開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，包括：轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)盤(pán)，由該轉(zhuǎn)軸徑向地延伸，具有沿圓周均勻分布的轉(zhuǎn)子磁極；定子裝置，具有沿圓周均勻分布的定子單元，它們?cè)诖怪庇谠撧D(zhuǎn)軸的一個(gè)共同平面內(nèi)對(duì)齊，并且軸向地與該轉(zhuǎn)盤(pán)間隔一軸向空氣間隙，每個(gè)定子單元具有一定子線(xiàn)圈。這些定子單元分成兩組，以構(gòu)成一第一組定子單元和一第二組定子單元，每個(gè)第一組定子單元的定子單元由兩個(gè)第二組定子單元的定子單元在兩邊包圍；以及一控制電路，其包括一正向半波整流裝置和一反向半波整流裝置；第一組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該正向半波整流裝置相連，第二組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該反向半波整流裝置相連。本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)低，并且易于制造和易于控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)，尤其涉及一種開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]磁阻電動(dòng)機(jī)是現(xiàn)有習(xí)知的。一般地，磁阻電動(dòng)機(jī)是指轉(zhuǎn)子上沒(méi)有永久磁鐵的一類(lèi)電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)矩是通過(guò)磁阻產(chǎn)生的，也就是說(shuō)，由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向磁阻最小位置處的趨勢(shì)產(chǎn)生?，F(xiàn)有的一種磁阻電動(dòng)機(jī)通過(guò)一電路進(jìn)行控制。該電路決定轉(zhuǎn)子的位置，一相的線(xiàn)圈電流是轉(zhuǎn)子的位置的函數(shù)。這類(lèi)磁阻電動(dòng)機(jī)被稱(chēng)為SRM (Switched Reluctance Motor,開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī))。
[0003]圖1A示出了一個(gè)SRM的原理性立體圖。該SRM的圓筒形定子102包括多個(gè)向內(nèi)突伸的磁極104、106。這些磁極由該定子的內(nèi)周向內(nèi)突伸并指向該圓筒形定子的開(kāi)口中心。該定子通過(guò)由繞在該定子的磁極上的線(xiàn)圈112產(chǎn)生的電流變化而生成的一磁場(chǎng)的周期性地磁化。收容在該開(kāi)口中心的一轉(zhuǎn)子107具有向外突伸的電極108、110。一般地，該轉(zhuǎn)子沒(méi)有永磁鐵。該轉(zhuǎn)子與定子是同軸的。該轉(zhuǎn)子可以用諸如層疊硅鋼之類(lèi)的軟磁材料制成，并具有多個(gè)突出部108、110用以作為在磁阻過(guò)程中的突出的磁極。該轉(zhuǎn)子與一轉(zhuǎn)軸111相連，該轉(zhuǎn)軸111在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可自由旋轉(zhuǎn)以作為一輸出軸。激勵(lì)該定子能量可使該轉(zhuǎn)子的磁極與該定子的磁極對(duì)齊，從而使磁通路徑的磁阻最小。該轉(zhuǎn)子的位置信息可用以控制各相的激勵(lì)以達(dá)成穩(wěn)定和連續(xù)的轉(zhuǎn)矩。
[0004]圖1B示出了一個(gè)SRM的原理性剖視圖。在每個(gè)定子磁極116上設(shè)有一線(xiàn)圈114。相對(duì)地設(shè)置的兩個(gè)定子磁極116、118可以相互配合構(gòu)成一相。每一相可通過(guò)向線(xiàn)圈114供給電流而激勵(lì)。通常設(shè)有開(kāi)關(guān)裝置來(lái)使線(xiàn)圈114交替地連接一電路，該電路在該相被激勵(lì)時(shí)向該線(xiàn)圈供給電流，該電路并在該相去激勵(lì)時(shí)將該線(xiàn)圈與一電流源切斷，該電路還能在回收保留在該線(xiàn)圈中的能量。
[0005]當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極120與兩個(gè)相鄰的定子磁極118、122等距時(shí)，該轉(zhuǎn)子磁極120處于完全不對(duì)齊位置。對(duì)于轉(zhuǎn)子磁極120而言，這是最大磁阻的位置。在對(duì)齊位置，兩個(gè)以上的轉(zhuǎn)子磁極124、126與兩個(gè)以上的定子磁極128、130完全對(duì)齊，這是最小磁阻的位置。
[0006]在一個(gè)SRM中，磁阻轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生是通過(guò)在一對(duì)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)被激勵(lì)的定子磁極處于不對(duì)齊的位置時(shí)對(duì)一對(duì)定子磁極進(jìn)行激勵(lì)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩是朝向減少磁阻的方向轉(zhuǎn)動(dòng)的。如此，最近的轉(zhuǎn)子磁極被從不對(duì)齊的位置拉向與定子磁場(chǎng)對(duì)齊的位置，也就是磁阻減小的位置。激勵(lì)一對(duì)定子磁極，會(huì)在這對(duì)定子磁極上形成北極和南極。由于轉(zhuǎn)子磁極與被激勵(lì)的定子磁極不對(duì)齊，定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極之間的磁阻不是最小的。該對(duì)轉(zhuǎn)子磁極傾向于移動(dòng)到與被激勵(lì)的定子磁極最小磁阻的位置。最小磁阻的位置發(fā)生于該轉(zhuǎn)子與該被激勵(lì)的定子磁極對(duì)齊。
[0007]為了保持旋轉(zhuǎn)，該定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)必須先于該轉(zhuǎn)子磁極，從而持續(xù)不斷地推動(dòng)該轉(zhuǎn)子。在一個(gè)特定相位角，轉(zhuǎn)子磁極朝向最小磁阻位置旋轉(zhuǎn)并接近該磁阻最小的位置，該定子磁極的去激勵(lì)的相上的電流被去除掉。隨后，或同時(shí)，第二相被激勵(lì)，在第二對(duì)定子磁極上形成北極和南極。如果第二相是在該定子的第二對(duì)磁極與轉(zhuǎn)子磁極之間的磁阻減小的過(guò)程中進(jìn)行激勵(lì)的，正向的轉(zhuǎn)矩會(huì)被維持，旋轉(zhuǎn)會(huì)繼續(xù)。通過(guò)這種方式的對(duì)定子磁極進(jìn)行激勵(lì)和去激勵(lì)，可以產(chǎn)生持續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)。一些SRM類(lèi)型可運(yùn)行于三相交流供電。最常規(guī)的SRM類(lèi)型則是開(kāi)關(guān)磁阻型的，因?yàn)殡娮訐Q向在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、速度控制以及平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)方面具有明顯的控制優(yōu)勢(shì)。
[0008]SRM可根據(jù)磁通路徑與電動(dòng)機(jī)的軸的對(duì)應(yīng)關(guān)系而進(jìn)行分類(lèi)。如果磁通路徑與軸垂直，也就是磁通路徑是沿圓筒形定子與轉(zhuǎn)子的半徑方向的話(huà)，該SRM可視為徑向的。
[0009]與徑向SRM有關(guān)的一個(gè)問(wèn)題是，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不夠平穩(wěn)。在轉(zhuǎn)子位于定子磁極之間的相位角時(shí)，磁阻最大，轉(zhuǎn)矩下降很多，而在轉(zhuǎn)子與定子磁極對(duì)齊的相位角時(shí)，磁阻最小，轉(zhuǎn)矩上升。這種轉(zhuǎn)矩的升降現(xiàn)象就是習(xí)知的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
