CN103931083B - 磁通量切换机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁通量切换机，所述磁通量切换机包括带有相线圈和激励线圈的定子，在所述切换机中，至少一个激励线圈(E+、E‑)设置在一对被至少三个齿(5、6、7)间隔开的槽(3、4)中。

Description

磁通量切换机
技术领域
本发明涉及一种磁通量切换机，更特别但不限于单激励磁通量切换机。
背景技术
磁通量切换机包括没有永磁体的无线圈/绕组转子，和包括相位线圈和激励线圈或永磁体的定子。相线圈的端子上的交流电压由转子转动引起的磁通量切换而产生。
在常规的单激励机器中，定子包括一系列齿以及槽，激励线圈和相线圈相继地设置于所述槽中。
专利US6242834在图6中披露了所述切换机的例子。图11中描述了双激励机，并带有使永磁体容纳于定子上的切口。
文献《Low Cost Flux–Switching Brushless AC Machines》(低成本磁通量切换无刷交流电机)978-1-4244-8218-4/10Crown，“Awound-Field Three-Phase FluxSwitching Synchronous Motor With All Excitation Sources on the Stator”(全部激励场源在定子上的绕场三相磁通量切换同步马达)978-1-4244-2893-9/092009IEEpages1502-1509,“Low Cost,High Power Density,Flux Switching Machines andDrives for Power Tools”(用于电动工具的低成本高功率密度磁通量切换机和驱动器),0-7803-7883-0/032003IEEE,“Flux Switching Motors for AutomotiveApplications”(用于汽车应用的磁通量切换马达)0-7803-7883-0/032003IEEE,“A newstructure of12Slot10Pole Field Excitation Flux Switching Synchronous machinefor Hybrid Electric Vehicules”(用于混合电动车辆的12槽10极场激励磁通量切换同步电机的新结构)EPE2011Birmingham,ISBN9789075815153pages1-10,et“A Novel E-coreFlux Switching PM Brushless AC Machine”(新型E-芯磁通量切换永磁无刷交流电机),978-1-4244-5287-3/10/$26.002010IEEE pages2811-3818描述了磁通量切换机的其它例子。
FR2898439提出一种双激励磁通量切换机。定子的切口具有不同形状，以便可以在最深的切口中同时容纳激励线圈和相线圈。
EP0909010提出一种磁通量切换电动机械。
在磁通量切换机中，每个切口接纳激励线圈的导体，并且两个相邻切口接纳构成基本元件的相线圈导体。
激励线圈和相线圈分别覆盖定子上的两个齿间距，即接纳所述线圈的槽被两个齿间隔开。
这些机器的特征一般在于使用大量铜或其它导电材料以形成激励线圈，以限制焦耳效应产生的损失和它们对效率的影响。
这些机器的另一特征为通常具有高的谐波失真的电压波形。
专利US3253170提出一种机器，其中转子的齿通过转子板(toles rotoriques)逐渐错开而纵向倾斜(齿倾斜)。
公开文献JP8009607提出一种被线圈激励的可变磁阻而不是磁通量切换的机器，其中，被相位包围的磁通量承受比较小的变化，因为它们只作为于转子转动时磁极下的磁阻变化的产物。由此产生的磁通量只是正的或单向的。另外，每个相线圈围绕定子的单个齿。
发明内容
本发明的目的是提出一种新的磁通量切换机，旨在减少使用的导体材料量，并得到谐波失真较小的波形，而不借助于导致比功率明显下降的定子或转子板组(paquet detole)倾斜的传统技术。
因此，本发明的目标是包括带有相线圈和激励线圈的定子的磁通量切换机，其中至少一个激励线圈位于一对被至少三个齿间隔开的槽中。
通过本发明得到比两个齿的齿间距的情况更少数量的激励线圈运行的机器，这表现为节省导体材料。
根据本发明的机器很紧凑，旋转部分上没有线圈，从位于定子上的激励线圈进行电压控制。
在两个基本元件之间存在用于磁通量回馈的第三齿可以产生具有非常弱的谐波含量的正弦磁通量变化。
