CN101964576A

CN101964576A - 五相开关磁阻电机

Info

Publication number: CN101964576A
Application number: CN 201010502065
Authority: CN
Inventors: 郑洪�; 林哲民
Original assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Current assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-02-02

Abstract

本发明涉及一种五相开关磁阻电机，它包括定子、转子、定子绕组，所述定子内圆表面上均匀分布有定子齿，所述转子外表面上均匀分布有转子齿，所述定子绕组由五相绕组组成，所述定子齿的齿数为10i，所述转子齿的齿数为10i-4或者10i-6，其中i为大于0的整数，所述定子绕组为双层绕组，所述五相绕组均匀分布在定子中，所述每相绕组均由两个线圈串联构成，每相的两个线圈对称分布在定子中，所述线圈节距为。采用这种结构的五相开关磁阻电机性能体积比较高、铜耗较低，效率较高并且低转速下运行平稳。

Description

五相开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体讲是一种五相开关磁阻电机。

背景技术

传统的开关磁阻电机具有凸极结构的定子和转子，通过简单的运行驱动电路，对定子绕组各相线圈按一定时序依次通电，可产生脉动磁通。转子在脉动磁场中受到磁转矩，并因此转动。由于转子上没有绕组，也没有永磁体，因此电机结构简单、运行可靠，并且可以通过调节驱动电路给各相线圈的通断频率来达到宽范围调速。从而在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用。

但是传统的五相开关磁阻电机仍然有以下不足：

第一、传统的五相开关磁阻电机都是集中绕组，相绕阻之间没有互感，运行时磁势不叠加。且运行时平均只有1.5个绕组参与运行，这样就使得电机的性能体积比不高，即同样体积的电机转矩较小。

第二、传统的五相开关磁阻电机通常采用集中绕组，运行时的磁势不叠加，运行时流经绕组的电流较大，铜耗较高，效率较低。

第三、传统的五相开关磁阻电机在低转速的情况下，工作的频率段较低，转动不平稳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服以上技术缺陷，提供一种性能体积比较高、铜耗较低，效率较高并且低转速下运行平稳的五相开关磁阻电机。

本发明的技术解决方案是，提供一种五相开关磁阻电机，它包括定子、转子、定子绕组，所述定子内圆表面上均匀分布有定子齿，所述转子外表面上均匀分布有转子齿，所述定子绕组由五相绕组组成，所述定子齿的齿数为10i，所述转子齿的齿数为10i-4或者10i-6，其中i为大于0的整数，所述定子绕组为双层绕组，所述五相绕组均匀分布在定子中。所述每相绕组均由两个线圈串联构成，每相的两个线圈对称分布在定子中，所述线圈节距为3。

采用以上结构后，本发明五相开关磁阻电机与现有技术相比，具有以下优点：

第一、运行时，平均有2.5个绕组可以参与运行，电机的性能体积比较高，同样体积的电机转矩大。

第二、本电机具有低转速大转矩的性能，也就是相同的转速下，工作的频率段较高，这样也就使流经绕组的电流较小，铜耗小、效率高。

第三、由于定子磁场的同步转速比远大于1，所以在低转速的情况下，相对传统的五相开关磁阻电机，本发明五相开关磁阻电机的工作频段高，转动平稳。

附图说明

附图1是本发明五相开关磁阻电机的结构示意图。

附图2是本发明五相开关磁阻电机的驱动电路的原理图。

附图3是本发明五相开关磁阻电机运行时磁场分布及转子位置情况1的示意图。

附图4是本发明五相开关磁阻电机运行时磁场分布及转子位置情况2的示意图。

图中所示：1、定子，2、转子，3、定子齿，4、转子齿，5、定子绕组，6、定子槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种五相开关磁阻电机，它包括定子1、转子2、定子绕组5，所述定子1内圆表面上均匀分布有定子齿3，每相邻两个定子齿之间构成一个定子槽6，所述转子2外表面上均匀分布有转子齿4，所述定子绕组5由五相绕组组成，所述定子齿3的齿数为10i，所述转子齿4的齿数为10i-4或者10i-6，其中i为大于0的整数，所述定子绕组5为双层绕组，所述五相绕组均匀分布在定子1中。所述每相绕组均由两个线圈串联构成，每相的两个线圈对称分布在定子1中，所述线圈节距为3。