[0010]與現(xiàn)有的SRM有關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題是，在很多需要的低速應(yīng)用場(chǎng)景中，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是不夠的。
[0011]與徑向SRM有關(guān)的又一個(gè)問(wèn)題是噪音與震動(dòng)。隨著徑向SRM的磁阻的增減，電動(dòng)機(jī)部件中的的磁通相應(yīng)變化，并且轉(zhuǎn)子和定子磁極的變形會(huì)使磁極間的分離空間的減少，進(jìn)而導(dǎo)致定子的橢圓化，聲頻噪聲以及不必要的震動(dòng)。
[0012]轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的問(wèn)題可通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)控制電路來(lái)解決，比如:通過(guò)在激勵(lì)一相的時(shí)候，使電流的性能與該相的激活周期相對(duì)應(yīng)，令磁通的變化率受控以使機(jī)器轉(zhuǎn)矩的改變不那么陡峭。這需要復(fù)雜的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致較高的設(shè)計(jì)、制造以及維護(hù)成本。SRM的一般性的工作原理公開(kāi)于 http: //services, eng, uts.edu.au/sub iects IGZ/eet Switched%20Reluctance%20Motor TGZ 7 3 05.pdf ?通常地,為了減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng),復(fù)雜的仿真是必須的，比如在以下網(wǎng)址所公開(kāi)白勺:http: //www.planet-rt.com/techenical-document/real-time-simulation-and-control-reluctance-motor-drives-high-speed-operatiorio 這會(huì)進(jìn)一步增加控制電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。
[0013]因此，存在著對(duì)于 一種低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的易于制造和易于控制的SRM的需要。進(jìn)一步地，存在著對(duì)于在低速時(shí)有高轉(zhuǎn)矩的SRM的需要，該SRM可通過(guò)普通的三相交流電進(jìn)行供電或者采用簡(jiǎn)單的控制電路進(jìn)行控制。更進(jìn)一步地，存在著對(duì)于具有彈性數(shù)量的定子和轉(zhuǎn)子的SRM的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提出一種開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)低，并且易于制造和易于控制。
[0015]本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題提出一種開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，包括:
[0016]一轉(zhuǎn)軸，其定義了一旋轉(zhuǎn)軸；
[0017]一轉(zhuǎn)盤(pán)，由該轉(zhuǎn)軸徑向地延伸，該轉(zhuǎn)盤(pán)具有第一數(shù)量的轉(zhuǎn)子磁極，這些轉(zhuǎn)子磁極沿圓周均勻分布；
[0018]一定子裝置，其具有第二數(shù)量的定子單元；這些定子單元沿圓周均勻分布；這些定子單元在垂直于該轉(zhuǎn)軸的一個(gè)共同平面內(nèi)對(duì)齊，并且軸向地與該轉(zhuǎn)盤(pán)間隔一軸向空氣間隙；每個(gè)定子單元具有在激勵(lì)時(shí)在該軸向空氣間隙中產(chǎn)生一磁通的一定子線(xiàn)圈，在該軸向空氣間隙中的磁通與該轉(zhuǎn)軸平行；該第二數(shù)量的定子單元分成兩組，以構(gòu)成一第一組定子單元和一第二組定子單元，每個(gè)第一組定子單元的定子單元由兩個(gè)第二組定子單元的定子單元在兩邊包圍；以及
[0019]一控制電路，其包括一正向半波整流裝置和一反向半波整流裝置；
[0020]其中，該第一組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該正向半波整流裝置相連，該第二組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該反向半波整流裝置相連。
[0021]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，該轉(zhuǎn)盤(pán)為一第一轉(zhuǎn)盤(pán)，該定子裝置為一第一定子裝置，該開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)還包括:
[0022]一第二轉(zhuǎn)盤(pán)和一第三轉(zhuǎn)盤(pán)，各自徑向地由該轉(zhuǎn)軸延伸，該第二轉(zhuǎn)盤(pán)和第三轉(zhuǎn)盤(pán)各具有沿圓周均勻分布的第一數(shù)量的轉(zhuǎn)子磁極；以及
[0023]一第二定子裝置和一第三定子裝置，各自與該第一定子裝置結(jié)構(gòu)相同；
[0024]其中，該控制電路還包括兩個(gè)正向半波整流裝置和兩個(gè)反向半波整流裝置；
[0025]其中，每個(gè)定子裝置中的第一組定子單元中的定子線(xiàn)圈與一正向半波整流裝置相連，每個(gè)定子裝置中的第二組定子單元中的定子線(xiàn)圈與一反向半波整流裝置相連；并且
[0026]其中，兩個(gè)相鄰的定子單元定義出一定子扇形角，兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子磁極定義出一轉(zhuǎn)子扇形角。
[0027]該第二轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第一轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)位，該第三轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第二轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)位。優(yōu)選地，該第二轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第一轉(zhuǎn)盤(pán)有三分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位，該第三轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第二轉(zhuǎn)盤(pán)有三分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位?；蛘?，該第二轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第一轉(zhuǎn)盤(pán)有六分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位，該第三轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第二轉(zhuǎn)盤(pán)有六分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位。
[0028]該第二定子裝置相對(duì)該第一定子裝置轉(zhuǎn)位，該第三定子裝置相對(duì)該第二定子裝置轉(zhuǎn)位。優(yōu)選地，該第二定子裝置相對(duì)該第一定子裝置有三分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位，該第三定子裝置相對(duì)該第二定子裝置有三分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位?；蛘撸摰诙ㄗ友b置相對(duì)該第一定子裝置有六分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位，該第三定子裝置相對(duì)該第二定子裝置有六分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位。
[0029]優(yōu)選地，該開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是采用三相交流電供電的。
[0030]優(yōu)選地，該第一數(shù)量是該第二數(shù)量的一半。
