[发明专利]开关磁阻电动机及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电动机，包括定子和转子，转子相对于定子是可旋转的，其中定子包括多个线圈和围绕转子圆周配置的定子极，定子极形成线圈的核心，并且其中转子包括用于与定子的定子极交互的用来将磁阻转矩施加到转子的多个反极，其中电动机包括一个或多个相输入，用于接收用来激励电动机的一个或多个相级的各个相级的激励信号。本发明还涉及包括这种开关磁阻电动机的设备、车辆和操作开关磁阻电动机的方法。

背景技术

开关磁阻电动机(SR电动机)是由在相对于定子可旋转配置的转子上的磁阻转矩驱动的一种类型的电动机。在SR电动机中，用于产生所要求磁场的线圈被包括在定子上。相对于定子的圆周朝向转子凸出的若干凸出定子极形成线圈的核心。转子包括若干被动凸出反极，该反极朝向定子凸出。因此，定子上的定子极和转子上的反极通常被形成为在定子和转子的外围上的凸出结构，定子极在朝向转子的方向上延伸，转子极在朝向定子的方向上延伸。可以认为，定子可以同心地配置在转子周围，反之亦然。

在垂直于旋转轴的平面中通常配置为圆周地围绕在转子外围的反极接收由定子极提供的磁场。典型地，反极的数量不同于定子极的数量，使得在转子相对于定子的任何位置，至少一些反极相对于它们在定子上的最靠近的定子极是非对齐的。

当反极与定子上的激励线圈的定子极不是处于对齐，即反极暂时具有相对于激励线圈的角位移时，产生转矩。在建立最有利的最小势能能量状况中，这是磁阻被最小化的在激励线圈的定子极和相应反极之间的完美对齐的情况，磁力作用在反极上，将其拉向定子极，由此引起期望的转矩。

为了继续引起转子上的转矩，可以相继或者以组为单位地激励线圈，使得每次激励一个或者多个线圈时，线圈的定子极相对于转子上的最近反极处于微小角位移。这例如可以在多相配置中实现，其中线圈通过被相继激励而供电。

有利地，在SR电动机中，转子上没有线圈绕组，这就避免了使用电刷触点，使用电刷触点容易引起磨损。转子中的唯一感应热是由摩擦损失和铁损耗引起，没有诸如由感应电动机产生的铜耗，因此要求较少冷却。与感应电动机相比，SR电动机的设计简单，不需要在转子上有感应绕组。与永磁电动机相比，重要的优点是，简单而言，在SR电动机中没有永久磁铁。特别地，与稀土磁体的有限储量相关的成本和供应问题在全球流动性电气化情况下是永磁电动机应用的限制因素。永久磁铁还面临由热和过度磁场引起的消磁。

SR电动机设计方面已知的复杂性是：依赖于转子的旋转速度，对于期望的转矩量而言，可能存在不同的设计标准和要求。SR电动机的最大转矩天然地受到可用电压和最大允许相电流的限制。在相对低的速度下，转矩受最大允许相电流限制。在较高速度下，由于反电动势增加并且换流时间减小，因此在一相中不再强制最大相电流。最大相电流随着速度增加而逐渐下降，从而转矩也逐渐下降。在考虑相同电压和最大相电流约束情况下的最大可实现转矩增大是希望的特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关磁阻电动机，其能够以可变速度操作，并且能够切换成不同的转矩传输状态，以适合依赖于操作条件的电动机行为。

为此，这里提供了一种开关磁阻电动机，包括定子和转子，转子相对于定子是可旋转的，其中定子包括多个线圈和围绕转子圆周地配置的定子极，定子极形成线圈的核心，并且其中转子包括用于与定子的定子极交互的用来将磁阻转矩施加到转子的多个反极，其中电动机包括一个或多个相输入，用于接收用来激励电动机的一个或多个相级中相应相级的激励信号，其中定子的多个线圈中的每个线圈与电动机的一个所述相级相关联，使得每个相级包括多个线圈中的至少两个线圈，并且其中每个相级包括电路级，该电路级包括切换配置，该切换配置包括多个开关，用于以并联、串联、或者并联-串联电构成的任何一个来选择地切换与所述相级相关联的线圈。