專(zhuān)利名稱(chēng)：電機(jī)的飽和控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如交流發(fā)電機(jī)和馬達(dá)的電機(jī)，尤其涉及該電機(jī)的控制。
背景技術(shù)：
參考圖l， 一典型的永磁(PM)交流發(fā)電機(jī)或馬達(dá)具有支撐永磁鐵104 并安裝在轉(zhuǎn)軸108上的轉(zhuǎn)子102。定子110具有多個(gè)在多個(gè)繞組112，這些繞 組在安裝到后鐵(back iron) 116的多個(gè)齒]14之間。(為了便于說(shuō)明，圖1中 繞組112的鄰近元件示為不連在一起。)當(dāng)運(yùn)行在交流發(fā)電機(jī)模式時(shí)，外部轉(zhuǎn) 矩促使軸轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵和繞組的相互作用在槽中繞組中引起磁通循環(huán)。隨著轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)引起的iM的變化，在繞組112中產(chǎn)生電壓，從而當(dāng)負(fù)載連接到該電機(jī)輸 出端時(shí)輸出電流。當(dāng)運(yùn)行在馬達(dá)模式時(shí)，來(lái)自外部源(未示出)的電壓施加給 繞組112，從而在定子和轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流感應(yīng)磁通，當(dāng)適當(dāng)控制時(shí)，使得轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。PM電機(jī)可以具有如圖1所示的"內(nèi)部轉(zhuǎn)子"結(jié)構(gòu)，或"外 部轉(zhuǎn)子"結(jié)構(gòu)(未示出)。
現(xiàn)有技術(shù)中PM交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓和頻率由轉(zhuǎn)子速度確定，TO在不 能獨(dú)立控制轉(zhuǎn)子鵬的難題。因此希望改善電機(jī)，尤其是PM電機(jī)的可控性。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，本發(fā)明提供一交流發(fā)電+;v馬達(dá)，其包括具有多個(gè)永磁體的
轉(zhuǎn)子；具有多個(gè)第一槽和多個(gè)第二槽的定子，第一槽位于與轉(zhuǎn)子相對(duì)方向的定 子的外圍，第二槽位于相對(duì)于轉(zhuǎn)子的第一槽相反一側(cè)；至少第一繞組，位于多 個(gè)所述第一和第二槽內(nèi)；至少第一磁路，限定在定子和轉(zhuǎn)子中，第一磁路圍繞 著至少一個(gè)第一槽，第一繞組設(shè)置在該第一槽中；至少第二磁路，圍繞著至少 第二槽中的一個(gè)，第一繞組設(shè)置在第二槽中，第二磁路與第一磁路共用定子的 一部分，第二磁路包括與共用部分不同于定子的磁飽和部分；至少第二繞組， 鄰近于第一繞組設(shè)置在多個(gè)第二槽中；第三磁路，限定在定子中并且包括定子 的磁飽和部分，第三磁路與流過(guò)第二繞組的電流相關(guān)；電流源，連接到第二繞 組并且適于傳遞足夠多的電流流經(jīng)第二繞組從而基本上t包和定子的所述磁飽和
部分；控串lj器，適于改變提供給第二繞組的所述電流以改變磁飽和部分的飽和 電平。
在另一方面，本發(fā)明提供擔(dān)一種可作為當(dāng)交流發(fā)電m/發(fā)電機(jī)以及馬達(dá)中 的至少一個(gè)的電機(jī)，該電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子組件，該組件具有包括至少第一繞 組的定子，該組件還具有第一和第二磁路和飽和控制組件，第一磁路包括轉(zhuǎn)子 并圍繞第一繞組的至少第一部分，第二磁路圍繞遠(yuǎn)離第一磁路的第一繞組的至 少一個(gè)第二部分，當(dāng)電流流過(guò)第一繞組時(shí)第一和第二磁路磁耦合，第二磁路包 括磁飽和的部分，飽和控制組件與第二電路的磁飽和部分相關(guān)，并且可操作的 改^5/f述飽和部分的飽和電平。
在另一方面，本發(fā)明提供一交流發(fā)電機(jī)，其包括磁轉(zhuǎn)子；具有本體和至 少一個(gè)功率繞組的定子，所述功率繞組適于產(chǎn)生電壓和電流，至少部分地響應(yīng) 轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)動(dòng)，定子還包括至少一個(gè)和輸出線(xiàn)圈串聯(lián)的飽和鐵芯電感 組件，其中飽和鐵芯電感組件的飽和鐵芯部分本質(zhì)上由定子本體提供；以及適 于選擇性控制飽和鐵芯部飽和7jC平的飽和控制裝置。
在另一方面，本發(fā)明提供一種可作為交流發(fā)電t;i/發(fā)電機(jī)和馬達(dá)中的至少
