專利名稱：具有用于相應(yīng)速度范圍的不同繞組配置的多相電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多相電動機(jī)的控制，更具體地涉及每個定子相繞組的重新配置，用以在電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度范圍的各部分中向繞組部分的不同的電路連接通電，由此擴(kuò)大最優(yōu)運轉(zhuǎn)效率的范圍。
背景技術(shù)：
諸如基于微控制器和微處理器的、用于電動機(jī)控制的應(yīng)用以及改進(jìn)的便攜電源的實用性的電子系統(tǒng)的逐漸進(jìn)步已使得研制用于車輛的高效電動機(jī)驅(qū)動的研發(fā)成為引人注目的要求，如研制內(nèi)燃機(jī)的可行替代物。電動機(jī)繞組的電控脈沖式通電提供了電動機(jī)性能更靈活性管理的前景。通過對適當(dāng)?shù)亩ㄗ永@組控制脈沖寬度、占空因數(shù)以及電池電源的轉(zhuǎn)換應(yīng)用，可獲得高度實用的多功能性。
上述同時待審的Maslov等人的相關(guān)美國專利申請09/826423確定和提出了對改進(jìn)的電動機(jī)的需要，簡化制造并且具有高效和靈活性運行性能。在車輛驅(qū)動環(huán)境中，非常希望在較寬的速度范圍內(nèi)獲得平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，同時在最小的能量消耗下保持高扭矩的輸出能力。該同時待審的相關(guān)美國申請包括若干電磁極，作為隔離的透磁結(jié)構(gòu)，它們被構(gòu)造成以徑向上相對較薄的環(huán)形式的幾部分，用以提供有利效果。上述Maslov等人的申請認(rèn)識到電磁體部分的隔離允許每個磁體鐵心段中的磁通量單獨集中，與現(xiàn)有技術(shù)的實施例相比，實質(zhì)上沒有磁通量損失或者磁通量與其余鐵心段相互作用而帶來的有害的變壓器干涉效應(yīng)。通過將單個極對構(gòu)造為獨立電磁體，可獲得運轉(zhuǎn)上的優(yōu)勢。在轉(zhuǎn)換極對繞組的供電時，該獨立極對與其余極對的磁路隔離消除了相鄰組的磁通量變壓器效應(yīng)。
上述同時待審的美國專利申請10/173610涉及一種用于多相電動機(jī)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有這些結(jié)構(gòu)特征。申請中描述了補(bǔ)償單相電路特征的控制策略，并提供了更高精確度的控制能力，每相控制回路都與它相對應(yīng)的繞組和結(jié)構(gòu)密切地匹配?？刂茀?shù)具體地與每個相應(yīng)的定子相的特征一致。每一相繞組的連續(xù)切換通電由控制器控制，該控制器產(chǎn)生與用于通電相繞組的定子相組件相關(guān)的參數(shù)一致的信號。
雖然上述申請中描述的電動機(jī)具有運轉(zhuǎn)上的優(yōu)勢，但這些電動機(jī)和現(xiàn)有技術(shù)的電動機(jī)不能在較寬的運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)的所有速度上呈現(xiàn)出一致的高效率，甚至是在不變的負(fù)載時也不能。對于固定電動機(jī)布局，可用的磁動勢(MMF)取決于繞組圈數(shù)和通電電流。這里使用的術(shù)語“電動機(jī)布局”指的是電動機(jī)的物理特征，諸如定子鐵心的尺寸和磁性、定子繞組的線圈數(shù)量和線徑(線規(guī))等。可用的磁動勢顯示出在運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)扭矩和速度之間的可變的大體反比關(guān)系。作用的通電電流可驅(qū)動電動機(jī)到達(dá)額定運轉(zhuǎn)速度。隨著電動機(jī)朝該速度加速，扭矩減小，流出驅(qū)動電動機(jī)的電流因此減少，從而效率升至最高水平。當(dāng)速度增加超出額定速度時，需要額外的驅(qū)動電流，由此犧牲了效率。從而，效率在整個速度范圍內(nèi)是變化的，而且在一個低于最大速度相當(dāng)多的速度上達(dá)到峰值。
