CN102857061A

CN102857061A - 多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机

Info

Publication number: CN102857061A
Application number: CN 201110179685
Authority: CN
Inventors: 李贵祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明涉及一种多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机，主要包括定子磁场绕组(1)、定子铁芯(2)、转子电枢绕组(3)、转轴(4)、转子铁芯(5)、机座(6)、控制器(7)、导线(8)、转子磁场绕组(9)、定子电枢绕组(10)、转子位置传感器(11)、前端盖、风扇、后端盖和轴承。定子和转子由三段或三段以上的磁极和电枢组成，其中，一段定子为磁极/转子为电枢，相邻的另一段定子为电枢/转子为磁极；磁极吸引电枢铁芯的同时，电枢产生电流，上一段电枢产生的电流为下一段磁极提供励磁电源，除了首段磁极需要从外部提供励磁电源外，其余各段的磁极的励磁电源由上一段电枢提供，实现多级自励，段数越多，电机输出的扭矩越大。

Description

多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机

技术领域

本发明涉及一种电机，特别是一种多段结构的双凸极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。

本发明采用多段结构，定子和转子上都设有磁极和电枢，磁极吸引电枢铁芯的同时，电枢产生电流，上一段电枢产生的电流为下一段磁极提供励磁电源，除了首段磁极需要从外部提供励磁电源外，其余段的磁极的励磁电源由上一段的电枢提供，实现多级自励，在消耗同等电量的前提下，比普通的磁阻电动机输出更大的扭矩。

发明内容

本发明的目的是提供一种能产生多级自励电源，实现多级自励和输出更大转矩的多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机。

本发明是这样实现的：一种多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机，主要包括定子磁场绕组(1)、定子铁芯(2)、转子电枢绕组(3)、转轴(4)、转子铁芯(5)、机座(6)、控制器(7)、导线(8)、转子磁场绕组(9)、定子电枢绕组(10)、转子位置传感器(11)、前端盖(12)、风扇(13)、后端盖(14)和轴承(15)，其特征是：定子铁芯有6个或6个以上数量为偶数的齿，转子铁芯有4个或4个以上数量为偶数的齿，定子铁芯的齿数比转子铁芯的齿数多2个或4个或6个；定子铁芯有3段或3段以上，各段定子铁芯的齿数相同；定子磁场绕组和定子电枢绕组相间绕在不同段的定子铁芯上，其中，首段定子铁芯绕有磁场绕组，第二段定子铁芯绕有电枢绕组，第三段定子铁芯绕有磁场绕组，余此类推；各段定子磁极或定子电枢的相数相同；上一段定子电枢绕组用导线与下一段定子磁场绕组串联，即上一段定子电枢为下一段定子磁极提供励磁电源；若定子铁芯的段数为奇数，则末段定子铁芯上绕有磁场绕组，若定子铁芯的段数为偶数，则末段定子铁芯上不设绕组；转子铁芯的段数与定子铁芯的段数相同，各段转子铁芯的齿数相同；转子电枢绕组和转子磁场绕组相间绕在不同段的转子铁芯上，其中，首段转子铁芯绕有电枢绕组，第二段转子铁芯绕有磁场绕组，余此类推；各段转子磁极或转子电枢的相数相同；上一段转子电枢绕组用导线与下一段转子磁场绕组串联，即上一段转子电枢为下一段转子磁极提供励磁电源；若转子铁芯的段数为奇数，则末段转子铁芯上不设绕组，若转子铁芯的段数为偶数，则末段定子铁芯上设有磁场绕组；能与转子电枢的凸极同时对齐的定子磁极的凸极的定子磁场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，能与定子电枢的凸极同时对齐的转子磁极的凸极的转子磁场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转子磁极；转子位置传感器由定子和转子两部份组成，转子位置传感器的转子固定在转轴上或转子铁芯的一侧，转子位置传感器的定子固定在端盖或机座上，或者，转子位置传感器的定子与控制器设在一起；控制器主要由位置处理单元和功率逻辑开关单元组成，控制器固定在端盖或机座上。

