專利名稱：電動回轉(zhuǎn)機械和應(yīng)用它的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用磁鐵產(chǎn)生磁場的電動回轉(zhuǎn)機械，尤其涉及一種用于發(fā)電系統(tǒng)的電動回轉(zhuǎn)機械及其控制方法。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的永久磁鐵電動回轉(zhuǎn)機械中，恒定的磁通量Φ與電動回轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)角速度ω確定感應(yīng)電動勢E，所述的磁通量Φ是由設(shè)置在轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵產(chǎn)生的。特別是，當電動回轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)角速度ω(轉(zhuǎn)速)增大時，電動回轉(zhuǎn)機械的感應(yīng)電動勢也成比例增大。因此，難于在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域運轉(zhuǎn)。通常，通過磁場削弱控制技術(shù)可以實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)。
但是，這種技術(shù)由于磁場削弱電流產(chǎn)生熱量以及效率低下而存在缺點。
在在先技術(shù)方法中，一種利用離心力使用彈簧和調(diào)節(jié)器的機構(gòu)，作為一種由永久磁鐵產(chǎn)生的磁通量的磁場的削弱方法而被應(yīng)用。
而且，這種彈簧和調(diào)節(jié)器的構(gòu)造復雜且費用昂貴。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種電動回轉(zhuǎn)機械，其易于制造且能夠?qū)崿F(xiàn)永久磁鐵產(chǎn)生的磁通量的磁場削弱。而且，本發(fā)明提供一種裝備有永久磁鐵型電動回轉(zhuǎn)機械的發(fā)電系統(tǒng)，所述電動回轉(zhuǎn)機械能夠在低轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，例如熱力發(fā)動機起動時，獲得高轉(zhuǎn)矩特性，且在高轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)具有高輸出功率發(fā)電特性。
本發(fā)明的一個目的是提供一種電動回轉(zhuǎn)機械，其包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)在軸上的場磁鐵，所述場磁鐵包括第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵可在軸上轉(zhuǎn)動且相對于第一場磁鐵軸向移動。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種電動回轉(zhuǎn)機械，其包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)在軸上的場磁鐵，所述場磁鐵包括第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；其中，第二場磁鐵可在軸上轉(zhuǎn)動且相對于第一場磁鐵軸向移動，并且由場磁鐵變動而產(chǎn)生一個合成磁場。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種應(yīng)用了本發(fā)明電動回轉(zhuǎn)機械的發(fā)電系統(tǒng)和渦輪發(fā)電系統(tǒng)。而且，提供一種電動回轉(zhuǎn)機械中的場磁鐵的控制方法。
附圖簡要說明通過下面結(jié)合附圖的詳細說明，上述本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更加清楚易懂。
圖1說明了依照本發(fā)明一個實施例的電動回轉(zhuǎn)機械與渦輪機；圖2說明了圖1中的電動回轉(zhuǎn)機械；圖3說明了圖1中電動回轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子的同性磁極在其中心軸線對準；圖4說明了圖1中電動回轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子的同性磁極在其中心軸線偏離；圖5A和5B說明了依照旋轉(zhuǎn)角速度的圖1中電動回轉(zhuǎn)機械的特性；圖6是圖1中電動回轉(zhuǎn)機械的控制方框圖；圖7說明了依照本發(fā)明又一個實施例的執(zhí)行機構(gòu)處于OFF狀態(tài)的電動回轉(zhuǎn)機械；圖8說明了依照本發(fā)明又一個實施例的執(zhí)行機構(gòu)處于ON狀態(tài)的電動回轉(zhuǎn)機械；圖9說明了依照本發(fā)明又一個實施例的電動回轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子的內(nèi)部構(gòu)造；
圖10說明了依照本發(fā)明另一個實施例的電動回轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子的內(nèi)部構(gòu)造；圖11說明了依照本發(fā)明另一個實施例的執(zhí)行機構(gòu)處于ON狀態(tài)的電動回轉(zhuǎn)機械；圖12說明了依照本發(fā)明另一個實施例的電動回轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子；圖13說明了依照本發(fā)明另一個實施例的電動回轉(zhuǎn)機械的軸向位移的測量；圖14說明了依照本發(fā)明另一個實施例的電動回轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子；和圖15說明了依照本發(fā)明再另外一個實施例的電動回轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明詳細說明下面結(jié)合附圖來描述本發(fā)明典型實施例。只要不背離本發(fā)明的精神或范圍，可以采用其他實施方式，并且可以做出結(jié)構(gòu)上的或邏輯上的改變。全部附圖中同樣元件用同樣參考標號來標記。
