公开了用于调节无电刷马达和交流发电机的磁场以在较宽的每分钟转数范围内获得有效操作的装置和方法。所述马达或交流发电机包括围绕承载永磁体的转动转子的固定绕组（或定子）。永磁体大体为圆柱形并具有在磁体中纵向形成的北极和南极。导磁回路由位于导磁极块（例如非磁化材料制成的低碳或软钢和／或层叠绝缘层）中的磁体形成。在极块内转动永磁体或转动不导磁分路块，将增强或减弱产生的磁场，从而调整马达或交流发电机用于低每分钟转数转矩或用于有效的高每分钟转数效率。改变转子磁场调整交流发电机的电压输出，允许例如风力发电机保持固定的电压输出。
【技术实现步骤摘要】
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 申请的全部内容通过参引结合入本申请中。
技术介绍
本专利技术涉及一种电动马达和发电机，具体涉及调整转子中固定磁体和/或不导磁 分路块的取向以获得在各种每分钟转数下的有效操作。无电刷直流马达通常需要在各种每分钟转数下操作，但只能在有限的每分钟转数 范围上获得有效的操作。此外，发电机和交流发电机通常需要在较宽的每分钟转数范围上 操作。例如，汽车交流发电机在与发动机每分钟转数成比例的每分钟转数下操作，而风力交 流发电机在与风速成比例的每分钟转数下操作。不幸的是，已知的交流发电机在与每分钟 转数成比例的电压下发电。因为每分钟转数无法轻易控制，通常需要其他元件以调整输出 电压，这给交流发电机系统增加了无效率性、复杂性以及成本。曾有一些设计尝试用“场弱化”来扩宽每分钟转数范围以允许马达在很低的每分 钟转数下有效率，并仍然获得有效率的更高每分钟转数的操作。这种场弱化可以应用于内 永磁体同步马达(IPMSM)或交流同步感应马达，允许3至4倍的基准速度(每分钟转数) 并具有合理的效率。不幸的是，用常规方法进行场弱化会牺牲在较高每分钟转数下的效率 并增加控制器算法和软件的复杂性。在发电机/交流发电机的应用中，输出电压与磁通强度成比例，需要汽车交流发 电机内的换流器或单独的电磁激励线圈，汽车交流发电机只有60%至70%的效率，因为该 交流发电机必须在很宽的每分钟转数范围上操作。类似的问题也存在于风力发电机中，其 中遇到的风速变化导致操作的低效率。
技术实现思路
本专利技术通过提供用于调节无电刷马达和交流发电机的磁场以获得在较宽每分钟 转数范围上的有效操作的装置和方法来解决所述及其他需要。所述马达或交流发电机包括 围绕承载永磁体的转动转子的固定绕组(或定子)。永磁体大体为圆柱形并具有在磁体内 纵向形成的北(N)极和南( 极。导磁回路由位于导磁极块(例如非磁化材料制成的低碳 或软钢和/或层叠绝缘层)中的磁体形成。在极块内转动永磁体或转动不导磁分路块，将 增强或减弱产生的磁场，从而调整马达或交流发电机用于低每分钟转数转矩或用于有效的 高每分钟转数效率。改变转子磁场调整交流发电机的电压输出，允许例如风力发电机保持 固定的电压输出。用在转子中的其他材料大体为例如不锈钢的非磁性材料。根据本专利技术的一方面，提供了一种装置和方法以改变电动马达中的转子/电枢的 磁通强度，从而提供改进的启动转矩以及高每分钟转数的效率。根据本专利技术的另一方面，提供了装置和方法以改变发电机/交流电发电机应用中的转子/电枢的磁通强度从而独立于每分钟转数控制输出电压。许多已知的交流发电机 应用无法控制交流发电机每分钟转数，例如，必须以与发动机每分钟转数成比例的每分钟 转数下操作的汽车交流发电机，和经受风速影响的风力发电机。改变转子/电枢的磁通强 度允许独立于每分钟转数来控制输出电压，由此消除了对换流器或单独电磁激励线圈的需要。根据本专利技术的又一方面，提供了装置和方法以通过转动半长圆柱形永磁体以使可 转动磁体与固定半长永磁体对齐或不对齐来改变马达或发电机的磁场。根据本专利技术的另一方面，提供了装置和方法以通过使磁分路块与固定永磁体协同 转动来改变马达或发电机的磁场。根据本专利技术的再一方面，提供了装置和方法，所述装置和方法可适于改变适于应 用于感应马达的马达的磁场，从而提供弱磁场用于以异步模式启动马达、以及提供强磁场 用于同步模式的有效操作的马达磁场强度的。附图说明本专利技术的所述和其他方面、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IA是根据本专利技术的可重构电动马达的侧视图。图IB是根据本专利技术的可重构电动马达的端视图。图2是沿图IA中线2-2所取的根据本专利技术的可重构电动马达的横截面图。图3是根据本专利技术的圆柱形两极永磁体的立体图。图4是根据本专利技术的圆柱形四极永磁体的立体图。图5A是径向对齐构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的侧视图。图5B是径向对齐构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图。图6A是径向对齐构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图，其中两极永磁 体对齐用于产生最大(或强)磁场。图6B是径向对齐构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图，其中两极永磁 体对齐用于产生中等磁场。图6C是径向对齐构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图，其中两极永磁 体对齐用于产生最小(或弱)磁场。图7A示出了对应于图6A的强磁场。图7B示出了对应于图6C的弱磁场。图8是磁通挤压构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的侧视图。图9是磁通挤压构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图。图IOA是磁通挤压构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图，其中两极永磁 体对齐用于产生最大(或强)磁场。图IOB是磁通挤压构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图，其中两极永磁 体对齐用于产生中等磁场。图IOC是磁通挤压构造的根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图，其中两极永磁 体对齐用于产生最小(或弱)磁场。图IlA示出了对应于图IOA的强磁场。图IlB示出了对应于图IOC的弱磁场。图12是根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图，其中若干对圆柱形两极永磁体 成径向对齐构造。图13是根据本专利技术的可调永磁体转子的端视图，其中若干对圆柱形两极永磁体 成磁通挤压构造。图14是成径向对齐构造的、根据本专利技术的混合可调内永磁体和固定外磁体转子 的端视图，其中内磁体对齐用于产生最大磁通。图15A是成径向对齐构造的、根据本专利技术的混合可调内永磁体和固定外磁体转子 的端视图，其调节成用于产生最大磁场。图15B是成径向对齐构造的、根据本专利技术的混合可调内永磁体和固定外磁体转子 的端视图，其调节成用于产生最小磁场。图16是磁通挤压构造的、根据本专利技术的混合可调内永磁体和固定外磁体转子的 端视图。图17A是磁通挤压构造的、根据本专利技术的混合可调内永磁体和固定外磁体转子的 端视图，其调节成用于产生最大磁场。图17B是磁通挤压构造的、根据本专利技术的混合可调内永磁体和固定外磁体转子的 端视图，其调节成用于产生最小磁场。图18是根据本专利技术的用于构建层叠极块的端视图。图18A是图18的局部18A。图19A是用于调整圆柱形两极永磁体处于第一磁体位置的装置的第一实施方式 的侧视图。图19B是用于调整圆柱形两极永磁体处于第一磁体位置的装置的第一实施方式 的端视图。图20A是用于调整圆柱形两极永磁体处于第二磁体位置的装置的第一实施方式 的侧视图。图20B是用于调整圆柱形两极永磁体处于第二磁体位置的装置的第一实施方式 的端视图。图21A是用于调整圆柱形两极永磁体处于第一磁体位置的装置的第二实施方式 的侧视图。图21B是用于调整圆柱形两极永磁体处于第一磁体位置的装置的第二实施方式 的端视图。图22k是用于调整圆柱形两极永磁体处于第二磁体位置的装置的第二实施方式 的侧视图。图22B是用于调整圆柱形两极永磁体处于第二磁体位置的装置的第二实施方式 的端视图。图23A是用于调整圆柱形两极永磁体处于第一磁体位置的装置的第三实施方式 的侧视图。图2 是用于调整圆柱形两极永磁体处于第一磁体位置的装置的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在电能与机械能之间转换的电动马达或发电机中使用的转子，所述转子包括：固定极块，所述固定极块由导磁的不可磁化材料制成；以及导磁回路，所述导磁回路包括所述极块以及可移动元件，所述可移动元件能够移动以选择性地产生强转子磁场和弱转子磁场。
【技术特征摘要】
...
【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]
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