本发明所提出的五相开关磁阻电机是一个磁阻电机的家族，它们共同的特征是定子中放置绕组的槽数都是10个，即供嵌线的嵌线槽有10个，其有5个相绕，即绕组的利用率是50％。与传统的五相开关磁阻电机所不同的是，本发明所提出的五相开关磁阻电机其定子齿数为10的倍数。即定子齿数为10、20、30、40、50。这种10的倍数齿实际上是在原有的齿上等距地开几个小齿，以此改变磁路。在同一电机中，如果定子齿较多，则转子齿也较多，定子齿的齿数为10i，则转子齿的齿数为10i-4或者10i-6，其中i为大于0的整数，其对应关系如下表所示：

序号	定子齿数Z₁	定子槽数	转子齿数
				1	10	10	4
2	10	10	6
				3	20	10	14
4	20	10	16
				5	30	10	24
6	30	10	26
				7	40	10	34

8	40	10	36
				9	50	10	44
10	50	10	46

下面以一个具体实施例来说明，该实施例中定子齿的齿数为10，转子齿的齿数为6。

则其绕组的具体分布如图1所示，五相绕组分别名为A-X、B-Y、C-Z、D-U、E-V。每相绕组由两个串联的线圈组成，其中A-X两个线圈分别嵌在1a定子槽——8a定子槽以及3a号定子槽——6a号定子槽中；B-Y的两个线圈分别嵌在3a号定子槽——10a号定子槽以及5a号定子槽——8a号定子槽中；C-Z的两个线圈分别嵌在5a号定子槽——2a号定子槽以及7a号定子槽——10a号定子槽中；D-U的两个线圈分别嵌在7a号定子槽——4a号定子槽以及9a号定子槽——2a号定子槽中；E-V的两个线圈分别嵌在9a号定子槽——6a号定子槽以及1a号定子槽——4a号定子槽中。图中o、x代表电流方向，o代表电流从内向外，x代表电流从外向内，电机驱动电路与电机的连接请参照附图2所示，五相绕组中每相均串联一个晶闸管，如图所示A-X绕组与晶闸管A串联，B-Y绕组与晶闸管B串联，C-Z绕组与晶闸管C串联，D-U绕组与晶闸管D串联，E-V绕组与晶闸管E串联。这种驱动电路与传统的五相开关磁阻电机的驱动电路相同，故不在此详述，但是，本发明五相开关磁阻电机的驱动方式即每个晶闸管的导通顺序不同。

本发明五相开关磁阻电机的运行原理如下：

当晶闸管导通时，称此晶闸管的真值为1、当晶闸管截止时称此晶闸管的真值为0，那么在运行时驱动电路的晶闸管导通的真值表为：

上表中晶闸管的真值为1即表示该晶闸管导通，与该晶闸管串联的绕组投入运行，晶闸管的真值为0表示该晶闸管截止，与该晶闸管串联的绕组不投入运行。

可以看出当开关导通组合时序为1时，此时驱动电路的导通状态为：

A	B	C	D	E
					1	1	0	0	0

即：晶闸管A、B导通，C、D、E截止。如图3所示，在A-X相绕组的两个线圈中，电流从1a号定子槽的Ao端流入，8a号定子槽的Xx端流出；再从3a号定子槽的Ao端流入，6a号定子槽的Xx端流出。在B-Y相绕组的两个线圈中，电流从3a号定子槽的Bo端流入，10a号定子槽的Bx端流出；再从5a号定子槽的Bo端流入，8a号定子槽的Yx端流出。此时磁场及转子位置为，转子齿1c与定子齿1b相对。A-X、B-Y相绕组通电产生的叠加磁通路经为：定子齿1b→转子齿1c→转子齿4c→定子齿6b→定子轭→定子齿1b。

