專利名稱：電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)，更具體地涉及到電動(dòng)機(jī)，但又不專限于電動(dòng)機(jī)。


圖1示明了一種傳統(tǒng)的兩相變磁阻電動(dòng)機(jī)，包括定子2，它具有兩對(duì)相對(duì)設(shè)置的朝向內(nèi)部的凸極3、4，后者則配備有與上述兩相相對(duì)應(yīng)的兩對(duì)激勵(lì)繞組5、6；轉(zhuǎn)子7，它具有單一的一對(duì)相對(duì)設(shè)置的朝向外部而無(wú)繞組的凸極。這四個(gè)激勵(lì)繞組的每一個(gè)圍繞其相應(yīng)的凸極卷繞，如圖所示，符號(hào)Y-Y指繞組對(duì)6的各個(gè)繞組的兩個(gè)徑向部分，而符號(hào)X-X指繞組對(duì)5的各個(gè)繞組的兩個(gè)徑向相對(duì)部分。設(shè)有激勵(lì)電路(未圖示)，用來(lái)與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)同步地通過(guò)激勵(lì)定子繞組使轉(zhuǎn)子7于定子2內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得由此轉(zhuǎn)子7的上述趨向所發(fā)展的轉(zhuǎn)矩把它自己安排在為此繞組所產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)有最小磁阻的位置，這將在以后作更詳細(xì)的說(shuō)明。這樣的變磁阻電動(dòng)機(jī)優(yōu)于傳統(tǒng)的繞線式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)之處在于不需要用來(lái)將電流供給轉(zhuǎn)子的屬磨損性部件的整流電刷。此外的優(yōu)點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子上設(shè)有導(dǎo)線以及不需要高成本的永磁鐵。
圖1(a)與(b)中的符號(hào)“+”與“-”表明在圖示方位中，轉(zhuǎn)予7被吸引到水平位置或垂直位置的兩種激勵(lì)方式下，電流在繞組中的方向。應(yīng)知轉(zhuǎn)子7的轉(zhuǎn)動(dòng)要求交替地激勵(lì)繞組對(duì)5、6而最好是一次只激勵(lì)一個(gè)繞組對(duì)5或6，并在這一激勵(lì)中始終依一個(gè)方向給各繞組對(duì)5或6供應(yīng)電流。但是，要想產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)矩，在每轉(zhuǎn)中只能有一半時(shí)間使繞組激勵(lì)到最大，從而這種電動(dòng)機(jī)就不能高效地利用磁路。
作為對(duì)比的一種全節(jié)距的兩相變磁阻電動(dòng)機(jī)，例如描述于J.D.Wale與C.Pollock的“Novel Converter Topologies for aTwo-Phase Switched Reluctonce Motor with Fully PitchedWiudiugs”,IEEE Power Electronics Specialists Confereuce,Braveno,June 1996,pp.1798-1803且如圖2所示(圖2中用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)明與圖1中相同的部件)，它所包括的兩個(gè)繞組10與11具有相當(dāng)于此電動(dòng)機(jī)的極矩兩倍的節(jié)距，在所示的這一例中即為180°，并相互成90°配置。繞組11可以卷繞成使其在轉(zhuǎn)子7一側(cè)的一部分能充填磁極對(duì)3、4兩個(gè)更鄰近的磁極間所界定的定子槽。繞組10具有充填沿徑向?qū)χ诺亩ㄗ硬?4與15的相應(yīng)部分。這樣，上述兩繞組10與11便覆蓋住電動(dòng)機(jī)的寬度，且繞組10與11相互成直角。