現(xiàn)在來看附圖，圖1包括壓縮機90與渦輪機91，它們直接或間接地安裝在電動回轉(zhuǎn)機械2上；功率變換器4，用于控制電動回轉(zhuǎn)機械的功率；燃燒室92；和熱交換器93。當進入的空氣流過電動回轉(zhuǎn)機械2而流入壓縮機90的時候要經(jīng)過過濾器96，應(yīng)該注意到，可以使用在電動回轉(zhuǎn)機械2和壓縮機90之間引入空氣的構(gòu)造。而且，在這個實施例中，安裝有廢熱回收裝置94以提高整個發(fā)電系統(tǒng)的效率。
依照本實施例的永久磁鐵型電動回轉(zhuǎn)機械2能夠起動渦輪機91。在起動渦輪機過程中，渦輪機速度由0增加到自持速度，電動回轉(zhuǎn)機械被作為電動機來運轉(zhuǎn)。阻抗轉(zhuǎn)矩在旋轉(zhuǎn)起動階段時迅速增加，在速度達到額定速度(Ng)的15-20％時減小，且在速度達到額定速度的30-40％時呈現(xiàn)為零。自持速度大約是渦輪機正常運轉(zhuǎn)速度的一半，且一旦達到自持速度，渦輪機不再需要起動裝置的幫助(電動機轉(zhuǎn)矩)，就可成為一個完整的驅(qū)動系統(tǒng)，作為發(fā)電機運轉(zhuǎn)。
在圖2中，定子芯10上纏繞著位于槽中的電樞繞組11且與殼體13相連，殼體13具有冷卻劑通道12，冷卻劑從冷卻劑通道12中流過。永久磁鐵凹進型轉(zhuǎn)子20包括第一轉(zhuǎn)子20A，其固定在軸22上；和第二轉(zhuǎn)子20B，其與軸22相分離。注意，可以采用內(nèi)部永久磁鐵型或表面磁鐵型轉(zhuǎn)子。第一轉(zhuǎn)子20A具有永久磁鐵21A，永久磁鐵21A具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極。同樣地，第二轉(zhuǎn)子20B具有永久磁鐵21B，永久磁鐵21B具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極。場磁鐵正對著定子磁極，其中，第一場磁鐵與第二轉(zhuǎn)子的兩個轉(zhuǎn)子設(shè)置在同一軸上。
將第二轉(zhuǎn)子20B的內(nèi)徑面構(gòu)造為螺母部分23B，且將一個其上有螺紋的軸構(gòu)造為螺栓的花紋(螺桿)部分23A。因此，第二轉(zhuǎn)子20B相對于軸旋轉(zhuǎn)時可在軸向方向上移動。
而且，在第二轉(zhuǎn)子20B的側(cè)面之外的地方設(shè)置一止擋，由此第二轉(zhuǎn)子20B不會伸突超出離定子中心預(yù)定的位移或距離。而且，假如提供了作為伺服機構(gòu)的止擋驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)25，使得止擋24可與軸相平行橫向移動，第一場磁鐵與第二場磁鐵之間的極心偏移值就可改變。因此，可以控制包括第一場磁鐵與第二場磁鐵相對于定子的整個有效的或合成的磁通量，在所述定子中電樞繞組11在槽中纏繞著。
在電動回轉(zhuǎn)機械中，根本上講，電樞繞組用于定子而永久磁鐵用于轉(zhuǎn)子，假如當電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)動機時的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向和當電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)電機時的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，則當電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)動機時的轉(zhuǎn)子承受的轉(zhuǎn)矩方向與當電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)電機時的轉(zhuǎn)子承受的轉(zhuǎn)矩方向相反。假設(shè)，如果電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)動機，則轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是反向的而轉(zhuǎn)矩方向也是反向的。同樣地，如果電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)電機，則轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是反向的而轉(zhuǎn)矩方向也是反向的。
因此，電動回轉(zhuǎn)機械在渦輪機起動階段的低轉(zhuǎn)速區(qū)域里用作發(fā)動機，第一轉(zhuǎn)子20A的磁極中心與第二轉(zhuǎn)子20B的磁極中心對準，如圖3所示，使與定子磁極相對的永久磁鐵的有效磁通量達到最大，由此獲取高轉(zhuǎn)矩特性。然后，當電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)電機的時候，當轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與圖2所示一樣時，轉(zhuǎn)子獲取的轉(zhuǎn)矩方向與當電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)動機的時候的轉(zhuǎn)子獲取的轉(zhuǎn)矩方向相反；并且第二轉(zhuǎn)子20B的磁極中心偏移了，此時第一轉(zhuǎn)子20A與第二轉(zhuǎn)子20B的間距增大，以至于螺母部分相對于軸22與螺桿部分松脫開，因此減小了由與定子磁極相對的永久磁鐵產(chǎn)生的有效的或合成的磁通量。換言之，在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域存在一個磁場削弱效應(yīng)，且在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域獲取高輸出發(fā)電特性。
