A brushless electrical machine for converting between electrical and
mechanical energy includes a rotor supported on bearings for rotation
about an axis of rotation, and a stator that is stationary and
magnetically acts upon the rotor. The rotor includes two ferromagnetic
rotor portions separated by a magnetic insulator, forming an axial
armature air gap between the ferromagnetic rotor portions. At least one of
the two ferromagnetic rotor portions has multiple axial extending
protrusions facing the axial armature air gap around a circumference. An
air core armature having multiple phase windings is located in the axial
armature air gap. A ferromagnetic yoke and homopolar flux generator are
mounted to the stator. The homopolar flux generator generates homopolar
flux in the protrusions of the rotor and the ferromagnetic yoke forms two
rotor-to-stator air gaps with the rotor. Each ferromagnetic rotor portion
and the rotor-to-stator air gaps provide sufficient distance between the
axial armature air gap and the surfaces of the ferromagnetic yoke at the
rotor-to-stator air gap such that the circumferential magnetic flux
distribution in the ferromagnetic yoke at the surface of the
rotor-to-stator air gap is substantially uniform.
In operation, homopolar flux generated in the homopolar flux generator
mounted to the stator is passed from the stator to the rotor, and across
the axial armature air gap between the two spaced ferromagnetic rotor
portions of the rotor, while minimizing any short-circuiting of the flux
between the rotor portions with the magnetic insulator. The flux across
the axial armature air gap is focused into multiple, axially projecting
rays of flux through the multiple axial extending protrusions facing the
axial armature air gap, producing flux variations through the armature in
the armature airgap. Electrical power is provided to, or extracted from,
the air core armature windings, depending on whether the machine is used
for motoring or generating power.
Une machine électrique sans brosse pour convertir entre l'énergie électrique et mécanique inclut un rotor soutenu sur des roulements pour la rotation autour d'un axe de rotation, et un redresseur qui est stationnaire et agit par magnétisme sur le rotor. Le rotor inclut deux parties ferromagnétiques de rotor séparées par un isolateur magnétique, formant un espace d'air axial d'armature entre les parties ferromagnétiques de rotor. Au moins une des deux parties ferromagnétiques de rotor a des saillies se prolongeantes axiales multiples faire face à l'espace d'air axial d'armature autour d'une circonférence. Une armature de noyau d'air ayant des enroulements multiples de phase est située dans l'espace d'air axial d'armature. Un joug ferromagnétique et un générateur homopolaire de flux sont montés au redresseur. Le générateur homopolaire de flux produit du flux homopolaire dans les saillies du rotor et des formes ferromagnétiques de joug deux lacunes d'air de rotor-à-redresseur avec le rotor. Chaque partie ferromagnétique de rotor et les lacunes d'air de rotor-à-redresseur fournissent la distance suffisante entre l'espace d'air axial d'armature et les surfaces du joug ferromagnétique à l'espace d'air de rotor-à-redresseur tels que la distribution magnétique circulaire de flux dans le joug ferromagnétique sur la surface de l'espace d'air de rotor-à-redresseur est essentiellement uniforme. Le flux en fonction et homopolaire produit dans le générateur homopolaire de flux monté au redresseur est passé du redresseur au rotor, et à travers l'armature axiale l'espace d'air entre les deux a espacé les parties ferromagnétiques de rotor du rotor, tout en réduisant au minimum tout court-circuiter du flux entre les parties de rotor avec le isolateur magnétique. Le flux à travers l'espace d'air axial d'armature est focalisé dans multiple, axialement projetant des rayons de flux par les saillies se prolongeantes axiales multiples faisant face à l'espace d'air axial d'armature, produisant des variations de flux par l'armature dans la hauteur de fuite d'armature. Le courant électrique est fourni, ou extrait, derrière les enroulements d'armature de noyau d'air, selon si la machine est utilisée pour circuler en voiture ou développer la puissance.