圖2(a)與2(b)示明了對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子7的水平位置與垂直位置的此種電動(dòng)機(jī)的另兩種激勵(lì)方式，從圖中可以看到，兩個(gè)繞組10、11是以兩種方式激勵(lì)的，但是繞組10中的電流方向在這兩種方式下相同而繞組11中的電流方向在這兩種方式下則有變化。由于電流是以兩種方式供給于這兩個(gè)相繞組，且由于各繞組10或11占據(jù)了半個(gè)總的定子槽區(qū)，這樣一種系統(tǒng)就能100％地利用它的槽區(qū)。這不同于上面所述的一次只激勵(lì)一個(gè)相繞組的情形，其中由傳統(tǒng)卷繞的變磁組電動(dòng)機(jī)只實(shí)現(xiàn)了50％的利用率。此外，由于在此繞組10中不要求改變電流的方向，此繞組10(可以稱之為激勵(lì)線圈)能夠不經(jīng)任何轉(zhuǎn)換向供給以直流電，這樣就能簡(jiǎn)化所用的激勵(lì)電路。但是上述繞組11(可以稱之為電樞繞組)則必須用與轉(zhuǎn)子位置同步交變的電流激勵(lì)，以確定為把轉(zhuǎn)子交錯(cuò)地吸引到水平與垂直位置而需要的定子通量所改變的方向。需用交變電流供給于電樞繞組的這種電動(dòng)機(jī)會(huì)使激勵(lì)電路高度復(fù)雜和價(jià)昂。
在J.R.Surano與C-M Ong的“Yariable Reluctance MotorStructures for LOW-Speed Operation”,IEEE Tronsaetions onIndustry Applilations,Vol32,No.2,March/April 1996,p.p808-815以及英國(guó)專利NO.2262843中都公開(kāi)了全節(jié)距的兩相變磁阻電動(dòng)機(jī)。英國(guó)專利NO.2262843中公開(kāi)的電動(dòng)機(jī)是三相變磁阻電動(dòng)機(jī)，它所具有的三個(gè)繞組必須與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)同步地由電流激勵(lì)，因而這種電動(dòng)機(jī)需用高度復(fù)雜的激勵(lì)電路。
本發(fā)明的目的之一在于提供高效且能以低成本生產(chǎn)的新型電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明提供了這樣的電機(jī)，它包括無(wú)繞組的轉(zhuǎn)子以及具有磁極和電樞繞組的定子，這些繞組以對(duì)應(yīng)于一組極距的間距卷繞，此定子還包括場(chǎng)磁鐵裝置，用來(lái)沿橫切此電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)的延伸方向產(chǎn)生一磁通勢(shì)，所述電機(jī)還包括連接這些電樞繞組的電路裝置，其中此電樞繞組包括至少兩個(gè)連接于此電路裝置上的緊密耦合的繞組，使得該繞組中的電流這樣地與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)同步地變化，即由電流在上述繞組中之一沿一個(gè)方向產(chǎn)生的磁通勢(shì)的周期與電流在另一繞組中沿相反方向產(chǎn)生磁通勢(shì)的周期相交錯(cuò)。
本發(fā)明的特別有利的之處在于電樞繞組是由兩個(gè)緊耦合的繞組形成，可允許各繞組能用來(lái)于在相應(yīng)方向上產(chǎn)生磁通勢(shì)，這樣就能讓各繞組只在一個(gè)方向?yàn)殡娏骷?lì)，從而能采用較簡(jiǎn)單的激勵(lì)電路以使電路部件的個(gè)數(shù)最少，由此來(lái)降低成本。
為了能更全面地理解本發(fā)明，下面參考附圖進(jìn)行例示，附圖中圖1與2概示傳統(tǒng)的兩相變磁阻電動(dòng)機(jī)以及全節(jié)距的兩相變磁阻電動(dòng)機(jī)，在每種情形下都示明了兩種激勵(lì)方式(a)與(b)；圖2c示明了應(yīng)用這種電機(jī)時(shí)的場(chǎng)通量與電樞磁通、反電勢(shì)與電流的理想化波形；圖3與4概示本發(fā)明第一實(shí)施例的定子繞組；圖5概示可用于本發(fā)明第一實(shí)施例的自起動(dòng)的不對(duì)稱轉(zhuǎn)子；圖6概示本發(fā)明的第二實(shí)施例；圖7至14示明用于激勵(lì)定子繞組的各種電路布置，其中圖9表明圖8電路布置中4個(gè)可控硅的時(shí)間圖；圖15示明本發(fā)明的第三實(shí)施例。
圖2c示明作為圖2中的電動(dòng)機(jī)(或可以是結(jié)構(gòu)類似的發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)子7的角度位置θ的函數(shù)的恒定場(chǎng)通量φf(shuō)與變電樞磁通φa，以及隨轉(zhuǎn)子位置變化的電樞反電動(dòng)勢(shì)Ea與電樞電流Ia的理想化波形。自然，正始內(nèi)行的人所熟知的，由于各種擾動(dòng)的影響，所得的實(shí)際波形將顯著不同于這些理想化的波形。激勵(lì)繞組10在工作中接收恒定的激勵(lì)電流，使得它的通量基本上恒定，而連系電樞繞組11的通量是雙極的，在每轉(zhuǎn)動(dòng)90°即從正的最大變至負(fù)的最小，結(jié)果在電樞繞組11中感生出矩形波反電動(dòng)勢(shì)。這些特點(diǎn)類似于應(yīng)用傳統(tǒng)的4極定子DC機(jī)中所觀察到的。
要是假定由繞組來(lái)觀察磁路的磁阻不隨轉(zhuǎn)子的位置而變化，正如采用具有大的磁極寬度的轉(zhuǎn)子使得由兩個(gè)相鄰定子磁極搭接部分保持基本上不變(以后將參考圖15作說(shuō)明)所能實(shí)現(xiàn)的那樣，則場(chǎng)通量φf(shuō)將保持不變而且不會(huì)由此場(chǎng)單獨(dú)地產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩。于是可以設(shè)想與電樞繞組11相連系的通量能隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而線性地從其最大的正值變化到它最大的負(fù)值，而對(duì)于此轉(zhuǎn)子的每一轉(zhuǎn)動(dòng)能完成兩個(gè)循環(huán)。要是進(jìn)一步假定并非所有的場(chǎng)通量都與電樞繞組11相連系，則需要包括耦合系數(shù)k，通過(guò)考慮通量相對(duì)于時(shí)間的變化率，就可以求得電樞繞組11中所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式(法拉第定律)。由此可以得出近似矩形的emf(電動(dòng)墊)波形-圖2中所示四極電動(dòng)機(jī)的這種波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式在假定轉(zhuǎn)速ω為常數(shù)時(shí)為如下所示Ea=k4πφfNaω]]>式中Na是電樞繞組11的圈數(shù)。
可在上式中代入下面有關(guān)場(chǎng)通量的表示式
式中Nf與If是激勵(lì)線圈10的圈數(shù)與電流，R是磁阻，它視作為基本上不因轉(zhuǎn)子的位置而改變。
這樣可求得下式
從此式可以求得轉(zhuǎn)矩TT=EaIaω]]>其中Ia是電樞繞組11中的電流。
假定此電流波形為矩形波同時(shí)假定它與圖2A中所示反電動(dòng)勢(shì)波形同步以便產(chǎn)生最佳的輸出功率，則此轉(zhuǎn)矩可以表示為
這樣，根據(jù)上述極其簡(jiǎn)化了的分析，當(dāng)磁阻視作基本上是常數(shù)時(shí)，此轉(zhuǎn)矩即正比于激勵(lì)電流與電樞電流之積。
通過(guò)比較，傳統(tǒng)的DC電動(dòng)機(jī)中的反電動(dòng)勢(shì)Ea可以表示為Ea=Kaφf(shuō)ω
式中Ka=Napπ]]>這里的P表示的是定子的磁極數(shù)。
