本發(fā)明涉及繞線磁極式同步機(jī)及有效操作它們的方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)是由來(lái)已久。目前，高效率大型電機(jī)(即那些功率額定值大于10馬力(HP)甚至往往大于100馬力的電機(jī))使用帶有昂貴控制機(jī)構(gòu)的繞線磁極式同步設(shè)備，而小型電機(jī)(即那些功率額定值在10HP或更低的電機(jī))則使用稀土轉(zhuǎn)子磁鐵設(shè)備或感應(yīng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)設(shè)備。稀土轉(zhuǎn)子磁鐵設(shè)備的價(jià)格預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年將上漲，而感應(yīng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)設(shè)備節(jié)能效率低。

預(yù)計(jì)能源成本在經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境上都會(huì)增加，產(chǎn)生了對(duì)成本低且能源效率高的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種允許高效繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)相比于在應(yīng)用中當(dāng)前所使用的永久磁鐵或感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)以更低的成本或更高的能效在這些應(yīng)用中運(yùn)行的設(shè)備，從而解決了這一需求。其需要三個(gè)方面：一臺(tái)機(jī)器、一種包含轉(zhuǎn)子繞組的設(shè)備和一種能夠連接到轉(zhuǎn)子繞組的設(shè)備。第一方面是一種包含五個(gè)元件的裝置。第一元件是具有轉(zhuǎn)子繞組但不具有用于產(chǎn)生扭矩的轉(zhuǎn)子磁鐵的繞線磁極式同步機(jī)。第二元件是至少一個(gè)具有電壓和驅(qū)動(dòng)頻率的方波交流電電壓發(fā)生器。第三元件是至少一個(gè)與所述方波交流電電壓發(fā)生器通信的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)，所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)具有(1)旋轉(zhuǎn)參考框架、(2)靜態(tài)參考框架和(3)諧振電路，其串聯(lián)包含諧振電容器和帶有可變漏電感的旋轉(zhuǎn)變壓器。所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)被配置為以至少50千赫的諧振頻率在諧振模式下運(yùn)行。第四元件是與所述方波交流電電壓發(fā)生器和所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)通信的控制器設(shè)備，其被配置為(1)測(cè)量進(jìn)入所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的電壓和電流，(2)跟蹤所述諧振頻率，并且(3)調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)頻率以基本上與所述諧振頻率相匹配，以使交流電電流轉(zhuǎn)移最大化。第五元件是與所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)和所述繞線磁極式同步機(jī)通信的整流器，其被配置為在交流電電流進(jìn)入所述繞線磁極式同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組之前將所述交流電電流轉(zhuǎn)換為直流電電流。

第二方面是一種也包含五個(gè)元件的裝置。第一元件是用于繞線磁極式同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。第二元件是至少一個(gè)具有電壓和驅(qū)動(dòng)頻率的方波交流電電壓發(fā)生器。第三元件是至少一個(gè)與所述方波交流電電壓發(fā)生器通信的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)，所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)具有(1)旋轉(zhuǎn)參考框架、(2)靜態(tài)參考框架和(3)諧振電路，其串聯(lián)包含諧振電容器和帶有可變漏電感的旋轉(zhuǎn)變壓器。所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)被配置為以至少50千赫的諧振頻率在諧振模式下運(yùn)行。第四元件是與所述方波交流電電壓發(fā)生器和所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)通信的控制器設(shè)備，其被配置為(1)測(cè)量進(jìn)入所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的電壓和電流，(2)跟蹤所述諧振頻率，并且(3)調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)頻率以基本上與所述諧振頻率相匹配，以使交流電電流轉(zhuǎn)移最大化。第五元件是與所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)和所述繞線磁極式同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通信的整流器，其被配置為在交流電電流進(jìn)入所述轉(zhuǎn)子繞組之前將所述交流電電流轉(zhuǎn)換為直流電電流。

第三方面是一種包含四個(gè)元件的裝置。第一元件是至少一個(gè)具有電壓和驅(qū)動(dòng)頻率的方波交流電電壓發(fā)生器。第二元件是至少一個(gè)與所述方波交流電電壓發(fā)生器通信的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)，所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)具有(1)旋轉(zhuǎn)參考框架、(2)靜態(tài)參考框架和(3)諧振電路，其串聯(lián)包含諧振電容器和帶有可變漏電感的旋轉(zhuǎn)變壓器。所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)被配置為以至少50千赫的諧振頻率在諧振模式下運(yùn)行。第三元件是與所述方波交流電電壓發(fā)生器和所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)通信的控制器設(shè)備，其被配置為(1)測(cè)量進(jìn)入所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的電壓和電流，(2)跟蹤所述諧振頻率，并且(3)調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)頻率以基本上與所述諧振頻率相匹配，以使交流電電流轉(zhuǎn)移最大化。第四元件是與所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)通信的整流器，其被配置為在交流電電流進(jìn)入繞線磁極式同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組之前將所述交流電電流轉(zhuǎn)換為直流電電流。

