气隙控制系统和方法技术方案

在一个实施例中，设备包括支撑磁通量携载构件的第一构件和支撑磁通量生成构件的第二构件，第二构件设置成用于相对于第一构件运动。气隙控制系统与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件联接，并且包括气隙控制装置，所述气隙控制装置与在第一构件和第二构件之间形成的主磁通量回路分开。气隙控制装置配置成：在所述第一构件和所述第二构件中的一个构件上响应于所述第一构件和所述第二构件中的另一个构件沿使第一构件和第二构件之间的距离减小的方向的运动施加力，以在所述第一构件和所述第二构件之间保持最小距离和/或使所述第一构件和所述第二构件中的一个构件位于另一根构件内的大体上中央。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2012年4月12日、申请号为201280026020.5(国际申请号为PCT/US2012/033236)、专利技术名称为“气隙控制系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。优先权本申请要求于2011年4月12日提交的名称为“气隙控制系统”的美国临时专利申请序列号61/517,040的优先权，其全部公开内容以引用方式并入本文。
本文描述的实施例涉及一种气隙控制系统，更加详细地涉及一种用于在电磁机中保持最小气隙的气隙控制系统。
技术介绍
典型的电磁机是通过将定子中的传导绕组暴露给由安装在转动转子上的磁体产生的磁场中而发挥功能的。在定子和转子之间的气隙尺寸是一个非常重要的设计变量，这是因为这种机器的电磁效率在气隙尺寸减小时会提高。保持不变的气隙尺寸对于避免转子和定子之间的碰撞和避免不需要的电流、通量效应以及由气隙中的离心率引起的其它负载相关的损失都是很重要的。气隙尺寸的一致性通常通过确保机器的定子和转子(和任何支撑结构)的刚度在组装和操作时足以承受期望的外力来实现。气隙尺寸的明显偏离，比如气隙几乎关闭或完全关闭时，对装备和人员都是危险或有害的，尤其是当气隙在操作电磁机期间被牺牲掉时。随着电磁机尺寸的增大，由于所需结构的重量和成本的原因，依靠结构刚度来确保保持了最小气隙是不切实际的。因此，存在对用于保持不变气隙的替代性方法的需要，也存在提供一种与包括增加结构刚度的已知的传统方法相比能以较低重量和成本提供所需气隙的替代性方法的需要。
技术实现思路
下面总结了在图中图示的示例性实施例。然而，应理解，其不限于本文描述的形式。本领域的技术人员可意识到还存在于许多修改、等同物和替换结构，这些修改、等同物和替换结构也包含在本专利技术的权利要求中要求的精神和范围之内。尤其，本领域的技术人员可意识到本文描述的实施例可应用于任何具有交替极性磁体阵列的机器，包括以旋转或线性方式操作的径向、轴向和横向通量马达和发电机。在一个实施例中，设备包括第一构件和第二构件，所述第一构件支撑磁通量携载构件，所述第二构件支撑磁通量生成构件。所述第二构件设置成用于相对于所述第一构件运动。气隙控制系统包括气隙控制装置，并且所述气隙控制系统与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件相联。所述气隙控制系统配置成：在所述第一构件和所述第二构件中的一个构件上施加作用力，所述作用力是响应于所述第一构件和所述第二构件中的另一个构件在使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向上的运动而施加的，以便实现使所述第一构件和所述第二构件之间保持最小距离和使所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件位于由所述第一构件和所述第二构件中的所述另一个构件限定的区域中的大体上中央二者中的一个。所述气隙控制装置与所述第一构件和所述第二构件之间形成的主磁通量回路分开。附图说明图1是根据一个实施例的气隙控制系统和转子/定子组件的示意图。图2是根据一个实施例的转子/定子组件和气隙控制系统的示意图。图3是根据一个实施例的转子/定子组件一部分的示意图。图4是根据一个实施例的转子/定子组件一部分的示意图。图5是根据一个实施例的具有双侧转子的转子/定子组件一部分的示意图。图6是根据一个实施例中具有一侧转子的转子/定子组件一部分的示意图。图7是根据一个实施例的可与轴向通量马达或发动机一起使用的转子/定子组件的透视图。图8是图7中转子/定子组件一部分的详细分解图，图示了气隙控制系统的一部分安装在其上的其中一个转子。图9是图7中所示的转子/定子组件一部分的放大图，图示了安装在其上的气隙控制系统的一部分。图10是图示了图7中的转子/定子组件的一部分的截面示意图，所述气隙控制系统的一部分安装在其上。图11是图10中在“A”部截取的图10中所示的转子/定子组的件一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。图12-图16是图11中所示转子/定子组件和气隙控制系统的那部份的示意图。