一種進(jìn)行操作的電機(jī)，該電機(jī)具有轉(zhuǎn)子和定子，定子包括至少一個(gè)第一繞組， 該電機(jī)包括包括第一磁路，其包括轉(zhuǎn)子并圍繞第一繞組的至少第一部分；一 第二磁路，其圍繞第一繞組的至少第二部分，當(dāng)電流流過(guò)第一繞組時(shí)第一和第 二磁路磁耦合，第二磁路包括可磁飽和的部分；以及用于控制所述可飽和部分 的飽和電平的變換裝置。
在另一方面，本發(fā)明提供一種調(diào)節(jié)連接至U負(fù)載的電力輸出的方法，該方法 包括連接至U負(fù)載的至少一個(gè)交流發(fā)電機(jī)，該交流發(fā)電機(jī)具有磁轉(zhuǎn)子，定子以及 至少一個(gè)定子繞組，該繞組與初級(jí)磁路相關(guān)，初級(jí)磁路包括轉(zhuǎn)子和在定子中限 定的次級(jí)磁路，次級(jí)磁路與初級(jí)磁路磁耦合到初級(jí)磁路并包括磁飽和部分，該 方法包括以下步驟相對(duì)于定子移動(dòng)轉(zhuǎn)子以在繞組中產(chǎn)生輸出電流，并可控地 改變次級(jí)磁路的飽和電平。
在另一方面，本發(fā)明提供一種在該電機(jī)中分配功率的方法。本說(shuō)明書(shū)及附 圖中還公開(kāi)了其它的發(fā)明，同樣，本發(fā)申請(qǐng)要求了所有的發(fā)明。


為了更好地理解本發(fā)明并更清晰地示出它如何實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在通過(guò)參考附圖實(shí)
例的方法，示出根據(jù)本發(fā)明雌實(shí)施例的主題，其中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中永磁交流發(fā)電抓馬達(dá)的橫截面示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明交流發(fā)電抓馬達(dá)的局部橫截面示意圖； 圖3是圖2的交流發(fā)電抓馬達(dá)部分等效電路的示意圖，示出了其功能特
征；
圖4類(lèi)似于圖2，但示出了本發(fā)明另一實(shí)施例； 圖5示意性i標(biāo)出本發(fā)明另一方面的方框圖；以及
圖6示意性ite出本發(fā)明另一方面的方框圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的永磁(PM)電機(jī)用10表示。為了易于描述和說(shuō) 明，圖2示出了電機(jī)10線(xiàn)性布置，然而可以知道該電機(jī)通常優(yōu)選具有環(huán)形的 結(jié)構(gòu)，具有內(nèi)部或外部轉(zhuǎn)子。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以知道，圖2以及附屬說(shuō)明 實(shí)質(zhì)上是示意性的，以及為了清晰省略了許多設(shè)計(jì)上的常規(guī)的細(xì)節(jié)。電機(jī)10 可以構(gòu)造為交流發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生電能，或構(gòu)造為馬達(dá)以將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械轉(zhuǎn)矩， 或，二者。下面的描述涉及同時(shí)以交流發(fā)電機(jī)和馬達(dá)運(yùn)行的電機(jī)。
交流發(fā)電^l/馬達(dá)10具有安裝有7乂磁鐵14的轉(zhuǎn)子12，該轉(zhuǎn)子安裝成相對(duì) 定子20旋轉(zhuǎn)。定子20具有至少一個(gè)功率繞組22并4，地具有至少一個(gè)控制 繞組24，以及該實(shí)施例的定子20具有三相，設(shè)計(jì)成具有三W蟲(chóng)立地電磁功率 繞組22 (所述相分別由循環(huán)數(shù)字l， 2， 3表示)以及相應(yīng)的三個(gè)^i:地控制繞 組24。該實(shí)施例中的功率和控制繞組由線(xiàn)圈繞組氣隙26分隔開(kāi)并設(shè)置在多個(gè) 相鄰齒30之間的徑向槽28中。(為了易于說(shuō)明，圖2中控制線(xiàn)圈24相鄰元件 示出為斷開(kāi)。為了易于描述，相鄰的槽28表示為A， B， C， D等。)。功率繞 組22和控制繞組24彼此電隔離。后鐵32，或本申請(qǐng)中描述的控制IM總線(xiàn)在 槽28之間延伸。轉(zhuǎn)子氣隙34以傳統(tǒng)方式將轉(zhuǎn)子12和定子20分隔開(kāi)。定子的 鐵芯或"橋"部或"功率磁通總線(xiàn)"36也在功率繞組22鄰近部之間的相鄰的 成對(duì)齒30之間延伸。