不同布局的電動機(jī)在不同的速度上達(dá)到峰值效率，如圖1所示。圖1是在具有不同布局的電動機(jī)的較寬速度范圍內(nèi)電動機(jī)效率-運轉(zhuǎn)速度的圖表。圖中所描繪的這些布局只是在定子繞組圈數(shù)上不同。每條效率曲線都隨著速度從零升至一個特定速度時達(dá)到峰值，然后朝著零效率減少。曲線A代表帶有最大定子繞組圈數(shù)的電動機(jī)，它呈現(xiàn)出最陡的斜率，在最早的速度V2時達(dá)到峰值效率。不過，超過該速度，曲線呈現(xiàn)出一個相似坡度的負(fù)斜率。從而，該電動機(jī)的運轉(zhuǎn)范圍是有限的。電動機(jī)在可接受的效率水平(在圖1中用X％表示)或在該可接受的效率水平以上運轉(zhuǎn)時所處的速度范圍窗口相對較窄。
曲線B-E代表帶有連續(xù)變少的繞組圈數(shù)的電動機(jī)。隨著繞組圈數(shù)減少，最高效率時的電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度增大。曲線B在速度V3時達(dá)到峰值效率，曲線C是速度V4時，曲線D是速度V5時，而曲線E是速度V6時。每個電動機(jī)都在不同的電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度時具有峰值效率，并且沒有一種電動機(jī)具有在整個電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)的可接受效率。
在電動機(jī)應(yīng)用中，其中電動機(jī)要在較寬的速度范圍內(nèi)被驅(qū)動，諸如在車輛驅(qū)動環(huán)境中，圖1指出了不存在理想的單個電動機(jī)構(gòu)造可在整個速度范圍內(nèi)提供一致的高運轉(zhuǎn)效率。例如，在V6以上的速度，曲線A和B顯示出零效率。在速度范圍的下端，例如V2，曲線C-E顯示出比曲線A和B顯著更低的效率。
對于機(jī)動車輛驅(qū)動，運轉(zhuǎn)效率是特別重要的，因為要求延長電池壽命和使用時間，超過使用時間，就需要充電或者更換車載電池。從而，存在對電動機(jī)的需要，該電動機(jī)能夠以更一致的高效率在比現(xiàn)在使用的那些更寬的速度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。在上述Maslov等人的申請(’030)中提出了這個需要。該申請中所采取的方法是在啟動速度和電動機(jī)所希望運轉(zhuǎn)的最大速度之間、對于多個相互獨占速度范圍中的每個范圍在動態(tài)基礎(chǔ)上改變每個定子繞組有效線圈的數(shù)量。以類似于圖1中示出的方式確定速度范圍，對于每個速度范圍，選定不同數(shù)量的所要通電的電動機(jī)定子繞組線圈，以在多個運轉(zhuǎn)速度范圍的每個范圍中獲得最高效率。當(dāng)速度越過相鄰速度范圍之間的閾值時，改變通電線圈的數(shù)量。每個繞組都包括多個獨立串聯(lián)連接的線圈組，它們由分接頭連接分開。在一個單一對應(yīng)的速度范圍內(nèi)，每個相應(yīng)分接頭經(jīng)開關(guān)連接到通電電源。從而，對每個速度范圍，繞組具有不同數(shù)量的通電線圈。
在上述同時待審的Gladkov的申請(’053和’058)中描述了另一個方法。每個定子相繞組都以不同于其余定子相繞組中每一個的布局配置。繞組布局的特征在于在每一相的繞組中的線圈總數(shù)；和每一相的繞組中線圈的線規(guī)。在線圈數(shù)的總數(shù)或者線規(guī)上，每相繞組優(yōu)選地是在這兩個方面都不同于其余相繞組中的每一個繞組。在相繞組的規(guī)格尺寸和線圈數(shù)的總數(shù)彼此成反比關(guān)系時，所有相繞組都具有基本相同的總線圈質(zhì)量。相繞組的通電能做成在從啟動速度到電動機(jī)所希望運轉(zhuǎn)的最大速度之間的幾個運轉(zhuǎn)速度范圍中的每個范圍內(nèi)達(dá)到最高效率。對于容納很多相的機(jī)器結(jié)構(gòu)，需要為每個速度范圍預(yù)先確定哪一些相繞組不應(yīng)有所供電壓，以及確定作用在每個剩余相繞組上的預(yù)先確定的的電壓大小是多少。每個速度范圍中所要通電的相繞組的數(shù)量、以及獨立作用的、預(yù)先確定的電壓大小可以不同。應(yīng)當(dāng)根據(jù)所感應(yīng)到的電動機(jī)速度在動態(tài)基礎(chǔ)上作用預(yù)先確定的最優(yōu)電壓。雖然對于一個給定的扭矩，能推導(dǎo)出用于相繞組的預(yù)先確定的電壓，以在整個電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)提供最優(yōu)效率，但是存在很多電動機(jī)應(yīng)用，這些應(yīng)用要求對變化的電動機(jī)速度控制，諸如在機(jī)動車輛中。電動機(jī)的輸出扭矩應(yīng)當(dāng)根據(jù)與所要求的速度相關(guān)的用戶輸入指令來調(diào)節(jié)。
