具有双径向气隙的电机制造技术

开关磁阻电机具有一组电极，该组电极连接到静止的保持构件，以形成定子。定子没有背铁。该电机具有两组转子电极，位于定子电极两侧，并且彼此在周向上对准。当一对转子电极与定子电极对准时，在定子电极的两端形成小气隙，通过该小气隙磁通被驱动，产生旋转布置的转矩或者线性布置的力。当电极处于非对准位置时，相电感非常低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及电机的设计，具体为磁阻电机的设计。其尤其适于开关磁阻电机。
技术介绍
开关磁阻电机(无论作为电动机还是发电机工作)是可变磁阻电机的一种形 式。开关磁阻系统的特征和操作在本领域中是众所周知的，并且已经得到描述，例如， St印henson和Blake在PCIM，93会议(此会议于1993年6月21日-24日在N Urnberg召开) 发^的ife文“The characteristics, design andapplication of switched reluctance motors and drives”，此论文被并入本文中作为参考。在各种课本中也能够找到对于 驱动器(drive)的一般处理，例如，TJE Miller 的 “Electronic Control of Switched Reluctance Machines”(Newnes，2001)。图1以图解形式示出了典型的开关磁阻电动机驱 动系统，其中，开关磁阻电机12连接到负载19。直流电源11可以是电池，或是被整流或滤 波的交流干线(mains)，或者是其它形式的蓄能装置(energy storage) 0在电子控制单元 14的控制下，电源11提供的直流电压通过功率变换器13在电机12的各个相绕组16之间 交换。为了调速系统的恰当操作，必须正确地使交换与转子旋转的角度相同步，并且，通 常采用转子位置检测器15提供对应于转子的角度位置的信号。本领域普通技术人员也熟 知用于确定转子位置的无传感器技术。因而，转子位置检测器15可以采用许多形式，包括 软件算法的形式，并且，转子位置检测器的输出可用于生成速度反馈信号。位置检测器的存 在以及完全取决于转子瞬时位置的激励策略导致了为这些电机进行“交换的转子位置”的 通用情况。图2示出了许多种已知的变换器布局之一，其中，电机的相绕组16与母线26和 27之间的两个交换器件21和22串联。母线26和27总称为变换器的“直流联络线(DC link) ”。能量恢复二极管23和24连接到绕组，使得当开关21和22断开时线圈电流回流 到直流联络线。电容器25，称为“直流联络线电容器”，其跨接直流联络线，以获得或沉没 (sink)不能从电源汲取出或者不能返回到电源的直流联络线电流的交流分量(即，所谓的 “脉动电流”)。实际上，电容器25可包括串联和/或并联的几个电容器，其中，使用并联连 接时，一部分元件可分布在变换器中。电阻器28与较低的开关22串联连接，以提供非隔离 的电流反馈信号。图1中示出了给出隔离信号的交流测量装置18。多相系统通常使用几个 并联连接的图2中的“相脚”，来为电机的各相提供能量。图3(b)中示出了典型的3相开关磁阻电机的横截面。此机器是双凸极的，即，定子30和转子32都具有磁性的凸极。图3(b)中，示出转子的一对电极34与相A的定子电 极36完全对准。这表示相的最大电感的位置，最大电感经常被表示为Lmax，如图3(a)所示。 在图3(c)中，转子旋转到转子的电极间的轴线37与定子电极36对准的位置。这表示相的 最小电感的位置，该最小电感经常被表示为Lmin。随着转子转动，电感在Lmax和Lmin这两个 极限值之间变化，呈现出如图3(a)所示的理想形式。实践中，由于磁通边缘现象以及磁路饱和，Lmax和Lmin处的尖角变得较圆。电感的最大值也将取决于电流。然而，此曲线可用于 阐释机器的一般运行情况。开关磁阻电机的相位电感周期是对于相应相位或每个相位电感发生变化的时间 段，例如，在转子电极和相关各个定子电极完全对准时出现的最大值之间的时间段。通常， 转子和定子具有相同的轴长，并且，理论上，在沿着轴长的任何横截面处它们之中的磁通 路径都相同。芯子的轴长经常标示为机器的“有效长度”，在机器的两端，绕组的端部线匝 (end-turn)位于有效长度之外。