圖3與4說明了螺栓螺紋部分61、螺栓螺桿部分60和螺母部分62之間的關(guān)系。螺栓螺紋部分61和螺母部分62分別對應(yīng)于第一轉(zhuǎn)子20A與第二轉(zhuǎn)子20B。假如螺栓螺桿部分60(對應(yīng)于圖2中的23A)沿同一方向旋轉(zhuǎn)，螺母部分62旋緊或松脫取決于施加到螺母部分62上的轉(zhuǎn)矩的方向，并且由于同樣的機理，第二轉(zhuǎn)子20B的旋緊或松脫也取決于施加到該轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩的方向。
圖5A與5B顯示了相對于永久磁鐵型同步電動回轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)角速度的有效磁通量特性、感應(yīng)電動勢和端電壓。永久磁鐵型同步電動回轉(zhuǎn)機械的感應(yīng)電動勢E取決于永久磁鐵產(chǎn)生的磁通量Φ和電動回轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)角速度ω。就是說，如圖5A所示，假設(shè)設(shè)置在轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵產(chǎn)生的磁通量Φ1是恒定的，當旋轉(zhuǎn)角速度ω(轉(zhuǎn)速)增加時，電動回轉(zhuǎn)機械的感應(yīng)電動勢E1也成比例增加。但是，功率變換器4的電源端電壓或電容存在局限性，而且電動回轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不得不被抑制為低于特定條件值的水平。因此，永久磁鐵型同步電動回轉(zhuǎn)機械必須受所謂的磁場削弱控制技術(shù)的控制，以減小處在過高轉(zhuǎn)速區(qū)域時永久磁鐵產(chǎn)生的磁通量。
由于感應(yīng)電動勢與旋轉(zhuǎn)角速度成比例地增加，磁場削弱控制電流也不得不增加。因此，有必要將大電流引入作為主要導體的線圈，而由線圈產(chǎn)生的熱量自然會增加。因此，在由產(chǎn)生熱量引起的需要過強冷卻能力的情況下存在效率降低和永久磁鐵退磁的可能。
例如，如圖5A所示，當在旋轉(zhuǎn)角速度為ω1(轉(zhuǎn)速)這一點上永久磁鐵產(chǎn)生的磁通量Φ1改變?yōu)榇磐喀?時，電動回轉(zhuǎn)機械的從感應(yīng)電動勢E1到感應(yīng)電動勢E2的改變能夠限制感應(yīng)電動勢的最大值。圖5B同樣示意性地顯示了這樣的情況當磁通量Φ隨著旋轉(zhuǎn)角速度ω(轉(zhuǎn)速)而平滑地改變時，感應(yīng)電動勢E也能夠保持持續(xù)穩(wěn)定。
在本發(fā)明中，電動回轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子分為第一場磁鐵與第二場磁鐵，安裝在同一個軸上，且第一場磁鐵與第二場磁鐵的磁極中心是可改變的，該改變?nèi)Q于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的方向，其中，當電動回轉(zhuǎn)機械在渦輪機起動階段的低轉(zhuǎn)速區(qū)域里用作發(fā)動機時，第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子的磁極中心對準，以增大與定子磁極相對的永久磁鐵產(chǎn)生的有效磁通量，由此獲取高轉(zhuǎn)矩特性。然后，當電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)電機的時候，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是同樣的，轉(zhuǎn)子獲取的轉(zhuǎn)矩方向與當電動回轉(zhuǎn)機械用作發(fā)動機的時候的轉(zhuǎn)子獲取的轉(zhuǎn)矩方向相反，因此第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子的磁極中心偏移導致減小與定子磁極相對的永久磁鐵產(chǎn)生的有效磁通量。換言之，存在一個磁場削弱效應(yīng)，以及在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域獲取高輸出發(fā)電特性。
而且，作為一個可獲取圖5B所示特性的裝置實施例，可使用一種電動回轉(zhuǎn)機械，其中，第一場磁鐵固定在軸上；第二場磁鐵可移動地與軸聯(lián)系，軸上有螺栓螺桿部分，且第二場磁鐵在其內(nèi)周邊具有與螺桿部分匹配連接的螺母部分；在第二場磁鐵的端面之外的地方設(shè)置止擋；以及伺服機構(gòu)，其中止擋在與軸平行方向上是可調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)量取決于轉(zhuǎn)速。
在圖6中，基于來源于渦輪機控制器與分別安裝的傳感器的信息(例如壓縮機壓力、氣體溫度、運轉(zhuǎn)模式和燃氣節(jié)流閥打開程度)、和永久磁鐵型同步電動回轉(zhuǎn)機械2的轉(zhuǎn)速，運轉(zhuǎn)判斷部分101對永久磁鐵型同步電動回轉(zhuǎn)機械2的運轉(zhuǎn)進行判斷以輸出電流控制值。從運轉(zhuǎn)判斷部分101輸出的電流控制值輸入電流控制塊102，以得到關(guān)于相對于永久磁鐵型同步電動回轉(zhuǎn)機械2當前電流值的差值的無干擾控制。
