專利名稱：包括定子和至少一個轉(zhuǎn)子的同步電動機(jī)械和配套的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)電動機(jī)械領(lǐng)域。
本發(fā)明特別涉及但并不僅限于永磁同步機(jī)械，該種機(jī)械能夠在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以基本恒定的功率運(yùn)行，例如涉及起重機(jī)械或電動牽引機(jī)械。
在涉及起重機(jī)械的范圍時，它用于使起吊速度與被起吊的負(fù)載相匹配，這樣在被起吊的負(fù)載比較小的時候，就可以減少起吊時間，但同時仍能起吊比較重的物品。
在涉及電動牽引機(jī)械的范圍時，在啟動時或在車輛處在上坡位置時，電動機(jī)必須能夠以低速輸出較大的轉(zhuǎn)矩。相反，在平路上時，要輸送的負(fù)載比較少，車輛可以更快地行進(jìn)，且無需電動機(jī)提供更大的功率。
背景技術(shù)：
同步電動機(jī)械能夠以恒定轉(zhuǎn)矩運(yùn)行達(dá)到一定速度，這種速度稱之為基本速度。達(dá)到這個基本速度，功率大約與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成比例地增加。高于這個基本速度時，轉(zhuǎn)矩以大約恒定的功率減小。
可以通過組成下面一組術(shù)語的電感自感、相位和漏感之間的互感模擬每個電樞相位。這種電感取決于轉(zhuǎn)子相對于定子的角度位置，并且做為與電角頻率相關(guān)的參照系中分量，這種電感具有直接電感Ld和正交電感Lq。直接電抗Xd表示直接電感Ld乘以電角頻率ω之后得出的乘積，而正交電抗Xq表示正交電感Lq乘以電角頻率ω之后得出的乘積。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速Ω與電角頻率ω相關(guān)，其關(guān)系是ω＝zΩ，式中z表示成對電極數(shù)。
在與電角頻率相關(guān)的參照系中，電樞相位的直接電感Ld是稱之為直軸的d軸上的電感值，也就是說，此時電樞電極的軸與該同一相位定子線圈的軸相一致。正交電感Lq是稱之為正交軸的q軸上的電感值，也就是說，此時感應(yīng)電極的軸與該同一相位定子線圈的軸相垂直。
人們知道，用于起吊和電動牽引的永磁旋轉(zhuǎn)電動機(jī)械主要都是稱為“平滑電極”的機(jī)械，這種電動機(jī)械的直接電抗Xd幾乎等于正交電抗Xq。
除了平滑電極電動機(jī)械外，另外還有一些稱為“反向凸極式”電動機(jī)械，這種電動機(jī)械的直接電抗Xd要顯著小于正交電抗Xq。其主要優(yōu)點(diǎn)是，在正常使用中，向磁鐵產(chǎn)生的電動勢轉(zhuǎn)矩施加磁阻轉(zhuǎn)矩，此磁阻轉(zhuǎn)矩與直接電抗Xd和正交電抗Xq之差成比例。這樣，對于所要求的相同轉(zhuǎn)矩而言，就可以減少磁鐵的體積，因此降低了電動機(jī)械的成本。對于這種類型的電動機(jī)械來講，存在一個相對于電動勢的電流最佳相位超前，在這種情況下，轉(zhuǎn)矩最大。正是保持這個工作點(diǎn)，才達(dá)到基本轉(zhuǎn)速。
在大于基本轉(zhuǎn)速時，在所有其它條件相等的情況下，電動機(jī)械相位接線端子上的電壓大于電源經(jīng)由控制裝置加到電動機(jī)械上的有效電壓，這是因?yàn)殡妱觿輹S著轉(zhuǎn)速的不同而按比例地變化。
為了減少電動機(jī)械相位接線端子上的電壓，定子繞組的電流及相對于電樞磁通，即磁鐵的電樞磁通的相位差會發(fā)生變化，目的是建立磁通量，這種磁通量與電樞磁通量部分相反。這種工作原理稱之為“去磁通量”，并產(chǎn)生電損耗，而去磁通量需要的電流越大，這種電損耗就越大。
為此，需要改進(jìn)同步電動機(jī)械，使同步電動機(jī)械在較寬的速度范圍內(nèi)特別是在基本轉(zhuǎn)速以上時，能夠以真正恒定的功率高效運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述同步電動機(jī)械由于采用了定子和至少一個帶有永磁鐵的轉(zhuǎn)子，從而滿足了這種需要，該電動機(jī)械的特征是其設(shè)計成具有Xd＞Xq，式中Xd是直接電抗，而Xd則是正交電抗。例如，Xd/Xq＞1.1，甚至最好是Xd/Xq＞1.5。例如，可以是Xd/Xq~‾3.]]>本發(fā)明所提供的優(yōu)點(diǎn)如下首先，如果功率因子cosΦ與正交電抗Xq的變化方向相反，Xq值小，獲得的功率因子就高。例如，根據(jù)所要求的功率因數(shù)水平，XqIo/E在0.33和0.6之間，式中Io表示控制器額定功率施加的最大線路電流強(qiáng)度，而E表示電動機(jī)械每個相位所感應(yīng)的電動勢。
