專利名稱：旋轉(zhuǎn)式電力機械變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種獨立權(quán)利要求的前序部分所述類型的旋轉(zhuǎn)式電力機械變換器。
背景技術(shù)：
這種變換器從W003/075437 (US7164219)已知，申請人認為該文獻是最接近的現(xiàn)有技術(shù)。雖然這份公開文獻詳細描述了這種不具有永磁構(gòu)件的變換器的實施例，但它在權(quán)利要求4中提到中間轉(zhuǎn)子(第二轉(zhuǎn)子)，所述中間轉(zhuǎn)子在一個表面上設(shè)有永磁材料和在另一表面上設(shè)有容納外部可接近的控制繞組的凹槽。在第5頁第26行至第6頁第12行描述了這個結(jié)構(gòu)是怎樣導(dǎo)致在其中開有凹槽的轉(zhuǎn)子表面上形成“虛擬磁極”的，所述磁極能夠在繞組中控制電流的影響下在中間轉(zhuǎn)子的圓周方向上轉(zhuǎn)變。它的目的被理解為試圖影響滲透到定子中的由永磁構(gòu)件產(chǎn)生的部分磁力線，并且當變換器以更高旋轉(zhuǎn)速度運行時，這個定子磁力線必須減小。確實，當旋轉(zhuǎn)機械以更高旋轉(zhuǎn)速度運行時，減小旋轉(zhuǎn)機械的定子中的磁力線是很長時間以來本身已知的一項措施。然而，根據(jù)所述提議得到的方法的效率不是非常高，同時實施這項提議所必需的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)存在幾個缺陷。W003/075437還注意到為了在中間轉(zhuǎn)子的表面上形成可轉(zhuǎn)換的虛擬磁極(因而沒有材料磁極和沒有凸極)，這個轉(zhuǎn)子必需具有基本平滑的表面，禁止使用在中間轉(zhuǎn)子的圓周方向上具有相當尺寸的凹槽。因而任意繞組必須被容納在轉(zhuǎn)子本體的凹槽中，所述凹槽經(jīng)由寬度稍微大于繞組所使用電線的直徑的窄縫進入凹槽而與所述中間轉(zhuǎn)子表面相連接。作為結(jié)果，最終得到的繞組置于這些凹槽中，將因小填充因子而非常不規(guī)則，并且可能不非常有效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在消除這些缺陷并且基于如下認識:通過控制和改變由永磁構(gòu)件產(chǎn)生的磁力線已經(jīng)在中間轉(zhuǎn)子的本體中和在磁構(gòu)件附近的部分中間轉(zhuǎn)子材料中的路徑和幅值，并且以這種方式控制這部分實際上到達定子的磁力線。因而，根據(jù)本發(fā)明的變換器的特征是獨立權(quán)利要求的措施。權(quán)利要求2和3描述了這個概括構(gòu)思的實施例。應(yīng)注意到由這些裝置產(chǎn)生的磁力線也能夠用作有用的定子磁力線。本發(fā)明所提議的措施確保以簡單的方式且不需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述定子中磁力線的路徑和幅值能夠通過適中的控制電流高效地控制，并因而具有最小損失。在權(quán)利要求4-6中描述以徑向磁力線結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的電力機械變換器的可能實施例。權(quán)利要求4中描述的實施例在車輛中是有利的，以便在第二 (外部)轉(zhuǎn)子高速時減小所述定子磁力線，從而所述定子鐵芯損耗和定子電壓受到限制。特別地，權(quán)利要求5所述的實施例提供了控制第一(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子中的磁力線的可能性。這在第二 (外部)轉(zhuǎn)子低速時需要低輸出轉(zhuǎn)矩的情況下是有利的。在那種情況下，第一轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩也是低的，從而第一轉(zhuǎn)子中的磁力線也可被減小并且第一轉(zhuǎn)子中的鐵芯損耗和第一轉(zhuǎn)子電壓受到限制。這種類型的運行發(fā)生在具有二次轉(zhuǎn)矩-速度特征的驅(qū)動系統(tǒng)中，例如船舶的推進系統(tǒng)中。本發(fā)明提供這樣的可能性，即在低速時船舶的優(yōu)秀速度控制，但在更高速度時使用第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子之間的機械鎖定。這在拖船和消防船中是非常有用的。在權(quán)利要求7和8中描述以軸向磁力線結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的電力機械變換器的優(yōu)選實施例。