CN102355112A

CN102355112A - 开关磁阻电机

Info

Publication number: CN102355112A
Application number: CN2011103250043A
Authority: CN
Inventors: 花为; 张义莲; 吴中泽; 俞贤萍
Original assignee: JIANGSU HUAYANG ELECTRICAL APPLIANCES Co Ltd; CHANGZHOU HUAYANG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU HUAYANG ELECTRICAL APPLIANCES Co Ltd; CHANGZHOU HUAYANG ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明涉及电机技术领域，特别是一种开关磁阻电机，其包括定子、转子和三相集中电枢绕组，定子和转子均为凸极结构，转子的凸极为转子齿，转子齿的齿顶面开设有辅助凹槽。本发明通过在开关磁阻电机的转子齿的齿顶面开设辅助凹槽，解决了开关磁阻电机转矩脉动较大的技术问题。

Description

开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是一种开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机调速驱动系统集电机技术、电力电子技术、微电子技术和自动控制技术等新成果于一体，以其结构简单、效率高、控制容易、高效无极调速，成本低等独特优点，在工业领域中已经成为其它类型电机调速驱动系统强有力的竞争者，具有广阔的应用前景。在家用电器、汽车工业、牵引电机等领域得到广泛的应用，获得巨大的经济效益；并逐步应用于风力发电、航空起动发电等场合。然而，与其他类型电机相比，开关磁阻电机具有较大的噪声和转矩脉动，其定子、转子的双凸极结构以及开关形式供电电源，使得开关磁阻电机驱动系统成为一个多变量高度耦合、非线性异常严重的系统，运行中转矩脉动非常明显，且易引起电机噪声，影响了开关磁阻电机在运行质量要求较高场合的应用。现有的转矩脉动的减小方法，大部分都是基于优化控制策略进行，如定子振动特性分析、噪声预估以及有源降噪控制策略等方面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现在的开关磁阻电机转矩脉动较大的技术问题，本发明提供一种开关磁阻电机，它通过在开关磁阻电机的转子齿的齿顶面开设辅助凹槽，减小了开关磁阻电机的转矩脉动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种开关磁阻电机，其包括定子、转子和三相集中电枢绕组，定子和转子均为凸极结构，转子的凸极为转子齿，转子齿的齿顶面开设有辅助凹槽。本发明通过在开关磁阻电机转子齿的齿顶面上开辅助凹槽，使得电机转矩脉动减小很多。

进一步地，所述三相集中电枢绕组包括A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组，每相电枢绕组均有两套线圈绕组，两套线圈绕组串联或并联连接；

A相电枢绕组的第一套线圈绕组由径向相对且串联连接的第一集中电枢线圈、第三集中电枢线圈组成，A相电枢绕组的第二套线圈绕组由径向相对且串联连接的第二集中电枢线圈、第四集中电枢线圈组成；

B相电枢绕组的第一套线圈绕组由径向相对且串联连接的第五集中电枢线圈、第七集中电枢线圈组成，B相电枢绕组的第二套线圈绕组由径向相对且串联连接的第六集中电枢线圈、第八集中电枢线圈组成；

C相电枢绕组的第一套线圈绕组由径向相对且串联连接的第九集中电枢线圈、第十一集中电枢线圈组成，C相电枢绕组的第二套线圈绕组由径向相对且串联连接的第十集中电枢线圈、第十二集中电枢线圈组成；

各集中电枢线圈均分别套装在定子的相应的凸极(齿)上，即横跨于与该定子凸极相邻的两个定子槽；定子槽内置有集中电枢线圈，端部长度较短，电阻较小，效率较高；且该电机互感小，容错性能好。

这种结构使得电机各相之间几乎没有互感。每相电流的开通、关断以及电流的大小可以独立地控制，由此可以得到各种不同要求的转矩-转速特性。又因为转子转动惯量小，在电流每次换相时可以随时改变相应转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。

进一步地：所述转子为直槽转子，转子齿为平行齿，转子上既无永磁体也无绕组，这种结构适合高速运转，且不需要价格昂贵的稀土永磁材料，降低了整个系统的体积和制造成本。

进一步地：所述定子和转子均由硅钢片压叠而成，该结构使得电机结构非常简单且坚固。

进一步地：所述定子的定子凸极上开有槽楔，有利于集中电枢线圈的放置。

本发明的有益效果是，本发明的开关磁阻电机：

1.定子和转子均由硅钢片压叠而成，使得电机结构非常简单且坚固。转子上既无永磁体又无绕组，适合高速运转。不需要价格昂贵的稀土永磁材料，降低了整个系统的体积和制造成本；