電流控制塊102的輸出通過旋轉(zhuǎn)坐標轉(zhuǎn)換器(coordinateconverter)103轉(zhuǎn)換為3相交流電AC，以通過脈寬調(diào)制(PWM)變換器主電路104來控制永久磁鐵型同步電動回轉(zhuǎn)機械2。而且，檢測永久磁鐵型同步電動回轉(zhuǎn)機械2的轉(zhuǎn)速(渦輪機轉(zhuǎn)速)和各個相電流(至少是2相電流)，并且通過雙軸轉(zhuǎn)換塊105將電流的不同相轉(zhuǎn)換成雙軸電流且回饋給電流控制值。假設(shè)通電，可以使用通過將渦輪機轉(zhuǎn)速求二次方得到的值。而且，通過檢測器106檢測轉(zhuǎn)速、極位置等等且通過極位置轉(zhuǎn)換器107與速度轉(zhuǎn)換器108回饋給不同的控制塊。
在圖6所示的實施例中，圖中具有電動回轉(zhuǎn)機械2的位置與轉(zhuǎn)速傳感器和電動回轉(zhuǎn)機械的電流傳感器，值得注意的是，可以制造出省略這些傳感器中的一部分且不用傳感器來驅(qū)動電動回轉(zhuǎn)機械2的控制構(gòu)造。而且，在依照本發(fā)明的永久磁鐵型電動回轉(zhuǎn)機械中，第一轉(zhuǎn)子與第二轉(zhuǎn)子兩者的極的中心的對準或偏移取決于運轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，它能夠根據(jù)第一場磁鐵與第二場磁鐵的合成極位置的偏移，通過用于控制功率變換器的控制器，對電流裝置進行修正改進。
在圖13中，第二轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角θ與軸向位移量ΔL成比例關(guān)系，并且利用位移檢測單元64檢測軸向位移量ΔL且回饋給功率變換器的控制器以獲取一個換算為第一場磁鐵與第二場磁鐵的合成極位置的偏移角的值，將該值用于對電流裝置進行修正改進的最優(yōu)控制。
在圖7中，第一轉(zhuǎn)子20A固定在軸22上，第二轉(zhuǎn)子20B可移動地與軸22聯(lián)系，且螺栓螺桿部分23A固定在軸的一部分上。套筒41固定在第二場磁鐵的內(nèi)周面上，以及螺母部分23B固定在套筒41的內(nèi)部結(jié)合成為一體。然后第二轉(zhuǎn)子20B相對于軸22轉(zhuǎn)動，當沿著螺母部分23B與螺栓螺桿部分脫松的轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動時，第一轉(zhuǎn)子20A與第二轉(zhuǎn)子20B之間的間距擴大了。
由于存在細微的游隙或間隙引起的轉(zhuǎn)動，當在第二場磁鐵的內(nèi)周邊與軸22之間出現(xiàn)互連磁通量變化時，存在電蝕的問題。套筒41由非磁性材料構(gòu)成，該材料具有比鐵更高的電阻率，且因此達到如下效果給第二場磁鐵的內(nèi)周邊與軸22之間提供磁絕緣與電絕緣。
在套筒41內(nèi)設(shè)置支承機構(gòu)40A與40B，因此可導引在第二場磁鐵與軸之間進行回轉(zhuǎn)運動、往復運動與合成運動。在第二轉(zhuǎn)子20B中，部分軸上設(shè)置有螺栓螺桿部分23A，且螺栓螺桿部分23A具有螺桿的功能，且在第二場磁鐵的端面之外的地方設(shè)置可動的止擋24。在止擋24、軸之間和止擋24與第二轉(zhuǎn)子20B的端面之間設(shè)置支承機構(gòu)42與47，以便導引回轉(zhuǎn)運動、往復運動與合成運動。支承機構(gòu)42具有止推軸承的功能，且支承機構(gòu)47作為徑向軸承能夠?qū)б剞D(zhuǎn)運動、往復運動與合成運動。而且，支承機構(gòu)42和彈簧48一起還能起到依托軸承(trust bearing)的作用。
由于電磁離合器的構(gòu)造，線圈46纏繞在磁軛44上且止擋24還能起到可移動的線芯的作用。磁軛44與線圈46固定在電動回轉(zhuǎn)機械的框架49上，或者固定在車體的一部分(未示出)上，并且在磁軛44與止擋24之間設(shè)置彈簧45，以作為斷電時的回復裝置。在電動回轉(zhuǎn)機械的框架49與軸22之間設(shè)置用作支承的軸承50。
圖7示意性顯示了線圈46的非通電狀態(tài)，而圖8示意性顯示了線圈46的通電狀態(tài)。當線圈46通電時，磁軛44變?yōu)閺娪辛Φ碾姶盆F，吸引作為可移動的鐵的止擋24。此處顯示的電磁離合器是在與軸平行方向上是可調(diào)節(jié)的伺服機構(gòu)的實施例，而且液壓傳動裝置、利用回轉(zhuǎn)機械或滾珠絲杠的線性驅(qū)動裝置、或線性電動機用于對止擋精細定位。
圖9顯示了套筒41固定到第二轉(zhuǎn)子20B內(nèi)部的實施例。將第二轉(zhuǎn)子20B與套筒41兩部分的表面設(shè)置為一面凸一面凹，用以將兩者固定到一起。還顯示固定到軸22上的第一轉(zhuǎn)子20A和與軸22分離的第二轉(zhuǎn)子20B的內(nèi)部的不同。
在圖10中，在第一場磁鐵的側(cè)表面設(shè)置凹進部分53，第一場磁鐵與第二場磁鐵在第一場磁鐵的側(cè)表面中相接觸，且在第二場磁鐵上設(shè)置起套筒作用的凸出54。凸出54可以與套筒41制造為一體或可以與第二轉(zhuǎn)子20B制造為一體。因此，有足夠的空間安設(shè)套筒41與彈簧48、支承機構(gòu)40A與40B、以及螺母部分23B。這對具有第二轉(zhuǎn)子20B的薄的軸向?qū)訅汉穸鹊碾妱踊剞D(zhuǎn)機械是有效的技術(shù)。
在圖11中，除了電磁離合器有所改變，圖11中表示的基本要素與在圖7中的一樣。在圖11中，線圈46處于通電狀態(tài)，而且當線圈46斷電時磁軛44在彈簧45作用下與止擋24分離。本實施例通過由螺桿部分23A，其中的轉(zhuǎn)矩施加到第二轉(zhuǎn)子20B，和螺母部分23B之間的相互作用引起的螺旋運動獲取推力。假設(shè)施加擠壓止擋24的推力，所述推力來源于螺旋運動和轉(zhuǎn)矩之間的相互關(guān)系，當線圈46斷電的時候，止擋24與磁軛44脫離。磁軛44通過支臂52固定在框架49上。圖11所示的電磁離合器是一個伺服機構(gòu)的實施例，其中，與圖7和8中描述的一樣，止擋24可以在與軸平行的方向上移動，并且使用液壓傳動器、利用電動回轉(zhuǎn)機械的線性驅(qū)動裝置以及滾珠絲杠或線性電動機能夠?qū)崿F(xiàn)較精細的止擋定位。