其次，由于磁鐵的磁通方向是沿直軸d，所以通過向電樞注入電流，以便沿直軸d產(chǎn)生與直接電抗Xd和沿直軸電流分量Id成比例的磁通量，實(shí)現(xiàn)去磁通量。當(dāng)直接電抗Xd較高時，就可以以較低的直流Id獲得相當(dāng)大的去磁通量，因此所引起的相應(yīng)損耗就低。因而，這也就降低了控制裝置的額定功率，提高了效率。
此外，在出現(xiàn)短路情況時，Xd值高就可以減少去磁的風(fēng)險，這取決于短路電流的值。這個電流同電動勢與直接電抗的比率成比例，因此，在直接電抗Xd大時，該電流就小。例如，在所要求的去磁通量范圍，XqIo/E在0.66和1之間，式中Io表示控制器額定功率施加的最大線路電流強(qiáng)度，而E表示電動機(jī)械每個相位所感應(yīng)的電動勢。
達(dá)到基本轉(zhuǎn)速，電動機(jī)械可以用與電動勢同相的電流運(yùn)行。電動勢轉(zhuǎn)矩為最大值，而磁阻轉(zhuǎn)矩則為零。例如，基本轉(zhuǎn)速可以每分鐘大于100或200轉(zhuǎn)。
在一個特定實(shí)施方式中，定子帶有定子齒，每個定子齒帶有至少一個獨(dú)立線圈，而這些定子齒沒有極靴。這樣，就可以特別適合在定子齒上安裝預(yù)制的線圈，從而簡化了電動機(jī)械的制造過程。
轉(zhuǎn)子有利地是磁通量同心轉(zhuǎn)子，而轉(zhuǎn)子的永磁鐵則設(shè)置在極片之間。這樣就可以減少磁鐵數(shù)量，因此減少了電動機(jī)械的成本。
轉(zhuǎn)子極片的形狀，特別是這些極片的凸極部分的形狀，可以決定直接電抗值和正交電抗值。
兩個相鄰極片的凸極部分可以在二者之間形成凹槽，該凹槽有兩個互為相對的棱邊，包括徑向部分和底部，底部是由至少一個永磁鐵的一個端面部分地形成。
這樣極片的形狀就在直接電抗和正交電抗之間形成了不對稱，并在直接電抗和正交電抗之間出現(xiàn)較大的正差。
每個轉(zhuǎn)子極片可以有轉(zhuǎn)向定子的面，該面有凸部。極片的凸部可以有一個曲率半徑，范圍在定子半徑，特別是定子內(nèi)半徑的20％至30％之間，甚至是大約25％。
該凸部的環(huán)狀端部可以相對于鄰近該極片的永磁鐵成角度地偏置。相對于鄰近永磁鐵的環(huán)狀端部的角度偏置可以在以下范圍-對于定子齒數(shù)nteeth與轉(zhuǎn)子極片數(shù)npoles的比率為3/2或者滿足了nteeth/npoles＝6n/(6n-2)關(guān)系式(式中n是大于或等于2的整數(shù))的電動機(jī)械，角度偏置在80°/nteeth和100°/nteeth之間，例如大約90°/nteeth；-對于滿足了nteeth/npoles＝6n/(6n+2)關(guān)系式(式中n是大于或等于2的整數(shù))的電動機(jī)械，角度偏置在50°nteeth和70°/nteeth之間，例如大約60°/nteeth；轉(zhuǎn)子的每個永磁鐵都可以徑向地后置于兩個鄰近極片凸部的環(huán)狀端部。磁鐵在徑向方向上相對于凸部的環(huán)狀端部的后置范圍是定子半徑，特別是定子內(nèi)半徑的10％和20％之間，例如大約15％。
轉(zhuǎn)子的每個極片都可以有兩個肩部。兩個鄰近極片的肩部之間設(shè)置永磁鐵。
轉(zhuǎn)子的每個極片都有向定子方向延伸的帶徑向邊緣的凸極部分，該徑向邊緣相對于鄰近該極片的永磁鐵徑向邊緣成角度地偏置。
在沿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線方向來觀察電動機(jī)械時，轉(zhuǎn)子的永磁鐵可以有在徑向方向上狹長形狀的橫斷面。特別地，沿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動軸線方向觀察電動機(jī)械時，轉(zhuǎn)子的永磁鐵帶有長方形斷面，其長邊方向與電動機(jī)械的半徑并行。
在本發(fā)明的一個特定實(shí)施方式中，選擇Xd/Xq比率，以便在轉(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速時，電壓和電流相同的情況下能夠獲得與基本轉(zhuǎn)速時獲得的功率基本相同的功率，。
從獲得上述結(jié)果Xd/Xq比率的可能數(shù)值中，最好選擇最小值，以避免出現(xiàn)較高的凸極性，因?yàn)橥箻O性高則會引起較小開口的極片，出現(xiàn)較大的等效隙縫，并最終增加磁鐵體積，提高電動機(jī)械的成本和重量。凸極性高還會降低電動機(jī)械能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩，限制了電動機(jī)械的過載性能。
定子可以有6n定子齒，轉(zhuǎn)子可以有6n±2極片，n大于或等于2。這種結(jié)構(gòu)可以使轉(zhuǎn)矩脈動和電壓諧波得以降低。
