專(zhuān)利名稱(chēng)：不借助外部機(jī)構(gòu)改變氣隙的軸向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及不借助外部機(jī)構(gòu)改變氣隙的軸向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)公認(rèn)，永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)能提供更高的整體效率，并使得整體能源成本降低。相比其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，近年來(lái)軸向磁通旋轉(zhuǎn)電機(jī)在功率密度和效率上呈現(xiàn)出更為顯著的提高。此夕卜，實(shí)用新型者已經(jīng)證明，利用各種不同的技術(shù)，定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙可以改變，從而創(chuàng)建一個(gè)擴(kuò)展的轉(zhuǎn)矩-速度曲線(xiàn)，而這通常無(wú)法通過(guò)其他的旋轉(zhuǎn)永磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)。在軸向機(jī)器中，在使用過(guò)程中改變空氣間隙將產(chǎn)生一個(gè)解決與之相沖突的操作要求的方案。第一個(gè)近似值，穿過(guò)氣隙(BG)的磁通與磁體的剩磁(Br)有關(guān)，關(guān)系如下Br/Bg ^ 1/C + g/lm,其中g(shù)是氣隙，Im是磁鐵的厚度，C是問(wèn)題電機(jī)的磁通集中因數(shù)，這是一個(gè)無(wú)維數(shù)，此類(lèi)型的電機(jī)約為O. 9。這里最重要的是，從一個(gè)給定的電機(jī)繞組電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩實(shí)際等于Bg乘以一個(gè)因數(shù)，此因數(shù)是指電機(jī)的所有設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的總參數(shù)。Bg乘以電機(jī)等設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)值，簡(jiǎn)單地稱(chēng)為電機(jī)力矩常數(shù)kT。T = I* kT是一個(gè)基本的電機(jī)關(guān)系。由于所產(chǎn)生的功率等于扭矩乘以角速度ω，或P = ω * Τ，而P等于I * V，可以表示為，一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)在其終端產(chǎn)生電壓E = ω * krot。也可以說(shuō),常數(shù)krot與KT是相同的。飛輪應(yīng)用中，KT的影響是非常重要的。對(duì)于一個(gè)給定的KT，電機(jī)的最高速度是由作為電源的電壓給出的。這通常被稱(chēng)為空載轉(zhuǎn)速。對(duì)于具有額定繞組輸入電流的電機(jī)來(lái)說(shuō)，這也確定了來(lái)自電機(jī)的峰值扭矩。繞組電感和電阻限制了此約束，但扭矩與速度曲線(xiàn)形似于一個(gè)長(zhǎng)方形的圖(尤其對(duì)于高效率的軸向磁通電機(jī)來(lái)說(shuō)，擁有低電感和低電阻繞組)。因此，功率與速度非常近似直線(xiàn)，直到在空載轉(zhuǎn)速達(dá)到O時(shí)才會(huì)不同。在徑向磁場(chǎng)電機(jī)中，基本電機(jī)參數(shù)一定固定的。在軸向磁場(chǎng)電機(jī)中則不一定。通過(guò)簡(jiǎn)單地改變間隔距離，也就是改變了氣隙，進(jìn)而改變了磁通，根據(jù)磁通的變化，kT也隨之改變。如果這是在電機(jī)工作中動(dòng)態(tài)的完成，那么它可能使電機(jī)變成一個(gè)類(lèi)似有一個(gè)內(nèi)置無(wú)級(jí)變速器+電機(jī)的組合一輸出軸既能在低轉(zhuǎn)速下具有高扭矩能力，又保留了高轉(zhuǎn)速輸出的能力，且其功率、效率不會(huì)因此而產(chǎn)生變化。目前來(lái)說(shuō)有多種方法來(lái)擴(kuò)展軸向磁場(chǎng)電機(jī)的工作區(qū)間。以下是現(xiàn)有方法與相向量氣隙控制(PVGC )比，他們的主要缺點(diǎn)a)使用超大電機(jī)，覆蓋較寬的操作范圍-增加材料成本，系統(tǒng)的重量，通常在低轉(zhuǎn)速工作區(qū)間導(dǎo)致效率的下降；b)多速變速箱-提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本、重量和大小，并降低了系統(tǒng)的效率；c)外置間隙調(diào)整-需要用外部手段(即其他機(jī)制或伺服)調(diào)整間隙，從而增加了成本，重量等；d)軟件(相位超前)一對(duì)系統(tǒng)效率產(chǎn)生不利影響。單獨(dú)使用時(shí)，它無(wú)法和與主PVGC 機(jī)制結(jié)合使用時(shí)一樣，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)矩-速度曲線(xiàn)；e)扭矩引起的間隙變化-所需的機(jī)制較PVGC "機(jī)制復(fù)雜；f)空芯電機(jī)-擴(kuò)展頻譜較小，要求使用較大的磁瓦，從而增加了成本，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和用增加的轉(zhuǎn)動(dòng)速率保持磁鐵附著轉(zhuǎn)子的復(fù)雜性。此外，保持和冷卻線(xiàn)圈更為復(fù)雜。