這樣，當(dāng)DC電動(dòng)機(jī)是四極電動(dòng)機(jī)時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)可以表示為Ea=4πφfNaω]]>除了不具有在DC電動(dòng)機(jī)方程中一般不表示的耦合系數(shù)K外，類似于電樞繞組11中的反電動(dòng)勢(shì)的表示式。
此外，由DC產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是由下式確定T=K0φf(shuō)I0上式可以展成
此式亦類似于除了不包括耦合系數(shù)K外在前面導(dǎo)出的式子。
這一簡(jiǎn)化的分析結(jié)果證明了在此種電機(jī)與傳統(tǒng)的d.c.機(jī)的操作之間有頗多的類似性。
圖3所示的第一實(shí)施例包括的兩相電動(dòng)機(jī)具有設(shè)置了激勵(lì)繞組10和電樞繞組11的四極定子2，各繞組10、11又分成兩個(gè)繞組22、23成24、25，它們緊密地耦合并卷繞成使此兩個(gè)繞組的徑向相對(duì)部分位于徑向相對(duì)的定子槽內(nèi)。依據(jù)本發(fā)明，在相應(yīng)的發(fā)電機(jī)內(nèi)可以設(shè)置相似卷繞的定子。
圖4示明用于激勵(lì)電樞繞組24與25的廣義電路圖。繞組24與25在此電路內(nèi)被連接，使得供給于端子26和27的直流電依同一方向流過(guò)繞組24與25，而因這兩個(gè)繞組反向卷繞的結(jié)果便生成方向相反的磁通勢(shì)，與繞組24和25串聯(lián)的開(kāi)關(guān)28和29交替地開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)繞組24和25的交替激勵(lì)，以提供沿相反方向作用的所需的磁通勢(shì)。應(yīng)知在發(fā)電機(jī)中可以設(shè)置類似的電路以在端子26與27處提供直流輸出。
在應(yīng)用四極定子2的第一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子7可以有兩個(gè)磁極8(或是六個(gè)磁極)，此時(shí)如圖5所示，轉(zhuǎn)子磁極在形狀上可以是不對(duì)稱的，用以保證不需輔助性起動(dòng)器而能從靜止自己起動(dòng)。在沒(méi)有這種轉(zhuǎn)子不對(duì)稱性時(shí)，可以存在轉(zhuǎn)子7的某些位置使轉(zhuǎn)子7在這些位置上不能由簡(jiǎn)單地激勵(lì)繞定子組來(lái)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
圖6所示的第二實(shí)施例包括一個(gè)兩相電動(dòng)機(jī)，其中的定子2有八個(gè)磁極而轉(zhuǎn)子7有四個(gè)磁極(這些磁極雖然圖示為對(duì)稱形式，但通常將是不對(duì)稱的)。在這種情形下設(shè)有四個(gè)勵(lì)磁繞組30、31、32與33和四個(gè)電樞繞組34、35、36與37。每個(gè)這樣的繞組被卷繞成跨接兩個(gè)極距。電樞繞組34、35、36與37可以連接成對(duì)，而每對(duì)中的繞組串聯(lián)或并聯(lián)在一起，以在圖4的激勵(lì)電路圖中形成繞組24和25的等效物。由于與各個(gè)繞組34、35、36與37相連系的通量相同，這些繞組可以在此電路中以任何所需的方式連接，只要它們以這樣一種方式互連而以兩個(gè)激勵(lì)模式沿相反方向產(chǎn)生所需的磁通勢(shì)即可。通常希望電樞繞組34、35、36、37能相互成對(duì)連接在一起來(lái)形成圖4中的繞組24與25，以使繞組24或25的激勵(lì)能導(dǎo)致電流流過(guò)所有四個(gè)電樞槽中。也可以使電樞繞組和/或激勵(lì)繞組由兩根平行的線卷繞成雙線形式，以便提供磁性良好的耦合電樞電路。但這樣的布置形式會(huì)在電樞電路之間導(dǎo)致不希望有的低的隔離電壓。
作為選擇，也可以只有兩個(gè)激勵(lì)繞組例如30與32，每個(gè)繞組跨接兩個(gè)極距但布置成能充填定子2的適當(dāng)?shù)牟?，使得不需用激?lì)繞組31與33。這樣一種繞組可以稱之為“中間磁極繞組”。類似的布置形式可以用于電樞繞組，在此情形下可以省除繞組34與36，而繞組35與36則可各包括兩個(gè)緊密耦合的繞組。