图3所示的机器一般的构造是6电极定子和4电极转子，但是，也有很多其它变 型，例如，1 2个定子电极和8个转子电极、8个定子电极和6个转子电极，等。在所有这些 普通变型中，每个定子电极在Lmax位置处具有与其相关联的单个气隙，并且，相位的定子电 极通过定子的背铁38 (或“轭”)相互连接。图5示出了对于施加到相位A的激励在对准位 置和非对准位置中的理想磁通分布图，并且，可注意到，磁通路径总是包括定子背铁52、定 子电极54以及转子背铁56。仅当转子电极朝向被赋能的相位的定子电极移动时，磁通才通 过转子电极58。从图5(b)所示的非对准位置也可以清楚看出，最小电感严重依赖于从定子 电极到转子背铁56的空气路径59的长度。众所周知，此类机器的输出是对准位置(图3(b))中的电感和非对准位置(图 3(c))中的电感之间的差异以及其它因素的函数。设计者通过增加Lmax和减小Lmin，来完成 最大化这种差异的任务。然而，常常可发现，改变定子 和转子的布局来最大化对准电感(例 如，通过加宽电极主体和电弧)损害了非对准电感，反之亦然。通常，需要在机器整体设计 中出现的冲突性事件之间做出折衷。电机一般由电工钢片的叠片制成，所得到的结构用于传输电机的操作所依赖的磁 通。此结构被分层以减小漩涡电流的影响，由于磁通变化的时间率，漩涡电流在钢材中流 动。通常，仅仅具有不变磁通的机器才具有非分层的结构。例如，直流电机的场结构可以是 非分层的(即，实心的)，但是为了减小在移动到新的操作环境时的过渡反应，即使在这些 机器中也常常采用分层结构。分层的程度受到机器中的磁通变化频率的影响。例如，在由 50赫兹或60赫兹的干线电源直接供电、并且假定以1500或1800转/分钟工作的机器中， 常常采用0. 50或0. 65毫米的叠片厚度。对于利用400赫兹电源并以12000转/分钟工作 的机器而言，可以选择0. 20毫米的叠片厚度。当然，降低叠片厚度带来了很多不利，不仅是材料耗费和制造困难方面的不利。但 为了获得减少漩涡电流损耗、获得更高效率和更高特定输出的优势，设计者通常准备接受 这些不足。机器的输出也依赖于所用钢材的所谓的磁化特性。这是施加到钢材的磁化作用 (即，磁动力，mmf)和因此产生的磁通之间的关系。虽然设计者可选的钢材等级有一定的变 化范围，但所有钢材都具有相同的一般特性，因为，随着磁动力增加到显著非线性点，磁动 力和磁通之间的最初大致线性的关系逐渐弱化。实际上，这代表钢材通常可有效承载的磁 通量的极限，一种通常被描述为“饱和”的状态，但这不是精确的描述性术语，因为这种关系 中没有突然的中断点。钢材的这种磁化特性变得与任何使用此钢材的机器的理想特性不可分割地联系 在一起。例如，在开关磁阻电机中，理想的电感分布图(在前述Stephenson的论文中讨论过并在图3(a)中示出)呈现出钢材的特性，并且被显著地修改。这可从图4所示的磁链/ 角度/电流的关系中看出，其中，磁通与电流的非线性关系是显而易见的。一般而言，为了满足越来越严格的性能规格，电机的设计者在设计更小成本更低 的机器时承受着很大的压力。大小很重要，因为，大小通常与重量和成本有关，而重量和成 本是在例如航空和汽车的领域中非常重要的参数，在这两个领域中，燃料消耗越来越被当 作主要问题。初看起来，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻电机，包括定子，和转子，所述转子布置成相对于定子绕轴线转动，并且，所述转子具有内部转子部分和外部转子部分，所述内部转子部分具有从内芯部分向外凸出的内部转子电极，并且所述外部转子部分具有与每个内部转子电极对应的外部转子电极，所述外部转子电极从外芯部分向内凸出，因此，在内部转子部分和外部转子部分之间定义了在周向上径向宽度变动的间隙，其中，定子具有在周向上设置在所述间隙内的定子电极，每个定子电极具有面向所述内部转子部分的内部定子电极面以及面向所述外部转子部分的外部定子电极面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：保罗A赛克斯，菲利普G迪金森，
申请(专利权)人：开关磁阻驱动有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]