在權(quán)利要求9和10中描述進一步優(yōu)選的實施例。應(yīng)當注意的是，以徑向磁力線和軸向磁力線結(jié)構(gòu)的這種類型的電力機械變換器本身從許多公開文獻是已知的。例如W000/34066(AB ABB)描述了一種以徑向磁力線和軸向磁力線結(jié)構(gòu)的電力機械變換器，所述電力機械變換器具有永磁構(gòu)件以產(chǎn)生運行所述機械所必需的磁力線，然而沒有公開定子中的永磁力線可被控制的任何方法。(然而，從實踐中已知AB ABB為此目的而使用定子結(jié)構(gòu)中的繞組。)M.Aydin、S.Huang 和 T.A.Lipo 在文章 “Axial Flux Permanent Magnet DiscMachine:A Review (評述軸向磁力線式永磁盤式機械)”中對軸向磁力線機械給出了優(yōu)秀的概述以及相關(guān)文獻的擴展列表。此外，M.J.Hoei jmakers(本發(fā)明的發(fā)明人)和 J.A.Ferreira在 IEEE Transactionson Industry Application (關(guān)于工業(yè)應(yīng)用的IEEE學(xué)報),2006年7月/八月期發(fā)表的文章“The Electric Variable Transmission (電力可變傳輸)”給出了關(guān)于例如本發(fā)明的電力機械變換器的理論背景的清楚概述。W02007/107691和W02010/015299描述了一類具有可變變速比的磁力變速箱，其具有第一、旋轉(zhuǎn)、環(huán)形的外部構(gòu)件，設(shè)有永磁體，第二、旋轉(zhuǎn)環(huán)形的內(nèi)部構(gòu)件，也設(shè)有永磁體，并且在二者之間的套管形的第三構(gòu)件，具有徑向輔助極以調(diào)制以各自磁體產(chǎn)生的徑向指向的交互磁場。根據(jù)W02010/015299，這些輔助極的磁性材料能夠被驅(qū)動到磁性飽和以使它們不活躍。本發(fā)明所提議的具體措施是不能從這些公開文獻得知的，或者對這些公開文獻顯而易見的。根據(jù)本發(fā)明的電動機器變換器能夠被使用、控制、與主原動機結(jié)合并且設(shè)有通電電路的方法與上述現(xiàn)有技術(shù)中相同，因而這里不再討論。參照附圖給出的下述描述將只涉及根據(jù)本發(fā)明控制定子中磁力線的方法。


本發(fā)明將依據(jù)附圖進行闡明。這里示出:圖1示意性地且以截面圖的形式示出電力機械變換器的總布置，其中集成了本發(fā)明的措施；圖2是這個變換器的沿線I1-1I的截面圖；圖3-6是這個實施例的定子、中間轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子的一部分的互相類似的截面圖，在這里示出了磁力線在各種運行階段的分布，它取決于第二轉(zhuǎn)子的繞組中的直流電流；圖7是類似于圖2所示變換器的截面圖，其稍微不同于所述中間轉(zhuǎn)子中控制繞組的結(jié)構(gòu)；
圖8是以軸向磁力線結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的電力機械變換器的示意性截面圖；圖9是這個變換器的部分示意性端視圖；圖10是這個第二轉(zhuǎn)子的部分示意性展開圖；圖11是類似于圖3-6的截面圖，示出這樣一個實施例，即所述永磁體之間的區(qū)域的磁態(tài)利用多個永磁控制構(gòu)件改變。
具體實施例方式圖1示出電力機械變換器的一般結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的措施集成于其中，所述電力機械變換器的一般結(jié)構(gòu)以徑向結(jié)構(gòu)形式包括具有圓柱形壁4和兩個圓柱形端壁6，8的殼體2。具有繞組12的定子10連接到圓柱形壁4的內(nèi)側(cè)，并且在殼體2內(nèi)還容納第一轉(zhuǎn)子14和第二轉(zhuǎn)子18，其中第一轉(zhuǎn)子14具有它的多相繞組16，第二轉(zhuǎn)子18環(huán)繞第一轉(zhuǎn)子14，第二轉(zhuǎn)子18在它的朝向第一轉(zhuǎn)子14的徑向內(nèi)表面上具有永磁構(gòu)件20。第二轉(zhuǎn)子18也可被稱作中間轉(zhuǎn)子，承載控制繞組19，控制繞組19連接到滑環(huán)和電刷的組件23，滑環(huán)和電刷的組件23又連接到可控制的DC電源25。第一轉(zhuǎn)子14和第二轉(zhuǎn)子18都能夠圍繞公共軸線21旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部轉(zhuǎn)子14連接到軸22，軸22可以認為是電力機械變換器的輸入軸，并且這個軸分別承載在軸承24和26中，軸承24和26分別容納在主圓柱形殼體2的端壁6中和主圓柱形輔助殼體27的右手端壁中。