CN1762084A - 包括定子和至少一个转子的同步电动机械和配套的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及同步电动机，其包括定子(10)和至少一个具有永磁铁(21)的转子(20)，其特征在于实现了X_d＞X_q；其中X_d是直接电抗，X_q是正交电抗。

Description

包括定子和至少一个转子的 同步电动机械和配套的控制装置

技术领域

本发明涉及旋转电动机械领域。

本发明特别涉及但并不仅限于永磁同步机械，该种机械能够在较大的转速范围内以基本恒定的功率运行，例如涉及起重机械或电动牵引机械。

在涉及起重机械的范围时，它用于使起吊速度与被起吊的负载相匹配，这样在被起吊的负载比较小的时候，就可以减少起吊时间，但同时仍能起吊比较重的物品。

在涉及电动牵引机械的范围时，在启动时或在车辆处在上坡位置时，电动机必须能够以低速输出较大的转矩。相反，在平路上时，要输送的负载比较少，车辆可以更快地行进，且无需电动机提供更大的功率。

背景技术

同步电动机械能够以恒定转矩运行达到一定速度，这种速度称之为基本速度。达到这个基本速度，功率大约与转子的转速成比例地增加。高于这个基本速度时，转矩以大约恒定的功率减小。

可以通过组成下面一组术语的电感：自感、相位和漏感之间的互感模拟每个电枢相位。这种电感取决于转子相对于定子的角度位置，并且做为与电角频率相关的参照系中分量，这种电感具有直接电感L_d和正交电感L_q。直接电抗X_d表示直接电感L_d乘以电角频率ω之后得出的乘积，而正交电抗X_q表示正交电感L_q乘以电角频率ω之后得出的乘积。转子的转速Ω与电角频率ω相关，其关系是：ω＝zΩ，式中z表示成对电极数。

在与电角频率相关的参照系中，电枢相位的直接电感L_d是称之为直轴的d轴上的电感值，也就是说，此时电枢电极的轴与该同一相位定子线圈的轴相一致。正交电感L_q是称之为正交轴的q轴上的电感值，也就是说，此时感应电极的轴与该同一相位定子线圈的轴相垂直。

人们知道，用于起吊和电动牵引的永磁旋转电动机械主要都是称为“平滑电极”的机械，这种电动机械的直接电抗X_d几乎等于正交电抗X_q。

除了平滑电极电动机械外，另外还有一些称为“反向凸极式”电动机械，这种电动机械的直接电抗X_d要显著小于正交电抗X_q。其主要优点是，在正常使用中，向磁铁产生的电动势转矩施加磁阻转矩，此磁阻转矩与直接电抗X_d和正交电抗X_q之差成比例。这样，对于所要求的相同转矩而言，就可以减少磁铁的体积，因此降低了电动机械的成本。对于这种类型的电动机械来讲，存在一个相对于电动势的电流最佳相位超前，在这种情况下，转矩最大。正是保持这个工作点，才达到基本转速。

在大于基本转速时，在所有其它条件相等的情况下，电动机械相位接线端子上的电压大于电源经由控制装置加到电动机械上的有效电压，这是因为电动势会随着转速的不同而按比例地变化。

为了减少电动机械相位接线端子上的电压，定子绕组的电流及相对于电枢磁通，即磁铁的电枢磁通的相位差会发生变化，目的是建立磁通量，这种磁通量与电枢磁通量部分相反。这种工作原理称之为“去磁通量”，并产生电损耗，而去磁通量需要的电流越大，这种电损耗就越大。

为此，需要改进同步电动机械，使同步电动机械在较宽的速度范围内特别是在基本转速以上时，能够以真正恒定的功率高效运行。

发明内容

本发明所述同步电动机械由于采用了定子和至少一个带有永磁铁的转子，从而满足了这种需要，该电动机械的特征是其设计成具有X_d＞X_q，式中X_d是直接电抗，而Xd则是正交电抗。例如，X_d/X_q＞1.1，甚至最好是X_d/X_q＞1.5。例如，可以是

