CN103138519A - 开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
此处公开一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括：凸极型转子，该凸极型转子设置有多个凸极；以及定子，该定子包括定子体、多个相绕组和永磁体，所述定子体设置有朝向所述凸极型转子的多个凸极，所述多个相绕组通过围绕所述凸极缠绕线圈而形成，所述永磁体安装在所述相绕组之间，其中，所述永磁体设置为产生方向与所述相绕组产生的磁通量的方向相对应的磁力。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求以2011年11月29日提交、名称为“Switched ReluctanceMotor(开关磁阻电机)”的韩国专利申请No.10-2011-0126165为优先权，该申请的全部内容在此作为参考结合于本申请。
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电机。
背景技术
在一般的开关磁阻电机中，定子和转子均具有凸极式磁结构。另外，定子具有围绕定子缠绕的集中型线圈，并且转子仅由不采用任何励磁装置(例如绕组、永磁体或类似物)的铁芯构成，从而具有优秀的价格竞争力。此外，速度可变的开关磁阻电机借助采用功率半导体器件的转换器和位置传感器可以稳定地产生连续的转矩，并且容易控制以适合于每个应用所需的性能。
就各种交流(AC)电机(例如感应电机、永磁同步电机等)和无刷直流(DC)电机来说，当在一个电磁场结构设计完成后，随着时间的推移，需要明显地改善其性能时，该电磁场结构需要作为新的电磁场结构进行重新设计。否则，除了更换高成本材料(如钢铁、永磁体等)这种简单的设计改变之外没有其他办法，而这并不是有效的设计。开关磁阻电机也有上述问题。
更具体地是，根据现有技术的开关磁阻电机包括转子和设置有凸极的定子。线圈围绕凸极缠绕，以形成相绕组。在电流施加于所述相绕组的情况下，产生磁通量并且在定子的凸极和转子之间产生引力，从而转子转动。
另外，多个凸极形成在定子中，线圈围绕多个凸极缠绕，以形成多个相绕组，并且多个相绕组中的每个相绕组励磁而产生转矩，从而转动转子。但是，在根据现有技术的开关磁阻电机中，由于只有绕组励磁而产生转矩，所以转矩密度、效率等受限。另外，当根据现有技术的开关磁阻电机设置为具有多个相的开关磁阻电机时，由于磁通量交叉导致磁芯损耗(core loss)增加。
发明内容
本发明致力于提供一种开关磁阻电机，其中多个相绕组由围绕定子的凸极的缠绕线圈形成，并且永磁体安装在所述多个相绕组之间，其中由所述相绕组的励磁产生的磁通量与所述永磁体产生的磁通量相互作用，从而可以增加磁通量总和，并且可以提高转矩密度，并且在由相绕组励磁产生的磁通量中不会产生相交线，从而可以减少磁芯损耗。
根据本发明的优选实施方式，提供一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括：凸极型转子，该凸极型转子设置有多个凸极；以及定子，该定子包括定子体、多个相绕组和永磁体，所述定子体设置有朝向所述凸极型转子的多个凸极，所述多个相绕组通过围绕所述凸极缠绕线圈而形成，所述永磁体安装在所述相绕组之间，其中，所述永磁体设置为产生方向与所述相绕组产生的磁通量的方向相对应的磁力。
所述定子体的2n个凸极可以沿所述定子体的周向等节距形成，并且所述相绕组可以为通过围绕所述凸极缠绕所述线圈而形成的两相绕组。
在由所述相绕组励磁产生的磁通量中可以不产生交叉线。
所述永磁体可以包括：两个第一永磁体，该两个第一永磁体沿径向安装在所述定子体的外周部；以及一个第二永磁体，该第二永磁体沿所述径向安装在所述定子体的内周部，其中所述第二永磁体设置在所述两个第一永磁体之间。
所述凸极型转子的2n个凸极可以沿所述凸极型转子的周向等节距形成。
与所述凸极型转子的凸极相对应的所述定子体的3n个凸极可以沿所述定子体的周向等节距形成，所述相绕组可以为通过围绕所述凸极缠绕所述线圈而形成的三相绕组，并且所述永磁体安装在所述三相绕组之间。
所述凸极型转子的3n个凸极可以沿所述转子的周向等节距形成。