[0031]優(yōu)選地，各定子單元具有C形的磁芯，該C形的磁芯的后部形成一空氣間隙。在該第一組定子單元或第二組定子單元中的定子線(xiàn)圈是串聯(lián)的或者并聯(lián)的。
[0032]優(yōu)選地，該轉(zhuǎn)子磁極的材質(zhì)選自于由鐵、鋼、鐵氧體、非晶磁和坡莫合金構(gòu)成的軟磁材料群組，該鋼包括鐵芯硅鋼和硅鋼。該轉(zhuǎn)盤(pán)的材質(zhì)選自于由鋁、鈦、鋼、鐵、塑料和陶瓷構(gòu)成的群組，該塑料包括纖維增強(qiáng)塑料。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)上的第一數(shù)量的轉(zhuǎn)子磁極與設(shè)置在該轉(zhuǎn)盤(pán)的外周沿的第二數(shù)量的定子單元的配合，并通過(guò)將這些定子單元分為兩組，進(jìn)而可通過(guò)交流電的正向和方向?qū)▉?lái)分別控制這兩組定子單元的勵(lì)磁，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)低，并且易于制造和易于控制。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]結(jié)合以下附圖，本發(fā)明這些和其他說(shuō)明將會(huì)更加清楚，其中:
[0035]圖1A是現(xiàn)有技術(shù)的徑向SRM的局部立體圖。[0036]圖1B是圖1A所示現(xiàn)有技術(shù)的徑向SRM的剖面圖。
[0037]圖2A是本發(fā)明的SRM —具體實(shí)施例的局部立體圖。
[0038]圖2B是本發(fā)明的SRM —具體實(shí)施例中一定子單元與一轉(zhuǎn)子的局部示意。
[0039]圖2C是本發(fā)明的SRM —具體實(shí)施例中一定子單元與一轉(zhuǎn)子的剖面示意。
[0040]圖3A是本發(fā)明的SRM —具體實(shí)施例中一定子裝置的原理示意。
[0041]圖3B是本發(fā)明的SRM—示例性的轉(zhuǎn)子與圖3A所示定子裝置配合使用的原理示
O
[0042]圖3C是本發(fā)明的SRM—具體實(shí)施例中圖3B所示定子裝置與圖3A所示轉(zhuǎn)子的原
理示意。
[0043]圖4是本發(fā)明的SRM —具體實(shí)施例中一電源轉(zhuǎn)換器用以控制該軸向SRM的示意。
[0044]圖5A是本發(fā)明的SRM另一具體實(shí)施例的原理示意。
[0045]圖5B是本發(fā)明的SRM另一具體實(shí)施例的原理示意。
[0046]圖5C示出了本發(fā)明的三相、48定子SRM的具體實(shí)施例。
[0047]圖原理性地示出了本發(fā)明的六相、48定子SRM的具體實(shí)施例。
[0048]圖6A示出了本發(fā)明的用于三相SRM的星形接法的電源轉(zhuǎn)換器。
[0049]圖6B示出了本發(fā)明的用于三相SRM的三角形接法的電源轉(zhuǎn)換器。
[0050]圖7A示出了商用正弦波電力供給波形。
[0051]圖7B示出用以最小化轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的非常規(guī)波形的正向部分。
[0052]圖7C示出三相電源轉(zhuǎn)換器。
[0053]圖7D示出用以最小化轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的三相調(diào)節(jié)波形。
[0054]圖8示出了在一環(huán)形轉(zhuǎn)子內(nèi)部設(shè)置的一定子。
[0055]圖9A和圖9B示出了在一直線(xiàn)定子。
【具體實(shí)施方式】
[0056]本發(fā)明提出了一種開(kāi)關(guān)磁阻機(jī)構(gòu)，包括相互配合的一動(dòng)子和一定子，該動(dòng)子具有第一數(shù)量的動(dòng)子磁極，該動(dòng)子定義一動(dòng)子平面，這些動(dòng)子磁極均勻分布于該動(dòng)子平面的一側(cè)；該定子具有第二數(shù)量的定子單元，定子單元對(duì)應(yīng)于該動(dòng)子上的動(dòng)子磁極均勻分布，這些定子單元在平行于該動(dòng)子平面的一個(gè)共同平面內(nèi)對(duì)齊，每個(gè)定子單元定義一空氣間隙，該動(dòng)子上的動(dòng)子磁極可對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)至該空氣間隙中；其中，每個(gè)定子單元具有在激勵(lì)時(shí)在該空氣間隙中產(chǎn)生一磁通的一定子線(xiàn)圈，該空氣間隙中的磁通與該動(dòng)子平面垂直。優(yōu)選地，每個(gè)定子單元具有C形的磁芯，該定子線(xiàn)圈是對(duì)應(yīng)纏繞在該磁芯上，該C形的磁芯的后部有一開(kāi)口以形成該空氣間隙。
[0057]其中，該定子單元的設(shè)計(jì)算法是使該空氣間隙最短，該設(shè)計(jì)算法的限制是只要讓該動(dòng)子能夠自由旋轉(zhuǎn)和通過(guò)該空氣間隙。該動(dòng)子的設(shè)計(jì)算法是使該動(dòng)子的機(jī)械主體最薄，該設(shè)計(jì)算法的限制是只要讓該動(dòng)子有足夠的機(jī)械強(qiáng)度來(lái)支撐其上的動(dòng)子磁極和提供希望的轉(zhuǎn)矩。該定子單元與該動(dòng)子的磁路的設(shè)計(jì)算法是使產(chǎn)生有效力矩的工作磁通僅需要穿過(guò)動(dòng)子磁極和空氣，無(wú)須穿過(guò)動(dòng)子的機(jī)械主體。該定子單元與該動(dòng)子間形成最短的工作磁路；每個(gè)定子單元具有C形的磁芯，該定子線(xiàn)圈是對(duì)應(yīng)纏繞在該磁芯上，該C形的磁芯的后部有一個(gè)開(kāi)口以形成該空氣間隙；該工作磁路僅包括C型鐵芯和動(dòng)子磁極以及空氣，無(wú)須包括定子支撐體和動(dòng)子支撐體。每個(gè)定子單元所產(chǎn)生的磁路在機(jī)械/物理上是完全獨(dú)立的，不會(huì)相互影響和交叉。
[0058]參見(jiàn)圖2A，本發(fā)明在一實(shí)施例中示出了一個(gè)三相軸向SRM200。該SRM200的基本元件包括一定子裝置201，其具有多個(gè)C形的定子單元202，204，206，208和210 ;以及一轉(zhuǎn)子212，其包括一轉(zhuǎn)軸214和三個(gè)徑向延伸的轉(zhuǎn)盤(pán)216，218，220。該轉(zhuǎn)軸214的中心縱軸221可視為轉(zhuǎn)子212的旋轉(zhuǎn)軸。各轉(zhuǎn)盤(pán)216，218，220分別具有多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極222，224，226。
[0059]C形的定子單元202，204，206，208和210與轉(zhuǎn)盤(pán)216，218，220及轉(zhuǎn)子磁極222，224，226軸向間隔以形成軸向空氣間隙。對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)而言，以轉(zhuǎn)盤(pán)218為例，相關(guān)的C形的定子單元204，206在垂直于軸221的一個(gè)公共平面內(nèi)對(duì)齊。如后面將要敘述的，定子磁極也是相互間隔一設(shè)定的定子磁極扇角地均勻分布于圓周上的，導(dǎo)致定子單元均勻分布于圓周上。
[0060]定子裝置中的每個(gè)定子單元202，204，206，208和210是一電磁鐵，該電磁鐵具有一 C形的磁芯和一定子線(xiàn)圈228，230。一并參見(jiàn)圖2B和圖2C，在定子線(xiàn)圈232被激勵(lì)時(shí)，在該C形的磁芯中產(chǎn)生一磁通236并在背鐵部分242，244暴露而與轉(zhuǎn)子磁極234相互作用，以使磁通236延伸至定子單元238與轉(zhuǎn)子磁極234之間的間隙。從該定子單元238延伸出并穿越轉(zhuǎn)子磁極234的磁通236是軸向的，平行于轉(zhuǎn)軸214。穿越空氣間隙246的磁通236是縮短了的，也就是，較常規(guī)的SRM要短很多，因此，磁通236大體上保留在間隙246中，并只在定子單元的定子磁極238的背鐵部分242，244延伸穿過(guò)，大致與轉(zhuǎn)盤(pán)240的軸向厚度相當(dāng)。通常地，一相中的線(xiàn)圈232是被切換地處于導(dǎo)通和斷開(kāi)的狀態(tài)，首先，是在該相導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)由磁場(chǎng)捕獲對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)盤(pán)240上的轉(zhuǎn)子磁極234，然后，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極完全或者大致完全與特定定子單元對(duì)齊時(shí)，該相被斷開(kāi)。通過(guò)這些相的預(yù)定的切換控制可以激勵(lì)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)應(yīng)的定子線(xiàn)圈，從而達(dá)成所需的轉(zhuǎn)子速度，以及達(dá)成正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制。
