CN111108670A - 可变磁阻致动器 - Google Patents

可变磁阻致动器 Download PDF

Info

Publication number
CN111108670A
CN111108670A CN201780095129.7A CN201780095129A CN111108670A CN 111108670 A CN111108670 A CN 111108670A CN 201780095129 A CN201780095129 A CN 201780095129A CN 111108670 A CN111108670 A CN 111108670A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
stator
salient poles
core
rotor core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780095129.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111108670B (zh
Inventor
安德烈娅·代勒波佐
克里斯蒂安·罗伊贝尔
克里斯蒂安·西蒙尼迪斯
翁德热·弗朗齐歇克
塞巴斯蒂安·布赖施
韦罗妮卡·比亚吉尼
保罗·博洛涅西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Publication of CN111108670A publication Critical patent/CN111108670A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111108670B publication Critical patent/CN111108670B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/02—Synchronous motors
    • H02K19/04—Synchronous motors for single-phase current
    • H02K19/06—Motors having windings on the stator and a variable-reluctance soft-iron rotor without windings, e.g. inductor motors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/14—Pivoting armatures
    • H01F7/145—Rotary electromagnets with variable gap
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K26/00—Machines adapted to function as torque motors, i.e. to exert a torque when stalled
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

一种可变磁阻致动器(1)，包括：‑定子，该定子具有定子芯(2)，该定子芯(2)包括单个定子凸极(7)，该单个定子凸极(7)具有单个线圈绕组(4)；‑转子，该转子具有转子芯(3)，该转子芯(3)能够绕旋转轴线(R)在起始位置与终止位置之间旋转并且包括单个转子凸极(8)；‑轴(6)，该轴(6)能够与转子芯(2)一体地旋转，其中，当转子芯(3)在起始位置与终止位置之间移动时，在转子凸极(8)与定子凸极(7)之间形成有气隙(9)，定子凸极(7)和转子凸极(8)定形状成使得在气隙(9)处转子凸极(8)上的同一点与定子凸极(7)之间的径向距离根据转子芯(3)的角度位置而变化。