該電動機(jī)械可以只帶有一個內(nèi)轉(zhuǎn)子或，作為變化形式，帶有一個內(nèi)轉(zhuǎn)子和一個外轉(zhuǎn)子，這兩個轉(zhuǎn)子徑向設(shè)置在定子的任一側(cè)，并采用旋轉(zhuǎn)連接。通過使用一個雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可以減少鐵損耗。
該電動機(jī)械可以構(gòu)成發(fā)電機(jī)或電動機(jī)。
電動機(jī)械的功率可以等于或大于0.5千瓦，例如在1.5千瓦左右，盡管該參數(shù)值決不是限定參數(shù)。
獨(dú)立于上述情況或與上述情況結(jié)合，本發(fā)明的另一目的在于提供一種電動機(jī)械，該電動機(jī)械包括-至少一個定子；和-至少一個轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子帶有極片和設(shè)置在極片之間的永磁鐵，每個極片都有凸極部分，在這個凸極部分的兩側(cè)各有一個肩部。
兩個鄰近極片的肩部可以與設(shè)置在其之間的永磁鐵齊平。
每個凸極部分在圓周方向上周圍連接徑向走向的邊緣。
每個極片可以不覆蓋圓周方向上鄰近的永磁鐵。
每個凸極部分的周圍可以徑向地連接連續(xù)圓形邊緣。
每個極片可以與相對于徑向設(shè)置的中平面對稱。
每個極片可以包括一堆磁疊層。
凸極部分可以帶有徑向外部環(huán)形邊緣，該邊緣的曲率中心不同于轉(zhuǎn)動中心，例如，曲率中心處在轉(zhuǎn)動中心和轉(zhuǎn)子最大半徑之間的半徑上。
兩個鄰近凸極部分之間的角度間隔可以大于相應(yīng)極片之間設(shè)置的永磁鐵的角度寬度。
永磁鐵可以有轉(zhuǎn)向定子的外端面。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于控制上述電動機(jī)械的控制裝置。
獨(dú)立于上述情況或者與上述情況結(jié)合，本發(fā)明的另一個目的是提供用于控制同步電動機(jī)的控制裝置，使電動機(jī)能夠在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度范圍內(nèi)以大約恒定的功率Po運(yùn)行，控制裝置包括一個設(shè)計用來測量電動機(jī)電源電流直流分量Id和正交電流分量Iq的計算機(jī)，電流分量Id和Iq等于以下公式，范圍在20％以內(nèi)，10％以內(nèi)更好，5％以內(nèi)最好Id~‾idIo~‾-isinαIo]]>和Iq~‾iqIo~‾icosαIo]]>式中，Io是控制裝置額定功率施加的電流最大強(qiáng)度；α=arctan(xq(e-y)xdx);]]>i=(xxq)2+(e-yxd)2,]]>在電樞一個相位中流通的統(tǒng)一電流；(x，y)是公式的其中一個實(shí)根x2+y2=v2m2andy=e(1-xdxd-xq)+pmexdxqxd-xq1x;]]>式中，m表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速的比率；e一方面表示電動勢比率，另一方面表示m乘以電源施加的電壓Vo所得的乘積；v是電樞一個相位接線端子上的電壓與電源施加的電壓Vo的比率；
p是有效功率與恒定功率Po的比率，這是電動機(jī)械運(yùn)行所要求的功率；α是電流和電動勢之間的相位差。
“直流分量”和“正交電流分量”術(shù)語指投射到與電角頻率有關(guān)的參照系的直軸d和正交軸q上的電流強(qiáng)度。
在上面所介紹的內(nèi)容中，Xd表示商 式中，Xd是直接電抗。
同樣，=XqIomVo,]]>式中，Xq是正交電抗。
這種控制器通過相對于電動勢的角度α來移位電流，與此同時則保持電壓恒定，直軸d上i的分量id將產(chǎn)生與主磁通量相反的磁通量。因此，降低了電動勢，最終引起整個感應(yīng)電壓的下降。
電流的統(tǒng)一值i只可以增加到其額定值以上，其原因是與電動機(jī)械受熱有關(guān)，同時也與控制器的額定功率有關(guān)。
在最小移位α，也就是說統(tǒng)一直接強(qiáng)度id最低情況下，也可以獲得所期望的電壓，從而形成較高的正交電流，這有助于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
在上述定義的相同電壓Vo和相同電流Io的情況下，為獲得與基本轉(zhuǎn)速時所獲得的功率相同的功率Po，去磁通比率是m的最大值。從這些值中可以推斷出特定電動機(jī)械的電動勢值和直接電抗和正交電抗值。這樣，特定Po，Vo和Io所獲得的Xd/Xq比率是期望的去磁通比率的增函數(shù)，如后者可以大于2，例如等于6。
在可能采取的解決方案中(x，y)，優(yōu)選地選擇使i最小化的方案。
