同步電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種同步電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中，定子包括多極定子繞組組，轉(zhuǎn)子包括多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)或者凸極設(shè)計(jì)，所述多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)或者凸極設(shè)計(jì)具有在圓柱形轉(zhuǎn)子上的至少二相轉(zhuǎn)子繞組組，所述至少二相轉(zhuǎn)子繞組組具有與所述定子相同數(shù)量的極，和，通過二次繞組以產(chǎn)生諧波磁通或者通過具有外部勵(lì)磁源的三相繞組，所述定子繞組通過定子電流不平衡或者疊加而提供對(duì)所述轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。此外，本發(fā)明涉及一種用于操作同步電機(jī)的方法。
【專利說明】同步電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同步電機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及一種可以用作同步發(fā)電機(jī)或者同步發(fā)動(dòng)機(jī)的可控磁場(chǎng)式同步電機(jī)。此外，本發(fā)明涉及一種用于操作同步電機(jī)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中已知，同步電機(jī)既可以用作發(fā)動(dòng)機(jī)又可以用作發(fā)電機(jī)。盡管電動(dòng)機(jī)通常根據(jù)機(jī)械術(shù)語(即，定子和轉(zhuǎn)子)來描述，然而，發(fā)電機(jī)是從電學(xué)角度來描述，即，電樞和磁場(chǎng)。盡管存在不同的術(shù)語，然而，同步電機(jī)可以執(zhí)行兩種工作且在下文中被稱為電機(jī)。
[0003]當(dāng)前所用的大多數(shù)工業(yè)電動(dòng)機(jī)是異步(感應(yīng))類型。這主要是因?yàn)椋c同步直流(DC)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，異步發(fā)動(dòng)機(jī)是簡(jiǎn)單的且耐用的。盡管同步發(fā)動(dòng)機(jī)的效率通常高于其他工業(yè)電動(dòng)機(jī)類型的發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，然而，同步發(fā)動(dòng)機(jī)通常是復(fù)雜的且制造昂貴-主要涉及其對(duì)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)改變轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)電流的要求。永磁同步發(fā)動(dòng)機(jī)是簡(jiǎn)單的且較便宜的，但是不提供任何用于控制轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)勵(lì)磁的部件，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)勵(lì)磁被轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵固定。具有可變磁場(chǎng)勵(lì)磁但是沒有旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)的同步電機(jī)會(huì)具有同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)而沒有附加的費(fèi)用以及旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)弓I入的可靠性影響。
[0004]關(guān)于發(fā)電機(jī)，大多數(shù)發(fā)電機(jī)利用旋轉(zhuǎn)的無刷勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)來控制。該勵(lì)磁機(jī)被安裝在與主發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)部件相同的軸/轉(zhuǎn)子上，且形成在5%和30%之間的活性材料的任何部件,因此降低發(fā)電機(jī)的成本。勵(lì)磁機(jī)的相對(duì)成本主要取決于發(fā)電機(jī)的尺寸或者額定功率:總之，發(fā)電機(jī)越小，勵(lì)磁器的相對(duì)成本就越高。
[0005]WO 2007/003868 Al中示出了電動(dòng)機(jī)的一個(gè)示例。在該文獻(xiàn)中，描述了一種電動(dòng)機(jī)，其包括具有至少兩個(gè)電樞相對(duì)(phase pair)繞組的電樞和凸極轉(zhuǎn)子布置,該凸極轉(zhuǎn)子布置具有以選擇性電子開關(guān)終止的磁場(chǎng)繞組，該選擇性電子開關(guān)確定所述磁場(chǎng)繞組的電氣連接。該電動(dòng)機(jī)還包括控制部件，該控制部件被配置成調(diào)整磁場(chǎng)繞組的磁化，使得在任何給定的時(shí)刻，一個(gè)電樞相對(duì)可用于磁化磁場(chǎng)繞組，同時(shí)另一對(duì)用于扭矩的產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種同步電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中
