模块化管状线性开关磁阻机器制造技术

本公开涉及一种管状线性开关磁阻机器，所述管状线性开关磁阻机器包括分段变换器(3)和定子(5)，所述分段变换器(3)具有非磁性材料主体(3a)和磁性材料的环形段(3b)，所述环形段(3b)彼此轴向地分离开并且设在所述主体(3a)上，所述环形段(3b)沿着所述主体(3a)的轴向方向(z)分布，所述定子(5)被布置为与所述分段变换器(3)电磁地相互作用，其中所述定子(5)具有多个同轴地布置的环状模块(5a)、以及被布置在每一对后续布置的模块(5a)之间的相应环状非磁性间隔件(5b)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模块化管状线性开关磁阻机器
本公开大体上涉及电气机器。具体地，本公开涉及一种具有模块化定子设计的管状线性开关磁阻机器。
技术介绍
占主导地位的现有线性马达拓扑是永磁体或者感应式马达。开关磁阻线性马达并未得到广泛使用，尤其是管状配置。涉及线性马达的应用需要紧凑的、性价比高的、和高性能的解决方案。此外，多种应用涉及关于总重量、可靠性以及甚至模块性的规范。Mendes等人在2014年7月2日至3日于英国伦敦召开的2014年世界工程大会(WCE2014)的“世界工程大会议程第I卷”中发表的论文“Identificationofsometubulartopologiesoflinearswitchedreluctancegeneratorfordirectdriveapplicationsinoceanwaveenergyconversion”公开了用管状拓扑制成的线性开关磁阻发电机的多种结构配置。这些几何结构中的一个几何结构(在论文中称为“模型C”)包括具有铁磁材料制成的环形元件的定子，相应线圈相位位于该定子中。铁磁材料由非磁性间隔件分离开。每个磁极由两个齿形成，这两个齿具有与构成次级或者变换器的突出轮廓的齿相同的尺寸，该次级或者变换器由铁磁材料制成。这些几何结构中的另一个几何结构(称为“模型D”)包括由具有磁性材料段的非磁性材料构成的变换器。尽管是模块化的，但“模型C”设计相当笨重，这会影响次级可获得的推力。另一方面，“模型D”并不是模块化的。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的目的是提供用于解决或者至少缓解上述问题的管状线性开关磁阻机器。因此，提供了一种管状线性开关磁阻机器，该管状线性开关磁阻机器包括变换器和定子，该变换器具有非磁性材料主体和磁性材料的环形段，该环形段彼此轴向地分离开并且设在主体上，该环形段沿着主体的轴向方向分布，定子被布置为与变换器电磁地相互作用，其中定子具有多个同轴地布置的环状模块、以及被布置在每一对后续布置的模块之间的相应环状非磁性间隔件。所提出的配置提供了一种重量减轻和低成本的模块化管状马达配置。机器的质量/重量由于变换器的主体的非磁性性质而明显减小，而定子的分段设计又提供了模块性。由于该配置的模块化特性和变换器中不存在任何类型的激励(即，绕组或者磁体)，所以使得材料、构造和维护成本都减少并且还具有紧凑性。本管状线性开关磁阻机器表现出高力密度和高峰值推力，明显高于常规线性开关磁阻马达的相应力密度和峰值推力。此外，该设计的模块性还能够基于基本单位电池模块来创建定制方案。例如，如果用恰当宽度的间隔件来取代这些间隔件，则在理论上可以将无限数量的模块添加至定子。根据一个实施例，主体设有多个轴向等距隔开的周向凹槽，其中每个环形段被布置在相应周向凹槽中。根据一个实施例，每个模块具有在轴向方向上的定子极距宽度，并且在任一对相邻环形段的中点之间的轴向距离限定出变换器极距宽度，其中定子极距宽度不同于变换器极距宽度。通过恰当地选择定子极距宽度与变换器极距宽度的比率，可以在形状上恰当地控制推力波形，因而与当定子极距宽度与变换器极距宽度相等时相比，这会增加力密度。根据一个实施例，每个模块具有两个齿，这两个齿通过周向通道轴向地分离开，其中定子极距宽度由模块的每一对相邻齿的中点之间的轴向距离来限定。根据一个实施例，定子极距宽度τstator小于变换器极距宽度τtranslator。根据一个实施例，定子极距宽度与变换器极距宽度的比率ks小于1。根据一个实施例，环形段的外轴向长度与变换器极距宽度之间的比率kout小于或等于1。根据一个实施例，环形段的内轴向长度与变换器极距宽度之间的比率kin小于比率kout。根据一个实施例，比率ks大于0.6。根据一个实施例，每个间隔件在轴向方向上的宽度取决于模块数量以及定子极距宽度与变换器极距宽度的比率ks。根据一个实施例，每个间隔件的宽度进一步取决于模块的齿的齿宽。根据一个实施例，每个间隔件的宽度由公式确定，其中m是模块数量，τtranslator是变换器极距宽度，并且bs是模块的齿的齿宽。根据一个实施例，每个模块包括管状磁芯和线圈。根据一个实施例，管状线性开关磁阻机器是管状线性开关磁阻马达。根据一个实施例，每个环形段的外表面与主体的外表面齐平。根据一个实施例，定子被布置为接纳变换器，或者变换器被布置为接纳定子。通常，权利要求书中所使用的所有术语应根据其在
中的普通含义进行理解，除非本文另有明确定义。对于“一/一个/该(a/an/the)元件、设备、部件、构件等”的所有提及都应开放式地理解为指该元件、设备、部件、构件等的至少一个示例，除非另有明确规定。附图说明现在将参照附图通过示例的方式对本专利技术构思的特定实施例进行描述，在附图中：图1示意性地描绘了管状线性开关磁阻机器的示例的纵向截面；图2示意性地示出了图1中的管状线性开关磁阻机器的管状定子的透视图；图3是管状线性开关磁阻机器的纵向截面；以及图4示出了当仅仅一个相位被激励时定子极距宽度与变换器极距宽度的不同比率ks的推力波形。具体实施方式下文将参照示出了例示实施例的附图对本专利技术构思进行更加全面的描述。然而，本专利技术构思可以体现为许多不同的形式并且不应被理解为局限于本文所述的实施例；相反，这些实施例是通过示例的方式被提供以便使得本公开详尽且完整，并且会将本专利技术构思的范围全面地传达给本领域的技术人员。在说明书中，相似的附图标记表示相似的元件。本公开涉及一种管状线性开关磁阻机器(TLSRM)，即，管状线性开关磁阻发电机或者管状线性开关磁阻马达，其包括变换器，该变换器包括非磁性材料圆筒和由磁性材料制成的多个环形段，该多个环形段被嵌入在设在主体的外边缘中的周向凹槽中。环形段的存在提供了针对变换器的相对位置的必要磁阻变化，而不需要变换器的突出几何轮廓。环形段沿着变换器长度分布，各自通常具有相等的轴向延伸。所提出的配置提供了与常规TLSRM相比具有明显减小的重量和质量的结构，这主要是由于用于变换器主体的材料的非磁性性质，这使得能够提供更轻的推进器。对于变换器的主体，可以使用较轻但在机械上稳健以承受高推力的任何非磁性材料，例如，可以使用塑料或者甚至是泡沫材料，由于与磁性钢相比确实较低的质量密度值，所以这明显减小了电机的重量和成本。该几何结构不包括通过空气部分分离开的一系列齿，但包括用于提供必要的磁通量通路的一系列磁性材料环形段，这些环形段被嵌入在变换器的非磁性圆柱形主体中。TLSRM还包括定子，该定子具有相同的相位集或者模块以及在每一对相邻模块之间的非磁性间隔件。每个模块在磁性上是独立的并且包括管状磁芯。模块因此由非磁性间隔件分离开，是导致相应磁路的完整独立性的特征。参照图1至图3，现在将对管状线性开关磁阻机器的示例进行描述。图1示出了管状线性开关磁阻机器(TLSRM)1的示例，管状线性开关磁阻机器(TLSRM)包括变换器3和管状定子5，管状电子5被布置为与变换器3电磁地相互作用。根据本示例，管状定子5被布置为接纳变换器3。变换器3被布置为当被布置在定子5的内部时可相对于定子5轴向地移动。在TLSRM1组装好的状态下，在定子5与变换器3之间存在气隙。变换器3是分段的和圆柱形的，并且包括由非磁性材料制成的主体3a以及由磁性材料制成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管状线性开关磁阻机器(1)，包括：变换器(3)，具有非磁性材料主体(3a)和磁性材料的环形段(3b)，所述环形段(3b)彼此轴向地分离开并且被设置在所述主体(3a)上，所述环形段(3b)沿着所述主体(3a)的轴向方向(z)被分布，以及定子(5)，被布置为与所述变换器(3)电磁地相互作用，其中所述定子(5)具有多个同轴地布置的环状模块(5a)、以及被布置在每一对后续布置的模块(5a)之间的相应环状非磁性间隔件(5b)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种管状线性开关磁阻机器(1)，包括：变换器(3)，具有非磁性材料主体(3a)和磁性材料的环形段(3b)，所述环形段(3b)彼此轴向地分离开并且被设置在所述主体(3a)上，所述环形段(3b)沿着所述主体(3a)的轴向方向(z)被分布，以及定子(5)，被布置为与所述变换器(3)电磁地相互作用，其中所述定子(5)具有多个同轴地布置的环状模块(5a)、以及被布置在每一对后续布置的模块(5a)之间的相应环状非磁性间隔件(5b)。2.根据权利要求1所述的管状线性开关磁阻机器(1)，其中所述主体(3a)被设置有多个轴向等距隔开的周向凹槽(7a)，其中每个环形段(3b)被布置在相应周向凹槽(7a)中。3.根据权利要求1或者2所述的管状线性开关磁阻机器(1)，其中每个模块(5a)具有在所述轴向方向(z)上的定子极距宽度(τstator)，并且在任一对相邻环形段的中点之间的轴向距离限定出变换器极距宽度(τtranslator)，其中所述定子极距宽度(τstator)不同于所述变换器极距宽度(τtranslator)。4.根据权利要求3所述的管状线性开关磁阻机器(1)，其中每个模块(5a)具有两个齿(9)，所述两个齿(9)由周向通道(11)被轴向地分离开，其中所述定子极距宽度(τstator)是由模块(5a)的每一对相邻齿(9)的所述中点之间的所述轴向距离来限定。5.根据权利要求3或者4所述的管状线性开关磁阻机器(1)，其中所述定子极距宽度(τstator)小于所述变换器极距宽度(τtranslator)。6.根据权利要求3至5中任一项所述的管状线性开关磁阻机器(1)，其中所述定子极距宽度(τstator)与所述变换器极距宽度(τtranslator)的比率ks小于1。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·贝尼亚卡尔，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH