專利名稱：雙轉(zhuǎn)子電磁機的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無刷永磁電動機和發(fā)電機，尤其涉及那些諸如用在混合車輛 或電機工具中的必須在寬幅速度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)的電動機和發(fā)電機。
背景技術(shù)：
無刷永磁電動機具有與其速度成比例的反電動勢。在高速時，所述電動機的 反電動勢可能高達超過所能給予的動力。超過此速度時，必須增加附加電流以減 弱電動機的磁場。這就是常說的"磁場弱化"，這在轉(zhuǎn)讓給優(yōu)尼克移動(Unique Mobility)有限公司的專利號為5677605的美國專利中有描述。該電流造成電力損 失并產(chǎn)生熱，還需要該電子裝置增加電容。
申請?zhí)枮?998757的美國專利描述了解決該問題的一個方案，其中一種多轉(zhuǎn) 子同步電機包括設(shè)置在定子鐵芯的外部和內(nèi)部表面的第一和第二轉(zhuǎn)子。安裝在所 述第二轉(zhuǎn)子內(nèi)部的機構(gòu)控制所述第一和第二轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)動。專利號為4739201 的美國專利描述了一種具有兩個轉(zhuǎn)子的電磁機，所述轉(zhuǎn)子成角度地互相位移以減 少轉(zhuǎn)矩波動，但是沒有描述可以控制所述兩轉(zhuǎn)子之間位移的相對角度的機構(gòu)。專 利號為6975055的美國專利描述了另一種具有兩個轉(zhuǎn)子的電磁機，其中所述兩個 具有場磁體的轉(zhuǎn)子被旋在一根螺桿上。
然而，上述這些電機都沒有一種用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子相對角位移的機構(gòu)，該機構(gòu)應(yīng) 當(dāng)簡單、便宜，當(dāng)所述電機運轉(zhuǎn)時該機構(gòu)能夠操作并能承載高轉(zhuǎn)矩負(fù)載。此外， 這些電機都沒有使用相互180度排列時提供反電動勢的多個轉(zhuǎn)子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種雙轉(zhuǎn)子電磁機，其具有一種簡單且廉價的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)子相對角位移的機構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種雙轉(zhuǎn)子電磁機，其具有一種能在所述機器運行時操作的機構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種雙轉(zhuǎn)子電磁機，其具有一種能承載高轉(zhuǎn)矩負(fù)載 的機構(gòu)。
實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的的技術(shù)方案如下 一種同步電機，包括外殼和可旋轉(zhuǎn) 地支撐在該殼體內(nèi)的一對軸；第一轉(zhuǎn)子固定在第一軸以可旋轉(zhuǎn)；第二轉(zhuǎn)子固定在 第二軸以可旋轉(zhuǎn)，兩個轉(zhuǎn)子載有永磁體場磁極；第一環(huán)形定子安裝在所述外殼內(nèi) 并包圍所述第一轉(zhuǎn)子；第二環(huán)形定子安裝在所述外殼內(nèi)并包圍所述第二轉(zhuǎn)子，兩 個定子各具有纏繞在其上的定子線圈； 一間隙分隔開所述第一和第二定子； 一連 接機構(gòu)連接至所述第一和第二軸并且該連接機構(gòu)在所述第一和第二軸旋轉(zhuǎn)過程中 可操作，以調(diào)節(jié)所述第二軸相對所述第一軸的角定位。
所述連接機構(gòu)是行星齒輪裝置，其具有連接至所述第一軸的第一太陽齒輪、 連接至所述第二軸的第二太陽齒輪、連接至所述第一太陽齒輪的第一行星齒輪組、 連接至所述第二太陽齒輪的第二行星齒輪組、可旋轉(zhuǎn)地支撐所述第一和第二行星 齒輪組的行星架、固定在所述外殼上并與所述第一行星齒輪組嚙合的固定齒圈、 及由所述殼體可轉(zhuǎn)動地支撐并與所述第二行星齒輪組嚙合的活動齒圈。
一種控制同步電機的方法，包括確定符合要求的兩個轉(zhuǎn)子間的排列角度， 所述兩轉(zhuǎn)子各具有不同的長度而且各具有至少一隊安裝在其外緣的磁體；在電機 運行過程中，利用行星齒輪裝置自動改變該電機內(nèi)的所述兩個轉(zhuǎn)子間的角位移至 符合要求的排列角度。所述角位移為0度(即所述兩個轉(zhuǎn)子相互對準(zhǔn))能使在一 基本速度下的反電動勢等于角位移為180度(即所述兩個轉(zhuǎn)子完全未對準(zhǔn))在一 最高速度下的反電動勢。
