CN101982931A - 脉动转矩补偿结构多相磁阻电机 - Google Patents

脉动转矩补偿结构多相磁阻电机 Download PDF

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Abstract

脉动转矩补偿结构多相磁阻电机，它涉及多相磁阻电机。它为解决现有开关磁阻电机存在的转矩脉动大、振动和噪声较大，电机的输出转矩小、效率低的问题而提出。定子铁芯的内表面沿轴向方向开设有多个定子励磁绕组槽，定子励磁绕组嵌放在定子励磁绕组槽内，多个转子铁芯主齿和转子铁芯辅助齿沿转子铁芯外表面圆周方向依次间隔排列；转子铁芯主齿的宽度所对应的圆心角为θ1＜360°(m-2)/2km；转子铁芯辅助齿的宽度所对应的圆心角为θ2与转子铁芯主齿的宽度所对应的圆心角θ1和定子励磁绕组槽的宽度所对应的圆心角θs之间满足如下三个关系式：θ2＜θ1；[2θs-(360°/2m-θ1)]/k＜θ2＜[2θs+(360°/2m-θ1)]/k；θ1+θ2＞360°/2km。它具有转矩脉动小，振动小，噪声低，输出转矩大，电机效率高的优点。

Description

脉动转矩补偿结构多相磁阻电机
技术领域
本发明涉及一种多相磁阻电机。
背景技术
传统的开关磁阻电机的定子和转子均为凸极结构，如图1所示。通过对开关磁阻电机中的定子励磁绕组依次通电，使定子极与转子极相互作用进而产生转矩。由于转子上既没有绕组，也没有永磁体，因此这种电机的结构简单、坚固、运行可靠、成本低，适合高速运行。但是由于定子和转子均为普通的双凸极直齿结构，在换相点处的气隙磁导变化率高，定子和转子所受到的切向力和径向力大，因此使定子径向变形大，电机的转矩脉动大，且运行时振动与噪声均较大；而且定子铁芯的局部磁通饱和严重，电机的最大转矩小，铜耗大、效率低。
发明内容
本发明为了解决现有开关磁阻电机存在的转矩脉动大、振动和噪声较大，电机的输出转矩小、效率低的问题，而提出的脉动转矩补偿结构多相磁阻电机。
脉动转矩补偿结构多相磁阻电机，它包括定子组件和转子组件；定子组件由定子铁芯、定子励磁绕组槽和定子励磁绕组组成；转子组件由转子铁芯、转子铁芯主齿和转子铁芯辅助齿组成；所述定子铁芯和转子铁芯均采用凸极结构；定子铁芯的内表面沿轴向方向开设有多个定子励磁绕组槽，所述多个定子励磁绕组槽沿定子铁芯的内表面的圆周方向均匀分布；所述定子励磁绕组嵌放在定子励磁绕组槽内，所述定子励磁绕组采用多相集中整距绕组，每相绕组由k个线圈串联组成；其中k为正整数；所述转子铁芯的外表面沿轴向方向设置有多个齿槽，所述多个齿槽形成多个转子铁芯主齿和多个转子铁芯辅助齿；所述多个转子铁芯主齿和多个转子铁芯辅助齿沿转子铁芯外表面圆周方向依次间隔排列；所述定子铁芯内表面通过多个定子励磁绕组槽形成多个定子齿；所述多相磁阻电机的定子齿的数量为2km，转子铁芯主齿的数量为2k，其中m为所述多相磁阻电机的相数且m≥3；转子铁芯主齿的宽度所对应的圆心角为θ1，θ1＜360°(m-2)/2km；转子铁芯辅助齿的宽度所对应的圆心角为θ2，定子励磁绕组槽的宽度所对应的圆心角为θs；所述转子铁芯辅助齿的宽度所对应的圆心角为θ2与转子铁芯主齿的宽度所对应的圆心角θ1和定子励磁绕组槽的宽度所对应的圆心角θs之间满足如下三个关系式：θ2＜θ1；[2θs-(360°/2m-θ1)]/k＜θ2＜[2θs+(360°/2m-θ1)]/k；θ1+θ2＞360°/2km。
本发明具有转矩脉动小，振动小，噪声低，输出转矩大，电机效率高的优点。通过在转子铁芯4上增加转子铁芯辅助齿6并采取相应的驱动控制方法，有效地降低电机的转矩脉动、振动和噪声，提高电机的输出转矩和效率。本发明所述电机既可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用。
附图说明