在圖12中，第一轉(zhuǎn)子20A緊密地固定到軸22上，而第二轉(zhuǎn)子20B與軸22之間有活動自由度。因此，在第二轉(zhuǎn)子20B和軸22之間存在微小的空間游隙，且當施加一個大的轉(zhuǎn)矩或離心力的時候，有時可能出現(xiàn)偏心。因此，將在具有第二場磁鐵的第二轉(zhuǎn)子20B和定子之間的氣隙Gap2制造得大于具有第一場磁鐵的第一轉(zhuǎn)子20A和定子之間的氣隙Gap1，由此避免因偏心而引起第二轉(zhuǎn)子20B和定子之間的機械接觸。
在圖15中，將第二轉(zhuǎn)子20B的內(nèi)周面的長度制造得小于它的外周面的長度，且在第二轉(zhuǎn)子20B內(nèi)設(shè)置止擋24和伺服機構(gòu)25。因此，由于止擋24和伺服機構(gòu)25的內(nèi)置設(shè)置方式使得可以限定整個轉(zhuǎn)子的軸向長度。
因此，本發(fā)明提供一種電動回轉(zhuǎn)機械，其包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵。該場磁鐵包括第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；并且第二場磁鐵可在軸上轉(zhuǎn)動且相對于第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移。
盡管本發(fā)明在前面已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例作了說明，但不背離本發(fā)明的精神或范圍可以對其做出很多種修改與替換。例如，雖然已經(jīng)描述的本發(fā)明是利用4極機械，本發(fā)明也可以適用于2極機械、6極或更多極的機械。作為一個實施例，圖14是在本發(fā)明應(yīng)用于8極機械時的永久磁鐵型電動回轉(zhuǎn)機械的定子的示意圖。而且，轉(zhuǎn)子可應(yīng)用內(nèi)部永久磁鐵型或表面磁鐵型。因此，本發(fā)明不局限于前面的描述說明，而只是由所附的權(quán)利要求的范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種電動回轉(zhuǎn)機械，其包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵，所述場磁鐵包括第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；并且其特征在于，所述第二場磁鐵可在所述軸上轉(zhuǎn)動且相對于所述第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移。
2.如權(quán)利要求1所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，由所述場磁鐵產(chǎn)生的合成磁場是有變化的。
3.如如權(quán)利要求1所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述軸具有螺桿部分且所述第二場磁鐵具有設(shè)置在它的內(nèi)周面上的螺母部分。
4.如權(quán)利要求1所述的電動回轉(zhuǎn)機械，還包括設(shè)置在所述軸上、距離所述第二場磁鐵具有一個預(yù)設(shè)的距離的止擋。
5.如權(quán)利要求4所述的電動回轉(zhuǎn)機械，還包括改變所述距離的傳動器。
6.如權(quán)利要求1所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，對所述第二場磁鐵的軸向位移量進行檢測，且利用所述位移量修正改進用于控制轉(zhuǎn)換器的控制器提供的電流。
7.如權(quán)利要求1所述的電動回轉(zhuǎn)機械，還包括多個用以引導回轉(zhuǎn)運動、往復運動和合成運動的支承機構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，套筒固定在所述第二場磁鐵的內(nèi)周面和軸之間。
9.如權(quán)利要求8所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述套筒由至少比鐵電阻率高的非磁性材料制成。
10.如權(quán)利要求1所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述第二場磁鐵設(shè)有凸出部分且所述第一場磁鐵設(shè)有容納所述凸出部分的凹進部分。
11.如權(quán)利要求1所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，具有所述第二場磁鐵的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙大于具有所述第一場磁鐵的轉(zhuǎn)子和所述定子之間的氣隙。
12.一種電動回轉(zhuǎn)機械，其包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵，所述場磁鐵包括第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；并且其特征在于，所述第二場磁鐵可在所述軸上轉(zhuǎn)動且相對于所述第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移，且由所述場磁鐵形成的合成磁場是變化的。
13.如權(quán)利要求12所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述軸具有螺桿部分且所述第二場磁鐵具有設(shè)置在它的內(nèi)周面上的螺母部分。
14.如權(quán)利要求12所述的電動回轉(zhuǎn)機械，還包括設(shè)置在所述軸上、距離所述第二場磁鐵具有一個預(yù)設(shè)的距離的止擋。
15.如權(quán)利要求14所述的電動回轉(zhuǎn)機械，還包括改變所述距離的傳動器。
16.如權(quán)利要求12所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，對所述第二場磁鐵的軸向位移量進行檢測，且利用所述位移量修正改進用于控制轉(zhuǎn)換器的控制器提供的電流。