用于PM電機(jī)10的材料可以是設(shè)計(jì)者認(rèn)為適合的任何材料。發(fā)明者優(yōu)選 的材料為釤鈷永磁鐵，銅功率和控制繞組，定子齒適合的飽和電磁材料例如 通常用于磁性電機(jī)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電硅鋼，功率和控制磁通總線(xiàn)。如所期望的，定子 齒，功率和可控制磁通總線(xiàn)可以相互可以是一整體也可以是相互分開(kāi)的。設(shè)計(jì)
者至少部分地基于所期望的電機(jī)中磁路(下文描述)的性能 擇轉(zhuǎn)子和定子
的尺寸和材料，從而產(chǎn)生所期望的電機(jī)性能，等?？刂迄i總線(xiàn)32是可磁飽 和的，如下文所述。
該實(shí)施例中的功率繞組22是由單個(gè)導(dǎo)鵬成的，其從功率m總線(xiàn)36第 一側(cè)iSA槽28中，在另一端穿過(guò)功率磁通總線(xiàn)36并離開(kāi)功率磁通總線(xiàn)36第 二側(cè)或其它側(cè)上的槽28 (也就是與第一側(cè)或iSA側(cè)相對(duì)側(cè))，并iSA下一個(gè)相 同想的槽28 ，其中功率繞組22伏選從功率磁通總線(xiàn)36的第二側(cè)而不是第一側(cè) SA該下一個(gè)槽，如上所述。功率繞組22的繞組,類(lèi)似于援引參考中的描 述。
同時(shí)，控制繞組24纏繞在控制磁通總線(xiàn)上，在該實(shí)施例中優(yōu)選地是纏繞 多圈，例如25圈，原因如下所述。相鄰適當(dāng)槽之間繞組的方向(g卩，適于維 持功率繞組之間的相一致)優(yōu)選地是從槽到槽之間是相同的，并因此相對(duì)于功 率繞組22交替相交，從而在控制繞組感應(yīng)出凈零(net-zero)電壓，如下文將 進(jìn)一步描述?？刂评@組24連接到電流源和控制系統(tǒng)50 (參見(jiàn)圖3)，-贓該實(shí)
例中包括可變電流dc源和適當(dāng)?shù)墓虘B(tài)控制系統(tǒng)，im具有的功能，如下文進(jìn)
一步描述。由該電流源提供的電流 有效足夠飽和控制總線(xiàn)32，如下文所述。
參見(jiàn)圖3，描述的交流發(fā)電t;v馬達(dá)10也可以由等效電路10示意性的示
出，該等效電路10'具有多個(gè)連接到多個(gè)功率電感22'(即，等效于槽部28b 中初級(jí)繞組22部分)的交流電流源12' (B卩，4Th等效于移動(dòng)地磁轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和 槽部28a中功率繞組22部分)，電流源12'和功率電感22'交替串聯(lián)設(shè)置。與 功率電感22'相連的是多個(gè)具有飽和鐵芯32'(等效于飽和控制磁通總線(xiàn)32) 的控制電感24' (g卩，等效于控制繞組24)?？刂齐姼?4'連接到一可變DC電 流源和本實(shí)施例中由50表示的控制系統(tǒng)，在下面會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步描述。因此， 可以看到初級(jí)繞組22，控制繞組24以及控制磁通總線(xiàn)32在本發(fā)明中共同提供 一在定子12上的飽和鐵芯電感。大家都知道飽和鐵芯電感在交流電源的調(diào)節(jié) 中是很有用的， 一方面本發(fā)明提供了一集成方法實(shí)現(xiàn)通常形式的調(diào)節(jié)方案，將 進(jìn)fi^—步描述。
再參考圖2，在使用中，交流發(fā)電機(jī)模式的轉(zhuǎn)子12相對(duì)于定子20移動(dòng)， 磁鐵14和功率繞組22的相互作用沿著初級(jí)磁ffl^各徑或磁路60在PM電機(jī)10 內(nèi)產(chǎn)生初級(jí)磁通。初級(jí)磁通在功率繞組中感應(yīng)出電壓，當(dāng)連接有電力負(fù)載時(shí)而
形成感應(yīng)電流，并且該感應(yīng)電流產(chǎn)生一次級(jí)磁通沿著相鄰的次級(jí)磁通路徑或者
磁路62循環(huán)。當(dāng)電流流過(guò)功率繞組時(shí)，初級(jí)和次級(jí)磁路磁耦合。次級(jí)磁路62 大部分在很^l呈度上與轉(zhuǎn)子和初級(jí)磁路60分離。(應(yīng)當(dāng)理解該描述用來(lái)描述實(shí) 施例的相"1"，類(lèi)似的相互作用等等也發(fā)生在其它相上)本領(lǐng)域的讀者根據(jù)本 發(fā)明將會(huì)知道在許多情況下期望包括一調(diào)節(jié)設(shè)備在無(wú)負(fù)載瞎況期間在功率繞組 中保持一最小電流。
