CN1307394A - 次同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

次同步磁阻电机由设置有一磁芯的定子10构成,该磁芯由铁磁片的未连接或弱连接的组片11构成,组片面上设置有齿1,并设置有容纳绕组6的槽2。此绕组6由多个线圈构成,从而在绕组被通电时产生磁场。次同步磁阻电机具有转子20,该转子顺次被提供磁片的芯,在磁片的表面上具有齿21,齿21的数目不同于定子10的齿1的数目。该电机还有一监控装置4,用于辨别转子20和定子10的齿,从而确保获得最大的力矩。

Description

次同步磁阻电机

本发明涉及一种新型的磁阻电机，更具体的涉及一种旋转或线性次同步磁阻电机。

正如本领域中的技术人员所公知的，最熟悉和常用的磁阻电机为切换磁阻电机，就应用方面而言，其存在一些限制，如存在力矩和速度的波动以及无法施加高变化率的电流等。此种切换磁阻电机的其他方面的缺点在于控制电路和输送电路十分的复杂和昂贵，尤其是高功率机器。为了解决上述的问题，在95年10月24日公开的专利申请PI9400880-9中揭示了与“磁阻电机”相关的内容，其中所提供的电机包含转子和定子。所述定子包含一个芯，该芯由磁片构成，所述定子还设置有朝向转子突出出来的纵向的齿。所述定子同样包含多个可容纳多相绕组的槽，所述绕组包含多个均匀围绕定子磁材料的线圈。作为一种补充，所述定子由磁片芯构成，其上设置有朝向定子突出的纵向的齿。因此，在通过平衡多相电压对所述线圈供电时，产生一个旋转场，使得在转子和定子之间产生相对移动。

然而，即使此种的电机可克服现有技术中的缺点，在专利申请PI9400880-9中描述的电机仍然存在功率因数低的问题，在某些情况下会增加驱动系统的成本。

本发明的第一个目的是提供一种磁阻电机，其可以低速提供高的力矩，可用于替换切换电机和传统的电机。

本发明的第二个目的是提供一种磁阻电机，其在低速拥有高力矩，就成本和维修而言其可替代传统的磁阻电机，这样可使力矩增大而速度降低。

本发明的第三个目的在于提供一种磁阻电机，其在不需要复杂和昂贵的电源和控制电路的情况下最大限度的控制旋转和力矩。

本发明的第四个目的在于提供一种磁阻电机，由于其结构上的原因，使得所获得的力矩和速度无波动。

本发明的第五个目的在于提供一种对上面提到的专利申请PI9400880-9中的磁阻电机进行了改进的磁阻电机，其特征在于具有高的功率因数。

通过下面所提供的次磁阻电机可实现上述的和其他方面的目的和优点，其包含一个定子，定子具有一个磁芯，磁芯由未连接或弱连接的铁磁片组片构成，该芯的面上设置有朝向转子的纵向的齿，并具有用于容纳绕组的槽，绕组包含多个环绕铁磁材料的线圈，从而当向如此构成的绕组通电时会产生磁场。所述转子与电机成为一体，并顺次对其提供磁芯，磁芯由铁磁片构成，并具有沿其表面均匀设置的朝向定子旋转的纵向的齿。另外，转子上的齿的数目不同于定子上的齿的数目。

该电机还包含用于监控和识别定子齿和转子齿间相对位置的装置，从而可识别出转子和定子之间具有最大的磁导率的区域，这样可保证对定子线圈进行正确的输电，从而获得最大可能的力矩。

本发明的结构特征与专利申请PI9400880-9中描述的电机类似，然而，其基本的区别在于以下的几点：

-与在文件PI9400880-9中描述的使用整个磁片的情况相比，定片磁芯包含磁未连接或弱连接的组片；及

-对线圈单独提供由识别定子和转子之间的相对位置的装置进行控制和监测的电流，而在文件PI9400880-9中，线圈为多相的并通过平衡多相电压供电。

-这些差别可使得本发明的电机拥有高的功率因数，这意味着在工作期间，电机消耗低电流。

相应的，本发明的一个目的是提供一种如下类型的次同步磁阻电机，其包含至少一个由铁磁片构成的转子并设置有多个均匀分布的齿，且至少一个定子设置在与所述转子相对的表面上，并具有第二组均匀分布的多个齿，另外还有绕组，所述绕组通过电流源被选择的输电，且至少一个定子由一组磁未连或弱连的铁磁组片构成，每个组片包含至少一个绕组，且每个组片的至少一个绕组具有由监控装置控制的电源，在定片上的齿的数目不同于转子上的齿的数目。

