[发明专利]开关磁阻线性电动机/发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种高功率系数的开关磁阻机器，该机器在任何线性情形中能作为电动机或发电机运行。这种机器具有使得它的制造非常经济的一些特点，无论什么情况下需要执行致动或从外部机械源获取电能，都可以应用它；特别适合于需要最小化输出或获取的功率和重量或成本之间的比的情形。

虽然本发明可应用于任何需要相似功能的其他情形，但是本发明优选应用领域是利用来自由波浪产生的海平面波动的海洋能发电。

背景技术

在前面段落中提及的本发明优选应用领域中，即利用来自海平面波动的海洋能发电的应用领域中；存在基于由两个部分组成的浮筒的能量获取系统，该两个部分中的一个随海面自由漂浮，而另一个相对第一个具有减小的振幅；这致使这种相对运动是往复的，从而能够从浮筒-海洋系统中获取能量。这种运动的主要特点是存在大的作用力和小的速度，这对于有效能量获取设备来说是很大的困难。

如公知的那样，波浪是由风在大的海面上不停的作用而引起的。它们传输数千公里而几乎不损失能量。波浪能量的特征在于比风能更可预测且更集中，使得波浪是一种重要的世界能量资源。估算的全球波浪能源是2TW，这与世界平均电能消耗相当。

用于从以大的作用力对速度比为特征的系统获取能量的传统解决方案是以混合使用液压、机械和电的系统为基础。这些系统是复杂的，且它们在不利环境中的维护是非常昂贵的。特别地由于往复运动，这种由如此多的机械零件构成的复杂系统的可用性必然是很低的。

另一方面，在开关磁阻电动机器的通常设计中，线圈产生的磁通 量在横穿过变换器和定子之间的仅一个气隙后封闭，为了该目的，这迫使这些构件具有大质量的铁磁材料。

以更具体的方式说，在传统的开关磁阻机器中，每个线圈仅在一个气隙中产生磁通量，这意味着不使用会产生更高的成本和重量的大量铁磁材料。

我们能够提到存在用于从波浪振荡直接产生能量的其他发电机，其在变换器中使用稀土永磁体，使得该机器的成本非常高。即使没有外部栅格，这些机器在运行期间具有开路电压，使得它的维护更危险，并在失效情形中不能部分断开它的多个相中的一个。UppsalaUniversity(Sweden)已经提出了基于放置在八边形部分上且具有在定子中的分布式绕组的永磁体的线性机器的其他设计，这是一个更昂贵且更难于制造的方案。

欧洲专利申请EP0527593应该被认为是本发明的最接近的现有技术。该专利申请描述了一种电驱动马达，其包括：壳体；多个配合到所述壳体内的定子部分，其中每一个所述定子部分都包括多个定子磁极；多个能够在所述多个定子部分之间移动的转子；以及，用于在所述多个定子部分之间移动所述转子的电磁装置。然而，该专利申请没有给出在中心定子中包括线圈的可能性的教导。

发明内容

本发明中提出的发电机/电动机，也就是所提出的线性开关磁阻机器，是一种完全机电的用于在与前述环境相似的环境中产生电能的非常有利的解决方案，因此相对于在至今已知的系统，能够实现更高的可用性和相对低得多的维护成本。

本发明中提出的机器的一般操作与开关磁阻机器相似，使得，一组线圈与移动部件的位移相同步而被供能，因此，当根据处于发电机模式或电动机模式中的操作，当磁阻分别增加或降低时，相应的相被供能。

当需要获得大的作用力对重量的比率时(这就是在海洋能的前述应用中的情况)，对传统开关磁阻机器进行的修改使得它的功能性大幅度改善。通过消除与气隙作用力的产生不直接相关的机器零件，可实现材料方面的高经济性并且可获得的功率密度大幅度增加。另一方面，本发明的机器允许更长的变换器结构非常经济；在该机器中有用运转的增加仅意味着很小的附加成本。

为了该目的，在根据本发明设计的更多具体方法中，相同的磁通量横穿过几个气隙，将一个变换器组与其他定子组连结，并仅在两个定子或末端变换器中封闭，其在下文中被称作“磁轭”。在每个气隙上，可以通过开关适当的相获得作用力，使得可获得的作用力和机器重量的比率非常高。

线圈可与定子或变换器连接。在线圈与变换器连接的情况下，将需要使用集电环或挠性连接件。在本发明中，几个气隙和线圈串联设置，这可在下文提及的相应附图中观察到。

本发明可应用于与开关磁阻机器的操作相容的任意数量的变换器和定子磁极，而且可应用于任意数量的变换器和定子。同样，它可应用于叠片铁磁结构或断层(massif)铁磁结构。