2.开关磁阻电机由单向电流驱动，功率变换电路每相可以只用一个开关元件。因而电路简单，可靠性高，成本降低。

3.电机各相之间几乎没有互感。每相电流的开通、关断以及电流的大小可以独立地控制，由此可以得到各种不同要求的转矩-转速特性。又因为转子转动惯量小，在电流每次换相时可以随时改变相应转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。

4.通过在开关磁阻电机转子齿上开辅助凹槽，使得电机转矩脉动减小很多。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的开关磁阻电机的较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明的定子和转子的局部结构示意图。

图3是本发明的A相电枢绕组串联连接的结构示意图。

图4所示为转子齿上开辅助凹槽和不开辅助凹槽情况下开关磁阻电机转矩对比图。

图中：1.定子，2.转子，2-1.转子齿，2-1-1.齿顶面，2-1-2辅助凹槽，201.第一转子凸极，202.第二转子凸极，203.第三转子凸极，204.第四转子凸极，205.第五转子凸极，206.第六转子凸极，207.第七转子凸极，208.第八转子凸极，3.三相集中电枢绕组，A1.第一集中电枢线圈，A2.第二集中电枢线圈，A3.第三集中电枢线圈，A4.第四集中电枢线圈，B1.第五集中电枢线圈，B2.第六集中电枢线圈，B3.第七集中电枢线圈，B4第八集中电枢线圈，C1.第九集中电枢线圈，C2.第十集中电枢线圈，C3.第十一集中电枢线圈，C4.第十二集中电枢线圈，4.槽楔。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的本发明的开关磁阻电机的较佳实施例，它是定子12槽/转子8极的开关磁阻电机，其包括定子1、转子2和三相集中电枢绕组3，转子2位于定子1的内部，定子1和转子2均为凸极结构，定子1的定子凸极上开有槽楔4，定子1和转子2均由硅钢片压叠而成；

转子2为直槽转子，转子2上既无永磁体也无绕组；转子2的凸极为转子齿2-1，转子齿2-1为平行齿，转子齿2-1的齿顶面2-1-1开设有辅助凹槽2-1-2。

三相集中电枢绕组4包括A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组，每相电枢绕组均有两套线圈绕组，两套线圈绕组串联或并联连接；

A相电枢绕组的第一套线圈绕组由径向相对且串联连接的第一集中电枢线圈A1、第三集中电枢线圈A3组成，A相电枢绕组的第二套线圈绕组由径向相对且串联连接的第二集中电枢线圈A2、第四集中电枢线圈A4组成；第一集中电枢线圈A1、第三集中电枢线圈A3分别与第二集中电枢线圈A2、第四集中电枢线圈A4空间垂直相对；

B相电枢绕组的第一套线圈绕组由径向相对且串联连接的第五集中电枢线圈B1、第七集中电枢线圈B3组成，B相电枢绕组的第二套线圈绕组由径向相对且串联连接的第六集中电枢线圈B2、第八集中电枢线圈B4组成；第五集中电枢线圈B1、第七集中电枢线圈B3分别与第六集中电枢线圈B2、第八集中电枢线圈B4空间垂直相对；

C相电枢绕组的第一套线圈绕组由径向相对且串联连接的第九集中电枢线圈C1、第十一集中电枢线圈C3组成，C相电枢绕组的第二套线圈绕组由径向相对且串联连接的第十集中电枢线圈C2、第十二集中电枢线圈C4组成；第九集中电枢线圈C1、第十一集中电枢线圈C3分别与第十集中电枢线圈C2、第十二集中电枢线圈C4空间垂直相对。

各集中电枢线圈均分别套装在定子的相应的定子凸极(齿)上。

开关磁阻电机的工作机理与反应(磁阻)式步进电动机一样，基于磁通总是沿磁阻最小(磁导最大)的路径闭合。当定、转子齿中心线不重合，即磁导不为最大时，磁场就会产生磁拉力，形成磁阻转矩，使转子转到磁导最大的位置。当向定子各相绕组中依次通入电流时，电机转子将沿着某一方向转动。如果改变定子各相的通电次序，电机将改变转向，但绕组电流方向的改变不会影响转子的转向。