17.如權(quán)利要求12所述的電動回轉(zhuǎn)機械，還包括多個用以引導回轉(zhuǎn)運動、往復運動和合成運動的支承機構(gòu)。
18.如權(quán)利要求12所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，套筒固定在所述第二場磁鐵的內(nèi)周面和軸之間。
19.如權(quán)利要求18所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述套筒由至少比鐵電阻率高的非磁性材料制成。
20.如權(quán)利要求12所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，所述第二場磁鐵設(shè)有凸出部分且所述第一場磁鐵設(shè)有容納所述凸出部分的凹進部分。
21.如權(quán)利要求12所述的電動回轉(zhuǎn)機械，其特征在于，具有所述第二場磁鐵的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙大于具有所述第一場磁鐵的轉(zhuǎn)子和所述定子之間的氣隙。
22.一種電動回轉(zhuǎn)機械，其包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵，所述場磁鐵包括第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；并且其特征在于，所述第二場磁鐵可在所述軸上轉(zhuǎn)動且相對于所述第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移，且改變產(chǎn)生的合成磁場的機構(gòu)是基于轉(zhuǎn)矩的方向，該機構(gòu)具有通過平衡所述生成的轉(zhuǎn)矩的方向?qū)⑺龅谝粓龃盆F和所述第二場磁鐵的同性磁極中心軸線對準的裝置。
23.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一種電動回轉(zhuǎn)機械，所述電動回轉(zhuǎn)機械包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵，所述場磁鐵包括功率轉(zhuǎn)換器，其用于控制所述電動回轉(zhuǎn)機械的功率；熱力發(fā)動機；第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；并且其特征在于，所述第二場磁鐵可在所述軸上轉(zhuǎn)動且相對于所述第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移。
24.如權(quán)利要求23所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，由所述場磁鐵形成的合成磁場是變化的。
25.如權(quán)利要求23所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述軸具有螺桿部分且所述第二場磁鐵具有設(shè)置在它的內(nèi)周面上的螺母部分。
26.如權(quán)利要求23所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述軸上、距離所述第二場磁鐵具有一個預(yù)設(shè)的距離的止擋。
27.如權(quán)利要求26所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括改變所述距離的傳動器。
28.如權(quán)利要求23所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，對所述第二場磁鐵的軸向位移量進行檢測，且利用所述位移量修正改進用于控制轉(zhuǎn)換器的控制器提供的電流。
29.如權(quán)利要求23所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括多個用以引導回轉(zhuǎn)運動、往復運動和合成運動的支承機構(gòu)。
30.如權(quán)利要求23所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，套筒固定在所述第二場磁鐵的內(nèi)周面和軸之間。
31.如權(quán)利要求30所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述套筒由至少比鐵電阻率高的非磁性材料制成。
32.如權(quán)利要求23所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二場磁鐵設(shè)有凸出部分且所述第一場磁鐵設(shè)有容納所述凸出部分的凹進部分。
33.如權(quán)利要求23所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具有所述第二場磁鐵的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙大于具有所述第一場磁鐵的轉(zhuǎn)子和所述定子之間的氣隙。
34.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一種電動回轉(zhuǎn)機械，所述電動回轉(zhuǎn)機械包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵，所述場磁鐵包括功率轉(zhuǎn)換器，其用于控制所述電動回轉(zhuǎn)機械的功率；熱力發(fā)動機；第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；并且其特征在于，所述第二場磁鐵可在所述軸上轉(zhuǎn)動且相對于所述第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移，且由所述場磁鐵形成的合成磁場是變化的。