本發(fā)明的各個(gè)方面允許在變速情況下制造和使用諸如發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)等繞線磁極式同步機(jī)(之前是不可能實(shí)現(xiàn)的)，該繞線磁極式同步機(jī)比感應(yīng)電機(jī)效率更高，而且在永磁電機(jī)中并沒(méi)有昂貴的稀土轉(zhuǎn)子磁體存在。所述方面可用作發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)、包含轉(zhuǎn)子繞組的、適合用于易于嵌入或改裝成現(xiàn)有永久磁鐵或感應(yīng)電機(jī)的設(shè)備或適合在構(gòu)造繞線磁極式同步機(jī)過(guò)程中使用的設(shè)備。所述方面可在從諸如汽車(chē)等大馬力機(jī)器到諸如割草機(jī)、泵和壓縮機(jī)等小馬力機(jī)器中使用。本發(fā)明的機(jī)器以及在機(jī)器中使用的本發(fā)明的設(shè)備在現(xiàn)有機(jī)械技術(shù)上提供至少五大改進(jìn)之處。首先，它們將同步繞線磁極式發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的實(shí)用和經(jīng)濟(jì)功率極限限制擴(kuò)展到分?jǐn)?shù)馬力應(yīng)用領(lǐng)域，省去了目前在此功率范圍內(nèi)的高效率發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的永久磁鐵。第二，它們使得高效率繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)在更廣功率水平內(nèi)取代低效率感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)，有助于實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源效率目標(biāo)。第三，它們?cè)诟鞴β仕絻?nèi)減少同步繞線磁極式發(fā)動(dòng)機(jī)的總體大小和重量。第四，它們提供諸如弱化、直接磁場(chǎng)控制和監(jiān)測(cè)等功能，這些功能目前在永磁發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)技術(shù)中不可獲得。第五，在不使用永久磁鐵的情況下，它們提供了與永磁同步發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎一樣的高效率。

附圖說(shuō)明

圖1是連接到繞線磁極式同步機(jī)的本發(fā)明所述設(shè)備的元件的框圖。

圖2A是所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，示出了在所述旋轉(zhuǎn)參考框架上的所述電容器。

圖2B是所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，示出了在所述固定參考框架上的所述電容器。

圖3A是說(shuō)明使用罐形磁芯軸向旋轉(zhuǎn)變壓器的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。

圖3B是圖3A中所述實(shí)施例的端視圖。

圖4A是說(shuō)明使用徑向旋轉(zhuǎn)變壓器的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。

圖4B是圖4A中所述實(shí)施例的端視圖。

圖5A是連接到繞線磁極式同步轉(zhuǎn)子的本發(fā)明所述設(shè)備的元件的框圖。

圖5B是連接到在圖5中所示的發(fā)明所述設(shè)備的通用電動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的框圖。

圖6是能夠連接到繞線磁極式同步轉(zhuǎn)子的本發(fā)明所述設(shè)備的元件的框圖。

雖然本發(fā)明可具有多種修改形式和替代形式，其具體特點(diǎn)已在圖中以實(shí)例的方式示出，并將詳盡描述。然而，應(yīng)理解其意圖并非將本發(fā)明限制在所描述的具體實(shí)施例上。相反，本發(fā)明希望覆蓋在由所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的全部修改、等同物和替代方案。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是已知發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、電源技術(shù)以及數(shù)字和軟件技術(shù)的獨(dú)特組合，從而產(chǎn)生新型的繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)或繞線磁極式同步機(jī)。這些機(jī)器和設(shè)備用于使所述機(jī)器相比于當(dāng)前的繞線磁極式同步機(jī)以更廉價(jià)的控制在大于10馬力的功率水平下并以可變的速度運(yùn)行或能夠運(yùn)行。這些機(jī)器和設(shè)備用于使所述機(jī)器在沒(méi)有稀土轉(zhuǎn)子磁鐵的情況下以10馬力或更少的功率水平同樣運(yùn)行或能夠運(yùn)行。這些機(jī)器和設(shè)備用于使所述機(jī)器取代在所有功率水平下使用的低能量效率的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。本發(fā)明所述的機(jī)器和由本發(fā)明所述的設(shè)備制造的機(jī)器的效率至少為95％，相比于感應(yīng)電機(jī)只有低于70％的效率。

本發(fā)明所述的繞線磁極式同步機(jī)以及本發(fā)明所述的用于制造繞線磁極式同步機(jī)的設(shè)備代表匯聚了150年的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、50年的電力供應(yīng)技術(shù)和30年的軟件工程，從而制造一種新穎的、非顯而易見(jiàn)而有益的新裝置?，F(xiàn)在，將討論每一個(gè)領(lǐng)域，以提供發(fā)明的背景。

發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

在2006年的一份研究中，美國(guó)的電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)報(bào)告顯示，美國(guó)60％的電能由發(fā)動(dòng)機(jī)消耗，而且這些發(fā)動(dòng)機(jī)中的絕大多數(shù)是以70％或更少的效率運(yùn)行的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)。2008年立法通過(guò)并于2010年實(shí)施的法規(guī)在法律上提高了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的管制，有效地將最沒(méi)有效率的和最便宜的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)非法化。正是同一項(xiàng)立法在有關(guān)提高的照明效率標(biāo)準(zhǔn)上在新聞界引起些許騷動(dòng)。在此項(xiàng)立法之前，發(fā)動(dòng)機(jī)因其收購(gòu)價(jià)格最低并且效率低而最具吸引力。此項(xiàng)立法之后，發(fā)動(dòng)機(jī)所有權(quán)的總成本更受關(guān)注。對(duì)于運(yùn)行24/7的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命期間的能源成本可能是所述發(fā)動(dòng)機(jī)初始成本的10至20倍。