当电机转子2在图1所示位置时，转子2分别有一个槽与第一集中电枢线圈A1和第二集中电枢线圈A3的一个定子齿相对，根据开关磁阻电机工作原理--磁通总是沿磁阻最小(磁导最大)的路径闭合，此时给B相电枢绕组通电流，在电机内产生的磁通将由B相定子极通过气隙进入转子极，再经转子轭、转子齿、定子极、定子轭、定子齿形成闭合回路。此时在转子2上将产生磁阻转矩，这一转矩使电机磁路中的气隙磁阻趋向最小状态。由图1所示的定子1、转子2相对位置可以看出，转子2在磁阻转矩作用下将沿逆时针方向转动，并趋向使第二转子凸极202、第四转子凸极204、第六转子凸极206、第八转子凸极208的中心线分别与第五集中电枢线圈B1所套的定子凸极、第六集中电枢线圈B2所套的定子凸极、第七集中电枢线圈B3所套的定子凸极、第八集中电枢线圈B4所套的定子凸极的中心线相重合。当这一过程接近完成时，关断B相绕组电流，并以相同的方式给A相通电，则转子2在磁阻转矩作用下将继续沿着逆时针方向转动，并趋向使第一转子凸极201、第三转子凸极203、第五转子凸极205、第七转子凸极207的中心线分别与第一集中电枢线圈A1所套的定子凸极、第二集中电枢线圈A2所套的定子凸极、第三集中电枢线圈A3所套的定子凸极、第四集中电枢线圈A4所套的定子凸极的中心线相重合。这一过程接近完成时，关断A相绕组电流，并以相同的方式给C相通电，则转子2在磁阻转矩作用下将继续沿着逆时针方向转动。当依次给B-A-C相通电，轮流导通、关断时，在转子2上将产生一连串脉动磁阻转矩，使转子不断沿逆时针转动。电机转动方向由绕组通电顺序决定，与电流方向无关。

图1中，当给B相通电时，产生的磁拉力使得转子转到第一转子凸极202-第四转子凸极204-第六转子凸极206-第八转子凸极208与第一集中电枢线圈A1-第二集中电枢线圈A2-第三集中电枢线圈A3-第四集中电枢线圈A4重合的位置；依次给B-A-C相通电，转子就能够逆时针转动起来。反之，若依次给C-A-B相通电，则转子就能够顺时针转动起来。如图3所示，A相电枢绕组的第一集中电枢线圈A1、第二集中电枢线圈A2、第三集中电枢线圈A3和第四集中电枢线圈A4首尾相联，B相电枢绕组、C相电枢绕组采用相同的连接方式。

基于磁阻最小原理，当在转子齿2-1的齿顶面2-1-1上开辅助凹槽2-1-2时，造成转子齿磁阻不平衡，磁通从磁阻最小的地方通过，加上外电路三相控制开通关断角，对磁路，电感都产生影响，进而影响磁阻转矩。图4所示为开槽和不开槽情况下开关磁阻电机转矩对比图。由图4可知，辅助凹槽2-1-2的存在使得转矩脉动大大降低的同时使得平均输出转矩减小，可通过加大电流来补偿。

Claims

1.一种开关磁阻电机，其包括定子(1)、转子(2)和三相集中电枢绕组(3)，定子(1)和转子(2)均为凸极结构，转子(2)的凸极为转子齿(2-1)，其特征在于：所述的转子齿(2-1)的齿顶面(2-1-1)开设有辅助凹槽(2-1-2)。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述三相集中电枢绕组(3)包括A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组，每相电枢绕组均有两套线圈绕组，两套线圈绕组串联或并联连接；

A相电枢绕组的第一套线圈绕组由径向相对且串联连接的第一集中电枢线圈(A1)、第三集中电枢线圈(A3)组成，A相电枢绕组的第二套线圈绕组由径向相对且串联连接的第二集中电枢线圈(A2)、第四集中电枢线圈(A4)组成；

B相电枢绕组的第一套线圈绕组由径向相对且串联连接的第五集中电枢线圈(B1)、第七集中电枢线圈(B3)组成，B相电枢绕组的第二套线圈绕组由径向相对且串联连接的第六集中电枢线圈(B2)、第八集中电枢线圈(B4)组成；

C相电枢绕组的第一套线圈绕组由径向相对且串联连接的第九集中电枢线圈(C1)、第十一集中电枢线圈(C3)组成，C相电枢绕组的第二套线圈绕组由径向相对且串联连接的第十集中电枢线圈(C2)、第十二集中电枢线圈(C4)组成；

各集中电枢线圈均分别套装在定子(1)的相应的定子凸极(齿)上。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述转子(2)为直槽转子，转子齿(2-1)为平行齿，转子(2)上既无永磁体也无绕组。

4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述定子(1)和转子(2)均由硅钢片压叠而成。

5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述定子(1)的定子凸极上开有槽楔(4)。