上面所述控制裝置優(yōu)選地與具有上述定義的Xd＞Xq的同步電動機(jī)械配套使用。
控制裝置又可以包括-三相倒相器；和-設(shè)計的用來按照電流分量id和iq發(fā)送控制信號給倒相器電子開關(guān)的矢量控制器。
獨(dú)立于上述情況或與上述情況的結(jié)合，本發(fā)明的另一個目的是提供一種控制電動機(jī)的方法，其中可以測量至少與電動機(jī)相連的倒相器電源電壓和電動機(jī)轉(zhuǎn)速；同時，可以通過實(shí)時計算和/或使用存儲器測定用于維持基本速度以上特定速度給定值Q*恒定功率的電源電流的直流分量id和正交電流分量iq。
根據(jù)至少轉(zhuǎn)子的測定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速給定值Ω*之間差值可以測定轉(zhuǎn)矩給定值t*。根據(jù)至少轉(zhuǎn)矩給定值和測定轉(zhuǎn)速可以測定功率給定值。可以從功率給定值、測定的轉(zhuǎn)速和倒相器的電源電壓實(shí)時計算統(tǒng)一直流分量id和正交電流分量iq值。根據(jù)做為負(fù)載和倒相器電源電壓函數(shù)的控制規(guī)則，測定直流分量和正交電流分量。這些控制規(guī)則可以整合到計算機(jī)中，以便提高其動態(tài)性能。
獨(dú)立于上述情況或與上述情況結(jié)合，本發(fā)明的另一個目的是提供一個帶有電動機(jī)的電動車輛，該電動機(jī)包括—定子；和—至少一個帶有永磁鐵的轉(zhuǎn)子，設(shè)計該電動機(jī)以具有Xd＞Xq的性能，式中Xd是直接電抗，Xq是正交電抗。
該電動車輛還可以包括用來控制同步電動機(jī)的控制裝置，以便使電動機(jī)可以在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以大約恒定功率運(yùn)行，該控制裝置包括計算機(jī)，用來測量電動機(jī)電源電流的直流分量Id和正交電流分量Iq，這些分量輸入到電動機(jī)中，電流分量Id和Iq等于下述公式，范圍在20％以內(nèi)，10％以內(nèi)更好，5％以內(nèi)最好Id~‾idIo~‾-isinαIo]]>和Iq~‾iqIo~‾icosαIo]]>式中，Io是控制裝置額定功率施加的電流最大強(qiáng)度；α=arctan(xq(e-y)xdx);]]>i=(xxq)2+(e-yxd)2,]]>在電樞一個相位中流通的統(tǒng)一電流；
(x，y)是公式的其中一個實(shí)根x2+y2=v2m2andy=e(1-xdxd-xq)+pmexdxqxd-xq1x;]]>式中，m表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與基本轉(zhuǎn)速的比率；e一方面表示電動勢的比率，另一方面表示m乘以電源施加的每相最大電壓Vo所得的乘積；v是電樞一個相位接線端子上的電壓與電源施加的電壓Vo的比率；p是有效功率與恒定功率Po的比率，這是電動機(jī)械運(yùn)行所期望的功率；α是電流和電動勢之間的相位差。


通過閱讀本發(fā)明的下述非限制性示例的詳細(xì)說明和附圖，可對本發(fā)明得到更好的理解，這些附圖是-圖1為本發(fā)明所述電動機(jī)械的部分?jǐn)嗝媸疽鈭D。
-圖2為勃朗德爾(Blondel)曲線圖，示出了與電角頻率相關(guān)的參考系中各種正弦量。
-圖3為簡化方框圖，示出了本發(fā)明所述同步電動機(jī)所使用的控制裝置-圖4是示意圖，介紹了圖3所述控制裝置的主計算機(jī)的示例。
電動機(jī)械圖1示出了同步電動機(jī)械1，包括定子10和一個帶有永磁鐵21的轉(zhuǎn)子20。
定子10帶有定子齒11，每個定子齒攜帶獨(dú)立的線圈12，線圈12電連接在一起，以由三相電流供電。
轉(zhuǎn)子20是磁通量同心轉(zhuǎn)子，永磁鐵21位于極片22之間。永磁鐵21和極片22適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ陔妱訖C(jī)械軸23上。
極片22可以通過焊接固定在軸23上，或通過在軸和極片上制成互補(bǔ)形狀固定它們，或通過桿固定它們，該桿接合在極片22中，并且它們的末端固定到轉(zhuǎn)子法蘭中。
極片22采用一堆磁疊片制成，每個磁疊片都涂有絕緣清漆，從而限制感應(yīng)電流的損失。
永磁鐵21具有相似類型的極性，這些極性定向于磁鐵之間設(shè)置的極片22，如圖1所示。
每個極片22都有凸極部分27，轉(zhuǎn)向定子10的端面帶有凸部24。極片22的突部24可以帶有曲率半徑，范圍在定子半徑，特別是定子內(nèi)半徑的20％和30％之間，或者大約25％。
