CN102035333A - 采用分布式绕组的永磁开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用分布式绕组的永磁开关磁阻电机，包括定子及套接于定子内部的转子，定子和转子均为环状凸极结构，定子内环表面设有均布的定子齿，转子外环表面设有均布的转子齿，相互套接的定子铁心与转子铁心之间留有空隙，永磁体嵌放在定子铁心轭部；定子采用分布式结构的三相电枢绕组，相邻定子齿槽体间只有一个绕组线圈，将每跨过两个定子槽的线圈连接起来成一相绕组，三相绕组之间互感相互耦合，工作时任意时刻总有两相绕组励磁通电；电枢绕组和永久磁体相互作用输出转矩大于电枢绕组单独励磁输出转矩。本发明解决了现有开关磁阻电机绕组利用率低、电机功率密度低的问题。本发明电机既可作电动机也可作发电机。

Description

采用分布式绕组的永磁开关磁阻电机

技术领域

本发明属于电机领域，涉及一种分布式绕组的永磁开关磁阻电机。

背景技术

传统的开关磁阻电机其定、转子均采用凸极结构，定子绕组一般为集中绕组，通过对定子励磁绕组依次通电，定子极与转子极相互作用产生转矩。由于转子上既没有绕组也没有永磁体，因此电机的结构简单、运行可靠。但是这种传统的开关磁阻电机工作时任意时刻只有一相励磁，在定子绕组的一个开关周期内，最多只有半个周期得到利用，为了获得较大的输出转矩和功率，电机的体积要求比较大，从而降低了电机的性能体积比。

为了克服传统开关磁阻电机的缺点，人们提出了在电机中嵌入永磁体的想法来提高电机的性能，有一种开关磁阻电机，在电机定子铁心中嵌入永磁材料，这种结构的改变大大有效抑制了电机的输出转矩脉动，也提高了电机的性能体积比和性能重量比。但是，这种永磁式开关磁阻电机的绕组由于采用的是集中绕组，相邻定子齿槽间有两个绕组线圈，工作时任意时刻仍然只有一相通电，在定子绕组的一个开关周期内，最多只有半个周期得到利用，其绕组的利用率比较低，绕组之间互感独立，电机的功率密度还有待进一步提高。

发明内容

为了解决现有开关磁阻电机绕组利用率低、电机功率密度低的问题，本发明提供了一种能够充分利用材料，采用分布式绕组结构，并且电机功率密度也比较高的三相永磁开关磁阻电机。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

采用分布式绕组的永磁开关磁阻电机，包括定子及套接于定子内部的转子，定子和转子均为环状凸极结构，定子内环表面设有均布的定子齿，转子外环表面设有均布的转子齿，相互套接的定子铁心与转子铁心之间留有空隙，永磁体嵌放在定子铁心轭部。其特征在于：定子采用分布式结构的三相电枢绕组，相邻定子齿槽体间只有一个绕组线圈，将每跨过两个定子槽的线圈连接起来成一相绕组，工作时任意时刻总有两相绕组通电，一相绕组在一个开关周期内全部被充分利用，三相绕组之间互感相互耦合，提高了绕组的利用率。电枢绕组和永久磁体产生的磁场相互作用产生转矩，其输出转矩大于电枢绕组单独励磁输出转矩，提高了电机的功率密度。

本发明进一步的特征在于：

所述定子齿与转子齿的个数之比为6∶4，其极数为6/4或12/8形式。

所述定子由硅钢片叠制而成的定子铁心以及永磁体组成，转子由硅钢片叠制而成。

所述的永久磁体采用切向充磁方式，相邻永磁体极性相反。

本发明的特点在于：

(1)定子电枢绕组采用分布式结构，相邻定子齿槽体间只设一个绕组线圈，将每跨过两个定子槽的线圈连接起来成一相绕组，电机工作时任意时刻总有两相电枢绕组通电，一相绕组在一个开关周期内全部被充分利用，提高了绕组的利用率，改善了以往的集中式绕组在一个开关周期内只有半个周期得到利用的缺点。

(2)定子电枢绕组相数为三相，电机工作时任意时刻两相同时导通，导通时各相绕组之间互感互相耦合，利用绕组间互感的变化产生转矩，改善了电路及磁路的利用率，提高了转矩输出能力及功率密度。

(3)定子齿与转子齿的个数之比为6∶4，其极数可以为6/4或12/8形式。定、转子极数越多，电机输出转矩的脉动就越小，电机振动也越小，运行更加平稳。

(4)电机工作时，由电枢绕组产生的磁场与定子轭部的永久磁体产生的磁场相互作用，两个励磁源相互耦合，总的磁通量要比单独励磁绕组电励磁的磁通量多，使得电机的输出转矩增大，不仅增大了输出力，而且功率密度也增大。

基于上述特点，本发明解决了现有开关磁阻电机绕组利用率低、电机功率密度低的问题；并且电机既可作电动机也可作发电机使用。本发明能够满足未来在航空航天(如飞机的气动/发电机)、交通设备(如电动汽车)等领域的应用，从而促进国防及现代交通运输等行业的发展。

