專利名稱：旋轉(zhuǎn)電動機及其驅(qū)動和運動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)電動機及其驅(qū)動和運動控制方法。
公知，旋轉(zhuǎn)電動機是將電能轉(zhuǎn)換為磁能、再由磁能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩形式機械能的裝置；其結(jié)構(gòu)分為磁能提供元件部分(例如設(shè)在定子和轉(zhuǎn)子上的電樞或永磁體)、機械部分(例如定子、轉(zhuǎn)子的機械件及其負(fù)載的運動部分)和運動控制部分(例如用于進行電樞控制的電子開關(guān)線路、位置傳感器和電流調(diào)控元件等)。其中，定子和轉(zhuǎn)子上磁能提供元件對應(yīng)工作磁極間的氣隙稱為耦合磁場，所述耦合磁場在磁能與機械能轉(zhuǎn)換中起媒介作用。在現(xiàn)有技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)電動機磁能提供元件工作磁極之N極和S極均在耦合磁場內(nèi)；其驅(qū)動方法是借助定子(或轉(zhuǎn)子)電樞電勵磁產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場、以磁拉力拖著轉(zhuǎn)子(或定子)磁能提供元件磁極旋轉(zhuǎn)，其運動控制方法是借助適時變換電勵磁磁極極性以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場和調(diào)控勵磁電流以調(diào)控電勵磁磁極的磁強來進行雙重電樞控制。現(xiàn)有技術(shù)的缺點在于1、由于磁能提供元件工作磁極之N極和S極均在耦合磁場內(nèi)，從而存在磁拉力矩與磁斥力矩相互抵消的較高風(fēng)險和容易發(fā)生轉(zhuǎn)子脈動、堵轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)現(xiàn)象；也就是說，其裝置的電能利用率和運行可靠性較低。
2、由于需要進行雙重電樞控制，尤其是用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的電樞控制部分元件(例如用于電子換向的GTR、MOSFET、IGBT或用于機械方法換向的電刷等)價格高昂和易損；故其運動控制成本和維護成本較高。
針對克服現(xiàn)有技術(shù)的缺憾，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種高性價比的旋轉(zhuǎn)電動機及其驅(qū)動和運動控制方法。
為實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種旋轉(zhuǎn)電動機，它由設(shè)在定子和轉(zhuǎn)子上的磁能提供元件部分、機械部分和運動控制部分構(gòu)成，其特征在于設(shè)在定子和轉(zhuǎn)子上的磁能提供元件在耦合磁場內(nèi)的磁極均極性同名并分別組成多個工作磁極對，在每個工作磁極對中，兩個對應(yīng)工作磁極間的氣隙間隔距離均等和磁極直軸(在本文中，所述磁極直軸的定義乃磁極軸線，即N極至S極或S極至N極的極向軸線)不在同一直線上且其交角同指往順時針方向或逆時針方向。該旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動方法的特征在于借助各工作磁極對在耦合磁場內(nèi)工作磁極磁勢相交所發(fā)生的磁斥力矩共同推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于只借助其各工作磁極對所發(fā)生磁斥力矩的合力驅(qū)動而所述磁斥力矩與勵磁電流成正比，因此，其運動控制方法的特征在于它僅需調(diào)控勵磁電流便能實施運動控制。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)電動機具有較高性價比。理由如下1、由于本發(fā)明旋轉(zhuǎn)電動機耦合磁場內(nèi)不存在異名磁極，磁斥力矩被磁拉力矩被削弱的程度較低；因此，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)電動機的電能利用率較高。又由于本發(fā)明旋轉(zhuǎn)電動機轉(zhuǎn)子只被磁斥力矩單向(往順時針方向或逆時針方向)推動而不容易發(fā)生脈動、堵轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因此，其運行可靠性較高。
2、由于本發(fā)明旋轉(zhuǎn)電動機在進行運動控制時僅需調(diào)控勵磁電流而不必適時變換電勵磁磁極極性，因此，能顯著降低其運動控制成本和維護成本。
下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明附

圖1是本發(fā)明一種旋轉(zhuǎn)電動機的定子和轉(zhuǎn)子截面結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖；附圖2是本發(fā)明又一種旋轉(zhuǎn)電動機結(jié)構(gòu)圖；附圖3是附圖2的G-G截面圖。
