專利名稱：開關(guān)磁阻線性電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高功率系數(shù)的開關(guān)磁阻機(jī)器，該機(jī)器在任何線性情形中能作為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)運(yùn)行。這種機(jī)器具有使得它的制造非常經(jīng)濟(jì)的一些特點(diǎn)，無論什么情況下需要執(zhí)行致動(dòng)或從外部機(jī)械源獲取
電能，都可以應(yīng)用它；特別適合于需要最小化輸出或獲取的功率和重量或成本之間的比的情形。
雖然本發(fā)明可應(yīng)用于任何需要相似功能的其他情形，但是本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域是利用來自由波浪產(chǎn)生的海平面波動(dòng)的海洋能發(fā)電。
背景技術(shù)：
在前面段落中提及的本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域中，即利用來自海平面波動(dòng)的海洋能發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域中；存在基于由兩個(gè)部分組成的浮筒的能量獲取系統(tǒng)，該兩個(gè)部分中的一個(gè)隨海面自由漂浮，而另一個(gè)相對(duì)笫一個(gè)具有減小的振幅；這致使這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)是往復(fù)的，從而能夠從浮筒-海洋系統(tǒng)中獲取能量。這種運(yùn)動(dòng)的主要特點(diǎn)是存在大的作用力和小的速度，這對(duì)于有效能量獲取設(shè)備來說是很大的困難。
如公知的那樣，波浪是由風(fēng)在大的海面上不停的作用而引起的。它們傳輸數(shù)千公里而幾乎不損失能量。波浪能量的特征在于比風(fēng)能更可預(yù)測(cè)且更集中，使得波浪是一種重要的世界能量資源。估算的全球波浪能源是2TW，這與世界平均電能消耗相當(dāng)。
用于從以大的作用力對(duì)速度比為特征的系統(tǒng)獲取能量的傳統(tǒng)解決方案是以混合使用液壓、機(jī)械和電的系統(tǒng)為基礎(chǔ)。這些系統(tǒng)是復(fù)雜的，且它們?cè)诓焕h(huán)境中的維護(hù)是非常昂貴的。特別地由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種由如此多的機(jī)械零件構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)的可用性必然是很低的。
另一方面，在開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)器的通常設(shè)計(jì)中，線圏產(chǎn)生的磁通量在橫穿過變換器和定子之間的僅一個(gè)氣隙后封閉，為了該目的，這迫使這些構(gòu)件具有大質(zhì)量的鐵磁材料。
以更具體的方式說，在傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻機(jī)器中，每個(gè)線圈僅在一個(gè)氣隙中產(chǎn)生磁通量，這意味著不使用會(huì)產(chǎn)生更高的成本和重量的大量鐵磁材料。
我們能夠提到存在用于從波浪振蕩直接產(chǎn)生能量的其他發(fā)電機(jī)，其在變換器中使用稀土永磁體，使得該機(jī)器的成本和重量非常高。即使沒有外部柵格，這些機(jī)器在運(yùn)行期間具有開路電壓，使得它的維護(hù)
更危險(xiǎn)，并在失效情形中不能部分?jǐn)嚅_它的多個(gè)相中的一個(gè)。UppsalaUniversity (Sweden)已經(jīng)提出了基于放置在八邊形部分上且具有在定子中的分布式繞組的永磁體的線性機(jī)器的其他設(shè)計(jì)，這是一個(gè)更昂貴且更難于制造的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中提出的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)，也就是所提出的線性開關(guān)磁阻機(jī)器，是一種完全機(jī)電的用于在與前述環(huán)境相似的環(huán)境中產(chǎn)生電能的非常有利的解決方案，因此相對(duì)于在至今已知的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的可用性和相對(duì)低得多的維護(hù)成本。
本發(fā)明中提出的機(jī)器的一般操作與開關(guān)磁阻機(jī)器相似，使得，一組線圏與移動(dòng)部件的位移相同步而被供能，因此，當(dāng)根據(jù)處于發(fā)電機(jī)模式或電動(dòng)機(jī)模式中的操作，當(dāng)磁阻分別增加或降低時(shí)，相應(yīng)的相被供能。