圖7表明了用于激勵(lì)第一實(shí)施例中電樞繞組24與25的可能的激勵(lì)電路。在此電路中，二極管40、41與可控硅42、43同各個(gè)繞組24、25串聯(lián)，而在二極管40與可控硅42的互連點(diǎn)和二極管41與可控硅43的互連點(diǎn)之間連接有一整流電容器44。在此電路中，可控硅42與43根據(jù)由位置探測(cè)器所探測(cè)到的轉(zhuǎn)子角度位置相關(guān)的定時(shí)信號(hào)交替地開(kāi)關(guān)，此位置探測(cè)器則例如是那種一位光學(xué)位置傳感器，用光學(xué)方法探測(cè)位于轉(zhuǎn)子軸上的標(biāo)記，而得以提供轉(zhuǎn)子每次轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)的狀態(tài)變化。當(dāng)可控硅42導(dǎo)通時(shí)有電流流過(guò)繞組24、二極管40與可控硅42期間，響應(yīng)上述定時(shí)信號(hào)接通可控硅43，將導(dǎo)致由流過(guò)繞組24的電流使電容器44充電，而因此迫使通過(guò)可控硅42的電流為零以關(guān)閉可控硅42。由于可控硅43的接通而流過(guò)繞組25、二極管41與可控硅43的相應(yīng)電流流動(dòng)將繼續(xù)直到可控硅42由再一個(gè)定時(shí)信號(hào)接通而迫使可控硅43關(guān)閉為止。二極管40與41防止電容器54通過(guò)繞組24與25放電?？煽毓?2與43的整流在整個(gè)速度范圍內(nèi)是于一些固定角度處開(kāi)始的，這樣就形成了一種簡(jiǎn)單的控制電路。在更先進(jìn)的電路中，上述角度是可變的。但是，由于在每次開(kāi)關(guān)操作之后電流短時(shí)間地流過(guò)繞組24與25，這一系統(tǒng)的效率將由于這種電流在兩個(gè)繞組中所產(chǎn)生的磁通勢(shì)此時(shí)相互抵消而受到損害，這樣將嚴(yán)重地減少有效的輸出和導(dǎo)致電阻損耗。
圖8表明了另一種激勵(lì)電路，其中取代圖7所示的二極管40與41而設(shè)有另兩個(gè)可控硅46與47。此時(shí)，導(dǎo)通可控硅43會(huì)導(dǎo)致可控硅42強(qiáng)制整流(或是接通可控硅42導(dǎo)致可控硅43強(qiáng)制整流)，而不讓電流蓄積于繞組25(或繞組24)，直至可控硅47(或46)導(dǎo)通。圖9是表明可控硅46、43與47,42開(kāi)關(guān)的時(shí)間圖。隨著相差α的加大，由于輸入給繞組24、25的功率減少，因而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)將趨于減慢。此時(shí)，最好是使場(chǎng)繞組10與繞組24、25串聯(lián)連接，這樣，此場(chǎng)繞組中的平均電流也被減小。電容器44可能需由外電路以適當(dāng)?shù)臉O性作預(yù)充電，以保證這些可控硅于第一個(gè)導(dǎo)通循環(huán)后有效地整流。
圖10表明另一種可能的激勵(lì)電路，其中可控硅由場(chǎng)效應(yīng)晶體管取代，具體是由兩個(gè)功率MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)50與51取代，這兩個(gè)MOSFET由適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)脈沖交替地開(kāi)和關(guān)。各個(gè)MOSFET50或51包括一個(gè)集成的續(xù)流二極管52或53，使得當(dāng)各MOSFET關(guān)斷時(shí)，相應(yīng)繞組中存儲(chǔ)的磁能便耦連到其它繞組上并通過(guò)另一MOSFET回流。在每個(gè)導(dǎo)通期間，通過(guò)縮短各MOSFET導(dǎo)通的時(shí)間或相應(yīng)地開(kāi)關(guān)MOSFET，就可實(shí)現(xiàn)速度控制。
