專利名稱：永磁同步電機的改進方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的主要在于提出一種改善具有永久磁鐵和通量轉(zhuǎn)換(commutation de flux)的電機性能的方法，所述電機包括至少一電樞、一電樞線圈、兩塊永久磁鐵及一定子，所述定子包括若干極片(pèicespolaires)。
此處使用的詞匯活動系統(tǒng)及定子，是為了清楚描述本發(fā)明，但顯然，此處只涉及一相對運動，活動系統(tǒng)可以是固定的，而定子可以是活動的。
因此，本發(fā)明涉及所有具有永久磁鐵和通量轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)或線性同步電機——即所述同步電機的所有磁鐵和電樞線圈都安放在同一組件中，當(dāng)活動系統(tǒng)移動時，所述電樞線圈和/或永久磁鐵內(nèi)的通量不在其平均值周圍以對稱方式變化——所述平均值一般為零，因此，所述通量具有偶次諧波。這樣的電機內(nèi)通量的不對稱是其結(jié)構(gòu)所固有的，或者說，對于線性電機，所述通量的不對稱也可能來自于邊際效應(yīng)。所述不對稱的后果是，會產(chǎn)生一嚴(yán)重的擴展效應(yīng)(effort de détente)——從中可看出第一諧波等于相數(shù)(nombre de phases)，并且還在感應(yīng)電動勢(f.e.m.)中產(chǎn)生偶次諧波。
背景技術(shù)：
已知擴展效應(yīng)是只有當(dāng)存在永久磁鐵及磁路時才會發(fā)生的效應(yīng)。在朝一給定方向運動時，所述擴展效應(yīng)交替為驅(qū)動力或阻力。盡管平均值為零，所述擴展效應(yīng)仍可通過其脈沖產(chǎn)生有害的振動，從而干擾電機的良好運行，并且它趨向于減弱由電機提供的最小驅(qū)動效應(yīng)(effortmoteur)。由于感應(yīng)電動勢的不對稱性，一方面，所述結(jié)構(gòu)在當(dāng)前相的正確供給上表現(xiàn)出難于操縱，另一方面，所述結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)出大驅(qū)動效應(yīng)的波動——所述大驅(qū)動效應(yīng)被加在擴展效應(yīng)脈沖上。因此，測量證明，效應(yīng)波動的峰峰值(amplitude crête àcrête)可達到等于所述效應(yīng)平均值的數(shù)值。因此，由于這樣構(gòu)成的結(jié)構(gòu)例如具有一最小驅(qū)動效應(yīng)——其只有平均效應(yīng)的一半且因此是由最佳對稱的通量變化所獲得的平均值的一半，所述結(jié)構(gòu)因而顯出其受限的性能。
在如專利EP 1 173 920中所描述的一線性電機中，通過把電機的數(shù)目增加兩倍、且使各電機相隔為半個波動節(jié)距的一距離，這樣可減輕效應(yīng)波動，從而，在所述電機的一個上對應(yīng)于一最大效應(yīng)的位置，則對應(yīng)在所述電機的另一個上的最小效應(yīng)的位置。因此可獲得效應(yīng)補償，且因而得到平滑的效應(yīng)。這種方法很有效，但卻非常昂貴，也很難應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)式電機上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過盡可能簡單的方法，以獲得一對稱通量。
本發(fā)明在于，除所述電樞及其線圈外，按一分割平面——所述分割平面垂直于間隙平面，把所述電機分隔為兩個對稱部分；并且，使所述定子極片的分割部分沿所述活動系統(tǒng)的相對移動方向偏移半個節(jié)距；并且，反轉(zhuǎn)所述的通過隔開而分割的永久磁鐵的極性，從而在繞線圈一周時，遇到四個極性交替的磁鐵。