當(dāng)需要獲得大的作用力對(duì)重量的比率時(shí)(這就是在海洋能的前述應(yīng)用中的情況)，對(duì)傳統(tǒng)開關(guān)磁阻機(jī)器進(jìn)行的修改使得它的功能性大幅度改善。通過消除與氣隙作用力的產(chǎn)生不直接相關(guān)的機(jī)器零件，可實(shí)現(xiàn)材料方面的高經(jīng)濟(jì)性并且可獲得的功率密度大幅度增加。另一方面，本發(fā)明的機(jī)器允許更長(zhǎng)的變換器結(jié)構(gòu)非常經(jīng)濟(jì)；在該機(jī)器中有用運(yùn)轉(zhuǎn)的增加僅意味著很小的附加成本。
為了該目'的，在根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的更多具體方法中，相同的磁通量橫穿過幾個(gè)氣隙，將一個(gè)變換器組與其他定子組連結(jié)，并僅在兩個(gè)定子或末端變換器中封閉，其在下文中被稱作"磁軛"。在每個(gè)氣隙上，可以通過開關(guān)適當(dāng)?shù)南喃@得作用力，使得可獲得的作用力和機(jī)器重量的比率非常高。
線圏可與定子或變換器連接。在線圈與變換器連接的情況下，將需要使用集電環(huán)或撓性連接件。在本發(fā)明中，幾個(gè)氣隙和線圏串聯(lián)設(shè)置，這可在下文提及的相應(yīng)附圖中觀察到。
本發(fā)明可應(yīng)用于與開關(guān)磁阻機(jī)器的操作相容的任意數(shù)量的變換器和定子磁極，而且可應(yīng)用于任意數(shù)量的變換器和定子。同樣，它可應(yīng)
用于疊片鐵磁結(jié)構(gòu)或斷層(massif)鐵磁結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的固有優(yōu)勢(shì)是一旦它僅由斷層鐵磁材料或疊片鐵磁材料制成，該無源結(jié)構(gòu)是非常便宜且輕便的。這樣的改進(jìn)使得對(duì)于更長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行機(jī)器的分層剝離(scaling)是非常經(jīng)濟(jì)的。同樣，該機(jī)器具有低慣性的無源部件(在它是變換器的情況下)，這對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)和快速加速的致動(dòng)器來說是非常有吸引力的。
有源和無源元件都可具有不影響它的磁特性的機(jī)械增強(qiáng)件。
為了降低鐵損耗，用于該變換器和定子的計(jì)劃材料將是磁體疊片，雖然在非常低速應(yīng)用中可以使用實(shí)心磁鐵。為了提供線匝絕緣，線圏可由漆包銅制造。在線圏外部，將應(yīng)用由環(huán)氧樹脂浸漬的玻璃纖維制成的接地絕緣件。為了降低接線端數(shù)量，全部線圏都是串聯(lián)連接的。
將利用軌道和滑動(dòng)單元以與電梯相似的方法實(shí)施變換器和定子之間的滑動(dòng)引導(dǎo)。
該機(jī)器必須通過電力電子設(shè)備驅(qū)動(dòng)，在相應(yīng)的階段(時(shí)刻)該電力電子設(shè)備負(fù)責(zé)接通或斷開每個(gè)相，在相應(yīng)的階段(時(shí)刻)中磁阻變化是適當(dāng)?shù)模瑥亩陔妱?dòng)機(jī)模式中增加磁阻，而在發(fā)電機(jī)模式中降低磁阻。 一組存在傳感器檢測(cè)變換器和定子之間的相對(duì)位置，以將該機(jī)器的運(yùn)動(dòng)與電力電子驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行同步。
根據(jù)前述原因可以認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明能夠在4艮多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域使用，作為發(fā)電機(jī)或致動(dòng)器。本發(fā)明設(shè)計(jì)的特性使它非常適合通過使用電機(jī)制造的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明提供的機(jī)器設(shè)計(jì)可很好地升級(jí)至更大的功率，只要通過增
大它的三個(gè)尺寸中的任意一個(gè)就可增加它的功率，這三個(gè)尺寸包括有源部件中的磁極數(shù)量、機(jī)器的寬度和中間變換器和定子的數(shù)量。因此，該機(jī)器可產(chǎn)生的功率與它的有源部件的體積成比例?？蓛H通過增加相同部件的數(shù)量實(shí)現(xiàn)所提到的功率增大。


為了補(bǔ)充所作的描述并且為了幫助根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的示例理解本發(fā)明的特性，也附上了與該優(yōu)選實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的一組附圖。該實(shí)施例為了解釋的目的而提供，因此，它不限制本發(fā)明的范圍。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明制造的線性開關(guān)磁阻機(jī)器即具有兩個(gè)變換器和一個(gè)中間定子的機(jī)器的示意性視圖。
圖2以示意方法示出了流過上圖所描述的機(jī)器的磁通量。
