[发明专利]具有气隙控制系统的电机以及控制电机中的气隙的系统和方法

说明书

使用气隙控制器控制电机中的气隙的长度的系统和方法可以包括：至少部分地使用气隙控制器来确定电机的气隙长度值，使用气隙控制器将所确定的气隙长度值与气隙目标值进行比较，并在所确定的气隙长度值与气隙目标值相差预限定阈值时，将控制命令从气隙控制器输出到与气隙控制系统相关联的可控装置。控制命令可以被构造为改变与气隙控制系统相关联的操作参数，以调节电机的转子芯的外表面和电机的定子芯的内表面之间的气隙的长度。

技术领域

本公开涉及具有气隙控制系统的电机，以及控制电机中的气隙的系统和方法。

背景技术

电机用于多种设置，包括工业，商业和消费者应用。典型的电机包括转子芯组件和周向围绕转子芯组件的定子芯组件。定子芯的内表面和转子芯组件的外表面之间的空间通常称为“气隙”。必须有足够长度的气隙，以允许转子芯组件自由旋转而不接触定子芯。尽管电机中的气隙的长度可以取决于特定的电机，但是通常期望使气隙的长度L最小化，因为空气具有高磁阻。另外，随着气隙的长度L的增加，分别由涡流，风阻和磁滞引起的电机中的电阻损耗通常会增加。

期望具有改善的能量效率的电机。高性能应用通常要求具有高功率密度的电机，这意味着需要动力(power)输出越来越大而机器尺寸却越来越小的电机。电机的能量效率可以描述为其有用动力输出与其总动力输入之比，通常表示为百分比。电机的有用动力输出与其总动力输出之间的差异有时称为电阻损耗。电机中的气隙引起的电阻损耗是电机能量效率的主要来源。较小的气隙长度可以减少电机的磁化动力需求，从而改善其能量效率。但是，当气隙太小时，则转子芯和定子芯之间的接触风险会增加。转子芯和定子芯之间的即使很小的接触也可能导致电机损坏，并且还可能降低电机的性能和能量效率。转子芯和定子芯之间更显著的接触可能会对电机造成更严重的损坏，包括潜在的灾难性故障。

期望具有优化的气隙长度的电机，因为优化的气隙长度可以导致改善的性能和能量效率。然而，当在给定的一组操作参数和/或操作条件下操作电机时，有许多操作参数和/或操作条件会影响气隙的实际长度以及最佳气隙。取决于特定的电机如何实际或独特地操作，这样的操作参数和/或操作条件可以复杂地相互关联并且可以变化。

因此，需要具有气隙控制系统的电机，以及控制电机中的气隙的系统和方法。

发明内容

方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践当前公开的主题来学习。

一方面，本公开包含使用气隙控制器来控制电机中气隙的长度的方法。示例性方法可以包括：至少部分地使用气隙控制器来确定电机的气隙长度值，使用气隙控制器将所确定的气隙长度值与气隙目标值进行比较，并在所确定的气隙长度值与气隙目标值相差预限定阈值时，将一个或多个控制命令从气隙控制器输出到与气隙控制系统相关联的一个或多个可控装置。

一个或多个控制命令可以被构造为改变与气隙控制系统相关联的一个或多个操作参数，以调节电机的转子芯的外表面和电机的定子芯的内表面之间的气隙的长度。气隙长度值可以至少部分地基于气隙长度模型来确定，并且气隙长度模型可以利用一个或多个模型输入来计算气隙长度值。一个或多个可控装置和/或一个或多个操作参数可以与电机和/或气隙控制系统相关联。

在另一实施例中，使用气隙控制器控制电机中的气隙的长度的示例性方法可包括：在气隙控制器处接收包括与气隙控制系统相关联的数据的一个或多个模型输入；至少部分地使用气隙控制器来确定电机的调节的气隙目标值；使用气隙控制器将电机的气隙长度值与调节的气隙目标值进行比较；当气隙长度值与调节的气隙目标值相差预限定阈值时，将一个或多个控制命令从气隙控制器输出到与气隙控制系统相关联的一个或多个可控装置。一个或多个控制命令可以被构造为改变与气隙控制系统相关联的一个或多个操作参数，以调节电机的转子芯的外表面与电机的定子芯的内表面之间的气隙的长度。