磁阻电机以及运行磁阻电机的方法与流程

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磁阻电机以及运行磁阻电机的方法与制造工艺

本发明涉及一种用于运行具有转子和定子且具有至少两个相的磁阻电机的方法,其中为了使转子旋转,按时间顺序依次给定子的至少两个定子线圈对通电。

除此之外,本发明还涉及一种具有至少两个相的磁阻电机,其具有转子、具有至少两个定子线圈对的定子、以及按时间顺序依次给定子线圈对通电的控制装置。

现有技术

磁阻电机是众所周知的现有技术。这些磁阻电机均有可以围绕某个轴旋转的金属转子以及在外侧包围转子的定子,所述定子具有至少两个可控的、由在旋转方向对置的定子线圈构成的定子线圈对。定子线圈对的两个定子线圈形成北极-南极对。当电流流过其中一个定子线圈对的时候,就会在对置的定子线圈之间产生电磁场。转子尝试占据磁阻最小的位置,其中,转子受到转矩作用并且旋转。相应的定子线圈对一直保持通电,直到转子的磁极相对于定子的磁极对齐。按时间顺序依次给排列在定子圆周范围内的定子线圈对通电,使得转子连续旋转。在转子的旋转循环过程中相对于顺序出现的相给依次排列在圆周方向的定子线圈对通电。例如若有两个定子线圈对,则每个旋转循环就会出现两个相,其中,相对于第一相给第一个定子线圈对通电,并且相对于第二相给第二个定子线圈对通电。



技术实现要素:

基于上述现有技术,本发明所要解决的技术问题是,提供一种运行磁阻电机的方法以及一种磁阻电机,所述方法尤其减少了运行磁阻电机所需的功率。

为了解决这一技术问题,本发明建议在转子的两个旋转循环的观察期内在至少一个旋转循环中不给至少一个相通电,或者在两个旋转循环的其中一个旋转循环中不给相通电。

按照本发明,在磁阻电机运行过程中,现在可以有针对性地利用一些通电停顿,在这些停顿中不给相关的相通电。由此就能减少转子旋转所需的功率。如果定子具有例如两个定子线圈对,那么就能通过每个旋转循环相对于两个相的其中一个停顿通电的方式将功率减少50%。只有在当前旋转循环中、也就是转子旋转360°的过程中通电的那些定子线圈对,才会有助于转子的转矩。磁阻电机可对通过上次通电的定子线圈对获得的转矩加以利用,必要时可在通电停顿减低旋转速度旋转,直至通过下一个通电的定子线圈对获得另一个角动量。可以通过不同的通电模式使得磁阻电机以不同的功率或者转速运行,无需为此进行结构改动。在通电模式中有针对性地利用通电停顿,就能根据需要减小功率。

以下将参考两个或多个顺序的旋转循环观察给磁阻电机通电。每个旋转循环相当于转子旋转完整的360°。如果磁阻电机具有例如两个定子线圈对,则每个旋转循环就会出现两个相,就是说在一个观察期之内共有四个相。若为具有例如三个定子线圈对的磁阻电机,则每个旋转循环就会相应地出现三个相,就是说一个观察期共有六个相。相应地也适用于具有更多定子线圈对数量的磁阻电机。

按照一种实施方式所述,建议相对于每两个旋转循环的多个连续观察期根本不给第一个相通电。因此就能利用磁阻电机的每个旋转循环不给至少一个相通电,从而减小由磁阻电机消耗的功率。若为具有两个定子线圈对的磁阻电机,那么就只能例如给第一个定子线圈对通电,而第二个定子线圈对则根本无助于转子的转矩。若有三个定子线圈对,则同样只能给第一个定子线圈对通电,或者只能给第一和第二个定子线圈对通电。因此对于两个相,在至少一个旋转循环过程中始终只能给两个相的其中一个通电。