在汽車(chē)行業(yè)中，對(duì)不同效率的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了不同的分類(lèi)。效率最高級(jí)別的超優(yōu)質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)以包含永久磁鐵的發(fā)動(dòng)機(jī)為主導(dǎo)。部分原因是效率立法在世界各地盛行，部分原因是這些發(fā)動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，此類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2011年至2017年間增加9倍。

這導(dǎo)致了大量發(fā)展困難。最顯眼的雖然不是最嚴(yán)重的是中國(guó)對(duì)稀土材料市場(chǎng)的國(guó)際關(guān)注。通過(guò)降低原材料的成本，中國(guó)有實(shí)際上停止了所有競(jìng)爭(zhēng)的采礦作業(yè)。然后，提高礦物原料的價(jià)格或限制其使用，使其加工產(chǎn)品(磁鐵等)的成本更具競(jìng)爭(zhēng)力，有效地將其客戶(hù)移動(dòng)到食物鏈。然而，這只是臨時(shí)轉(zhuǎn)移。與其名字“稀土”不符，稀土元素其實(shí)并非如此稀有。大量稀土元素礦床存在于各大洲(除西歐之外)，這些稀土元素原本就是從中分離出來(lái)(因此是“稀有”的外延)。

更嚴(yán)重的問(wèn)題是，將稀土元素加工成磁鐵是有毒且復(fù)雜的過(guò)程，并且地球甚至不能承受稀土磁鐵生產(chǎn)的驟增。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這將使稀土磁鐵持續(xù)溢價(jià)，使永磁發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)固然比其磁鐵較少的類(lèi)似物更加昂貴。

近年來(lái)，高效率感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)早已為人們所知曉。這些發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了從普通感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的70％提升到81％的效率。銅取代鋁可用于所述轉(zhuǎn)子，并且所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子的大小增加，以通過(guò)減少撓曲密度降低渦流損耗。然而，這會(huì)導(dǎo)致相比于那些具有相同額定功率和成本的普通效率感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更重的結(jié)構(gòu)，其接近那些具有類(lèi)似額定功率的永磁發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。

但也有其它方式來(lái)制造發(fā)動(dòng)機(jī)。開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)動(dòng)機(jī)追溯到1830年。自1830年以來(lái)，串激直流電發(fā)動(dòng)機(jī)也已經(jīng)存在。自1885年以來(lái)，感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)存在。自十九世紀(jì)七十年代以來(lái)，繞線磁極式同步發(fā)電機(jī)(最初被稱(chēng)為直流電發(fā)電機(jī))已經(jīng)存在。其同類(lèi)機(jī)器，繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎同一時(shí)期已經(jīng)存在。所有這些發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型依賴(lài)于一個(gè)或多個(gè)基本電磁結(jié)構(gòu)，其中電流在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生磁場(chǎng)。只有永磁發(fā)動(dòng)機(jī)不需要能量以維持轉(zhuǎn)子中的磁場(chǎng)；然而，這需要付出超出磁鐵本身成本的代價(jià)。

在任何永磁發(fā)動(dòng)機(jī)中，磁鐵本身的場(chǎng)強(qiáng)固定。這是優(yōu)點(diǎn)，也是缺點(diǎn)。對(duì)于需要速度為零的極大轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用領(lǐng)域，轉(zhuǎn)子中有磁場(chǎng)的存在，使其容易并且高效地滿(mǎn)足這一需求。然而，轉(zhuǎn)子上的固定磁場(chǎng)意味著旋轉(zhuǎn)速度受高速條件下的源電壓的限制。此外，對(duì)于需要發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可變的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的全功率必須加以控制，與這種控制相關(guān)聯(lián)的損失隨之而來(lái)。

在所有非永磁發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)是可調(diào)節(jié)的，允許用于優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。在所述串激直流電發(fā)動(dòng)機(jī)中，這涉及讓電流通過(guò)機(jī)械滑環(huán)，產(chǎn)生不良機(jī)械與維護(hù)影響。在所述開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述轉(zhuǎn)子中的磁場(chǎng)是不斷變化，導(dǎo)致渦流損耗、鐵損失和大量徑向力，從而產(chǎn)生噪音。同樣地，所述感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)依靠略慢于定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，也在所述轉(zhuǎn)子中感應(yīng)不斷變化的磁場(chǎng)并造成渦流和鐵損失。而所述繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)在所述轉(zhuǎn)子中不存在變化的磁場(chǎng)，所以沒(méi)有渦流或鐵損失。此外，沒(méi)有任何磁鐵的本發(fā)明的所述繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)接近永磁發(fā)動(dòng)機(jī)的效率性能。

繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)目前僅限于功率水平10馬力及以上，主要以與供電網(wǎng)同步的速度被驅(qū)動(dòng)，并且在固定式應(yīng)用中以及大型固定式和便攜式發(fā)電機(jī)應(yīng)用中使用。這是因?yàn)楸仨毾蛞苿?dòng)中的轉(zhuǎn)子提供電力以便激發(fā)磁場(chǎng)。目前用于此項(xiàng)的技術(shù)涉及滑環(huán)、低頻感應(yīng)或固定頻率感應(yīng)技術(shù)，所有這些技術(shù)都涉及維護(hù)問(wèn)題、極大規(guī)?；驒C(jī)械精度限制，且只有在較高的軸輸出級(jí)別上才是經(jīng)濟(jì)上合理的。