這個殼體27在它的圓柱形壁處承載第二轉(zhuǎn)子18，并且在右手側(cè)連接到具有同一軸線21的徑向延伸的軸28且被認為構(gòu)成電力機械變換器的輸出軸。這個軸支撐在主殼體2的端壁8中的軸承30中。殼體27在左手側(cè)支承在軸22上的軸承29中。上述部件與包括第一 AC/DC變換器34和第二 AC/DC變換器36的電力電路相協(xié)作，第一 AC/DC變換器34和第二 AC/DC變換器36都與蓄電池38相協(xié)作。圖1中示出變換器34的AC連接器40連接到電刷和滑環(huán)組件42，電刷和滑環(huán)組件42的滑環(huán)以本身已知的方式連接到第一轉(zhuǎn)子14的三相勵磁繞組16 ;變換器36的AC終端44也如所已知的連接到定子12的三相勵磁繞組。變換器34的各自DC終端46和變換器36的DC終端48相互連接并且連接到電池38。AC輸出端40和44可分別傳輸頻率為零的AC電流，因而，實際上是DC電流。這原則上在現(xiàn)有技術(shù)中也是已知的。圖3-6顯示穿過包括定子10、中間轉(zhuǎn)子18和第一轉(zhuǎn)子14的組件的部分截面圖。圖3-6顯示定子10和第二轉(zhuǎn)子18之間的第一空氣間隙52，第二轉(zhuǎn)子18又經(jīng)由第二空氣間隙50環(huán)繞最內(nèi)部的第一轉(zhuǎn)子14。第一轉(zhuǎn)子14、第二轉(zhuǎn)子18和定子10具有已知堆疊的疊片結(jié)構(gòu)，其在第一轉(zhuǎn)子14中具有容納勵磁繞組16的凹槽53和在定子中具有容納勵磁繞組12的凹槽54。第二、中間轉(zhuǎn)子18承載多個永磁構(gòu)件56a...56h，它們緊鄰空氣間隙52 (參見圖2)在圖3-6中示出了其中的兩個永磁構(gòu)件，分別用56a和56b表示。它們被徑向磁化且其磁極在圓周方向上交替。例如，對于永磁構(gòu)件56a,第一磁極N指向徑向向外(指向定子10)和第二磁極(S)指向徑向向內(nèi)(朝向第一轉(zhuǎn)子14);對于永磁構(gòu)件56b，位置恰好相反:在這里，第二磁極(S )指向徑向向外，指向定子IO，第一磁極(N )指向徑向向內(nèi)(指向第一轉(zhuǎn)子14)。根據(jù)本發(fā)明，第二轉(zhuǎn)子18包括沿約束空隙間隙52的外圓周49分布的多個徑向向內(nèi)指向的凹槽，在圖2和7中用附圖標記60a...60h表示，在圖3_6中顯示其中的一個凹槽并在那里用60a表示。這些凹槽60a "60h容納控制繞組61，控制繞組61承載DC電流，從而在第二轉(zhuǎn)子18的圓周方向上產(chǎn)生磁力線，磁力線橫過在圖3中用雙陰影線表示的、位于每個凹槽60的底部64和間隙50之間的間隔62。很清楚的是，通過這個控制繞組61的電流的方向和幅值在很大程度上控制通過這個中間區(qū)域62的磁力線的磁態(tài)和方向。注意的是，這些凹槽的入口能夠是相對寬的，因為表面49不是必需是平滑的表面，從而在凹槽中可能容納整潔的纏繞繞組，其具有高填充因子(因而具有高的控制效率)，并且使用適當?shù)挠不瘶渲芊馑霭疾?。相對于現(xiàn)有技術(shù)的方法(如在引言中所述的)而言的大優(yōu)點是所述繞組被容納。優(yōu)選地,磁體56a...56h的場強是使磁力線在兩個相鄰磁體(例如磁體56a和56b)之間產(chǎn)生,這兩個相鄰磁體在機械中不存在任何電流時由這些可控區(qū)域62分離，這個區(qū)域中的磁性材料已飽和并因而顯示高磁阻。這是因為從磁體56a的N極發(fā)出的磁力線分成兩部分，第一部分穿過定子10，第二部分穿過區(qū)域62。如在引言中已經(jīng)闡述的，有創(chuàng)造性的構(gòu)思實際上是通過控制位于凹槽60下面的狹窄區(qū)域62的磁化狀態(tài)，從永磁體56發(fā)出的磁力線的〈溝道效應(yīng) > 和控制，以及還有穿過這些區(qū)域的磁力線。在所示實施例中，它可利用流過這些凹槽60中的繞組61的DC電流進行影響:由這個電流產(chǎn)生的磁場指向轉(zhuǎn)子18的圓周方向，并且根據(jù)這個電流的方向，能夠指向右或指向左，并因而支持或者抵消磁體56產(chǎn)生的磁力線。當如圖所示，磁體56a的S極位于空氣間隙50附近和磁體56b的N極位于空氣間隙附近時，則不存在穿過控制繞組的任意電流時，區(qū)域62中的磁力線流向右，從磁體56a的N極流向磁體56b的S極。還存在從磁體56a的N極出發(fā)，穿過第二轉(zhuǎn)子和定子10之間的空氣間隙，然后流過定子10，再穿過空氣間隙并且流到磁體56b的S極的磁力線。