這樣其結(jié)果可過濾掉擴展效應(yīng)，所述效應(yīng)只屬于兩相諧波4與三相諧波6，并可過濾掉感應(yīng)電動勢的偶次諧波。
有利地是，在可能的范圍內(nèi)，把定子極片的分割部分彼此分隔開，以在各分割部分之間避免通量直接泄漏，在所述電樞的端部形成有一擴大部(élargissements)，所述極靴用于在所述分隔的部分之間建立一磁橋。
若外部尺寸固定，所述分隔可通過去除鐵磁性或磁性材料而獲得。
本發(fā)明的目的還在于提出一種根據(jù)上面所述方法進行改進的線性電機。
應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的改進的電機為一至少有兩相的變流式線性電機，所述電機包括一活動系統(tǒng)，所述活動系統(tǒng)包括至少兩個感應(yīng)線圈，所述各感應(yīng)線圈環(huán)繞著一形成活動磁極的磁性電樞，所述各線圈被兩對永久磁鐵圍繞著，所述永久磁鐵相對于所述線圈軸對稱地布置，且相對于一平面對稱地布置——所述平面沿一與所述線圈軸平行的軸包含所述電樞及磁化軸(axes des induits et aimantés)，所述磁鐵中的一半按一方向極化，另一半按相反方向極化，一定子導(dǎo)向管具有由兩排平行的磁性材料件構(gòu)成的磁極，所述磁性材料件固定在一磁性材料導(dǎo)向管中、在該磁性材料導(dǎo)向管的至少一壁上，從而，在所述活動系統(tǒng)移動時，所述磁性材料件相繼到達所述活動磁極的對面，所述定子極片中的一排相對于所述定子極片中的另一排偏移半個定子節(jié)距，并且所述活動系統(tǒng)包括在所述線圈中的通量方向轉(zhuǎn)換裝置。
專利申請EP 1 173 920中描述過這類電機。
根據(jù)本發(fā)明改進的線性電機的特征在于，沿所述線圈軸對稱放置的磁鐵具有相同的極性。
有利地是，所述電樞裝配有極靴(épanouissements polaires)，所述極靴沿垂直于包含所述電樞軸的平面延伸。
有利地是，在雙相或三相電機中，所述活動系統(tǒng)的兩連續(xù)相具有兩共用的磁鐵。
有利地是，在三相電機中，分隔開所述兩相鄰線圈軸的距離為定子節(jié)距的2/3或5/6或7/6或4/3。


現(xiàn)將參照附圖，以更詳細(xì)描述應(yīng)用于一線性電機的本發(fā)明的原則，所述線性電機為所述以前技術(shù)中描述過的類型。附圖中圖1示出了根據(jù)以前技術(shù)的一線性電機，圖2示出了定子極片的分割及移位，圖3簡略示出了改進后的活動系統(tǒng)，圖4示出了圖3中的活動系統(tǒng)，所述活動系統(tǒng)在相對于定子極片的第一相對位置上，圖5示出了在第二位置上的相同活動系統(tǒng)，及圖6簡略示出了一三相電機。
具體實施例方式
圖1對應(yīng)文獻EP1 173 920中的圖2。圖中只示出一相，但當(dāng)然，電機可有兩相或三相。
所述電機包括一固定管1，所述固定管由一U型非磁性導(dǎo)向型材構(gòu)成，所述型材用于支承定子極(ples statoriques)，所述定子極由鐵磁性材料如低碳鋼的矩形接觸點2及2’構(gòu)成。接觸點2及2’成對放置，以使每對中的兩接觸點彼此相對，相對于型材1的軸對稱。連續(xù)的接觸點對2之間距離相等，其位置之間彼此間隔了可確定電機節(jié)距(pas demoteur)的一距離。另外，管1還有兩肋條5、6，以導(dǎo)引活動系統(tǒng)。所述活動系統(tǒng)包括兩相或三相，例如，相P1原則上由線圈7構(gòu)成，所述線圈7的軸垂直于定子極2和2’的平面，所述線圈圍繞磁性材料芯8，所述磁性材料芯構(gòu)成電樞。沿固定管1的軸，在線圈7的兩側(cè)安放著兩永久磁鐵9和10，所述兩磁鐵方向相對，均平行于線圈軸。線圈7的兩端固定著兩非磁性材料的矩形頰板11、12，所述頰板有助于固定住永久磁鐵9和10。