一種制造同步電機的方法，包括當(dāng)所給定的具體電機有一個轉(zhuǎn)子時，預(yù)先 確定該給定的具體電機的總的轉(zhuǎn)子長度；根據(jù)給定的具體期望的基本速度和最大 速度確定兩個轉(zhuǎn)子中每一個轉(zhuǎn)子的不同長度。所述同步電機被制造成具有確定的 分別不同的轉(zhuǎn)子長度。所述分別不同的轉(zhuǎn)子長度根據(jù)以下公式來計算-
△=基本速度/最大速度，及
第一轉(zhuǎn)子長度=(0.5+厶/2)*總的轉(zhuǎn)子長度
第二轉(zhuǎn)子長度=(0.5 -A/2 ) *總的轉(zhuǎn)子長度
對于驅(qū)動所述電機的至少一個電動機設(shè)備的給定額定電壓，根據(jù)在基本速度 下的反電動勢確定線圈的第一數(shù)量，所述同步電機被制造成具有所述確定的線圈 的第一數(shù)量。同樣，如果線圈的第二數(shù)量是根據(jù)具有一個轉(zhuǎn)子或具有兩個相同長 度且呈0度排列的轉(zhuǎn)子的同步電機的最大速度下的反電動勢確定的，則要求所述 線圈的第一數(shù)量從第二數(shù)量增加；從而線圈數(shù)量的增加減小了所述電機的電流需


圖1是本發(fā)明實施例所述電磁機拆除端板后的透視圖2是圖1所示的電磁機的剖視圖3是圖2中沿線3-3的剖視圖4是圖2中沿線4-4的剖視圖5是圖1所示的電磁機的端視圖6是圖1的轉(zhuǎn)子裝置的透視圖7是本發(fā)明實施例所述電磁機的透視圖，所述電磁機使用螺線管改變所述轉(zhuǎn) 子的相對角位置；
圖8是確定移位角的控制邏輯的流程圖9是位移子程序的流程圖IO是移位子程序的流程圖IIA是本發(fā)明的實施例的控制邏輯的流程圖； 圖11B是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的方塊圖；及 圖12是本發(fā)明的實施例的控制邏輯的流程圖； 圖13是制造同步電機的工藝流程圖。
具體實施方案
參考圖1，本發(fā)明實施例所述的多轉(zhuǎn)子同步電磁機10具有外殼，該外殼包括 第一端蓋12、中心殼體14及第二端蓋16;圓柱形座圈18由所述第二端蓋16的 端部突出并包圍 一行星齒輪機構(gòu)20;具有蝸輪24的執(zhí)行器22連接至所述座圈18 。
參考圖2，中心殼體14具有內(nèi)套30和外套32。端板19蓋在所述座圈18上。 在內(nèi)套30的外部表面形成有若干水冷卻通道34，所述水冷卻通道34被所述外套 32覆蓋并密封。優(yōu)選地，套30具有T形橫斷面形狀并由諸如鋁的導(dǎo)熱材料制成。 套30具有環(huán)形中心腿31，該腿31由圓柱形邊緣33的內(nèi)表面向內(nèi)徑向突出。端 蓋12具有中心孔36。端板19形成中心盲孔38。軸承40安裝在所述孔36中， 軸承42安裝在所述孔38中，從而可旋轉(zhuǎn)地支撐雙軸裝置44。
軸裝置44包括第一中空外軸46和第二實心內(nèi)軸48。第二軸48包括較大直 徑部分50和可旋轉(zhuǎn)地接納第一軸46的較小直徑部分52。軸48的所述較大直徑 部分50由軸承40可旋轉(zhuǎn)地支撐，而較小直徑部分52的一端部53由軸承42可 旋轉(zhuǎn)地支撐。較大直徑部分50延伸穿過第一軸46至端部53，該端部53外向第 一軸46的一軸端突出。軸承座套49在接近連接軸48的較大直徑部分和較小直徑 部分的交接處可旋轉(zhuǎn)地支撐中空軸46的內(nèi)端。
中空環(huán)形定子54和56與軸裝置44同軸且不可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述外殼內(nèi)部， 并優(yōu)選用鐵心硅鋼制造而成。 一常規(guī)中空環(huán)形線圈裝置58不可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述 定子54和56內(nèi)部，而且其也與軸裝置44同軸。
第一轉(zhuǎn)子60與所述第一軸46成為一整體或安裝并固定在所述第一軸46上以 可旋轉(zhuǎn)。第二轉(zhuǎn)子62與所述第二軸48的較大直徑部分50成為一整體或安裝并固 定在所述第二軸48的較大直徑部分50上以可旋轉(zhuǎn)，所述第二轉(zhuǎn)子62與所述第一 轉(zhuǎn)子60軸向間隔開； 一氣隙將定子裝置54和56與轉(zhuǎn)子60和62分隔開。
