专利名称：永磁电机随机调控机电能量转换量值的方法及其永磁电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁电机随机调控机电能量转换量值的方法及其永磁电机。
公知，电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为了在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，可以有两种方法一种是在电机绕组内通以电流来产生磁场，称为电励磁电机(例如普通的直流电机和同步电机)；另一种是由永磁体来产生励磁磁场，称为永磁电机。与电励磁电机相比，由于永磁材料的固有特性，它经过充磁以后，不再需要外加能量就能在其周围空间建立磁场。这既可简化电机结构，又可节约能量。因此，永磁电机具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高等显著优点，从而应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。又公知，永磁电机在电能向机械能转换过程(在下文中称为电动过程)随机调控机电能量转换量值是为了随机进行运动控制，而在机械能向电能转换过程(在下文中称为发电过程)随机调控机电能量转换量值是为了进行随机发电量调控。现有永磁电机均由电枢、永磁体和电控部分等部件构成，在制成后其电枢(所述电枢包括电枢铁心和电枢绕组)和永磁体的工作位置相对固定；也就是说，其励磁不能改变。因而，现有永磁电机在电动过程中随机进行运动控制时，只能借助电控部分的电力电子器件(例如MOSFET、IGBT等)和微机控制技术进行电枢调控；由于电控部分用于随机运动控制的电力电子器件价格昂贵、能耗大和容易损毁，导致控制成本和维护成本相当高。现有永磁电机在发电过程中，由于电控部分难以从外部调节输出电压和功率因数，因而难以进行随机发电量调控，从而限制了它的应用范围。
本发明的任务是提供一种在永磁电机电动过程或发电过程中均能随机调控其机电能量转换量值的方法及一种能随机进行发电量调控和运动控制且控制成本和维护成本低廉的永磁电机。
为了达成上述任务，本发明的方法是在永磁电机中，借助移动电枢或永磁体并调节其所处工作位置、调控随机参予机电能量转换工作的励磁磁强量值来随机调控该永磁电机机电能量转换的量值。此外，为了提高电能效益，在永磁电机随机进行发电量调控时，借助移动电枢或永磁体并调节其所处工作位置、调控随机参予机电能量转换工作的励磁磁强量值来随机调控该永磁电机的发电量值；在永磁电机随机进行运动控制时，除借助移动电枢或永磁体并调节其所处工作位置来调控随机参予机电能量转换工作的励磁磁强量值外，还同时调控电枢参与机电能量转换工作部分的电能量值。
本发明的永磁电机采用上述方法来随机调控机电能量转换的量值，其结构特征在于它由用于进行机电能量转换的电枢、永磁体和用于驱动调控电枢或永磁体位移量值及调控电枢参与机电能量转换工作部分电能量值的驱动控制装置等构成。其电枢或永磁体是可以平行于电机转轴中轴线整体移动的，电枢可以为一个、也可以由两个或两个以上的分电枢(每个分电枢均有独立的电枢铁心和电枢绕组)组成；其驱动控制装置由用于驱动电枢或永磁体位移的驱动装置和用于调控电枢或永磁体所处工作位置及调控参与机电能量转换工作电枢或分电枢电能量值的控制器构成。
本发明与现有技术相比有以下进步1、由于本发明的方法能令永磁电机进行随机发电量调控(这一点是现有技术难以实现的)，因此，它能够大大拓宽永磁电机的应用范围。
2、由于本发明的永磁电机能随机进行发电量调控和运动控制且进行随机运动控制时只需借助相对简单的驱动和控制元件(而现有永磁电机进行随机运动控制需借助价格昂贵、能耗大和容易损毁的电力电子器件)。因此，它不但拓宽了永磁电机的应用范围，还降低了进行随机运动控制的控制成本和维护成本。
下面结合附图和优选实施例对本发明进一步详细说明
图1为本发明一种永磁电机结构示意图；图2为本发明又一种永磁电机结构示意图。