备选地也可以在第一个旋转循环过程中给第一个定子线圈对通电,在第二个旋转循环过程中给第二个定子线圈对通电,进一步在第三个旋转循环中重新给第一个定子线圈对通电,并且在第四个旋转循环中给第二个定子线圈对通电,以此类推。如果是三相磁阻电机,则通电模式看起来就是始终仅仅给三个定子线圈对中的两个通电。备选地也可以在第一个旋转循环过程中例如不给第一个定子线圈对通电,在第二个旋转循环过程中不给第二个定子线圈对通电,并且在第三个旋转循环过程中不给第三个定子线圈对通电。可考虑其它的实施方式。关键是每个旋转循环始终最多只能给三个定子线圈对中的两个通电,使得所需的功率基本上最多为可能最大功率的三分之二。

此外还建议,相对于每两个旋转循环的多个连续观察期每次旋转循环给第二相通电一次。按照该实施方式,给旋转循环的多个相的至少一个相通电,从而在每个旋转循环中给转子施加转矩。结合以上建议,每个旋转循环对另一个相停顿通电,就会与磁阻电机的相数无关地始终产生这样一种通电模式:每个旋转循环不给其中一个相通电,并且给其中另一个相通电。可以改变旋转循环的通电或不通电的相,从而例如在第一个旋转循环过程中分别不给不同于下一个旋转循环中的另一个相通电。旋转循环的通电相因此就会改变。

按照另一种实施方式,建议相对于每两个旋转循环的多个连续观察期在每逢第一个旋转循环中给两个相通电,并且在每逢第二个旋转循环中不给相通电。按照该实施方式,每个观察期始终仅仅在一个旋转循环之内给定子线圈对通电,因此在每逢第二个旋转循环中不对转子施加角动量,直至在随后的旋转循环中重新给定子线圈对通电(涉及两相磁阻电机)。若为三相磁阻电机,那么该实施方式就像是在第一个旋转循环过程中给所有三个定子线圈对通电,而每逢第二个旋转循环过程中只有三个定子线圈对中的一个有助于转子的旋转。该通电模式在多个观察期范围内重复,尤其在磁阻电机运行的整个持续时间范围内重复。

此外还建议,运行功率小于70瓦的磁阻电机。转子旋转所需的功率取决于施加在定子线圈对上的电压以及流过定子线圈对的电流。通过利用(在旋转循环过程中不给某些相通电的)通电停顿,就能有针对性地减小功率。一方面可以适当设计施加的电压、电流强度,或者也可以适当设计每个旋转循环的通电相,使得总消耗功率小于70瓦。

建议电流具有矩形变化曲线。该电流曲线尤其适用于很低的磁阻电机转速,例如大约100转/分钟。在这些低转速下可通过斩波(Choppen)改变电流,其中,以规定的时间间隔给定子线圈对施加振幅恒定的电流。此时可相对于配给各个定子线圈对的开关适当控制磁阻电机的相控制电路,使得施加在某个定子线圈对上的电流中断并且重新释放,从而对转子连续施加角动量。

除此之外,还建议根据转子相对于定子的当前旋转位置改变电流。按照该实施方式,可在对某一相通电的过程中根据转子的当前位置连续提高或降低电流强度。这里与之前建议的矩形变化曲线相比并非施加恒定的电流强度,而施加电流强度变化的电流脉冲。这种控制尤其适合于例如400转/分钟以上的较高转速,其中,由于高旋转速度每相只能给定子线圈对施加一个单脉冲(Single Puls)。因此,给相应的定子线圈对施加振幅上升或下降的电流,然而不会施加电流强度恒定不变的电流。

