，并且增强了可维护性。而且，可以在旋转轴上以窄的间隙高密度地安置转子和定子，并且可以获得高输出。
图13示出了第五实施例。该第五实施例具有后壁结构，其中消除了两个轴向末端处的背轭，并且两个轴向末端处的定子12′由非磁材料制成。定子12′可拆卸地通过螺钉N螺旋连接和固定到固定部件110。由于其他的元件与第一实施例相同，因此其由相同的参考数字标注，并且省略了关于其的描述。
在所有前面提及的实施例中，电枢线圈直接固定到定子，并且旋转场体直接固定到转子。然而，不同于以这样的方式将电枢线圈或旋转场体直接固定到定子或转子，如图14和15中示出的第六实施例，以及图17中示出的第七实施例，优选的是，在维护中，超导材料制成的电枢线圈201以及作为旋转场体的场线圈202分别预先容纳在容器200中，并且容器200可拆卸地附连到定子12(13)和转子11。
如图15A和15B所示，容器200是具有透磁性的树脂成型的物体，并且由环形管状容器体210(其在其一个末端处具有开口)和盖体211(其封闭容器210的开口)组成。由容器体210和盖体211在真空状态下密封的每个容器的内部通过拆分壁213分为线圈容纳构件217和制冷剂填充构件218，并且电枢线圈201或场线圈202容纳在每个线圈容纳构件217中。每个制冷剂填充构件218填充有液氮制成的制冷剂。透热绝缘体215附连到容器体210和盖体211的外部表面，由此形成了热绝缘容器。
而且，附连凸缘219a从容器体210凸出，由此该凸缘210通过螺钉216固定到定子或转子。
容器200可拆卸地装配在装配构件中，其在第一到第四实施例的转子的两个表面上凹陷，或者第四实施例的定子的两个末端表面上凹陷，并且通过螺钉216与之固定。
图16中示出的第七实施例是将容器200′附连到第一～第三实施例的分为上段和下段的定子的情况。在该情况中，容器200′由上和下半环形的容器200A和200B的对组成。由于其他的元件与图14和15相同，因此其由相同的参考数字标注，并且省略了关于其的描述。
因此，如果采用了如下设置，其中电枢线圈和旋转场体未直接固定到定子和转子，但是它们共同可拆卸地封装在容器中，则维护变得容易，并且可以简单地冷却由超导材料制成的电枢线圈和场线圈。
本发明的轴向间隙类型的电机适合用作电源，诸如需要高输出的大型船舶或交通工具。而且，本发明还适合用于多种工业用途，诸如发电设备。
权利要求
1.一种串级耦合同步轴向间隙类型的电机，其包括旋转轴，其作为主轴，以及转子和定子，其在旋转轴的轴向方向中以所需的空气间隙交替堆叠，其中转子固定到旋转轴，定子被安置为不与旋转轴互锁，多个旋转场体绕轴附连到每个转子，使多个电枢线圈以一空气间隙面对旋转场体，并且绕轴附连到每个定子，由此它们的磁通量方向被导向轴向方向，并且电枢线圈具有空芯，或者具有由附连到其的磁体组成的芯部件。
2.如权利要求1所述的轴向间隙类型的电机，其中两个轴向末端处的定子通过螺旋连接可拆卸地同背轭对组合。
3.如权利要求1或2所述的轴向间隙类型的电机，其中定子配备有轴向通孔，电枢线圈固定装配到通孔，并且使电枢线圈的两个末端从定子的两个末端表面凸出，并且使其面对固定到定子两侧的转子的旋转场体。
4.如权利要求1～3的任何一个所述的轴向间隙类型的电机，其中用作电枢线圈和/或旋转场体的磁场线圈由超导材料形成。
5.如权利要求1～3的任何一个所述的轴向间隙类型的电机，其中旋转场体由永磁体形成，附连到定子的电枢线圈具有空芯，或者由磁物质制成的芯部件附连到定子，同时无需从电枢线圈的尖端凸出。
6.如权利要求1～5的任何一个所述的轴向间隙类型的电机，其中旋转场体和电枢线圈之间的空气间隙被设定为0.1mm～1mm。
7.如权利要求1～6的任何一个所述的轴向间隙类型的电机，其中旋转轴穿过并且固定到每个转子的中心孔，安置在转子的轴向两侧的定子以一间距通过连接工具连接在一起，并且转子装配到两定子之间的空气间隙中。
8.如权利要求7所述的轴向间隙类型的电机，其中每个经由连接工具连接在一起的定子在位置上分为上定子和下定子，旋转轴夹在其中，上定子通过上连接工具连接在一起，并且用作上拆分部件，下定子通过下连接工具连接在一起，并且用作下拆分部件，并且固定到旋转轴的转子夹在并且装配在上和下拆分部件之间。
9.如权利要求7或8所述的轴向间隙类型的电机，其中连接工具包括外框，其安置在定子的外周界侧面上，和连接构件，其被制造为以所需间距从外框凸出，并且连接到每个定子。
10.如权利要求2所述的轴向间隙类型的电机，其中背轭之一附连到旋转轴的一个末端，旋转轴松散地装配到定子的中心孔中并穿过所述中心孔，定子和转子交替组装到旋转轴，通过安置在外周界侧面的定位和固定部件来定位和夹持定子，并且旋转轴的另一末端处的定子附连到另一个背轭。
11.如权利要求1～10的任何一个所述的轴向间隙类型的电机，其中在两个背轭之间提供周界壁，其被安置为具有离开转子和定子的外周界侧面的空气间隙。
12.如权利要求11所述的轴向间隙类型的电机，其中在周界壁的内表面中提供不规则物体，以便于用作如权利要求6所述的定位和固定部件。
13.如权利要求1～12的任何一个所述的轴向间隙类型的电机，其中在周界方向中以一定间隔安置在转子和/或定子中的多个旋转场体和/或电枢线圈容纳在容器中，其之间具有所需的间距，并且所述容器可拆卸地附连到转子和/或定子。
14.如权利要求13所述的轴向间隙类型的电机，其中容器包括上和下半环形容器对，其独立地且可拆卸地附连到转子和/或定子。
15.如权利要求13或14所述的轴向间隙类型的电机，其中在容器中容纳的旋转场体和/或电枢线圈由超导材料制成，容器是绝热容器，并且将制冷剂填充到容器中。
全文摘要
提供了一种串级耦合同步轴向间隙类型的电机，其中转子和定子在作为主轴的旋转轴的轴向方向中以所需的空气间隙交替堆叠。转子固定到旋转轴，并且定子被安置为不与旋转轴互锁。多个旋转场体绕轴附连到每个转子，并且使多个电枢线圈以一定的空气间隙面对旋转场体，并且绕轴附连到每个定子，由此它们的磁通量方向被导向轴向方向。电枢线圈具有空芯，或者具有芯部件，其由附连到其的磁体组成。
文档编号H02K55/04GK101088209SQ200580044698
公开日2007年12月12日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月24日
发明者冈崎彻, 大桥绅悟, 杉本英彦, 竹田敏雄 申请人:住友电气工业株式会社, 石川岛播磨重工业株式会社