35.如權(quán)利要求34所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述軸具有螺桿部分且所述第二場磁鐵具有設(shè)置在它的內(nèi)周面上的螺母部分。
36.如權(quán)利要求34所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述軸上、距離所述第二場磁鐵具有一個預(yù)設(shè)的距離的止擋。
37.如權(quán)利要求36所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括改變所述距離的傳動器。
38.如權(quán)利要求34所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，對所述第二場磁鐵的軸向位移量進行檢測，且利用所述位移量修正改進用于控制轉(zhuǎn)換器的控制器提供的電流。
39.如權(quán)利要求34所述的發(fā)電系統(tǒng)，還包括多個用以引導回轉(zhuǎn)運動、往復運動和合成運動的支承機構(gòu)。
40.如權(quán)利要求34所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，套筒固定在所述第二場磁鐵的內(nèi)周面和軸之間。
41.如權(quán)利要求40所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述套筒由至少比鐵電阻率高的非磁性材料制成。
42.如權(quán)利要求34所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二場磁鐵設(shè)有凸出部分且所述第一場磁鐵設(shè)有容納所述凸出部分的凹進部分。
43.如權(quán)利要求34所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具有所述第二場磁鐵的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙大于具有所述第一場磁鐵的轉(zhuǎn)子和所述定子之間的氣隙。
44.一種渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，包括一種電動回轉(zhuǎn)機械，所述電動回轉(zhuǎn)機械包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵，所述場磁鐵包括功率轉(zhuǎn)換器，其用于控制所述電動回轉(zhuǎn)機械的功率；熱力發(fā)動機；壓縮機；渦輪機；燃燒室；第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；并且其特征在于，所述第二場磁鐵可在所述軸上轉(zhuǎn)動且相對于所述第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移。
45.如權(quán)利要求44所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，由所述場磁鐵形成的合成磁場是變化的。
46.如權(quán)利要求44所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述軸具有螺桿部分且所述第二場磁鐵具有設(shè)置在它的內(nèi)周面上的螺母部分。
47.如權(quán)利要求44所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述軸上、距離所述第二場磁鐵具有一個預(yù)設(shè)的距離的止擋。
48.如權(quán)利要求47所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，還包括改變所述距離的傳動器。
49.如權(quán)利要求44所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，對所述第二場磁鐵的軸向位移量進行檢測，且利用所述位移量修正改進用于控制轉(zhuǎn)換器的控制器提供的電流。
50.如權(quán)利要求44所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，還包括多個用以引導回轉(zhuǎn)運動、往復運動和合成運動的支承機構(gòu)。
51.如權(quán)利要求44所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，套筒固定在所述第二場磁鐵的內(nèi)周面和軸之間。
52.如權(quán)利要求51所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述套筒由至少比鐵電阻率高的非磁性材料制成。
53.如權(quán)利要求44所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二場磁鐵設(shè)有凸出部分且所述第一場磁鐵設(shè)有容納所述凸出部分的凹進部分。
54.如權(quán)利要求44所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具有所述第二場磁鐵的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙大于具有所述第一場磁鐵的轉(zhuǎn)子和所述定子之間的氣隙。
55.一種渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，包括一種電動回轉(zhuǎn)機械，所述電動回轉(zhuǎn)機械包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵，所述場磁鐵包括功率轉(zhuǎn)換器，其用于控制所述電動回轉(zhuǎn)機械的功率；熱力發(fā)動機；壓縮機；渦輪機；燃燒室；第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；并且其特征在于，所述第二場磁鐵可在所述軸上轉(zhuǎn)動且相對于所述第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移，且由所述場磁鐵形成的合成磁場是變化的。