$X_d/X_q\underset{\‾}{~}3.$

本发明所提供的优点如下：

首先，如果功率因子cosΦ与正交电抗X_q的变化方向相反，X_q值小，获得的功率因子就高。例如，根据所要求的功率因数水平，X_qI_o/E在0.33和0.6之间，式中I_o表示控制器额定功率施加的最大线路电流强度，而E表示电动机械每个相位所感应的电动势。

其次，由于磁铁的磁通方向是沿直轴d，所以通过向电枢注入电流，以便沿直轴d产生与直接电抗X_d和沿直轴电流分量I_d成比例的磁通量，实现去磁通量。当直接电抗X_d较高时，就可以以较低的直流I_d获得相当大的去磁通量，因此所引起的相应损耗就低。因而，这也就降低了控制装置的额定功率，提高了效率。

此外，在出现短路情况时，X_d值高就可以减少去磁的风险，这取决于短路电流的值。这个电流同电动势与直接电抗的比率成比例，因此，在直接电抗X_d大时，该电流就小。例如，在所要求的去磁通量范围，X_qI_o/E在0.66和1之间，式中I_o表示控制器额定功率施加的最大线路电流强度，而E表示电动机械每个相位所感应的电动势。

达到基本转速，电动机械可以用与电动势同相的电流运行。电动势转矩为最大值，而磁阻转矩则为零。例如，基本转速可以每分钟大于100或200转。

在一个特定实施方式中，定子带有定子齿，每个定子齿带有至少一个独立线圈，而这些定子齿没有极靴。这样，就可以特别适合在定子齿上安装预制的线圈，从而简化了电动机械的制造过程。

转子有利地是磁通量同心转子，而转子的永磁铁则设置在极片之间。这样就可以减少磁铁数量，因此减少了电动机械的成本。

转子极片的形状，特别是这些极片的凸极部分的形状，可以决定直接电抗值和正交电抗值。

两个相邻极片的凸极部分可以在二者之间形成凹槽，该凹槽有两个互为相对的棱边，包括径向部分和底部，底部是由至少一个永磁铁的一个端面部分地形成。

这样极片的形状就在直接电抗和正交电抗之间形成了不对称，并在直接电抗和正交电抗之间出现较大的正差。

每个转子极片可以有转向定子的面，该面有凸部。极片的凸部可以有一个曲率半径，范围在定子半径，特别是定子内半径的20％至30％之间，甚至是大约25％。

该凸部的环状端部可以相对于邻近该极片的永磁铁成角度地偏置。相对于邻近永磁铁的环状端部的角度偏置可以在以下范围：

-对于定子齿数n_teeth与转子极片数n_poles的比率为3/2或者满足了n_teeth/n_poles＝6n/(6n-2)关系式(式中n是大于或等于2的整数)的电动机械，角度偏置在80°/n_teeth和100°/n_teeth之间，例如大约90°/n_teeth；

-对于满足了n_teeth/n_poles＝6n/(6n+2)关系式(式中n是大于或等于2的整数)的电动机械，角度偏置在50°n_teeth和70°/n_teeth之间，例如大约60°/n_teeth；

转子的每个永磁铁都可以径向地后置于两个邻近极片凸部的环状端部。磁铁在径向方向上相对于凸部的环状端部的后置范围是定子半径，特别是定子内半径的10％和20％之间，例如大约15％。

转子的每个极片都可以有两个肩部。两个邻近极片的肩部之间设置永磁铁。

转子的每个极片都有向定子方向延伸的带径向边缘的凸极部分，该径向边缘相对于邻近该极片的永磁铁径向边缘成角度地偏置。

在沿转子的转动轴线方向来观察电动机械时，转子的永磁铁可以有在径向方向上狭长形状的横断面。特别地，沿转子的转动轴线方向观察电动机械时，转子的永磁铁带有长方形断面，其长边方向与电动机械的半径并行。