根据本发明的另一个优选实施方式，提供一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括：凸极型转子，该凸极型转子设置有多个凸极；以及定子，该定子包括定子体、多个相绕组和永磁体，所述定子体设置有朝向所述凸极型转子的多个凸极，所述多个相绕组通过围绕所述凸极缠绕线圈而形成，所述永磁体安装在所述相绕组之间，其中，所述永磁体包括：两个第一永磁体，该两个第一永磁体沿径向安装在所述定子体的外周部；以及一个第二永磁体，该第二永磁体沿所述径向安装在所述定子体的内周部。
所述定子体的2n个凸极可以沿所述定子体的周向等节距形成，并且所述相绕组为通过围绕所述凸极缠绕所述线圈而形成的两相绕组。
在由所述相绕组励磁产生的磁通量中可以不产生交叉线。
所述永磁体可以包括：两个第一永磁体，该两个第一永磁体沿径向安装在所述定子体的外周部；以及一个第二永磁体，该第二永磁体沿所述径向安装在所述定子体的内周部，其中所述第二永磁体设置在所述两个第一永磁体之间。
所述凸极型转子的2n个凸极可以沿所述凸极型转子的周向等节距形成。
与所述凸极型转子的凸极相对应的所述定子体的3n个凸极可以沿所述定子体的周向等节距形成，所述相绕组为通过围绕所述凸极缠绕所述线圈而形成的三相绕组，并且所述永磁体安装在所述三相绕组之间。
所述凸极型转子的3n个凸极可以沿所述转子的周向等节距形成。
附图说明
图1是根据本发明的第一优选实施方式的开关磁阻电机的结构示意图；
图2是显示图1所示的开关磁阻电机的第一相绕组励磁时的磁通量分布的使用状态示意图；
图3是显示图1所示的开关磁阻电机的第二相绕组励磁时的磁通量分布的使用状态示意图；以及
图4是根据本发明的第二优选实施方式的开关磁阻电机的结构示意图。
具体实施方式
通过参考附图对实施方式的以下描述，本发明的各种目的、优点和特征将显而易见。
本说明书和权利要求书中的术语和词语不应当被解释为限于典型含义或词典中的定义，而应当基于规则被解释为与本发明的技术范围相关的含义和概念，根据所述规则，发明人能够合适地定义术语的概念来最恰当地描述他或她所知道的实施本发明的最佳方法。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将更为清楚地得到理解。在说明书中，在所有附图中给部件添加附图标记，需要注意的是，即使该部件显示在不同的附图中，相同的附图标记也表示相同的部件。此外，当可以确定与本发明相关的已知技术的详细描述会使本发明的主旨模糊时，将省略该具体的描述。
以下，结合附图将描述根据本发明的优选实施方式的开关磁阻电机。
图1是根据本发明的第一优选实施方式的开关磁阻电机的结构示意图。如图所示，开关磁阻电机200包括转子210和定子，其中转子210通过电磁力相对于定子转动。
更具体地，转子210可旋转地设置在定子的内侧，并且用作凸极型转子，该凸极型转子包括沿径向形成在其外周部的多个凸极211。另外，所述凸极型转子的六个凸极211沿该凸极型转子的周向等节距形成。
此外，所述定子包括定子体220、相绕组230a1、230a2、230b1、230b2和永磁体240。另外，定子体220设置有沿内直径方向凸出而朝向所述凸极型转子并且沿周向等节距设置的多个凸极221。此外，相绕组230a1、230a2、230b1、230b2由分别围绕定子体220的多个凸极221的绕组线圈形成。
另外，永磁体240位于多个相绕组230a1、230a2、230b1、230b2之间，以通过向由相绕组230a1、230a2、230b1、230b2的励磁产生的磁通量增加磁力来提高转矩密度，并且永磁铁240安装在定子体220中。
图1显示一种两相开关磁阻电机。为此，定子体220的凸极221的数量为4个，即为2n，并且每个线圈围绕四个凸极221集中缠绕，从而形成具有A相和B相的两相相绕组230a1、230a2、230b1、230b2。
此外，永磁体240设置为产生方向与相绕组230a1、230a2、230b1、230b2产生的磁通量的方向相对应的磁力。另外，根据本发明的优选实施方式，永磁体240的数量不受限制。但是，优选地，在所述定子体的每两个相绕组230a1、230a2、230b1、230b2之间安装三个永磁体240：两个第一永磁体241沿径向安装在所述定子体的外周部，一个第二永磁体242沿径向安装在所述定子体的内周部，并且考虑到磁力的强度，第二永磁体242设置在两个第一永磁体241之间。此外，与第一永磁体241相对比，第二永磁体242沿径向设置在定子体220的内周面上。