還有最優(yōu)化整個運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)的效率的需要，以及簡化在可變速度和扭矩下根據(jù)用戶指令控制相繞組電壓的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實現(xiàn)了上述需要，通過在多個運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)控制多相電動機(jī)，在整個運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)都具有最優(yōu)的運轉(zhuǎn)效率。當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用在包括上述Maslov等人的申請中的隔離獨立定子鐵心段結(jié)構(gòu)的所有電動機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)造時，本發(fā)明是有效的。通過將每個定子部分的繞組分成通過開關(guān)相互連接的多個繞組部分，至少部分地獲得優(yōu)勢。在整個電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)，向所有繞組部分通電，只是對速度范圍的各自部分，通過適當(dāng)?shù)拈_關(guān)以不同的電路配置連接。開關(guān)由響應(yīng)所感應(yīng)到的電動機(jī)速度信號的控制器啟動，以便啟動對應(yīng)于所感應(yīng)到的電動機(jī)速度的電動機(jī)速度范圍部分的適用的開關(guān)。從而，確定出啟動速度和電動機(jī)所希望運轉(zhuǎn)的最大速度之間的多個相互獨占的子速度范圍，而且對每一個子速度范圍，選定一個用于所有定子繞組部分的電路連接的不同配置，并通電。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點是電動機(jī)繞組配置可以在動態(tài)基礎(chǔ)上改變，用以使電動機(jī)適應(yīng)在各子速度范圍以最大效率工作。除了在各速度范圍內(nèi)重新配置繞組部分外，還可提供控制器，用以在輸入口接收變化的用戶輸入信號，控制器能響應(yīng)該輸入信號來調(diào)節(jié)電源供給繞組部分的電壓大小。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是通過在電路中將繞組的各繞組部分的一端通過至少一個開關(guān)連接到同一繞組的每個其余繞組部分上，可實現(xiàn)多個繞組部分配置。例如，每個繞組可包括四個繞組部分，它們在電動機(jī)速度范圍的三個部分中分別以三個不同的電路配置連接。在速度范圍的最低部分，所述的四個繞組部分串聯(lián)連接，在速度范圍的中間部分，四個繞組部分以兩個并聯(lián)連接的繞組部分的形式串聯(lián)連接，并且在速度范圍的最高部分，四個繞組部分并聯(lián)連接。
各鐵心段可包括鐵磁材料，該材料成形包括一對定子極。每個定子鐵心段可與其余鐵心段中的任何一個隔離而不直接接觸，鐵心段繞轉(zhuǎn)動軸線基本上均勻地間隔開。鐵心段的多個繞組部分的每個部分都可在鐵心段的兩個凸極上形成，或者只在兩個凸極中的一個上形成。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，從以下詳細(xì)說明中，本發(fā)明另外的優(yōu)點將變得容易明顯，其中只顯示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，它們僅作為實施本發(fā)明的最優(yōu)方式考慮。將認(rèn)識到的是，本發(fā)明能夠有其它的和不同的實施例，而且本發(fā)明的幾個細(xì)節(jié)能夠在各個明顯方面有修改，而不會背離本發(fā)明。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為附圖和說明書實際上是示意性的，而不是限制性的。