在本發(fā)明旋轉(zhuǎn)電動機的一個優(yōu)選實施例中，該旋轉(zhuǎn)電動機是一種旋轉(zhuǎn)磁極式永磁電動機，其定子和轉(zhuǎn)子截面結(jié)構(gòu)見附圖1。在附圖1中A是轉(zhuǎn)子，它由固定在轉(zhuǎn)軸1上的轉(zhuǎn)子芯體2和設(shè)于轉(zhuǎn)子徑向外緣的永磁磁環(huán)3構(gòu)成(永磁磁環(huán)3亦即設(shè)在轉(zhuǎn)子上的磁能提供元件。當(dāng)然，在雙邊電勵磁旋轉(zhuǎn)電動機中，該永磁磁環(huán)可以被電樞取代)；該永磁磁環(huán)2采用徑向充磁，故其磁極直軸(即其充磁方向，也就是圖中N極到S極的磁勢方向)D1、D3、D5…在轉(zhuǎn)子圓心的放射線上。B是定子，它由多組固定在電樞座6上、由電樞鐵芯4和電樞繞組5構(gòu)成的電樞復(fù)合而成(該定子上有多組電樞，圖中只用實線畫出其中一組和用虛線畫出另外兩組)；所述電樞亦即定子上的磁能提供元件，當(dāng)電勵磁時，電樞鐵芯產(chǎn)生極性如圖中所示的磁極；而圖中的D2、D4、D6等則為其磁極直軸。轉(zhuǎn)子和定子上磁能提供元件磁極分別組成多個工作磁極對，工作磁極對對應(yīng)磁極間的氣隙E為其耦合磁場，E在磁能向機械能轉(zhuǎn)換過程中起媒介作用。從附圖1中可見在耦合磁場中的磁極均為S極，各工作磁極對磁極間的氣隙間隔距離均等且直軸D1和D2或D3和D4或D5和D6等均不在同一直線上，它們的交角同指往逆時針方向。各工作磁極對磁極的磁勢(亦即其直軸軸線)在耦合磁場E里交匯產(chǎn)生磁斥力矩F1、F2和F3…等，它們共同推動轉(zhuǎn)子往逆時針方向旋轉(zhuǎn)。由于在其耦合磁場中的磁極均為S極而不同磁能提供元件同的異名磁極相距較遠(yuǎn)，故磁拉力對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的負(fù)面影響輕微，也就是說，該旋轉(zhuǎn)電動機的磁能利用率較高，亦即其電能利用率較高。又由于其轉(zhuǎn)子只受到單向推力，故轉(zhuǎn)子不容易脈動、堵轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。此外，由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與磁斥力矩F1、F2和F3…等的大小成正比，亦即與勵磁電流成正比；故該旋轉(zhuǎn)電動機只需調(diào)節(jié)勵磁電流便可方便、精確地進行運動控制；也就是說，該旋轉(zhuǎn)電動機的運動控制成本是較低的。
在本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例中，該旋轉(zhuǎn)電動機的結(jié)構(gòu)見附圖2和3(附圖2和3的圖標(biāo)定義與附圖1相同)。它除了轉(zhuǎn)子上的磁能提供元件采用兩片軸向充磁的永磁磁環(huán)3替代上述第一個優(yōu)選實施例旋轉(zhuǎn)電動機轉(zhuǎn)子的徑向充磁永磁磁環(huán)外，其余特征及工作原理均與上述第一個優(yōu)選實施例所述相同。
盡管已結(jié)合以上附圖及優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)解釋，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能認(rèn)識到，在不脫離權(quán)利要求所限定的實質(zhì)及保護范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明技術(shù)方案作出各種各樣的變化與及應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種由設(shè)在定子和轉(zhuǎn)子上的磁能提供元件部分、機械部分和運動控制部分構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)電動機，其特征在于設(shè)在定子和轉(zhuǎn)子上的磁能提供元件在耦合磁場內(nèi)的磁極均極性同名并分別組成多個工作磁極對，在每個工作磁極對中，兩個對應(yīng)工作磁極間的氣隙間隔距離均等和磁極直軸不在同一直線上且其交角同指往順時針方向或逆時針方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電動機，其驅(qū)動方法的特征在于它借助各工作磁極對在耦合磁場內(nèi)磁極磁勢相交所發(fā)生的磁斥力矩共同推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電動機，其運動控制方法的特征在于它僅借助調(diào)控勵磁電流實施運動控制。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)電動機及其驅(qū)動和運動控制方法，它拋棄現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)電動機利用定子(或轉(zhuǎn)子)電樞產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場、以磁拉力拖著轉(zhuǎn)子(或定子)磁極旋轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)驅(qū)動方式，改為單純依靠定子和轉(zhuǎn)子在耦合磁場內(nèi)工作磁極因極性同名、磁勢相交所發(fā)生的磁斥力矩推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；它在實施運動控制時只需調(diào)控電勵磁電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明旋轉(zhuǎn)電動機的電能利用率和運行可靠性較高、運動控制成本和維護成本較低，具較高性價比。
文檔編號H02K1/06GK1440107SQ0211087
公開日2003年9月3日 申請日期2002年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月22日
發(fā)明者嚴(yán)密, 唐濟民, 唐蔭溥 申請人:嚴(yán)密, 唐蔭溥