[0061]轉(zhuǎn)子磁極234可配置成經(jīng)過(guò)磁極234的磁通236在徑向上是均衡的，也就是，在沿轉(zhuǎn)盤(pán)朝向轉(zhuǎn)軸的徑向上不存在吸引和排斥力。這種配置通過(guò)消除常規(guī)SRM上存在的徑向作用力，可大體上消除噪聲，震動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)的變形。
[0062]有利地，獨(dú)特的，定子單元的短的磁通路徑可減少磁漏，從而增加定子裝置的功效。較小的磁漏可以使定子磁極布置的更近，這意味著較大數(shù)量的定子磁極是可行的，而在常規(guī)的SRM中由于磁漏的影響，較大數(shù)量的定子磁極難以實(shí)現(xiàn)的。較大數(shù)量的定子磁極又可以增強(qiáng)SRM的轉(zhuǎn)矩，并降低SRM的轉(zhuǎn)速。在一些實(shí)施例中，無(wú)須額外的機(jī)械傳動(dòng)裝置來(lái)降低SRM的輸出速度。在運(yùn)行中，短的磁通路徑還可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
[0063]有利地，獨(dú)特的定子單元具有相同的配置，并比現(xiàn)有技術(shù)的徑向SRM中的定子單元要緊湊得多。因此，如圖2A所示的定子裝置是易于制造的，可減少制造用材料，降低制造成本，并且可自動(dòng)化裝配。
[0064]有利地，轉(zhuǎn)子磁極的制造可進(jìn)一步簡(jiǎn)化，只需將轉(zhuǎn)子磁極插入轉(zhuǎn)盤(pán)即可，從而減少磁性材料的消耗。
[0065]有利地，工作磁通路徑只穿越轉(zhuǎn)子磁極，而不用穿過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)本體。通過(guò)將轉(zhuǎn)子磁極嵌入到轉(zhuǎn)盤(pán)，該轉(zhuǎn)盤(pán)可采用多種非磁性材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。適用于該轉(zhuǎn)子磁極的磁性材質(zhì)包括，但不限于，鐵、鋼、鐵氧體、非晶磁和坡莫合金等軟磁材料，該鋼包括鐵芯硅鋼。優(yōu)選地，該轉(zhuǎn)子磁極的磁性材質(zhì)為諸如電機(jī)軟磁鐵、硅鋼之類(lèi)的鐵磁性材料。適用于該轉(zhuǎn)盤(pán)的非磁性材質(zhì)包括，但不限于，鋁、鈦、鋼、鐵、塑料、陶瓷和碳纖維，該塑料包括纖維增強(qiáng)塑料。優(yōu)選地，該轉(zhuǎn)盤(pán)的材質(zhì)為鑄鋁、鑄鐵、鋼或塑料。術(shù)語(yǔ)“非磁性材料”用以描述一般不易受磁場(chǎng)影響的材料。術(shù)語(yǔ)“磁性材料”用以描述易受磁場(chǎng)影響的材料。通常地，磁性材料的鐵磁性只在施加外部磁場(chǎng)時(shí)才顯現(xiàn)。這里的“磁性材料”不包括永磁鐵。
[0066]有利地，定子裝置中的定子單元可以單獨(dú)控制，或者，如下面將要進(jìn)一步詳述的成組控制。
[0067]參見(jiàn)圖3A，其原理性地示出了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的定子裝置302。在該圖示中，定子裝置302具有48個(gè)定子單元304，306，308，310，312，314。每個(gè)定子裝置中的定子單元?jiǎng)澐譃閮山M，如圖中的黑塊和白塊所示，對(duì)應(yīng)地，在該圖示中，組A用白色表示，組B用黑色表示。這些定子單元均勻分布在圓周上并且在兩個(gè)定子單元之間具有設(shè)定的定子扇形角，在本實(shí)施例中，該定子扇形角為7.5°，每個(gè)組A中的定子單元，例如定子單元304，306，308，由兩個(gè)B中的定子單元，例如定子單元310，312，314在兩端包圍。因此，在第一組或第二組中的兩個(gè)定子單元之間具有一設(shè)定的組扇形角，在本實(shí)施例中，該組扇形角為15°。
[0068]第一組(組A)中的定子單元304，306，308可以連接成任意形式，只要流過(guò)每個(gè)定子單元的線(xiàn)圈的電流是相同的。同樣的，第二組(組B)中的定子單元310，312，314可以連接成任意形式，只要流過(guò)每個(gè)定子單元的線(xiàn)圈的電流是相同的。換言之，每個(gè)組中的定子單兀可以是串聯(lián)，并聯(lián)或者是串并聯(lián)的組合。
[0069]參見(jiàn)圖3B，其示出了與圖3A所示的定子裝置302相配合的示例性的轉(zhuǎn)子320。該轉(zhuǎn)子支持24個(gè)轉(zhuǎn)子磁極322，324，326，這些轉(zhuǎn)子磁極均勻分布在圓周上并且在兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極之間具有設(shè)定的轉(zhuǎn)子扇形角，在本實(shí)施例中，該轉(zhuǎn)子扇形角為15° ,與定子裝置302的定子單元的間隔相關(guān)。
[0070]參見(jiàn)圖3C，其原理性地示出了帶有轉(zhuǎn)子320的定子裝置302，其中，示出了定子裝置302中的定子單元與轉(zhuǎn)子320中的轉(zhuǎn)子磁極之間的關(guān)系。一個(gè)組中的定子單元的數(shù)目與轉(zhuǎn)子320中的轉(zhuǎn)子磁極的數(shù)目是相等的，也就是，定子裝置330中的一個(gè)組中的兩個(gè)定子單元之間的組扇形角與轉(zhuǎn)子320上的兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極之間的轉(zhuǎn)子扇形角332是相同的。這兩個(gè)扇形角的相同可使轉(zhuǎn)盤(pán)320的每次轉(zhuǎn)動(dòng)中，一個(gè)組中的定子單元與轉(zhuǎn)子磁極同時(shí)對(duì)準(zhǔn)(register)。在每個(gè)循環(huán)中，這種對(duì)準(zhǔn)重復(fù)出現(xiàn)，在圖3C中也就是48次，與定子單元和轉(zhuǎn)子磁極的總數(shù)目相對(duì)應(yīng)。由于轉(zhuǎn)子磁極向定子單元對(duì)準(zhǔn)，該組中的定子單元的線(xiàn)圈只在轉(zhuǎn)子磁極鄰近定子單元的空氣間隙時(shí)進(jìn)行電激勵(lì)，以產(chǎn)生一電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，并在到達(dá)完全對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)之前去激勵(lì)。轉(zhuǎn)子磁極和一個(gè)組中的定子單元具有較大的數(shù)目，能夠在低速或啟動(dòng)狀態(tài)也產(chǎn)生相當(dāng)大的轉(zhuǎn)矩。
[0071]參見(jiàn)圖2B和圖3C，一組中的定子單元與轉(zhuǎn)子磁極的設(shè)置可導(dǎo)致在每個(gè)定子單元238和轉(zhuǎn)子磁極234之間形成本地的磁通路徑。參見(jiàn)圖2C，示出了與一定子單元238相關(guān)的一本地磁通路徑236。該磁通路徑包括兩個(gè)磁極242，244和轉(zhuǎn)盤(pán)240。轉(zhuǎn)子磁極234被鄰接的兩個(gè)磁極242，244磁吸引。該轉(zhuǎn)盤(pán)240并不直接參與工作磁通路徑的建立，因此，轉(zhuǎn)盤(pán)240可用諸如鋁、朔料或者任何其他合適材料這類(lèi)的輕的、非磁性材料制成。本地磁路的形成可使需要的磁路徑的長(zhǎng)度最小化，從而減少功率損耗。轉(zhuǎn)子磁極由多個(gè)相同的磁性材料構(gòu)成，例如，但不限于，電機(jī)用軟磁鐵。在裝配時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極可簡(jiǎn)單地插入或者嵌入該轉(zhuǎn)盤(pán)240 中。[0072]參見(jiàn)圖3A，定子裝置302中的定子單元交替地連接成兩組，組A和組B。圖4示出了一電源轉(zhuǎn)換控制電路，其根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，可用以控制該軸向SRM。按該圖示，該控制電路分別與兩組的，A和B，定子裝置302中的定子單元402和404相連。組A402的定子單元與一個(gè)反向的半波整流裝置相連，組B404的定子單元與另一個(gè)正向的半波整流裝置相連。端子U與單相交流電相連。在運(yùn)行時(shí)，單相交流電的正半波流過(guò)組B404的定子單元。單相交流電的負(fù)半波流過(guò)組A402的定子單元。有利地，組A的定子單元的線(xiàn)圈與組B的定子單元的線(xiàn)圈是交替激勵(lì)的，并與單相交流電的相位同步。這會(huì)產(chǎn)生一運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)，其在鄰近的轉(zhuǎn)子磁極上會(huì)引起轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)可使鄰近的轉(zhuǎn)子磁極與被激勵(lì)的定子單元對(duì)齊以使磁通路徑最小。有利地，單相交流電的正半周與負(fù)半周均對(duì)本發(fā)明的軸向SRM的運(yùn)行做出貢獻(xiàn)。有利地，參見(jiàn)圖3A和圖3C，由于有24個(gè)定子單元同時(shí)被激勵(lì)，可產(chǎn)生足夠大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
[0073]有利地，由于軸向磁通路徑較現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)的磁通路徑短很多，所以只需要較少的鐵芯硅鋼。由于通常的端子連接器的消除，所以轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)施例也只需要較少的銅線(xiàn)圈。由于徑向磁力的均衡，所以可消除徑向震動(dòng)。較少的鋼和銅線(xiàn)圈可使電動(dòng)機(jī)更小，更輕和更便宜。由于工作磁通路徑完全是軸向的，無(wú)須別的元件傳導(dǎo)圓周的磁通。
[0074]定子裝置302和轉(zhuǎn)盤(pán)320也可用于多相SRM中，優(yōu)選地，如圖5A所示，在三相SRM中。采用多個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)可便利地實(shí)現(xiàn)多相的使用，其中，一相影響一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，一次只激勵(lì)該轉(zhuǎn)盤(pán)的半數(shù)的定子單元。為了簡(jiǎn)化三維示意，在圖5A和圖5B中，只示出了 24個(gè)定子單元和12個(gè)轉(zhuǎn)子磁極。與圖3A描述的結(jié)構(gòu)相同，定子裝置502，504，506中的定子單元交替地連接成兩組，組A和組B。換言之，第一組中的每個(gè)定子單元526被第二組中的兩個(gè)定子單元527，530包圍。這些定子單元沿圓周均勻分布并定義出一個(gè)公共的設(shè)定的定子扇形角，在圖5A的實(shí)施例中，該定子扇形角為15°。同組中的兩個(gè)連續(xù)定子單元間的組扇形角為30°。這些轉(zhuǎn)子磁極沿圓周均勻分布并也間隔一個(gè)公共的設(shè)定的扇形角，在圖5A的實(shí)施例中，該轉(zhuǎn)子扇形角為30°。
[0075]該SRM500包括三個(gè)定子裝置502，504，506。每個(gè)定子裝置502，504，506包括24個(gè)C形的定子單元508-530。每個(gè)定子裝置對(duì)應(yīng)一個(gè)具有12個(gè)轉(zhuǎn)子磁極532-548的轉(zhuǎn)盤(pán)。為了更好的示意，只將理解SRM的運(yùn)行所必要的元件示意出來(lái)，一些定子單元被除去以使轉(zhuǎn)子磁極暴露出來(lái)，并且一些定子線(xiàn)圈并未示出。三個(gè)徑向延伸的轉(zhuǎn)盤(pán)550，552，554和一轉(zhuǎn)軸558構(gòu)成一定子。該轉(zhuǎn)軸558的中心縱軸560可視為該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸。
[0076]對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)而言，以轉(zhuǎn)盤(pán)550為例，有關(guān)的C形的定子單元508，510，512，514在垂直于該軸560的一個(gè)共同的假設(shè)的平面內(nèi)對(duì)齊。每個(gè)定子單元508-530具有一定子線(xiàn)圈562，564。為了更好地圖示起見(jiàn)，一些定子單元514，518，524中的定子線(xiàn)圈并未示出。第二相和第三相的定子裝置也是同樣地配置的。顯然，每相的定子裝置是與另兩相的定子裝置中的任一個(gè)軸向?qū)R的。作為這種軸向?qū)R的一個(gè)例子，定子裝置502，504，506分別與三相交流電的第一，第二和第三相對(duì)應(yīng)。
[0077]三個(gè)徑向延伸的轉(zhuǎn)盤(pán)550，552，554中的每一個(gè)，可相對(duì)其前面的轉(zhuǎn)盤(pán)偏差一個(gè)轉(zhuǎn)位角。
[0078]在圖5A的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)盤(pán)552相對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)550偏差或者轉(zhuǎn)位三分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角，也就是，10°。定子裝置502中每?jī)蓚€(gè)定子單元中就有一個(gè)與轉(zhuǎn)盤(pán)550上的一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極完全對(duì)準(zhǔn)。轉(zhuǎn)盤(pán)552上的轉(zhuǎn)子磁極的轉(zhuǎn)位是逆時(shí)針的10°，轉(zhuǎn)盤(pán)554上的轉(zhuǎn)子磁極的轉(zhuǎn)位是逆時(shí)針加多10°，換言之，轉(zhuǎn)盤(pán)554相對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)550偏差或者轉(zhuǎn)位三分之二個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角，也就是，20°。結(jié)果就是，轉(zhuǎn)盤(pán)550，552，554中的一個(gè)上的轉(zhuǎn)子磁極，在與特定相相關(guān)的線(xiàn)圈被激勵(lì)時(shí)，是定位來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以繞著轉(zhuǎn)軸558旋轉(zhuǎn)的。通常地，一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)代表一個(gè)不同的相，每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極的有角度的起始位置為角度上的偏差或轉(zhuǎn)位。每個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)與轉(zhuǎn)軸558固定在一起以維持各個(gè)不同相的定子裝置502，504，506之間的轉(zhuǎn)位偏差。
[0079]在圖5B示出的第二實(shí)施例中，三個(gè)定子裝置502，504，506也可以是相互存在偏差的。
[0080]在這個(gè)具體實(shí)施例中，定子裝置502相對(duì)定子裝置504偏差或者轉(zhuǎn)位三分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角，也就是，10°。定子裝置502中每?jī)蓚€(gè)定子單元中就有一個(gè)與轉(zhuǎn)盤(pán)550上的一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極完全對(duì)準(zhǔn)。定子裝置504上的定子單元的轉(zhuǎn)位是順時(shí)針的10°，定子裝置506上的定子單元的轉(zhuǎn)位是順時(shí)針加多10°，換言之，定子裝置506轉(zhuǎn)位20°。結(jié)果就是，轉(zhuǎn)盤(pán)550，552，554中的一個(gè)上的轉(zhuǎn)子磁極，在與特定相相關(guān)的線(xiàn)圈被激勵(lì)時(shí)，是定位來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以繞著轉(zhuǎn)軸558旋轉(zhuǎn)的。
