[发明专利]无刷电机装置

说明书

相关申请

这是国际申请，其根据PCT条约8(1)和法则4.10要求于2005年8月15日提交的美国实用新型申请No.11/205,264的权益，而No.11/205,264是根据35USC§120要求于2003年8月4日提交的现在专利号为No.6,930,433且名称为“BRUSHLESS ELECTRO-MECHANICAL DEVICE”的美国实用新型申请No.10/634,511的权益的部分继续申请，其全部内容因此以引用方式并入；要求于2003年4月16日提交的部分继续申请No.10/417,713的优先权，其全部内容因此以引用方式并入；要求于2001年3月8日提交的现在的专利号为No.6,552,460的继续申请No.09/803,007的优先权，其全部内容因此以引用方式并入。

背景技术

以下发明涉及用于将电能转换为机械运动以及将机械运动转换为电能的无刷电机装置(brushless electromechanical machine)。更具体地，本发明涉及具有自起动能力、高的扭矩和增加的效率的电动马达/发电机。

使用电刷的电动马达特征在于低效并要求精细的起动机构(startermechanism)。最近，开发了一种使用电磁体的无刷马达，其具有由多个环形磁极件(toroidal pole piece)组成的定子。磁极件每个都具有狭窄的间隙以允许盘形转子通过。转子包括围绕圆盘外围隔开的多个永磁体。当永磁体通过定子磁极中的间隙时，永磁体被吸引和排斥以使马达运行。随着适当的开关电路，可以使这样的组合用作无刷电动马达。在Porter的美国专利No.5,179,307中示出了这样的结构的一个实施例。

′307专利的马达的问题在于马达要求某种类型的辅助的起动机构，以便开始使圆盘旋转。另外，这样的马达不能够容易地使得其方向反向。

本领域中所需要的是转动式和线性式电磁装置(electromagneticmachine)，其对于给出的尺寸和重量提供较高的扭矩和功率密度，对于较高的效率具有较低的损耗，并且不要求辅助的起动机构，即，是自起动的。

附图说明

在附图中，相同的标号一般表示对应的元件。

图1是根据本发明实施方案的电机装置的透视图；

图2是图1的电机装置的俯视图；

图3是图2的电机装置沿线3-3截取的侧面横截面视图；

图4是根据本发明实施方案的其上叠加有电磁体轮廓的转子的一部分的俯视图，示出了两相电机装置的电磁体相对于的永磁体的位置；

图5是根据本发明实施方案的另一电机装置的俯视图；

图6是根据本发明实施方案的用于控制电机装置作为电动马达的驱动模块的示意图；

图7是根据本发明实施方案的结合图6的电子驱动模块使用的霍尔效应传感器的示意图；

图8是根据本发明实施方案的示出图6的电子驱动电子装置(driveelectronics)的开关特性的时序图(timing diagram)；

图9是根据本发明实施方案的作为线性式装置(linear machine)的电机装置的局部透视图；

图10A-10D是根据本发明实施方案的环形电磁体和永磁体的示意图，其示出了图8的驱动电子装置的两相开关特性；

图11是根据本发明实施方案的使用电机装置作为组合式起动马达和交流发电机的电路的示意图；

图12A是根据本发明实施方案的其上叠加有电磁体轮廓的转子的一部分的俯视图，示出了三相电机装置的电磁体与的永磁体的相对位置；

图12B是用于图12A实施方案的三个电磁体的波形的三相时序图；

图13A是基于图12实施方案的磁体之间11.25度间隔和每个换向间隔3.75度的三相电压波形图和相关的+/-换向表；

图13B是根据本发明实施方案的用于马达控制模块上的三相全部相位的三相控制电子装置的示意图；

图13C是根据本发明实施方案的用于三相结构的串联连接的多个电磁体的示意图；

图13D和13E是根据本发明实施方案的基于三相三角形电连接的三相电机装置的示意图；

图13F和13G是根据本发明实施方案的基于三相Y形电连接的三相实施方案的示意图；

图14A和14B是根据本发明的一般N相实施方案的电磁体和永磁体的布置的示意图；

图15A和15B分别是根据本发明实施方案的作为电机装置的N个激励相位(N为偶数和N为奇数)中的每个的电相位角(electrical phase angle)的函数的相位换向波形；