旋转电动机及其驱动和运动控制方法 本发明涉及一种旋转电动机及其驱动和运动控制方法。
公知，旋转电动机是将电能转换为磁能、再由磁能转换为转矩形式机械能的装置；其结构分为磁能提供元件部分(例如设在定子和转子上的电枢或永磁体)、机械部分(例如定子、转子的机械件及其负载的运动部分)和运动控制部分(例如用于进行电枢控制的电子开关线路、位置传感器和电流调控元件等)。其中，定子和转子上磁能提供元件对应工作磁极间的气隙称为耦合磁场，所述耦合磁场在磁能与机械能转换中起媒介作用。在现有技术中，旋转电动机磁能提供元件工作磁极之N极和S极均在耦合磁场内；其驱动方法是借助定子(或转子)电枢电励磁产生旋转磁场、以磁拉力拖着转子(或定子)磁能提供元件磁极旋转，其运动控制方法是借助适时变换电励磁磁极极性以产生旋转磁场和调控励磁电流以调控电励磁磁极的磁强来进行双重电枢控制。现有技术的缺点在于：
1、由于磁能提供元件工作磁极之N极和S极均在耦合磁场内，从而存在磁拉力矩与磁斥力矩相互抵消的较高风险和容易发生转子脉动、堵转或反转现象；也就是说，其装置的电能利用率和运行可靠性较低。
2、由于需要进行双重电枢控制，尤其是用于产生旋转磁场的电枢控制部分元件(例如用于电子换向的GTR、MOSFET、IGBT或用于机械方法换向的电刷等)价格高昂和易损；故其运动控制成本和维护成本较高。
针对克服现有技术的缺憾，本发明的任务是：提供一种高性价比的旋转电动机及其驱动和运动控制方法。
为实现上述任务，本发明的技术方案如下：
一种旋转电动机，它由设在定子和转子上的磁能提供元件部分、机械部分和运动控制部分构成，其特征在于：设在定子和转子上的磁能提供元件在耦合磁场内的磁极均极性同名并分别组成多个工作磁极对，在每个工作磁极对中，两个对应工作磁极间的气隙间隔距离均等和磁极直轴(在本文中，所述磁极直轴的定义乃磁极轴线，即N极至S极或S极至N极的极向轴线)不在同一直线上且其交角同指往顺时针方向或逆时针方向。该旋转电动机驱动方法的特征在于：借助各工作磁极对在耦合磁场内工作磁极磁势相交所发生的磁斥力矩共同推动转子旋转。由于只借助其各工作磁极对所发生磁斥力矩的合力驱动而所述磁斥力矩与励磁电流成正比，因此，其运动控制方法的特征在于：它仅需调控励磁电流便能实施运动控制。
与现有技术相比，本发明旋转电动机具有较高性价比。理由如下：
1、由于本发明旋转电动机耦合磁场内不存在异名磁极，磁斥力矩被磁拉力矩被削弱的程度较低；因此，本发明旋转电动机地电能利用率较高。又由于本发明旋转电动机转子只被磁斥力矩单向(往顺时针方向或逆时针方向)推动而不容易发生脉动、堵转和反转现象，因此，其运行可靠性较高。
2、由于本发明旋转电动机在进行运动控制时仅需调控励磁电流而不必适时变换电励磁磁极极性，因此，能显著降低其运动控制成本和维护成本。
下面结合附图和优选实施例对本发明进一步详细说明：
附图1是本发明一种旋转电动机的定子和转子截面结构及工作原理示意图；
附图2是本发明又一种旋转电动机结构图；
附图3是附图2的G-G截面图。
在本发明旋转电动机的一个优选实施例中，该旋转电动机是一种旋转磁极式永磁电动机，其定子和转子截面结构见附图1。在附图1中：A是转子，它由固定在转轴1上的转子芯体2和设于转子径向外缘的永磁磁环3构成(永磁磁环3亦即设在转子上的磁能提供元件。当然，在双边电励磁旋转电动机中，该永磁磁环可以被电枢取代)；该永磁磁环2采用径向充磁，故其磁极直轴(即其充磁方向，也就是图中N极到S极的磁势方向)D1、D3、D5…在转子圆心的放射线上。B是定子，它由多组固定在电枢座6上、由电枢铁芯4和电枢绕组5构成的电枢复合而成(该定子上有多组电枢，图中只用实线画出其中一组和用虚线画出另外两组)；所述电枢亦即定子上的磁能提供元件，当电励磁时，电枢铁芯产生极性如图中所示的磁极；而图中的D2、D4、D6等则为其磁极直轴。转子和定子上磁能提供元件磁极分别组成多个工作磁极对，工作磁极对对应磁极间的气隙E为其耦合磁场，E在磁能向机械能转换过程中起媒介作用。从附图1中可见：在耦合磁场中的磁极均为S极，各工作磁极对磁极间的气隙间隔距离均等且直轴D1和D2或D3和D4或D5和D6等均不在同一直线上，它们的交角同指往逆时针方向。各工作磁极对磁极的磁势(亦即其直轴轴线)在耦合磁场E里交汇产生磁斥力矩F1、F2和F3…等，它们共同推动转子往逆时针方向旋转。由于在其耦合磁场中的磁极均为S极而不同磁能提供元件同的异名磁极相距较远，故磁拉力对转子转矩的负面影响轻微，也就是说，该旋转电动机的磁能利用率较高，亦即其电能利用率较高。又由于其转子只受到单向推力，故转子不容易脉动、堵转和反转。此外，由于转子的旋转速度与磁斥力矩F1、F2和F3…等的大小成正比，亦即与励磁电流成正比；故该旋转电动机只需调节励磁电流便可方便、精确地进行运动控制；也就是说，该旋转电动机的运动控制成本是较低的。
在本发明的又一个优选实施例中，该旋转电动机的结构见附图2和3(附图2和3的图标定义与附图1相同)。它除了转子上的磁能提供元件采用两片轴向充磁的永磁磁环3替代上述第一个优选实施例旋转电动机转子的径向充磁永磁磁环外，其余特征及工作原理均与上述第一个优选实施例所述相同。
尽管已结合以上附图及优选实施例对本发明进行了详细解释，但是，本领域的普通技术人员将能认识到，在不脱离权利要求所限定的实质及保护范围内，可以对本发明技术方案作出各种各样的变化与及应用。