在本发明的一个特定实施方式中，选择X_d/X_q比率，以便在转子最大转速时，电压和电流相同的情况下能够获得与基本转速时获得的功率基本相同的功率，。

从获得上述结果X_d/X_q比率的可能数值中，最好选择最小值，以避免出现较高的凸极性，因为凸极性高则会引起较小开口的极片，出现较大的等效隙缝，并最终增加磁铁体积，提高电动机械的成本和重量。凸极性高还会降低电动机械能够输出的最大转矩，限制了电动机械的过载性能。

定子可以有6n定子齿，转子可以有6n±2极片，n大于或等于2。这种结构可以使转矩脉动和电压谐波得以降低。

该电动机械可以只带有一个内转子或，作为变化形式，带有一个内转子和一个外转子，这两个转子径向设置在定子的任一侧，并采用旋转连接。通过使用一个双转子结构，可以减少铁损耗。

该电动机械可以构成发电机或电动机。

电动机械的功率可以等于或大于0.5千瓦，例如在1.5千瓦左右，尽管该参数值决不是限定参数。

独立于上述情况或与上述情况结合，本发明的另一目的在于提供一种电动机械，该电动机械包括：

-至少一个定子；和

-至少一个转子；

转子带有极片和设置在极片之间的永磁铁，每个极片都有凸极部分，在这个凸极部分的两侧各有一个肩部。

两个邻近极片的肩部可以与设置在其之间的永磁铁齐平。

每个凸极部分在圆周方向上周围连接径向走向的边缘。

每个极片可以不覆盖圆周方向上邻近的永磁铁。

每个凸极部分的周围可以径向地连接连续圆形边缘。

每个极片可以与相对于径向设置的中平面对称。

每个极片可以包括一堆磁叠层。

凸极部分可以带有径向外部环形边缘，该边缘的曲率中心不同于转动中心，例如，曲率中心处在转动中心和转子最大半径之间的半径上。

两个邻近凸极部分之间的角度间隔可以大于相应极片之间设置的永磁铁的角度宽度。

永磁铁可以有转向定子的外端面。

本发明的另一个目的是提供用于控制上述电动机械的控制装置。

独立于上述情况或者与上述情况结合，本发明的另一个目的是提供用于控制同步电动机的控制装置，使电动机能够在转子的转动速度范围内以大约恒定的功率P_o运行，控制装置包括一个设计用来测量电动机电源电流直流分量I_d和正交电流分量I_q的计算机，电流分量I_d和I_q等于以下公式，范围在20％以内，10％以内更好，5％以内最好：

$I_d\underset{\‾}{~}{i}_d{I}_o\underset{\‾}{~}-i\sin \mathrm{\α}{I}_o$ 和 $I_q\underset{\‾}{~}{i}_q{I}_o\underset{\‾}{~}i\cos \mathrm{\α}{I}_o$

式中，Io是控制装置额定功率施加的电流最大强度；

$\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{x_q(e-y)}{x_{d}x}\right);$

$i=\sqrt{{\left(\frac{x}{x_q}\right)}^2+{\left(\frac{e-y}{x_d}\right)}^2},$ 在电枢一个相位中流通的统一电流；

(x，y)是公式的其中一个实根：

$x^2+y^2=\frac{v^2}{m^2}\mathrm{andy}=e(1-\frac{x_d}{x_d-x_q})+\frac{p}{m}e\frac{x_d{x}_q}{x_d-x_q}\frac{1}{x};$

式中，

m表示转子转速和基本转速的比率；

e一方面表示电动势比率，另一方面表示m乘以电源施加的电压V_o所得的乘积；

v是电枢一个相位接线端子上的电压与电源施加的电压V_o的比率；

p是有效功率与恒定功率P_o的比率，这是电动机械运行所要求的功率；

α是电流和电动势之间的相位差。

“直流分量”和“正交电流分量”术语指投射到与电角频率有关的参照系的直轴d和正交轴q上的电流强度。

在上面所介绍的内容中，X_d表示商 式中，X_d是直接电抗。

同样， $=\frac{X_q{I}_o}{m{V}_o},$ 式中，X_q是正交电抗。

这种控制器通过相对于电动势的角度α来移位电流，与此同时则保持电压恒定，直轴d上i的分量i_d将产生与主磁通量相反的磁通量。因此，降低了电动势，最终引起整个感应电压的下降。