每個凸部24都有環(huán)狀端部25，相對于鄰近永磁鐵21成角度偏置。相對于鄰近永磁鐵21的環(huán)狀端部25的角度偏置β可以在-對于定子齒數(shù)nteeth與轉(zhuǎn)子極片數(shù)npoles的比率為3/2或者滿足了nteeth/npoles＝6n/(6n-2)關(guān)系式(式中n是大于或等于2的整數(shù)，如等于2或3)的電動機(jī)械來講，角度偏置在80°/nteeth和100°/nteeth之間，例如大約90°/nteeth；-對于滿足了nteeth/npoles＝6n/(6n+2)關(guān)系式(式中n是大于或等于2的整數(shù)，如等于2或3)的電動機(jī)械來講，角度偏置在50°/nteeth和70°/nteeth之間，例如大約60°/nteeth。
在這些公式中，nteeth表示定子齒11數(shù)，而npoles表示極片27數(shù)。
轉(zhuǎn)子的每個永磁鐵21都可以徑向地后置于凸部24的環(huán)狀端部25。在徑向方向上，磁鐵相對于凸起部位24環(huán)狀端部25的后置值r，可以在定子內(nèi)半徑R的10％和20％之間，或者大約15％。
每個極片22又有兩個肩部26，位于凸極部分27的兩側(cè)，而每個永磁鐵21都位于兩個肩部26之間。
每個轉(zhuǎn)子極片22的凸極部分27都帶有徑向邊緣28，正像環(huán)狀端部25一樣，徑向邊緣相對于鄰近永磁鐵21的徑向端面29成角度偏置。
當(dāng)沿轉(zhuǎn)動軸線X觀察電動機(jī)械時，永磁鐵21在徑向上有狹長的截面。這個截面如上所述，呈長方形，其長邊與電動機(jī)械的半徑并行。作為另一種類型，每個永磁鐵也可以有一個楔形形狀。
在所述實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子有10個極片，定子有12個定子齒，這樣定子有6n定子齒，而轉(zhuǎn)子有6n±2極片，n等于2。如果n大于2，也屬于沒有超出本發(fā)明的權(quán)利申請范圍。
在所述實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子是內(nèi)轉(zhuǎn)子，但是如果轉(zhuǎn)子是外轉(zhuǎn)子，或者如果電動機(jī)械帶有內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子，每個轉(zhuǎn)子都徑向地布置在定子的兩側(cè)并旋轉(zhuǎn)連接時，也屬于沒有超出本發(fā)明的權(quán)利申請范圍。特別是，按照本發(fā)明，電動機(jī)滿足了關(guān)系Xd/Xq。
控制裝置上面參照圖1所述的電動機(jī)械可以通過控制裝置來控制，該控制裝置可以使其在轉(zhuǎn)子的廣泛轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以恒定功率運(yùn)行，下面將結(jié)合圖2和3進(jìn)行描述。這種控制裝置尤其適合于Xd＞Xq的電動機(jī)械。
為了更清楚地介紹，圖2示出了一個人們熟知的與電角頻率ω相關(guān)的參考系，它具有一個與電樞磁通量或主磁通量在相同意義上和相同方向的直軸d，它通過電樞的一個相位，并且正交軸q通過相對于直軸d的角度+∏/2移動。在圖中，由固定矢量來表示正弦量。
接著，使用上面所定義的統(tǒng)一值e，Xd和Xq。
選擇相對于統(tǒng)一電動勢e的統(tǒng)一電流i的移動，以在高于基本轉(zhuǎn)速時保持電壓恒定，因?yàn)樵谥陛Sd上的i的統(tǒng)一分量id將產(chǎn)生與主磁通量相反的磁通量，因此整個磁通勢就得以降低，從而引起感應(yīng)統(tǒng)一電壓v的下降，但這不會過度地?fù)p害電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，設(shè)計控制裝置使電動機(jī)械能夠在大于基本轉(zhuǎn)速時以盡可能高的轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。特別是，控制裝置的目的就是在大于基本轉(zhuǎn)速的功率下運(yùn)行，該功率實(shí)際上等同于基本轉(zhuǎn)速時的功率。
同步電動機(jī)械1由倒相器35提供三相電流，倒相器35包括6個電子開關(guān)60，例如一個或多個IGBT，每個開關(guān)都配一個二極管61，并由來自于矢量控制器37的6個控制信號62控制。
后者用于根據(jù)來自主計算機(jī)45的直流分量id和正交電流分量iq給定值，將輸送到電動機(jī)的電流強(qiáng)度調(diào)整到三相中兩相所測量電流值ia和ib，并調(diào)整到角位置基準(zhǔn)θ。
由與位置傳感器39相連接的位置計算器40傳送角位置基準(zhǔn)θ。
位置傳感器39同時也連接速度計算器41。