如上所述，图1所示的开关磁阻电机200为两相开关磁阻电机。对应于2n个(n表示正整数)相位的偶数相开关磁阻电机设计为使得永磁体和磁通量的方向以如图1所示的开关磁阻电机的方式确定。
图2是显示图1所示的开关磁阻电机的第一相绕组励磁时的磁通量分布的使用状态示意图。如图所示，在开关磁阻电机200中，当向相绕组中的A相绕组230a1、230a2(也是第一相绕组)施加电流以励磁时，产生磁通量。更具体地，磁通量(Φa1和Φa2)通过A相绕组的磁通量和永磁体240的磁力产生。这里，永磁体240的磁力的方向与如图1中箭头所示的相绕组产生的磁通量的方向相对应，从而提高扭矩密度，并且在定子的任何位置的磁通量中都不会产生交叉线，因此减小磁芯损耗。也就是，磁通量的路径短，从而增加电感(inductance)。此外，由于永磁体，磁通量的总和增加，引力提高，从而转子转动。另外，由于根据磁力采用了各种永磁体，因此可以改变扭矩密度。
图3是显示图1所示的开关磁阻电机的第二相绕组励磁时的磁通量分布的使用状态示意图。如图所示，在开关磁阻电机200中，当向相绕组中的B相绕组230b1、230b2(也是第二相绕组)施加电流以励磁时，产生磁通量(Φb1和Φb2)。在这种情况下，永磁体240的磁力的方向与从B相绕组230b1、230b2产生的磁通量的方向相对应，从而提高扭矩密度。另外，由于根据磁力采用各种永磁体，因此可以改变扭矩密度。
图4是根据本发明的第二优选实施方式的开关磁阻电机的结构示意图。如图所示，与根据图1所示的本发明的第一优选实施方式的开关磁阻电机200相对比，开关磁阻电机300用作三相开关磁阻电机。
为此，开关磁阻电机300设置为包括转子310和定子，该定子包括定子体320、相绕组330和永磁体340。
更具体地，转子310可旋转地设置在定子的内侧，并且用作凸极型转子，该凸极型转子包括沿径向形成在其外周部的多个凸极311。另外，转子的十个凸极311(也是多个凸极)沿所述转子的周向等节距地形成。
此外，形成定子体320的六个凸极321(也是3n个凸极)，并且每个线圈围绕六个凸极321集中缠绕，从而形成具有U相绕组、V相绕组和W相绕组的三相相绕组330a1、330a2、330b1、330b2、330c1、330c2。
此外，永磁体340设置为产生方向与从相绕组330a1、330a2、330b1、330b2、330c1、330c2产生的磁通量的方向相对应的磁力。此外，根据本发明的优选实施方式的永磁体340的数量不受限制。但是，在定子体的每两个相绕组330a1、330a2、330b1、330b2、330c1、330c2之间安装三个永磁体340：两个第一永磁体341沿径向安装在所述定子体的外周部，一个第二永磁体342沿径向安装在所述定子体的内周部，并且考虑到磁力的强度，第二永磁体342设置在两个第一永磁体341之间。此外，与第一永磁体341相对比，第二永磁体342沿径向设置在定子体320的内周面上。
通过上述结构，与两相开关磁阻电机200不同，开关磁阻电机300允许磁通量的方向沿逆时针方向按照U相绕组330a1、V相绕组330b1、W相绕组330c1、U相绕组330a2、V相绕组330b2和W相绕组330c2的顺序相互交叉，从而在任何位置都不会产生磁通量的交叉。另外，永磁体340安装为使其产生的磁力方向与相绕组的磁通量的方向相对应，也就是，产生的磁力的方向为如箭头所示的方向，因此可以提高扭矩密度。
如上所述，如图4所示的开关磁阻电机300为三相开关磁阻电机。该奇数相开关磁阻电机可以设计为以如图4所示的开关磁阻电机300的方式确定永磁体和磁通量的方向。
如上所述，根据本发明的优选实施方式，可以提供一种开关磁阻电机，其中通过围绕定子的凸极缠绕线圈而形成多个相绕组，并且永磁体安装在相绕组之间，其中由相绕组的励磁产生的磁通量与永磁体产生的磁力相互作用，从而可以增加磁通量的总和，提高扭矩密度，在通过相绕组的励磁而产生的磁通量中不会产生交叉线，从而可以减少磁芯损耗。
