CN102738916A

CN102738916A - 开关磁阻发电电动机

Info

Publication number: CN102738916A
Application number: CN2011100809741A
Authority: CN
Inventors: 李贵祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明涉及一种开关磁阻发电电动机，主要包括励磁绕组(1)、定子铁心(2)、转子铁心(3)、转轴(4)、电枢绕组(5)、机座(6)、接线盒(7)、端盖、风扇、转子位置传感器和控制器，其特征是：定子铁心有6个或6个以上数量为偶数的凸极，定子铁心上绕有励磁绕组；转子铁心有4个或4个以上数量为偶数的凸极，转子铁心上绕有电枢绕组；定子铁心的凸极数量比转子铁心的凸极数量多2个或4个或6个；能与转子的凸极同时对齐的励磁绕组用同相励磁电源连接，组成由2相或2相以上励磁电源分别供电的定子磁极。在定子磁场牵引转子旋转的同时，利用转子上的电枢绕组发电，实现输出机械能的同时，“回收”部份电能。

Description

开关磁阻发电电动机

技术领域

本发明涉及一种电机，特别是一种开关磁阻发电电动机。

技术背景

开关磁阻电动机(SR)是近些年发展的新型调速电机，结构简单结实、调速范围宽且性能好，现已广泛用在仪器仪表、家电、电动汽车等领域。磁阻电机的主要特点是转子上没有线圈。磁阻电动机利用磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁引力拉动转子旋转。

磁阻电机的转子上没有线圈，无需电刷和滑环，是一种无刷调速电机。但也正是因为转子上没有线圈，通过转子的磁通被“浪费”掉了。

本发明在开关磁阻电动机的基础上，在转子上增设电枢绕组，在定子磁场牵引转子旋转的同时，利用转子上的电枢绕组发电，实现输出机械能的同时，“回收”部份电能。其实两者并不矛盾，电枢绕组切割磁力线发电并不会削弱定子磁场对转子的牵引力。

发明内容

本发明的目的是提供一种能同时输出机械能和电能的开关磁阻发电电动机。

本发明是这样实现的：一种开关磁阻发电电动机，主要包括励磁绕组(1)、定子铁心(2)、转子铁心(3)、转轴(4)、电枢绕组(5)、机座(6)、接线盒(7)、端盖、风扇、转子位置传感器和控制器，其特征是：定子铁心有6个或6个以上数量为偶数的凸极，定子铁心上绕有励磁绕组；转子铁心有4个或4个以上数量为偶数的凸极，转子铁心上绕有电枢绕组，组成单相或多相电枢；定子铁心的凸极数量比转子铁心的凸极数量多2个或4个或6个；能与转子的凸极同时对齐的定子凸极的励磁绕组用同相励磁电源连接，组成由2相或2相以上励磁电源分别供电的定子磁极。

工作原理：当磁极的其中一相通电时，与两个径向相对的通电磁极距离最接近的两个径向相对的转子铁心凸极受磁力的作用旋转至与通电磁极相对的位置，转子位置传感器检测到转子已经旋转至既定的位置，通过控制器发出断开该相励磁绕组电流、接通下一相励磁绕组电流的指令，下一相励磁绕组所在的磁极通电并吸引与其距离最接近的转子铁心凸极，实现转子的持续旋转；由于通电磁极的磁场的“旋转”速度总是比转子铁心的凸极快1至2个凸极的位置，通过转子铁心的磁通沿着转子铁心的凸极“旋转”，电枢绕组感应到电动势且产生电流；利用控制器中的功率变换器调节励磁电流的电压，以调节电机输出的转速和转矩大小。

定子铁心的凸极数量比转子铁心的凸极数量多2个或4个或6个，定子与转子的凸极数之比为6∶4或8∶6或8∶4或10∶8或12∶8或12∶10或12∶6等等，亦称为6/4或8/6或8/4或10/8或12/10或12/6等结构的发电电动机。6/4极采用3相励磁电源，8/6极采用4相励磁电源，8/4极采用2相励磁电源，10/8极采用5相励磁电源。

转子位置传感器起着转子位置的跟踪作用，它将转子的位置信号转换成控制电路所需的电信号。常用的位置传感器有电磁式位置传感器、光电式位置传感器和磁敏式位置传感器。

电磁式位置传感器是利用电磁感应的效应得到转子的位置信号。其基本原理是：在转子上有一个扇形的导磁片，随着转子的转动发出相应的电信号。

光电式位置传感器由随转子一起旋转的遮光罩和固定不动的光源和光电管组成。若干只光电管由遮光罩控制依次受到光线照射，使各相励磁绕组轮流通电，于是电动机能持续地旋转。

磁敏式位置传感器也是由定子和转子两部份组成，在转轴上安装永磁磁极，磁敏元件设在定子上。磁敏元件用对磁场敏感的半导体材料制成，常用的有霍尔元件、磁敏二极管和磁敏电阻。磁敏元件检测到的转子位置信号经过处理后，可控制电动机的励磁绕组按顺序通电。

控制器的电路主要由位置处理单元和功率逻辑开关单元组成。来自位置传感器的控制信号经信号处理单元处理后，送到功率逻辑开关单元，用作控制电机各相励磁绕组的通、断电。控制器中包含了功率变换器、位置处理器及相驱动器三部份。

目前已有许多专用于控制电机的集成电路，组成开环或闭环控制系统，以调节和控制电机的转速。

所述发电电动机为有刷开关磁阻发电电动机或无刷开关磁阻发电电动机。

有刷开关磁阻发电电动机设有电刷装置和换向器，用以输送由电枢产生的电流。电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座、弹簧等组成，电刷装置固定在端盖内侧，换向器固定在转轴上。有刷开关磁阻发电电动机的电枢产生的电流通过换向器和电刷装置输出交流电或直流电，输出的直流电作为励磁电源的一部份直接供给电机本身，或者，输出的交流电经变压和整流后可作为励磁电源的一部份供给电机本身，以减少对外部的励磁电源的依赖。如：电机的励磁电源是4相的，则电枢产生的电流供给其中3相或2相，同时断开3相或2相的外部励磁电源。若电枢产生的电流并不适宜或不方便供给电机本身，则可以输送至外部负载。

无刷开关磁阻发电电动机的转子设有旋转整流器，电机作为励磁电动机使用，电枢产生的电流作为其它同轴电机的转子励磁电源经整流后供给同轴电机。

转子铁心和定子铁心用软铁材料制成，一般是用硅钢片叠压而成。

励磁绕组和电枢绕组用漆包线绕制而成，漆包线为漆包铜线或漆包铝线或漆包合金线。

电机的转子铁心为直槽凸极铁心或斜槽凸极铁心，定子铁心为直槽凸极铁心或斜槽凸极铁心。从径向看，直槽凸极铁心的凸极与转轴平行，斜槽凸极铁心的凸极与转轴交叉。

接线盒设在机座上。控制器可与接线盒设在一起，也可以设在端盖内侧，也可以单独设在机座上。

电机用风扇或液体冷却装置冷却，和/或，在机壳上设散热片散热。风扇固定在转轴上，位于前端盖的内侧。大中型电机可设双风扇，分别设在转子的两侧。为了方便搬运，可在机壳上设吊攀。

附图说明

图1为本发明第一实施例结构示意图。

图2为本发明第二实施例结构示意图。

图3为本发明第三实施例结构示意图。

图4为本发明第四实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1电机横截面结构示意图，一种开关磁阻发电电动机，主要包括励磁绕组(1)、定子铁心(2)、转子铁心(3)、转轴(4)、电枢绕组(5)、机座(6)、接线盒(7)、端盖、风扇、电刷装置、换向器、转子位置传感器和控制器。定子铁心为直槽型凸极铁心，定子铁心有6个凸极，定子铁心上绕有励磁绕组，径向相对的两个励磁绕组是连接在一起的，组成由3相励磁电源分别供电的3对磁极；转子铁心为直槽型凸极铁心，转子铁心有4个凸极，转子铁心上绕有电枢绕组，电枢绕组串联成单相电枢。励磁绕组和电枢绕组用漆包铜绕绕制而成。转子位置传感器为磁敏式位置传感器，包括安装在转轴上的永磁磁极和固定在前端盖内侧元件板上的霍尔元件。控制器固定在后端盖的外侧，后端盖上还设有防尘罩，控制器用防尘罩遮盖。控制器的电路主要由位置处理单元和功率逻辑开关单元组成闭环控制系统，以调节和控制电机的转速。来自位置传感器的控制信号经信号处理单元处理后，送到功率逻辑开关单元，用作控制电机各相励磁绕组的通、断电。控制器中包含了功率变换器、位置处理器及相驱动器三部份。电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座、弹簧等组成，电刷装置固定在端盖内侧，换向器固定在转轴上。电枢产生的电流通过换向器和电刷装置输出直流电，输出的直流电作为励磁电源的一部份供给电机本身的其中2相励磁绕组，同时断开2相外部励磁电源。风扇固定在转轴上，位于前端盖的内侧。转轴通过轴承定位于前端盖和后端盖。机座上设有散热片。接线盒设在机座的外侧。前端盖和后端盖分别设有进风口和出风口。