電力牽引應(yīng)用在汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中的出現(xiàn)導(dǎo)致了高馬力永磁與感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的發(fā)展。至于所述永磁發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，可能的故障條件存在之處磁轉(zhuǎn)子可以由外部機(jī)械能驅(qū)動(dòng)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)情況。至于所述感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，由于轉(zhuǎn)子中的高交流鐵和渦流電流損失，低轉(zhuǎn)速高扭矩運(yùn)行的效率特別低。由于供電到上述轉(zhuǎn)子繞組的電流限制，繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前未在這些應(yīng)用中使用。

一種經(jīng)濟(jì)地提供場(chǎng)功率到繞線磁極式同步機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的方法一般會(huì)允許更小的更具成本效益的用于所有應(yīng)用領(lǐng)域的此類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。此外，一種在10馬力或更小的功率水平下經(jīng)濟(jì)地提供場(chǎng)功率到繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的方法會(huì)允許此類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)與永久磁鐵發(fā)動(dòng)機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。所述永磁發(fā)動(dòng)機(jī)和所述高效率發(fā)動(dòng)機(jī)的成本軌跡一直上升，而所述繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)的成本軌跡一直下降。

電源技術(shù)

過(guò)去50多年來(lái)，電源技術(shù)集中于將常規(guī)電網(wǎng)電源、電池電源或發(fā)電機(jī)電源轉(zhuǎn)換為隔離低電壓以運(yùn)行固態(tài)電路。從毫瓦到千瓦的功率水平以及發(fā)展目標(biāo)具有更低的成本、更小的尺寸和高效率。

所有隔離電源供應(yīng)器依靠變壓器電磁地將能量從源功率轉(zhuǎn)移到隔離負(fù)荷。變壓器的大小隨功率水平的增加而增加，隨著工作頻率的增加而減小。五十多年來(lái)源源不斷的研究、材料的改進(jìn)和生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電力變壓器設(shè)計(jì)在頻率超過(guò)1兆赫和功率密度超過(guò)100瓦/立方英寸下工作。

隨著變壓器技術(shù)的改進(jìn)，其它功率處理組件、晶體管、二極管以及被動(dòng)組件，在損失、尺寸、速度和成本上也顯著提升以保持步伐。

隨著像諧振轉(zhuǎn)換(通過(guò)簡(jiǎn)單地避免產(chǎn)生它們的運(yùn)行條件來(lái)進(jìn)一步消除損耗因子)之類(lèi)的概念的發(fā)展，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化。

數(shù)字和軟件技術(shù)

相對(duì)于功率控制，數(shù)字和軟件技術(shù)出現(xiàn)較晚，其興起于二十世紀(jì)八十年代初期，為高精度但低供電的諸如舵機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域提供改進(jìn)的性能。到二十世紀(jì)八十年代末，數(shù)字控制的電源適用于所有發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。如今，諸如磁場(chǎng)矢量控制的技術(shù)在所有功率范圍內(nèi)提供高度的速度和轉(zhuǎn)矩控制，但由于效率低，不得不嚴(yán)格控制所有流向發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。

發(fā)明

如前所述，美國(guó)具有降低電力消耗的強(qiáng)烈需求，美國(guó)至少60％的電能是由發(fā)動(dòng)機(jī)消耗。目前，各方通過(guò)增加電驅(qū)動(dòng)器、對(duì)感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行成本改善或通過(guò)切換到永磁發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)齊心協(xié)力提高這些發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。在汽車(chē)行業(yè)中從燃?xì)怛?qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)向電力驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)下，比永磁電動(dòng)機(jī)便宜卻比感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)具有更高的功率效率的電動(dòng)機(jī)成為一種需求。這些特性可以在本發(fā)明所述的繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)中找到。而且，由于眾多發(fā)動(dòng)機(jī)的功率水平在10馬力及以下運(yùn)行，需要拋棄相對(duì)低效的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)或昂貴的基于磁鐵的發(fā)動(dòng)機(jī)。

本發(fā)明要求三個(gè)方面：一臺(tái)機(jī)器、一種包含轉(zhuǎn)子繞組能易于嵌入機(jī)器的設(shè)備和一種能夠連接到轉(zhuǎn)子繞組的設(shè)備。

第一方面

第一方面是一種包含五個(gè)元件的裝置。第一元件是具有轉(zhuǎn)子繞組但不具有用于產(chǎn)生扭矩的轉(zhuǎn)子磁鐵的繞線磁極式同步機(jī)。在一些實(shí)施例中，繞線磁極式同步機(jī)包含選自由以下組成的群組的機(jī)器：發(fā)動(dòng)機(jī)、交流電發(fā)電機(jī)和直流電發(fā)電機(jī)。在一些實(shí)施例中，繞線磁極式同步機(jī)是配置為在10馬力或更小的額定功率運(yùn)行。在一些實(shí)施例中，繞線磁極式同步機(jī)被配置為以大于10馬力的額定功率運(yùn)行，一些以大于50馬力的功率水平運(yùn)行，一些以大于100馬力的功率水平運(yùn)行。還有一些以大于150馬力的功率水平運(yùn)行。在一些實(shí)施例中，繞線磁極式同步機(jī)在諸如牽引電動(dòng)機(jī)的離線變轉(zhuǎn)速應(yīng)用中運(yùn)行。在一些實(shí)施例中，繞線磁極式同步機(jī)在諸如泵或壓縮機(jī)的在線或離線應(yīng)用中運(yùn)行。