環(huán)形電磁感應(yīng)環(huán)61安裝在軸46上靠近轉(zhuǎn)子60的外端表面處。環(huán)形電磁感應(yīng) 環(huán)63安裝在軸50上靠近轉(zhuǎn)子62的外端表面處。所述環(huán)形電磁感應(yīng)環(huán)61和63 是常規(guī)感應(yīng)環(huán)并可用于提供其安裝在軸上的位置的信號。優(yōu)選地，該電動機具有3 相繞組。 一控制器(未示出)根據(jù)感應(yīng)的軸的位置傳遞電流至該繞組。
參考圖2和5，行星齒輪裝置20被座圈18環(huán)繞。所述行星齒輪裝置20包括 在第一軸46的外端形成的第一太陽齒輪72，和安裝并通過止轉(zhuǎn)楔(未示出)固 定在所述內(nèi)軸48端部53的第二太陽齒輪74。太陽齒輪72和74優(yōu)選具有相同的 內(nèi)徑。可旋轉(zhuǎn)的行星架75包括若干行星支撐柱76。第一組行星齒輪78可旋轉(zhuǎn)地 安裝在所述柱76上以與第一太陽齒輪72的齒嚙合。第二組行星齒輪82可旋轉(zhuǎn)地 安裝在所述柱76上靠近所述行星齒輪78處以與太陽齒輪74的嚙合。固定齒圈 84被固定至座圈18的內(nèi)表面并與所述第一行星齒輪78嚙合。活動齒圈86可旋 轉(zhuǎn)地安裝在所述座圈18上靠近固定齒圈84處。活動齒圈86與所述第二組行星齒 輪82嚙合。執(zhí)行器22的蝸輪24與活動齒圈86外表面形成的齒嚙合。
如圖3所示，所述第一轉(zhuǎn)子60包括環(huán)形轉(zhuǎn)子件90和安裝在其外緣的若干個 永磁體91-96，永磁體91、 93和95的北磁極方向徑向朝外，永磁體92、 94和 96分別位于永磁體91、 93和95相鄰的兩兩磁體之間，并且它們的南磁極方向徑 向朝外。因此，圍繞轉(zhuǎn)子60的外緣，各磁體的磁極方向與其相鄰的磁體或轉(zhuǎn)動180 度對應(yīng)的磁體的磁極方向相反。各轉(zhuǎn)子具有至少一對磁體且該對磁體中第一磁體 的北磁極方向徑向朝外，而第二磁體的南磁極方向徑向朝外。所述該對磁體中的 第一和第二磁體被安裝成180度間隔開。對于超過一對磁體的，其磁體安裝定位 方式與此類似并與其它對的磁體均勻間隔開，因此徑向朝外的磁極將在包圍該轉(zhuǎn) 子的均勻間隔開的多對磁體間在北極和南極之間轉(zhuǎn)換。
如圖4所示，第二轉(zhuǎn)子62包括環(huán)形轉(zhuǎn)子件100和安裝在其外緣的若干個永磁 體101-106，永磁體101、 103和105的北磁極方向徑向朝外，永磁體102、 104 和106分別位于永磁體101、 103和105相鄰的兩兩磁體之間，并且它們的南磁
極方向徑向朝外。因此，圍繞轉(zhuǎn)子62的外緣，各磁體的磁極方向與其相鄰的磁體
或轉(zhuǎn)動180度對應(yīng)的磁體的磁極方向相反。優(yōu)選地，所述永磁體91-96與所述永 磁體101-106具有相同的角寬度，而且它們也可以具有相同的軸向長度。
如圖2所示，定子54和56被軸向間隔開，并且它們之間的間隙或間隔被套 30的腿31所填充，在腿31中形成冷卻液通道35以將熱從那里傳導(dǎo)出去。再參 考圖3和圖4，套30的腿31向內(nèi)徑向延伸并包括若干狹槽37，各狹槽接納線圈 裝置58的相應(yīng)線圈。因此，所述腿31包圍線圈裝置58的除了內(nèi)端之外的所有部 分，所以有效地將熱由所述線圈裝置58傳導(dǎo)出去。
所述轉(zhuǎn)子60和62以電動機速度轉(zhuǎn)動。如圖6所示，在基本速度以下時，轉(zhuǎn) 子60和62相互導(dǎo)向以便它們各自的磁體91-96和101-106的北和南磁極在徑向 具有相同的排列。這導(dǎo)致每一線圈段產(chǎn)生最大的反電動勢。在基本速度以上時， 通過旋轉(zhuǎn)齒圈86，轉(zhuǎn)子60和62有意相互不對準(zhǔn)。例如，如圖1所示逆時針方向 旋轉(zhuǎn)齒圈86，將相對第一轉(zhuǎn)子60順時針旋轉(zhuǎn)太陽齒輪74、軸48及第二轉(zhuǎn)子62。 利用行星齒輪裝置20，在該電動機10運行時可改變和控制所述轉(zhuǎn)子60和62的 排列，所述行星齒輪裝置20可經(jīng)受住高功率和轉(zhuǎn)矩水平運轉(zhuǎn)。
優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子60和62其中之一及安裝在其上的磁體在軸向方向比另一轉(zhuǎn)子 及安裝在其上的磁體更長。例如，在圖2中，轉(zhuǎn)子62在軸向比轉(zhuǎn)子60長55%45%。 因此，在基本速度下，轉(zhuǎn)子60和62如圖6所示對準(zhǔn)排列，所結(jié)合的反電動勢將 最大(100%)。轉(zhuǎn)子60和62的未對準(zhǔn)減少了所述反電動勢的總數(shù)。所以，在相 同速度下，如果所述轉(zhuǎn)子完全未對準(zhǔn)，所結(jié)合的反電動勢將是最大值(55%-45%) 的10%。在10倍于所述基本速度時，如果所述轉(zhuǎn)子完全未對準(zhǔn)，所結(jié)合的反電動 勢將是基本速度下最大值(10X (55-45))的100%。