工作原理：当定子磁极的其中一相通电时，与通电磁极距离最接近的转子电枢的凸极受磁力的作用旋转至与通电磁极的位置，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磁场绕组电流、接通下一相磁场绕组电流的指令，下一相磁场绕组所在的磁极通电并吸引与其距离最接近的转子电枢的凸极，实现转子的持续旋转；由于通过转子电枢铁芯的磁通沿着转子电枢的凸极“旋转”，转子电枢感应电动势且产生电流，转子电枢产生的电流与定子磁极的励磁电流的频率是相同的；由于转子电枢绕组与转子磁场绕组是串联的，转子电枢产生电流的同时，转子磁极也同步产生磁场；转子磁极的磁场的变化规律与定子磁极的磁场的变化规律相同，转子磁场与定子电枢铁芯产生吸引力，转子获得更大的转矩；由于通过定子电枢铁芯的磁通沿着定子电枢的凸极“旋转”，定子电枢感应电动势且产生电流；上段电枢产生的电流作为励磁电源供给下段磁极，形成多级自励，段数越多，电机输出的扭矩越大。由于外部供给电机的励磁电流与由首段定/转子有关，与其它段的转/定子无关，因此电机输出的能量大于输入的能量。

定子铁芯的齿数比转子铁芯的齿数多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极或8/6极或8/4极或10/8极或12/10极或12/6极等结构的发电电动机。6/4极电机的定子磁极采用3相励磁电源，8/6极的定子磁极采用4相励磁电源，8/4极的定子磁极采用2相励磁电源，10/8极的定子磁极采用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，使各相磁场绕组轮流通电，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，可控制电动机的磁场绕组按顺序通电。

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，用作控制电机各相磁场绕组的通、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。

“无刷”只是一个相对的概念，正如普通的大型无刷发电机组，只要转子存在电磁极或电枢，就需要有一个接地电刷。无刷开关磁阻发电电动机的转子中存在电磁极和电枢，因此也需要有接地电刷，转子绕组的零线通过电刷接地。

定子铁芯和转子铁芯用软铁材料制成，一般是用硅钢片叠压而成。

磁场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。上段电枢绕组与下段磁场绕组用导线串联，导线为铜线或铝线，导线用导线套环固定在转轴上。

定子铁芯和转子铁芯为直槽铁芯或斜槽铁芯。从径向看，直槽铁芯的齿与转轴平行，斜槽铁芯的齿与转轴交叉。

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2个或2个以上的风扇或液体冷却装置冷却，和/或，在机壳上设散热片散热。