圖11表明的激勵(lì)電路是圖7中電路的改型，其中的場(chǎng)繞組10與電樞繞組24與25串聯(lián)，可選擇的二極管55與場(chǎng)繞組10并聯(lián)以在此場(chǎng)繞組電流超過(guò)電樞電流時(shí)帶走過(guò)剩的電流。不需采取專門(mén)的措施來(lái)保證與此場(chǎng)和電樞繞組相關(guān)的磁通勢(shì)是相似的，這是因?yàn)闃I(yè)已發(fā)現(xiàn)即會(huì)是這些磁通勢(shì)存在著不平衡，電動(dòng)機(jī)也能良好地運(yùn)行。場(chǎng)繞組10可以包括兩個(gè)緊密耦合的串聯(lián)或并聯(lián)的繞組，且不必有與電樞繞組相同的圈數(shù)。
圖12示明的激勵(lì)電路是圖10中電路的改型，其中的場(chǎng)繞組10與電樞繞組24和25串聯(lián)，而在場(chǎng)繞組10和繞組24、25之間的互連點(diǎn)處則連接一電容器57，作為對(duì)參照前面的附圖所述的用一個(gè)二極管與場(chǎng)繞組10并聯(lián)的選擇方案。電容器57允許通過(guò)場(chǎng)繞組10的電流和通過(guò)電樞繞組24、25的電流不同。這時(shí)，設(shè)置電容器57或與場(chǎng)繞組10并聯(lián)的二極管是為使此電路正確工作必不可少的，而在圖11的電路中這種電容器57或二極管55的設(shè)置則是可選擇的。依此方式連接的場(chǎng)繞組10與電容器57組合成一濾波器。
圖12的場(chǎng)繞組可以設(shè)在一整流器的a.c.側(cè)起到濾波器的作用。這時(shí)，電樞繞組24與25的激勵(lì)模式必需隨此場(chǎng)繞組中電流方向的換向而顛倒。
電動(dòng)機(jī)中的場(chǎng)繞組10可以由多種方式激勵(lì)，例如可以如以上所述通過(guò)與電樞電路串聯(lián)或并聯(lián)或綜合這兩者。此電樞電路包括電樞繞組24與25以及電樞開(kāi)關(guān)裝置兩者。通過(guò)綜合串聯(lián)與并聯(lián)，就能設(shè)計(jì)出具有類似于串聯(lián)與并聯(lián)DC電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)。應(yīng)知要是場(chǎng)繞組10與電樞電路串聯(lián)，則必須在電樞電流與場(chǎng)電流不相等時(shí)設(shè)置電流流動(dòng)通路，此通路是由圖11中的二極管55以及由圖12中的電容器57提供。當(dāng)此場(chǎng)繞組與電樞電路并聯(lián)時(shí)，就可增設(shè)另外的電路裝置來(lái)控制場(chǎng)電流從而控制電動(dòng)機(jī)的速度。這樣的裝置可以是有源的(如開(kāi)關(guān)電路)或無(wú)源的(如可變場(chǎng)電阻器)。由于在這樣一種并聯(lián)布置中場(chǎng)電流很小，就可用很低的成本作出這種布置。也可以用控制電動(dòng)機(jī)速度的場(chǎng)繞組來(lái)說(shuō)，同樣是可能的。
在上述電機(jī)與DC機(jī)之間的類似性可以使得這種電機(jī)同樣理想地用作發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。要是此場(chǎng)繞組10被激勵(lì)，在電樞中感應(yīng)的電壓可以用作交變電壓源，而要是將所產(chǎn)生的電樞電壓轉(zhuǎn)變?yōu)镈C電壓，則需有如圖4所示的相關(guān)的電樞電路。此時(shí)的開(kāi)關(guān)28與29可以僅僅是能讓感應(yīng)的電樞電壓整流的二極管(以二極管的陰極與電樞繞組24、25連接)。開(kāi)關(guān)28與29也可以是MOSFET，如圖12中的50與51，它們可選擇地可以與轉(zhuǎn)子同步控制以增加56減少所產(chǎn)生的能量，也即達(dá)到為升高或降低所產(chǎn)生的電壓的目的。