初級(jí)磁路60包括轉(zhuǎn)子12，轉(zhuǎn)子氣隙34，輸出磁通總線(xiàn)36和轉(zhuǎn)子12和輸 出 總線(xiàn)36之間的定子齒30的一部分。初級(jí)磁路圍繞功率繞組22的一部 分，在使用中作為交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流流過(guò)功率繞組22。次級(jí)磁路62包括輸 出 總線(xiàn)36，控制總線(xiàn)32以及控制總線(xiàn)32和輸出磁通總線(xiàn)36之間的定子 齒30的一部分。在該實(shí)施例中，次級(jí)磁路圍繞槽28b中的功率繞組22和控制 繞組24的部分。輸出M總線(xiàn)36將槽28分為兩個(gè)槽部分或者是開(kāi)口 28a和 28b，其中一開(kāi)口 28a只用于功率繞組，另一開(kāi)口 28b用于功率和控制繞組。 初級(jí)磁路圍繞開(kāi)口 28a，而次級(jí)磁路圍繞開(kāi)口 28b。開(kāi)口 28a 4，地沿徑向比 開(kāi)口28b更M:轉(zhuǎn)子。初級(jí)和次級(jí)磁路共用功率磁通總線(xiàn)36，因此初級(jí)和次級(jí) 磁路如上所述磁耦合。
第三磁路64im繞著控制總線(xiàn)32循環(huán)，部分地如圖2所示(也就是，只 示出了第三磁路的部分，該實(shí)施例中第三磁路圍繞整個(gè)定子循環(huán))。第二和第 三磁路共用控制鵬總線(xiàn)32，因此第二和第三磁路也是磁耦合。如所述的，至 少控制磁通總線(xiàn)32的部分是飽和的。
當(dāng)作為交流發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，本發(fā)明允許功率繞組22的輸出通過(guò)作用在控 制繞組24上的電流 制。這一點(diǎn)現(xiàn)在將給予描述。
如上面所解釋的，等效功率電感22'由槽28b中的功率繞組22的部分和次 級(jí)磁路62形成，由圖3中的等效電路示意性地示出?？刂评@組24分享了次級(jí) 磁路，然而由于其與每一插槽中的功率繞組22的纏繞方向一樣，如上所述， 因此獲得的效果類(lèi)與交互的反向飽和電感所提供的效果類(lèi)似，優(yōu)選實(shí)質(zhì)上沒(méi)有 在控制繞組24中通過(guò)次級(jí)磁路中的1M產(chǎn)生凈電壓。
從電源50到控制繞組24的直流電流的應(yīng)用在控制磁通總線(xiàn)32中產(chǎn)生直 流Mffi循環(huán)ffl^各64。在圖2中描述的時(shí)刻，可以看到控制 總線(xiàn)32中的第 三磁路64中的直流磁通與槽A中第二磁路62中的交流磁通的方向相同，但是
在槽D中控制磁通總線(xiàn)32的第三磁路64的直流磁通的方向與第二磁路62的 交流《的方向相反。隨著直流電流在控制繞組24中增加，控制總線(xiàn)32中的 m密度也增加，這樣最終達(dá)至臓通飽和密度。應(yīng)當(dāng)理解首先會(huì)在交流磁通禾口 直流 為相同方向的控制總線(xiàn)的區(qū)域中達(dá)到飽和，在駄的控制電流時(shí)，控 制總線(xiàn)的兩個(gè)區(qū)域都變飽和，而不用考慮磁通方向。一旦發(fā)生飽和，次級(jí)磁路 中的交流 會(huì)由于功率繞組的電流大大減小。
如所述的，相對(duì)于功率繞組，控制繞組的模式tt^在在控制繞組中感應(yīng)出 凈零電壓，這可以簡(jiǎn)化控制。同樣，由于通過(guò)兩個(gè)控制磁通總線(xiàn)34的直流控 制電流相對(duì)于功率繞組22，在不同方向上產(chǎn)生M， 一個(gè)總線(xiàn)34將在交流電 源中的一個(gè)周期中更加飽和，而另一個(gè)總線(xiàn)34將在其它周期中更飽和，這樣 有助于通過(guò)每半周期平衡控制操作。
一旦飽和，磁性材料基本上失去了它們的導(dǎo)磁能力，這樣會(huì)對(duì)交流磁力(HJ 和直流磁影響(H^)的進(jìn)一步改進(jìn)中顯示無(wú)磁?？刂瓶偩€(xiàn)32中的這種飽和情 況的實(shí)際結(jié)果是實(shí)質(zhì)上消除了由于次級(jí)磁路產(chǎn)生的電感，從而大大減少了電機(jī) 的電感。
另外，隨著功率繞組22中電流的增加，例如由于外部負(fù)載的增加或者運(yùn) 行速度的增加而導(dǎo)致產(chǎn)生的輸出電壓的增加，磁通方向會(huì)在瞬間反向的控制磁 通總線(xiàn)32的部分將變得更加不飽和，這導(dǎo)致了電感成比例的增加。這種影響 傾向于導(dǎo)致輸出電流可以在某種程度上保持恒定。因此本發(fā)明導(dǎo)致交流發(fā)電機(jī) 的功率輸出電流成為控制電流的一函數(shù)。由次級(jí)磁路形成的等效功率電感22' 的最大電感與次級(jí)磁路的部分的物理尺寸相關(guān)。功率繞組短路電流與控制繞組 中的安培匝數(shù)有關(guān)
IP*Np+K = IC*Nc
其中Np和Nc分別是功率和控制繞組的匝數(shù)，IP和IC分別是功率和控制 繞組中的電流，K是常量，其與功率繞組的最大電感和電機(jī)的其它設(shè)計(jì)特征成 反比。
這允許了對(duì)功率繞組22的輸出的控制，因此控制繞組24可以被用作PM電 機(jī)10的控制源。用于控制PM電機(jī)的運(yùn)行的方法在電機(jī)內(nèi)部是可以獲得的， 如可以通過(guò)PM電機(jī)10的功率繞組產(chǎn)生"控制"電流，通常與整流器結(jié)合使 用。雖然設(shè)置控制繞組與整流輸出電流連接也可以被用于控制電流到某種程
