CN1255927C - 准同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

一种准同步磁阻电机，其由一个定子限定，该定子具有一个铁心，该铁心包含由铁磁材料片组成的一些非磁耦合的或弱磁耦合的扇形体组成的组件，其具有在其面向转子的端面上排列的一些纵向齿以及形成有容纳绕组的槽。该准同步磁阻电机具有作为一个整体部件的所述转子，转子也包含有铁磁材料片铁心，该铁心形成有在其面向定子的端面上均匀排列的纵向齿，所述齿的数目不同于定子的齿的数目。

Description

准同步磁阻电机

技术领域

本发明涉及一种新型磁阻电机，更具体地说涉及旋转或直线式准同步磁阻电机。

背景技术

如本技术领域的技术人员公知的，其中一种最熟知的最广为应用的磁阻电机是开关式磁阻电动机，其使用方面存在的局限性在于，存在转矩和速度振荡现象以及难于实现高电流变化率。

这种开关式磁阻电动机的其它缺点在于，用于控制磁阻电动机和向其供电的电路十分复杂和昂贵，特别是对于大功率电机。

作为用于解决上述缺点的替代方案，已经提出申请号为PI9400880-9于95年10月24日公开的专利申请，题为“磁阻电机为，其提供的电机包含转子和定子。所述定子具有由磁性材料片组成的铁心和形成有一些伸向转子的纵向齿。所述定子还包含一些能够容纳多相绕组的槽，所述绕组由均匀地围绕定子磁性材料的线圈组成。补充一点，所述转子是由形成有一些伸向定子的纵向齿的磁性材料片组成的铁心构成的。因此，当由均衡的多相电压向所述线圈供电时，产生旋转磁场，使转子和定子之间产生相对运动。

然而即使这种电机能够克服在先技术的缺点，仍然存在的问题是，在申请号为PI9400880-9的专利申请中所介绍的电机具有的特定缺点是功率因数低，在某些情况下可能增加驱动系统的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁阻电机，其在低速下具有高转矩，能有利地替代常规的开关式磁阻电机。

本发明的另一目的是提供一种磁阻电机，其在低速下具有高转矩，由于其在成本和维护方面的优点，能有利地替代常规的(提高转矩和降低速度的)机械式破碎机。

本发明的再一目的是提供一种磁阻电机，其能够对电机的转矩和转速大范围地控制，而无需复杂的价格高的电源和控制电路。

本发明的再一目的是提供一种磁阻电机，其具有一些结构特征，使得不会在形成的转矩和转速中产生振荡。

本发明的再一目的是提供一种改进的磁阻电机，其正像上面介绍的申请号为PI9400880-9的专利申请一样，具有高功率因数的特性。

利用这样一种准同步磁阻电机能够实现本发明的这些和其它目的及优点，其包含的定子含有由非磁耦合的或弱磁耦合的铁磁材料片的扇形体组成的铁心，该铁磁材料片具有在其面向转子的端面上排列的纵向齿以及形成有一些容纳绕组的槽，该绕组包含一些围绕铁磁材料的线圈，因此当这样形成的绕组通电时能产生磁场。

所述转子是电机中的一个整体部件，其也包含有由一些铁磁材料片组成的铁心，沿其转向定子的端面均匀排列有一些纵向齿。此外，转子上的齿数必须与定子上的齿数不同。

该电机还装有用于监测和识别定子和转子之间相对位置的装置，以便能识别定子和转子之间的最大导磁率的区域，从而能适当地向定子线圈供电，因此可能得到最大转矩。

本发明具有的结构特征与在申请号为PI9400880-9的专利申请介绍的相似，然而在如下方面存在基本差别：

定子铁心是由非磁耦合的或弱磁耦合的扇形体组成的，与在申请号为PI9400880-9的专利申请文件中介绍的电机相反，后者采用整体的磁性材料片；以及

各个线圈单独供有由识别转子齿和定子之间的相对位置的装置控制和监测的电流，在申请号为PI9400880-9的专利申请文件中线圈是多相的并由均衡的多相电压供电。

这些差别使本发明的电机具有高的功率因数，这意味着在其运行过程中电机吸收较低的电流。

因此，本发明的再一目的是提供这样一种类型的准同步磁阻电机，其包含至少一个由铁磁材料片构成的和形成有多个均匀分布的齿的转子，和至少一个定子，在其面对所述转子的表面上形成有第二多个也均匀分布的齿，还有附加(plus)绕组，所述绕组由电流源选择性地供电，以及该至少一个定子是由一系列的非磁耦合的或弱磁耦合的铁磁材料片的扇形体组成的，每个扇形体包含至少一个绕组，每个扇形体中的该至少一个绕组利用监测装置控制其功率，定子上的齿数与转子上的齿数不同。