速度計算器41所計算的轉(zhuǎn)速Ω的數(shù)值發(fā)送到主計算機(jī)45、乘法器46和減法器47。
在減法器47中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速給定值Ω*減去轉(zhuǎn)速Ω，然后，Ω*-Ω的差值由PID(比例-積分-微分)型的調(diào)整電路48進(jìn)行處理并發(fā)送到轉(zhuǎn)矩計算器49。轉(zhuǎn)速計算器再按照所測的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速Ω和轉(zhuǎn)速給定值Ω*之間的差值確定轉(zhuǎn)矩給定值t*。轉(zhuǎn)矩給定值t*限定在電動機(jī)械能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩Tmax范圍內(nèi)。
轉(zhuǎn)矩給定值t*發(fā)送到乘法器46，后者按照所測定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速Ω計算功率給定值p*。
該功率設(shè)定值p*被發(fā)送到主計算機(jī)45。
此外，還要測量倒相器35接線端子的電壓VDC，并經(jīng)由PID(比例-積分-微分)型調(diào)整電路50發(fā)送到主計算器50，目的是消除可能出現(xiàn)的任何變化。該調(diào)整電路50輸送一種統(tǒng)一電壓v，而該電壓則隨著電源電壓的變化而變化。
主計算機(jī)根據(jù)其收到的數(shù)據(jù)確定按功率p*運(yùn)行時相對應(yīng)的直流分量id和正交分量iq。
這些直流分量id和正交分量iq值被發(fā)送到矢量控制器37，如上所述，用來控制倒相器35。
如圖4所示，主計算機(jī)可通過存儲器53確定直流分量id和正交分量iq值。該存儲器53包含用于大量輸入?yún)?shù)v，p*和Ω的直流分量id和正交分量iq值。對于v，p*和Ω值來講，計算機(jī)確定存儲器53內(nèi)已知的id(v，p*，Ω)和iq(v，p*，Ω)的v，p*和Ω最接近值。
另外，主計算機(jī)45還可以使用下列公式通過實(shí)時計算分析確定id和iq數(shù)值id＝-isinα和iq＝icosα；α=arctan(xq(e-y)xdx);]]>i=(xxq)2+(e-yxd)2;]]>(x，y)是公式的其中一個實(shí)根x2+y2=v2m2andy=e(1-xdxd-xq)+pmexdxqxd-xq1x]]>“計算器”、“存儲器”、“調(diào)整電路”、“減法器”和“乘法器”都必須從這些術(shù)語的廣義上去理解。所有這些功能都可以通過一個或多個電子插件板上的一個或多個干個專用電子電路來進(jìn)行。這些功能也可以以硬件和/或軟件的形式進(jìn)行。特別是，元件40，41，47，48，49，46，45，50和37都可以集成到一個和同一個電子卡上，該電子卡包含有一個或多個微控制器和/或微處理器。
在所述實(shí)施例中，去磁通量的比率是6，也就是說，轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速是基本轉(zhuǎn)速的6倍，如每分鐘大約1350轉(zhuǎn)。
當(dāng)然，如果去磁通量比率與6不同，特別是大約或等于2時，也屬于沒有超出本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。因此，倒相器35的電子開關(guān)60也作了相應(yīng)的設(shè)計。
當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于上面所述示例。例如，電動機(jī)械也可采取不同的方式生產(chǎn)，只要仍具有Xd＞Xq關(guān)系即可。
在整個專利說明中，凡“(具)有一個/一種”的表述必須認(rèn)為是“(具)有至少一個/一種”同義，除非另有說明。
權(quán)利要求
1.一種同步電動機(jī)械，包括-定子(10)；-至少一個帶有永磁鐵(21)的轉(zhuǎn)子(20)其特征在于設(shè)計該電動機(jī)械使其具有Xd＞Xq，其中，Xd是直接電抗，而Xq是正交電抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)械，其特征在于Xd/Xq＞1.1，并且最好Xd/Xq＞1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機(jī)械，其特征在于Xd/Xq≅3.]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于XqIo/E在0.33和0.6之間。