在圖12中的電路工作期間，當(dāng)MOSFET50與51之一關(guān)閉時(shí)，不存在即時(shí)地與無(wú)損耗地使能量從一個(gè)電樞繞組傳送到另一電樞繞組。在實(shí)際的電動(dòng)機(jī)中，會(huì)有某些能量不被傳送到第二電樞繞組。這樣，在實(shí)際工作中必須設(shè)置一緩沖部如電阻器58與電容器59來(lái)俘獲這一未耦合的能量并防它損傷開(kāi)關(guān)。圖13示明了一種可能的改型電路，其中電樞繞組24與25的終端經(jīng)二極管62與62A連接到充電至高于電源干線電壓的電容器59之上。電容器59通過(guò)并聯(lián)的電阻器58放電與排出由于不完善的開(kāi)關(guān)過(guò)程而回收的能量。在圖13中，所述開(kāi)關(guān)是IGBT60與61，當(dāng)然也可采用其它類型的開(kāi)關(guān)。
在圖13的電路的變形中，緩沖電阻器58也可由全部或部分的場(chǎng)繞組取代。例如，在圖14的電路中，此場(chǎng)繞組包括由獨(dú)立的DC電源所激勵(lì)的繞組63和用來(lái)使緩沖電容器59放電的繞組64。于是，能量便返回到作為部分場(chǎng)激勵(lì)電路的電動(dòng)機(jī)。
雖然上述的激勵(lì)電路應(yīng)用了可控硅或MOSFET開(kāi)關(guān)，但此激勵(lì)電路可采用任何其它半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或?qū)嶋H上是任何其它類型的開(kāi)關(guān)。在圖4的電路中，所示的開(kāi)關(guān)甚至可以是機(jī)械式的，安裝到電動(dòng)機(jī)的軸上，與電動(dòng)機(jī)位置相同步地開(kāi)與關(guān)。
圖15所示第三實(shí)施例包括的兩相馬達(dá)中，定子2有八個(gè)磁極而轉(zhuǎn)子7有四個(gè)磁極，這是圖6中實(shí)施例的變型，后者中的激勵(lì)繞組與電樞繞組位于定子2的凹腔槽70中，而轉(zhuǎn)子磁極形成為具有足以搭疊兩個(gè)相鄰定子磁極的大的磁極亮度。這樣的布置保證了由繞組所觀察的磁路磁阻相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置近似為常數(shù)，因?yàn)椴徽摯宿D(zhuǎn)子位置為何，在轉(zhuǎn)子與定子兩者的磁極間存在著基本上恒定的重疊角。
權(quán)利要求
1．電機(jī)，包括無(wú)繞組的轉(zhuǎn)子，具有磁極與電樞繞組的定子，這些繞組是以對(duì)應(yīng)于一組極距的間距卷繞的，此定子還包括場(chǎng)磁鐵裝置以在橫切此電樞繞組所產(chǎn)生的磁通勢(shì)的延伸方向中產(chǎn)生磁通勢(shì)；以及連接到此電樞繞組上的電路裝置，其中此電樞繞組包括至少兩個(gè)連接到此電路裝置上的緊密耦合的繞組，使得這至少兩個(gè)繞組中的電流這樣地與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)同步地變化，而由電流在上述至少兩個(gè)繞組之一中產(chǎn)生的在一個(gè)方向上的磁通勢(shì)的周期與電流在另一繞組中產(chǎn)生的在相反方向上的磁通勢(shì)的周期相交錯(cuò)。
2．權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中所述場(chǎng)磁鐵裝置配置成能產(chǎn)生單向磁場(chǎng)。
3．權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中所述場(chǎng)磁鐵裝置包括永磁鐵。
4．權(quán)利要求1、2或3所述的電機(jī)，其中所述場(chǎng)磁鐵裝置包括激勵(lì)繞組，后者具有與一組極距相對(duì)應(yīng)的間距。
5．權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中所述激勵(lì)繞組的至少一部分與電樞繞組串聯(lián)。
6．權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中所述激勵(lì)繞組的至少一部分是與前述電樞繞組并聯(lián)。