Description

可变磁阻致动器
技术领域
本发明涉及旋转电磁致动器，该旋转电磁致动器的特征是具有能够在小于一圈的角度位置范围内沿单一方向提供扭矩的单线圈可变磁阻结构；这样的致动器适合于致动开关设备、接触器等。
背景技术
开关设备、接触器和类似装置包括成对的导电极(一对或更多对)，所述成对的导电极可以移动以实现两种不同的状态：开关断开状态，该开关断开状态通过使极由适当的绝缘流体层、比如空气而保持分开来获得；开关闭合状态，该开关闭合状态通过使每对极接触并对它们施压而获得。
确定这样的两个状态的相对运动通常沿着直线路径或具有大半径的旋转轨迹发生。这可以通过使用不同类型的致动系统来实现，所述致动系统包括或者不包括致动器与极之间的机械传动系统(例如，杠杆、凸轮等)。该机构还可以包括弹簧或类似物以完成部分运动任务。
因此，这种装置的致动器通常需要是线性的或旋转的类型并且能够在有限的行程或角度位置间隔上操作，该有限的行程或角度位置间隔的跨度可以是几分之一圈到多圈。此外，可能需要在一个或两个方向上提供力或扭矩。
上述致动器可以具有不同的性质，可能由源于诸如电力、压缩空气等的任何能量来提供动力。在任何情况下，通常都需要高可靠性以及特别是在可以持续很长时间的稳态条件期间把能量损失降到最小的能力。
期望的是一种需要简单的旋转致动器的机构，该致动器能够在沿着有限的角度跨度移动的同时在单一的方向上提供扭矩。对于这样的应用，使用普通的能够在任何角度位置提供恒定扭矩的旋转马达可能会变得无用且昂贵，这也是由于适当地供应它们所需的复杂电子驱动器的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种当需要小于一整圈的旋转跨度和单向推力扭矩时针对上述应用而优化的旋转电磁致动器。
该目的和其他目的通过根据权利要求1的可变磁阻致动器来实现。这种致动器的特征在于具有简单的单相可变磁阻径向磁通结构，该结构能够提供适于所考虑的应用的扭矩分布，同时通过使用简单的结构并且需要廉价的材料并且需要简单的电子控制单元来实现低生产和实施成本。
从属权利要求限定了本发明的可能的有利实施方式。
附图说明
通过以下参照附图作为示例的方式给出的优选实施方式的描述，将使根据本发明的可变磁阻致动器的其他特征和优点变得更加明显，在附图中：
图1a和图1b分别示出了根据本发明的实施方式的致动器的定子磁芯和转子磁芯的立体图；
图2是图1a和图1b中所示的致动器定子芯和转子芯在组装状态下的横截面图，其指示第一转子位置；
图3是图2中所示的致动器定子芯和转子芯的横截面图，其指示对应于行程末端的第二转子位置；
图4是在图3中所示的在操作状态下的致动器的横截面图，其中指示出了磁通密度；
图5是示出了对于各种供应电流值、由致动器提供的扭矩的可能趋势的示意图。
具体实施方式
参照附图，根据本发明的致动器用附图标记1表示。
致动器1包括具有定子芯2的定子和具有能够绕旋转轴线R旋转的转子芯3的转子。转子芯3位于定子芯2中的空白空间16内，并且转子可以借助于适当的支承件(图中未示出)或类似物来支承，以使其可以在预定的角度行程内自由旋转。
定子芯2和转子芯3由铁磁性材料制成，优选地由叠片制成。定子还包括单个线圈绕组4。根据可能的实施方式，定子芯2包括沿定子芯2本身、优选地平行于旋转轴线R延伸的一对槽5，单个线圈绕组4可以安置在所述一对槽5中。根据可能的实施方式，线圈绕组4卷绕在支承件17上，该支承件17又定形状成易于插入和移出定子槽5。
转子芯3包括轴6，该轴6固定至转子芯3以支承转子芯3，从而允许转子芯3绕旋转轴线R旋转，该轴6可以由铁磁性材料制成。
再次参照定子芯2，有利地，定子芯2包括、优选地形成为单个定子凸极7，单个线圈4围绕该定子凸极7卷绕。因此，该装置的特征在于仅具有一个凸极7。
现在参照转子芯3，转子芯3包括为磁通线提供铁磁路径的单个转子凸极8。根据磁阻机的功能的基本原理，当定子极8通电时，会产生一个扭矩，使转子芯3沿减小磁阻的方向运动。在运动期间，转子凸极8逐渐面对定子凸极7，从而在转子凸极8与定子凸极7之间限定气隙9。
根据本发明，定子凸极7和转子凸极8定形状成使得在考虑与转子芯3一同移动的转子凸极8上的相同点的情况下，气隙9的例如相对于旋转轴线R在径向上测量到的尺寸根据转子芯3的角度位置而变化。以这种方式，可以将由转子芯3以及最终由轴6提供的扭矩调整为转子芯3的角度位置的函数。
根据可能的实施方式，定子凸极7和转子凸极8构造成将各自的圆弧轮廓、特别是定子极轮廓10和转子极轮廓11限定成在转子的运动期间逐渐彼此面对。如果定子极轮廓10和转子极轮廓11在旋转轴线R上具有相同的中心和相同的半径，则不能获得上述变化的气隙。因此，根据可能的实施方式，圆弧定子极轮廓10的中心相对于转子旋转轴线R偏移。换句话说，圆弧定子极轮廓10的中心相对于旋转中心偏心。以这种方式，不管圆弧转子极轮廓11的中心的位置如何，气隙9的尺寸随转子芯3的角度位置而变化。
替代性地或附加地，圆弧转子极轮廓11的中心可以相对于转子旋转轴线R偏移、即偏心。
因此，通过改变圆弧定子极轮廓11和/或圆弧转子极轮廓12的中心的位置和/或相应的半径，可以改变气隙9的轮廓，并且因此，扭矩曲线是转子芯的旋转角度的函数。
转子芯3能够从起始位置(如图2中所示)移动到终止位置(如图3中所示)。有利地，当转子芯3处于起始位置时，转子凸极8不面对定子凸极7，并且当转子芯3处于终止位置时，转子凸极8面对定子凸极7、特别是转子极轮廓11完全位于定子极轮廓11的前面。
有利地，在起始位置与终止位置之间的转子芯角度行程小于360°、优选小于180°、例如等于大约120°。转子芯的终止位置可以例如对应于致动器1可以连接到的开关设备的关闭状态。
图2中的箭头示出了在转子芯3从起始位置到终止位置绕旋转轴线R旋转的同时由转子凸极8上的一个点描述的可能的弧线。如已经提到的，转子凸极8上的参考点与定子极轮廓10之间的径向距离在转子芯的旋转期间发生变化。特别地，有利的是，当转子芯从起始位置旋转到终止位置时，所述径向距离从最大值减小到最小值。
当然，对于技术人员而言将是明显的是，替代性地，可变气隙9可以通过将定子极轮廓10和/或转子极轮廓构造成具有除圆弧以外的轮廓、比如多项型轮廓(多边形轮廓)、椭圆形轮廓等来获得。
根据可能的实施方式，转子芯3和定子芯2包括各自的端部止动部，使得当转子芯3处于终止位置时，转子芯3由于与定子芯2的接触而停止(图3)。例如，定子芯2和转子芯3可以包括适于进入接触的相应的径向止动表面12、13。应当注意的是，当致动器1与开关设备结合使用时，如上所述的终止位置是最常见的操作位置，其对应于开关设备电路的闭合位置。在这种情况下，定子极7被通电。由于磁性的定子径向表面12和转子径向表面13的接触，扭矩达到峰值。
图4示出了转子芯的终止位置中的磁通密度。图5示出了从起始位置到终止位置的根据转子芯角度位置α变化的可能的扭矩T趋势。如所示出的，扭矩基本上逐渐增加并在终止位置中达到峰值。图5中的视图特别地示出了不同磁动势F值(即线圈匝数*电流)的扭矩曲线。
应当注意的是，根据未在图中示出的替代性可能实施方式，致动器1可以最终被改型成用以容纳下述磁体：该磁体允许在没有任何电源的情况下保持转子芯的终止位置。
根据可能的实施方式，转子芯3包括辅助极15，该辅助极15具有多个槽14并且优选地具有大于转子凸极8半径的半径。这实现了能够用于辅助极15内的较大半径水平处的通量管的固有较大截面，以保持通量密度大致均匀，同时减小了转子惯性。辅助极15被定位成使得辅助极15在转子芯3于起始位置与终止位置之间移动时不面对定子凸极7。辅助极15优选地限定圆弧形的辅助极轮廓18，该辅助极轮廓18的中心位于旋转轴线R上。在转子芯3旋转期间，辅助极15面对定子芯2的限定了空间16的部分19而非对应定子极轮廓10的部分，该部分还优选地具有圆弧轮廓，该圆弧轮廓的中心位于旋转轴线R上。在部分19与辅助极15之间限定的气隙在这种情况下是恒定的，即，它不根据转子3的角度位置而变化。
从以上描述中，本领域技术人员将理解的是，与标准马达驱动器相比，根据本发明的致动器的单线圈操作原理如何允许简化制造并降低成本。另外，由于单线圈设计，因此可以使用非常简单的电子控制单元、特别是可以采用简单的开/关控制系统，该系统无法在多极执行器中使用。
此外，在根据本发明的致动器中，可以在设计阶段调节作为转子角度的函数的扭矩曲线，以在关闭操作期间实现期望的操作速度。
对于根据本发明的可变磁阻致动器的上述实施方式，技术人员为了满足特定的当前需求，可以在仍没有脱离所附权利要求的范围的情况下用其他可操作的等同元件对元件进行若干添加、改型或替换。