第二元件是至少一個(gè)具有電壓和驅(qū)動(dòng)頻率的方波交流電電壓發(fā)生器。發(fā)電機(jī)可能提供其它形狀的電壓，如正弦波或三角形，但方波是為能量輸送而產(chǎn)生的最簡(jiǎn)單和最有效的電壓形狀。

第三元件是至少一個(gè)與所述方波交流電發(fā)生器通信的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)。所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)具有(1)旋轉(zhuǎn)參考框架、(2)靜態(tài)參考框架和(3)諧振電路，其串聯(lián)包含諧振電容器和帶有可變漏電感的旋轉(zhuǎn)變壓器。所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)被配置為以至少50千赫的諧振頻率在諧振模式下運(yùn)行。在一些實(shí)施例中，所述裝置包括只有一個(gè)方波交流電電壓發(fā)生器和一個(gè)諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)。在一些實(shí)施例中，所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件可安裝在圓形印制線路組件(PWA)上。對(duì)于那些實(shí)施例，必須小心確保所述組件保持均衡，因?yàn)槠渑c電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)軸一起旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)將包括旋轉(zhuǎn)變壓器，其中的漏電感與電容器形成諧振回路。

第四元件是與所述方波交流電發(fā)生器和所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)通信的控制器設(shè)備。所述控制器設(shè)備被配置為(1)測(cè)量進(jìn)入所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的電壓和電流，(2)跟蹤所述諧振頻率，并且(3)調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)頻率以基本上與所述諧振頻率相匹配，以使交流電電流轉(zhuǎn)移最大化。所述控制器設(shè)備是配置為執(zhí)行如文所述的功能的任何設(shè)備。例如，其包括微控制器、專(zhuān)用集成電路以及可編程邏輯設(shè)備。在帶有微控制器和旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)施例中，所述設(shè)備監(jiān)視流向旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組的電壓和電流并在處于或接近傳遞到功率驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組的諧振處產(chǎn)生可變頻率方波信號(hào)。

第五元件是與所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)和所述繞線磁極式同步機(jī)通信的整流器，其被配置為在交流電電流進(jìn)入所述繞線磁極式同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組之前將所述交流電電流轉(zhuǎn)換為直流電電流。

本發(fā)明所述裝置的效率大于配置為以相近功率水平運(yùn)行的感應(yīng)電機(jī)的效率。一些實(shí)施例被配置為擁有接近配置為以相近功率水平運(yùn)行的優(yōu)質(zhì)磁鐵發(fā)動(dòng)機(jī)的功率效率。本發(fā)明的一些實(shí)施例被配置為擁有至少90％效率，一些擁有至少92％效率，一些擁有至少94％效率以及一些擁有至少95％效率。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)還具有一些特征。所述旋轉(zhuǎn)變壓器具有固定初級(jí)繞組和旋轉(zhuǎn)次級(jí)繞組，被配置為形成產(chǎn)生可變漏電感的間隙。所述諧振電容器與所述旋轉(zhuǎn)變壓器通信，并且被配置為以50千赫以上的頻率與所述可變漏電感諧振。這些實(shí)施例中的所述控制器設(shè)備進(jìn)一步被配置為產(chǎn)生可變頻率方波交流電電壓信號(hào)以驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組。

在上述實(shí)施例中，保持有以下配置。所述旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)繞組被附加到所述機(jī)器的固定參考框架。所述旋轉(zhuǎn)變壓器的次級(jí)繞組以如下方式被附加到所述旋轉(zhuǎn)參考框架：當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)參考框架移動(dòng)時(shí)，變壓器鐵芯周?chē)拇磐客凡话l(fā)生變化。所述旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)繞組與次級(jí)繞組之間的間隙允許所述次級(jí)繞組獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，其有助于確定所述旋轉(zhuǎn)變壓器的漏電感，并且將能量以磁力的方式從所述固定參考框架轉(zhuǎn)移到所述旋轉(zhuǎn)參考框架。所述諧振電容器與所述旋轉(zhuǎn)變壓器的初級(jí)或次級(jí)繞組串聯(lián)連接。因此，所述諧振電路可以在所述旋轉(zhuǎn)參考框架或靜態(tài)參考框架中。此電容器的值選擇用于以50千赫以上的頻率與所述旋轉(zhuǎn)變壓器的漏電感諧振。在二次側(cè)上，一個(gè)或多個(gè)二極管相連在整流配置中，其輸出連接到所述轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。在一些實(shí)施例中，第二電容器與所述勵(lì)磁繞組平行連接以形成低通濾波器。