[0081]通常地，在多相SRM中，例如，在圖5A和圖5B所示的三相SRM中，轉(zhuǎn)盤(pán)可調(diào)節(jié)成相對(duì)其他轉(zhuǎn)盤(pán)有偏差或轉(zhuǎn)位。單獨(dú)地，定子裝置也可調(diào)節(jié)成相對(duì)其他定子裝置有偏差或轉(zhuǎn)位。因此，在任何時(shí)候，至少一相的定子單元和轉(zhuǎn)子磁極，在相關(guān)的線(xiàn)圈被激勵(lì)時(shí)，可確定方向以產(chǎn)生向前的轉(zhuǎn)矩，或者，多相SRM的總轉(zhuǎn)矩是一穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)矩。
[0082]由于定子裝置中的C形的定子單元的尺寸是緊湊的，相比于現(xiàn)有的SRM，本發(fā)明可以采用更多的定子單元。圖5C示出了一個(gè)三相SRM，其每相具有48個(gè)定子單元和24個(gè)轉(zhuǎn)子磁極。
[0083]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，轉(zhuǎn)子磁極的數(shù)量可以是任意整數(shù)，定子單元的數(shù)量可以是任意偶數(shù)。定子裝置和轉(zhuǎn)盤(pán)體現(xiàn)出模塊化的結(jié)構(gòu)原理，因此，更多的定子單元可以加入本發(fā)明的軸向SRM中。圖原理性地示出了本發(fā)明的一個(gè)6相-48定子單元的SRM的具體實(shí)施例。在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子和定子的偏差轉(zhuǎn)位可以是轉(zhuǎn)子扇形角的1/6。這種偏差轉(zhuǎn)位可導(dǎo)致不同的轉(zhuǎn)矩模式?；镜?，一個(gè)SRM可以構(gòu)建或者在已有的SRM上通過(guò)增添轉(zhuǎn)盤(pán)和定子裝置進(jìn)行擴(kuò)充來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)矩。定子裝置和轉(zhuǎn)盤(pán)的多種可能的偏差排列可提供所需的轉(zhuǎn)矩特性，如果不是這樣，則只能依靠復(fù)雜的控制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0084]有利地，如圖5A和圖5B所示的三相SRM可以通過(guò)圖6A所示的簡(jiǎn)單的星形接法的電源轉(zhuǎn)換器來(lái)驅(qū)動(dòng)?；蛘撸ㄟ^(guò)圖6B所示的三角形接法的電源轉(zhuǎn)換器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
[0085]如圖4所示的基本的單相電源轉(zhuǎn)換器，可進(jìn)一步連接成圖6A所示的星形接法。與圖5A和圖5B所示的實(shí)施例相關(guān)，該電路可劃分為三個(gè)相組602，604，606。相組602，604，606中的每一個(gè)分別與定子裝置502，504，506中的兩組的定子單元Al和BI，A2和B2，A3和B3相關(guān)。連接U，V和W與三相交流電的一相對(duì)應(yīng)連接。組A1608的定子單元與一個(gè)反向的半波整流裝置相連，組B1610的定子單元與另一個(gè)正向的半波整流裝置相連。V相和W相上的半波整流裝置的接法與此類(lèi)似。在運(yùn)行時(shí)，U相的正半周期流過(guò)組B1610的定子單元。U相的負(fù)半周期流過(guò)組A1608的定子單元。
[0086]有利地，組Al的定子單元的線(xiàn)圈與組BI的定子單元的線(xiàn)圈是交替激勵(lì)的，并與三相交流電的U相的相位同步。同樣地，組A2的定子單元的線(xiàn)圈與組B2的定子單元的線(xiàn)圈是交替激勵(lì)的，并與三相交流電的V相的相位同步，組A3的定子單元的線(xiàn)圈與組B3的定子單元的線(xiàn)圈是交替激勵(lì)的，并與三相交流電的W相的相位同步。有利地，交流電的正半周與負(fù)半周均對(duì)本發(fā)明的軸向SRM的運(yùn)行做出貢獻(xiàn)。因此，如圖5A所示，一個(gè)3相-24定子單元-12轉(zhuǎn)子磁極的SRM要產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，每轉(zhuǎn)一圈，定子單元要被激勵(lì)24次。
[0087]圖6B示出了三個(gè)如圖4所示的基本的單相電源轉(zhuǎn)換器的一種替代性的電源轉(zhuǎn)換器，以三角形接法來(lái)適應(yīng)本發(fā)明的軸向SRM。如之前已經(jīng)討論過(guò)的，只要流經(jīng)各組定子單元中的定子單元的電流是相同的，定子裝置中的定子單元可以是任意接法。例如，這些定子單元可以是串聯(lián)的。圖6B所示的電源轉(zhuǎn)換器可以提供較高的峰-峰電壓，因此，其適合于驅(qū)動(dòng)串聯(lián)在一起的定子單元。
[0088]參考圖3A-3B和圖5A-5B，由于同一時(shí)刻有12個(gè)或者24個(gè)定子單元被激勵(lì)，一個(gè)足夠大的起始轉(zhuǎn)矩可有利地產(chǎn)生。
[0089]有利地，通過(guò)調(diào)節(jié)多相SRM的轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)位角和定子裝置的轉(zhuǎn)位角，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)可以最小化或者消除。
[0090]RT1W, RT2 (t)和RT3(t)可結(jié)合不同的控制算法，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)位和定子裝置的轉(zhuǎn)位來(lái)控制。因此，可以使RT1U^RT2 (t)+RT3 (t)的幅度最小化，甚至達(dá)成理想狀態(tài):
[0091]RT1 (t)+RT2 (t)+RT3 (t) =常數(shù)，
[0092]例如，對(duì)于三相交流正弦波而言，
[0093]sin (x) +sin (χ-2/3 η ) +sin (χ-4/3 η )是常數(shù)，
[0094]對(duì)于三相三角.波函數(shù)f(x)而言，
[0095]RT1 (t) +RT2 (t) +RT3 (t) =f (x) +f (χ-2/3 π ) +f (χ-4/3 π )也是常數(shù)，
[0096]其中:χ=2 ft，在三相正弦函數(shù)sin(x)和三相三角波函數(shù)f (X)中，2/3 π =120°電相角，4/3 =240°電相角。
[0097]對(duì)于一個(gè)具有三個(gè)定子和三個(gè)轉(zhuǎn)子的SRM電機(jī)，
[0098]定義CT是恒定轉(zhuǎn)矩分量(常量)，
[0099]RT (t)是脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩分量(變化量)，
[0100]Tl=CTART1 (t)是第一個(gè)定子和第一個(gè)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，
[0101]T2=CT2+RT2 (t)是第二個(gè)定子和第二個(gè)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，
[0102]T3=CT3+RT3(t)是第三個(gè)定子和第三個(gè)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，
[0103]電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩是三個(gè)定子與三個(gè)轉(zhuǎn)子的合成轉(zhuǎn)矩T，
[0104](t) +CT2+RT2 (t) +CT3+RT3 (t)，
[0105]如果TzTl+TZ+TSzCTi+RTi (t) +CT2+RT2 (t) +CT3+RT3 (t)=常數(shù)，就意味著不存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
[0106]參考圖4，圖5A，圖6A和圖6B，將定子劃分為兩組并配備正向的和反向的半波整流器可簡(jiǎn)化的SRM的運(yùn)行，并可有利地使電力供給的正半周期與負(fù)半周期對(duì)SRM的工作轉(zhuǎn)矩做貢獻(xiàn)。如圖7A所示，可采用商用的電力供給驅(qū)動(dòng)該SRM.[0107]與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例相對(duì)應(yīng)，具有最小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，用以驅(qū)動(dòng)SRM的定子線(xiàn)圈的電流波形，作為例舉，而不是限制，如圖7D所示，可以不是正弦波，而是以不規(guī)則的波形。當(dāng) 1=11+12+13=(^+1^ (t) +CT2+RT2 (t) +CT3+RT3 (t)=常數(shù)時(shí)，一波形可以視作為最佳的。