[0007]-所述定子包括多極定子繞組組，
[0008]-所述轉(zhuǎn)子包括多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)或者凸極設(shè)計(jì)，所述多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)或者凸極設(shè)計(jì)具有在圓柱形轉(zhuǎn)子上的至少二相轉(zhuǎn)子繞組組，所述至少二相轉(zhuǎn)子繞組組具有與所述定子相同數(shù)量的極，和
[0009]-通過二次繞組以產(chǎn)生諧波磁通或者通過具有外部轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)勵(lì)磁源的標(biāo)準(zhǔn)三相繞組，所述定子繞組通過定子電流不平衡或者疊加而提供對(duì)所述轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，通過外部源、優(yōu)選電源，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡或者置加。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，通過將直流注入所述定子繞組或者注入中性導(dǎo)體，可以執(zhí)行所述轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，通過將交流注入所述定子繞組或者注入所述中性導(dǎo)體，可以執(zhí)行所述轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，通過在多相定子繞組組的一個(gè)或多個(gè)相中的串聯(lián)的阻抗或電阻，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，通過關(guān)聯(lián)的控制電子裝置，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，通過在所述定子繞組組處的繞組抽頭，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡，所述定子繞組組可以被短路或者切換以提供固有不平衡的定子繞組。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，通過具有多個(gè)抽頭的一個(gè)相的中性點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡，所述多個(gè)抽頭允許移動(dòng)所述中性點(diǎn)以創(chuàng)建不平衡。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，通過固有不平衡的繞組，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，所述多相轉(zhuǎn)子的相數(shù)是2個(gè)、3個(gè)、最優(yōu)選4個(gè)、或者大于4個(gè)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，所述圓柱形轉(zhuǎn)子是非凸出的。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，所述電機(jī)能夠操作作為發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，所述電機(jī)能夠操作作為發(fā)電機(jī)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，所述圓柱形轉(zhuǎn)子是凸出的。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，整流的轉(zhuǎn)子電流通過所述轉(zhuǎn)子中的主磁場(chǎng)繞組被循環(huán)，所述轉(zhuǎn)子既包括所述交流勵(lì)磁繞組又包括主磁場(chǎng)繞組，整流的勵(lì)磁繞組電流通過所述主磁場(chǎng)繞組流動(dòng)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子端子增添電容器，以提供濾波或者控制動(dòng)作來改善所述電機(jī)的性能。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，參照運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件，轉(zhuǎn)子和定子互換。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于操作電機(jī)的方法，所述方法包括提供定子和轉(zhuǎn)子的步驟，其中，所述定子包括多極定子繞組組，所述轉(zhuǎn)子包括多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，所述多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)具有在圓柱形轉(zhuǎn)子上的至少二相轉(zhuǎn)子繞組組，所述至少二相轉(zhuǎn)子繞組組具有與所述定子相同數(shù)量的極，和，通過二次繞組以產(chǎn)生諧波磁通或者通過具有外部轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)勵(lì)磁源的標(biāo)準(zhǔn)三相繞組，所述定子繞組通過定子電流不平衡或者疊加而提供對(duì)所述轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]參考下列附圖，現(xiàn)將通過非限制性示例更具體地描述本發(fā)明，其中:
