[发明专利]基于相位角控制的向量磁流电机

说明书

技术领域

本发明属于电能与机械能转换领域，具体涉及一种基于相位角控制的向量磁流电机（也称为“基于相位角控制的矢量向量磁流电机”） 

背景技术

应用广泛的电动机是一种经典的电能、机械能转换装置。这种传统电动机由于运行模式和结构形式所限，其电能与机械能的转换效率已很难再进一步提高，这是因为：a.传统电动机采用的交流与直流或单相与多相电能源输入形式，其线圈绕组内的电流方向和强度一直在发生变化，线圈绕组的“感性”特征使其无法避免“感抗”造成的损耗。b.作为旋转运行模式的传统电动机，其定、动子之间的“极靴”是相互能量传递的对象，“极靴”之间气隙中发生的磁通流并不是清晰、理想的。气隙间只有切线方向的磁矩是作功部分，其它方向的磁矩对转动形式的机械能输出并没有实际意义。在相同空间和时间内产生的不同方向磁流在气隙间混合，既有参与作功的有效部分，也有不作功的其它部分，其中不参与作功的磁流分量不仅不能转换成机械能，还要消耗电能源。c.传统电动机的能量转换只限于产生电磁感应的磁场中的一个有效长度线段，其它部分只是构成电流回路的导体，并不参与能量转换和作功，因此按电气特性的有益效果原则，电动机的结构设计应该是（有效线段）越细长越好。而实际中传统电动机的能量传递是发生在定、动子“极靴”之间的气隙位置，若以机械特性的有益效果分析，应该是气隙的位置离转动轴心越远越好，也就是说电动机的结构设计应该是越扁平越好。传统电动机在工程设计上实际是分别牺牲了电气特性和机械能特性中的一部分有益效果，造成电能、机械能整体转换效率的损失。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相位角控制的向量磁流电机。针对传统电动机的上述缺陷，本发明要解决的问题是： 

1.通过克服感抗和无功消耗、根据机械运动的需要控制磁力的产生和作功方向，提高能量转换效率； 

2.改变传统电机定、动子的结构形式，依据被应用装置的实际结构形式、力和力矩作用位置，优化磁路，提高能量转换装置的机械能输出效果。 

实现本发明目的的技术方案是： 

一种基于相位角控制的向量磁流电机，由定子、动子、线圈绕组组成，所述定子和动子相向设置，所述定子固定，所述动子能相对于定子运动；所述定子中至少设有一个定子导磁 体，所述动子中至少设有一个动子导磁体，所述定子导磁体和所述动子导磁体之间设有气隙；所述线圈绕组绕在所述定子导磁体或者动子导磁体上；所述电机中还设置有位置传感器与控制器；所述位置传感器与与所述控制器连接；所述线圈绕组通过该控制器与电源连接。 

所述位置传感器采集所述定子导磁体和所述动子导磁体的相对位置信息，并发送至所述控制器。 

所述检测位置传感器定子导磁体和动子导磁体的相对位置，并产生位置传感信号；所述的控制器接收所述位置传感器信号，根据所述定子导磁体和所述动子导磁体的相对位置和所述动子将要进行的运行模式，设定所述线圈绕组的通电时序，对所述线圈绕组的电流通断进行时序控制，使所述绕组线圈中通过的电流为脉冲电流，在所述动子导磁体和定子导磁体之间产生预定方向的电磁吸力，驱动所述动子导磁体产生机械运动。 

作为本发明的进一步改进，所述控制器中设有： 

位置信息采集模块（IC0），用于采集所述绕组线圈的电流变化量或电压变化量； 

在优化方案中，位置信息采集模块与模数转换模块之间，可以设置一个“信息处理模块”（IC1），用以筛选位置信息采集模块采集到的电流变化量或电压变化量，只保留其中有效区间的变化量，摒弃其中过大或过小的无用信息； 

模数转换模块（IC2），用于将所述绕组线圈的电流变化量或电压变化量转换成数字量输入中央处理模块； 

中央处理模块（IC3），将所述模数转换模块输入的数字量和预先设定的位置数据进行比较，得到所述绕组线圈和定子导磁体的相对位置；根据所述电机的运动模式和所述绕组线圈所在的位置，设定所述绕组线圈的通电时序； 

功率开关模块（IC4），按照中央处理模块确定的通电时序，控制所述绕组线圈与电源之间连接的通断。 

由于“所述线圈绕组通过该控制器与电源连接”，即所述线圈绕组与控制器始终为连接状态，所以当控制器与电源连接时，控制器中各芯片的工作电流或工作电压，也同时接通到各线圈绕组中。各线圈绕组中工作电流或工作电压的变化，也会随时通过模数转换传输到控制器中。以上所述的工作电流或工作电压一般为毫安级低压直流或5V左右的低压（在本申请中也称为“低压直流电”），应明确区别于电机（驱动线圈绕组）做功的驱动电流。