附图说明

参照附图通过如下的介绍将会更好地理解本发明的范围，附图中所表示的仅用于说明而不是对本发明的限定，其中：

图1是以根据本发明的构思构成的准同步磁阻旋转电动机的局部断面表示的透视图，该构思是对于(按照在定子上有一个绕组，而所述的定子在转子的外部的)准同步磁阻电机形成的。

图2是图1所示的电动机的断面图；

图2a是图2所示的电动机中的扇形体的放大详图；

图2b是与图2a相似的视图，不过转子距定子齿位移1/6节距；

图3是与图1所示的准同步磁阻旋转电动机相同的以局部断面表示的透视图，不过定子在转子的内部；

图4是图3所示的电动机的断面图；

图5是以根据本发明的构思构成的准同步磁阻直线电动机的示意表示的透视图，该构思是对于准同步磁阻电机形成的；

图6是图5所示的电动机的纵向断面图；

图7是以根据本发明的构思构成的准同步磁阻盘式电动机的示意表示的透视图，该构思是对于准同步磁阻电机形成的；

图8是图7所示的电动机的横向断面图；

图9是以根据本发明的构思构成的具有两个定子和两个(内和外)准同步磁阻绕组的电动机的局部剖面的透视图，该构思是对于准同步电机形成的；

图10是上述的电动机其中一个的轴端的正面图，该轴端与用于监测和识别转子和定子齿之间的相对位置的装置相耦合；以及

图11-11c示意表示图5所示的直线电动机的移动。

具体实施方式

根据上述附图，根据本发明的构思构成的准同步磁阻电机，其构思是按照这样一个定子10构成的，该定子10带有一个由一些非磁耦合的或弱磁耦合的铁磁材料片的扇形体11组成的铁芯，该扇形体11具有在其面对所述转子20的表面上排列的纵向齿1和形成有用于容纳一个或多个绕组6的槽2。

这些绕组6包括围绕定子10的磁性材料的多个线圈，以便当这一绕组通电时产生磁场。

由于作为准同步磁阻电机的整体部件是所述的转子20，转子20也包含有由一些铁磁材料片组成的铁心，沿其转向定子10的端面均匀排列有纵向齿21，所述的齿21的数目与定子10上的齿1的数目不同。

更具体地说，图1-2表示准同步旋转电动机的壳，其牢固地容纳定子10，在定子10内部配置有由轴5支承的转子20。

如图所示，该定子10是由一些非磁耦合的或弱磁耦合的扇形体11组成的，以及是由铁磁材料片构成的，其面对所述转子20的表面上形成有多个齿1。此外，所述定子形成有容纳绕组6的一系列的槽2。

此外，由铁磁材料片组成的转子20在其面向定子10的表面上形成有多个齿21，转子20的齿21的数目与定子10上的齿1的数目不同。

图3-4表示与上面介绍相似的一种电动机，区别之处仅在于，定子10在内部并由轴5支承，而转子20安装到电动机外壳3上。

图5-6以十分示意的方式表示与上面介绍相似的一种直线电动机，其中定子10和转子20通过各自的齿1和21彼此面对。根据本发明构成的定子10是由一些非磁耦合的或弱磁耦合的扇形体11组成的，绕组6容纳在每个扇形体内部。

图7-8也以示意的方式表示一种准同步盘式电动机，其中转子20安装在电动机的轴5上，通过各自的齿21和1转子20面对定子10。定子10是由多个非磁耦合的扇形体11组成的，在这个实例中，仅由两个扇形体11表示，每个扇形体11具有一些槽，容纳绕组6。所述的绕组6维持在定子10的每个扇形体11内部，具体地说，在各个槽2内部。

最后，图9表示根据本发明的特征形成的具有两个定子10、10’和两个绕组6、6’的准同步磁阻电动机。更具体地说，所述的电动机包含安装到外壳3上的第一外部定子10，其按公知的方式围绕一安装到轴5上的转子20。所述的定子10形成有一系列的内齿1，其面向转子20的一系列的外齿1。所述的转子20内部形成有第二系列的齿21’，其面向第二定子10’的一系列的齿1’。在这个实例中，定子10、10’是固定的，并具有各自的按角位置配合的扇形体11、11’，与各自的绕组6、6’相配合。

该电机还具备有监测装置4，用于相对识别转子20的齿和定子10的齿，如图10所示。这种公知类型的装置例如可以为解析器或编码器，其能够确定转子20的齿21和定子10的齿1的相对位置。

