[发明专利]同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种同步电机。更具体地，本发明涉及一种可以用作同步发电机或者同步发动机的可控磁场式同步电机。此外，本发明涉及一种用于操作同步电机的方法。

背景技术

现有技术中已知，同步电机既可以用作发动机又可以用作发电机。尽管电动机通常根据机械术语(即，定子和转子)来描述，然而，发电机是从电学角度来描述，即，电枢和磁场。尽管存在不同的术语，然而，同步电机可以执行两种工作且在下文中被称为电机。

当前所用的大多数工业电动机是异步(感应)类型。这主要是因为，与同步直流(DC)发动机相比，异步发动机是简单的且耐用的。尽管同步发动机的效率通常高于其他工业电动机类型的发动机的效率，然而，同步发动机通常是复杂的且制造昂贵-主要涉及其对旋转励磁机改变转子磁场电流的要求。永磁同步发动机是简单的且较便宜的，但是不提供任何用于控制转子磁场励磁的部件，转子磁场励磁被转子上的永久磁铁固定。具有可变磁场励磁但是没有旋转励磁机的同步电机会具有同步电机的优点而没有附加的费用以及旋转励磁机引入的可靠性影响。

关于发电机，大多数发电机利用旋转的无刷励磁机系统来控制。该励磁机被安装在与主发电机旋转部件相同的轴/转子上，且形成在5％和30％之间的活性材料的任何部件，因此降低发电机的成本。励磁机的相对成本主要取决于发电机的尺寸或者额定功率：总之，发电机越小，励磁器的相对成本就越高。

WO 2007/003868 A1中示出了电动机的一个示例。在该文献中，描述了一种电动机，其包括具有至少两个电枢相对(phase pair)绕组的电枢和凸极转子布置，该凸极转子布置具有以选择性电子开关终止的磁场绕组，该选择性电子开关确定所述磁场绕组的电气连接。该电动机还包括控制部件，该控制部件被配置成调整磁场绕组的磁化，使得在任何给定的时刻，一个电枢相对可用于磁化磁场绕组，同时另一对用于扭矩的产生。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种同步电机，包括定子和转子，其中

-所述定子包括多极定子绕组组，

-所述转子包括多极圆柱形转子设计或者凸极设计，所述多极圆柱形转子设计或者凸极设计具有在圆柱形转子上的至少二相转子绕组组，所述至少二相转子绕组组具有与所述定子相同数量的极，和

-通过二次绕组以产生谐波磁通或者通过具有外部转子磁场励磁源的标准三相绕组，所述定子绕组通过定子电流不平衡或者叠加而提供对所述转子的励磁。

根据本发明的一个实施方式，通过外部源、优选电源，实现所述定子电流不平衡或者叠加。

根据本发明的另一个实施方式，通过将直流注入所述定子绕组或者注入中性导体，可以执行所述转子的励磁。

根据本发明的另一个实施方式，通过将交流注入所述定子绕组或者注入所述中性导体，可以执行所述转子的励磁。

根据本发明的另一个实施方式，通过在多相定子绕组组的一个或多个相中的串联的阻抗或电阻，实现所述定子电流不平衡。

根据本发明的另一个实施方式，通过关联的控制电子装置，实现所述定子电流不平衡。

根据本发明的另一个实施方式，通过在所述定子绕组组处的绕组抽头，实现所述定子电流不平衡，所述定子绕组组可以被短路或者切换以提供固有不平衡的定子绕组。

根据本发明的另一个实施方式，通过具有多个抽头的一个相的中性点，实现所述定子电流不平衡，所述多个抽头允许移动所述中性点以创建不平衡。

根据本发明的另一个实施方式，通过固有不平衡的绕组，实现所述定子电流不平衡。

根据本发明的另一个实施方式，所述多相转子的相数是2个、3个、最优选4个、或者大于4个。

根据本发明的另一个实施方式，所述圆柱形转子是非凸出的。

根据本发明的另一个实施方式，所述电机能够操作作为发动机。

根据本发明的另一个实施方式，所述电机能够操作作为发电机。

根据本发明的另一个实施方式，所述圆柱形转子是凸出的。

根据本发明的另一个实施方式，整流的转子电流通过所述转子中的主磁场绕组被循环，所述转子既包括所述交流励磁绕组又包括主磁场绕组，整流的励磁绕组电流通过所述主磁场绕组流动。

根据本发明的另一个实施方式，至少两个转子端子增添电容器，以提供滤波或者控制动作来改善所述电机的性能。

根据本发明的另一个实施方式，参照运动部件和静止部件，转子和定子互换。