本發(fā)明通過實例示出，而不是通過限制，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，在附圖中圖1是具有不同繞組圈數(shù)的、不同的現(xiàn)有電動機(jī)在較寬的速度范圍中電動機(jī)效率-電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度的圖表；圖2是可在本發(fā)明中使用的轉(zhuǎn)子和定子元件的示例構(gòu)造；圖3A描繪了具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的繞組部分的定子鐵心段；圖3B描繪了具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的繞組部分的替換性定子鐵心段；圖4A描繪了在第一運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)鐵心段的繞組部分的電路連接；圖4B描繪了在第二運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)鐵心段的繞組部分的電路連接；圖4C描繪了在第三運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)鐵心段的繞組部分的電路連接；圖5是使用如圖4A-4C所示連接的繞組部分，在擴(kuò)大的運轉(zhuǎn)速度范圍的電動機(jī)效率-電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度的圖表；圖6是在圖4A-4C所示的布置中用于構(gòu)造鐵心元件的繞組部分的電路圖；圖7是適用于本發(fā)明的電動機(jī)控制系統(tǒng)的方塊圖。
具體實施例方式
圖2是可用在本發(fā)明中的轉(zhuǎn)子和定子元件的示例構(gòu)造。這里參照上述Maslov等人的同時待審申請09/826422用于更詳細(xì)地描述示例性電動機(jī)。轉(zhuǎn)子部件20為環(huán)形環(huán)結(jié)構(gòu)，其具有相互間隔開并且沿圓筒形背板25基本均勻地分布的永磁體21。所述的永磁體21是轉(zhuǎn)子極，沿環(huán)形環(huán)的內(nèi)圓周磁極交替分布。轉(zhuǎn)子圍繞著定子部件30，轉(zhuǎn)子和定子部件分開一環(huán)狀徑向氣隙。定子30包括沿氣隙均勻分布的多個相同結(jié)構(gòu)的電磁鐵心段。
定子包括七個鐵心段，每個鐵心段都形成大體U形的磁體結(jié)構(gòu)36，其兩極具有面對氣隙的表面32。盡管鐵心段可構(gòu)造成容納在連接極對的一部分上形成的單一繞組，但是極對的鐵心柱繞有繞組38。每個定子電磁體鐵心結(jié)構(gòu)都是獨立的，并與相鄰的定子鐵心元件磁隔離。定子元件36固定在不透磁的支撐結(jié)構(gòu)上，由此形成了環(huán)形環(huán)構(gòu)造。該構(gòu)造消除了來自相鄰的定子極組的變壓器漏磁效應(yīng)的輻射。適合的定子支撐結(jié)構(gòu)(這里未示出，以使有效的電動機(jī)元件更清晰可見)可參見前述專利申請。所要理解的是，由于電動機(jī)可包括不同數(shù)量的鐵心段，在每個鐵心段中不同數(shù)量的極，和/或與示出的相比不同數(shù)量的轉(zhuǎn)子磁體，因而附圖中的具體結(jié)構(gòu)僅是示例性的。
圖3A和3B描繪了在諸如圖2所示的兩極鐵心部分上的替代性繞組構(gòu)成。盡管每張圖只顯示了單個鐵心段，但是所有定子鐵心段都相同地形成。優(yōu)選地是，每個鐵心段的繞組都包括四個部分，以38A-38D標(biāo)出。每部分都具有兩端，這兩端可以在各種電路配置中以下述方式連接在其余部分的端部上。在圖3A所示的構(gòu)成中，每個繞組部分包括繞在兩個凸極32上的線圈。從而每部分都具有一個在極對的每一極32處可接通的端部接線點。圖3A示出了每一極處的端部接線點38A-38D。在圖3B所示的構(gòu)成中，每個繞組部分包括只繞在凸極32之一上的線圈。如圖所示，繞組部分38A和38B在兩極中的一極上形成，而繞組部分38C和38D則在另一極上形成。
圖4A-4C示出了每個鐵心段的繞組部分的不同電路配置，用于相應(yīng)的運轉(zhuǎn)速度范圍，該電路配置適用于圖3A和3B中的任何一種定子，從而如圖5所示，在每個速度范圍內(nèi)都獲得了最優(yōu)的電動機(jī)效率。在電動機(jī)運轉(zhuǎn)的啟動和最低運轉(zhuǎn)速度范圍期間，四個繞組部分串聯(lián)連接，如圖4A所示。以這種配置運轉(zhuǎn)產(chǎn)生了類似于圖1中的曲線A的效率特性。該曲線代表的效率在速度V2時達(dá)到峰值，那以后效率曲線呈現(xiàn)出一個較陡的負(fù)斜率。隨著速度增大，達(dá)到了使繞組部分38A-38D以圖4B中的配置重新連接的范圍，其中并聯(lián)連接的繞組部分38A和38B與并聯(lián)連接的繞組部分38C和38D串聯(lián)連接。