度，但是在一些實(shí)施例中，不需要外部的控制電流源與電流控制共同起作用。 本發(fā)明的該新穎的結(jié)構(gòu)因此使電機(jī)的控制系統(tǒng)的許多新穎的方式成為可能，下 面將描述更多的實(shí)例。
例如，交流發(fā)電機(jī)10的輸出(也就是，來(lái)自功率繞組22)可以M31將控 制繞組24連接到電源50而被控制，應(yīng)用至啦制繞組上的電流雌的足夠使控 制^1總線(xiàn)32飽和，這樣的飽和是由沿著第三磁路64的磁通產(chǎn)生的，該鵬 是由流過(guò)控制繞組24的電流感應(yīng)生成的，在本實(shí)施例中控制繞組纏繞著控制 磁通總線(xiàn)32。當(dāng)發(fā)生飽和時(shí)，繞著次級(jí)磁路62的M被有效地消除，功率繞 組和次級(jí)磁路之間的磁關(guān)系就是這樣的從而功率繞組中的電感實(shí)質(zhì)上被消除。 因此，允許更多的電流流進(jìn)功率繞組。因此，由控制電流源50提供的電流電 平可以如所要求的連續(xù)變化，從而可以在轉(zhuǎn)子速度的范圍外和電力負(fù)載的范圍 外調(diào)節(jié)功率繞組的輸出電流(因此，最終是輸出電壓)。為了影響恒定輸出電 壓控制，例如，電流源50的控制系統(tǒng)采用一反饋控制電路，以將交流發(fā)電機(jī) 輸出的電壓(也就是，功率繞組22的輸出)和固定基準(zhǔn)值(例如，表示所期 望的輸出電壓電平)做比較，控制方式可以如此設(shè)定，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)輸出電壓 小于所期望的參考電平時(shí)，提供一命令來(lái)增加控制電流以增力B飽和電平和輸出 電流，以及電壓。同樣的，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)輸出電壓高于所期望的參考值時(shí)(它 可以與上述的參考值相同或不相同)，提供類(lèi)似的命令以減少控制電流從而減 少飽和電平以及輸出電流，這最終允許了對(duì)輸出電壓的控制。這樣，交流發(fā)電 機(jī)的輸出電壓可以得至頓整。
在另外的控制方法中，如果沒(méi)有電流提供給控制繞組24，功率繞組22的 輸叫織咸少，并且被所設(shè)計(jì)的電機(jī)的構(gòu)3t^限制，從而電機(jī)的阻抗足夠限制短 路電流，以使電機(jī)可以在不被破壞的情況下被方便地控制(也就是，短路電流 足夠低例如不會(huì)讓電機(jī)發(fā)生過(guò)熱的危險(xiǎn)等等)。這方面，本發(fā)明以類(lèi)似申請(qǐng)人 未決的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)以及上面提援引到的"可熔次級(jí)"實(shí)施例方式操作。
許多其它的控制方案也是可能的，包括控制電流(也就是，控制繞組24 中的電流)調(diào)制控制快速變化的電流從而導(dǎo)致交流發(fā)電機(jī)輸出的循環(huán)振幅調(diào) 制，從而導(dǎo)致新的輸出頻率(或者頻帶)的產(chǎn)生，這不同于電機(jī)的原始頻率他 就是，交流發(fā)電機(jī)的速度時(shí)間極對(duì)頻率)。
iM4繼以繞著控制磁通總線(xiàn)32相同的方向圍繞著第三磁路64循環(huán)。如
上所述，雖然控制繞組放置在對(duì)應(yīng)所描述的三相電機(jī)的某一具體相的槽中，但 是功率繞組在每一槽中以相反方向纏繞，這由于相中的每一相鄰槽相關(guān)的磁鐵
14的相反極性設(shè)置。為了確保對(duì)于第三磁路64可以提供一致的方向，如所述 的控制繞組 在所有槽中以相同的方向纏繞。而且如所述的，在控制繞組24 中感應(yīng)出凈零電壓，由于需要相對(duì)低的直流電位來(lái)提供直流控制電流因此這是 所期望的，因此在控制繞組上移除一大的交流電位不需要特殊的考慮。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)還在于允許負(fù)載在多個(gè)交流發(fā)電la/發(fā)電機(jī)之間共用?？刂?繞組控制電機(jī)的輸出電流。因此，參考圖5，如果幾個(gè)交流發(fā)電機(jī)10連接到簡(jiǎn) 單的整流器60，整流器的輸出可以直接連接到一起以便可以反饋共同的負(fù)載電 路。每一交流發(fā)電tW負(fù)載的貢獻(xiàn)是，艦控制直流電流來(lái)調(diào)整，該直流電流 (在該實(shí)施例中)是由控制源50'提供。這樣，如果單一的交流發(fā)電機(jī)發(fā)生故 障或者關(guān)閉，集成在50中的控制系統(tǒng)可以檢測(cè)到該故障，并且提供負(fù)載的無(wú) 縫共享，ffl31增加一個(gè)或更多的剩余的交流發(fā)電機(jī)的電流貢1 ,卜償來(lái)自故障 或者關(guān)閉的交流發(fā)電機(jī)的缺陷。