7．權(quán)利要求5或6所述的電機(jī)，其中所述電路裝置包括電流旁路裝置，可允許電樞繞組與激勵(lì)繞組中的電流不同。
8．上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，它是發(fā)電機(jī)，其中所述電路裝置適用于在前述轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)之際，響應(yīng)所述的一個(gè)和另一個(gè)繞組中電流的產(chǎn)生來(lái)提供單相電流輸出。
9．權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，它是電動(dòng)機(jī)，其中所述電路裝置適用來(lái)交替地以第一種激勵(lì)方式將單向電流供給于所述的一個(gè)繞組以在所述的一個(gè)方向中產(chǎn)生所述磁通勢(shì)，并以第二種激勵(lì)方式將單向電流供給于所述另一繞組以在所述相反方向中產(chǎn)生所述磁通勢(shì)，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
10．權(quán)利要求8或9所述的電機(jī)，其中所述電路裝置包括與所述各繞組串聯(lián)的相應(yīng)開(kāi)關(guān)裝置，以及用來(lái)交替地并與所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)同步地開(kāi)關(guān)上述開(kāi)關(guān)裝置的定時(shí)裝置。
11．權(quán)利要求10所述的電機(jī)是電動(dòng)機(jī)，其中所述各開(kāi)關(guān)裝置包括可控硅，而所述電路裝置還包括連接在這些可控硅之間的整流電容器，使得由上述定時(shí)裝置接通其中一個(gè)可控硅能使另一個(gè)可控硅強(qiáng)制整流。
12．權(quán)利要求11所述的電機(jī)，其中所述各開(kāi)關(guān)裝置包括兩個(gè)串聯(lián)的可控硅，而所述整流電容器則連接在所述兩個(gè)開(kāi)關(guān)裝置的可控硅的互連點(diǎn)之間。
13．權(quán)利要求10所述的電機(jī)，其中所述各開(kāi)關(guān)裝置包括功率晶體管，而所述定時(shí)裝置適用來(lái)交替地導(dǎo)通和截止各晶體管。
14．上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電機(jī)，其中所述場(chǎng)磁鐵裝置包括激勵(lì)繞組以及與此激勵(lì)繞組相連接的用來(lái)改變此激勵(lì)繞組中的電流以控制轉(zhuǎn)子速度的另一電路裝置。
全文摘要
包括設(shè)有激勵(lì)繞組10和電樞繞組11的四極定子2的電機(jī),各個(gè)繞組10、11又分成兩個(gè)緊耦合的繞組22、23或24、25且卷繞成使兩個(gè)這樣的繞組配置于徑向相對(duì)的定子槽內(nèi)。無(wú)繞組的兩極轉(zhuǎn)子(未示明)可于此定子2內(nèi)轉(zhuǎn)子,設(shè)有電路它當(dāng)有直流電供給于其端子26與27時(shí)可激勵(lì)上述激勵(lì)繞組24與25。與繞組24與25串聯(lián)的開(kāi)關(guān)28與29交替地開(kāi)/關(guān)以交替地激勵(lì)繞組24與25,而由于這兩個(gè)繞組反向卷繞的結(jié)果便于相反方向中產(chǎn)生磁通勢(shì)。既然此緊耦合的繞組24與25的各個(gè)于各自的方向中產(chǎn)生磁通勢(shì)。各繞組需只在一個(gè)方向上為電流激勵(lì)。從而可以采用較簡(jiǎn)單的激勵(lì)電路(圖3與圖4)。
文檔編號(hào)H02P25/02GK1227010SQ9719692
公開(kāi)日1999年8月25日 申請(qǐng)日期1997年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月30日
發(fā)明者C·波洛克, J·D·瓦勒, M·巴內(nèi)斯 申請(qǐng)人:沃里克大學(xué)