虽然以说明为目的公开了本发明的优选实施方式，但是这些优选实施方式用于具体地解释本发明，从而根据本发明的开关磁阻电机并不限于这些实施方式，本领域技术人员应该理解的是，在不脱离附属权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、增加和替换。
因此，任何所有修改、变型或等同设计应该被认为落在本发明的范围内，本发明的详细范围将通过附属权利要求公开。
Claims (14)
1.一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括：
凸极型转子，该凸极型转子设置有多个凸极；以及
定子，该定子包括定子体、多个相绕组和永磁体，所述定子体设置有朝向所述凸极型转子的多个凸极，所述多个相绕组通过围绕所述凸极缠绕线圈而形成，所述永磁体安装在所述相绕组之间，
其中，所述永磁体设置为产生方向与所述相绕组产生的磁通量的方向相对应的磁力。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其中，所述定子体的2n个凸极沿所述定子体的周向等节距形成，并且所述相绕组为通过围绕所述凸极缠绕所述线圈而形成的两相绕组。
3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其中，在由所述相绕组励磁产生的磁通量中不产生交叉线。
4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其中，所述永磁体包括：
两个第一永磁体，该两个第一永磁体沿径向安装在所述定子体的外周部；以及
一个第二永磁体，该第二永磁体沿所述径向安装在所述定子体的内周部，所述第二永磁体设置在所述两个第一永磁体之间。
5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其中，所述凸极型转子的2n个凸极沿所述转子的周向等节距形成。
6.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其中，与所述凸极型转子的凸极相对应的所述定子体的3n个凸极沿所述定子体的周向等节距形成，所述相绕组为通过围绕所述凸极缠绕所述线圈而形成的三相绕组，并且所述永磁体安装在所述三相绕组之间。
7.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其中，所述凸极型转子的3n个凸极沿所述凸极型转子的周向等节距形成。
8.一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括：
凸极型转子，该凸极型转子设置有多个凸极；以及
定子，该定子包括定子体、多个相绕组和永磁体，所述定子体设置有朝向所述凸极型转子的多个凸极，所述多个相绕组通过围绕所述凸极缠绕线圈而形成，所述永磁体安装在所述相绕组之间，
其中，所述永磁体包括：
两个第一永磁体，该两个第一永磁体沿径向安装在所述定子体的外周部；以及
一个第二永磁体，该第二永磁体沿所述径向安装在所述定子体的内周部。
9.根据权利要求8所述的开关磁阻电机，其中，所述定子体的2n个凸极沿所述定子体的周向等节距形成，并且所述相绕组为通过围绕所述凸极缠绕所述线圈而形成的两相绕组。
10.根据权利要求8所述的开关磁阻电机，其中，在由所述相绕组励磁产生的磁通量中不产生交叉线。
11.根据权利要求8所述的开关磁阻电机，其中，所述第二永磁体设置在所述两个第一永磁体之间。
12.根据权利要求8所述的开关磁阻电机，其中，所述凸极型转子的2n个凸极沿所述凸极型转子的周向等节距形成。
13.根据权利要求8所述的开关磁阻电机，其中，与所述凸极型转子的凸极相对应的所述定子体的3n个凸极沿所述定子体的周向等节距形成，所述相绕组为通过围绕所述凸极缠绕所述线圈而形成的三相绕组，并且所述永磁体安装在所述三相绕组之间。
14.根据权利要求8所述的开关磁阻电机，其中，所述凸极型转子的3n个凸极沿所述凸极型转子的周向等节距形成。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130605 |