本發(fā)明還有可能適當(dāng)?shù)闹苯舆B接定相的交流發(fā)電機(jī)10到一起從而多個(gè)具 有匹配相(例如，相"1"，如上所述)的交流發(fā)電機(jī)10的交流輸出可以并行 連接，如圖6所示。通過(guò)控制系統(tǒng)50"提供電流共享控制，控制系統(tǒng)50"可以 調(diào)節(jié)上述每一交流發(fā)電機(jī)中的控制電流。當(dāng)單一電機(jī)的軸長(zhǎng)或最大直徑由于轉(zhuǎn) 子動(dòng)力或其他原因必須保持在一特定值之下時(shí)，可以導(dǎo)致機(jī)械配置的一些優(yōu) 點(diǎn)。這樣，在一軸70上的兩個(gè)較小的電機(jī)10，例如，可以提供充分大的功率 輸出給更大的共用負(fù)載電路。
在上面兩個(gè)實(shí)施例中，這允許了電力可以被共用的一更簡(jiǎn)單的裝置，不需 要現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)雜的控制系統(tǒng)。該特征可以被有利地利用在一"雙通道"電 機(jī)中，如上面援引的申請(qǐng)人的未決的專(zhuān)利申請(qǐng)中所述的。再次參考圖5和6， 例如兩個(gè)電機(jī)10可以被集成到一條子-定子組裝中。
在另一實(shí)施例中，如上面所討論的，根據(jù)上面結(jié)合的申請(qǐng)人的未決的專(zhuān)利 申請(qǐng)可以提供具有低居里點(diǎn)材料的初級(jí)磁通總線(xiàn)36，從而可以在發(fā)生故障導(dǎo)致 超出正常itt亍^Jt時(shí)提供熱i呆護(hù)。
例如上逸公開(kāi)的控制方案可以被斜蟲(chóng)應(yīng)用或者按照需要組合應(yīng)用，從而允 許在PM電機(jī)中同時(shí)存在幾個(gè)控制特征?，F(xiàn)有技術(shù)中固定幾何結(jié)構(gòu)的PM電機(jī)
在任何情況下都是不可控的，除了通過(guò)它們運(yùn)行的速度，本發(fā)明中的這種可控
'頓于PM電機(jī)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)具有重大的價(jià)值，特別是在那些電機(jī)的繊不能被 用于控制電機(jī)輸出的申請(qǐng)中。本發(fā)明還提供了適用于航空應(yīng)用的耐用并且可靠 的設(shè)計(jì)。本發(fā)明提供的功率共享也不能被忽視。
在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，控制繞組224被提供在與封閉槽部分228b 相鄰的分離開(kāi)的封閉槽228c中。次級(jí)磁路262和第三磁路264共用控制磁通 總線(xiàn)232。圖4中的參考數(shù)^^[以于圖2中的數(shù)字，但是都加了 200。
在另一實(shí)施例中，沒(méi)有示出，勝于依賴(lài)控制繞組24和用于飽和控制的控 制電流源50，控制磁通總線(xiàn)可以被7乂久磁鐵飽和，永久磁鐵接近控制磁通總線(xiàn) S31—適當(dāng)?shù)目刂坪突顒?dòng)系統(tǒng)，這可以是機(jī)械的，電氣的，電子的或者其它， 或者它們的組合。
本發(fā)明還可以用作電子馬達(dá)控制用途。例如，當(dāng)作為啟動(dòng)馬達(dá)4吏用時(shí)，本 發(fā)明用于改變發(fā)動(dòng)器的阻抗從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中電流的瞬變，扭矩速度 關(guān)系也可以使用控制繞組被調(diào)整到某一程度，由于功率繞組的可變電感，轉(zhuǎn)子 磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)之間的相位角度是可變的。對(duì)以的，其他控制模式對(duì)于交 流發(fā)電板發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)也是可能的。例如，如上面簡(jiǎn)單所述的，ffl51改變生成的 的頻率，適當(dāng)?shù)淖兓蛘哒{(diào)制飽和電平可以被用來(lái)控制在功率繞組中的輸出交 流電流的頻率，如交流發(fā)電miM是可變的，為了提供所期望的恒定輸出頻率。 這可以通過(guò)使用振幅調(diào)節(jié)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣交流發(fā)電機(jī)輸出頻率由兩個(gè)或更多 的頻率組件組成(也就是頻率或頻帶的和或者差)。其中一個(gè)頻率的適當(dāng)?shù)倪^(guò) 濾，減少或檢測(cè)將導(dǎo)致一新的單一輸出頻率，這與交流發(fā)電機(jī)頻率和控制頻率 之間的和或者差相關(guān)。調(diào)制交流發(fā)電機(jī)輸出的包絡(luò)的活動(dòng)的整流還可以用于一 新的電源頻率。
