一种可重构的感应以同步的马达制造技术

一种可重构电动马达，其包括容纳可转动永磁体或不导磁分路块的转子。所述磁体和／或分路块具有在启动时产生弱磁场用于异步感应马达操作的第一位置，以及产生强磁场用于有效同步操作的第二位置。马达包括在启动时用于感应马达操作的鼠笼式结构，其中永磁体和／或分路块定位成产生弱磁场从而不干扰启动。当马达接近或达到同步每分钟转数时，永磁体和／或分路块转动以产生强磁场用于高效同步操作。磁体和／或分路块的位置可以由离心机构控制，或者粘滞阻尼装置可以延迟磁体和／或分路块的转动，或者电气控制的装置可以控制磁体和／或分路块的位置。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构的感应以同步的马达
本申请是2009年10月30日申请的美国专利申请序列号12/610,184以及2009年10月30日申请的美国专利申请序列号12/610,271的部分延续申请，所述两个美国专利申请通过参引整体结合入本申请中。
技术介绍
本专利技术涉及一种电动马达，具体涉及转子中的可移动永磁体和/或不导磁分路块，从而将马达从启动时的异步感应马达重构为有效操作的同步马达。所述电动马达的优选形式是无电刷交流感应马达。所述感应马达的转子包括在定子内转动的笼(或效仿“仓鼠轮”的鼠笼)。所述笼包括在转子外圆周上角度间隔开的轴向延伸的棒。提供给定子的交流电在定子中引入了转动定子磁场，而所述转动场感应地在所述棒中感应出电流。在棒中感应出的电流然后与同一定子磁场协作来产生转矩并由此导致马达的转动。将电流引入棒中要求所述棒不与转动定子磁场同步移动(或转动)，因为电磁感应需要场中的磁场与导体之间的相对运动。结果，转子必须相对于转动定子磁场滑动以在棒中感应出电流并由此产生转矩，因此，感应马达是异步马达。遗憾的是，低功率感应马达效率不高，并且在降低的载荷下损失效率，因为由定子消耗的功率的量在低负载下仍不变。一种改进感应马达效率的方法是在转子中加入永磁体。所述马达起初以与通常的感应马达相同的方式启动，但当马达达到其操作速度时，定子磁场与永磁体协作以进入同步操作。遗憾的是，永磁体的尺寸受到了限制，因为如果永磁体过大，那么它们就会阻止马达启动。这种尺寸限制会限制从加入永磁体中获得的益处。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种可重构电动马达来解决上述及其他需要，所述可重构电动马达包括容纳有可转动永磁体或不导磁分路块的转子。所述磁体和/或分路块具有在启动时产生弱磁场用于异步感应马达操作的的第一位置，以及产生强磁场用于有效同步操作的第二位置。马达包括在启动时用于感应马达操作的鼠笼式结构，其中永磁体和/或分路块定位成产生弱磁场从而不干扰启动。当马达接近或达到同步每分钟转数时，永磁体和/或分路块转动以产生强磁场用于高效同步操作。磁体和/或分路块的位置可以由离心机构控制，或者粘滞阻尼装置可以延迟磁体和/或分路块的转动，或者电气控制的装置可以控制磁体和/或分路块的位置。根据本专利技术的一方面，提供了一种以异步模式启动并在启动后转换至更有效的同步模式的可重构无电刷交流电动马达。所述马达包括定子，所述定子接收交流电源信号并产生转动定子磁场，以及与所述转动定子磁场协作的转子。所述转子包括棒，所述棒形成鼠笼式结构，用于与所述转动定子磁场感应协作，提供操作的所述异步模式用于马达启动，以及至少一个可转动永磁体用于有效的同步操作。所述永磁体位于所述转子内并与所述极块磁协作。所述永磁体具有产生弱磁场以允许感应马达启动的第一位置，并能够转动至产生强磁场以与所述转动定子磁场协作用于有效同步操作的第二位置。根据本专利技术的另一方面，提供了一种能够从异步重构至同步的电动马达，所述马达具有包括多个可转动圆柱形磁体或者可转动的单个可转动中空圆柱形磁体的磁路。所述磁体具有产生弱磁场用于异步操作的第一位置，以及产生强磁场用于同步操作的第二位置。根据本专利技术的又一方面，提供了一种能够从异步重构至同步的电动马达，所述马达具有包括多个可转动不导磁分路块或单个可转动中空圆柱形不导磁分路块的磁路。所述不导磁分路块具有干扰磁路以产生弱磁场的第一位置，以及可以忽略地干扰磁路以产生强磁场的第二位置。根据本专利技术的再一方面，提供了离心闭锁机构，所述离心闭锁机构将永磁体保留在弱磁场位置用于启动，直到达到足够用于转换到同步操作的每分钟转数。示例性的离心闭锁机构包括弹簧和配重，弹簧保持于可转动永磁体接合的销，所述配重在足够的每分钟转数下克服弹簧以释放磁体。根据本专利技术的再者一方面，提供了一种或者包围可转动永磁体以抵抗永磁体转动、或者在封装有附连于可转动磁体的桨的室内以抵抗永磁体转动的例如硅树脂的粘滞阻尼材料，以保持弱磁场用于异步启动。短时间后，磁体转动以提供强磁场用于有效同步操作。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于控制磁体和/或不导磁分路块的位置的机电装置。机电装置可以由处理器控制以为电动马达的当前状态提供优化磁场。例如，在由于马达上的负载而使得马达到达同步速度比较缓慢，或由于负载增加而降低了马达的每分钟转数时，机电装置可以减弱磁场以帮助马达达到或返回同步操作。这种机电装置通常可应用于大型和/或昂贵的马达。根据本专利技术的又一方面，提供了一种调整马达和/或发电机内的磁场以在更宽的每分钟转数范围内提供更有效的操作的方法。附图说明本专利技术的上述和其他方面、特征和优势通过参照附图对其进行如下具体描述将更为显而易见，其中：图1A是根据本专利技术的可重构电动马达的侧视图。图1B是所述可重构电动马达的端视图。图2是沿图1A中线2-2线所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图。图2A示出了根据本专利技术的典型双极永磁体。图3是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中具有单个双极永磁体的本专利技术的实施方式。图4是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中具有单个四极永磁体的本专利技术的实施方式。图5是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中具有单个四极中空永磁体的本专利技术的实施方式。图6是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中具有四个永磁体的本专利技术的实施方式。图7是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中具有四对永磁体的本专利技术的实施方式。图8是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在磁通挤压转子构造中具有四个永磁体的本专利技术的实施方式。图9A是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中单个永磁体转动成提供最小磁场的本专利技术的实施方式。图9B是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中单个永磁体转动成提供最大磁场的本专利技术的实施方式。图10A是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中单个四极永磁体转动成提供最小磁场的本专利技术的实施方式。图10B是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中单个四极永磁体转动成提供最大磁场的本专利技术的实施方式。图11A是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中单个中空四极永磁体转动成提供最小磁场的本专利技术的实施方式。图11B是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中单个中空四极永磁体转动成提供最大磁场的本专利技术的实施方式。图12A是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中四个永磁体转动成提供最小磁场的本专利技术的实施方式。图12B是沿图2中线3-3所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图，其示出了在径向对齐转子构造中四个永磁体转动成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以异步模式和同步模式操作的可重构无电刷交流电动马达，所述马达包括：定子，所述定子接收交流电源信号并产生转动定子磁场；转动马达轴；转子，所述转子随所述马达轴一起转动，所述转子包括：感应元件，所述感应元件用于与所述转动定子磁场协作，提供操作的所述异步模式用于马达启动；极块，所述极块固定于所述转子；以及至少一个可移动磁路元件，所述至少一个可移动磁路元件位于所述转子内，并与所述极块协作，且具有产生弱磁场以允许感应马达启动的第一位置，并能够相对于所述转子移动至产生强磁场以与所述转动定子磁场协作用于有效同步操作的第二位置。

【技术特征摘要】
US 2009-10-30 12/610,184;US 2009-10-30 12/610,271;1.一种以异步模式和同步模式操作的可重构无电刷交流电动马达，所述电动马达包括：定子，所述定子接收交流电源信号并产生转动定子磁场；转动马达轴；转子，所述转子位于所述定子内并随所述转动马达轴一起转动，所述转子包括：感应元件，所述感应元件用于与所述转动定子磁场协作，提供操作的所述异步模式用于马达启动；至少一个永磁体；由空气间隙隔开的极块，所述极块固定于所述转子；以及至少一个可转动磁路元件，所述至少一个可转动动磁路元件位于所述转子内，并与所述极块协作，且具有产生弱磁场以允许感应马达启动的第一位置，并能够相对于所述转子转动至产生强磁场以与所述转动定子磁场协作用于有效同步操作的第二位置。2.如权利要求1所述的电动马达，其中，所述可转动磁路元件包括所述至少一个永磁体，所述至少一个永磁体为可转动永磁体。3.如权利要求2所述的电动马达，其中，所述至少一个永磁体包括磁体轴线平行于所述转动马达轴的单个两极可转动永磁体或单个四极可转动永磁体。4.如权利要求3所述的电动马达，其中，所述至少一个永磁体包括与所述转动马达轴同轴的单个四极可转动中空永磁体。5.如权利要求2所述的电动马达，其中，所述至少一个永磁体包括角度上间隔开、轴线平行且为径向对齐转子构造的四个两极可转动永磁体。6.如权利要求2所述的电动马达，其中，所述至少一个永磁体包括间隔开、彼此平行且为径向对齐转子构造的四组两极可转动永磁体，每组两极可转动永磁体具有至少两个永磁体。7.如权利要求6所述的电动马达，其中，所述每组两极可转动永磁体包括间隔开、彼此平行且为径向对齐转子构造的两个两极可转动永磁体。8.如权利要求2所述的电动马达，其中，所述至少一个永磁体包括间隔开、彼此平行且为磁通挤压构造的四个两极可转动永磁体。9.如权利要求2所述的电动马达，还包括离心闭锁机构，所述离心闭锁机构用于将所述至少一个永磁体保留在最小磁场位置，直到达到足够用于转换到同步操作的每分钟转数。10.如权利要求1所述的电动马达，其中，所述可转动磁路元件包括由不导磁且不可磁化材料制成的可转动分路块，所述至少一个永磁体为固定永磁体，所述可转动分路块与所述固定永磁体和所述极块磁性地协作，并且能够转动以将磁场调整为弱磁场以及调整为强磁场，所述极块为外极块，所述转子还包括内极块，所述内极块位于所述固定永磁体的内侧，所述固定永磁体由所述内极块承载，所述内极块由单独绝缘导磁材料的叠层构成。11.如权利要求10所述的电动马达，其中，所述可转动分路块为可转动分路环且为圆柱形，与所述转动马达轴同轴并围绕与所述转动马达轴同轴的轴线转动。12.如权利要求11所述的电动马达，其中，所述可转动分路环包括具有由从前至后延伸的第一间隙分隔开的分路部的可转动圆柱形形状，所述固定永磁体包括具有由从前...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯J芬克尔，安德烈亚富里亚，
申请(专利权)人：路易斯J芬克尔，
类型：发明
国别省市：US[美国]