在永磁同步和繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)都產(chǎn)生與源相對(duì)的、與磁場(chǎng)強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子速度的乘積成正比的反電動(dòng)勢(shì)(EMF)電壓。在永磁同步發(fā)動(dòng)機(jī)中，這不僅限制某一給定的源上發(fā)動(dòng)機(jī)的最大速度，還需要進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)定子的功率不斷受到控制。這通過(guò)脈寬將進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓調(diào)制至20千赫或更高的頻率類(lèi)實(shí)現(xiàn)，并導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備中的額外損失、極大電磁干擾(EMI)問(wèn)題以及諸如軸承點(diǎn)蝕的靜電效應(yīng)。

在本發(fā)明所述第一方面的一個(gè)實(shí)施例鐘，所述轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)以及由此而來(lái)的反電動(dòng)勢(shì)的電壓可以經(jīng)調(diào)整，以近似匹配源電壓，從而消除調(diào)節(jié)所述定子繞組的需要。定子繞組可以切換或換向至等于頻率高達(dá)幾百赫茲的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)倍的極數(shù)的頻率。這消除了脈沖寬度調(diào)制(PWM)開(kāi)關(guān)損耗，并成幾個(gè)數(shù)量級(jí)地減少電磁干擾(EMI)足跡和靜電效應(yīng)。

第二方面

第二方面是一種也包含五個(gè)元件的裝置。第一元件是用于繞線磁極式同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。第二元件是至少一個(gè)具有電壓和驅(qū)動(dòng)頻率的方波交流電電壓發(fā)生器。第三元件是至少一個(gè)與所述方波交流電電壓發(fā)生器通信的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)，所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)具有(1)旋轉(zhuǎn)參考框架、(2)靜態(tài)參考框架和(3)諧振電路，其串聯(lián)包含諧振電容器和帶有可變漏電感的旋轉(zhuǎn)變壓器。所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)被配置為以至少50千赫的諧振頻率在諧振模式下運(yùn)行。第四元件是與所述方波交流電電壓發(fā)生器和所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)通信的控制器設(shè)備，其被配置為(1)測(cè)量進(jìn)入所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的電壓和電流，(2)跟蹤所述諧振頻率，并且(3)調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)頻率以基本上與所述諧振頻率相匹配，以使交流電電流轉(zhuǎn)移最大化。第五元件是與所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)和用于繞線磁極式同步機(jī)的所述轉(zhuǎn)子繞組通信的整流器，其被配置為在其貼附到繞線磁極式同步機(jī)時(shí)并在交流電電流進(jìn)入所述轉(zhuǎn)子繞組之前將所述交流電電流轉(zhuǎn)換為直流電電流。在一些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子繞組可以改造的方式用于代替同步永磁機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子或感應(yīng)電機(jī)的鼠籠繞組。這一方面的一些實(shí)施例適合于改造為現(xiàn)有的繞線磁極式同步機(jī)。這一方面的元件類(lèi)似于前文所討論的。

第三方面

所述第三方面是一種包含四個(gè)元件的裝置。第一元件是至少一個(gè)具有電壓和驅(qū)動(dòng)頻率的方波交流電電壓發(fā)生器。第二元件是至少一個(gè)與所述方波交流電發(fā)生器通信的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)，所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)具有(1)旋轉(zhuǎn)參考框架、(2)靜態(tài)參考框架和(3)諧振電路，其串聯(lián)包含諧振電容器和帶有可變漏電感的旋轉(zhuǎn)變壓器。所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)被配置為以至少50千赫的諧振頻率在諧振模式下運(yùn)行。第三元件是與所述方波交流電發(fā)生器和所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)通信的控制器設(shè)備，其被配置為(1)測(cè)量進(jìn)入所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的電壓和電流，(2)跟蹤所述諧振頻率，并且(3)調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)頻率以基本上與所述諧振頻率相匹配，以使交流電電流轉(zhuǎn)移最大化。第四元件是與所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)通信的整流器，其被配置為在交流電電流進(jìn)入繞線磁極式同步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組之前將所述交流電電流轉(zhuǎn)換為直流電電流。這將替換當(dāng)前的技術(shù)如，例如，更換滑環(huán)和現(xiàn)在使用的低或固定頻率感應(yīng)裝置。這一方面的一些實(shí)施例適合于在制造時(shí)安裝在繞線磁極式同步機(jī)中。這一方面的元件類(lèi)似于前文所討論的。

在所述三個(gè)方面的每一方面，進(jìn)入本發(fā)明的功率都根據(jù)功率水平采用本領(lǐng)域公知的各種手段(比如降壓變換器、半橋變換器或全橋變換器等)進(jìn)行調(diào)節(jié)或調(diào)整。來(lái)自幾乎任何電源技術(shù)的其它已知技術(shù)也可以調(diào)節(jié)和調(diào)整進(jìn)入繞線磁極式同步機(jī)轉(zhuǎn)子的功率。