图17是从图7中“A”部截取的转子/定子组件的一部分和联接到其上的根据替代性实施例的气隙控制系统的一部分的示意图。图18是根据一个实施例的轴向转子/定子组件和气隙控制系统的一部分的示意图。图19是根据另一个实施例的轴向转子/定子组件和气隙控制系统一部分的示意图。图20是根据另一个实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。图21是图20中气隙控制系统的一部分的放大图。图22是根据另一实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。图23是根据另一个实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。图24是根据另一实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。图25是根据另一实施例的轴向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的示意图。图26是根据另一实施例的径向转子/定子组件的一部分和气隙控制系统的一部分的图示。图27是根据一个实施例的杯式径向通量转子/定子组件的示意图。图28是图27中联接有气隙控制系统的转子/定子组件的示意图。图29图示了根据一个实施例的控制气隙的方法的流程图。具体实施方式本文描述的气隙控制系统可在许多应用中使用，在这些应用中，机器的机器性能和/或安全操作需要保持不变的空隙。在一些实施例中，本文中描述的气隙控制系统可用于在转子组件和定子之间保持间隙，这是通过使定子结构和转子结构中的一个相对具有柔性或依从性，而使定子结构和转子结构中的另一个相对刚硬，和通过将作用力从刚硬的构件传送至具有依从性的构件以保持最小间隙来完成的。当刚硬的构件移位或偏移时，其就将作用力传送至具有依从性的构件，使得具有依从性的构件以类似的方式偏移，以便保持不变的或大体上不变的空隙尺寸。气隙控制系统可在转子和定子之间提供定位刚度，使得气隙控制刚度成为相对于定子和转子之间的相对运动的主要刚度。例如，气隙控制系统可起到与所需弹簧常量的弹簧相同的作用，因为其可用于在例如转子和定子之间的局部位置产生所需的结构刚度。在一些实施例中，气隙控制控制系统在机器和机构的相对柔性的元件和相对刚性的元件之间提供局部刚度。另外，如果这种设置使得更加适用于系统元件的动态反应，那么气隙控制系统的相对柔性元件和相对刚性元件之间的刚度就可在两个元件之间相互作用的较宽表面区域上分布。本文中描述的气隙控制系统的一些实施例可用于：比如在以旋转方式或以线性方式操作的径向、轴向和横向通量马达或发电机中将气隙保持在其性能和/或安全性所需的限制之内。本文中描述的气隙控制系统的一些实施例对于减少利用气隙的机器的重量和成本和减少传统气隙机器所需的维修频率和范围可以是有用的。尽管本文中描述的大多数实施例都聚焦在包括在旋转、线性或往复式电机中的永磁体的实施例上，但是，技术人员应理解，这种电机也可使用非永磁体作为用于主能量转换电磁回路设计的激励装置来设计和建造。例如，绕组场同步机、感应机和开关磁阻机等机器类型可以类似方式从本文中描述的用于永磁体机器的气隙控制系统受益。这是至少部分地因为，在操作和致动气隙控制系统期间，气隙控制系统可操纵为对主能量转换电磁回路有很少的影响或没有影响。因此，当在上文和下文中提及电机类型时使用的术语“磁体”不应理解为将所讨论的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：第一构件，所述第一构件支撑磁通量携载构件；第二构件，所述第二构件支撑磁通量生成构件，所述第二构件设置成用于相对于所述第一构件运动；以及气隙控制系统，所述气隙控制系统与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件联接，所述气隙控制系统包括气隙控制装置，所述气隙控制装置被配置成：在所述第一构件和所述第二构件中的一个构件上施加力，所述施加力是响应于第一构件和第二构件中的另一构件沿着使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向的运动进行的，以实现在所述第一构件和所述第二构件之间保持最小距离以及使所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件位于由所述第一构件和所述第二构件中的所述另一构件限定的区域内的大体上中央这二者中的至少一个，所述气隙控制装置与在所述第一构件和第二构件之间形成的主磁通量回路分隔开。

【技术特征摘要】