在依据本发明的一个优选实施例中，该永磁电机为一种能随机进行发电量调控和运动控制且控制成本和维护成本较低廉的电动汽车驱动电机，它在驱动汽车时能随机进行运动控制，在中止电动状况时能进入发电状况随机进行发电量调控，利用汽车车轮的惯性扭矩或再生制动发电来给该汽车的动力电池充电。该永磁电机的结构示意如图1所示。在图1中1是转轴、1-1是转轴上供转子轴向滑动的限位凹槽、1-2是风扇、1-3是轴承、2是可以在转轴上轴向滑动的转子、2-1是转子上用以给电枢提供励磁的永磁体、3是分电枢、3-1是分电枢的铁心、3-2是分电枢的绕组、4-1是用于调控永磁体所处工作位置和调控参与机电能量转换工作分电枢电能量值的控制器、4-2是在控制器的控制下提供驱动力矩的伺服电机、4-3和4-4都是驱动力传递齿轮(齿轮4-3和4-4之间为螺纹连接，4-3在伺服电机驱动下只能绕中轴线转动而4-4被4-3驱动且受限位杆4-6约束，只能轴向移动并借助推力轴承4-5拨动转子轴向位移)、5是电机壳体。
从图1可见，该电机由用于进行机电能量转换的电枢(它由两个分电枢组成)、永磁体和用于驱动、调控永磁体位移量值及调控电枢参与机电能量转换工作部分电能量值的驱动控制装置(由元件4-1至4-6组成)等构成，永磁体固定在转子上，它随着转子可以沿图示箭头方向受控地平行于转轴中轴线整体移动，从而变动其与电枢相互间的作用位置；也就是说，变动了其参与机电能量转换工作的励磁磁强量值。该电机的工作机理为在随机进行发电量调控时，借助移动永磁体、调控其随机参予机电能量转换工作的励磁磁强量值来达成任务。在进行随机运动控制时，除借助移动永磁体、调控其随机参予机电能量转换工作的励磁磁强量值外，还同时调控电枢参与机电能量转换工作部分(即图示与永磁体相对的电枢部分)的电能量值。
在依据本发明的又一个优选实施例中，该永磁电机为一种飞轮电池(从工作原理而言，飞轮电池是一种特型旋转磁极式永磁电机)。该飞轮电池的结构示意如图2所示，它由在真空壳体1内借助磁轴承2-2磁悬浮运转的飞轮2(即转子)、电枢3(即定子)和用于驱动电枢并调控其所处工作位置的驱动控制装置4等构成。永磁体2-1固定在转子上，电枢在驱动控制装置的驱动和控制下可受控地按图示箭头方向整体位移。当从外部电源向该电池充电(即电池处于电动过程)时，驱动控制装置令电枢由图示的A位置段逐渐移至B位置段，驱使飞轮旋转贮存了机械能，这是进行随机运动控制。当该电池处于发电过程，将旋转飞轮贮存的机械能转换为电能向外界输出时，驱动控制装置令电枢在图示的A、B位置段间随机位移(或在电池处于贮能期时将电枢移至A位置段，令电枢中止与旋转永磁体继续进行能量转换，避免电池的无功能量损耗)，这是进行随机发电量调控。由于该飞轮电池能随机进行发电量调控，因此，有效地解决了现有飞轮电池贮电期短和无法调控输出电量的难题，为飞轮电池走向实际应用铺平了道路。
尽管本说明书已对本发明进行了解释，但是，本领域的普通技术人员将认识到在不脱离权利要求限定的本发明的实质及保护范围内，可以对本说明书所述技术方案的结构与细节之处作出各种各样的变化。
权利要求
1.一种永磁电机随机调控机电能量转换量值的方法，其特征在于在永磁电机中，借助移动电枢或永磁体并调节其所处工作位置、调控随机参予机电能量转换工作的励磁磁强量值来随机调控该永磁电机机电能量转换的量值。
2.一种永磁电机随机调控机电能量转换量值的方法，其特征在于在永磁电机随机进行发电量调控时，借助移动电枢或永磁体并调节其所处工作位置、调控随机参予机电能量转换工作的励磁磁强量值来随机调控该永磁电机的发电量值；在永磁电机随机进行运动控制时，除借助移动电枢或永磁体并调节其所处工作位置来调控随机参予机电能量转换工作的励磁磁强量值外，还同时调控电枢参与机电能量转换工作部分的电能量值。
3.一种永磁电机，其特征在于该永磁电机采用权利要求2所述的方法来随机调控机电能量转换的量值，它由用于进行机电能量转换的电枢、永磁体和用于驱动、调控电枢或永磁体位移量值及调控电枢参与机电能量转换工作部分电能量值的驱动控制装置等构成；其电枢或永磁体是可以平行于电机转轴中轴线整体移动的，电枢可以为一个、也可以由两个或两个以上的分电枢组成；其驱动控制装置由用于驱动电枢或永磁体位移的驱动装置和用于调控电枢或永磁体所处工作位置及调控参与机电能量转换工作电枢或分电枢电能量值的控制器构成。
全文摘要
本发明公开了一种在永磁电机电动过程或发电过程中均能随机调控其机电能量转换量值的方法及一种能随机进行发电量调控和运动控制且控制成本和维护成本低廉的永磁电机。该方法借助调控随机参予机电能量转换工作的励磁磁强量值来进行机电能量转换量值调控,该永磁电机由可以移动的电枢、永磁体和用于驱动调控电枢或永磁体位移量值及电枢参与能量转换工作部分电能量值的驱动控制装置等构成。本发明能够大大拓宽永磁电机的应用范围。
文档编号H02K7/10GK1355588SQ0114263
公开日2002年6月26日 申请日期2001年12月13日 优先权日2001年12月13日
发明者严密, 唐荫溥, 唐济民 申请人:严密, 唐荫溥