依據(jù)電力機械變換器的運行條件，本發(fā)明旨在控制穿過定子10的這個磁力線。最后,存在從磁體56b的N極流出和同時穿過空氣間隙50兩次,經(jīng)由第一轉(zhuǎn)子14流到磁體56a的部分磁力線。這部分磁力線在實踐中不受區(qū)域62的狀態(tài)的影響。下面將描述定子中的磁力線能夠利用占據(jù)第二轉(zhuǎn)子18中的凹槽的繞組中的控制電流進行控制。 圖3顯示所有繞組中的所有電流都是零的情形中的磁場線。從永磁體56a的N極到永磁體56b的S極的磁力線的最短路徑是穿過將飽和的區(qū)域62。因此，區(qū)域62的磁阻將是高的并且更大部分的磁力線將流過定子10。這是以連接到輸出軸28的第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子的正常速度運行的情形。圖4顯示定子和第一 轉(zhuǎn)子中的電流是零的情形。然而，在凹槽60中的第二轉(zhuǎn)子繞組61中的DC電流現(xiàn)在具有的數(shù)值使區(qū)域62中的磁力線為零。作為這個相對低電流的結(jié)果，這個區(qū)域的磁阻是低的。從磁體56a的N極到磁體56b的S極的所有磁力線流過定子
10。這是第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子以相對低速度運行的基本情形。圖5顯示定子和第一轉(zhuǎn)子中的電流再次為零的情形。然而，凹槽60中的第二轉(zhuǎn)子繞組61的DC電流具有的數(shù)值使區(qū)域62中的磁力線位于與圖3相比相反的方向上。在這種情況下，DC電流有助于流過定子的磁力線，因而定子磁力線高于圖4的情況，也高于磁體磁力線。這是第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子以非常低的速度運行的基本情形。由于高定子磁力線，定子電流對第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩的貢獻相對高。圖6顯示凹槽60中第二轉(zhuǎn)子繞組61中的DC電流與圖4和5情形中的DC電流相反的情形。定子和第一轉(zhuǎn)子中的電流再次為零。從永磁體56a的N極到永磁體56b的S極的流過區(qū)域62的磁力線在這種情況下大于圖3的情況。作為結(jié)果，區(qū)域62中的飽和度也高于圖3的情況，通過定子10的磁力線將更低。實際上，存在一種在定子弱化的活動場。這是第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子和輸出軸28以非常高速度運行的基本情形。該電力機械變換器能夠用作汽車的無級變速器，當機動車減速和還具有純電動區(qū)域的可能性時與可再充電的電池相結(jié)合以恢復(fù)能量。于此相關(guān)，應(yīng)注意根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變換器原則上也具有這些功能可能性，但根據(jù)本發(fā)明的變換器具有更低運行損耗的優(yōu)點，并因而具有更聞的效率。連接到第一轉(zhuǎn)子14的第一軸22則是輸入軸，連接到機動車的發(fā)動機，例如柴油發(fā)動機，它在整個運行期間以它的額定或更有效率的速度，例如1500rpm，運行。第二軸28是輸出軸，連接到機動車的主減速器。當然，機動車的每個牽引輪也可能連接到它自己的變換器。這對機械變換器的各種運行狀態(tài)沒有影響。應(yīng)注意的是，圖1中示出的電變換器34和36分別能將DC電流變換成具有可變頻率的AC電流，但是這個AC電流也能具有零頻率，則在這種情況下實際上是DC電流。當啟動發(fā)動機時,軸22最初是靜止的。為了使機動車在啟動過程中維持靜止,定子10中的多相繞組12被供給DC電流。第二轉(zhuǎn)子繞組19中的DC電流通?？梢允橇?。第一轉(zhuǎn)子14上的多相繞組16被供給一組多相電流，它的頻率從零增加到對應(yīng)發(fā)動機啟動速度的數(shù)值。接著，燃料被供給到發(fā)動機，發(fā)動機啟動。當機動車被驅(qū)離時，第一轉(zhuǎn)子14上的多相繞組16被供給一組多相電流，它的頻率增加，使軸22加速到希望的(最佳)發(fā)動機速度，當噴射的燃料量也增加時，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩從第一軸22直接傳遞到第一轉(zhuǎn)子14上，經(jīng)由空氣間隙50中的磁場，傳遞到第二轉(zhuǎn)子18上的永磁體20和傳遞到第二軸28。此外，電能從第一轉(zhuǎn)子14上的多相繞組16經(jīng)由滑環(huán)和電刷42撤退到AC/DC變換器34的AC終端40。產(chǎn)生的DC電流從DC終端46流到DC/AC變換器36的DC終端48。這個DC電流可由來自電池38的電流增加電壓。來自DC/AC變換器36的AC終端44的多相電流的頻率與第二軸28的速度相關(guān)聯(lián)，例如利用速度傳感器。來自AC終端44的這些多相電流被供給到定子10上的繞組12，并因而導(dǎo)致來自第二轉(zhuǎn)子18上的定子10和第二軸28上的轉(zhuǎn)矩。在非常低的機動車速度時，定子10中的磁場通過供給第二轉(zhuǎn)子控制繞組19相對高的DC電流而增加。因而，來自第二轉(zhuǎn)子18上的定子10的轉(zhuǎn)矩也增加。由于從第一轉(zhuǎn)子14到第二轉(zhuǎn)子18上的直接轉(zhuǎn)矩和從定子10到第二轉(zhuǎn)子18上的轉(zhuǎn)矩，機動車速度將增加。作為結(jié)果，供給到定子10上的繞組12的來自AC終端44的多相電流的頻率也將增加。在加速過程中，第二軸28上的希望的最大轉(zhuǎn)矩下降。因為這個原因，定子10中的磁場可通過降低第二轉(zhuǎn)子繞組19中的DC電流而降低。這對定子10中的鐵磁損耗和定子10上的繞組12的電壓水平具有有利的影響。當達到希望的機動車速度時，定子電流的負荷角的數(shù)值減小到使轉(zhuǎn)矩維持在保持機動車速度恒定的數(shù)值。當機動車速度的數(shù)值增加到使第一軸22的速度等于第二軸28的速度時，存在直接驅(qū)動的情況。在這種情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩從第一轉(zhuǎn)子14經(jīng)由空隙間隙50完全傳遞到第二轉(zhuǎn)子18。為了傳遞這個轉(zhuǎn)矩，第一轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)子繞組16被供給DC電流。經(jīng)由AC/DC變換器34的DC終端46幾乎不具有任何能量遷移(只有一些損耗)。在第二轉(zhuǎn)子繞組19和定子繞組12中不存在電流。在這種情況下，總變換器損耗達到最小。當機動車速度進一步增加時，但維持發(fā)動機速度，所述變換器超速傳動。在這種情況下，存在電能從定子繞組12流到DC/AC變換器36，流到DC/AC變換器34，流到電刷和滑環(huán)42的組，進一步流到轉(zhuǎn)子繞組16?，F(xiàn)在，定子10施加制動轉(zhuǎn)矩到第二轉(zhuǎn)子14上(第二軸28上的轉(zhuǎn)矩小于第一軸22上的轉(zhuǎn)矩)。在相對高的機動車速度時，所述定子以所謂場弱化模式運行。這通過將第二轉(zhuǎn)子18的繞組19中的DC電流降低到相對低或零來得到。在極其高的機動車速度時，定子場可通過使第二轉(zhuǎn)子18的繞組19中的DC電流反向來進一步降低。為了影響恢復(fù)的制動，轉(zhuǎn)子繞組16中的電流設(shè)置為零，定子繞組12中的電流負荷角的數(shù)值調(diào)整為使定子10將制動轉(zhuǎn)矩施加到第二轉(zhuǎn)子18上。在這種情況下，電能從定子繞組12經(jīng)由DC/AC變換器36流動到電池38。在電池接近是滿的情況下，一部分電能可被引導(dǎo)到第一轉(zhuǎn)子繞組16，經(jīng)由DC/AC變換器34和電刷和滑環(huán)42。這導(dǎo)致發(fā)動機上的致動轉(zhuǎn)矩，且一部分能量在發(fā)動機中被耗散。最后，可實現(xiàn)純電動驅(qū)動?，F(xiàn)在，轉(zhuǎn)子繞組16中的電流設(shè)置為零，并且定子繞組12中的多相電流的負荷角的數(shù)值調(diào)整為使定子10將加速轉(zhuǎn)矩施加到第二轉(zhuǎn)子18上。在這種情況下，電能從電池38流到定子繞組12，經(jīng)由DC/AC變換器36。當在純電動驅(qū)動中需要非常高的輸出轉(zhuǎn)矩時，發(fā)動機可被機械阻止，第一轉(zhuǎn)子繞組16可經(jīng)由電刷和滑環(huán)42及DC/AC變換器34從電池38供給一組多相電流。在這種情況下，第一轉(zhuǎn)子作為支持真實定子動作的一種第二定子。圖7顯示具有繞組61的凹槽60，但除此之外，圖7還顯示了在布置中具有輔助繞組71的相對淺的輔助凹槽70a’，70a’’，在該布置中具有包括一個凹槽60的兩個這種凹槽70。以這種方式可實現(xiàn)磁力線通過第二轉(zhuǎn)子18和定子10的分布的不同控制。圖7顯示了對稱結(jié)構(gòu)，但這并非嚴格必需的，對于特定的運行模式，非對稱結(jié)構(gòu)可能更好。上述結(jié)構(gòu)是徑向磁力線結(jié)構(gòu)。軸向磁力線結(jié)構(gòu)也是可能的。這種軸向磁力線結(jié)構(gòu)已公知與不具有本發(fā)明的特征的電力機械變換器相結(jié)合。例如W000-34066 (ABB)顯示處于軸向磁力線結(jié)構(gòu)的電力機械變換器。圖8非常示意性地顯示具有軸向磁力線結(jié)構(gòu)的電力機械變換器的一般結(jié)構(gòu)，其中合并了本發(fā)明。所述布置包括殼體80，殼體80具有圓柱形壁82和圓形端壁84，86。環(huán)形定子88由端壁84直接承載并且設(shè)有三相勵磁繞組90。第一轉(zhuǎn)子92由固定到輸入軸96的盤94承載，并且這個輸入軸96支撐在壁86中的軸承98和盤102中的第二軸承100中；盤102支撐具有磁體106的第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子104 ;第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子104和磁體106都具有環(huán)形結(jié)構(gòu)。盤102承載輸出軸107，輸出軸107支撐在端壁84中的軸承108內(nèi)。在這里也存在第一 AC/DC變換器110，第一 AC/DC變換器110的AC終端112連接到滑環(huán)和電刷組件114，與第一轉(zhuǎn)子92上的繞組116相協(xié)作。第二 AC/DC變換器117的AC終端118連接到定子88的繞組90。DC終端120，122各自互相連接并且連接到電池124。圖9顯示第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子104的可能實施例的部分示意性側(cè)視圖，圖10顯示它在平面中的展開圖。所述轉(zhuǎn)子具有層疊結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)設(shè)有切口，在圖中示出為3個，分別用130a、130b、130c表示。它們?nèi)菁{永磁體，在圖中示出為3個，用106a、106b、106c表示。這些磁體的磁極在所述轉(zhuǎn)子的圓周方向上交替出現(xiàn)。存在圍繞轉(zhuǎn)子104布置的徑向凹槽，在圖中示出為3個，用132a、132b、132c表示，它們?nèi)菁{繞組134。整個繞組134實際上是串行連接的繞組部分，每個繞組部分占用凹槽的一半和相鄰凹槽的相鄰的一半，例如用符號“O”和“〈”表示。這個繞組134的功能與上述徑向磁力線實施例中的相關(guān)繞組61的功能相同，因而這里不再詳細描述。這個繞組134必須經(jīng)由滑環(huán)和電刷組件(未顯示)或者經(jīng)由例如本身已知但這里未顯示的無接觸組件(進給的AC勵磁繞組、拾取繞組和整流器)進給可控DC電流。在每個凹槽下面在第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子104的磁性材料中存在這樣的區(qū)域，它們在圖中顯示為3個，分別用135a、135b和135c表示(參見圖10)，它的功能與上述根據(jù)本發(fā)明的變換器的第一徑向磁力線實施例中區(qū)域62的功能相符。磁力線從永磁體發(fā)出且滲入到定子88可由這些區(qū)域的磁化狀態(tài)控制，這個方法在原則上與上述圖1-7中關(guān)于徑向磁力線實施例相同。圖11示意性地顯示中間轉(zhuǎn)子18的一部分，其中，具有繞組61的凹槽60已經(jīng)由多個伸長的圓柱形控制元件150代替，伸長的圓柱形控制元件150容納在第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子18的適當伸長的凹槽152中，使得它們能夠圍繞它們各自的軸線154旋轉(zhuǎn)。它們在徑向方向上被磁化(或者包括適當數(shù)量的離散永磁構(gòu)件)使得它們具有N極和與此相對的S極。它們相對于軸向154的取向影響永磁體56a、56b之間的區(qū)域的磁化狀態(tài)，在這里這個區(qū)域用162表示。應(yīng)當理解的是，在構(gòu)件150的所示取向上，在這個區(qū)域162中從磁體56a、56b發(fā)出的磁力線將被增強，但圍繞軸線154旋轉(zhuǎn)180°將導(dǎo)致這個磁力線被抵消的情形。中間情形當然也是可能的。所述各自構(gòu)件在實踐中將從轉(zhuǎn)子18突出一端，并且與用于設(shè)定它們的取向的適當控制機構(gòu)相協(xié)作。很清楚的是，上述描述只用于解釋本發(fā)明的基本原理，并不意圖顯示根據(jù)本發(fā)明的變換器的每一部分并且在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)對所示實施例的變型是可能的。因而所述第二轉(zhuǎn)子能夠具有實心的整體結(jié)構(gòu)，代替上述層疊結(jié)構(gòu)，并且所述實心結(jié)構(gòu)和層疊結(jié)構(gòu)能夠用螺栓增強。容納勵磁繞組的凹槽能夠被封閉或打開。電力電子設(shè)備，例如變換器34和36及控制電路，能夠用商業(yè)上可獲得的部件構(gòu)成，并且專家們在設(shè)計它們時不會遇到任何問題。例如，能夠使用與具有永磁體的同步電機相結(jié)合的商業(yè)上使用的控制電路。