每个相围绕的磁通量是双向的(即交流的)，并且通过转子的突起设置在定子中的磁通量的路径的改变上。因此产生更好的能量转换。
每个相线圈优选围绕两个定子齿。
槽优选是不是空的。
转子中的齿数可以等于k×11或k×13，并且定子的齿数可以等于k×18，k为非零整数，例如等于1、2或3。该齿数产生具有良好质量波形的电压。
可以得到所述波形，而不借助于一组定子或转子板倾斜技术，因此不降低比功率。因此可以形成没有纵向倾斜的齿。
激励或相位线圈还有利地具有径向轴线。
机器优选是单激励的，并且定子不包括永磁体。
在本发明的实施例中，定子的每个槽包括单一类型的相线圈，尤其是每个槽包括单个相线圈。
尤其是，其中具有激励线圈的槽不包括相线圈。
齿可以在定子上沿圆周规则分布。
每个相线圈可以包围两个相继的齿，即位于与这些齿相邻的槽中。
机器可以是交流发电机或马达。
附图说明
阅读下面对本发明的非限定实施例的详细描述并参照附图将更好地了解本发明。
-图1示意表示已知磁通量切换机的线圈布置；
-图2表示根据本发明的机器的例子；
-图3是转子和定子特殊构型的模拟结果；
-图4是图3所示构型的作为角度位置的函数的磁通量波形。
具体实施方式
图1表示已知的单磁通量切换机的结构。为了简化，定子以线性方式表示。
机器包括一系列基本元件，每个基本元件由包含激励线圈的导体E+或E-的槽和两个接纳相线圈A+、A-、B+、B-、C+、C-的导体的相邻槽构成，机器为多相，尤其是三相，A、B、C指代相位。
激励线圈传统上与直流电源连接。
作为约定，根据导体在槽内的一个或另一个方向赋予符号+和-。因此同一激励线圈包括导体E+和E-。
每个线圈的轴线方向为径向。
激励线圈的齿间距为二，接纳激励线圈导体的槽被两个齿间隔开。
图2表示根据本发明的机器的例子，其中接纳同一激励线圈E的导体+和-两个槽3和4被三个齿5、6和7且被两个分别接纳两个不同相的线圈，例如如图所示的A-和B+的槽9和10间隔开。
接纳同一相线圈导体+和-被两个齿和接纳激励线圈的导体+或-的槽间隔开。
因此，例如，如图所示，相A的导体A+和A-接纳在被齿5和12以及被槽3间隔开的槽9和11中。
如观察图3可以看到的，设置于槽9和10之间的齿6参与磁通量的回馈(re-bouclage)，图3表示具有特殊构型的机器的磁力线，即定子上的齿数nds等于18，并且转子上的齿数ndr等于11。也可以是其它构型，ndr＝k×11，或k×13，并且nds＝k×18。
在图3中看到，转子可以由一些在旋转轴线周围按角度均匀分布的突出齿部40构成，无极靴。每个齿40与安装在未出示轴上的环形体部41连接。如图所示，转子齿的宽度优选基本等于定子齿的宽度。
转子和定子优选由磁性板堆积形成。
图4表示对图3所示的构型，作为转子的角度位置的函数的每个相的磁通量的波形。
根据本发明的机器可以用在可以通过激励电流上的作用控制电压的任何应用中，例如具有可变负荷和/或速度的应用。
本发明的机器可以在比较大的速度范围以恒定电压运行。
本发明不限于所示例子。
例如，接纳激励线圈的槽和接纳相线圈的槽可以具有不同形状，并径向错开，以便于安装线圈，并减小机器的轴向尺寸。
永磁体可以用于定子，但机器优选没有永磁体激励。

Claims (11)

1.一种磁通量切换机，包括载有相线圈和激励线圈的定子，在所述磁通量切换机中，至少一个激励线圈(E+、E-)设置于被至少三个齿(5、6、7)间隔开的一对槽(3、4)中，所述至少一个激励线圈的轴线沿径向定向。
2.根据权利要求1所述的切换机，所述一对槽(3、4)的槽被三个齿间隔开。
3.根据权利要求1所述的切换机，所述切换机是单激励磁通量切换机。
4.根据权利要求1所述的切换机，所述切换机的每个槽包括单个相线圈(A、B、C)。
5.根据权利要求1所述的切换机，转子和/或定子的齿不是纵向倾斜的。
6.根据权利要求1所述的切换机，转子的齿数ndr等于k×11或k×13，定子的齿数nds等于k×18，k为非零整数。
7.根据权利要求6所述的切换机，其中，k＝1、2或3。
8.根据权利要求1所述的切换机，所述齿(40)在定子上沿圆周规则地间隔开。
9.根据权利要求1所述的切换机，所述切换机为三相。
10.根据权利要求1所述的切换机，每个所述相线圈(A、B、C)包围两个相继的齿。
11.根据权利要求1所述的切换机，所述切换机构成交流发电机。
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