這種配置的效率特征呈現(xiàn)出類似于圖1中曲線B的曲線。該曲線在一個比初始速度曲線更高的速度時達(dá)到峰值效率，在圖5中以V3標(biāo)出，并具有較平緩的斜率。優(yōu)選地是，從圖4A中的配置到圖4B中的配置的過渡出現(xiàn)在相應(yīng)的效率曲線相交的速度上。如果電動機(jī)速度繼續(xù)增加超出圖4B中配置的構(gòu)造的峰值效率，則繞組部分38A-38D以圖4C中的配置重新連接，其中所有繞組部分都是并聯(lián)連接。這種配置的效率特征呈現(xiàn)出類似于圖1中的曲線C的曲線。該曲線具有更平緩的斜率，并在更高的速度時達(dá)到峰值效率，在圖5中以V4標(biāo)出。到圖4C中的配置的過渡優(yōu)選地出現(xiàn)在過渡中兩種配置的效率曲線相交處的速度上。
以這些繞組部分重新配置的電動機(jī)的運轉(zhuǎn)效率性能以圖5中的加粗曲線表示。該曲線是所述三條獨立曲線的合成，并呈現(xiàn)出在擴(kuò)大的速度范圍內(nèi)的高效率運轉(zhuǎn)，這不是僅用幾個配置中的一個就能達(dá)到的。
圖6中顯示了用于實現(xiàn)圖4A-4C中的繞組部分配置的控制電路。繞組部分38A-38D通過可控開關(guān)51-59被連接在電源端子50之間，這些開關(guān)可包括若干MOSFET或者其它合適的電子設(shè)備。開關(guān)51-59由控制器44經(jīng)引線43選擇性地啟動。控制器具有電動機(jī)速度反饋輸入，圖中未顯示。盡管只顯示了用于單一定子鐵心部件的繞組，但應(yīng)當(dāng)理解的是，定子可包括任意數(shù)量的鐵心元件，并且所示出的電路適用于每一個鐵心元件。
繞組部分38A的第一端被直接連接到第一電源端子50。繞組部分38A的第二端被連接到開關(guān)51，該開關(guān)還連接到繞組部分38B的第一端。開關(guān)55連接在繞組部分38A的第二端和繞組部分38B的第二端之間。開關(guān)54連接在繞組部分38A的第一端和繞組部分38B的第一端之間。開關(guān)52連接在繞組部分38B的第二端和繞組部分38C的第一端之間。開關(guān)57連接在繞組部分38B的第二端和繞組部分38C的第二端之間。開關(guān)56連接在繞組部分38B的第一端和繞組部分38C的第一端之間。開關(guān)53連接在繞組部分38C的第二端和繞組部分38D的第一端之間。開關(guān)59連接在繞組部分38C的第二端和繞組部分38D的第二端之間。開關(guān)58連接在繞組部分38C的第一端和繞組部分38D的第一端之間。繞組部分38D的第二端連接到另一個電源端子50。
在運轉(zhuǎn)中，電動機(jī)啟動時，控制器向連接到開關(guān)51、52和53的控制端子的引線43輸出控制信號，由此將繞組部分38A-38D串聯(lián)連接在電源端子50之間。電源可通過諸如下述的適應(yīng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，或者通過任何現(xiàn)有的受控或者未穩(wěn)壓電動機(jī)電源調(diào)節(jié)。當(dāng)電動機(jī)達(dá)到第一速度過渡點時，該過渡點根據(jù)圖5所示的效率曲線確定，控制器將輸出的控制信號變成提供給連接到開關(guān)52、54、55、58和59的控制端子的引線43。隨著這些開關(guān)啟動，繞組部分38A和38B并聯(lián)連接，它們的組合與并聯(lián)連接的繞組38C和38D以串聯(lián)連接。當(dāng)電動機(jī)達(dá)到下一個速度過渡點時，該過渡點由圖5中的效率曲線預(yù)先確定，控制器將輸出的控制信號變成提供給連接到開關(guān)54、55、56、57、58和59的控制端子的引線43。隨著這些開關(guān)啟動，所有繞組部分38A-38D都并聯(lián)連接在電源端子之間。
如上所述，定子繞組部分的重新配置可包括在電動機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)，該系統(tǒng)適于相應(yīng)所感應(yīng)到的狀態(tài)以及用戶輸入指令來控制各種電動機(jī)參數(shù)。例如，在車輛驅(qū)動應(yīng)用中，該系統(tǒng)可響應(yīng)用戶輸入指令，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)速度。在上述Maslov等人的同時待審申請10/173610中公開了這種系統(tǒng)，該系統(tǒng)指示了應(yīng)用在圖6中的電源端子50上的電壓-電流圖。
圖7是諸如上述同時待審申請10/173610所公開的電動機(jī)控制系統(tǒng)的方塊圖，電動機(jī)控制系統(tǒng)還包括圖3和6中示出的定子繞組特征和控制元件，用于根據(jù)本發(fā)明的定子繞組部分動態(tài)重新配置。多相電動機(jī)10包括轉(zhuǎn)子20和定子30，所有元件都以方塊代表。方塊30可包括繞組部分38A-38D和圖6中用于每個定子鐵心元件的開關(guān)51-59。多相電動機(jī)的各相可對應(yīng)于單個鐵心元件或者多個鐵心元件。優(yōu)選地是，在每個速度范圍內(nèi)，所有定子鐵心元件的所有繞組部分都經(jīng)開關(guān)51-59以相同的配置連接。這種構(gòu)思適用于任意數(shù)量的相，適于設(shè)計出用于特別意圖的驅(qū)動應(yīng)用的目的。
供給定子繞組的端子50的通電電流通過電子開關(guān)組42來源于直流電源40。該開關(guān)組經(jīng)門驅(qū)動器46連接到控制器44。這些開關(guān)組的控制方式并不是本發(fā)明的特別關(guān)注的。如在同時待審申請10/173610中更全面描述的，控制器44可具有一個或者多個用戶輸入和在運轉(zhuǎn)期間用于所感應(yīng)到的電動機(jī)狀態(tài)的多個輸入。每一相的繞組中的電流可通過多個電流傳感器48中相應(yīng)的一個感應(yīng)到，將傳感器的輸出提供給控制器44?？刂破骺删哂卸鄠€為此目的的輸入，或者，作為可替代的選擇，來自電流傳感器的信號可多路傳輸，并連接到一個單一的控制器輸入。轉(zhuǎn)子位置傳感器47連接到控制器44的另一個輸出，用以提供位置信號。位置傳感器的輸出還可提供給速度近似器50，其將位置信號轉(zhuǎn)換成所要供給控制器44另一輸出的速度信號?；蛘?，可利用任何現(xiàn)有的電動機(jī)速度反饋裝置，用以向控制器提供適當(dāng)?shù)碾妱訖C(jī)速度反饋信號。該同時待審申請具體地確定了適于圖中所示的每一個元件的共同可用的產(chǎn)品。圖中的連線43代表了控制器和開關(guān)51-59中每一個開關(guān)之間的多條接線，用于定子端部的連接。
在運轉(zhuǎn)中，控制器44對各種輸入做出響應(yīng)，包括電動機(jī)速度，以通過開關(guān)組42向每個定子鐵心元件或者相的端子50提供正確的波形?？刂破鬟€對電動機(jī)速度做出響應(yīng)，通過連線43啟動開關(guān)51-59中適當(dāng)?shù)拈_關(guān)，以對繞組部分的接線配置，使該配置對應(yīng)于相應(yīng)的、包括所感應(yīng)到的電動機(jī)速度的速度范圍。這種運轉(zhuǎn)提供了擴(kuò)大電動機(jī)可運轉(zhuǎn)的速度范圍的優(yōu)勢，并在整個速度范圍內(nèi)將運轉(zhuǎn)效率提高至最優(yōu)值。
在本公開中不僅顯示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，還顯示和描述了本發(fā)明多樣性的一些實例。所要理解的是，本發(fā)明能夠在各種其它組合和條件下使用，并能夠在這里所述的創(chuàng)造性構(gòu)思的范圍內(nèi)改變或者修改。例如，定子鐵心元件繞組可分成不同數(shù)量的部分，并可以設(shè)計成以其它的電路布置重新配置，用于相應(yīng)的、限定不同數(shù)量過渡點的子速度范圍。另外，定子繞組部分的重新配置可為具有連續(xù)的磁性定子鐵心的電動機(jī)提供類似的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括多個電動機(jī)定子鐵心段，每個鐵心段都具有一對凸極；多個開關(guān)；和在定子每個鐵心段上形成的繞組，所述繞組分成通過所述開關(guān)相互連接的多個繞組部分；其中，所有繞組部分都在電路中經(jīng)所選擇的開關(guān)連接到電源，用于在整個電動機(jī)運轉(zhuǎn)的速度范圍內(nèi)向電動機(jī)的所有繞組部分供電，并且在運轉(zhuǎn)速度范圍的不同部分中，將所述的繞組部分以相應(yīng)的不同電路配置連接。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括連接到每個開關(guān)上的控制器；和電動機(jī)速度傳感器，用于將所感應(yīng)到的電動機(jī)速度信號提供給控制器；其中，對于與所感應(yīng)到的電動機(jī)速度相對應(yīng)的電動機(jī)速度范圍部分，所述控制器對所感應(yīng)到的電動機(jī)速度信號做出響應(yīng)，以啟動相應(yīng)的開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，在電路中，繞組的每個繞組部分的一端通過至少一個開關(guān)連接到同一繞組的其余繞組部分中的每一個。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，每個繞組包括有四個繞組部分，它們在電動機(jī)速度范圍的三個部分中分別以三個不同的電路配置連接。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述的四個繞組部分在速度范圍的最低部分串聯(lián)連接，在速度范圍的中間部分以兩個并聯(lián)連接的繞組部分的形式串聯(lián)連接，而在速度范圍的最高部分并聯(lián)連接。
6.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述控制器包括用戶輸入口，用于接收變化的輸入信號；并且所述控制器通過響應(yīng)在用戶輸入口所接收到的用戶指令信號來調(diào)節(jié)由電源供給所述繞組部分的電壓大小。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述鐵心段中的每一個都包括與其余鐵心段中的任何一個部分隔離而不直接接觸的鐵磁材料，所述的鐵心段繞轉(zhuǎn)動軸線基本上均勻地間隔開。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述的多個繞組部分中的每一個都在相應(yīng)鐵心段的兩個凸極上形成。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述的多個繞組部分中的每一個只在相應(yīng)鐵心段的兩個凸極中的一個上形成。
10.在包括多個定子鐵心段的電動機(jī)中，每個鐵心段都具有一對凸極，所述凸極帶有多個在其上形成的繞組部分，一種方法包括以下步驟將每個相應(yīng)鐵心段的繞組部分以第一電路配置連接；在將繞組部分以第一電路配置連接的同時，向所有繞組部分通電；感應(yīng)電動機(jī)的速度；當(dāng)電動機(jī)速度處于電動機(jī)運轉(zhuǎn)的一個預(yù)定范圍內(nèi)時，將每個相應(yīng)鐵心段的繞組部分以第二電路配置重新連接；和在將繞組部分以第二電路配置連接的同時，向所有繞組部分通電。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，該方法還包括以下步驟輸入代表所要求的電動機(jī)扭矩輸出的信號；和根據(jù)在所述輸入步驟中的信號輸入，調(diào)節(jié)供給每個配置中繞組部分的電壓大小。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，該方法還包括以下步驟當(dāng)電動機(jī)速度處于電動機(jī)運轉(zhuǎn)的另一預(yù)定范圍內(nèi)時，將每個相應(yīng)鐵心段的繞組部分以第三電路配置重新連接；和在將繞組部分以第三電路配置連接的同時，給所有繞組部分通電。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述每個相應(yīng)鐵心段的所有繞組部分在第一電路配置中都串聯(lián)連接，而在第三電路配置中它們是并聯(lián)連接。
全文摘要
在電動機(jī)可希望運轉(zhuǎn)期間的、連續(xù)的速度范圍內(nèi)控制多相電動機(jī)每一相定子繞組部分的重新配置，以便在整個運轉(zhuǎn)范圍中都達(dá)到最優(yōu)的運轉(zhuǎn)效率。在整個電動機(jī)運轉(zhuǎn)的速度范圍內(nèi)，向定子元件的所有繞組部分供電，只是對于速度范圍的各自部分，通過適當(dāng)?shù)拈_關(guān)以不同的電路配置連接。開關(guān)由控制器啟動，該控制器響應(yīng)所感應(yīng)到的電動機(jī)速度信號。定子繞組部分的重新配置可包括在電動機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)，該系統(tǒng)適于響應(yīng)所感應(yīng)到的狀態(tài)以及用戶輸入指令來控制各種電動機(jī)參數(shù)。
文檔編號H02P6/14GK1765047SQ200480007904
公開日2006年4月26日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者亞歷山大·平季科夫, 鮑里斯·A·馬斯洛夫, 亞歷山大·A·格拉德科夫 申請人:波峰實驗室責(zé)任有限公司