当开关导通组合时序为2时，此时驱动电路的导通状态为：

A	B	C	D	E
					1	1	1	0	0

即：晶闸管A、B、C导通，D、E截止。如图4所示，在A-X相绕组的两个线圈中，电流从1a号定子槽的Ao端流入，8a号定子槽的Xx端流出；再从3a号定子槽的Ao端流入，6a号定子槽的Xx端流出。在B-Y相绕组的两个线圈中，电流从3a号定子槽的Bo端流入，10a号定子槽的Bx端流出；再从5a号定子槽的Bo端流入，8a号定子槽的Yx端流出。在C-Z相绕组的两个线圈中，电流从5a号定子槽的Co端流入，2a号定子槽的Zx端流出；再从7a号定子槽的Co端流入，10a号定子槽的Zx端流出。此时转子相对于起始位置顺时针旋转6°，转子齿3c与定子槽9a相对；通过转子的磁场的方向相对于起始位置顺时针旋转36°。A-X、B-Y、C-Z相绕组通电产生的叠加磁通路经分两路为：定子齿3b→转子齿2c→转子齿4c→定子齿6b→定子轭→定子齿3b；定子齿1b→转子齿1c→转子齿5c→定子齿8b→定子轭→定子齿1b。

随着时间增加，五个晶闸管按驱动电路的晶闸管导通的真值表依次导通。导通状态每变换一次，磁场顺时针旋转36°同时转子顺时针旋转6°。晶闸管导通状态变换十次为一个周期。在一个晶闸管导通状态变换周期里，磁场顺时针旋转360°，转子顺时针旋转60°。即磁场的旋转速度是转子旋转速度的6倍，也就是同步转速比为6∶1。

由于本发明电机有较大的磁场——转子转速比，使得电机可在较高的运行电流频率下保持低速大扭矩运转。而且由于转子与磁场同步时的步距很小，使得电机的运转十分平稳。当本发明五相开关磁阻电机和传统的五相开关磁阻电机以同样的转速运行时，本发明五相开关磁阻电机的运行的频段比传统的高很多，这样也就使流经绕组的电流较小，铜耗小、效率高。并且从驱动电路的晶闸管导通的真值表中可以看出，在一个周期内，平均每刻有2.5个绕组投入运行，因此电机的性能体积比较高，同样体积的电机转矩大。

本发明除了以上实施例之外还有很多实施例，它们只是定子齿和转子齿的齿数不同，其绕线方法以及驱动电路的通断真值表是相同的，下面给出本发明中不同的转子齿数的五相开关磁阻电机的转子转速及同步转速比：

本发明五相开关磁阻电机在极对数p＝1、同步转速n＝3000r/min的情况下，转子转速及同步转速比如下表所示

本发明仍然有其他实施例未列出，但是凡是定子齿的齿数为10i，转子齿的齿数为10i-4或10i-6的五相开关磁阻电机均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种五相开关磁阻电机，它包括定子(1)、转子(2)、定子绕组(5)，所述定子(1)内圆表面上均匀分布有定子齿(3)，所述转子(2)外表面上均匀分布有转子齿(4)，所述定子绕组(5)由五相绕组组成，其特征在于：所述定子齿(3)的齿数为10i，所述转子齿(4)的齿数为10i-4或者10i-6，其中i为大于0的整数，所述定子绕组(5)为双层绕组，所述五相绕组均匀分布在定子(1)中，所述每相绕组均由两个线圈串联构成，每相的两个线圈对称分布在定子(1)中，所述线圈节距为3。

2.根据权利要求1所述的五相开关磁阻电机，其特征在于：所述定子齿(3)的齿数为10，所述转子齿(4)的齿数为6。