一個(gè)此類(lèi)實(shí)例是采用通用運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其使用降壓變換器提供與交流電力線同步的整流后的正弦形電壓以調(diào)制本發(fā)明所述高頻方波發(fā)生器的振幅。從而在所述繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生同步電力線的交流和整流后的正弦形磁場(chǎng)。所述繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)的定子通過(guò)三相電子換向器和橋式整流器連接所述交流電力線。進(jìn)入電子換向器的電壓也是與電力線同步的整流后的正弦波，因?yàn)闃蚴秸髌骱鬀](méi)有濾波電容器。根據(jù)轉(zhuǎn)子的角位置，所述電子換向器將適當(dāng)?shù)亩ㄗ永@組連接到此整流后的正弦波電壓以在所需方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。由于轉(zhuǎn)子場(chǎng)和定子場(chǎng)都具有相同的形狀并且同步，進(jìn)入這種裝置的電力線電流將與電力線電壓同相位，以單位功率因數(shù)運(yùn)行。來(lái)自幾乎任何電源技術(shù)的其它已知技術(shù)也可以調(diào)節(jié)和調(diào)整進(jìn)入轉(zhuǎn)子的電壓。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供更換為已停止使用的現(xiàn)有類(lèi)型通用發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓降。目前通用發(fā)動(dòng)機(jī)使用電刷。用于此類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的高端工作功率約為1千瓦。在此級(jí)別下，功率效率約為40％，而且可靠性較差。越來(lái)越多的廠商正在試圖停止生產(chǎn)1千瓦通用電刷發(fā)動(dòng)機(jī)，而傾向于永磁無(wú)電刷發(fā)動(dòng)機(jī)。以上討論的組合允許目前的1千瓦通用電刷發(fā)動(dòng)機(jī)由本發(fā)明以引入的方式取代，本發(fā)明結(jié)合通用運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以形成成本極具競(jìng)爭(zhēng)力、可靠和效率高的無(wú)刷通用發(fā)動(dòng)機(jī)。單一的控制電子設(shè)備以及稀土磁體的缺乏使得此類(lèi)帶有停止使用的電刷發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)比使用永磁無(wú)刷發(fā)動(dòng)機(jī)的替代物更具成本競(jìng)爭(zhēng)力。本發(fā)明成果的結(jié)合產(chǎn)生一種功率效率達(dá)到90％以上的通用發(fā)動(dòng)機(jī)。

本發(fā)明的同一實(shí)施例還提供一種低效率單相感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的替代。低效率單相感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)也正在逐步被淘汰，取而代之的是帶有電驅(qū)動(dòng)器的感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)或帶有電驅(qū)動(dòng)器的永磁無(wú)刷發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，由于這些驅(qū)動(dòng)器必須使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)以控制進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)功率，所以其經(jīng)受高功率線諧波、強(qiáng)電磁干擾和弱功率因數(shù)，所有這些都必須通過(guò)添加昂貴又笨重的功率因數(shù)補(bǔ)償電路和篩選器來(lái)減輕。如上文所述，使用本發(fā)明的通用無(wú)刷發(fā)動(dòng)機(jī)直接為所述電力線提供了整功率因數(shù)，省去了功率因數(shù)補(bǔ)償電路。因?yàn)橹挥?％的進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的功率經(jīng)受脈寬調(diào)制技術(shù)，所以所述通用無(wú)刷發(fā)動(dòng)機(jī)的電磁足跡小得多，大大減少了或甚至省去了笨重的干磁干擾(EMI)濾波器的必要性。

本發(fā)明的各個(gè)方面將通過(guò)以下說(shuō)明本發(fā)明的一些實(shí)施例的附圖得到更好的理解。相同的數(shù)字將用于指代相同的元件。圖1是連接到繞線磁極式同步機(jī)的本發(fā)明所述設(shè)備的元件的框圖。一種裝置(100)包含具有電壓和驅(qū)動(dòng)頻率的方波交流電電壓發(fā)生器(110)。方波交流電電壓發(fā)生器110與具有固定框架和旋轉(zhuǎn)框架的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)(120)通信，并與整流器(130)通信。控制器設(shè)備(140)與方波交流發(fā)生器110和諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)120通信。整流器130也與具有繞線磁極式轉(zhuǎn)子(154)和定子(158)的繞線磁極式同步機(jī)(150)通信。與繞線磁極式同步機(jī)150的通信是與繞線磁極式轉(zhuǎn)子154的通信。

圖2A是所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，示出了在所述旋轉(zhuǎn)參考框架上的所述電容器。諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)120包含帶有固定初級(jí)繞組(122)、旋轉(zhuǎn)次級(jí)繞組(124)和間隙(126)的旋轉(zhuǎn)變壓器。所述旋轉(zhuǎn)變壓器具有可變漏電感(127)，并且與諧振電容器(128)串聯(lián)。

圖2B是所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，示出了在所述固定參考框架上的所述電容器。諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)120包含帶有固定初級(jí)繞組122、旋轉(zhuǎn)次級(jí)繞組124和間隙126的旋轉(zhuǎn)變壓器。諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)120的靜態(tài)參考框架還包含帶有可變漏電感127、與諧振電容器128串聯(lián)的旋轉(zhuǎn)變壓器。

圖3A是說(shuō)明使用罐形磁芯軸向旋轉(zhuǎn)變壓器配置的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)設(shè)備(200)的實(shí)施例采用繞線磁極式轉(zhuǎn)子(210)示出，該繞線磁極式轉(zhuǎn)子具有從中貫穿的繞線磁極式同步機(jī)軸(220)。用于帶有未示出的旋轉(zhuǎn)變壓器次級(jí)繞組的次級(jí)繞組(230)的罐形磁芯、用于帶有未示出的旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組的初級(jí)繞組(240)的罐形磁芯以及帶有整流器和諧振電容器(250)的印制線路組件(PWA)與繞線磁極式同步機(jī)物理通信并與繞線磁極式轉(zhuǎn)子210電氣通信。除所述固定初級(jí)繞組及相關(guān)聯(lián)的磁芯(240)之外，所有元件都旋轉(zhuǎn)。