權(quán)利要求
1.旋轉(zhuǎn)式電力機械變換器(2，80)，包括:圍繞公共軸線(21)布置的， -定子(10, 88)，其包括磁路和多相勵磁繞組(12，90)， -第一(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子(14，92)，其與所述定子(10，88)相距一距離并且聯(lián)接到第一外部可接近的軸(22，96)，所述第一(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子(14，92)包括磁路和多相勵磁繞組(16，116)，-第二(中間)轉(zhuǎn)子(18，104)，其位于所述第一轉(zhuǎn)子(14，92)和定子(10，88)之間，聯(lián)接到第二、外部可接近的軸(28，107)，所述第二(中間)轉(zhuǎn)子(18，104)包括磁路和永磁構(gòu)件(20，56, 106),用于與至少所述定子(10，88)的磁路相協(xié)作，以便由這些永磁構(gòu)件(20，56，106)產(chǎn)生的磁力線橫截這些磁轉(zhuǎn)子電路和定子電路， 其特征在于， 每個用于改變各自第二轉(zhuǎn)子區(qū)域(62，135，162)的至少一部分的磁化狀態(tài)的裝置位于兩個連續(xù)的永磁構(gòu)件(20，56，106)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于， 所述裝置包括用于承載DC電流的至少一個外部可接近的控制繞組(19，61，134)，所述永磁構(gòu)件(20，56, 106)和控制繞組(19，61, 134)布置成使得一方面由所述永磁構(gòu)件(20，56，106)產(chǎn)生的和另一方面由至少一個控制繞組(19，61，134)中的電流產(chǎn)生的各自磁力線在這個轉(zhuǎn)子(18，104) 中共用占用連續(xù)永磁構(gòu)件(20，56，106)之間的各自中間轉(zhuǎn)子區(qū)域的至少一部分的至少一個共同磁路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于， 所述裝置包括永磁控制構(gòu)件(150)，其可調(diào)整它的磁極的取向并且容納在這個轉(zhuǎn)子中的在所述永磁構(gòu)件(20，56)之間的區(qū)域附近的位置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的變換器，其特征在于， -所述定子(10)具有圓柱形結(jié)構(gòu)并且經(jīng)由第一空氣間隙(52)圍繞套管形的第二(中間)轉(zhuǎn)子(18)，所述套管形的第二(中間)轉(zhuǎn)子(18)具有指向所述定子(10)的第一外表面和指向第一轉(zhuǎn)子(14)的第二外表面，第二空氣間隙(50)出現(xiàn)在這個第二外表面和圓柱形第一轉(zhuǎn)子(14)之間， -所述永磁構(gòu)件(20，56 )每個具有指向所述第一轉(zhuǎn)子(14)的第一磁極和指向所述定子(10)的相對的第二磁極，所述磁極分別具有第一磁極性和第二磁極性，所述極性在圓周方向上在相鄰磁極之間交替， -第一磁路，其從每個第一磁極出發(fā)，橫過所述相鄰的第二空氣間隙，穿過所述第一轉(zhuǎn)子(14)的磁路延伸，返回到相反極性的每個相鄰磁極， -第二磁路，其從每個第二磁極出發(fā)，橫過所述第一空氣間隙，穿過所述定子(10)的磁路延伸，到達相反極性的每個相鄰磁極，和 -第三磁路(62)，其存在于相反極性的相鄰磁極之間的第二轉(zhuǎn)子(18)中并且在這個轉(zhuǎn)子的圓周方向上延伸， -所述第二(中間)轉(zhuǎn)子設(shè)有位于所述第三磁路(62)附近的控制繞組(19，61)以承載所述可控DC電流，使得由所述控制繞組(19，61)中的電流產(chǎn)生的磁力線疊加由所述永磁構(gòu)件(20，56)提供的磁力線并且穿過這些第三磁路且藉此控制在定子(10)中的至少第一磁路內(nèi)的磁力線密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的變換器，其特征在于，-所述定子具有圓柱形結(jié)構(gòu)并且經(jīng)由第一空氣間隙圍繞套管形的第二(中間)轉(zhuǎn)