第二实施例

参见图2电机横截面结构示意图，一种开关磁阻发电电动机，主要包括励磁绕组(1)、定子铁心(2)、转子铁心(3)、转轴(4)、电枢绕组(5)、机座(6)、接线盒(7)、端盖、风扇、电刷装置、换向器、转子位置传感器和控制器。电机为8/6极电机，径向相对的两个励磁绕组是连接在一起的，组成由4相励磁电源分别供电的定子磁极。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

第三实施例

参见图3电机横截面结构示意图，一种开关磁阻发电电动机，主要包括励磁绕组(1)、定子铁心(2)、转子铁心(3)、转轴(4)、电枢绕组(5)、机座(6)、接线盒(7)、端盖、风扇、电刷装置、换向器、转子位置传感器和控制器。电机为8/4极电机，能与转子凸极同时对齐的定子凸极的励磁绕组有2组，每组有4个绕组，同组的4个绕组由同相励磁电源供电，组成由2相励磁电源分别供电的定子磁极。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

第四实施例

参见图4电机横截面结构示意图，一种开关磁阻发电电动机，主要包括励磁绕组(1)、定子铁心(2)、转子铁心(3)、转轴(4)、电枢绕组(5)、机座(6)、接线盒(7)、端盖、风扇、电刷装置、换向器、转子位置传感器和控制器。电机为10/8极电机，径向相对的两个励磁绕组是连接在一起的，组成由5相励磁电源分别供电的定子磁极。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

Claims

1.一种开关磁阻发电电动机，主要包括励磁绕组(1)、定子铁心(2)、转子铁心(3)、转轴(4)、电枢绕组(5)、机座(6)、接线盒(7)、端盖、风扇、转子位置传感器和控制器，其特征是：定子铁心有6个或6个以上数量为偶数的凸极，定子铁心上绕有励磁绕组；转子铁心有4个或4个以上数量为偶数的凸极，转子铁心上绕有电枢绕组，组成单相或多相电枢；定子铁心的凸极数量比转子铁心的凸极数量多2个或4个或6个；能与转子的凸极同时对齐的定子凸极的励磁绕组用同相励磁电源连接，组成由2相或2相以上励磁电源分别供电的定子磁极。

2.根据权利要求1所述一种开关磁阻发电电动机，其特征是所述发电电动机为有刷开关磁阻发电电动机或无刷开关磁阻发电电动机。

3.根据权利要求1或2所述一种开关磁阻发电电动机，其特征是所述发电电动机为3相6/4极或4相8/6极或2相8/4极或5相10/8极结构的有刷开关磁阻发电电动机或无刷开关磁阻发电电动机。

4.根据权利要求1或2所述一种开关磁阻发电电动机，其特征是所述转子位置传感器为电磁式位置传感器或光电式位置传感器或磁敏式位置传感器。

5.根据权利要求1或2所述一种开关磁阻发电电动机，其特征是控制器的电路主要由位置处理单元和功率逻辑开关单元组成，组成开环或闭环控制系统。

6.根据权利要求1或2所述一种开关磁阻发电电动机，其特征是转子铁心为直槽凸极铁心或斜槽凸极铁心，定子铁心为直槽凸极铁心或斜槽凸极铁心。

7.根据权利要求1或2所述一种开关磁阻发电电动机，其特征是有刷开关磁阻发电电动机的后端盖内设有电刷装置，转轴上设有换向器。

8.根据权利要求1或2所述一种开关磁阻发电电动机，其特征是无刷开关磁阻发电电动机的转子上设有旋转整流器。