可選擇地，如果每一轉(zhuǎn)子上的磁體具有相同的尺寸和形狀并具有相同的磁性 能，所述轉(zhuǎn)子可被完全未對準(zhǔn)(對于載有6個磁體的轉(zhuǎn)子以60度)，或使轉(zhuǎn)子60 的北極對準(zhǔn)轉(zhuǎn)子62的南極，將沒有反電動勢產(chǎn)生。因此，所述電動機10在超速 運行過程可被配置成不產(chǎn)生反電動勢電壓，從而防止過電壓和線圈裝置58的短路。
本發(fā)明的一個實施例，在電動機運行過程中，低于和高于基本速度，控制所 述轉(zhuǎn)子的移位以達到期望水平的反電動勢電壓(如果有)。控制所述轉(zhuǎn)子的移位包 括控制所述轉(zhuǎn)子相互之間的排列位置。所述基本速度可以是任意選擇的速度，該 速度下當(dāng)所述轉(zhuǎn)子對準(zhǔn)時產(chǎn)生最大的可接受的反電動勢。
在該基本速度以下時，所述轉(zhuǎn)子將相互對準(zhǔn)，因此所述第一轉(zhuǎn)子的北極與第 二轉(zhuǎn)子的北極對準(zhǔn)。如果所述轉(zhuǎn)子被對準(zhǔn)，超過了該基本速度，則所屬電動機將 產(chǎn)生超過期望值的更多的反電動勢。因此，超過該基本速度時，所述轉(zhuǎn)子將被移
位以使所述反電動保持大致恒定。市售的電動機控制器不要求恒定的反電動勢。 然而，在本發(fā)明的實施例中，具有相當(dāng)恒定的反電動勢可容許所述控制器使用更 低的電流工作。
如果所述轉(zhuǎn)子具有相等的長度，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子被排列成180度時所述反電動勢 將變?yōu)?。然而，如果所述轉(zhuǎn)子不等長，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子被排列成180度時所述反電
動勢可通過下列公式計算
F180 = F0A
其中
A是反電動勢比率，由轉(zhuǎn)子長度計算
a是第一轉(zhuǎn)子的長度 b是第二轉(zhuǎn)子的長度 V。是0度對準(zhǔn)排列時的反電動勢 V^是180度對準(zhǔn)排列時的反電動勢
從上述得出，所述轉(zhuǎn)子優(yōu)選的長度可根據(jù)基本速度和最大速度計算出。該速 度比率可由下列公式定義
R速度- (基本速度/最大速度)
其中R速度是速度比率。如果R速度被設(shè)為等于A，而且所述排列角度被設(shè)為等 于180，在最大速度下的反電動勢將與在基本速度下對準(zhǔn)排列的轉(zhuǎn)子的反電動勢相 同。
從以上得出，a和b的長度可以由下列公式計算 第一轉(zhuǎn)子長度=(0.5+厶/2)*總的轉(zhuǎn)子長度 第二轉(zhuǎn)子長度- (0.5 - A /2 ) *總的轉(zhuǎn)子長度
對于給定的具體的只具有一個轉(zhuǎn)子的同步電機，通過預(yù)先計算總的轉(zhuǎn)子長度
可配置、設(shè)計并制造一種同步電機。根據(jù)給定的基本速度和最大速度可以計算出
各個轉(zhuǎn)子的不同的長度。第一轉(zhuǎn)子的長度加上第二轉(zhuǎn)子的長度的總和等于預(yù)先計
算的總的轉(zhuǎn)子長度。
有一個數(shù)學(xué)恒等式
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中 ______<formula>formula see original document page 8</formula>
其中
a是第一正弦波的幅值
b是第二正弦波的幅值
c是結(jié)果正弦波的幅值
a是第一正弦波與第二正弦波之間的相角
上述的(3關(guān)系式在優(yōu)選的實施例的系統(tǒng)中未被使用。
在一實施例中，所屬轉(zhuǎn)子的長度與所述正弦波的幅度成比例。因此，"a"等 于第一轉(zhuǎn)子的長度除以兩個轉(zhuǎn)子的總長度。換而言之，如果第一轉(zhuǎn)子長50mm， 第二轉(zhuǎn)子長50mm，貝(J a=50/100=0.50。如果第一轉(zhuǎn)子長30mm，第二轉(zhuǎn)子長 70mm，貝ij a=50/100=0.30。 "b"等于第二轉(zhuǎn)子的長度除以兩個轉(zhuǎn)子的總長度。在 一個優(yōu)選的實施例中，"a"和"b"被定義成"a"加"b"恒等于1。
對于兩個轉(zhuǎn)子具有相同長度的情形，a=b=0.50:
a是一個轉(zhuǎn)子相對于第二轉(zhuǎn)子移位的角度。哪一個轉(zhuǎn)子在另一轉(zhuǎn)子之前移位 都沒關(guān)系。