56.如權(quán)利要求55所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述軸具有螺桿部分且所述第二場磁鐵具有設(shè)置在它的內(nèi)周面上的螺母部分。
57.如權(quán)利要求55所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述軸上、距離所述第二場磁鐵具有一個預(yù)設(shè)的距離的止擋。
58.如權(quán)利要求57所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，還包括改變所述距離的傳動器。
59.如權(quán)利要求55所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，對所述第二場磁鐵的軸向位移量進行檢測，且利用所述位移量修正改進用于控制轉(zhuǎn)換器的控制器提供的電流。
60.如權(quán)利要求55所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，還包括多個用以引導回轉(zhuǎn)運動、往復運動和合成運動的支承機構(gòu)。
61.如權(quán)利要求55所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，套筒固定在所述第二場磁鐵的內(nèi)周面和軸之間。
62.如權(quán)利要求61所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述套筒由至少比鐵電阻率高的非磁性材料制成。
63.如權(quán)利要求55所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二場磁鐵設(shè)有凸出部分且所述第一場磁鐵設(shè)有容納所述凸出部分的凹進部分。
64.如權(quán)利要求55所述的渦輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具有所述第二場磁鐵的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙大于具有所述第一場磁鐵的轉(zhuǎn)子和所述定子之間的氣隙。
65.一種控制電動回轉(zhuǎn)機械的磁場的方法，所述電動回轉(zhuǎn)機械包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵，所述方法包括步驟提供第一場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；提供第二場磁鐵，其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極；并且其特征在于，所述第二場磁鐵可在所述軸上轉(zhuǎn)動且相對于所述第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移。
66.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，由所述場磁鐵形成的合成磁場是變化的。
67.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述軸具有螺桿部分且所述第二場磁鐵具有設(shè)置在它的內(nèi)周面上的螺母部分。
68.如權(quán)利要求65所述的方法，還包括設(shè)置在所述軸上、距離所述第二場磁鐵具有一個預(yù)設(shè)的距離的止擋。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，還包括改變所述距離的傳動器。
70.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，對所述第二場磁鐵的軸向位移量進行檢測，且利用所述位移量修正改進用于控制轉(zhuǎn)換器的控制器提供的電流。
71.如權(quán)利要求65所述的方法，還包括多個用以引導回轉(zhuǎn)運動、往復運動和合成運動的支承機構(gòu)。
72.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，套筒固定在所述第二場磁鐵的內(nèi)周面和軸之間。
73.如權(quán)利要求72所述的方法，其特征在于，所述套筒由至少比鐵電阻率高的非磁性材料制成。
74.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，所述第二場磁鐵設(shè)有凸出部分且所述第一場磁鐵設(shè)有容納所述凸出部分的凹進部分。
75.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，具有所述第二場磁鐵的轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙大于具有所述第一場磁鐵的轉(zhuǎn)子和所述定子之間的氣隙。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動回轉(zhuǎn)機械,其包括的轉(zhuǎn)子具有設(shè)置在軸上的場磁鐵,場磁鐵包括:第一場磁鐵,其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極;第二場磁鐵,其具有不同極性循序地按旋轉(zhuǎn)方向排列的磁極;其中所述第二場磁鐵可在軸上轉(zhuǎn)動且相對于所述第一場磁鐵產(chǎn)生軸向位移。
文檔編號H02K1/22GK1373543SQ0113380
公開日2002年10月9日 申請日期2001年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者金弘中, 稻葉博美 申請人:株式會社日立制作所