Claims (8)

1.一种可变磁阻致动器(1)，包括：
-定子，所述定子具有定子芯(2)，所述定子芯(2)包括单个定子凸极(7)，所述单个定子凸极(7)具有单个线圈绕组(4)；
-转子，所述转子具有转子芯(3)，所述转子芯(3)能够绕旋转轴线(R)在起始位置与终止位置之间旋转并且包括单个转子凸极(8)；以及
-轴(6)，所述轴(6)能够与所述转子芯(2)一体地旋转，
其中，当所述转子芯(3)在所述起始位置与所述终止位置之间移动时，在所述转子凸极(8)与所述定子凸极(7)之间形成有气隙(9)，所述定子凸极(7)和所述转子凸极(8)定形状成使得：在所述气隙(9)处所述转子凸极(8)上的同一点与所述定子凸极(7)之间的径向距离根据所述转子芯(3)的角度位置而变化。
2.根据权利要求1所述的可变磁阻致动器(1)，其中，所述定子凸极(7)构造成限定圆弧的定子极轮廓(10)，所述定子极轮廓(10)的中心相对于所述转子的旋转轴线(R)偏移。
3.根据权利要求1或2所述的可变磁阻致动器(1)，其中，所述转子凸极(8)构造成限定圆弧的转子极轮廓(11)，所述转子极轮廓(11)的中心相对于所述转子的旋转轴线(R)偏移。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的可变磁阻致动器(1)，其中，所述定子凸极(7)和所述转子凸极(8)构造成使得：当所述转子芯(3)从所述起始位置旋转至所述终止位置时，所述转子凸极(8)上的同一点与所述定子极轮廓(10)之间的径向距离从最大值减小到最小值。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的可变磁阻致动器(1)，其中，所述转子芯(3)在所述起始位置与所述终止位置之间的角度行程小于180°。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的可变磁阻致动器(1)，其中，所述定子芯(2)和所述转子芯(3)包括适于发生接触的各自的止动表面(12、13)，使得当所述转子芯(3)处于所述终止位置时，所述转子芯(3)由于所述止动表面(12、13)的接触而停止。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的可变磁阻致动器(1)，其中，所述定子芯(2)包括容置所述单个线圈绕组(4)的一对轴向定子槽(5)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的可变磁阻致动器(1)，其中，所述转子芯(3)包括具有多个转子槽(14)的辅助极(15)。
CN201780095129.7A 2017-09-29 2017-09-29 可变磁阻致动器 Active CN111108670B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2017/074908 WO2019063104A1 (en) 2017-09-29 2017-09-29 ACTUATOR WITH VARIABLE RELUCTANCE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111108670A true CN111108670A (zh) 2020-05-05
CN111108670B CN111108670B (zh) 2022-08-19