除了运行磁阻电机的方法之外,本发明同样也推荐具有至少两个相的磁阻电机,所述磁阻电机具有转子、具有至少两个定子线圈对的定子、以及按时间顺序依次给定子线圈对施加电流的控制装置,其中,控制装置可用来在转子的两个旋转循环的观察期内在至少一个旋转循环过程中仅仅给两个相中的一个相通电,或者在两个旋转循环中的一个旋转循环中不给相通电。因此按照本发明所述,磁阻电机的控制装置可用来执行以上所述运行磁阻电机的方法。因此创造一种能够以不同功率运行的磁阻电机。控制装置可以控制相应的通电模式,使得并非每个相均被用来使转子加速,而是存在有针对性的通电停顿,在通电停顿内不给任何定子线圈对通电。

除此之外,建议控制装置还用来相对于每两个旋转循环的多个连续观察期根本不给第一相通电,并且每个旋转循环尤其给第二相通电一次。

作为备选方案,控制装置也可以用来相对于每两个旋转循环的多个连续观察期在每逢第一个旋转循环中给两个相通电,并且在每逢第二个旋转循环中不给相通电。

利用控制装置控制的不同通电模式以及因此可以实现的优点均适用于磁阻电机,如同之前关于方法所解释的。

附图说明

以下将根据实施例对本发明进行详细解释。在图中示出:

图1是三相磁阻电机的横断面,

图2是包含磁阻电机的不同通电模式的表格,

图3是图2所示表格的通电模式I的电流时间关系图,

图4是图2所示表格的通电模式IV的电流时间关系图。

具体实施方式

附图1示出具有转子2和定子3的磁阻电机1。定子3共有三个各自具有两个定子线圈的定子线圈对4、5、6,该定子线圈对4、5、6围绕转子2等角布置。转子2具有四个等角布置的转子段(以虚线表示),在转子段之间留有空隙。为了减小噪声排放,可以用衬垫件(例如塑料注塑件)填充这些空隙。

定子线圈对4、5、6配有控制装置,该控制装置控制用于定子线圈对4、5、6的共同的电子开关电路。电子开关电路经过适当布置,以便给定子线圈对4、5、6供应整流过的电流。控制装置根据磁阻电机1的负载给定子线圈施加预先定义的电流,其中,感应磁场的大小以及作用于转子2上的转矩均取决于转子2相对于定子3的位置。

这里没有更进一步描述磁阻电机1的其它实施方式,因为这对于本发明来说不重要。作为适合于执行该方法的磁阻电机1的示例,例如可参考专利文献WO 01/76044 A1。此专利文献中的内容全部都包含在本申请中。

当电流流过定子线圈对4、5、6之一时,就会在对置的定子线圈之间产生电磁场。转子2尝试在该电磁场之内占据磁阻最小的位置,其中,转子会受到转矩作用。在转子2相对于定子3的相应定子线圈对4、5、6定向之前,每个定子线圈对4、5、6始终保持励磁。按时间顺序依次给在定子3的圆周方向依次布置的定子线圈对4、5、6通电,使转子2连续旋转。

转子2每旋转完整的360°在此相当于一个旋转循环7、8,在这里所示的三极磁阻电机1中,每个旋转循环有三个相9、10、11。第一相9在此对应于给第一个定子线圈对4通电,第二相10对应于给第二个定子线圈对5通电,第三相11对应于给第三个定子线圈对6通电。

通过磁阻电机1的控制装置可以控制给定子线圈对4、5、6在旋转循环7、8之内以多个不同的通电模式通电。这些通电模式的共性在于:并非在每个旋转循环7、8中毫无例外地依次给所有定子线圈对4、5、6通电,而是存在通电停顿12,该通电停顿12在两个相续旋转循环7、8的观察期内涉及至少一个相9、10、11。在该通电停顿12中不给定子线圈对4、5、6通电。