子，所述套管形的第二(中間)轉(zhuǎn)子具有指向所述定子的第一外表面和指向所述第一轉(zhuǎn)子的第二外表面，第二空氣間隙出現(xiàn)在這個第二外表面和所述圓柱形第一轉(zhuǎn)子之間， -所述永磁構(gòu)件每個具有指向所述定子的第一磁極和指向所述第一轉(zhuǎn)子的相反的第二磁極，所述磁極分別具有第一磁極性和第二磁極性，所述極性在圓周方向上在相鄰磁極之間交替， -第一磁路，其從每個第一磁極出發(fā)，橫過所述相鄰的第一空氣間隙延伸，穿過所述定子的磁路，返回到相反極性的每個相鄰磁極， -第二磁路，其從每個第二磁極出發(fā)，橫過所述第二空氣間隙延伸，穿過所述第一轉(zhuǎn)子的磁路，到達相反極性的每個相鄰磁極，和 -第三磁路，其出現(xiàn)在相反極性的相鄰磁極之間的第二轉(zhuǎn)子中并且在這個轉(zhuǎn)子的圓周方向上延伸， -所述第二(中間)轉(zhuǎn)子設(shè)有控制繞組，其位于所述第三磁路附近以承載可控DC電流，使得由所述繞組的電流產(chǎn)生的磁力線疊加由所述永磁構(gòu)件提供的磁力線且穿過這些第三磁路并且藉此控制所述第一轉(zhuǎn)子中至少第二磁路中的磁力線密度。
6.權(quán)利要求4或5所述的變換器，其特征在于， 所述第二(中間)轉(zhuǎn)子(18)中的控制繞組(19，61)容納在從所述第二轉(zhuǎn)子的外表面延伸到在這個轉(zhuǎn)子中位于所述永磁體(20，56)之間的空間附近的凹槽(60)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的變換器，其特征在于， -所述定子(88)、第一轉(zhuǎn)子(92)和第二轉(zhuǎn)子(104)每個都是圍繞公共軸線布置的盤形構(gòu)件， -所述定子(88)和第一轉(zhuǎn)子(92)每個都承載為環(huán)形結(jié)構(gòu)的外部可接近的多相勵磁繞組(90，116)， -所述第二轉(zhuǎn)子(104)位于所述定子(88)和第一轉(zhuǎn)子(92)之間并且在它的表面上承載徑向布置的永磁體(106)，所述永磁體(106)為環(huán)形結(jié)構(gòu)且具有指向第一轉(zhuǎn)子的第一極性的磁極和指向定子的相反極性的磁極，并且所述第二轉(zhuǎn)子(104)還承載控制繞組(134)或者在所述永磁構(gòu)件之間的各自區(qū)域附近的永磁控制構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變換器，其特征在于， -所述定子(88)、第一轉(zhuǎn)子(92)和第二轉(zhuǎn)子(104)被容納在圓柱形殼體(82)內(nèi)，所述圓柱形殼體(82)的第一端壁(86)在軸承(98)中承載第一軸(96)，所述第一轉(zhuǎn)子(94)連接到所述第一軸(96)， -這個第一軸(96 )的內(nèi)端部在軸承(100 )中支撐在所述第二轉(zhuǎn)子(92 )的中心，所述第二轉(zhuǎn)子(92)連接到支撐在所述殼體(84)的第二端壁中的軸承(108)內(nèi)的第二軸(107)，第二端壁(84)也承載所述定子(88)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-2和4-8所述的變換器，其特征在于， 所述第二(內(nèi)部)轉(zhuǎn)子(18，104)中的控制繞組(19，61，134)經(jīng)由電流整流裝置連接到拾取繞組，所述拾取繞組以電磁方式聯(lián)接到連接可控交流電源的勵磁繞組。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的變換器，其特征在于， 所述永磁構(gòu)件(20，56，106)的場強和它的布置使得它們之間的各自區(qū)域在機器的任意繞組中缺乏任意電流的情況下磁飽和。
全文摘要
從已知的旋轉(zhuǎn)式電力機械變換器出發(fā)，其中旋轉(zhuǎn)式電力機械變換器包括磁路和多相勵磁繞組的定子；第一內(nèi)部轉(zhuǎn)子，其具有磁路和多相勵磁繞組；和第二(中間)轉(zhuǎn)子，其位于所述第一轉(zhuǎn)子和定子之間，設(shè)有用來與至少定子的磁路相協(xié)作的永磁構(gòu)件，本發(fā)明提出提供用于改變所述第二轉(zhuǎn)子的各自位于兩個連續(xù)永磁構(gòu)件之間的各自區(qū)域的至少一部分的磁化狀態(tài)。
文檔編號B60K6/543GK103155385SQ201180042752
公開日2013年6月12日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者馬丁·雅各布斯·赫愛耶馬凱斯 申請人:馬丁·雅各布斯·赫愛耶馬凱斯