电流的统一值i只可以增加到其额定值以上，其原因是与电动机械受热有关，同时也与控制器的额定功率有关。

在最小移位α，也就是说统一直接强度i_d最低情况下，也可以获得所期望的电压，从而形成较高的正交电流，这有助于产生转矩。

在上述定义的相同电压V_o和相同电流I_o的情况下，为获得与基本转速时所获得的功率相同的功率P_o，去磁通比率是m的最大值。从这些值中可以推断出特定电动机械的电动势值和直接电抗和正交电抗值。这样，特定P_o，V_o和I_o所获得的X_d/X_q比率是期望的去磁通比率的增函数，如后者可以大于2，例如等于6。

在可能采取的解决方案中(x，y)，优选地选择使i最小化的方案。

上面所述控制装置优选地与具有上述定义的X_d＞X_q的同步电动机械配套使用。

控制装置又可以包括：

-三相倒相器；和

-设计的用来按照电流分量i_d和i_q发送控制信号给倒相器电子开关的矢量控制器。

独立于上述情况或与上述情况的结合，本发明的另一个目的是提供一种控制电动机的方法，其中可以测量至少与电动机相连的倒相器电源电压和电动机转速；同时，可以通过实时计算和/或使用存储器测定用于维持基本速度以上特定速度给定值Q^*恒定功率的电源电流的直流分量i_d和正交电流分量i_q。

根据至少转子的测定转速和转速给定值Ω^*之间差值可以测定转矩给定值t^*。根据至少转矩给定值和测定转速可以测定功率给定值。可以从功率给定值、测定的转速和倒相器的电源电压实时计算统一直流分量i_d和正交电流分量i_q值。根据做为负载和倒相器电源电压函数的控制规则，测定直流分量和正交电流分量。这些控制规则可以整合到计算机中，以便提高其动态性能。

独立于上述情况或与上述情况结合，本发明的另一个目的是提供一个带有电动机的电动车辆，该电动机包括：

—定子；和

—至少一个带有永磁铁的转子，

设计该电动机以具有X_d＞X_q的性能，式中X_d是直接电抗，X_q是正交电抗。

该电动车辆还可以包括用来控制同步电动机的控制装置，以便使电动机可以在转子的转速范围内以大约恒定功率运行，该控制装置包括计算机，用来测量电动机电源电流的直流分量I_d和正交电流分量I_q，这些分量输入到电动机中，电流分量I_d和I_q等于下述公式，范围在20％以内，10％以内更好，5％以内最好：

$I_d\underset{\‾}{~}{i}_d{I}_o\underset{\‾}{~}-i\sin \mathrm{\α}{I}_o$ 和 $I_q\underset{\‾}{~}{i}_q{I}_o\underset{\‾}{~}i\cos \mathrm{\α}{I}_o$

式中，I_o是控制装置额定功率施加的电流最大强度；

$\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{x_q(e-y)}{x_{d}x}\right);$

$i=\sqrt{{\left(\frac{x}{x_q}\right)}^2+{\left(\frac{e-y}{x_d}\right)}^2},$ 在电枢一个相位中流通的统一电流；

(x，y)是公式的其中一个实根：

$x^2+y^2=\frac{v^2}{m^2}\mathrm{andy}=e(1-\frac{x_d}{x_d-x_q})+\frac{p}{m}e\frac{x_d{x}_q}{x_d-x_q}\frac{1}{x};$