[0028]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電機(jī)的示意圖；
[0029]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的電機(jī)的示意圖；
[0030]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的電機(jī)的示意圖；
[0031]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的電機(jī)的示意圖；
[0032]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的電機(jī)的示意圖；
[0033]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的電機(jī)的示意圖；
[0034]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的繞組電流的示意圖；
[0035]圖8示意性地示出在本發(fā)明的圖1至圖4中所用的定子繞組；
[0036]圖9示出圖8的定子的三維視圖；
[0037]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的電機(jī)的示意圖；和
[0038]圖11示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的電機(jī)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039]現(xiàn)參考附圖，具體而言，其中體現(xiàn)的本發(fā)明包括通常用附圖標(biāo)記5指代的電機(jī)。除非另外指出，否則，在附圖中同樣的附圖標(biāo)記是指同樣的部件。
[0040]現(xiàn)參考圖1，本發(fā)明的第一實(shí)施方式被示出作為示意圖。電機(jī)5包括轉(zhuǎn)子10。轉(zhuǎn)子10包括一組多相和多極的轉(zhuǎn)子繞組12。如圖1中所示，存在通過三個(gè)繞組121、122和123生成的三相。三個(gè)繞組中的兩個(gè)繞組121和122并聯(lián)連接，以及在二極管14的相反方向上的一個(gè)繞組123因此生成兩個(gè)極。轉(zhuǎn)子繞組12通過三個(gè)轉(zhuǎn)子相的各個(gè)轉(zhuǎn)子相在此處簡(jiǎn)化說明不均勻的電流分布。通過一個(gè)與繞組123關(guān)聯(lián)的二極管14的電流13將等于Il和12的(負(fù))的總和，這意味著，該繞組相將必須攜帶其他兩個(gè)相攜帶的電流的兩倍的電流。
[0041]定子20是三相多極布置，其具有兩組分別具有三個(gè)用于三相的線圈221、222和223的主繞組22以及兩組分別具有三個(gè)線圈241、242和243的副繞組24，以產(chǎn)生諧波磁通來激勵(lì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組12。下文將討論其他勵(lì)磁模式。在轉(zhuǎn)子10和定子20之間存在氣隙30。
[0042]圖2示出電機(jī)的另一個(gè)實(shí)施方式。與圖1不同，轉(zhuǎn)子10包括具有繞組121、122、123和124的四相繞組12。在四個(gè)轉(zhuǎn)子相121至124中的電流分布將相等，這允許更實(shí)用且更便宜的繞組。四相繞組12還將在主轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)電流中允許非常低的諧波含量，且與如上文所討論的三相轉(zhuǎn)子繞組相比，其將僅需要再多一個(gè)二極管。應(yīng)該注意轉(zhuǎn)子電路的簡(jiǎn)化:在電路中的各個(gè)繞組實(shí)際上由兩個(gè)串聯(lián)連接的極繞組12制成。
[0043]通常，轉(zhuǎn)子10是非凸出的圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，然而轉(zhuǎn)子10也可以實(shí)施成凸出的。轉(zhuǎn)子10可以被設(shè)置成在槽中或者在圓柱形轉(zhuǎn)子上設(shè)置的單相、二相、三相或者任何多相繞組12。此外，圓柱形轉(zhuǎn)子10的目的是允許多相轉(zhuǎn)子繞組12。
[0044]相的最佳數(shù)量是4，從本文的以下部分中可以清楚其原因。相的數(shù)量越高，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)電流變得越平滑，而與勵(lì)磁頻率無關(guān)。該方面影響電機(jī)性能。
[0045]發(fā)電機(jī)的主要實(shí)施方式是采用具有副繞組24的定子20將感生能量供給到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。根據(jù)副定子線圈24和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組12的特定性質(zhì)，在副線圈24中可以需要非常小的能量來激勵(lì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組12，以生成完全勵(lì)磁。應(yīng)該注意，副定子線圈24和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組12表現(xiàn)為同步發(fā)電機(jī)，因此到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組的大部分能量可以借助軸可以提供為機(jī)械能，而不是提供為來自副定子繞組24的電能。同樣，副定子繞組24本身可以非常小且具有非常小的橫截面積。
[0046]圖3示出用于兩極四相轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)子繞組的細(xì)節(jié)。兩極繞組12被分成兩個(gè)具有繞組121至124以及繞組121’至124’的不同的槽，由此實(shí)現(xiàn)兩極四相轉(zhuǎn)子10。
[0047]圖4在左手側(cè)示出用于四極四相轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)子繞組的細(xì)節(jié)。四極繞組12被分成四個(gè)具有繞組121至124以及繞組121〃〃至124〃〃的不同的槽，由此實(shí)現(xiàn)兩極四相轉(zhuǎn)子10。在圖4的右手側(cè)，通過以側(cè)視圖示出四極四相轉(zhuǎn)子10，來示出物理繞組布局。
[0048]在圖5中，兩極四相轉(zhuǎn)子10和定子20—起被示出，定子20是三相四極定子，其具有四組分別具有用于四相的四個(gè)線圈221、222、223和224的主繞組22，以及具有四組分別具有四個(gè)線圈241、242、243和244的副繞組24。
[0049]在圖6中示出對(duì)應(yīng)的物理繞組布局，圖6以側(cè)視圖示出了四極四相轉(zhuǎn)子10。定子20包括三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相或者主相，其具有表示副繞組的第四相。
[0050]在圖7中，示出根據(jù)相位角的繞組電流波形式41至44的圖形。現(xiàn)有技術(shù)的單相設(shè)計(jì)會(huì)具有近似符合僅繞組電流41的正值部分的轉(zhuǎn)子電流。換句話說，繞組電流會(huì)僅在O度和85度之間、169度和253度(水平坐標(biāo))之間等等流動(dòng)，且在這些部分之間為零電流。四相繞組電流會(huì)符合所有四個(gè)波的頂部輪廓/包絡(luò)線:波42從O度至約21度，波41從21度至65度，波43從65度至約110度，以及波44從110度至150度，然后再一次是波42。
[0051]不難理解，采用與感應(yīng)轉(zhuǎn)子電路相同的濾波/平滑動(dòng)作，轉(zhuǎn)子電流將比具有這樣的四相繞組12的現(xiàn)有技術(shù)更加平滑。該優(yōu)點(diǎn)是顯著的，使得直流電流可以用在用于發(fā)電機(jī)的副繞組24中，而沒有任何明顯的諧波效應(yīng)。
[0052]通常，從四相轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子電流波形可以看出，采用多相轉(zhuǎn)子20將該電機(jī)5操作作為發(fā)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)變得更有吸引力。在關(guān)聯(lián)的控制電子裝置中的變速驅(qū)動(dòng)固件和用以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施方式的設(shè)計(jì)將大幅簡(jiǎn)化，這是因?yàn)榭梢允褂玫皖l疊加的波形41至44，甚至可以使用定子20上的直流勵(lì)磁。
[0053]不平衡的定子10的操作的重要性涉及在電機(jī)5 (發(fā)電機(jī)或者發(fā)動(dòng)機(jī))設(shè)計(jì)本身中實(shí)施定子20不平衡的形式的可能性。
[0054]所考慮的實(shí)施方式是在繞組中特定點(diǎn)處具有抽頭的定子繞組22，其可以被短路或者切換以提供固有不平衡的定子繞組。另一個(gè)實(shí)施方式可以是這樣的定子繞組22，其中，一個(gè)或多個(gè)相具有比其他相或多或少的匝數(shù)。盡管該設(shè)計(jì)將不允許不平衡的變化，然而其可以允許以極簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)進(jìn)行寬范圍的實(shí)用同步勵(lì)磁操作。另一個(gè)實(shí)施方式可以是這樣的設(shè)計(jì)，其中，一個(gè)相的中性點(diǎn)具有多個(gè)抽頭，其允許“移動(dòng)”該中性點(diǎn)，使得創(chuàng)建不平衡。根據(jù)抽頭的數(shù)量和它們?cè)诶@組中的相對(duì)位移，這可以允許寬范圍的可控勵(lì)磁。
[0055]因此，下列實(shí)施方式都依賴于定子電流不平衡或者疊加。這可以通過外部部件(即，電源、在一個(gè)或多個(gè)相中的串聯(lián)的阻抗或電阻、或者關(guān)聯(lián)的控制電子裝置)或者通過內(nèi)部部件(即，繞組抽頭、移動(dòng)中性件、固有不平衡的繞組)等來實(shí)現(xiàn)。
[0056]在第一實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子10的勵(lì)磁可以通過將直流(DC)注入定子繞組22中來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的最簡(jiǎn)單的方式是將DC注入中性電路中。這將以大幅降低的復(fù)雜度具有與副繞組24相同的效果。