另外，这一监测装置4可以包含例如按照霍尔效应的适当安装到定子10上的位置检测器。

为了更好地理解本发明提出的构思，参照图5中所示的准同步直线电动机，按照更详细的方式介绍准同步磁阻电机的运行。

利用用于识别定子10的齿1和转子20的齿21的相对位置的监测装置4，识别出在图11中表示的状态(对准的齿1a和齿21a)，并使线圈6a和6b通电，即，磁场总是维持在距最高导磁率区90°的磁化角度，因此使转子20的齿21移动，直到它们到达平衡位置，如在图11a中所示。在这种状态下，其中可以看出，定子的齿1e与转子20的齿21e相对准，线圈6a断电，接着的线圈6c与线圈6b共同通电，因此使转子20的齿21朝着图11b中所示位置形成新的移动。按照相同的顺序，线圈6b断电，线圈6c与线圈6d共同通电，因此使转子20朝着图11c中所示位置形成移动，在该处，可以看出，齿1l与齿21l相对准，如此等等。

因此，通过连续地按可控的方式重复对线圈的通电、断电的控制，实现转子20的可控移动。如图11所示，当定子10的绕组6a和6b通电时，定子10和转子20的最高导磁率区趋于停在与该磁化区域对准的位置上，使得后者随其拖动最高导磁率区，因此使定子10和转子20之间产生相对位移。

当绕组顺序地通电和断电时，在定子10和转子20之间产生顺序的位移，使得当磁场位移完成360°电角度时，转子20将仅越过定子10的两个齿。

在该过程中，该磁场沿相反的方向移动90°的相位，可以实现按4个象限的运行，即，沿电机的任一旋转方向(顺时针或逆时针)可以产生加速或制动转矩。

将定子10的齿1的数目和转子20的齿21的数目适当的组合，就能形成准同步磁阻电机的转矩和确定同步速度。正如前述的，转子20的齿21的数目应不同于定子10的齿1的数目。例如，在图1中所示的实际结构表示定子的齿数为144，转子的齿数为146。

转子20的速度是所述转子20的齿数的函数及电源(未表示)触发频率的函数，即，按更具体的方式，转子20的速度与电源的触发速度成正比，与转子20的齿数21的成反比。因此，可以断定，通过适当地选择转子20的齿数21，可以易于达到任何额定的转速，通过改变电源的开关频率，能够进一步形成由零到额定值的任何一种转速。

虽然上面仅是介绍了准同步磁阻电机的某些结构模型，但应强调指出，本发明构思可以应用于任何类型的结构，采用任何类型的用于定子10的绕组6的电源。

特别是，作为其特征，所述(未加说明的)电源应该有可能由监测装置4直接或间接控制，以此根据定子10和转子20之间的相对位置，向扇形体11的绕组6供电。

关于监测装置4，除了上述优选的类型以外，可以利用能够精确确定定子10和转子20之间的相对位置的任何装置，其可以直接或者通过接口控制用于绕组6的电源。

另一方面，绕组6的内部位置也可以改变，例如通过围绕定子10的齿1排列一个或一些绕组6。另一个替代方案是围绕每个所述扇形体11排列绕组6，因此完全围绕每个所述扇形体11。此外，每个所述扇形体11可以包含一个以上的绕组6，每个由各自的电源分别供电。

Claims (8)

1.一种准同步磁阻电机，包含：至少一个转子(20)，其由铁磁材料片构成并形成有多个均匀分布的齿(21)；以及至少一个定子(10)，在其上带有第二多个也均匀分布的齿(1)；附加绕组(6)，利用电流源选择性地向附加绕组(6)供电，其特征在于，至少一个定子(10)是由一系列非磁耦合的或弱磁耦合的由铁磁材料片构成的扇形体(11)组成的，每个扇形体(11)包含至少一个绕组(6)，每个扇形体(11)的该至少一个绕组(6)的功率是由监测装置(4)控制的，定子(10)的齿(1)的数目与转子(20)的齿(21)的数目不同，并且限定定子(10)的齿(1)数与定子(20)的齿(21)数的组合，以使得所述转子具有一个准同步转速，在绕组被顺序通电和断电的同时，当完成360°电角度的磁场的位移时，所述转子(20)仅仅越过两个定子(10)齿(1)。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，每个绕组(6)优选排列在定子(10)的扇形体(11)的槽(2)中。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，用于绕组(6)的电流源是由监测定子(10)的齿(1)和转子(20)的齿(21)之间的相对位置的装置(4)控制的，所述的监测装置(4)是霍尔型检测器。

4.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述的监测装置是另外的编码器或解析器。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，该电机是一准同步磁阻旋转电动机。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，该电机是一准同步磁阻直线电动机。

7.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，该电机是一准同步磁阻盘式电动机。

8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，该电机是包含两个或更多个定子(10、10′)以及两个或更多个准同步磁阻绕组(6)的电动机。

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