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供不借助外部機(jī)構(gòu)改變氣隙的軸向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)，以解決上述背景技術(shù)中的缺點(diǎn)。不借助外部機(jī)構(gòu)改變氣隙的軸向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)，包括永磁轉(zhuǎn)子、定子鐵芯、彈性元件，所述的永磁轉(zhuǎn)子和定子鐵芯之間設(shè)有彈性元件，通過(guò)彈性元件改變永磁轉(zhuǎn)子和定子鐵的相對(duì)位置。 本實(shí)用新型由動(dòng)態(tài)變化氣隙組成，無(wú)需使用任何外部機(jī)制，通過(guò)內(nèi)部控制磁力，并用一個(gè)校準(zhǔn)的固定彈簧做出一個(gè)反力，可變氣隙就可以設(shè)法管理和控制扭矩輸出，通過(guò)改變應(yīng)用于電機(jī)繞組上的相電流的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的，此相向量氣隙控制(PVGC )可以顯著降低重量，成本和系統(tǒng)復(fù)雜性，同時(shí)提高系統(tǒng)的性能和可靠性，相電流的時(shí)間操控也被稱(chēng)為相位超前，它本身是一種擴(kuò)展電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-速度曲線(xiàn)的手段，當(dāng)由于所要求的量用于獲得任何有意義的轉(zhuǎn)矩-速度曲線(xiàn)的擴(kuò)展時(shí)，效率很高，相位超前的方法是相角度-抵消的電角度，抵消可以是提前的或推遲的，相位超前影響作用于轉(zhuǎn)子的力的向量的大小，在零相角，所有的力通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的相電流獲得。當(dāng)離開(kāi)零相電流角度，軸向力開(kāi)始產(chǎn)生作用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子產(chǎn)生引力或者轉(zhuǎn)子與定子產(chǎn)生斥力，由于主電機(jī)使用永久磁鐵和鐵磁性的定子，轉(zhuǎn)子定子之間具有固有的引力，其中一個(gè)方式就是，利用彈性元件平衡轉(zhuǎn)子對(duì)定子的引力，使轉(zhuǎn)子在彈性元件上屬于“浮動(dòng)”的狀態(tài)，從而使相電流產(chǎn)生的力更容易的改變氣隙。有益效果本實(shí)用新型可以顯著降低重量、成本和系統(tǒng)復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的性能和可靠性，非常適合在各種不同的操作條件下要求高效率的應(yīng)用，特別適在給定功率條件下既能夠在低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩的工作狀態(tài)上短時(shí)間運(yùn)行并且又能夠在高轉(zhuǎn)速條件下持續(xù)運(yùn)行的要求。

圖I相向量氣隙控制(PVGC )機(jī)械原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。參照?qǐng)DI :永磁轉(zhuǎn)子I、定子鐵芯2、彈性元件3所述的永磁轉(zhuǎn)子I和定子鐵芯2之間設(shè)有彈性元件3，永磁轉(zhuǎn)子I轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可以通過(guò)彈性元件3左右條件跟定子鐵芯2之間的距離。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型 要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求1.不借助外部機(jī)構(gòu)改變氣隙的軸向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)，包括永磁轉(zhuǎn)子、定子鐵芯、彈性元件，其特征在于，所述的永磁轉(zhuǎn)子和定子鐵芯之間設(shè)有彈性元件，通過(guò)彈性元件改變永磁轉(zhuǎn)子和定子鐵的相對(duì)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的不借助外部機(jī)構(gòu)改變氣隙的軸向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述的彈性元件為彈簧。
專(zhuān)利摘要不借助外部機(jī)構(gòu)改變氣隙的軸向磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)，包括永磁轉(zhuǎn)子、定子鐵芯、彈性元件，所述的永磁轉(zhuǎn)子和定子鐵芯之間設(shè)有彈性元件，通過(guò)彈性元件改變永磁轉(zhuǎn)子和定子鐵的相對(duì)位置。本實(shí)用新型可以顯著降低重量、成本和系統(tǒng)復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的性能和可靠性，非常適合在各種不同的操作條件下要求高效率的應(yīng)用，特別適在給定功率條件下既能夠在低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩的工作狀態(tài)上短時(shí)間運(yùn)行并且又能夠在高轉(zhuǎn)速條件下持續(xù)運(yùn)行的要求。
文檔編號(hào)H02K1/06GK202737593SQ20122022702
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者艾瑞克.卡拉尼 申請(qǐng)人:艾瑞克.卡拉尼