附图说明

图1是本发明永磁开关磁阻电机的结构示意图。

图2是不通电时永磁体磁通闭合路径示意图。

图3是A、B相绕组通电时由绕组和永磁体产生的磁通闭合路径。

图4是B、C相绕组通电时由绕组和永磁体产生的磁通闭合路径。

图中：1.定子；2.转子；3.电枢绕组；4.定子铁心；5.永磁体；6.转子齿；7.定子齿。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1所示为本发明采用分布式绕组的永磁开关磁阻电机结构示意图，电机包括定子1及套接于定子内部的转子2，定子1和转子2均为环状凸极结构，定子1内环表面设有均布的定子齿7，转子2外环表面设有均布的转子齿6，相互套接的定子铁心4与转子铁心2之间留有空隙，永磁体5嵌放在定子铁心4轭部，其中：定子1上缠绕有分布式结构组成的三相电枢绕组3，相邻定子齿7槽体间只有一个绕组线圈，将每跨过两个定子槽的线圈连接起来组成一相绕组，比如A+和A-连起来为一相，B+和B-连起来为一相，C+和C-连起来为一相。转子2上没有绕组。

本发明进一步的结构还在于，分布式结构的三相电枢绕组，其定子齿7与转子齿6的个数之比为6∶4，其极数可以为6/4或12/8形式。

本发明定子由硅钢片叠制而成的定子铁心4以及永磁体组成，转子2由硅钢片叠制而成。永久磁体5采用切向充磁方式，相邻永久磁体5极性相反。

本发明电机的电枢绕组3为分布绕组结构，一个定子槽内只有一个绕组线圈，将每跨过两个定子槽的线圈连接起来成一相绕组，电机工作时任意时刻总有两相电枢绕组通电励磁，各相绕组的互感互相耦合，一相绕组在一个开关周期内全部被充分利用。利用绕组间互感的变化和永磁体的磁场的相互作用产生转矩，改善了电路及磁路的利用率，提高了转矩输出能力及功率密度。

采用分布式绕组的永磁开关磁阻电机的工作原理如下：

本发明提出的永磁开关磁阻电机绕组为分布式绕组，如图1所示，工作时任意时刻总有两相绕组通电励磁，各相绕组之间的互感相互耦合。当定子励磁绕组不通电时，电机定、转子极处于对齐位置，定子铁心4轭部的切向充磁永磁体5的磁通闭合路径为：永磁体5的N极→定子铁心4的轭部→定子铁心4的极部→转子铁心2的极部→转子铁心2的轭部→转子铁心2的极部→定子铁心4的极部→定子铁心4的轭部→永磁体5的S极，如图2所示。

当定子励磁绕组A、B相通电时，由A、B相绕组和定子铁心1轭部的切向充磁永磁体5的产生的磁通闭合路径分为两部分，第一部分：永磁体5的N极→定子铁心1的极部→转子铁心2→定子铁心1的极部→定子铁心1的轭部→永磁体5的S极，第二部分：定子铁心4的轭部→定子铁心4的极部→转子铁心2→定子铁心4的极部→定子铁心4的轭部，此时A、B相绕组的互感互相耦合。如图3所示。

当定子励磁绕组B、C相通电时，由B、C相绕组和定子铁心4轭部的切向充磁永磁体5的产生的磁通闭合路径也分为两部分，其磁通闭合路径与A、B相通电时相似，此时B、C相绕组的互感互相耦合。如图4所示。

采用分布式绕组的永磁开关磁阻电机的工作原理如下所述。当励磁绕组不通电时，永磁体5产生的磁力线沿定子铁心4和转子铁心2的极部、轭部路径闭合；当两相励磁绕组通电时，电励磁磁力线的路径与永磁体5的磁力线路径形成并联磁路，磁力线方向一致，两个磁场在定子铁心、气隙和转子铁心上相互叠加，磁通量变大。通过电励磁磁势的开关作用(即绕组电流的开通和关断)来控制磁通(磁力线)的路径与大小，来实现对电机转矩的控制。

本发明开关磁阻电机采用分布式结构的绕组，三相绕组之间的互感相互耦合，工作时任意时刻总有两相绕组通电，提高了绕组的利用率。同时将永磁体5嵌入定子铁心4的轭部，励磁绕组的电励磁回路和永磁体5的切向励磁回路有机结合起来，电励磁磁势既具有励磁功能，又具有永磁体5励磁磁场的控制功能，使得该电机的两个励磁源也相互耦合，总的磁通量要比单独励磁绕组电励磁的磁通量多，从而使得电机的输出转矩增大，也就是说在要求输出转矩相同的条件下，本发明的电机所需的励磁电流比普通的开关磁阻电机小，因此本发明的电机效率高。

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，不能认定本发明的实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，凡根据本发明精神实质所作的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (4)

1.采用分布式绕组的永磁开关磁阻电机，包括定子(1)及套接于定子内部的转子(2)，定子(1)和转子(2)均为环状凸极结构，定子(1)内环表面设有均布的定子齿(7)，转子(2)外环表面设有均布的转子齿(6)，相互套接的定子铁心(4)与转子铁心(2)之间留有空隙，永磁体(5)嵌放在定子铁心(4)轭部，其特征在于：定子(1)采用分布式结构的三相电枢绕组(3)，相邻定子齿(6)槽体间只有一个绕组线圈，将每跨过两个定子槽的线圈连接起来成一相绕组，三相绕组之间互感相互耦合，电枢绕组(3)和永久磁体(5)相互作用输出转矩大于电枢绕组单独励磁输出转矩。

2.根据权利要求1所述的分布式绕组的永磁开关磁阻电机，其特征在于：所述定子(1)由硅钢片叠制而成的定子铁心(4)以及永磁体(5)组成，转子(2)由硅钢片叠制而成。

3.根据权利要求1所述的分布式绕组的永磁开关磁阻电机，其特征在于：所述定子齿(6)与转子齿(7)的个数之比为6∶4，其极数可以为6/4或12/8形式。

4.根据权利要求1所述的分布式绕组的永磁开关磁阻电机，其特征在于：所述的永久磁体(5)采用切向充磁方式，相邻永磁体(5)极性相反。

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