图1为传统开关磁阻电机的结构示意图；图2为具体实施方式一的纵剖视图；图3为具体实施方式二的纵剖视图；图4为具体实施方式三的纵剖视图；图5为具体实施方式四的纵剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图2说明本实施方式，本实施方式包括定子组件和转子组件；定子组件由定子铁芯1、定子励磁绕组槽2和定子励磁绕组3组成；转子组件由转子铁芯4、转子铁芯主齿5和转子铁芯辅助齿6组成；所述定子铁芯1和转子铁芯4均采用凸极结构；定子铁芯1的内表面沿轴向方向开设有多个定子励磁绕组槽2，所述多个定子励磁绕组槽2沿定子铁芯1的内表面的圆周方向均匀分布；所述定子励磁绕组3嵌放在定子励磁绕组槽2内，所述定子励磁绕组3采用多相集中整距绕组，每相绕组由k个线圈串联组成；其中k为正整数；所述转子铁芯4的外表面沿轴向方向设置有多个齿槽，所述多个齿槽形成多个转子铁芯主齿5和多个转子铁芯辅助齿6；所述多个转子铁芯主齿5和多个转子铁芯辅助齿6沿转子铁芯4外表面圆周方向依次间隔排列；所述定子铁芯1内表面通过多个定子励磁绕组槽2形成多个定子齿；所述多相磁阻电机的定子齿的数量为2km，转子铁芯主齿5的数量为2k，其中m为所述多相磁阻电机的相数且m≥3；转子铁芯主齿5的宽度所对应的圆心角为θ1，θ1＜360°(m-2)/2km；转子铁芯辅助齿6的宽度所对应的圆心角为θ2，定子励磁绕组槽2的宽度所对应的圆心角为θs；所述转子铁芯辅助齿6的宽度所对应的圆心角为θ2与转子铁芯主齿5的宽度所对应的圆心角θ1和定子励磁绕组槽2的宽度所对应的圆心角θs之间满足如下三个关系式：θ2＜θ1；[2θs-(360°/2m-θ1)]/k＜θ2＜[2θs+(360°/2m-θ1)]/k；θ1+θ2＞360°/2km。
具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于它还增加了多个条状永磁体7；所述多个条状永磁体7沿轴向嵌装在定子励磁绕组槽2的槽口处；所述条状永磁体7的充磁方式为切向平行充磁，相邻两个条状永磁体7的充磁方向相反，所述定子励磁绕组3通电时产生的磁力线的方向与条状永磁体7的磁力线方向相反。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于它还增加了多个槽楔8；所述多个槽楔8为非磁性低电阻率的槽楔；所述多个槽楔8沿轴向嵌装在定子励磁绕组槽2的槽口处。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二或三的不同点在于所述定子励磁绕组3采用多相集中短距绕组；每相绕组由2k个线圈串联组成；其中k为正整数；所述每个线圈的两个有效边分别嵌放在相邻的两个定子励磁绕组槽2内。其它组成和连接方式与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同点在于转子铁芯辅助齿6靠近转子铁芯4的一端的宽度大于远离转子铁芯4的一端的宽度。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同点在于定子绕组为三相集中整距绕组，每相绕组由1个线圈构成。电机的相数为三相，定子齿的数量为6，转子铁芯主齿5的数量为2；转子铁芯主齿5的宽度所对应的圆心角为θ1＜60°，所述转子铁芯辅助齿6的宽度所对应的圆心角为θ2与转子铁芯主齿5的宽度所对应的圆心角θ1和定子励磁绕组槽2的宽度所对应的圆心角θs之间满足如下三个关系式：θ2＜θ1；2θs-(60-θ1)＜θ2＜2θs+(60°-θ1)；θ1+θ2＞60°。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为内转子结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为外转子结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为径向磁场结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为轴向磁场结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为单定子结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为双定子结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为单转子结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为双转子结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为旋转电机。