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于XqIo/E在0.66和1之間。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于定子(10)帶有定子齒(11)，每個定子齒帶有至少一個獨(dú)立的線圈(12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動機(jī)械，其特征在于定子(10)的定子齒(11)無極靴。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于轉(zhuǎn)子(20)是磁通量同心轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的永磁鐵(21)設(shè)置在極片(22)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動機(jī)械，其特征在于轉(zhuǎn)子的每個極片(22)都有轉(zhuǎn)向定子(10)的端面，該端面有凸部(24)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動機(jī)械，其特征在于極片(22)的凸部(24)具有曲率半徑，其范圍在定子內(nèi)半徑(R)的20％和30％之間。
11.根據(jù)前面權(quán)利要求10所述的電動機(jī)械，其特征在于極片(22)的凸部(24)的環(huán)狀端部(25)相對于鄰近該極片(22)的永磁鐵(21)成角度偏置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電動機(jī)械，其特征在于環(huán)狀端部(25)相對于鄰近永磁鐵(21)的角度偏置β范圍在-對于定子齒數(shù)nteeth與轉(zhuǎn)子極片數(shù)npoles的比率為3/2或者滿足了nteeth/npoles＝6n/(6n-2)關(guān)系式的電動機(jī)械，角度偏置在80°/nteeth和100°/nteeth之間，特別是大約90°/nteeth，其中n是大于或等于2的整數(shù)；-對于滿足了nteeth/npoles＝6n/(6n+2)關(guān)系式的電動機(jī)械，角度偏置在50°/nteeth和70°/nteeth之間，特別是大約60°/nteeth，其中n是大于或等于2的整數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于轉(zhuǎn)子(20)的每個永磁鐵(21)都徑向后置于兩個鄰近極片(22)的凸部(24)的環(huán)狀端部。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電動機(jī)械，其特征在于磁鐵(21)徑向方向上相對于凸部(24)的環(huán)狀端部(25)的后置(r)范圍在定子(10)內(nèi)半徑(R)的0％和20％之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求8至14中任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于轉(zhuǎn)子(20)的每個極片(22)都有兩個肩部(26)，至少有一個永磁鐵(21)是置于兩個相鄰極片(22)的肩部之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求8至15中任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于轉(zhuǎn)子(20)的每個極片(22)都有向定子(10)方向延伸的凸極部分(27)，其帶有徑向邊緣(28)，該徑向邊緣(28)相對于鄰近極片(22)的永磁鐵(21)徑向邊緣(29)成角度偏置。
17.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于當(dāng)沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動軸線(X)觀察電動機(jī)械時，永磁鐵(21)有長方形截面，其長軸位于徑向方向。
18.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于當(dāng)沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動軸線(X)觀察電動機(jī)械時，轉(zhuǎn)子(20)的永磁鐵(21)有一個矩形截面，其長邊方向與電動機(jī)械的半徑平行。
19.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于定子(10)有6n定子齒(11)，轉(zhuǎn)子(20)有6n±2個極片，n大于或等于2。