具體實(shí)施例方式
如前所述，圖1示出了具有兩個(gè)變換器(1)和(2)的機(jī)器，該兩個(gè)變換器由于在它們之間的機(jī)械聯(lián)接件(沒有示出)而一致地運(yùn)動(dòng)。也是固定的兩個(gè)磁軛(4)和(5)和放置在變換器(1)和(2)之間的中間定子(3)同時(shí)在兩個(gè)變換器上施加作用力?；鶞?zhǔn)(reference)
(6)確定相應(yīng)的線圏。
另一方面，圖2示出了用箭頭表示的在該機(jī)器中循環(huán)的磁通量；該通量由在相(a)中流通的電流產(chǎn)生，相(a)的線圏(6)由對(duì)應(yīng)于一個(gè)線圏的兩側(cè)的以(a)和(a，)表示的塊指示。在圖2中可以觀察到的是，由與磁軛(4)和(5)及中間定子(3)連接的線圏的磁動(dòng)勢(shì)
(magneto-motive force )提供的相同通量?jī)H通過磁扼(4 )和(5 )返回一次。
在所述圖2中，可以觀察到可通過該機(jī)器的布局獲得的大功率密度，該機(jī)器的布局消除了在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中用于磁通量返回所需的但不產(chǎn)生任何磁力的大量材料。同樣，由于可消除的非必要的大量材料，本發(fā)明的機(jī)器表現(xiàn)出很重要的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)際實(shí)施例的示例，線性開關(guān)磁阻機(jī)器將會(huì)是三相機(jī)器，其具有與變換器中四個(gè)磁極相應(yīng)的定子中的六個(gè)磁極，該三相機(jī)器是旋轉(zhuǎn)電機(jī)中最廣泛使用的機(jī)器，且優(yōu)選地適用于線性開關(guān)磁阻
機(jī)。與前述附圖相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)是基于兩個(gè)連接定子、前述磁軛(4)和(5)和中心定子(3)的，它們?nèi)烤哂泄┘芯€圏(6)連接的磁極。變換器(1-2)設(shè)置在每對(duì)定子之間。所有變換器都是機(jī)械連結(jié)的，因此一致地運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種線性開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，使得由線圈產(chǎn)生的磁通量橫穿過變換器和定子，以自身封閉；其特征在于，所述線性開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)包括幾個(gè)氣隙，使得磁通量橫穿過一組變換器(1)和(2)及定子(3)，并具有以下特性磁通量?jī)H通過磁軛(4)和(5)封閉，該磁軛(4)和(5)由兩個(gè)對(duì)接定子或可選地由兩個(gè)對(duì)接變換器限定，該磁通量大部分垂直于中間鐵磁元件的氣隙。
2. 如權(quán)利要求1所述的線性開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其特征在于，該組中間線圏(6)引導(dǎo)磁通量穿過它的內(nèi)部，使得磁動(dòng)勢(shì)不僅由與磁軛(4)和(5)連接的線圏產(chǎn)生。
3. 如權(quán)利要求1所述的線性開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其特征在 于，由于不同的變換器(1)和(2)的機(jī)械聯(lián)接，不同的變換器(1)和(2)—致地運(yùn)動(dòng)，相同的磁通量也橫穿過所述變換器，使得作用在它們上的作用力累積。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)不確定地作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的線性開關(guān)磁阻電機(jī)，其具有將質(zhì)量相對(duì)功率的比率以及制造成本最優(yōu)化的一系列特性。該機(jī)器具有由單個(gè)磁通量穿過的幾個(gè)氣隙，其中獲得磁力。該磁通量由設(shè)置在有源部件中的一組線圈(6)提供，這些有源部件是兩個(gè)磁軛(4)和(5)，磁通量封閉在該兩個(gè)磁軛(4)和(5)中，在所提及的磁路中可存在磁通量不封閉在其中的其他有源部件。當(dāng)一組無源元件，通常是變換器(1)和(2)，相對(duì)有源元件移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生關(guān)于產(chǎn)生磁力的位置的磁路磁阻的變化。本發(fā)明最獨(dú)特的特征是磁通量?jī)H通過兩個(gè)對(duì)接的有源部件(4-5)返回，從而實(shí)現(xiàn)期望的質(zhì)量、重量和成本的降低。
文檔編號(hào)H02K16/00GK101595628SQ200780042491
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者J·盧卡斯·托拉爾巴, M·皮尼拉·馬丁 申請(qǐng)人:偉爵全球有限公司