附图说明

图1、图2、图3、图4为本发明第一实施例结构示意图。

图5、图6、图7、图8为本发明第二实施例结构示意图。

图9为本发明第三实施例结构示意图。

图10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电机整体结构平面示意图，图2第一段定、转子横截面结构示意图，图3第二段定、转子横截面结构示意图，图4第三段定、转子横截面结构示意图。一种多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机，主要包括定子磁场绕组(1)、定子铁芯(2)、转子电枢绕组(3)、转轴(4)、转子铁芯(5)、机座(6)、控制器(7)、导线(8)、转子磁场绕组(9)、定子电枢绕组(10)、转子位置传感器(11)、前端盖(12)、风扇(13)、后端盖(14)、轴承(15)和接线盒。定子铁芯的内侧有6个齿，转子铁芯的外侧有4个齿；定子铁芯有3段，各段定子铁芯的齿数相同，而且各段定子铁芯的齿轴向对齐；定子励磁绕组和定子电枢绕组相间绕在不同段的定子铁芯上，其中，首段定子铁芯绕有磁场绕组，第二段定子铁芯绕有电枢绕组，每三段定子铁芯绕有磁场绕组；第一段定子磁极、第二段定子电枢及第三段定子磁极的相数相同；第二段定子电枢绕组用导线与第三段定子磁场绕组串联，即第二段定子电枢为第三段定子磁极提供励磁电源；转子铁芯的段数与定子铁芯的段数相同，各段转子铁芯的齿数相同，而且各段转子铁芯的齿轴向对齐；首段转子铁芯绕有电枢绕组，第二段转子铁芯绕有磁场绕组，第三段转子铁芯上不设绕组；首段转子磁极与第二段转子电枢的相数相同；首段转子电枢绕组用导线与第二段转子磁场绕组串联，即首段转子电枢为第二段转子磁极提供励磁电源；能与转子电枢的凸极同时对齐的定子磁极的凸极的定子磁场绕组用同相励磁电源连接，组成由3相励磁电源分别供电的定子磁极，能与定子电枢的凸极同时对齐的转子磁极的凸极的转子磁场绕组用同相励磁电源连接，组成由2相励磁电源分别供电的转子磁极；转子位置传感器由定子和转子两部份组成，转子位置传感器的转子固定在转轴上，转子位置传感器的定子固定在机座内侧；控制器固定在机座上，与接线盒设在一起。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。风扇有2个，固定在转轴上，分别位于前端盖的内侧和后端盖的内侧。转轴通过轴承定位于前端盖和后端盖。机座上设有散热片。前端盖和后端盖分别设有进风口和出风口。定子铁芯和转子铁芯为直槽凸极铁芯，铁芯用硅钢片叠压而成。磁场绕组和电枢绕组用漆包铜线绕制而成，导线为铜线。

第二实施例

参见图5电机整体结构平面示意图，图6首段定、转子横截面结构示意图，图7第二段定、转子横截面结构示意图，图8末段定、转子横截面结构示意图。一种多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机，主要包括定子磁场绕组(1)、定子铁芯(2)、转子电枢绕组(3)、转轴(4)、转子铁芯(5)、机座(6)、控制器(7)、导线(8)、转子磁场绕组(9)、定子电枢绕组(10)、转子位置传感器(11)、前端盖(12)、风扇(13)、后端盖(14)、轴承(15)和接线盒。定子铁芯的内侧有8个齿，转子铁芯的外侧有6个齿；定子铁芯有4段，各段定子铁芯的齿数相同，而且各段定子铁芯的齿轴向对齐；定子磁场绕组和定子电枢绕组相间绕在不同段的定子铁芯上，其中，首段定子铁芯绕有磁场绕组，第二段定子铁芯绕有电枢绕组，每三段定子铁芯绕有磁场绕组，第四段定子铁芯不设绕组；第一段定子磁极、第二段定子电枢及第三段定子磁极的相数相同；第二段定子电枢绕组用导线与第三段定子磁场绕组串联，即第二段定子电枢为第三段定子磁极提供励磁电源；转子铁芯的段数与定子铁芯的段数相同，各段转子铁芯的齿数相同，而且各段转子铁芯的齿轴向对齐；首段转子铁芯绕有电枢绕组，第二段转子铁芯绕有磁场绕组，第三段转子铁芯上绕有电枢绕组，第四段转子铁芯上绕有磁场绕组；首段转子电枢、第二段转子磁极、第三段转子电枢及第四段转子磁极的相数相同；首段转子电枢绕组用导线与第二段转子磁场绕组串联，第三段转子电枢用导线与第四段转子磁极串联，即上段转子电枢为下段转子磁极提供励磁电源；能与转子电枢的凸极同时对齐的定子磁极的凸极的定子磁场绕组用同相励磁电源连接，组成由4相励磁电源分别供电的定子磁极，能与定子电枢的凸极同时对齐的转子磁极的凸极的转子磁场绕组用同相励磁电源连接，组成由3相励磁电源分别供电的转子磁极。其余未述部份同第一实施例，不再重复。