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为直线电机。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机为平面电机。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述多相磁阻电机德相数为3时，且需要工作在低速状态时，每相绕组由偶数个线圈串联构成。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.脉动转矩补偿结构多相磁阻电机，其特征在于它包括定子组件和转子组件；定子组件由定子铁芯(1)、定子励磁绕组槽(2)和定子励磁绕组(3)组成；转子组件由转子铁芯(4)、转子铁芯主齿(5)和转子铁芯辅助齿(6)组成；所述定子铁芯(1)和转子铁芯(4)均采用凸极结构；定子铁芯(1)的内表面沿轴向方向开设有多个定子励磁绕组槽(2)，所述多个定子励磁绕组槽(2)沿定子铁芯(1)的内表面的圆周方向均匀分布；所述定子励磁绕组(3)嵌放在定子励磁绕组槽(2)内，所述定子励磁绕组(3)采用多相集中整距绕组，每相绕组由k个线圈串联组成；其中k为正整数；所述转子铁芯(4)的外表面沿轴向方向设置有多个齿槽，所述多个齿槽形成多个转子铁芯主齿(5)和多个转子铁芯辅助齿(6)；所述多个转子铁芯主齿(5)和多个转子铁芯辅助齿(6)沿转子铁芯(4)外表面圆周方向依次间隔排列；所述定子铁芯(1)内表面通过多个定子励磁绕组槽(2)形成多个定子齿；所述多相磁阻电机的定子齿的数量为2km，转子铁芯主齿(5)的数量为2k，其中m为所述多相磁阻电机的相数且m≥3；转子铁芯主齿(5)的宽度所对应的圆心角为θ1，θ1＜360°(m-2)/2km；转子铁芯辅助齿(6)的宽度所对应的圆心角为θ2，定子励磁绕组槽(2)的宽度所对应的圆心角为θs；所述转子铁芯辅助齿(6)的宽度所对应的圆心角为θ2与转子铁芯主齿(5)的宽度所对应的圆心角θ1和定子励磁绕组槽(2)的宽度所对应的圆心角θs之间满足如下三个关系式：θ2＜θ1；[2θs-(360°/2m-θ1)]/k＜θ2＜[2θs+(360°/2m-θ1)]/k；θ1+θ2＞360°/2km。
2.根据权利要求1所述的脉动转矩补偿结构多相磁阻电机，其特征在于它还包括多个条状永磁体(7)；所述多个条状永磁体(7)沿轴向嵌装在定子励磁绕组槽(2)的槽口处；所述条状永磁体(7)的充磁方式为切向平行充磁，相邻两个条状永磁体(7)的充磁方向相反，所述定子励磁绕组(3)通电时产生的磁力线的方向与条状永磁体(7)的磁力线方向相反。
3.根据权利要求1所述的脉动转矩补偿结构多相磁阻电机，其特征在于它还包括多个槽楔(8)；所述多个槽楔(8)为非磁性低电阻率的槽楔；所述多个槽楔(8)沿轴向嵌装在定子励磁绕组槽(2)的槽口处。
4.根据权利要求2或3所述的脉动转矩补偿结构多相磁阻电机，其特征在于所述定子励磁绕组(3)采用多相集中短距绕组；每相绕组由2k个线圈串联组成；其中k为正整数；所述每个线圈的两个有效边分别嵌放在相邻的两个定子励磁绕组槽(2)内。
5.根据权利要求4所述的脉动转矩补偿结构多相磁阻电机，其特征在于转子铁芯辅助齿(6)靠近转子铁芯(4)的一端的宽度大于远离转子铁芯(4)的一端的宽度。
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