[0057]在第二實(shí)施方式中，可以通過將交流注入定子20中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子10的勵(lì)磁。以與通過中性導(dǎo)體疊加在定子20上的直流可以激勵(lì)轉(zhuǎn)子10相同的方式，也可以使用交流(AC)。通過將電流注入中性導(dǎo)體，以與上文描述的相同的方式也可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。與發(fā)電機(jī)相比，該實(shí)施方式更適用于發(fā)動(dòng)機(jī)，且將大大改善在較低速度下的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
[0058]在第二實(shí)施方式中，副繞組24可以采用AC或DC來激勵(lì)。盡管對(duì)于發(fā)電機(jī)DC最好而對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)AC最好，然而，兩者都被包括作為既用于發(fā)動(dòng)機(jī)又用于發(fā)電機(jī)的實(shí)施方式。
[0059]多相或復(fù)相轉(zhuǎn)子繞組12，和圓柱形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)允許比任何其他的單相實(shí)施方式更平滑的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)電流，從而有效地允許直流用在副繞組24中，而沒有明顯降低發(fā)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)性能。必須注意，在轉(zhuǎn)子電流中諧波的存在將不僅僅影響發(fā)電機(jī)或者發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩或者功率。這些還將增大電機(jī)中的損耗以及因此影響額定載荷，從而必然影響效率。
[0060]已經(jīng)討論了轉(zhuǎn)子繞組12的相的最佳數(shù)量且認(rèn)為是4個(gè)。然而，如果AC用于副繞組12的勵(lì)磁或者磁場(chǎng)繞組功率的疊加，則兩個(gè)相將提供足夠平滑的磁場(chǎng)電流，從而被視為最佳的。在最后一個(gè)實(shí)施方式中，由于只有兩個(gè)二極管以及較少的連接，故成本較低。
[0061]圓柱形轉(zhuǎn)子10結(jié)構(gòu)較便宜。其較容易且較便宜地批量生產(chǎn)以及允許更有效地用來制造槽區(qū)域，并因此得到轉(zhuǎn)子銅線。更多的轉(zhuǎn)子10銅線將必然允許對(duì)于相同尺寸的電機(jī)5具有更高的效率。圓柱形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)也將導(dǎo)致沒有凸起扭矩-從而僅需要對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組12的產(chǎn)生扭矩。
[0062]利用凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)當(dāng)然可以實(shí)施該設(shè)計(jì)，尤其是利用與上文討論的相同的副線圈布置24，但是對(duì)用于凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的多相轉(zhuǎn)子繞組12存在受限制的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子線圈需要以多相布置，從而被分布在多于一個(gè)的極上-因此線圈將必須橋接極之間的中性區(qū)域。
[0063]上文討論的構(gòu)思的最重要的設(shè)計(jì)特征是圓柱形轉(zhuǎn)子多相繞組12，以及三相串聯(lián)連接的副繞組24。在根本上更平滑的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)電流以及發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)(但尤其是關(guān)于發(fā)電機(jī))操作的性能上的間接改善方面，已經(jīng)描述了多相轉(zhuǎn)子的優(yōu)點(diǎn)。串聯(lián)連接的三相副繞組24的優(yōu)點(diǎn)是，該布置取消了在這些繞組24上的任何感生電動(dòng)勢(shì)或者電壓，這是由于將產(chǎn)生主定子繞組22上的電動(dòng)勢(shì)的相同的發(fā)電機(jī)作用。如果沒有本發(fā)明，則副繞組24的使用將幾乎是不可能的，這是因?yàn)樵谶@些繞組中將產(chǎn)生大的量級(jí)的電動(dòng)勢(shì)。取消的原理是基于三相分布繞組的簡(jiǎn)單規(guī)則:V1+V2+V3 = 0，換而言之，三相電壓的算術(shù)和等于O。由于相位角與電源進(jìn)線無關(guān)，因此三相繞組電動(dòng)勢(shì)矢量全部在相同的方向上作用，以提供激勵(lì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組所需的關(guān)鍵性的電動(dòng)勢(shì)。
