CN101409471A - 高效节能双凸极同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高效节能双凸极同步磁阻电机，其包括：一电机机械本体以及一电机控制部分，其中，所述的电机机械本体包括：一电机外壳，设置于所述电机外壳内壁的定子和位于所述电机外壳内部中央的转子，所述的转子设置在一电机轴上；设置于所述电机外壳两端的电机端盖，所述的电机轴通过轴承与所述的电机端盖相连接；在所述的轴承的内端面与所述的转子之间设置有轴套和油封；其中，所述的转子具有八个凸极，所述的定子具有十二个凸极和其上对应设置的十二个绕组线圈。

Description

高效节能双凸极同步磁阻电机

技术领域

本发明涉及的是一种双凸极同步磁阻电机，特别涉及的是一种通过设置定子和转子的凸极数量比为12∶8，从而实现具有高效节能效果的双凸极同步磁阻电机。

背景技术

所述的电机是把电能转换成机械能的设备，它是基于磁通总是沿磁阻最小(磁导最大)的路径闭合的原理。当定、转子齿中心线不重合，即磁阻不为最小时，磁场就会产生扭矩，形成磁阻转矩，使转子转到磁阻最小的位置而产生转动的现象制成。分布于各个用户处，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。

它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。

随着社会方方面面对动力要求的不断增加，也推动了现有电机技术的不断发展。目前就常用的电机而言其仍然存在如下的缺陷：

直流电机，其转子有铜绕组，启动电流比较大通常为额定电流的4～8倍，设置有碳刷，其很容易受到损坏，且在调速过程中损耗电能大；

鼠笼电机，其转子具有铝条容易断条，而增加维护成本，同样存在启动电流比较大通常为额定电流的4～8倍，且在调速过程中损耗电能大；

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长期的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高效节能双凸极同步磁阻电机，用以克服上述缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种高效节能双凸极同步磁阻电机，其包括：一电机机械本体以及一电机控制部分，其中，所述的电机机械本体包括：一电机外壳，

设置于所述电机外壳内壁的定子和位于所述电机外壳内部中央的转子，所述的转子设置在一电机轴上；

设置于所述电机外壳两端的电机端盖，所述的电机轴通过轴承与所述的电机端盖相连接；

在所述的轴承的内端面与所述的转子之间设置有轴套和油封；

所述的转子具有八个凸极，所述的定子具有十二个凸极和其上对应设置的十二个绕组线圈。

较佳的，还包括：一位置检测单元，用以确定所述电机机械本体中的定子和转子相对位置，产生一相对位置信号给所述的电机控制部分。

其中，所述的位置检测单元包括：

一传感器承载盘，其设置在所述的电机端盖内侧，所述的传感器承载盘上固设有复数组传感器槽；

一遮挡盘，其固定设置在所述的电机轴上及所述的转子的一侧上，所述的遮挡盘边缘具有一环形的遮挡沿，在所述的遮挡沿上均布设有复数个槽孔，其中，所述的遮挡沿位于所述的传感器槽中。

其中，所述的传感器承载盘的径向边缘设有一组卡槽，所述的定子对应设置有一组凸极外径槽；所述的电机外壳内壁对应设有一组键槽，通过一组键将所述的传感器承载盘、定子分别与所述的电机外壳内壁固定。

较佳的，所述的传感器槽为三个，其之间与圆心连线的夹角为60度。

较佳的，所述遮挡盘的外径与所述的转子的外径相同，且所述的遮挡沿上圆周上均布有八个槽孔，其中所述的槽孔之间的遮挡部分与所述的转子的八个凸极对应。

较佳的，所述的传感器槽中设置有光耦、或霍尔器件及与之对应的磁铁。

与现有技术比较本发明的有益效果在于，结构简单、成本低、适用于高速、各相独立工作，系统可靠性高，主功率电路简单可靠，起动转矩高，起动电流小，15％额定电流，起动转矩达到100％额定转矩，可控参数多，调速性能好，适用于频繁起动，停止以及正反转运行，效率高，且在调速过程中损耗电能小。

附图说明

图1为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机的电机机械本体的剖视结构示意图；

图2A为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机传感器承载盘的主视图；

图2B为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机传感器承载盘的A-A向剖视图；

图2C为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机传感器承载盘中安装光耦的电路结构示意图；

图2D为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机传感器承载盘中安装霍尔组件的电路结构示意图；

图3A为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机遮挡盘主视图；

图3B为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机遮挡盘B-B向剖视图；

图4为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机的总体功能框图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本发明高效节能双凸极同步磁阻电机包括：一电机机械本体以及一电机控制部分，其中，所述的电机机械本体为所述双凸极同步磁阻电机的机械主体部分，用以实现电机的动力输出；所述的电机控制部分用以实现对电机机械本体的动力输出的控制，如启动、正转、反转、调速以及停止，还包括实现对双凸极同步磁阻电机的运行安全进行监控。

请参阅图1所示，其为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机的电机机械本体的剖视结构示意图，所述的电机机械本体的主体结构包括：一电机外壳11，以及设置在所述的电机外壳11两侧的电机端盖121、122，用以形成一个电机的内部工作空间；在所述的电机外壳11的内壁上均布环设有定子212，所述的定子具有十二个凸极、并且其上对应设置有十二个绕组线圈211。

在所述的电机机械本体的中央设置有转子22，所述的转子22具有八个凸极，通过一根电机轴14以键的形式(图中未示)，实现转子22和电机轴14的固定连接。在所述的电机端盖121、122和所述的电机轴14之间设置有轴承131、132，所述的前端轴承131采用的是圆柱轴承，用以承受较大的扭矩，所述的后端轴承132采用的是圆珠轴承，所述的轴承131、132的内侧与所述的转子22端之间设置有油封15，用以防止漏油同时对所述的轴承131、132也起到限位和固定作用。需要强调的是本发明还包括：一位置检测单元，用以确定所述电机机械本体中的定子212和转子22相对位置，产生一相对位置信号给所述的电机控制部分。

所述的位置检测单元包括：一传感器承载盘31，其设置在所述的电机端盖121内侧，所述的传感器承载盘31上固设有复数组传感器槽311；一遮挡盘32，其固定设置在所述的电机轴14上及所述的转子22的一侧上，所述的遮挡盘32边缘具有一环形的遮挡沿，在所述的遮挡沿上均布设有复数个槽孔，其中，所述的遮挡沿位于所述的传感器槽311中。

请参阅图2A和图2B所示，其分别为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机传感器承载盘的主视图以及A-A向剖视图。所述的传感器承载盘31为圆盘状，其径向的边缘设置有一组卡槽312，卡槽312的数量可以是两个也可以是多个，本实施例以两个卡槽312为例，所述的卡槽312在所述的传感器承载盘31盘面上成180度圆心角排列；所述的传感器承载盘31中间设有孔313，用以穿过所述的电机轴14；盘面上排列有三个传感器槽311，其中相邻的传感器槽311之间的圆心角为60度，处于两边的传感器槽311与所述的两个卡槽312的连线形成的圆心角为30度。所述的传感器槽311中装设为光耦或霍尔组件，其中，若装设有光耦，则所述的传感器槽311的一侧装设有发光件，所述的传感器槽311的另一侧装设有接收件(请参阅图2C所示，其为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机传感器承载盘中安装光耦的电路结构示意图)；若设置的是霍尔组件，所述的传感器槽的一侧装设有霍尔芯片H1、H2、H3，所述的遮挡沿上遮挡部分的一侧装设有磁铁，此时所述的传感器槽311仅有一侧是有用途的(请参阅图2D所示，其为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机传感器承载盘中安装霍尔芯片的结构示意图)。为了便于在拆开后再次组装电机机械本体时候，保证所述的传感器承载盘31的位置，此时上述提到的卡槽312起到了作用，在制造过程中所述的传感器承载盘31的外径与组成定子212的定子冲片外径相同，且定子凸极外径上设置的槽与所述的传感器承载盘上的卡槽312的位置相对应；并都通过所述的电机外壳11内壁的上设置键槽和键实现固定连接，从而达到传感器承载盘31与所述的定子212定位和固定的目的。

请参阅图3A和图3B所示，其分别为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机遮挡盘主视图以及B-B向剖视图；所述的遮挡盘32为圆盘状，其外径等于或小于所述的转子22的外径，其中间设置一个轴孔323，在所述的轴孔323上开设有键槽324，用以通过键实现与所述的电机轴14的连接，从而保证所述的遮挡盘32与所述的转子22实现同步的转动。所述的遮挡盘32具有一个台阶，所述的台阶用以抵靠在所述的转子22上，实现轴向的定位；所述的遮挡沿325在安装完毕后位于所述的传感器槽311之间，在所述的遮挡盘32随所述的转子22转动时，所述的遮挡沿325在所述的传感器槽311之间转动。在所述的遮挡沿325圆周上均布有八个槽孔321，从而在相邻的槽孔321之间形成了遮挡部分322，由于所述的遮挡盘32与所述的转子22之间的相对位置关系是固定的，因此槽孔321的设置也是有规定的，即所述的槽孔321之间的遮挡部分322与所述的转子22的八个凸极对应。因此所述的槽孔321在遮挡沿325形成的圆周角为22.5度，所述的遮挡部分322在遮挡沿325形成的圆周角也为22.5度；从而在转子22转动过程中，使由于所述的遮光盘32上的槽孔321和遮挡部分322的交替，从而使所述的光耦导通产生位置信号，或者是所述的霍尔芯片获取所述的位于遮挡部分322磁铁的磁场产生位置信号，从而将其传输给所述的电机控制部分，以供其对电机的转动进行控制。

请参阅图4所示，其为本发明高效节能双凸极同步磁阻电机的总体功能框图；结合该图用以阐述本发明的整个运行过程中，所述的电机控制部分和电机机械本体部分之间的协作运行过程如下：

首先合闸送电(三相交流电源)，电路供电电源将电输出直流电压供给其它电路，此时DSP处理器自动复位，通过操作输入电路发出启动指令，交流侧控制电路的主交流接触器三个主触点闭合，主电源整流滤波电路得电，并且在电容充电控制电路作用下，直流电压通过限流充电电阻向滤波电解电容充电，当充电电压达到额定直流电压75％时，直流侧的主交流接触器三个并联主触点闭合，供给主功率IGBT电路工作用。

当所述的操作输入电路发出正转指令时，DSP处理器得到正转指令，并且通过设置于高效节能双凸极同步磁阻电动机电机机械本体内部光位置检测单元检测出定子、转子相对位置信号，此位置信号通过位置反馈接口电路送到DSP处理器指定的输入端，同时DSP输出正转逻辑控制信号如(PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6)；此控制信号按预先设计程序输出到功率开关驱动电路，经功率开关驱动电路隔离放大信号驱动主功率IGBT电路，主功率IGBT电路其采用不对称半桥式电路，每相高效节能双凸极同步磁阻电动机绕组线圈与下上主功率IGBT管串联，此时相关各相绕组线圈得电，在逻辑控制信号PWM作用下，该电机正转运行，电机正转运行速度快慢，可以通过操作输入电路调速电位器输出模拟调速指令(电压大小)送到DSP处理器调速接收端口，DSP处理器接收到速度指令后，控制其输出端PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6信号；使其达到调速目的，同时位置反馈接口电路输送出一路脉冲信号到DSP处理器一接口端，DSP处理器输出口两路信号给显示电路，显示出最高位四位数字，即每分钟多少转速。

当操作输入电路发出停止指令时，操作输入电路输出停止指令送到DSP处理器。DSP处理器关断输出PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6信号，高效节能双凸极同步磁阻电动机停止运行，此时只有一相绕组线圈通电工作，其电流是额定电流80％，该电机处于制动(刹车)状态，制动力矩大小，可以通过操作输入电路电位器进行调整控制，其控制制动力矩大小原理是控制该导通相控制信号PWM脉冲宽窄，使其电流从0～80％额定电流值，PWM脉冲宽窄是由该导通相霍尔电流传感器检测输出电流信号通过电流反馈接口电路输出给DSP处理器。该处理器包括软件设计保护值(电流值)。

硬件设计保护值，DSP处理器在电流信号和内部设计程序作用下输出控制信号PWM脉冲，调整该制动(刹车)相绕组线圈电流大小。从而达到制动(刹车)力矩大小控制。

当操作输入电路输出反转指令时，DSP处理器得到反转指令，并且通过设置于高效节能双凸极同步磁阻电动机电机机械本体内部光位置检测单元检测出定子、转子相对位置信号，此信号通过DSP处理器换相输出反转逻辑控制信号，此信号按预先设计程序输出到功率开关驱动电路，经功率开关驱动电路隔离放大信号驱动主功率IGBT电路，主功率IGBT电路采用不对称半桥式电路，每相高效节能双凸极同步磁阻电动机绕组线圈与上下主功率IGBT管串联，此时相关各相绕组线圈得电，在控制信号PWM作用下，该电机反转运行。其反转运行速度快慢，可以通过操作输入电路调速电位器输出模拟调速指令(电压大小)送到DSP处理器接收到速度指令后，控制其输出端PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6信号，使其达到调速目的，同时位置反馈接口电路输出一路脉冲信号给显示电路，显示出最高位四位数字，即每分钟多少转速。

当主电源整流滤波电路输出直流电压高于额定直流电压1.2倍时，保护电路输出过压信号给DSP处理器，DSP处理器关断控制信号PWM脉冲输出同时，保护电路输出过压信号给继电器控制电路，使继电器控制电路动作，切断主交流接触线圈供电，达到过压保护保护目的。当主电源整流滤波电路，交流输入三相电源电压过高时，压敏电阻保护。使断路器或空气开关跳闸断电。

当三相整流桥过温、电机内部绕组过温、IGBT功率模块过温或滤波电解电容过温时，四支温度传感器分别输出电压信号，送给DSP温度检测端，DSP立即关闭PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6脉冲信号，显示电路显示出各部分过温信息。

当改变DSP处理器相关参数时，通过串行接口电路与DSP处理器进行通讯，可以修改相关参数。

另外，主功率IGBT电路有六支能量反馈二极管，当某相绕组线圈电后，自感电动势通过该相两支能量反馈二极管和该相线圈组成能量反馈回路，向滤波电容充电达到能量反馈目的

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1、一种高效节能双凸极同步磁阻电机，其包括：一电机机械本体以及一电机控制部分，其中，所述的电机机械本体包括：一电机外壳，

设置于所述电机外壳内壁的定子和位于所述电机外壳内部中央的转子，所述的转子设置在一电机轴上；

设置于所述电机外壳两端的电机端盖，所述的电机轴通过轴承与所述的电机端盖相连接；

在所述的轴承的内端面与所述的转子之间设置有轴套和油封；

其特征在于，所述的转子具有八个凸极，所述的定子具有十二个凸极和其上对应设置的十二个绕组线圈。

2、根据权利要求1所述的高效节能双凸极同步磁阻电机，其特征在于，还包括：一位置检测单元，用以确定所述电机机械本体中的定子和转子相对位置，产生一相对位置信号给所述的电机控制部分。

3、根据权利要求2所述的高效节能双凸极同步磁阻电机，其特征在于，所述的位置检测单元包括：

一传感器承载盘，其设置在所述的电机端盖内侧，所述的传感器承载盘上固设有复数组传感器槽；

一遮挡盘，其固定设置在所述的电机轴上及所述的转子的一侧上，所述的遮挡盘边缘具有一环形的遮挡沿，在所述的遮挡沿上均布设有复数个槽孔，其中，所述的遮挡沿位于所述的传感器槽中。

4、根据权利要求3所述的高效节能双凸极同步磁阻电机，其特征在于，所述的传感器承载盘的径向边缘设有一组卡槽，所述的定子对应设置有一组凸极外径槽；所述的电机外壳内壁对应设有一组键槽，通过一组键将所述的传感器承载盘、定子分别与所述的电机外壳内壁固定。

5、根据权利要求3或4所述的高效节能双凸极同步磁阻电机，其特征在于，所述的传感器槽为三个，其之间与圆心连线的夹角为60度。

6、根据权利要求5所述的高效节能双凸极同步磁阻电机，其特征在于，所述遮挡盘的外径与所述的转子的外径相同，且所述的遮挡沿上圆周上均布有八个槽孔，其中所述的槽孔之间的遮挡部分与所述的转子的八个凸极对应。

7、根据权利要求5所述的高效节能双凸极同步磁阻电机，其特征在于，所述的传感器槽中设置有光耦、或霍尔器件及与之对应的磁铁。

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