式中，

m表示转子转速与基本转速的比率；

e一方面表示电动势的比率，另一方面表示m乘以电源施加的每相最大电压V_o所得的乘积；

v是电枢一个相位接线端子上的电压与电源施加的电压V_o的比率；

p是有效功率与恒定功率P_o的比率，这是电动机械运行所期望的功率；

α是电流和电动势之间的相位差。

附图说明

通过阅读本发明的下述非限制性示例的详细说明和附图，可对本发明得到更好的理解，这些附图是：

-图1为本发明所述电动机械的部分断面示意图。

-图2为勃朗德尔(Blondel)曲线图，示出了与电角频率相关的参考系中各种正弦量。

-图3为简化方框图，示出了本发明所述同步电动机所使用的控制装置

-图4是示意图，介绍了图3所述控制装置的主计算机的示例。

电动机械

图1示出了同步电动机械1，包括定子10和一个带有永磁铁21的转子20。

定子10带有定子齿11，每个定子齿携带独立的线圈12，线圈12电连接在一起，以由三相电流供电。

转子20是磁通量同心转子，永磁铁21位于极片22之间。永磁铁21和极片22适当地固定在电动机械轴23上。

极片22可以通过焊接固定在轴23上，或通过在轴和极片上制成互补形状固定它们，或通过杆固定它们，该杆接合在极片22中，并且它们的末端固定到转子法兰中。

极片22采用一堆磁叠片制成，每个磁叠片都涂有绝缘清漆，从而限制感应电流的损失。

永磁铁21具有相似类型的极性，这些极性定向于磁铁之间设置的极片22，如图1所示。

每个极片22都有凸极部分27，转向定子10的端面带有凸部24。极片22的突部24可以带有曲率半径，范围在定子半径，特别是定子内半径的20％和30％之间，或者大约25％。

每个凸部24都有环状端部25，相对于邻近永磁铁21成角度偏置。相对于邻近永磁铁21的环状端部25的角度偏置β可以在：

-对于定子齿数n_teeth与转子极片数n_poles的比率为3/2或者满足了n_teeth/n_poles＝6n/(6n-2)关系式(式中n是大于或等于2的整数，如等于2或3)的电动机械来讲，角度偏置在80°/n_teeth和100°/n_teeth之间，例如大约90°/n_teeth；

-对于满足了n_teeth/n_poles＝6n/(6n+2)关系式(式中n是大于或等于2的整数，如等于2或3)的电动机械来讲，角度偏置在50°/n_teeth和70°/n_teeth之间，例如大约60°/n_teeth。

在这些公式中，n_teeth表示定子齿11数，而n_poles表示极片27数。

转子的每个永磁铁21都可以径向地后置于凸部24的环状端部25。在径向方向上，磁铁相对于凸起部位24环状端部25的后置值r，可以在定子内半径R的10％和20％之间，或者大约15％。

每个极片22又有两个肩部26，位于凸极部分27的两侧，而每个永磁铁21都位于两个肩部26之间。

每个转子极片22的凸极部分27都带有径向边缘28，正像环状端部25一样，径向边缘相对于邻近永磁铁21的径向端面29成角度偏置。

当沿转动轴线X观察电动机械时，永磁铁21在径向上有狭长的截面。这个截面如上所述，呈长方形，其长边与电动机械的半径并行。作为另一种类型，每个永磁铁也可以有一个楔形形状。

在所述实施例中，转子有10个极片，定子有12个定子齿，这样定子有6n定子齿，而转子有6n±2极片，n等于2。如果n大于2，也属于没有超出本发明的权利申请范围。

在所述实施例中，转子是内转子，但是如果转子是外转子，或者如果电动机械带有内转子和外转子，每个转子都径向地布置在定子的两侧并旋转连接时，也属于没有超出本发明的权利申请范围。特别是，按照本发明，电动机满足了关系Xd/Xq。

控制装置

上面参照图1所述的电动机械可以通过控制装置来控制，该控制装置可以使其在转子的广泛转速范围内以恒定功率运行，下面将结合图2和3进行描述。这种控制装置尤其适合于Xd＞Xq的电动机械。

