[发明专利]同步交流电机的转子控制

说明书

1、发明领域

本发明涉及交流(AC)同步电机，特别涉及对同步交流电机的转子磁极进行控制而形成不间断电源。

2、现有技术

现有同步交流电动机或发电机的转子包括数量固定的一对对磁极，其表面形状一定。同步交流发电机的输出频率只决定于转子的转速和磁极的数量。输出电压的相位决定于转子的瞬时位置，波形决定于转子磁极面的形状、绕组在定子中的布置、定子中的相位差和负载特性。这些电机的转子的磁极上可用绕组生成电磁场或用永久磁铁生成转子磁场。如转子磁极上使用绕组，改变转子磁极绕组中的直流电大小即可改变生成的电压或电动势(“E.M.F”)。如该绕组中的电流增加，发电机的输出电压就增加，而在电动机的情况下，则造成输入功率因数更超前。如转子磁极使用永久磁铁，转子结构变得简单，但磁场控制困难。

频率、电压、相位受控的一种电机见US4,177,414，该专利公开了一种发电系统，该发电机系统生成选定的频率和电压恒定的正弦波AC。一转动主发电机生成选定的频率恒定的正弦波AC电位。至少另一个转动副发电机生成频率与主发电机相同的正弦波AC。主发电机的AC电位输出与副发电机的输出串联。电装置使副发电机的AC电位输出与主发电机的AC电位输出之间有一相位差，该相位差使得这两个串联发电机的总AC电位为电压选定的正弦波AC。主发电机的转子和副发电机的转子各有至少一个由高导磁率软磁性材料制成的铁心。铁心的表面上有一层高矫顽可再磁化硬磁性材料，一定子与铁心并置。每一定子有一由高导磁率、低损耗软磁性材料制成的铁心，铁心表面上有槽。定子铁心的槽中有一励磁线圈。励磁线圈用频率与该选定频率相同的AC电位励磁。因此，该转动铁心上的该层硬磁性材料被相邻励磁线圈磁化成与励磁线圈的AC电位对应的磁场型。当被磁化铁心相对定子转动时定子铁心其余槽中的初级绕组生成AC电位。相位移装置使得励磁副发电机定子中的励磁线圈的AC电位与励磁主发电机中的励磁线圈的AC电位之间保持一定的相位差。因此，主发电机和副发电机定子中的初级绕组生成的AC电位的相位差使得所得的组合AC电压为选定电压。

对上述专利作出的一种改进见US4,663,536，该专利公开了一种体积较小、运行平稳的高效电动机-发电机不间断电源(NIPS)，其中，用一AC电源对一驱动电动机供电，该AC电源的电压可不稳定，甚至可时断时续。但是，即使该AC电源把可用AC供给该驱动电动机时电力中断时间达数秒之久，该发电机向一负载供电的频率和电压仍可始终保持恒定。该NIPS包括一支撑底座上的一同步电动机和一AC发电机。该同步电动机的定子装在一固定轴上，由AC电源供电，生成一转动磁场。该电动机的转子围绕其定子，可与驱动该AC发电机的转子的转动磁场同步地转动。该AC发电机有一转动惯性很大的转子。该转子有一可转动圆柱形壳体件，该壳体件可围绕轴转动地安装在该支撑底座的轴承上。该壳体件的内壁上至少粘贴有软磁性材料。该软磁性材料上有一层可再磁化高矫顽(硬)磁性材料，其圆柱形外表面与该壳体件的转动轴线同轴。该发电机还有一定子，定子的固定轴固定在支撑底座上，定子沿转子的轴线位于转子内部。该固定轴上至少粘贴有低损耗软磁性材料，其带槽表面与硬磁性材料层并置并等长，该带槽表面与该硬磁性材料层之间有一气隙。定子的两个槽之间有一磁极，一励磁线圈套在该磁极上。当一控制装置的单相AC励磁该励磁线圈时，该磁极生成极性交替变化的一强大磁通。因此，该并置的硬磁性材料层在南北交替的磁极中转动时被磁化。该定子的其余槽中有一反馈绕组和AC发电绕组。最后，定子中有连接反馈绕组与励磁线圈的电路，从而当转子同步转动时，该励磁线圈中由该层中磁化磁极的通过所生成的AC电位受这些磁极在反馈绕组中生成的AC电压的抑制。

该支撑底座包括一外壳，转动惯性很大的转子壳体件装在该外壳中。该壳体件分成若干段，其中的一段上粘贴有电动机转子部件，另一段上粘贴有发电机转子部件。支撑电动机定子和发电机定子的轴位于该圆柱形壳体件中。这两个定子各与其转子部件并置和对齐。轴承件把该圆柱形壳体件支撑成可围绕该轴转动。柔性安装装置在该外壳中弹性支撑轴承件和该轴。