不藉助外部機構改變氣隙的軸向磁場電動機的製作方法

2023-05-18 16:42:11

專利名稱：不藉助外部機構改變氣隙的軸向磁場電動機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及不藉助外部機構改變氣隙的軸向磁場電動機。
背景技術：
已經公認，永磁旋轉電機能提供更高的整體效率，並使得整體能源成本降低。相比其他拓撲結構，近年來軸向磁通旋轉電機在功率密度和效率上呈現出更為顯著的提高。此夕卜，實用新型者已經證明，利用各種不同的技術，定子和轉子之間的氣隙可以改變，從而創建一個擴展的轉矩-速度曲線，而這通常無法通過其他的旋轉永磁電機實現。在軸向機器中，在使用過程中改變空氣間隙將產生一個解決與之相衝突的操作要求的方案。第一個近似值，穿過氣隙(BG)的磁通與磁體的剩磁(Br)有關，關係如下Br/Bg ^ 1/C + g/lm,其中g是氣隙，Im是磁鐵的厚度，C是問題電機的磁通集中因數，這是一個無維數，此類型的電機約為O. 9。這裡最重要的是，從一個給定的電機繞組電流產生的轉矩實際等於Bg乘以一個因數，此因數是指電機的所有設計細節的總參數。Bg乘以電機等設計參數的數值，簡單地稱為電機力矩常數kT。T = I* kT是一個基本的電機關係。由於所產生的功率等於扭矩乘以角速度ω，或P = ω * Τ，而P等於I * V，可以表示為，一個旋轉的電機在其終端產生電壓E = ω * krot。也可以說,常數krot與KT是相同的。飛輪應用中，KT的影響是非常重要的。對於一個給定的KT，電機的最高速度是由作為電源的電壓給出的。這通常被稱為空載轉速。對於具有額定繞組輸入電流的電機來說，這也確定了來自電機的峰值扭矩。繞組電感和電阻限制了此約束，但扭矩與速度曲線形似於一個長方形的圖(尤其對於高效率的軸向磁通電機來說，擁有低電感和低電阻繞組)。因此，功率與速度非常近似直線，直到在空載轉速達到O時才會不同。在徑向磁場電機中，基本電機參數一定固定的。在軸向磁場電機中則不一定。通過簡單地改變間隔距離，也就是改變了氣隙，進而改變了磁通，根據磁通的變化，kT也隨之改變。如果這是在電機工作中動態的完成，那麼它可能使電機變成一個類似有一個內置無級變速器+電機的組合一輸出軸既能在低轉速下具有高扭矩能力，又保留了高轉速輸出的能力，且其功率、效率不會因此而產生變化。目前來說有多種方法來擴展軸向磁場電機的工作區間。以下是現有方法與相向量氣隙控制(PVGC )比，他們的主要缺點a)使用超大電機，覆蓋較寬的操作範圍-增加材料成本，系統的重量，通常在低轉速工作區間導致效率的下降；b)多速變速箱-提高驅動系統的成本、重量和大小，並降低了系統的效率；c)外置間隙調整-需要用外部手段(即其他機制或伺服)調整間隙，從而增加了成本，重量等；d)軟體(相位超前)一對系統效率產生不利影響。單獨使用時，它無法和與主PVGC 機制結合使用時一樣，延長轉矩-速度曲線；e)扭矩引起的間隙變化-所需的機制較PVGC "機制複雜；f)空芯電機-擴展頻譜較小，要求使用較大的磁瓦，從而增加了成本，轉動慣性和用增加的轉動速率保持磁鐵附著轉子的複雜性。此外，保持和冷卻線圈更為複雜。

實用新型內容本實用新型所解決的技術問題在於提供不藉助外部機構改變氣隙的軸向磁場電動機，以解決上述背景技術中的缺點。不藉助外部機構改變氣隙的軸向磁場電動機，包括永磁轉子、定子鐵芯、彈性元件，所述的永磁轉子和定子鐵芯之間設有彈性元件，通過彈性元件改變永磁轉子和定子鐵的相對位置。 本實用新型由動態變化氣隙組成，無需使用任何外部機制，通過內部控制磁力，並用一個校準的固定彈簧做出一個反力，可變氣隙就可以設法管理和控制扭矩輸出，通過改變應用於電機繞組上的相電流的時間來實現的，此相向量氣隙控制(PVGC )可以顯著降低重量，成本和系統複雜性，同時提高系統的性能和可靠性，相電流的時間操控也被稱為相位超前，它本身是一種擴展電機的轉矩-速度曲線的手段，當由於所要求的量用於獲得任何有意義的轉矩-速度曲線的擴展時，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，相位超前影響作用於轉子的力的向量的大小，在零相角，所有的力通過旋轉轉子的相電流獲得。當離開零相電流角度，軸向力開始產生作用，導致轉子與定子產生引力或者轉子與定子產生斥力，由於主電機使用永久磁鐵和鐵磁性的定子，轉子定子之間具有固有的引力，其中一個方式就是，利用彈性元件平衡轉子對定子的引力，使轉子在彈性元件上屬於「浮動」的狀態，從而使相電流產生的力更容易的改變氣隙。有益效果本實用新型可以顯著降低重量、成本和系統複雜性，提高系統的性能和可靠性，非常適合在各種不同的操作條件下要求高效率的應用，特別適在給定功率條件下既能夠在低轉速高轉矩的工作狀態上短時間運行並且又能夠在高轉速條件下持續運行的要求。

圖I相向量氣隙控制(PVGC )機械原理圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的技術手段、創作特徵、工作流程、使用方法達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。參照圖I :永磁轉子I、定子鐵芯2、彈性元件3所述的永磁轉子I和定子鐵芯2之間設有彈性元件3，永磁轉子I轉動過程中可以通過彈性元件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用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型 要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.不藉助外部機構改變氣隙的軸向磁場電動機，包括永磁轉子、定子鐵芯、彈性元件，其特徵在於，所述的永磁轉子和定子鐵芯之間設有彈性元件，通過彈性元件改變永磁轉子和定子鐵的相對位置。
2.根據權利要求I所述的不藉助外部機構改變氣隙的軸向磁場電動機，其特徵在於，所述的彈性元件為彈簧。
專利摘要不藉助外部機構改變氣隙的軸向磁場電動機，包括永磁轉子、定子鐵芯、彈性元件，所述的永磁轉子和定子鐵芯之間設有彈性元件，通過彈性元件改變永磁轉子和定子鐵的相對位置。本實用新型可以顯著降低重量、成本和系統複雜性，提高系統的性能和可靠性，非常適合在各種不同的操作條件下要求高效率的應用，特別適在給定功率條件下既能夠在低轉速高轉矩的工作狀態上短時間運行並且又能夠在高轉速條件下持續運行的要求。
文檔編號H02K1/06GK202737593SQ20122022702
公開日2013年2月13日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者艾瑞克.卡拉尼 申請人:艾瑞克.卡拉尼