20.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于該電動機(jī)械帶有單個內(nèi)轉(zhuǎn)子。
21.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于電動機(jī)械的功率等于或大約0.5千瓦。
22.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于該電動機(jī)械可構(gòu)成發(fā)電機(jī)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，其特征在于該電動機(jī)械可構(gòu)成電動機(jī)。
24.一種組合裝置，其包括-如權(quán)利要求1至19中任一權(quán)利要求所述的電動機(jī)械，該電動機(jī)械構(gòu)成同步電動機(jī)；-控制同步電動機(jī)的控制裝置，使電動機(jī)在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度范圍內(nèi)以大約恒定的功率Po運(yùn)行，控制裝置包括設(shè)計的用來測量電動機(jī)電源電流流分量Id和正交電流分量Iq的計算機(jī)(45)，電流分量Id和Iq等于以下公式，范圍在20％以內(nèi)，10％以內(nèi)更好，5％以內(nèi)最好Id≅idIo≅-isinαIo]]>和Iq≅iqIo≅icosαIo]]>其中，Io是控制裝置額定功率施加的電流最大強(qiáng)度；α=arctan(xq(e-y)xdx);i=(xxq)2+(e-yxd)2,]]>在電樞一個相位中流通的統(tǒng)一電流(x，y)是公式的其中一個實(shí)根x2+y2=v2m2andy=e(1-xdxd-xq)+pmexdxqxd-xq1x;]]>式中m表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速的比率；e一方面表示電動勢的比率，另一方面表示m乘以電源施加電壓Vo所得的乘積；v是電樞一個相位接線端子的電壓與電源施加的每個相位最大電壓Vo的比率；p是有效功率與恒定功率Po的比率；α是電流和電動勢之間的相位差。Xd是商 式中，Xd是直接電抗。Xq是商 式中，Xq是正交電抗。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的組合裝置，其特征在于所選擇的根(x，y)是使i最小化的根值。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的組合裝置，其特征在于它包括-三相倒相器(35)；和-矢量控制器(37)，用來根據(jù)電流分量id和iq傳送控制信號給倒相器(35)的電子開關(guān)(60)。
27.一種控制權(quán)利要求23中所述電動機(jī)的方法，其中-測量至少與電動機(jī)連接的倒相器的電源電壓(VDC)和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速(Ω)；和-在至少電壓VDC和所測得的轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，通過實(shí)時計算和/或通過使用存儲器，測定用于維持基本速度以上特定速度給定值Ω*恒定功率的電源電流的直流分量id和正交電流分量iq。
28.據(jù)權(quán)利要求26或27所述的方法，其特征在于根據(jù)至少所測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(Ω)和轉(zhuǎn)速給定值(Ω*)之間的差倆確定轉(zhuǎn)矩給定值t*。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于根據(jù)至少轉(zhuǎn)矩設(shè)定值和所測得的轉(zhuǎn)速確定功率給定值(p*)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于根據(jù)功率給定值、所測得的轉(zhuǎn)速和倒相器的直流電源電壓實(shí)時計算直流分量id和正交電流分量iq值。
全文摘要
本發(fā)明涉及同步電動機(jī)，其包括定子(10)和至少一個具有永磁鐵(21)的轉(zhuǎn)子(20)，其特征在于實(shí)現(xiàn)了X
文檔編號H02K21/16GK1762084SQ200480007200
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者阿戴夫·阿鮑-阿凱, 杰魁斯·圣-米歇爾 申請人:勒魯瓦-索梅爾發(fā)動機(jī)公司