[0064]現(xiàn)參考圖8，示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，更具體地概述了定子20繞組。如上文關(guān)于圖1至圖4所提到的，定子20包括多極和多相的主定子繞組22和副定子繞組24。在圖8中，針對(duì)各個(gè)相，定子20的主定子繞組22分別被標(biāo)記為MU、MV和麗。針對(duì)定子20的各個(gè)極，通過將相應(yīng)的極號(hào)添加到MU、MV和■來標(biāo)記定子20的主定子繞組22。因此，MUl表示在主定子繞組22內(nèi)的第一相、第一極繞組。MW2表示在主定子繞組22內(nèi)的第三相、第二極繞組。類似的命名方案被用于定子副繞組24。AUXUUAUXV1和AUXWl表示第一極定子副繞組24的相應(yīng)的子線圈。如圖8中所示，主定子繞組22和定子副繞組24被布置成規(guī)則的圖案，其中，各個(gè)子線圈繞組還跨入相鄰的繞組中。定子副繞組24不需要具有與主定子繞組22相同的尺寸。
[0065]圖9中示出了圖8的定子20的三維視圖。定子20形成主定子繞組22和定子副繞組24的緊湊設(shè)計(jì)，且可以結(jié)合如前面的實(shí)施方式概述的電機(jī)使用。
[0066]現(xiàn)參考圖10，示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式。圖10示出了具有三相的轉(zhuǎn)子10的電機(jī)5的示意圖。轉(zhuǎn)子10包括主磁場(chǎng)繞組16和三個(gè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組161、162和163。來自轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組161、162和163的整流電流17通過轉(zhuǎn)子10上的主磁場(chǎng)繞組16被導(dǎo)向。
[0067]在該實(shí)施方式中，整流的轉(zhuǎn)子電流17通過轉(zhuǎn)子10中的主磁場(chǎng)繞組16被循環(huán)。因此，轉(zhuǎn)子10既包括根據(jù)前述實(shí)施方式的交流勵(lì)磁繞組，又包括主磁場(chǎng)繞組16，整流的勵(lì)磁繞組電流通過該主磁場(chǎng)繞組16流動(dòng)。
[0068]在定子20上的勵(lì)磁繞組和在轉(zhuǎn)子10上的勵(lì)磁繞組可具有任何彼此不同或者相同的相數(shù)，以適應(yīng)性能需求。換而言之，在定子20和轉(zhuǎn)子10上的勵(lì)磁繞組的相數(shù)不一定相等，但是如果需要，則它們可以相等。
[0069]在定子20和轉(zhuǎn)子10上的勵(lì)磁繞組通常具有彼此相同數(shù)量的極，但是這些極的數(shù)量可以是不同的。
[0070]在定子20和轉(zhuǎn)子10上的勵(lì)磁繞組通常具有與主定子繞組或者主轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組16不同數(shù)量的極，但是在特定實(shí)施方式中這些極的數(shù)量可以根據(jù)需要來選擇。
[0071]如圖11中所示，在另一個(gè)實(shí)施方式中，示出了在轉(zhuǎn)子10上具有四相和四極的電機(jī)5。類似于上文的圖10的實(shí)施方式，通過轉(zhuǎn)子10上的主磁場(chǎng)繞組16導(dǎo)向來自轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的整流電流17。轉(zhuǎn)子勵(lì)磁包括4X4個(gè)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組161、162、163和164至161〃’、162〃’、163〃’和164〃’，以形成四相和四極。
[0072]應(yīng)該提及，至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子端子可以增添電容器(在圖10或圖11中未示出)，以提供濾波或者控制動(dòng)作來改善電機(jī)5的性能。
[0073]此外，參照運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件，轉(zhuǎn)子10和定子20可以互換，這在本領(lǐng)域中稱為“反向”設(shè)計(jì)。
[0074]盡管本文僅描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的其他修改、變型和可能性是可行的。這樣的修改、變型和可能性因此被視為落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，且因此形成如本文描述和/或例證的本發(fā)明的一部分。
[0075]以本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式已經(jīng)描述了本發(fā)明，顯而易見地，在本領(lǐng)域的技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)可以容易地做出各種修改和實(shí)施方式而無需運(yùn)用創(chuàng)造能力。