根據(jù)本發(fā)明的所述電機的改進方法的應(yīng)用在于，把各磁鐵9、10分成兩個磁鐵9a、9b和10a、10b，再把分割磁鐵沿垂直于其磁化方向及運動方向隔開一距離h1，并交換磁鐵9b和10b(或9a和10a)的位置，這樣，相同極性的磁鐵相對于電樞8的軸對稱地安放(如圖3所示)。
通過距離h1上取消磁化材料，也可實現(xiàn)分割磁鐵的間隔。
定子接觸點(plot statorique)2也可分割，以產(chǎn)生接觸點2a、2b，相應(yīng)地，定子接觸點2’分割成2’a與2’b，所述分割接觸點2a、2b彼此按垂直于所述組件的一對稱平面相互隔開一距離h2，相應(yīng)地，所述分割接觸點2’a、2’b彼此按垂直于所述組件的一對稱平面相互隔開一距離h2。所述接觸點在運動方向上偏移半個節(jié)距，如圖2中所示的接觸點2a和2b。
如圖所示，距離h1和h2不必相等，但接近。依不同情況，可根據(jù)定子接觸點和磁鐵的幾何形狀確定所述距離，以減少泄漏，優(yōu)化通量聚集。
在文獻EP 1 173 920的圖10和11中，已看到一兩相電機，所述電機包括兩對永久磁鐵，所述磁鐵相對于電樞軸對稱放置，定子接觸點被分割并偏移。但在所述實施方式中，相同極性的永久磁鐵不是相對于電樞軸對稱放置，定子接觸點有一特殊形狀，不是矩形，而在圖2及6所示的電機中，定子接觸點只是簡單的矩形形狀。
在所述電機中，若為兩對雙排定子接觸點的情況時，電樞8的各端部裝配有一極靴，所述極靴由一塊鐵磁性板構(gòu)成，所述鐵磁性板沿垂直于電樞8軸的方向及垂直于分割平面的方向延伸。若為一兩相或三相電機，所述分割平面為包含所述電樞8軸的平面。
當(dāng)處于圖4、5所示的聯(lián)接位置時，所述設(shè)置尤其能以最佳方式聚集相同極性的磁鐵所傳送的通量。
在圖4所示的位置上，穿過電樞8的通量為來自于兩磁鐵10的通量。通量進入電樞8之前，通過極靴16的各側(cè)，完全由兩接觸點2a、2b聚集。在電樞的另一端，通量通過相同方式，被兩接觸點2’a、2’b與極靴16’聚集。但如在文獻EP 1 173 920中所提到的，通量聚集在圖中未示出那側(cè)上，還可由安設(shè)在活動系統(tǒng)上的一鐵磁性板加以保證。
圖5示出了相對于圖4中所示位置，向右移動了半個定子節(jié)距(demi-pas ststorique)后的活動系統(tǒng)。此時，是磁鐵9a、9b的通量完全被兩接觸點2a和2b聚集。由于磁鐵9和10之間的極性反轉(zhuǎn)，所以線圈7內(nèi)的通量也反轉(zhuǎn)過來。可看出，磁鐵9a和9b完全被兩接觸點2a、2b覆蓋住了，而這不是所述文獻的圖11a中所記載的情況——在所述文獻中接觸點只是部分覆蓋磁鐵。因此，磁鐵的通量聚集得以顯著改善。
已作測試顯示相對于已有技術(shù)的性能而言，新結(jié)構(gòu)的性能提高了兩倍。通量變化完全為正弦式，因此是對稱的。所述效應(yīng)在其平均值周圍的波動低于20％。
事實上，完整的電機包括兩相或三相。圖6中以舉例方式，簡略示出了一個三相電機。
三個相分別由其線圈7A、7B和7C及其電樞8A、8B和8C表示。在所述實施例中，三個線圈7A、7B和7C緊挨著，之間沒有間隔。可看出，永久磁鐵9a和10b是線圈7A和7B共用的，而磁鐵10a和9b是線圈7B和7C共用的。兩連續(xù)相之間即電樞軸之間的距離為定子節(jié)距的5/6。
通常，若p表示定子節(jié)距，則兩連續(xù)相之間，即兩相鄰線圈的軸之間的距離，等于2p/3或5p/6或7p/6或4p/3等。