[0108]一電源轉(zhuǎn)換器，例如:如圖7C所示的三相電源轉(zhuǎn)換器可用以產(chǎn)生如圖7D所示的最佳波形來(lái)給如圖5A或5B所示的SRM供電。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，很顯然地，該三相最佳波形的正半周和負(fù)半周都為該SRM的運(yùn)行工作轉(zhuǎn)矩出了力。
[0109]如圖8所示，在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例中，定子是設(shè)置在環(huán)形轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)的。
[0110]在該圖示的實(shí)施例中，定子802具有設(shè)置在環(huán)形轉(zhuǎn)子812內(nèi)側(cè)的24個(gè)定子單元804,806,808,810o其中，環(huán)形轉(zhuǎn)子812具有12個(gè)轉(zhuǎn)子磁極814。這些定子單元可劃分兩組，每組有12個(gè)定子單元，分別以804，810和806，808標(biāo)示。這些定子單元沿圓周間隔一設(shè)定的定子扇形角均勻分布，在本實(shí)施例中，該定子扇形角為15°，每個(gè)第一組中的定子單元被兩個(gè)第二組中的定子單元在兩端包圍。第一組或第二組中的兩個(gè)相鄰定子單元之間因此具有一組扇形角，在本實(shí)施例中，該組扇形角為30°。相應(yīng)地，12個(gè)轉(zhuǎn)子磁極814的兩相鄰轉(zhuǎn)子磁極也具有一設(shè)定的角，本實(shí)施例中，該角為30°。
[0111]只要流經(jīng)每個(gè)定子單元的線(xiàn)圈的電流是相等的，第一組定子單元804，810的接法可以是任意的。同樣，只要流經(jīng)每個(gè)定子單元的線(xiàn)圈的電流是相等的，第二組定子單元806，809的接法也可以是任意的。
[0112]對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，很顯然地，圖8所示的結(jié)構(gòu)也可用于多相結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于圖5Α至所示。
[0113]對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，也很顯然地，圖4，圖6A和6B所示的連接是優(yōu)選的實(shí)施例，但不是限定的。
[0114]需要說(shuō)明的是，區(qū)別于前述的轉(zhuǎn)子位于內(nèi)側(cè)的具體實(shí)施例，在這里的轉(zhuǎn)子位于外側(cè)的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子并不與一轉(zhuǎn)軸相連，而是定子與一軸(圖未示出)相連。這里所說(shuō)的軸，定義了一旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)，該軸所定義的旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)與該環(huán)形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)重合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，環(huán)形轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)，定子及與之相連的軸本身是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，這一點(diǎn)，類(lèi)似于:汽車(chē)輪子，輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)，但是軸是不轉(zhuǎn)的。換言之，這種結(jié)構(gòu)，定子和軸固定在一起，由外轉(zhuǎn)子帶動(dòng)工作件。從而，該電動(dòng)機(jī)可以概要地描述為:一軸，其定義了一旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)；一環(huán)形轉(zhuǎn)子，該環(huán)形轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)具有第一數(shù)量的轉(zhuǎn)子磁極，這些轉(zhuǎn)子磁極沿圓周均勻分布，該軸所定義的旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)與該環(huán)形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)重合；一定子裝置，與該軸相連，其具有第二數(shù)量的定子單元；這些定子單元沿圓周均勻分布；這些定子單元在垂直于該軸的一個(gè)共同平面內(nèi)對(duì)齊，沿圓周方向均勻分布，并且軸向地與該環(huán)形轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)間隔一軸向空氣間隙；每個(gè)定子單元具有在激勵(lì)時(shí)在該軸向空氣間隙中產(chǎn)生一磁通的一定子線(xiàn)圈，在該軸向空氣間隙中的磁通與該軸平行；該第二數(shù)量的定子單元分成兩組，以構(gòu)成一第一組定子單元和一第二組定子單元。每個(gè)第一組定子單元的定子單元由兩個(gè)第二組定子單元的定子單元在兩邊包圍；以及一控制電路，其包括一正向半波整流裝置和一反向半波整流裝置；其中，第一組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該正向半波整流裝置相連，第二組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該反向半波整流裝置相連。
[0115]圖9A和9B示出了一個(gè)具體實(shí)施例，其中定子是線(xiàn)型的。定子902，904，906，908與一軌道或滑道910結(jié)合可啟動(dòng)一直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。這些定子也可劃分為兩組，例如:定子902和906在第一組，定子904和908在第二組。當(dāng)這兩組定子與圖4所示的半波整流裝置相連時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌道910可沿直線(xiàn)前向運(yùn)動(dòng)。
[0116]圖9B示出了一組三相線(xiàn)性裝置912，914，916。定子裝置918，920，922中的每一個(gè)與其他有偏差。并且，軌道上的磁極024，026之間的距離是兩倍于定子之間的距離，從而使得磁極一次只與一組定子相互作用。在圖示的實(shí)施例中，定子920和922的偏差，優(yōu)選地，為軌道810上的兩個(gè)磁極之間距離的1/3或2/3。
[0117]需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中的軌道或滑道910可視為一直線(xiàn)形動(dòng)子，該直線(xiàn)形動(dòng)子具有第一數(shù)量的動(dòng)子磁極，這些動(dòng)子磁極沿直線(xiàn)均勻分布于該直線(xiàn)形動(dòng)子的一側(cè)。從而，該電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)可以概要地描述為:一直線(xiàn)形動(dòng)子，具有第一數(shù)量的動(dòng)子磁極，這些動(dòng)子磁極沿直線(xiàn)均勻分布于該直線(xiàn)形動(dòng)子的一側(cè)；一定子裝置，其具有第二數(shù)量的定子單元；這些定子單元沿直線(xiàn)均勻分布；這些定子單元在平行于該直線(xiàn)形動(dòng)子的一個(gè)共同平面內(nèi)對(duì)齊，并且與該直線(xiàn)形動(dòng)子的一側(cè)間隔一垂直方向空氣間隙；每個(gè)定子單元具有在激勵(lì)時(shí)在該垂直方向空氣間隙中產(chǎn)生一磁通的一定子線(xiàn)圈，在該垂直方向空氣間隙中的磁通與該直線(xiàn)形動(dòng)子垂直；該第二數(shù)量的定子單元分成兩組，以構(gòu)成一第一組定子單元和一第二組定子單元，每個(gè)第一組定子單元的定子單元和第二組定子單元的定子單元交叉布置；以及一控制電路，其包括一正向半波整流裝置和一反向半波整流裝置；其中，第一組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該正向半波整流裝置相連，第二組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該反向半波整流裝置相連。