因此，本發(fā)明的范圍通過所附的權(quán)利要求書的范圍來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種同步電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其中 -所述定子包括多極定子繞組組， -所述轉(zhuǎn)子包括多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)或者凸極設(shè)計(jì)，所述多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)或者凸極設(shè)計(jì)具有在圓柱形轉(zhuǎn)子上的至少二相轉(zhuǎn)子繞組組，所述至少二相轉(zhuǎn)子繞組組具有與所述定子相同數(shù)量的極，和 -通過二次繞組以產(chǎn)生諧波磁通或者通過具有外部勵(lì)磁源的三相繞組，所述定子繞組通過定子電流不平衡或者疊加而提供對(duì)所述轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，通過外部源、優(yōu)選電源，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡或者疊加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其中，通過將直流注入所述定子繞組，能夠執(zhí)行所述轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)，其中，通過將交流注入中性導(dǎo)體，能夠執(zhí)行所述轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，通過在多相定子繞組組的一個(gè)或多個(gè)相中的串聯(lián)的阻抗或電阻，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，通過關(guān)聯(lián)的控制電子裝置，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，通過在所述定子繞組組處的繞組抽頭，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡，所述定子繞組組能夠被短路或者切換以提供固有不平衡的定子繞組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，通過具有多個(gè)抽頭的一個(gè)相的中性點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡，所述多個(gè)抽頭允許移動(dòng)所述中性點(diǎn)以創(chuàng)建不平衡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，通過固有不平衡的繞組，實(shí)現(xiàn)所述定子電流不平衡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，所述多相轉(zhuǎn)子的相數(shù)是2個(gè)、3個(gè)、優(yōu)選4個(gè)或者大于4個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，所述圓柱形轉(zhuǎn)子是凸出的或者非凸出的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，所述電機(jī)能夠操作作為發(fā)電機(jī)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，所述電機(jī)能夠操作作為發(fā)動(dòng)機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，整流的轉(zhuǎn)子電流通過所述轉(zhuǎn)子中的主磁場(chǎng)繞組被循環(huán)，所述轉(zhuǎn)子既包括所述交流勵(lì)磁繞組又包括主磁場(chǎng)繞組，整流的勵(lì)磁繞組電流通過所述主磁場(chǎng)繞組流動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電機(jī)，其中，至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子端子增添電容器，以提供濾波或者控制動(dòng)作來改善所述電機(jī)的性能。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的電機(jī)，其中，參照運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件，所述轉(zhuǎn)子和所述定子互換。
17.一種用于操作電機(jī)的方法，所述方法包括提供定子和轉(zhuǎn)子的步驟，其中，所述定子包括多極定子繞組組，所述轉(zhuǎn)子包括多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)或者凸極設(shè)計(jì)，所述多極圓柱形轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)或者凸極設(shè)計(jì)具有在圓柱形轉(zhuǎn)子上的至少二相轉(zhuǎn)子繞組組，所述至少二相轉(zhuǎn)子繞組組具有與所述定子相同數(shù)量的極，和，通過二次繞組以產(chǎn)生諧波磁通或者通過具有外部勵(lì)磁源的標(biāo)準(zhǔn)三相繞組，所述定子繞組通過定子電流不平衡或者疊加而提供對(duì)所述轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁。
18.—種基本上如本文所描述的新型電機(jī)。
19.一種基本上如本文參考附圖中的任一附圖所描述的電機(jī)。
20.一種用于操作基本上如本文所描述的電機(jī)的新方法。
21.一種用于操作基本上如本文參考附圖中的任一附圖所描述的電機(jī)的方法。
【文檔編號(hào)】H02K19/12GK104335464SQ201380013456
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月16日
【發(fā)明者】拉塞爾·赫伯特, 羅伯特·梅萊亞 申請(qǐng)人:吉恩Rh8有限公司