上面的描述因此只意自只是實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到不脫離 本發(fā)明范圍的其它的改變也可以適用于本實(shí)施例。例如，電機(jī)可以是單相或者 多相的，單通道或者多通道的。繞組可以是每槽單匝或者多匝，繞組的匝數(shù)的 數(shù)目不必是一個(gè)整數(shù)，功率繞組的數(shù)目不必等于控制繞組的數(shù)目， 一個(gè)槽中可 以有一個(gè)或多個(gè)繞組可。繞組可以是任意導(dǎo)體(也就是，單一導(dǎo)體，不止一根 電線(xiàn)，絕緣的，疊層的，絞合線(xiàn)等等)或者可以是超導(dǎo)體。在多相電機(jī)中，根 據(jù)公知技術(shù)可以有增量(delta)三角形和Y形連接繞組。在功率繞組和控制繞
組之間不需要有氣隙，只要繞組彼此間電絕緣。轉(zhuǎn)子可以是任意適當(dāng)?shù)碾姶沤Y(jié) 構(gòu)(也就是不必需要7乂久磁鐵轉(zhuǎn)子)，可以被提供在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者外部，或者 任意其它適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)中。其它繞組結(jié)構(gòu)也是可能的，上面描述的結(jié)構(gòu)根本不需 要使用，或者在整個(gè)設(shè)備中不需要。同樣，描述的磁路可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞?被設(shè)置在定子(和/或轉(zhuǎn)子)中。同樣的，定子和^T也可以具有任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié) 構(gòu)?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)娘柡头椒?。雖然在上面描述的一些實(shí)施例中用于控制 飽和 直流電源，在一些瞎況中也可以j頓交流電源來(lái)獲得期望的結(jié)果，本 領(lǐng)域的讀者者阿以理解。
根據(jù)本發(fā)明的公開(kāi)，落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的其它改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，這樣的改變?cè)噲D驗(yàn)附屬權(quán)禾腰求的范圍之內(nèi)。在本申 請(qǐng)中，應(yīng)當(dāng)理解術(shù)語(yǔ)"交流發(fā)電機(jī)"有時(shí)指用于產(chǎn)生電的裝置，但并不限于只 用于產(chǎn)生輸出交流電的裝置。
權(quán)利要求
1.一種交流發(fā)電機(jī)/馬達(dá)包括具有多個(gè)永磁體的轉(zhuǎn)子；具有多個(gè)第一槽和多個(gè)第二槽的定子，第一槽位于與轉(zhuǎn)子相對(duì)方向的定子的外圍，第二槽位于相對(duì)于轉(zhuǎn)子的第一槽相反一側(cè)；至少一個(gè)第一繞組，位于多個(gè)所述第一和第二槽內(nèi)；至少一個(gè)第一磁路，限定在定子和轉(zhuǎn)子中，第一磁路圍繞著第一槽，第一繞組設(shè)置在該第一槽中；至少個(gè)一第二磁路，圍繞著至少一個(gè)第二槽，第一繞組設(shè)置在第二槽中，第二磁路與第一磁路共用定子的一部分，第二磁路包括與共用部分不同于定子的磁飽和部分；至少一個(gè)第二繞組，鄰近于第一繞組設(shè)置在多個(gè)第二槽中；第三磁路，限定在定子中并且包括定子的磁飽和部分，第三磁路可操作地與流過(guò)第二繞組的電流相關(guān)；電流源，連接到第二繞組并且適于使足夠多的電流流經(jīng)第二繞組從而基本上飽和定子的所述磁飽和部分；控制器，適于改變提供給第二繞組的所述電流以改變磁飽和部分的飽和電平。
2. 如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)電豐il/馬達(dá)，其特征在于，第二磁路圍繞著 唯一一個(gè)所述第二槽。
3. 如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)電板馬達(dá)，其特征在于，第二繞組位于第 二槽中，i亥第二槽與其中設(shè)置了第一繞組的第二槽不同但是相鄰。
4. 如權(quán)利要求3所述的交流發(fā)電纟;i/馬達(dá)，其特征在于，磁飽和部分設(shè)置在所述的不同但是相鄰的第二槽之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的交流發(fā)電抓馬達(dá)，其特征在于，第二繞組i體在 第二槽中，以與第一繞組相反的纏繞方式繞制。