通过下面参考相应附图的详细描述会对本发明的范围有更清楚的了解，其中所示的实例仅是为了说明的目的，并不构成对本发明的限制，其中：

图1为根据本发明的次同步磁阻电机的部分透视图，其中该电机在定子上具有一个绕组，所述定子处于转子的外面；

图2为图1中所示的电机的截面示意图；

图2a为图2中电机的放大截面示意图；

图2b为与图2a类似的示意图，但转子发生了定子齿距1/6的位移；

图3为与图1中所示的次同步磁阻电机相类似的部分截面示意图，其区别在于定子位于转子的外面；

图4为图3中所示的电机的截面示意图；

图5为根据用于次同步磁阻电机的发明构思形成的次同步磁阻线性电机的透视图；

图6为图5中所示的电机的纵向截面示意图；

图7为根据用于次同步磁阻电机的发明构思形成的次同步磁阻盘式电机的透视图；

图8为图7中电机的横截面图；

图9为根据本发明的具有两个定子和两个(内和外)次同步磁阻绕组的电机的部分截面透视图；

图10为上述的任何一个电机的轴端的正面示意图，通过它将连接一个用于控制和识别转子和定子齿间的相对位置的装置；及

图11-11c为图5中所示的线型电机运转的示意图。

根据上述的附图，根据本发明的磁阻电机包含一个定子10，其设置有一个磁芯，该磁芯包含未连接或弱连接的铁磁片组片11，该组片11具有在其表面上朝向转子20旋转的设置的纵向的齿1并设置有用于容纳一个或多个绕组6的槽2。这些绕组6由多个环绕定子10的磁材料的线圈构成，这是为了在当对绕组通电时会产生磁场。

所述转子20作为次同步磁阻电机的整体的一个部分，其被顺次的提供铁磁片的磁芯，在磁芯表面上均匀设置有朝向定子10旋转的纵向的齿21，所述齿21的数目不同于定子10的齿1的数目。更具体的，图1-2中所示出的次同步旋转电机的罩壳牢固的容纳一个定子10，在定子10中设置一个通过轴5进行支撑的转子20。

如图中所示，通过多个未连接或弱连接的磁组片11构成定子10，并由铁磁片构成，在与转子20相对的表面设置多个齿1。另外，所述定子设置有一组槽2，在该槽中设置绕组6。作为一种补充的方式，由铁磁片构成的转子20在其与定子10相对的表面上设置多个齿21，转子20的齿21的数目不同于定子10的齿1的数目。

图3-4示出了一个类似于上述的电机，其区别在于定子10处于内部并由轴5进行支撑，而转子20附着在电机壳3上。

图5-6示出了线性电机的简略示意图，其中定子10和转子20通过各个齿1和21彼此相对。根据本发明的定子10由未连接或弱连接的组片构成，且绕组6被容纳在每个组片中。

图7-8顺序示出了次同步盘式电机的示意图，其中转子20被附着在电机轴5上并通过各个齿21和1与定子10相对。定子10由多个未连接的组片11构成，在所示的情况下，只通过两个组片11，每个都设置有用于容纳绕组6的槽。所述绕组被保持在定子10的每个组片11中，更具体的位于各个槽2中。

最后，图9示出了根据本发明形成的包含两个定子10、10’和两个绕组6,6’的次同步磁阻电机的示意图。

更具体的，所述电机由以公知方式围绕附着在轴5上的转子20的固定在壳3上的第一外部定子10构成。所述定子10设置有一组内部的齿1，该齿1与转子20的一组外部齿21相对。所述转子20的内部设置有与第二定子10’的一组齿1’相对的第二组齿21’。在此情况下，定子10、10’被固定并具有在角位置共同运转的各个组片11、11’，正如各个共同运转的绕组6、6’一样。

该电机还包含一个监控装置4，用于如图10中所示相对的识别转子20的齿和定子10的齿。此种公知的类型的装置可为分解器或解码器，并能确定定子10的齿1和转子20的齿21之间的相对位置。