[0118]前述的盤(pán)形轉(zhuǎn)子和環(huán)形轉(zhuǎn)子的一般性說(shuō)明，同樣適用于這種直線(xiàn)形動(dòng)子的情形。類(lèi)似前述的將兩個(gè)轉(zhuǎn)子磁極之間的角度差異定義為轉(zhuǎn)子扇形角，可以將兩個(gè)直線(xiàn)形的動(dòng)子磁極之間的距離差異定義為轉(zhuǎn)子節(jié)距；類(lèi)似前述的將兩個(gè)定子單元之間的角度差異定義為定子扇形角，可以將兩個(gè)直線(xiàn)形的定子單元之間的距離差異定義為定子節(jié)距，進(jìn)而有:前述的三分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位對(duì)應(yīng)于三分之一個(gè)轉(zhuǎn)子節(jié)距的偏位、六分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位對(duì)應(yīng)于六分之一個(gè)轉(zhuǎn)子節(jié)距的偏位、三分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位對(duì)應(yīng)于三分之一個(gè)定子節(jié)距的偏位以及六分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位對(duì)應(yīng)于六分之一個(gè)定子節(jié)距的偏位。
[0119]上述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用于限制本發(fā)明的實(shí)施方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進(jìn)行相應(yīng)的變通或修改，故本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書(shū)所要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，包括: 一轉(zhuǎn)軸，其定義了一旋轉(zhuǎn)軸； 一轉(zhuǎn)盤(pán)，由該轉(zhuǎn)軸徑向地延伸，該轉(zhuǎn)盤(pán)具有第一數(shù)量的轉(zhuǎn)子磁極，這些轉(zhuǎn)子磁極沿圓周均勻分布； 一定子裝置，其具有第二數(shù)量的定子單元；這些定子單元沿圓周均勻分布；這些定子單元在垂直于該轉(zhuǎn)軸的一個(gè)共同平面內(nèi)對(duì)齊，并且軸向地與該轉(zhuǎn)盤(pán)間隔一軸向空氣間隙；每個(gè)定子單元具有在激勵(lì)時(shí)在該軸向空氣間隙中產(chǎn)生一磁通的一定子線(xiàn)圈，在該軸向空氣間隙中的磁通與該轉(zhuǎn)軸平行；該第二數(shù)量的定子單元分成兩組，以構(gòu)成一第一組定子單元和一第二組定子單元，每個(gè)第一組定子單元的定子單元由兩個(gè)第二組定子單元的定子單元在兩邊包圍；以及 一控制電路，其包括一正向半波整流裝置和一反向半波整流裝置； 其中，該第一組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該正向半波整流裝置相連，該第二組定子單元中的定子線(xiàn)圈與該反向半波整流裝置相連。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，該轉(zhuǎn)盤(pán)為一第一轉(zhuǎn)盤(pán)，該定子裝置為一第一定子裝置，該開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)還包括: 一第二轉(zhuǎn)盤(pán)和一第三轉(zhuǎn)盤(pán)，各自徑向地由該轉(zhuǎn)軸延伸，該第二轉(zhuǎn)盤(pán)和第三轉(zhuǎn)盤(pán)各具有沿圓周均勻分布的第一數(shù)量的轉(zhuǎn)子磁極；以及 一第二定子裝置和一第三定子裝置，各自與該第一定子裝置結(jié)構(gòu)相同； 其中，該控制電路還包括兩個(gè)正向半波整流裝置和兩個(gè)反向半波整流裝置； 其中，每個(gè)定子裝置中的 第一組定子單元中的定子線(xiàn)圈與一正向半波整流裝置相連，每個(gè)定子裝置中的第二組定子單元中的定子線(xiàn)圈與一反向半波整流裝置相連；并且 其中，兩個(gè)相鄰的定子單元定義出一定子扇形角，兩個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)子磁極定義出一轉(zhuǎn)子扇形角。
3.依據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，該第二轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第一轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)位，該第三轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第二轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)位。
4.依據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，該第二轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第一轉(zhuǎn)盤(pán)有三分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位，該第三轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第二轉(zhuǎn)盤(pán)有三分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位；或者，該第二轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第一轉(zhuǎn)盤(pán)有六分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位，該第三轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)該第二轉(zhuǎn)盤(pán)有六分之一個(gè)轉(zhuǎn)子扇形角的轉(zhuǎn)位。
5.依據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，該第二定子裝置相對(duì)該第一定子裝置轉(zhuǎn)位，該第三定子裝置相對(duì)該第二定子裝置轉(zhuǎn)位。
6.依據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，該第二定子裝置相對(duì)該第一定子裝置有三分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位，該第三定子裝置相對(duì)該第二定子裝置有三分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位；或者，該第二定子裝置相對(duì)該第一定子裝置有六分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位，該第三定子裝置相對(duì)該第二定子裝置有六分之一個(gè)定子扇形角的轉(zhuǎn)位。
7.依據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，該開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是采用三相交流電供電的。
8.依據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，該第一數(shù)量是該第二數(shù)量的一半。
9.依據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，各定子單元具有C形的磁芯，該C形的磁芯的后部形成一空氣間隙；在該第一組定子單元或第二組定子單元中的定子線(xiàn)圈是串聯(lián)的或者并聯(lián)的。
10.依據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于，該轉(zhuǎn)子磁極的材質(zhì)選自于由鐵、鋼、鐵氧體、非晶磁和坡莫合金構(gòu)成的軟磁材料群組，該鋼包括鐵芯硅鋼和硅鋼；該轉(zhuǎn)盤(pán)的材質(zhì)選自于由鋁、鈦、鋼、鐵、`塑料和陶瓷構(gòu)成的群組，該塑料包括纖維增強(qiáng)塑料。
【文檔編號(hào)】H02K41/03GK103427575SQ201310263716
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】袁德芳 申請(qǐng)人:深圳市合興加能科技有限公司