[发明专利]适于磁通量切换机的设计改进

说明书

技术领域

本发明涉及磁通量切换机。更具体地，本发明涉及但并不限于为了改进转矩随角度的变化而对转子和定子设计的改进。

背景技术

无刷永磁电动机和磁阻电动机可用于许多应用中，因为它们不要求使用整流子或电刷来供应电力给电动机的转子。由于这些组件经受很大的磨损，因此非常希望避免使用它们。磁通量切换机的转子具有不带有绕组或永磁体的凸齿。因此这些转子制造起来简单和非常结实耐用。它们适于多种应用，包括非常高速的电机(electrical machine)。

图1示出了如在美国专利6,788,020中所述的具有8个定子齿和4个转子齿的磁通量切换机。该电动机(motor)包括位于定子10的槽1，3，5，7中的励磁绕组和位于定子10的槽2，4，6，8中的电枢绕组。转子11是由层压钢板制成的具有4个转子齿9的凸极式转子。该电动机以励磁绕组中的直流电流和电枢绕组中的交流电流来工作。励磁绕组中的直流电流产生四极定子磁通量模式，当转子从与定子齿21，23，25，27对准转动成与定子齿22，24，26，28对准时，上述模式将电枢绕组在正或负方向上链接。这种交替链接电枢的磁通量在电枢中产生内部电动势(EMF)。通过控制电枢电流与电枢电动势同相(电动机)或异相(发电机)，所述磁通量切换机可用作电动机或发电机。该磁通量切换机提供简单且易于制备的结构，并赋予励磁电流和电枢电流两者易于变化的良好控制灵活性。

在发表论文中已经描述了磁通量切换机的操作。在由H.Pollock，R.Walter以及B.Gorti在IEEE IAS2003年年度会议撰写的论文“Low cost high power density，flux switching machines and drives for power tools(低成本高功率密度磁通量切换机和适于电动工具的驱动器”中，描述了磁通量切换机的操作，其中励磁绕组相对于电枢切换电路处于串联和并联配置。在由C.Pollock，H.Pollock，R.Barron，J.Coles，D.Moule，A.Court，R.Sutton撰写的在2006年9月的工业应用第42卷第5期第1177-1184页的IEEE会议记录中发表的论文“Flux switching machines for automotive applications(适于电动机应用的磁通量切换机)”中，描述了该磁通量切换机作为具有双线电枢绕组的电动机的操作。图1所示的磁通量切换电动机与这些发表论文中所述的那些是单相磁通量切换电动机，其具有携载交流电流的励磁绕组和单个电磁电枢。

图2示出了同样从现有技术中已知的另外的单相磁通量切换机，如由Y.Cheng；C.Pollock以及H.Pollock撰写的2005年10月2日至6日在第四十届国际会计准则年度会议的会议记录第3卷第2168至2175页的论文“A permanent magnet flux switching motor for low energy axial fans(用于低能量轴流风机的永磁磁通量切换电动机)”中所述。该电动机是双极电动机的四极模式，其在由S.E.Rauch和L.J.Johnson撰写的1955年AIEE会议记录中vol.PAS-74，第1261-1268页的论文中“Design principles of flux switch alternator(磁通量切换交流发电机的设计原则)”中首先进行了描述。图2的定子30采用穿插于四个层叠的定子段32，34，36和38之间的4个永磁段31，33，35和37，每个定子段携载适于电枢绕组的槽。由于在图1的转子11中电动机的旋转导致链接电枢绕组的磁通量中发生周期性变化，因此感生电枢绕组中的EMF。EMF与速度成比例且与图1中的磁通量切换机不同，由永磁体产生的磁励通量由于没有励磁绕组而不能被显著改变。由于励磁是在励磁绕组中没有铜损的情况下产生，因此图2所示的磁通量切换机提供一种高效的机器。结合励磁绕组和永磁体的磁通量切换机也是可能的，如在英国专利申请0721074.3和0721077.6中所公开的那样。

包括图1和图2中所示的那些所有现有技术的单相磁通量切换机作为电动机或作为发电机的操作要求电枢绕组中的电流以与在电枢绕组的由励磁通量感生的内部电动势同步地交替。在正和负方向的传导阻滞期间将控制电枢电流，从正向电枢传导阻滞逆转到负向电枢传导阻滞的电流频率由转子的所需转速确定以及每次电枢传导阻滞中的电流幅值由负载的所需转矩确定，或所述电枢电流可仅由机器的转速和内部电枢电动势的大小限制。