Family

ID=59997371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780095129.7A Active CN111108670B (zh) 2017-09-29 2017-09-29 可变磁阻致动器

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3688864B1 (zh)
CN (1) CN111108670B (zh)
WO (1) WO2019063104A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113078793A (zh) * 2021-05-14 2021-07-06 上海理工大学 一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3671795B1 (en) * 2018-12-20 2024-06-19 ABB Schweiz AG Actuator for a medium voltage circuit breaker

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3229171A (en) * 1963-08-12 1966-01-11 Genevieve I Magnuson Rotary solenoid with improved air gaps and stop members
US3956678A (en) * 1972-03-01 1976-05-11 John Byrne Electrodynamic system comprising a variable reluctance machine
DE19739068A1 (de) * 1997-09-08 1999-03-25 Philips Patentverwaltung Elektromotorischer Verstellantrieb
CN201112030Y (zh) * 2007-09-24 2008-09-10 贵州航天林泉电机有限公司 一种旋转有限角度的电磁铁
CN103516066A (zh) * 2012-06-21 2014-01-15 德昌电机(深圳)有限公司 电磁驱动器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4409503C2 (de) * 1993-03-23 1997-01-09 Kuhnke Gmbh Kg H Elektromagnetisches Gerät
JP3894464B2 (ja) * 1998-06-05 2007-03-22 株式会社ミクニ アクチュエータ
BR0212037A (pt) * 2002-06-19 2004-08-17 Arvinmeritor Light Vehicle Sys Atuadores, arranjo de engate, válvulas e relê para uso em veìculos

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3229171A (en) * 1963-08-12 1966-01-11 Genevieve I Magnuson Rotary solenoid with improved air gaps and stop members
US3956678A (en) * 1972-03-01 1976-05-11 John Byrne Electrodynamic system comprising a variable reluctance machine
DE19739068A1 (de) * 1997-09-08 1999-03-25 Philips Patentverwaltung Elektromotorischer Verstellantrieb
CN201112030Y (zh) * 2007-09-24 2008-09-10 贵州航天林泉电机有限公司 一种旋转有限角度的电磁铁
CN103516066A (zh) * 2012-06-21 2014-01-15 德昌电机(深圳)有限公司 电磁驱动器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113078793A (zh) * 2021-05-14 2021-07-06 上海理工大学 一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构
CN113078793B (zh) * 2021-05-14 2022-07-29 上海理工大学 一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构

Also Published As

Publication number Publication date
EP3688864B1 (en) 2021-09-15
CN111108670B (zh) 2022-08-19
WO2019063104A1 (en) 2019-04-04
EP3688864A1 (en) 2020-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1925070B1 (en) Monopole field electric motor-generator with switchable coil configuration
US8084913B2 (en) DC motor with asymmetrical poles
US7755245B2 (en) Synchronous motor with permanent-magnet rotor
US6674349B1 (en) Opening and/or closing control device, in particular for a switchgear apparatus such as a circuit breaker, and circuit breaker equipped with such a device
CN111108670B (zh) 可变磁阻致动器
WO2009090744A1 (ja) ３安定形揺動電磁アクチュエータ
EP0375050B1 (en) Device comprising an actuator, method for use in the device, and system for controlling a gas or liquid flow, comprising the device
US7135947B2 (en) Hybrid microwave T-switch actuator
EP3937357B1 (en) Actuator for a medium voltage circuit breaker
EP3671795B1 (en) Actuator for a medium voltage circuit breaker
CN101350257B (zh) 一种双稳态永磁机构
CN101447362A (zh) 高压断路器永磁摆角电机操动机构
JP2009212372A (ja) 電磁アクチュエータ及びこれを用いた電力用開閉装置
EP1604452B1 (en) Rotating electrical machine
CN114614599B (zh) 一种可调齿槽转矩外转子磁场调制永磁电机
JP2013005491A (ja) リニアアクチュエータ
JP3896394B2 (ja) 直流電動機
KR100315085B1 (ko) 로터리/리니어 유도전동기
EP3671784A1 (en) Hybrid flux motor for a medium voltage circuit breaker
JP2010154690A (ja) アクチュエータ装置
KR20060020085A (ko) 내각 회전자형 에스알엠 모터
JP2006325298A (ja) ロータリアクチュエータ、ロータリアクチュエータの制御回路、及び、ロータリアクチュエータを用いた開閉器
CZ20022610A3 (cs) Elektrické rotační zařízení
KR20080010955A (ko) 하이브리드 인덕션 모터의 속도 가변구조

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant