CN101505083A - 一种分段转子开关磁阻电机 - Google Patents

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陈小元
邓智泉
刘泽远
王晓琳
彭晶晶
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Abstract

本发明公开了一种分段转子开关磁阻电机，属于开关磁阻电机领域。其可为三相6/4结构、四相8/6结构或三相12/8结构等，包括：径向定子、定子绕组、分段转子和不导磁的转子金属套，呈扇形的分段的转子齿块嵌入在不导磁的转子金属套中，定子绕组缠绕在径向定子上相邻定子齿间的轭上，且相邻的定子绕组的绕线相反，形成N极－S极－S极－N极…N极－S极－S极－N极的极性分布。本分段转子开关磁阻电机由于定子绕组直接缠绕在定子齿间的轭上，使得绕组端部小且无交叠，绕组利用率高，结构简单。

Description

一种分段转子开关磁阻电机
技术领域
本发明涉及一种分段转子开关磁阻电机，属于电机类的开关磁阻电机领域。
背景技术
开关磁阻电机结构简单、坚固、成本低、性能可靠、控制灵活、容错能力强，并具有高温和高速适应性等优点。但开关磁阻电机凹凸结构的转子使得高速运行时的风阻力很大，油冷却条件下高速运行时的阻力更大，为了减小风(油)阻力，可以采用转子注塑方法，把转子凹陷部分注入塑料填满，但制作工艺复杂且成本高。同时为了提高效率，减小铁心损耗，可以采用短磁路结构，即磁通经过相邻定、转子齿极闭合，但一般需采用较多的相数或较多的定转子极数，使得电机和控制器的成本增加，且不适宜高速运行。
目前国际上研究的三相6/4结构和三相12/8结构的分段转子开关磁阻电机，由于采用全槽分布的定子绕组及非凹凸分段式转子组件结构，使得转子高速运行时的风阻大大减小，特有的短磁路结构使得铁心损耗大大减小。但是全槽分布的定子各绕组跨越多个定子齿，各绕组在定子端部交叠，电机整个绕组的端部很大，降低了绕组的利用率并增加了电机的端部效益，同时也降低了电机的可靠性，使得电机的整体性能降低。此外，由于全槽分布绕组的分段转子开关磁阻电机特有的磁路特性，其不适合用于8/6结构开关磁阻电机。
英国纽卡斯尔大学的Barrie C.Mecrow教授提出了三相12/10结构的单齿绕组分段转子开关磁阻电机，其特点是定子采用大小齿结构，定子各绕组不再采用全槽分布绕组而是直接绕在各定子大齿上，使得各绕组不再跨越多个定子齿，端部绕组无交叠，绕组端部很小，提高了绕组的利用率，但是其相对多的转子极数，不仅使得转子结构复杂、强度降低，而且每转步距数增多，功率变换器开关频率增加，从而增加了电机和控制器的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种绕组端部小、绕组利用率高且性能优越的分段转子开关磁阻电机。
一种分段转子开关磁阻电机，包括径向定子、定子绕组、分段转子和不导磁的转子金属套，其中：分段转子上呈扇形的分段的转子齿块嵌入在不导磁的转子金属套中，定子绕组缠绕在径向定子上相邻定子齿间的轭上，且相邻的定子绕组的绕线相反，形成N极S极-S极-N极…N极-S极-S极-N极的极性分布。
本发明的分段转子开关磁阻电机，把定子各绕组直接绕在定子齿间的轭上，使得各绕组端部无交叠，绕组端部很小，提高了绕组的利用率，改善了电机性能，并且使电机整体结构简单，在各种驱动系统中都有广阔的应用前景，将其应用于航空航天和舰艇等领域则更具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的三相6/4结构分段转子开关磁阻电机的截面示意图，图中标号名称：1、径向定子，2、定子绕组，3、转子齿块，4、不导磁的转子金属套。
图2是本发明的三相6/4结构分段转子开关磁阻电机转子零度角位置磁场力线分布图。
图3是本发明的三相6/4结构分段转子开关磁阻电机转子齿块轴线与相邻定子齿间槽轴线对齐时的磁场力线分布图。
图4是本发明的三相6/4结构分段转子开关磁阻电机任意位置时磁场力线分布图。
图5是本发明的四相8/6结构分段转子开关磁阻电机的截面示意图，图中标号名称：1、径向定子，2、定子绕组，3、转子齿块，4、不导磁的转子金属套。
图6是本发明的四相8/6结构分段转子开关磁阻电机转子零度角位置磁场力线分布图。
图7是本发明的四相8/6结构分段转子开关磁阻电机转子齿块轴线与相邻定子齿间槽轴线对齐时的磁场力线分布图。
图8是本发明的四相8/6结构分段转子开关磁阻电机任意位置时磁场力线分布图。
图9是本发明的三相12/8结构分段转子开关磁阻电机的截面示意图，图中标号名称：1、径向定子，2、定子绕组，3、转子齿块，4、不导磁的转子金属套。
图10是本发明的三相12/8结构分段转子开关磁阻电机转子零度角位置磁场力线分布图。
图11是本发明的三相12/8结构分段转子开关磁阻电机转子齿块轴线与相邻定子齿间槽轴线对齐时的磁场力线分布图。
图12是本发明的三相12/8结构分段转了开关磁阻电机任意位置时磁场力线分布图。
具体实施方式
本发明的分段转子开关磁阻电机可为三相6/4结构，四相8/6结构或三相12/8结构等，其工作原理相同。
如图1所示，本发明的三相6/4结构的转子分段开关磁阻电机，包括径向定子1、定子绕组2和分段转子和不导磁的转子金属套4，径向定子1由硅钢片叠压而成，为6齿结构，4个呈扇形的转子齿块3也均用硅钢片叠压而成，转子齿块3嵌入在不导磁的转子金属套4中，6个定子绕组2缠绕在径向定子1上相邻两个定子齿间的轭上，且相邻的定子绕组2的绕线相反，形成N极-S极-S极-N极…N极-S极-S极-N极的极性分布，绕组a1、a2，绕组b1、b2和绕组c1、c2分别串联或并联连接为一相，共三相绕组，各相绕组通过外电路连接并在各相绕组的自感上升期通以电流，磁通经过相邻两个定子齿和其间的定子轭，穿过定、转子间气隙，进入转子组件，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子运转，驱动负载运行。
当相邻两定子齿间槽口与相邻两转子齿块3间不导磁的转子金属4套对齐时，相邻两定子齿间相应的定子绕组2电感为最小，此时定义为转子零度角位置，如图2所示是本发明的三相6/4结构分段转子开关磁阻电机转子零度角位置磁场力线分布；当转子齿块3轴线与相邻的两个定子齿间槽轴线对齐时，相邻两定子齿间相应的定子绕组2电感最大，如图3所示是本发明的三相6/4结构分段转子开关磁阻电机转子齿块轴线与相邻定子齿间槽轴线对齐时的磁场力线分布。如图4所示是本发明的三相6/4结构分段转子开关磁阻电机任意位置时磁场力线分布。
如图5所示，本发明的四相8/6结构的转子分段开关磁阻电机，包括径向定子1、定子绕组2和分段转子和不导磁的转子金属套4，径向定子1由硅钢片叠压而成，为8齿结构，6个呈扇形的转子齿块3也均用硅钢片叠压而成，转子齿块3嵌入在不导磁的转子金属套4中，8个定了绕组2缠绕在径向定子1上相邻两个定子齿间的轭上，且相邻的定子绕组2的绕线相反，形成N极-S极-S极-N极…N极-S极-S极-N极的极性分布，绕组a1、a2，绕组b1、b2，绕组c1、c2和绕组d1、d2分别串联或并联连接为一相，共四相绕组，各相绕组通过外电路连接并在各相绕组的自感上升期通以电流，磁通经过相邻两个定子齿和其间的定子轭，穿过定、转子间气隙，进入转子组件，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子运转，驱动负载运行。
当相邻两定子齿间槽口与相邻两转子齿块3间不导磁的转子金属4套对齐时，相邻两定子齿间相应的定子绕组2电感为最小，此时定义为转子零度角位置，如图6所示是本发明的四相8/6结构分段转子开关磁阻电机转子零度角位置磁场力线分布；当转子齿块3轴线与相邻的两个定子齿间槽轴线对齐时，相邻两定子齿间相应的定子绕组2电感最大，如图7所示是本发明的四相8/6结构分段转子开关磁阻电机转子齿块轴线与相邻定子齿间槽轴线对齐时的磁场力线分布。如图8所示是本发明的四相8/6结构分段转子开关磁阻电机任意位置时磁场力线分布。
如图9所示，本发明的三相12/8结构的分段转子开关磁阻电机，包括径向定子1、定子绕组2、分段转子和不导磁的转子金属套4，径向定子1由硅钢片叠压而成，为12齿结构，8个呈扇形的转子齿块3也均用硅钢片叠压而成，转子齿块3嵌入在不导磁的转子金属套4中，12个定子绕组2缠绕在径向定子1上相邻两个定子齿间的轭上，且相邻的定子绕组2的绕线相反，形成N极-S极-S极-N极…N极-S极-S极-N极的极性分布，定子绕组a1、a2、a3、a4，定子绕组b1、b2、b3、b4和定子绕组c1、c2、c3、c4分别串联或并联或两串两并连接为一相，共三相绕组，各相绕组通过外电路连接并在各相绕组的自感上升期通以电流，磁通经过相邻两个定子齿和其间的定子轭，穿过定、转子间气隙，进入转子组件，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子运转，驱动负载运行。
当相邻两定子齿间槽口与相邻两转子齿块3间不导磁的转子金属套4对齐时，相邻两定子齿间相应的定子绕组2电感为最小，此时定义为转子零度角位置，如图10所示是本发明的三相12/8结构分段转子开关磁阻电机转子零度角位置磁场力线分布；当转子齿块3轴线与相邻的两个定子齿间槽轴线对齐时，相邻两定子齿间相应的定子绕组2电感为最大，如图11所示是本发明的三相12/8结构分段转子开关磁阻电机转子齿块轴线与相邻定子齿间槽轴线对齐时的磁场力线分布。如图12所示是本发明的三相12/8结构分段转子开关磁阻电机任意位置时磁场力线分布。

Claims (1)

1、一种分段转子开关磁阻电机，包括径向定子(1)、定子绕组(2)、分段转子和不导磁的转子金属套(4)，其特征在于：分段转子上呈扇形的分段的转子齿块(3)嵌入在不导磁的转子金属套(4)中，定子绕组(2)缠绕在径向定子(1)上相邻定子齿间的轭上，且相邻的定子绕组(2)的绕线相反，形成N极-S极-S极-N极…N极-S极-S极-N极的极性分布。
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