c將決定電動機產(chǎn)生的反電動勢的數(shù)量，與兩個轉(zhuǎn)子被對準(zhǔn)排列其將產(chǎn)生的反
電動勢的數(shù)量比較。從上述的恒等式看出，C的最大值等于1且發(fā)生在a =0時COS
a= 1。
如果電動機的運行速度慢于該基本速度，c將設(shè)為等于1，所述的轉(zhuǎn)子將會被 排列對準(zhǔn)，具有0度的移位角。如果電動機的運行速度快于該基本速度，反電動 勢將減少。
對于標(biāo)準(zhǔn)的永磁電機，反電動勢基于下列方程式
E= KE"m 其中E是反電動勢， KE是電壓常數(shù)，及
"m是電動機速度。
當(dāng)所述電機的速度高于該基本速度時，對于該實施例所述的電機，上述方程
式可以修正為下列方程式
E=c(") KEwm
其中E是恒定的反電動勢，及
C(")是可變的，計算如下 C(")= "b/Wm
其中"b是所述電機的基本速度。
上述的恒等式可被處理成以下方程式:
<formula>formula see original document page 10</formula>
當(dāng)電動機速度改變超過基本速度時，c將按上述方程式減小。括號內(nèi)的值的反 余弦值將給出所述轉(zhuǎn)子需要調(diào)整排列的角度。
在一個實施例中，反余弦值的計算是在所述機器運行時通過處理器進行。在 另一實施例中，使用預(yù)先根據(jù)所述電機的速度執(zhí)行計算產(chǎn)生的査詢表。所述査詢 表具有用于電動機速度的增量的期望角度，在該角度轉(zhuǎn)子需要調(diào)整對準(zhǔn)以符合期 望的反電動勢。
在又一實施例中，轉(zhuǎn)子的期望的移位角度是根據(jù)所述電機的感應(yīng)的反電動勢 計算的。這可以通過使用諸如A/D變流器測量所述電機的反電動勢來實現(xiàn)。當(dāng)所 述電機的反電動勢高于基本速度下的反電動勢時，期望的移位角度將增加直到所 述反電動勢被校正。在一個感應(yīng)反電動勢的實施例中，可以除去這里所述的一個 或二個轉(zhuǎn)子位置傳感器。
當(dāng)電機運行時無論是所述轉(zhuǎn)子間的角位移通過處理器計算，或通過查詢表確 定，或通過測量所述電機的反電動勢來確定，所述計算值以執(zhí)行器要求的形式輸 入，以使所述轉(zhuǎn)子根據(jù)該計算值改變隊列。所述執(zhí)行器接收信號并對該信號作出 反應(yīng)，改變所述轉(zhuǎn)子的相對角位置。
在一個控制轉(zhuǎn)子相互間的相對角位置的實施例中， 一齒圈是固定的，第二齒 圈是可旋轉(zhuǎn)的。通過轉(zhuǎn)動所述可旋轉(zhuǎn)的齒圈來排列所述轉(zhuǎn)子，該齒圈可以通過汽 缸旋轉(zhuǎn)，汽缸作用一轉(zhuǎn)矩于所述齒圈上。所述汽缸可以是水壓、氣壓或電動汽缸。 圖7表示具有可通過汽缸701調(diào)節(jié)的齒圈的構(gòu)造。
可選擇地，所述齒輪可通過與該齒輪嚙合的蝸輪旋轉(zhuǎn)，圖1和圖2表示了一 種具有所述齒圈的構(gòu)造。所述執(zhí)行器22驅(qū)動所述蝸輪24。
一種控制同步電機的方法，包括確定符合要求的兩個轉(zhuǎn)子間的排列角度， 所述兩轉(zhuǎn)子各具有不同的軸向長度而且各具有至少一隊安裝在其外緣的磁體；在 電機運行過程中，自動改變該電機內(nèi)的所述兩個轉(zhuǎn)子間的角位移至符合要求的排 列角度。所述符合要求的排列角度是根據(jù)電機的速度和反電動勢至少其中之一來
計算。 一處理器、 一査詢表和一感應(yīng)的反電動勢至少其中之一被用于進行上述計 算。所述方法還可需要確定所述電機的速度是否大于一基本速度，并確定當(dāng)電機 的速度大于該基本速度時符合要求的排列角度。通過自動改變所述電機內(nèi)兩個轉(zhuǎn) 子間的角位移來控制相應(yīng)電機速度的反電動勢。但電機速度從該基本速度增加時， 最后的反電動勢與電機在該基本速度運行產(chǎn)生的基本反電動勢保持恒定。
一種控制同步電機的系統(tǒng)，包括 一傳感器，用于感應(yīng)所述電機的當(dāng)前狀態(tài)， 其中所述當(dāng)前狀態(tài)包括電機的速度、電機的反電動勢及兩個轉(zhuǎn)子間的排列角度其 中至少之一，所述兩個轉(zhuǎn)子各具有不同的軸向長度并各具有至少一對安裝在其外 緣的磁體；及一執(zhí)行器，用于在所述機器運行過程中對接收根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)輸入的 反應(yīng)，自動改變所述機器內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子間的角位移。所述電機的反電動勢通過執(zhí) 行器根據(jù)電機的當(dāng)前速度自動改變所述機器內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子間的角位移來控制。