6. 一種可作為交流發(fā)電板發(fā)電機(jī)和馬達(dá)中的至少一種進(jìn)行操作的電機(jī)，該電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子組件，該組件具有包括至少一個(gè)第一繞組的定子，該組 件還具有第一和第二磁路和一t包和控制組件，該第一磁路包括轉(zhuǎn)子并且圍繞第 一繞組的至少一個(gè)第一部分，第二磁路圍繞遠(yuǎn)離第一磁路的第一繞組的至少一 個(gè)第二部分，當(dāng)電流流過(guò)第一繞組時(shí)第一和第二磁路磁耦合，第二磁路包括磁 飽和的部分，飽和控制組件與第二電路的磁飽和部分相關(guān)，并且可操作地改變 所述飽和部分的飽和電平。
7. 如權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其特征在于，飽和控制組件包括至少一個(gè) 第二繞組和連接到該繞組的可變輸出電流源，其中繞組被提供在定子中從而當(dāng) 繞組中的電流電平變化時(shí)，所述飽和部分的飽和電平是變化的。
8. 如權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其特征在于，定子具有多個(gè)外圍槽，槽中 設(shè)置了第一繞組。
9. 一種交流發(fā)電機(jī)包括 磁轉(zhuǎn)子；定子，具有本體和至少一個(gè)功率繞組，該功率繞組適于產(chǎn)生電壓和電流， 至少部分地反應(yīng)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)動(dòng)，定子還包括與功率繞組串聯(lián)的至少一 ^tt包和鐵芯電感組件，其中該飽和鐵芯電感組件的和鐵芯部分本質(zhì)上由定子本 體提供；以及適于有選擇地控制飽和鐵芯部分的飽和電平的飽和控制裝置。
10. 如權(quán)利要求9所述的交流發(fā)電機(jī)，其特征在于，飽和控制裝置包括控 制繞組，其纏繞在飽和鐵芯部分上，以及電流源，其適于給控制繞組提供可變 電流。
11. 一種可以作為交流發(fā)電ia/發(fā)電機(jī)和馬達(dá)中的至少一種進(jìn)行操作的電機(jī)，該電機(jī)具有轉(zhuǎn)子和定子，定，括至少一個(gè)第一繞組，該電機(jī)包括 第一磁路，其包括轉(zhuǎn)子并且圍繞第一繞組的至少一個(gè)第一部分；第二磁路，其圍繞第一繞組的至少一個(gè)第二部分，當(dāng)電流流過(guò)第一繞組時(shí)第一和第二磁路磁耦合，第二磁路包括可磁飽和的部分；以及 用于控制所述飽和部分的飽和電平的變化的裝置。
12. 如豐又利要求11所述的電機(jī)，其特征在于，所述的飽和電平從不飽和 電平到完全飽和電平的范圍內(nèi)變化。
13. 一種可以調(diào)節(jié)連接到負(fù)載的電力輸出的方法，該方法包括連接到負(fù)載的至少一個(gè)交流發(fā)電機(jī)，該交流發(fā)電機(jī)具有磁轉(zhuǎn)子、定子和至少一個(gè)定子繞組， 該繞組與初級(jí)磁路相關(guān)，初級(jí)磁路包括轉(zhuǎn)子和限定在定子中的次級(jí)磁路，第二 磁路與初級(jí)磁路磁耦合并且包括磁飽和部分，該方法包括以下步驟 轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子轉(zhuǎn)動(dòng)以在繞組中產(chǎn)生輸出電流， 可控地改變次級(jí)磁路部分的飽和電平。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)交流發(fā)電機(jī)包括多個(gè)連接到負(fù)載的所述交流發(fā)電機(jī)，其中該方法還包括以下步驟監(jiān)測(cè)旨交流發(fā)電機(jī)的輸出，以指示出有關(guān)缺陷的交流發(fā)電機(jī)中所存在的 至少一個(gè)不足的情況而導(dǎo)致相關(guān)的功率下降；可控制地改輕少一 個(gè)無(wú)缺陷交流發(fā)電機(jī)的飽和電平來(lái)補(bǔ)償所述的功率減少。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述的相關(guān)的功率減少由 于有缺陷的交流發(fā)電機(jī)的故障和關(guān)閉中的至少一個(gè)原因。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交流發(fā)電機(jī)/馬達(dá)(10)，其具有轉(zhuǎn)子(12)，定子(20)以及至少一個(gè)定子(20)中的適于傳導(dǎo)電流的繞組(22)，該電機(jī)還具有第一和第二磁路，磁路的一個(gè)包括一飽和部分其中可控制飽和度以控制該電機(jī)。
文檔編號(hào)H01F29/14GK101111982SQ200580047258
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者K·A·多利 申請(qǐng)人:普拉特-惠特尼加拿大公司