2011.04.12 US 61/517,0401.一种设备，包括：第一构件，所述第一构件支撑磁通量携载构件；第二构件，所述第二构件支撑磁通量生成构件，所述第二构件设置成用于相对于所述第一构件运动；以及气隙控制系统，所述气隙控制系统与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件联接，所述气隙控制系统包括气隙控制装置，所述气隙控制装置被配置成：在所述第一构件和所述第二构件中的一个构件上施加力，所述施加力是响应于第一构件和第二构件中的另一构件沿着使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向的运动进行的，以实现在所述第一构件和所述第二构件之间保持最小距离以及使所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件位于由所述第一构件和所述第二构件中的所述另一构件限定的区域内的大体上中央这二者中的至少一个，所述气隙控制装置与在所述第一构件和第二构件之间形成的主磁通量回路分隔开。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一构件为定子，所述磁通量携载构件为绕组，所述第二构件为转子，所述磁通量生成构件包括磁体。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括与所述第一构件联接的第一磁体以及与所述第二构件联接的第二磁体，其位于所述第一构件和所述第一磁体之间，所述第一磁体具有在第一方向上的极性，而所述第二磁体具有在相反的第二方向上的极性，施加在所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件上的力是由所述第一磁体和所述第二磁体之间的排斥力而引起的，当所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小时，所述排斥力增大。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括与所述第一构件联接的导轨，施加在所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件上的力是从所述第二构件经由所述导轨传递至所述第一构件的力。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括空气支承，所述空气支承被配置成：响应于所述第二构件沿使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向的运动在所述第一构件上施加力。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括电磁体和近程式传感器，所述电磁体被配置成当所述近程式传感器检测到所述第一构件和所述第二构件之间的距离小于阈值距离时，就在所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件上施加力。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括邻近所述第二构件设置的轮构件，所述轮构件被配置成响应于所述第二构件沿使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向的运动在所述第一构件上施加力。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括系统控制器以及与所述第一构件联接的辅助绕组，所述系统控制器配置成为所述辅助绕组供能，从而响应于所述第二构件沿使所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小的方向的运动在所述第一构件上施加引力。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二构件设置成用于相对于所述第一构件旋转运动。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二构件设置成相对于所述第一构件直线运动。11.一种设备，其包括：定子，所述定子与定子支撑结构联接，所述定子支撑磁通量携载构件；转子，所述转子设置成用于相对于所述定子运动，所述转子具有第一转子部分和第二转子部分，并且所述转子支撑磁通量生成构件，所述定子设置在所述第一转子部分和所述第二转子部分之间；以及气隙控制系统，所述气隙控制系统与所述转子和所述定子中的至少一个联接，所述气隙控制系统配置成响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动在所述定子上施加力，以使所述定子保持在所述第一转子部分和所述第二转子部分之间的大体上中央。12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括与所述定子联接的第一磁体和与所述转子联接的第二磁体，其位于所述定子和所述第一磁体之间，所述第一磁体具有在第一方向上的极性，所述第二磁体具有在相反的第二方向上的极性，施加在所述定子上的力是由所述第一磁体和所述第二磁体之间的排斥力引起的，当所述定子和所述转子之间的距离减小时所述排斥力增加。13.根据权利要求11所述的设备，其中所述气隙控制系统包括与所述定子联接的导轨，施加在所述定子上的力是响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动从所述转子经由所述导轨传递至所述定子的力。14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括空气支承，所述空气支承配置成响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动在所述定子上施加力。15.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括电磁体和近程式传感器，所述电磁体配置成当所述近程式传感器检测到所述转子和所述定子之间的距离小于阈值距离时在所述定子上施加力。16.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括邻近所述转子设置的轮构件，所述轮构件配置成响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动在所述定子上施加力。17.根据权利要求11所述的设备，其中，所述气隙控制系统包括系统控制器以及与所述定子联接的辅助绕组，所述系统控制器配置成使为所述辅助绕组供能，从而响应于所述转子沿使所述转子和所述定子之间的距离减小的方向的运动在所述定子上施加引力。18.一种方法，包括：检测支撑磁通量携载构件的第一构件与支撑磁通量生成构件的第二构件之间的距离，所述第二构件设置为与所述第一构件的距离不为零并配置成相对于所述第一构件运动；将检测出的距离与阈值距离进行比较；如果检测出的距离小于所述阈值距离，就致动与所述第一构件或所述第二构件中的至少一个构件联接的气隙控制装置，使得在所述第一构件和所述第二构件中的一个构件上施加力并使得所述第一构件和所述第二构件之间的距离增加，所述气隙控制装置与所述磁通量生成构件以及所述磁通量携载构件分开。19.根据权利要求18所述的方法，其中，致动气隙控制装置包括：增加至少部分地设置在所述第一构件的一部分和所述第二构件的一部分之间的电磁体的磁性强度，使得所述电磁体将磁力施加到所述第一构件和所述第二构件中的一个上并且使得所述第一构件和所述第二构件之间的距离增加。20.根据权利要求18所述的方法，其中，致动气隙控制装置包括：向与所述第一构件联接的辅助绕组发送交流电，使得产生使所述第一构件朝向所述第二构件运动的引力，并且使得所述第一构件和所述第二构件之间的距离增加。21.根据权利要求18所述的方法，其中，致动气隙控制装置包括：将较高流量的压缩空气释放至与所述第一构件和所述第二构件中的至少一个构件联接的空气支承，使得增加的力被施加到所述第二构件上并且所述第一构件和所述第二构件之间的距离增加。22.根据权利要求18所述的方法，其中，将检测出的距离与阈值距离进行比较包括：将检测出的距离与所述第一构件和所述第二构件之间的最小距离进行比较。23.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述第一构件上施加力，使得所述第一构件位于所述第二构件的第一部分和第二部分之间的中央。24.一种设备，包括：第一构件，所述第一构件支撑磁通量携载构件；第二构件，所述第二构件支撑磁通量生成构件，所述第二构件设置成用于相对于所述第一构件运动；以及气隙控制装置，所述气隙控制装置包括与所述第一构件联接的第一磁体以及与所述第二构件联接的第二磁体，所述第二磁体位于所述第二构件和所述第一磁体之间，所述第一磁体具有在第一方向上的极性，而所述第二磁体具有在相反的第二方向上的极性，当所述第一构件和所述第二构件之间的距离减小时，所述第一磁体和所述第二磁体之间的排斥力增大，以响应于第一构件和第二构件沿着使第一构件和第二构件之间的距离减小的方向的相对运动在第一构件和第二构件上施加力，从而保持第一构件和第二构件之间的最小距离，所述气隙控制装置与在所述第一构件和第二构件之间形成的主磁通量回路分隔开。25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述第一构件为定子，所述磁通量携载构件为绕组，所述第二构件为转子，所述磁通量生成构件包括磁体。26.根据权利要求24所述的设备，其中，所述第二构件设置成用于相对于所述第一构件旋转运动。27.根据权利要求24所述的设备，其中，所述第二构件设置成相对于所述第一构件直线运动。28.根据权利要求24所述的设备，其中，所述排斥力作用成使所述第一构件和所述第二构件中的所述一个构件位于由所述第一构件和所述第二构件中的所述另一构件限定的区...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·S·史密斯，M·B·乔尔，M·A·克瓦姆，D·萨姆塞尔，小查尔斯·佩里·巴特菲尔德，B·J·沙利文，J·D·杜佛德，
申请(专利权)人：巨石风力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US