[实用新型]不借助外部机构改变气隙的轴向磁场电动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及不借助外部机构改变气隙的轴向磁场电动机。

背景技术

已经公认，永磁旋转电机能提供更高的整体效率，并使得整体能源成本降低。相比其他拓扑结构，近年来轴向磁通旋转电机在功率密度和效率上呈现出更为显著的提高。此外，实用新型者已经证明，利用各种不同的技术，定子和转子之间的气隙可以改变，从而创建一个扩展的转矩 - 速度曲线，而这通常无法通过其他的旋转永磁电机实现。

在轴向机器中，在使用过程中改变空气间隙将产生一个解决与之相冲突的操作要求的方案。第一个近似值，穿过气隙（BG）的磁通与磁体的剩磁（Br）有关，关系如下：

Br/Bg ≈ 1/C? + g/lm,

其中g是气隙， lm是磁铁的厚度，C?是问题电机的磁通集中因数，这是一个无维数，此类型的电机约为0.9。

这里最重要的是，从一个给定的电机绕组电流产生的转矩实际等于Bg乘以一个因数，此因数是指电机的所有设计细节的总参数。Bg乘以电机等设计参数的数值，简单地称为电机力矩常数kT。 T = I * kT是一个基本的电机关系。由于所产生的功率等于扭矩乘以角速度ω ，或P = ω * T，而P等于I * V ，可以表示为，一个旋转的电机在其终端产生电压 E = ω * krot 。也可以说，常数krot与 KT 是相同的。

飞轮应用中，KT的影响是非常重要的。对于一个给定的KT，电机的最高速度是由作为电源的电压给出的。这通常被称为空载转速。对于具有额定绕组输入电流的电机来说，这也确定了来自电机的峰值扭矩。绕组电感和电阻限制了此约束，但扭矩与速度曲线形似于一个长方形的图（尤其对于高效率的轴向磁通电机来说，拥有低电感和低电阻绕组）。因此，功率与速度非常近似直线，直到在空载转速达到0时才会不同。

在径向磁场电机中，基本电机参数一定固定的。在轴向磁场电机中则不一定。通过简单地改变间隔距离，也就是改变了气隙，进而改变了磁通，根据磁通的变化，kT也随之改变。如果这是在电机工作中动态的完成，那么它可能使电机变成一个类似有一个内置无级变速器+电机的组合——输出轴既能在低转速下具有高扭矩能力，又保留了高转速输出的能力，且其功率、效率不会因此而产生变化。

目前来说有多种方法来扩展轴向磁场电机的工作区间。以下是现有方法与相向量气隙控制（PVGC?）比，他们的主要缺点：

a)   使用超大电机，覆盖较宽的操作范围 - 增加材料成本，系统的重量，通常在低转速工作区间导致效率的下降；

b)   多速变速箱 - 提高驱动系统的成本、重量和大小，并降低了系统的效率；

c)   外置间隙调整 - 需要用外部手段（即其他机制或伺服）调整间隙，从而增加了成本，重量等；

d)   软件（相位超前） -- 对系统效率产生不利影响。单独使用时，它无法和与主PVGC?机制结合使用时一样，延长转矩 - 速度曲线；

e)   扭矩引起的间隙变化 - 所需的机制较PVGC ?机制复杂；

f)   空芯电机 - 扩展频谱较小，要求使用较大的磁瓦，从而增加了成本，转动惯性和用增加的转动速率保持磁铁附着转子的复杂性。此外，保持和冷却线圈更为复杂。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供不借助外部机构改变气隙的轴向磁场电动机，以解决上述背景技术中的缺点。

不借助外部机构改变气隙的轴向磁场电动机，包括：永磁转子、定子铁芯、弹性元件，所述的永磁转子和定子铁芯之间设有弹性元件，通过弹性元件改变永磁转子和定子铁的相对位置。