[发明专利]具有双径向气隙的电机

说明书

技术领域

本发明主要涉及电机的设计，具体为磁阻电机的设计。其尤其适于开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机(无论作为电动机还是发电机工作)是可变磁阻电机的一种形式。开关磁阻系统的特征和操作在本领域中是众所周知的，并且已经得到描述，例如，Stephenson和Blake在PCIM’93会议(此会议于1993年6月21日-24日在N ürnberg召开)发表的论文“The characteristics，design andapplication of switched reluctance motors and drives”，此论文被并入本文中作为参考。在各种课本中也能够找到对于驱动器(drive)的一般处理，例如，TJE Miller的“Electronic Control of Switched Reluctance Machines”(Newnes，2001)。图1以图解形式示出了典型的开关磁阻电动机驱动系统，其中，开关磁阻电机12连接到负载19。直流电源ll可以是电池，或是被整流或滤波的交流干线(mains)，或者是其它形式的蓄能装置(energy storage)。在电子控制单元14的控制下，电源11提供的直流电压通过功率变换器13在电机12的各个相绕组16之间交换。

为了调速系统的恰当操作，必须正确地使交换与转子旋转的角度相同步，并且，通常采用转子位置检测器15提供对应于转子的角度位置的信号。本领域普通技术人员也熟知用于确定转子位置的无传感器技术。因而，转子位置检测器15可以采用许多形式，包括软件算法的形式，并且，转子位置检测器的输出可用于生成速度反馈信号。位置检测器的存在以及完全取决于转子瞬时位置的激励策略导致了为这些电机进行“交换的转子位置”的通用情况。

图2示出了许多种已知的变换器布局之一，其中，电机的相绕组16与母线26和27之间的两个交换器件21和22串联。母线26和27总称为变换器的“直流联络线(DC link)”。能量恢复二极管23和24连接到绕组，使得当开关21和22断开时线圈电流回流到直流联络线。电容器25，称为“直流联络线电容器”，其跨接直流联络线，以获得或沉没(sink)不能从电源汲取出或者不能返回到电源的直流联络线电流的交流分量(即，所谓的“脉动电流”)。实际上，电容器25可包括串联和/或并联的几个电容器，其中，使用并联连接时，一部分元件可分布在变换器中。电阻器28与较低的开关22串联连接，以提供非隔离的电流反馈信号。图1中示出了给出隔离信号的交流测量装置18。多相系统通常使用几个并联连接的图2中的“相脚”，来为电机的各相提供能量。

图3(b)中示出了典型的3相开关磁阻电机的横截面。此机器是双凸极的，即，定子30和转子32都具有磁性的凸极。图3(b)中，示出转子的一对电极34与相A的定子电极36完全对准。这表示相的最大电感的位置，最大电感经常被表示为L_max，如图3(a)所示。在图3(c)中，转子旋转到转子的电极间的轴线37与定子电极36对准的位置。这表示相的最小电感的位置，该最小电感经常被表示为L_min。随着转子转动，电感在L_max和L_min这两个极限值之间变化，呈现出如图3(a)所示的理想形式。实践中，由于磁通边缘现象以及磁路饱和，L_max和L_min处的尖角变得较圆。电感的最大值也将取决于电流。然而，此曲线可用于阐释机器的一般运行情况。

开关磁阻电机的相位电感周期是对于相应相位或每个相位电感发生变化的时间段，例如，在转子电极和相关各个定子电极完全对准时出现的最大值之间的时间段。通常，转子和定子具有相同的轴长，并且，理论上，在沿着轴长的任何横截面处它们之中的磁通路径都相同。芯子的轴长经常标示为机器的“有效长度”，在机器的两端，绕组的端部线匝(end-turn)位于有效长度之外。