附图2示出包含三个定子线圈对4、5、6的十二个不同通电模式I至XII的表格。给每个定子线圈4、5、6均配有一个相9、10、11。所有三个相9、10、11共同构成一个旋转循环7、8。对照现有技术中常见的一种通电模式描述了本发明所述的通电模式,在现有技术的通电模式中给所有相9、10、11通电使转子2旋转,即给定子线圈对4、5、6之一的三个相9、10、11中的每个相通电。其中第一相9对应于字母A,第二相10对应于字母B,第三相11对应于字母C。由此,在完全通电时就会产生涉及四个相续旋转循环7、8的通电模式ABC、ABC、ABC、ABC。

表格中所示的总计十二个通电模式I至XII仅涉及所挑选的可能通电模式,因此该表格并非详尽无遗。以下将依次解释通电模式I至XII。

按照通电模式I在相续的旋转循环7、8的每个旋转循环中仅仅给第二相10和第三相11通电。第一相9相当于不给定子线圈对4、5、6通电的通电停顿12,因此,仅仅第二个和第三相10、11有助于转子2的旋转。由此与所有三相9、10、11期间的通电相比,实现在完全通电时功率降低常见功率的三分之一。在这里所示的四个旋转循环7、8范围内产生通电模式-BC、-BC、-BC、-BC。

按照通电模式II将第二相10用于通电停顿12。通电模式为A-C、A-C、A-C、A-C。

按照通电模式III将第三相11用于通电停顿12,即不会在旋转循环7、8中给第三个定子线圈对6通电。相应的通电模式有规律地为AB-、AB-、AB-、AB-。

按照通电模式IV仅仅在两个相续旋转循环7、8的第一个旋转循环7中给定子线圈对4、5、6通电。在每逢第二个旋转循环8中给每相9、10、11设置一个通电停顿12,就是说转子2在第一个旋转循环7中在三相9、10、11的每相中均获得角动量,在第二个旋转循环8中根本没有获得角动量,而是在随后的旋转循环中重新获得角动量之前在不继续加速的情况下旋转完整的360°。在该实施变型中,与所有相9、10、11或者所有旋转循环7、8均完全通电相比可将所需的功率降低50%。通电模式为ABC、---、ABC、---。

通电模式V示出始终仅仅给三个相9、10、11的第一相9通电的变型方案。第二相10和第三相11相当于通电停顿12,此时不给相应的定子线圈对5、6通电。因此仅仅第一个定子线圈对4有助于转子2的旋转。因此,磁阻电机1仅仅以其最大功率的大约三分之一运行。通电模式为A--、A--、A--、A--。

按照通电模式VI(相当于通电模式V)仅仅在第二相10中给第二个定子线圈对5通电。将第一相9和第三相11用于各通电停顿12。通电模式为-B-、-B-、-B-、-B-。

按照通电模式VII(相当于通电模式V和通电模式VI)仅仅给第三个定子线圈对6通电。这里将第一相9和第二相10用于通电停顿12。通电模式为--C、--C、--C、--C。

按照通电模式VIII,每个旋转循环7、8仅仅各自给一个定子线圈对4、5、6通电,其中,在每个旋转循环7、8中给另一个定子线圈对4、5、6通电,即在第一个旋转循环7中给第一个定子线圈对4通电,在第二个旋转循环8中给第二个定子线圈对5通电,在第三个旋转循环中给第三个定子线圈对6通电,并且在第四个旋转循环中重新给第一个定子线圈对4通电。因此这里也使磁阻电机1仅仅以其最大功率的三分之一运行,然而在每个旋转循环7、8中另一个相9、10、11有助于转子2的旋转。通电模式为A--、-B-、--C、A--。

按照通电模式IX每个旋转循环7、8各自给三个定子线圈对4、5、6的两个定子线圈对通电。在第一个旋转循环7中给第一个定子线圈对4和第二个定子线圈对5通电,就是说将第一相9和第二相10用于使转子2旋转,在随后的第二个旋转循环8中给第二相10和第三相11通电。在随后的第三个旋转循环中给第一个定子线圈对4和第三个定子线圈对6通电。总而言之,每个旋转循环7、8各自将三个相9、10、11中的一个相用作通电停顿12。这样功率就会降低磁阻电机1的最大功率的三分之一。得到的通电模式为AB-、-BC、A-C、AB-。