權(quán)利要求
1.具有永久磁鐵和通量轉(zhuǎn)換的同步電機的性能改進方法，所述電機包括一活動系統(tǒng)，所述活動系統(tǒng)包括至少一電樞(8)、一電樞線圈(7)、兩塊永久磁鐵(9，10)；及一定子，所述定子包括兩極片(2，2’)；所述方法的特征在于，除所述電樞及其線圈外，按一分割平面——所述分割平面垂直于間隙平面，把所述電機分隔為兩個對稱部分(2a，2b，9a，9b，10a，10b)；并且，使所述定子極片的分割部分(2a，2b)沿所述活動系統(tǒng)的相對移動方向偏移半個節(jié)距；并且，反轉(zhuǎn)所述的通過隔開而分割的永久磁鐵的極性，從而在繞線圈一周時，遇到四個極性交替的磁鐵。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，把所述定子極片的分割部分(2a，2b)相互分隔開；在所述電樞(8)的端部形成有一極靴(16)，所述極靴用于在所述分隔的部分之間建立一磁橋。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法獲得的電機。
4.至少有兩相的具有通量轉(zhuǎn)換的線性電機，所述電機包括一活動系統(tǒng)，所述活動系統(tǒng)包括至少兩個感應(yīng)線圈(7)，所述各感應(yīng)線圈環(huán)繞著一形成活動磁極的磁性電樞(8)，所述各線圈被兩對永久磁鐵(9a，9b，10a，10b)圍繞著，所述永久磁鐵相對于所述線圈軸對稱地布置，且相對于一平面對稱地布置——所述平面沿一與所述線圈軸平行的軸包含所述電樞及磁化軸，所述磁鐵中的一半按一方向極化，另一半按相反方向極化，一定子導(dǎo)向管(1)具有由兩排平行的磁性材料件(2a，2b)構(gòu)成的磁極，所述磁性材料件固定在一磁性材料導(dǎo)向管中、在該磁性材料導(dǎo)向管的至少一壁上，從而，在所述活動系統(tǒng)移動時，所述磁性材料件相繼到達所述活動磁極的對面，所述定子極片中的一排(2a)相對于所述定子極片中的另一排(2b)偏移半個定子節(jié)距，并且所述活動系統(tǒng)包括在所述線圈中的通量方向轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，沿所述線圈軸對稱放置的磁鐵具有相同的極性。
5.按照權(quán)利要求4所述的線性電機，其特征在于，所述電樞裝配有極靴(16)，所述極靴沿垂直于包含所述電樞軸的平面延伸。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的線性電機，其特征在于，所述活動系統(tǒng)的兩連續(xù)相具有兩共用的磁鐵。
7.按照權(quán)利要求6所述的線性電機，其特征在于，分隔開所述兩相鄰線圈軸的距離為定子節(jié)距的2/3或5/6或7/6或4/3。
全文摘要
永久磁鐵及變流式同步電機的性能改進方法，所述電機包括一活動系統(tǒng)，所述活動系統(tǒng)包括至少一電樞(8a，8b，8c)、一感應(yīng)線圈(7a，7b，7c)、兩塊永久磁鐵(9，10)；及一定子，所述定子包括極片(2)。所述方法在于除電樞及其線圈外，把所述電機分隔為兩部分(2a，2b，9a，9b，10a，10b)；使定子極片的分割部分(2a，2b)偏移半個節(jié)距；并反轉(zhuǎn)所述分割的永久磁鐵(9a，9b，10a，10b)的極性，從而在繞線圈一周時，遇到四個極性交替的磁鐵。
文檔編號H02K41/03GK1625830SQ03802952
公開日2005年6月8日 申請日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月29日
發(fā)明者皮埃爾-埃馬紐埃爾·卡瓦雷克, 奧利維耶·熱爾戈 申請人:Somfy公司