另外，此监控装置4可包含基于霍尔效应(Hall effect)的适当固定到定子上的位置监测器。

为了更好的理解本发明的构思，将参考图5中所示的线性次同步电机更详细的描述次同步磁阻电机的操作。

通过用于识别定子10的齿1和转子20的齿21之间相对位置的监控装置4，可识别图11中所示的状态(齿1a和21a对齐)，并对线圈6a和6b进行通电，即，将磁场总是维持在与最高导磁率的区域成90度，从而产生转子20齿21的位移，直到它们达到图22a中所示的平衡位置为止。在此情况下，可看到定子齿1e与转子齿21e对齐，将线圈6a断电并对后续的与线圈6b邻接的线圈6c进行通电，从而使得转子齿21向着图11b中所示的位置产生一个新的位移。按照相同的顺序，对线圈6b进行断电，而线圈6c和6d被通电，从而产生转子20的向着图11c中所示位置的位移，图中可看出齿1I与21I对齐，并依次类推。

相应的，通过重复通电和断电线圈的控制过程，可控制转子20的移动。

如图11中所示，当定子10的绕组6a和6b被通电时，定子10和转子20之间的高导磁率区域趋向于与磁场重合，从而后者对高导磁率区域产生拖拉，由此在转子20和定子10之间产生位移。

由于绕组被连续的通电和断电，在转子20和定子10之间产生顺序移动，从而在完成360度的磁场位移后，转子20只横向移动定子10的两个齿的位移。

在磁场被异相成90度放置在相反方向上的情况下，可获得四个象限的操作，即在电机旋转的任何的方向上(顺时针和逆时针)的加速和减速力矩。通过将定子10的齿1的数目和转子20的齿21的数目进行适当的组合，可获得所需的力矩并对次同步磁阻电机的同步速度进行控制。正如已经描述的，转子20的齿的数目应不同于定子10的齿1的数目。作为一个实例，在图1中所示的实际结构的定子的齿数为144而转子的齿数为146。

转子20的速度为所述转子20的齿数和电源(未示出)的触发频率的函数，即更具体的说，转子20的速度直接与电源的触发速度成正比，而与转子20的齿21的数目成反比。相应的，可看出，通过适当的选择转子20的齿21的数目，可容易的获得任意的旋转速度，通过改变电源切换频率，还可获得从零到所需速度值的任意的旋转速度。

虽然已经对次同步电机的一些结构模式进行了描述，需要强调的是，通过本发明的构思，可对定子10的绕组6有各种的实现及结构模式或采用任何类型的电源。

特别是，所述电源(未示出)可通过监控装置4进行直接的或间接的控制，从而可根据定子10和转子20之间的相对位置关系对组片11的绕组6进行输电。对于监控装置4，除了上述的最佳模式外，其他的任意的只要可确定定子10和转子20之间相对关系的任何装置都可使用，其可直接或间接的通过接口控制绕组6的电源。

另外，绕组的内部位置也可被改变，诸如，可将绕组或绕组6放置在定子10的齿1的周围。另外一种是将绕组6放置在每个组片11的周围，从而完全的环绕每个所述组片11。另外，每个组片可包含多于一个的绕组6，通过各个电源对其单独进行输电。

Claims (8)

1．一种次同步磁阻电机，其包含至少一个由铁磁片构成的转子(20)并设置有多个均匀分布的齿(21)，且至少一个定子(10)，并具有第二组均匀分布在其上的多个齿(1)，另外还有绕组(6)，所述绕组(6)通过电流源被选择的输电，其特征在于，至少一个定子(10)由一组磁未连或弱连的铁磁组片(11)构成，每个组片(11)包含至少一个绕组(6)，且每个组片(11)的至少一个绕组(6)具有由监控装置(4)控制的电源，在定子(10)上的齿(1)的数目不同于转子(20)上的齿(21)的数目。

2．根据权利要求1所述的电机，其特征在于每个绕组(6)设置在定子(10)的组片(11)的槽(2)中。

3．根据权利要求1所述的电机，其特征在于通过用于控制定子(10)的齿(1)和转子(20)的齿(21)之间的相对位置的监控装置(4)控制绕组(6)的电流源，所述监控装置(4)为霍尔探测器。

4．根据权利要求3所述的电机，其特征在于所述监控装置可为解码器或分解器。

5．根据权利要求1所述的电机，其特征在于其为次同步磁阻电机。

6．根据权利要求1所述的电机，其特征在于其为次同步磁阻线性电机。

7．根据权利要求1所述的电机，其特征在于其为次同步磁阻盘式电机。

8．根据权利要求1所述的电机，其特征在于该电机包含两个或多个定子(10、10’)或多个次同步磁阻绕组(6)。

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