按照通电模式X在第一个旋转循环7中给所有相9、10、11通电,在第二个旋转循环8中仅给前两个相9、10通电,在随后的旋转循环中仅给第一相9通电。该通电模式ABC、AB-、A--、ABC例如在磁阻电机1的起动阶段适用。

通电模式XI具有顺序的旋转循环7、8,在这些旋转循环中,与按照通电模式X所述的一样,各自首先不使用通电停顿12,然后在第二个旋转循环8中使用通电停顿12,并且在随后的旋转循环中使用两个通电停顿12。这里的通电模式为ABC、-BC、--C、ABC。

通电模式XII示出一个实施变型,其中,在第一个旋转循环7中给所有定子线圈对4、5、6通电、就是说给所有相9、10、11通电。在第二个旋转循环8中利用相对相10的通电停顿12。在随后的旋转循环中,不给定子线圈对4、5、6通电,就是说所有相9、10、11均相当于通电停顿12。获得的通电模式为ABC、A-C、---、ABC。

除了所述的通电模式之外,当然可想而知还有其它通电模式。除此之外,对于具有两相9、10、四相或者更多相的磁阻电机1,当然还可获得相应的通电模式。此外通电模式也可在磁阻电机1的运行过程中改变。例如可以将不同于以后某个时刻的通电模式用于磁阻电机1的起动阶段。如果转子2的转矩足以在没有显著转速下降的情况下克服通电停顿12,则尤其建议在起动阶段之后使用本发明所述的通电模式。

附图3和4示出附图2中所示表格的两个通电模式的电流时间关系图。具体来说,附图3示出通电模式I的电流时间关系图,附图4示出通电模式IV的电流时间关系图。

附图3示出通电模式I的关系图,X轴表示时间,Y轴表示施加在定子线圈对4、5、6上的电流。将代表定子线圈对4、5、6的相9、10、11对应于图中所示三个电流时间关系图的每个图,相当于附图2所示表格中的字母A、B、C。图中描绘了四个旋转循环7、8范围内的通电模式-BC、-BC、-BC,其中两个相续的旋转循环7、8各自表示本发明所述的一个观察期。图中所示通电模式的特征在于,第一个相9(A)在所有四个旋转循环7、8范围内不通电,就是说电流强度恒定为零。因此对于旋转循环7、8的每个旋转循环仅仅给相10、11(B,C)通电,其中,按时间顺序给这些相10、11通电。在旋转循环7之内相对第一个相9(A)产生通电停顿12,此时施加的电流强度为零,随后给第二相10(B)通电,此时将不等于零的电流强度施加给第二个定子线圈对5。然后给第三相11通电,此时给第三个定子线圈对6施加不等于零的电流。这样就经过了第一个旋转循环7。随后是进行相同方式的另一个旋转循环8以及另外两个旋转循环。第一个定子线圈对4在图中所示总计四个旋转循环7、8的两个观察期内无助于给转子2施加转矩,而是以通电停顿12替代给第一个定子线圈对4通电。

附图4以电流时间关系图表示表格的通电模式IV。各有两个旋转循环7、8的两个连续观察期内的通电模式相当于通电模式ABC、---、ABC、---。如图所示,在第一个旋转循环7过程中交替给所有相9、10、11(A,B,C)通电,然而在随后的第二个旋转循环8中不给任何相9、10、11通电。该通电模式在随后的观察期中重复。依次给相9、10、11通电仅分别涉及两个相续旋转循环7、8的第一个旋转循环。

附图标记清单

1 磁阻电机

2 转子

3 定子

4 定子线圈对

5 定子线圈对

6 定子线圈对

7 旋转循环

8 旋转循环

9 相

10 相

11 相

12 通电停顿

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