一種控制同步電機的系統(tǒng)，包括用于根據(jù)電機的速度確定具有不同軸向長度 的兩個轉(zhuǎn)子間符合要求的排列角度的控制邏輯；及一執(zhí)行器，用于根據(jù)確定的符
合要求的排列角度，在所述機器運行過程中對速度的變化作出反應(yīng)，自動改變所 述機器內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子間的角位移。如果所述電機的速度大于一基本速度，則該控 制邏輯確定符合要求的排列角度，并且所述執(zhí)行器對速度超過該基本速度的改變 作用反應(yīng)，自動改變角位移。所述電機的反電動勢通過執(zhí)行器根據(jù)電機的當(dāng)前速 度自動改變所述機器內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子間的角位移來控制。
圖8表示移位角如何被測定的流程圖。處理開始801，確定所述電動機的速 度是否大于一基本速度802。如果是，就計算出"C"作為反電動勢比率，其等于
基本速度除以電動機速度803。在步驟804中，使用常數(shù)"a"和"b"表示一給 定電動機。這些常數(shù)可由該電動機的制造商獲得。常數(shù)"a"是轉(zhuǎn)子1比率，其等 于轉(zhuǎn)子1長度除以總的長度。常數(shù)"b"是轉(zhuǎn)子2比率，其等于1- "a"。在步驟 806中，通過上述方法計算排列角度。處理過程將繼續(xù)到圖9所示的排列子程序 810。然而，再回到步驟802，如果所述電動機的速度不大于該基本速度，則進入 步驟807，排列角度等于零。處理過程將繼續(xù)到圖9所示的排列子程序810。
圖9是排列子程序810和如何測定系統(tǒng)誤差的流程圖。分別在步驟811和812 中，輸入轉(zhuǎn)子1的電角度和輸入轉(zhuǎn)子2的電角度。在步驟814中，通過用轉(zhuǎn)子1 的電角度減去轉(zhuǎn)子2的電角度得到相對位置。步驟815中，通過用排列角度減去 相對位置得到所述誤差。處理過程繼續(xù)進行移位子程序，步驟820。
圖10是移位子程序820及當(dāng)誤差已知時所述移位如何發(fā)生的流程圖。判定塊 822確定所述誤差的絕對值是否大于所述磁滯帶。如果否，則程序在步驟826退 出。如果是，則進行確定823是否所述移位角度太小。如果是，則進行步驟825中增加該移位角度。如果否，在進行步驟824減小所述移位角度。然后程序在步 驟826退出。
圖11A是一實施例的流程圖。 一種控制同步電機的方法，包括確定符合要
求的兩個轉(zhuǎn)子間的排列角度210，所述兩轉(zhuǎn)子各具有不同的軸向長度而且各具有至 少一隊安裝在其外緣的磁體；在電機運行過程中，自動改變該電機內(nèi)的所述兩個 轉(zhuǎn)子間的角位移至符合要求的排列角度212。所述符合要求的排列角度是根據(jù)電機 的速度201和反電動勢202至少其中之一來計算。 一處理器211、 一査詢表212 和一感應(yīng)的反電動勢213至少其中之一被用于進行上述計算。所述方法還可需要 確定所述電機的速度是否大于一基本速度220。如果否，所述角位移被調(diào)節(jié)至或保 持在0度223。如果速度大于基本速度，則改變角位移222。通過自動改變所述電 機內(nèi)兩個轉(zhuǎn)子間的角位移來控制相應(yīng)電機速度的反電動勢。但電機速度從該基本 速度增加時，最后的反電動勢與電機在該基本速度運行產(chǎn)生的基本反電動勢保持 恒定。
圖11B是一優(yōu)選實施例的方塊圖。 一種控制同步電機的系統(tǒng)240,包括一 傳感器250，用于感應(yīng)所述電機的當(dāng)前狀態(tài)，其中所述當(dāng)前狀態(tài)包括電機的速度 251、電機的反電動勢252及兩個轉(zhuǎn)子間的排列角度253其中至少之一，所述兩 個轉(zhuǎn)子各具有不同的軸向長度并各具有至少一對安裝在其外緣的磁體；及一執(zhí)行 器260，用于在所述機器運行過程中對接收根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)輸入的反應(yīng)，自動改變所 述機器內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子間的角位移。所述電機的反電動勢通過執(zhí)行器根據(jù)電機的當(dāng) 前速度自動改變所述機器內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子間的角位移來控制。