第三实施例

参见图9首段定、转子横截面结构示意图。一种多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机，主要包括定子磁场绕组(1)、定子铁芯(2)、转子电枢绕组(3)、转轴(4)、转子铁芯(5)、机座(6)、控制器(7)、导线、转子磁场绕组、定子电枢绕组、转子位置传感器、前端盖、风扇、后端盖、轴承和接线盒。定子铁芯的内侧有8个齿，转子铁芯的外侧有4个齿，是一种8/4极电机。其余未述部份同第一实施例，不再重复。

第四实施例

参见图10首段定、转子横截面结构示意图。一种多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机，主要包括定子磁场绕组(1)、定子铁芯(2)、转子电枢绕组(3)、转轴(4)、转子铁芯(5)、机座(6)、控制器(7)、导线、转子磁场绕组、定子电枢绕组、转子位置传感器、前端盖、风扇、后端盖、轴承和接线盒。定子铁芯的内侧有10个齿，转子铁芯的外侧有8个齿，是一种10/8极电机。其余未述部份同第一实施例，不再重复。

Claims

1.一种多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机，主要包括定子磁场绕组(1)、定子铁芯(2)、转子电枢绕组(3)、转轴(4)、转子铁芯(5)、机座(6)、控制器(7)、导线(8)、转子磁场绕组(9)、定子电枢绕组(10)、转子位置传感器(11)、前端盖(12)、风扇(13)、后端盖(14)和轴承(15)，其特征是：定子铁芯有6个或6个以上数量为偶数的齿，转子铁芯有4个或4个以上数量为偶数的齿，定子铁芯的齿数比转子铁芯的齿数多2个或4个或6个；定子铁芯有3段或3段以上，各段定子铁芯的齿数相同；定子磁场绕组和定子电枢绕组相间绕在不同段的定子铁芯上，其中，首段定子铁芯绕有磁场绕组，第二段定子铁芯绕有电枢绕组，第三段定子铁芯绕有磁场绕组，余此类推；各段定子磁极或定子电枢的相数相同；上一段定子电枢绕组用导线与下一段定子磁场绕组串联，即上一段定子电枢为下一段定子磁极提供励磁电源；若定子铁芯的段数为奇数，则末段定子铁芯上绕有磁场绕组，若定子铁芯的段数为偶数，则末段定子铁芯上不设绕组；转子铁芯的段数与定子铁芯的段数相同，各段转子铁芯的齿数相同；转子电枢绕组和转子磁场绕组相间绕在不同段的转子铁芯上，其中，首段转子铁芯绕有电枢绕组，第二段转子铁芯绕有磁场绕组，余此类推；各段转子磁极或转子电枢的相数相同；上一段转子电枢绕组用导线与下一段转子磁场绕组串联，即上一段转子电枢为下一段转子磁极提供励磁电源；若转子铁芯的段数为奇数，则末段转子铁芯上不设绕组，若转子铁芯的段数为偶数，则末段定子铁芯上设有磁场绕组；能与转子电枢的凸极同时对齐的定子磁极的凸极的定子磁场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，能与定子电枢的凸极同时对齐的转子磁极的凸极的转子磁场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转子磁极；转子位置传感器由定子和转子两部份组成，转子位置传感器的转子固定在转轴上或转子铁芯的一侧，转子位置传感器的定子固定在端盖或机座上，或者，转子位置传感器的定子与控制器设在一起；控制器主要由位置处理单元和功率逻辑开关单元组成，控制器固定在端盖或机座上。

2.根据权利要求1所述一种多段结构的双凸极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极结构的发电电动机。

3.根据权利要求1或2所述一种多段结构的双凸极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。

4.根据权利要求1或2所述一种多段结构的双凸极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；控制器中包含有功率变换器、位置处理器及相驱动器三部份。

5.根据权利要求1或2所述一种多段结构的双凸极开关磁阻发电电动机，其特征是所述定子铁芯和转子铁芯为直槽铁芯或斜槽铁芯，铁芯用硅钢片叠压而成。