为了更清楚地介绍，图2示出了一个人们熟知的与电角频率ω相关的参考系，它具有一个与电枢磁通量或主磁通量在相同意义上和相同方向的直轴d，它通过电枢的一个相位，并且正交轴q通过相对于直轴d的角度+∏/2移动。在图中，由固定矢量来表示正弦量。

接着，使用上面所定义的统一值e，X_d和X_q。

选择相对于统一电动势e的统一电流i的移动，以在高于基本转速时保持电压恒定，因为在直轴d上的i的统一分量i_d将产生与主磁通量相反的磁通量，因此整个磁通势就得以降低，从而引起感应统一电压v的下降，但这不会过度地损害电动机转矩，设计控制装置使电动机械能够在大于基本转速时以尽可能高的转矩运行。特别是，控制装置的目的就是在大于基本转速的功率下运行，该功率实际上等同于基本转速时的功率。

同步电动机械1由倒相器35提供三相电流，倒相器35包括6个电子开关60，例如一个或多个IGBT，每个开关都配一个二极管61，并由来自于矢量控制器37的6个控制信号62控制。

后者用于根据来自主计算机45的直流分量i_d和正交电流分量i_q给定值，将输送到电动机的电流强度调整到三相中两相所测量电流值i_a和i_b，并调整到角位置基准θ。

由与位置传感器39相连接的位置计算器40传送角位置基准θ。

位置传感器39同时也连接速度计算器41。

速度计算器41所计算的转速Ω的数值发送到主计算机45、乘法器46和减法器47。

在减法器47中，转子的转速给定值Ω^*减去转速Ω，然后，Ω^*-Ω的差值由PID(比例-积分-微分)型的调整电路48进行处理并发送到转矩计算器49。转速计算器再按照所测的转子的转速Ω和转速给定值Ω^*之间的差值确定转矩给定值t^*。转矩给定值t^*限定在电动机械能够输出的最大转矩T_max范围内。

转矩给定值t^*发送到乘法器46，后者按照所测定的转子转速Ω计算功率给定值p^*。

该功率设定值p^*被发送到主计算机45。

此外，还要测量倒相器35接线端子的电压V_DC，并经由PID(比例-积分-微分)型调整电路50发送到主计算器50，目的是消除可能出现的任何变化。该调整电路50输送一种统一电压v，而该电压则随着电源电压的变化而变化。

主计算机根据其收到的数据确定按功率p^*运行时相对应的直流分量i_d和正交分量i_q。

这些直流分量i_d和正交分量i_q值被发送到矢量控制器37，如上所述，用来控制倒相器35。

如图4所示，主计算机可通过存储器53确定直流分量i_d和正交分量i_q值。该存储器53包含用于大量输入参数v，p^*和Ω的直流分量i_d和正交分量i_q值。对于v，p^*和Ω值来讲，计算机确定存储器53内已知的i_d(v，p^*，Ω)和i_q(v，p^*，Ω)的v，p^*和Ω最接近值。

另外，主计算机45还可以使用下列公式通过实时计算分析确定i_d和i_q数值：

i_d＝-isinα和i_q＝icosα；

$\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{x_q(e-y)}{x_{d}x}\right);$

$i=\sqrt{{\left(\frac{x}{x_q}\right)}^2+{\left(\frac{e-y}{x_d}\right)}^2};$

(x，y)是公式的其中一个实根：

$x^2+y^2=\frac{v^2}{m^2}\mathrm{andy}=e(1-\frac{x_d}{x_d-x_q})+\frac{p}{m}e\frac{x_d{x}_q}{x_d-x_q}\frac{1}{x}$

“计算器”、“存储器”、“调整电路”、“减法器”和“乘法器”都必须从这些术语的广义上去理解。所有这些功能都可以通过一个或多个电子插件板上的一个或多个干个专用电子电路来进行。这些功能也可以以硬件和/或软件的形式进行。特别是，元件40，41，47，48，49，46，45，50和37都可以集成到一个和同一个电子卡上，该电子卡包含有一个或多个微控制器和/或微处理器。