一種控制同步電機280的系統(tǒng)240,還可包括用于根據(jù)電機的速度確定具有 不同軸向長度的兩個轉(zhuǎn)子間符合要求的排列角度的控制邏輯270;及一執(zhí)行器 260，用于根據(jù)確定的符合要求的排列角度，在所述機器運行過程中對速度的變化 作出反應(yīng)，自動改變所述機器內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子間的角位移。如果所述電機的速度大 于一基本速度，則該控制邏輯270確定符合要求的排列角度，并且所述執(zhí)行器260 對速度超過該基本速度的改變作用反應(yīng)，自動改變角位移。所述電機的反電動勢 通過執(zhí)行器根據(jù)電機的當(dāng)前速度自動改變所述機器內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子間的角位移來控 制。
圖12是用于本發(fā)明實施例的控制邏輯的流程圖。所述電機的速度被傳感器 901感應(yīng)并被輸入所述控制邏輯，所述控制邏輯確定所述速度是否超過一基本速度 903。如果否，該速度繼續(xù)被感應(yīng)901直到被確定超過一基本速度903。如果超過 了基本速度，則該控制邏輯確定轉(zhuǎn)子的相對旋轉(zhuǎn)以獲得符合要求的角位移905。所 述確定可通過此處提供的計算使用微碼、程序代碼指令及處理器作出，或者使用
對于給定電機預(yù)先產(chǎn)生的査詢表作出。根據(jù)輸入，所述控制邏輯確定所述轉(zhuǎn)子是
否需要調(diào)整以達到符合要求的角位移907。如果否，該控制就返回步驟901。如果 是， 一信號被傳送至一控制器，該控制器根據(jù)確定的角位移旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)子相對另一 轉(zhuǎn)子的角位置909。測量反電動勢911。所述控制邏輯確定所測量的反電動勢是否 符合要求的水平913。如果否，所述轉(zhuǎn)子的相對角位移被調(diào)整909并且控制返回 測量反電動勢911。如果所述反電動勢被確定為達到要求水平913，則控制返回步 驟903以確定所述速度是否超過基本速度903。
圖13是制造同步電機的工藝流程圖。接收關(guān)于給定同步電機的說明書中包括 尺寸的輸入951。確定對于給定具體電機的一個轉(zhuǎn)子的總轉(zhuǎn)子長度961。接收關(guān)于 給定同步電機的給定的基本速度和最大速度的輸入952。根據(jù)該輸入952和根據(jù) 確定的總轉(zhuǎn)子長度961,確定轉(zhuǎn)子1和轉(zhuǎn)子2的不同的轉(zhuǎn)子長度962。接收驅(qū)動 該電機的至少一設(shè)備的給定額定電壓的輸入953。由此，確定在基本速度下需要的 線圈的數(shù)量963。 一具有不同轉(zhuǎn)子長度和確定數(shù)量線圈的同步電機被制造出來 970。
上述具有不同軸向長度的轉(zhuǎn)子的實施例的有益之處是當(dāng)所述轉(zhuǎn)子完全未對 準(zhǔn)時，即各具有一對磁體的兩個轉(zhuǎn)子以180度排列，所述同步電機能提供反電動 勢。
上述實施例的有益之處還在于所述電動機，即同步電機，可被設(shè)計成在低 速上時需要相當(dāng)少的電流。如果給定了轉(zhuǎn)子和定子的結(jié)構(gòu)，電動機的線圈的數(shù)量 也通過該電機額定的最大反電動勢所限制，在常規(guī)永磁電機中，該最大值出現(xiàn)在 最高的額定速度下，而在此處的實施例中，該最大值出現(xiàn)在低于基本速度下。所 描述的實施例容許該電機的反電動勢在速度超過該基本速度時減小，使所述反電 動勢與基本速度下的值保持恒定。因此，可增加線圈的數(shù)量。例如，如果該電機 的反電動勢減小一半，則線圈的數(shù)量可增加一倍。
所述電機的電流需求量由線圈的數(shù)量和該電機的安培轉(zhuǎn)向需求量決定。所述 電流需求量等于安培轉(zhuǎn)向需求量除以線圈數(shù)量。因此，如果線圈的數(shù)量翻倍，則 所述電流需求量將減半。相似地，如果所述反電動勢減小至三分之一，則線圈數(shù) 量增加到三倍，而所述電流需求量將減小至最初電流需求量的三分之一。同樣， 所述電流需求量減小的百分?jǐn)?shù)與所述反電動勢減小的百分?jǐn)?shù)相同。同樣，所述電 流需求量減小的百分?jǐn)?shù)與所述線圈數(shù)量增加的百分?jǐn)?shù)相同。這減小了電力電子設(shè) 備的電流需求量。
上述的另一有益之處在于如果所述線圈數(shù)量不增加，電力電子設(shè)備的電壓 需求量將減小。所述最大的發(fā)電動勢將減小，因此設(shè)備可以使用更低的額定電壓。