圖3B是圖3A中的實(shí)施例沿著線260通過(guò)用于次級(jí)繞組230的罐形磁芯中的旋轉(zhuǎn)變壓器次級(jí)繞組的端視圖。繞線磁極式轉(zhuǎn)子軸220示為由罐形磁芯中的旋轉(zhuǎn)變壓器次級(jí)繞組230所環(huán)繞。用于次級(jí)繞組230的罐形磁芯圍繞次級(jí)繞組(270)。所述旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組的橫截面表現(xiàn)出相同的構(gòu)造。

圖4A是說(shuō)明使用徑向旋轉(zhuǎn)變壓器的諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)設(shè)備(300)的另一實(shí)施例采用繞線磁極式轉(zhuǎn)子(310)示出，該繞線磁極式轉(zhuǎn)子具有從中貫穿的繞線磁極式同步機(jī)軸(320)。用于帶有旋轉(zhuǎn)變壓器次級(jí)繞組(370)的次級(jí)繞組(330)的磁芯、用于帶有旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組(380)的初級(jí)繞組(340)以及帶有整流器和諧振電容器(350)的印制線路組件(PWA)與繞線磁極式同步機(jī)軸320物理通信并與繞線磁極式轉(zhuǎn)子310電氣通信。次級(jí)繞組(370)和初級(jí)繞組(380)被示出環(huán)繞繞線磁極式同步機(jī)軸320并被間隙(390)隔開(kāi)。除了旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組340之外，所有元件都旋轉(zhuǎn)。

圖4B是圖4A中的實(shí)施例沿著線360通過(guò)磁芯330中的旋轉(zhuǎn)變壓器次級(jí)繞組和磁芯340中的旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組的端視圖。繞線磁極式轉(zhuǎn)子軸320示為由磁芯330中的旋轉(zhuǎn)變壓器次級(jí)繞組370和磁芯340中的旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組380所環(huán)繞。次級(jí)繞組(370)和初級(jí)繞組(380)被間隙390隔開(kāi)。

圖5A是連接到繞線磁極式轉(zhuǎn)子的本發(fā)明所述設(shè)備的元件的框圖。此圖類(lèi)似于圖1，除了繞線磁極式轉(zhuǎn)子(154)取代繞線磁極式同步機(jī)150之外。繞線磁極式轉(zhuǎn)子154旨在取代永久磁鐵或感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子。

圖5B是連接到在圖5A中所示的發(fā)明所述設(shè)備的通用電動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的框圖。所述組合(400)包括進(jìn)入橋式整流器(410)中的交流線路功率。橋式整流器410連接到電子換向器(420)，該電子換向器接著連接到繞線磁極式同步發(fā)動(dòng)機(jī)定子(430)。橋式整流器410還連接到降壓變換器(440)，該降壓變換器440連接到圖5A中所示的裝置100的方波發(fā)生器110。

圖6是能夠連接到繞線磁極式轉(zhuǎn)子的本發(fā)明所述設(shè)備的元件的框圖。此圖類(lèi)似于圖1，除了繞線磁極式同步機(jī)150未示出之外。此實(shí)施例旨在被附接到現(xiàn)有同步機(jī)(比如繞線磁極式同步發(fā)電機(jī))的現(xiàn)有繞線磁極式轉(zhuǎn)子。

接下來(lái)描述本發(fā)明第三方面的一個(gè)實(shí)施例的工作機(jī)構(gòu)。如上文所述，特定元件可以與執(zhí)行類(lèi)似功能的其它元件互換。所述諧振場(chǎng)勵(lì)磁機(jī)使用電諧振來(lái)將能量從發(fā)動(dòng)機(jī)定子的固定參考框架轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)參考框架，以便提供可調(diào)直流電電流到所述勵(lì)磁繞組。微控制器(1)監(jiān)視通過(guò)電流傳感器或電流變壓器的旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)電流波形和進(jìn)入旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組的電壓，并且(2)調(diào)整驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)變壓器初級(jí)繞組處于或略低于諧振的方波頻率。這不僅將主驅(qū)動(dòng)電路中的開(kāi)關(guān)損耗減少到最小，而且也致使到旋轉(zhuǎn)變壓器次級(jí)繞組的能量傳輸最有效。整流二極管將所述次級(jí)繞組中的諧振交流電電流轉(zhuǎn)換成直流以供應(yīng)勵(lì)磁繞組。在一些實(shí)施例中，微控制器也控制方波交流電發(fā)電機(jī)的輸出電壓，以維持轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中所需的電流。其它實(shí)施例以類(lèi)似的方式運(yùn)行。

特定運(yùn)行要求和環(huán)境所進(jìn)行的其它修改和變化對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明不被認(rèn)為是限于為公開(kāi)目的所選擇的實(shí)例，并且涵蓋對(duì)本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神和范圍不構(gòu)成背離的所有的變化和修改。