在所述实施例中，去磁通量的比率是6，也就是说，转子的最大转速是基本转速的6倍，如每分钟大约1350转。

当然，如果去磁通量比率与6不同，特别是大约或等于2时，也属于没有超出本发明的权利要求范围。因此，倒相器35的电子开关60也作了相应的设计。

当然，本发明并不局限于上面所述示例。例如，电动机械也可采取不同的方式生产，只要仍具有Xd＞Xq关系即可。

在整个专利说明中，凡“(具)有一个/一种”的表述必须认为是“(具)有至少一个/一种”同义，除非另有说明。

Claims (30)

1、一种同步电动机械，包括：

-定子(10)；

-至少一个带有永磁铁(21)的转子(20)

其特征在于设计该电动机械使其具有X_d＞X_q，

其中，X_d是直接电抗，而X_q是正交电抗。

2、根据权利要求1所述的电动机械，其特征在于X_d/X_q＞1.1，并且最好X_d/X_q＞1.5。

3、根据权利要求2所述的电动机械，其特征在于 $X_d/X_q\≅3.$

4、根据权利要求1至3中任一权利要求所述的电动机械，其特征在于X_qI_o/E在0.33和0.6之间。

5、根据前述任一权利要求所述的电动机械，其特征在于X_qI_o/E在0.66和1之间。

6、根据前述任一权利要求所述的电动机械，其特征在于定子(10)带有定子齿(11)，每个定子齿带有至少一个独立的线圈(12)。

7、根据权利要求6所述的电动机械，其特征在于定子(10)的定子齿(11)无极靴。

8、根据前述任一权利要求所述的电动机械，其特征在于转子(20)是磁通量同心转子，转子的永磁铁(21)设置在极片(22)之间。

9、根据权利要求8所述的电动机械，其特征在于转子的每个极片(22)都有转向定子(10)的端面，该端面有凸部(24)。

10、根据权利要求9所述的电动机械，其特征在于极片(22)的凸部(24)具有曲率半径，其范围在定子内半径(R)的20％和30％之间。

11、根据前面权利要求10所述的电动机械，其特征在于极片(22)的凸部(24)的环状端部(25)相对于邻近该极片(22)的永磁铁(21)成角度偏置。

12、根据权利要求11所述的电动机械，其特征在于环状端部(25)相对于邻近永磁铁(21)的角度偏置β范围在：

-对于定子齿数n_teeth与转子极片数n_poles的比率为3/2或者满足了n_teeth/n_poles＝6n/(6n-2)关系式的电动机械，角度偏置在80°/n_teeth和100°/n_teeth之间，特别是大约90°/n_teeth，其中n是大于或等于2的整数；

-对于满足了n_teeth/n_poles＝6n/(6n+2)关系式的电动机械，角度偏置在50°/n_teeth和70°/n_teeth之间，特别是大约60°/n_teeth，其中n是大于或等于2的整数。

13、根据权利要求8至12中任一权利要求所述的电动机械，其特征在于转子(20)的每个永磁铁(21)都径向后置于两个邻近极片(22)的凸部(24)的环状端部。

14、根据权利要求13所述的电动机械，其特征在于磁铁(21)径向方向上相对于凸部(24)的环状端部(25)的后置(r)范围在定子(10)内半径(R)的0％和20％之间。

15、根据权利要求8至14中任一权利要求所述的电动机械，其特征在于转子(20)的每个极片(22)都有两个肩部(26)，至少有一个永磁铁(21)是置于两个相邻极片(22)的肩部之间。

16、根据权利要求8至15中任一权利要求所述的电动机械，其特征在于转子(20)的每个极片(22)都有向定子(10)方向延伸的凸极部分(27)，其带有径向边缘(28)，该径向边缘(28)相对于邻近极片(22)的永磁铁(21)径向边缘(29)成角度偏置。