上述兩個優(yōu)點將減小電力電子設(shè)備的成本。
應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語"角位移"指一角度，該角度是一轉(zhuǎn)子上的磁體的方向與另 一轉(zhuǎn)子上的磁體的方法的角度。如果所述兩個轉(zhuǎn)子按一方式排列以使它們之間達 到一定相對角度，則所述兩個轉(zhuǎn)子被稱為具有角位移。如果該角度是除了 0度的 任何值，則所述兩個轉(zhuǎn)子被稱為未對準(zhǔn)。所述術(shù)語"位移"和"排列"可交換使 用來描述以一定角度相對角偏移或偏置。角位移包括0度排列及任何角度的位移。
盡管結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明 上述的內(nèi)容進行的諸多修改、變化及替換對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。例如， 所述轉(zhuǎn)子和磁體可以具有不同的尺寸和形狀及材料，或者所述轉(zhuǎn)子可以載有更少 或更多的磁體。因此，本發(fā)明將要包括此類在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修 改、變化及替換。
已經(jīng)詳述了上文的優(yōu)選實施例，但是在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的 范圍的不同修改是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種制造同步電機的方法，其特征在于，包括預(yù)先確定給定的具體電機的第一轉(zhuǎn)子長度與第二轉(zhuǎn)子長度的總的轉(zhuǎn)子長度；根據(jù)給定的具體期望的基本速度和最大速度確定兩個轉(zhuǎn)子中每一個轉(zhuǎn)子的不同長度；及制造具有確定的分別不同的轉(zhuǎn)子長度的所述同步電機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于 A=基本速度/最大速度，及第一轉(zhuǎn)子長度=(0.5 + A /2 ) *總的轉(zhuǎn)子長度， 第二轉(zhuǎn)子長度=(0.5 _ A /2 ) *總的轉(zhuǎn)子長度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括對于驅(qū)動所述電機的至少一個電動機設(shè)備的給定額定電壓，根據(jù)在基本速度下的反電動勢確定線圈的第一數(shù)量；及制造具有所述確定的線圈的第一數(shù)量的同步電機。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于如果一線圈的第二數(shù)量是根據(jù) 具最大速度下的反電動勢確定的，則所述線圈的第一數(shù)量由該要求的線圈的第二 數(shù)量增加；從而線圈數(shù)量的增加減小了所述電機的電流需求量。
全文摘要
雙轉(zhuǎn)子電磁機的控制，本發(fā)明所述的同步電機包括外殼；第一軸，可旋轉(zhuǎn)地支撐在該殼體內(nèi)；第二軸，可旋轉(zhuǎn)地支撐在該殼體內(nèi)；第一轉(zhuǎn)子，固定在第一軸上以可旋轉(zhuǎn)；第二轉(zhuǎn)子，固定在第二軸上以可旋轉(zhuǎn)，所述第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子均具有永磁體場磁極；第一環(huán)形定子，其安裝在所述外殼內(nèi)并包圍所述第一轉(zhuǎn)子；及第二環(huán)形定子，其安裝在所述外殼內(nèi)并包圍所述第二轉(zhuǎn)子，所述第一和第二定子各具有纏繞在其上的定子線圈；及行星齒輪裝置，其連接至所述第一和第二軸并且該連接機構(gòu)在所述第一和第二軸旋轉(zhuǎn)過程中可操作，以調(diào)節(jié)所述第二軸相對所述第一軸的角定位。本發(fā)明的同步電機具有一種簡單且廉價的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子相對角度位移的機構(gòu)，能在所述電機運行時操作并能承載高轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
文檔編號H02K15/00GK101188374SQ20071016530
公開日2008年5月28日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者羅納德·迪安·布萊納 申請人:迪爾公司