17、根据前述任一权利要求所述的电动机械，其特征在于当沿转子转动轴线(X)观察电动机械时，永磁铁(21)有长方形截面，其长轴位于径向方向。

18、根据前述任一权利要求所述的电动机械，其特征在于当沿转子转动轴线(X)观察电动机械时，转子(20)的永磁铁(21)有一个矩形截面，其长边方向与电动机械的半径平行。

19、根据前述任一权利要求所述的电动机械，其特征在于定子(10)有6n定子齿(11)，转子(20)有6n±2个极片，n大于或等于2。

20、根据前述任一权利要求所述的电动机械，其特征在于该电动机械带有单个内转子。

21、根据前述任一权利要求所述的电动机械，其特征在于电动机械的功率等于或大约0.5千瓦。

22、根据前述任一权利要求所述的电动机械，其特征在于该电动机械可构成发电机。

23、根据权利要求1至21中任一权利要求所述的电动机械，其特征在于该电动机械可构成电动机。

24、一种组合装置，其包括：

-如权利要求1至19中任一权利要求所述的电动机械，该电动机械构成同步电动机；

-控制同步电动机的控制装置，使电动机在转子的转动速度范围内以大约恒定的功率Po运行，控制装置包括设计的用来测量电动机电源电流流分量I_d和正交电流分量I_q的计算机(45)，电流分量I_d和I_q等于以下公式，范围在20％以内，10％以内更好，5％以内最好： $I_d\≅i_d{I}_o\≅-i\sin \mathrm{\α}{I}_o$ 和 $I_q\≅i_q{I}_o\≅i\cos {\mathrm{\αI}}_o$

其中，I_o是控制装置额定功率施加的电流最大强度； $\begin{array}{c}\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{x_q(e-y)}{x_{d}x}\right);\\ i=\sqrt{{\left(\frac{x}{x_q}\right)}^2+{\left(\frac{e-y}{x_d}\right)}^2},\end{array}$ 在电枢一个相位中流通的统一电流：

(x，y)是公式的其中一个实根：

$x^2+y^2=\frac{v^2}{m^2}\mathrm{andy}=e(1-\frac{x_d}{x_d-x_q})+\frac{p}{m}e\frac{x_d{x}_q}{x_d-x_q}\frac{1}{x};$

式中：

m表示转子转速和基本转速的比率；

e一方面表示电动势的比率，另一方面表示m乘以电源施加电压V_o所得的乘积；

v是电枢一个相位接线端子的电压与电源施加的每个相位最大电压V_o的比率；

p是有效功率与恒定功率P_o的比率；

α是电流和电动势之间的相位差。

X_d是商

式中，X_d是直接电抗。

X_q是商 式中，X_q是正交电抗。

25、根据权利要求24所述的组合装置，其特征在于所选择的根(x，y)是使i最小化的根值。

26、根据权利要求24或25所述的组合装置，其特征在于它包括：

-三相倒相器(35)；和

-矢量控制器(37)，用来根据电流分量i_d和i_q传送控制信号给倒相器(35)的电子开关(60)。

27、一种控制权利要求23中所述电动机的方法，其中：

-测量至少与电动机连接的倒相器的电源电压(V_DC)和电动机的转速(Ω)；和

-在至少电压V_DC和所测得的转速的基础上，通过实时计算和/或通过使用存储器，测定用于维持基本速度以上特定速度给定值Ω^*恒定功率的电源电流的直流分量i_d和正交电流分量i_q。

28、据权利要求26或27所述的方法，其特征在于根据至少所测得转子的转速(Ω)和转速给定值(Ω^*)之间的差俩确定转矩给定值t^*。

29、根据权利要求28所述的方法，其特征在于根据至少转矩设定值和所测得的转速确定功率给定值(p^*)。

30、根据权利要求29所述的方法，其特征在于根据功率给定值、所测得的转速和倒相器的直流电源电压实时计算直流分量i_d和正交电流分量i_q值。

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