CN103475113A - 一种12/10结构开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种12/10结构开关磁阻电机，该电机由定子背轭、定子铁心、绕组线圈、转子铁心、轴组成，定子铁心的磁极齿上绕制有绕组线圈，定子铁心的外侧是定子背轭，定子背轭与定子铁心相连，定子铁心内部是转子铁心，定子铁心和转子铁心之间留有间隙，形成空气隙，定子铁心有12个磁极齿，转子铁心有10个沿圆周均匀分布的磁极齿，均由导磁性良好的硅钢片冲制后叠成，转子铁心的内部为轴。本发明在现有6相12/10结构开关磁阻电机基础上，通过调整定子铁心磁极齿的位置，将传统的6相电机转化为3相电机，简化了控制回路，缩短了磁通闭合路径，减小磁阻，降低能量损耗，提高电机的效率。

Description

一种12/10结构开关磁阻电机

技术领域

本发明设计一种开关磁阻电机，特别是一种新型12/10结构的开关磁阻电机，可用于风力发电场合。 

背景技术

随着经济的迅猛发展，资源和环境问题成为当今世界所面临的两大重要课题，以煤、石油、天然气为主的常规能源，不仅因无节制的开采而日益匮乏，而且造成严重的空气污染，风能作为清洁、高效的可再生资源，已受到人们的广泛关注。现有风力发电系统主要采用永磁电机。由于永磁电机中的永磁体存在退磁现象，并且价格较高，从而使得开发采用新原理和新结构的低成本、高可靠的风力发电用电机任务迫在眉睫。 

近几十年来随着功率电子学和微电子学迅速发展，开关磁阻电机得到了广泛应用，它具有结构简单、造价低廉、机体坚固、可靠性高、容错能力强、对恶劣工作环境适应性强等优点，这使得开关磁阻电机可应用于风力发电领域。传统的开关磁阻电机通常为12/10结构，其定子磁极齿通常标记为A1、B1、C1…D2、E2、F2，其中两个相对的磁极齿A1和A2上的绕组线圈串联构成A相、磁极齿B1和B2上的绕组线圈串联构成B相、磁极齿C1和C2上的绕组线圈串联构成C相、磁极齿D1和D2上的绕组线圈串联构成D 相、磁极齿E1和E2上的绕组线圈串联构成E相、磁极齿F1和F2上的绕组线圈串联构成F相，工作时每相单独通电，相数多，控制回路复杂，并且传统的开关磁电机的磁通闭合路径较长，以A相导通为例，由于磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，磁通从定子磁极齿A1出发，经过一端的气隙、转子铁心、另一端的转子铁心气隙，经磁极齿A2，再经二分之一的定子轭回到磁极齿A1，如图5虚线所示，相同的条件下，磁通闭合过程中的能量损耗大，电机的效率低，这严重阻碍了开关磁阻电机的推广。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有6相12/10结构开关磁阻电机的不足，提供一种新型定子结构，将6相12/10结构开关磁阻电机转化为3相电机，缩短磁通闭合路径，相同条件下，减小磁通闭合过程中的磁阻，从而降低能量损耗，提高电机效率。 

本发明的技术解决方案是：本发明所设计的12/10结构开关磁阻电机由定子背轭、定子铁心、绕组线圈、转子铁心、轴组成，定子铁心的磁极齿的内径圆弧为非等间距，即在现有6相12/10结构开关磁阻电机定子基础上，将相邻两个定子铁心的磁极齿向相反方向偏移3°，即将定子磁极齿A’逆时针偏移3°，定子磁极齿B’顺时针偏移3°；定子磁极齿C’逆时针偏移3°，定子磁极齿D’顺时针偏移3°；定子磁极齿E’逆时针偏移3°，定子磁极齿F’顺时针偏移3°，使得磁极齿A’和磁极齿B’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿B’和磁极齿C’所对应的圆弧的圆心角为27°;磁极齿C’和磁极齿D’ 所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿D’和磁极齿E’所对应的圆弧的圆心角为27°;磁极齿E’和磁极齿F’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿F’和磁极齿A’所对应圆弧的圆心角为27°，磁极齿A1’和磁极齿B1’所对应的定子圆弧角度为33°，磁极齿B1’和磁极齿C1’所对应的圆弧的圆心角为27°；磁极齿C1’和磁极齿D1’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿D1’和磁极齿E1’所对应的圆弧的圆心角为27°；磁极齿E1’和磁极齿F1’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿F1’和磁极齿A’所对应圆弧的圆心角为27°，如图2a所示。定子铁心的磁极齿上绕制有绕组线圈，工作时，磁极齿A’和B’、A1’和B1’的绕组线圈串联，同时通电，形成一相，为电机提供工作的磁场；磁极齿C’和D’、C1’和D1’的绕组线圈串联，同时通电，形成一相，为电机提供工作的磁场；磁极齿E’和F’、E1’和F1’的绕组线圈串联，同时通电，形成一相，为电机提供工作的磁场（实现将6相电机转化为3相电机），定子铁心的外侧是定子背轭，定子背轭与定子铁心相连，定子铁心内部是转子铁心，定子铁心和转子铁心之间留有间隙，形成空气隙，定子铁心有12个磁极齿，转子铁心有10个沿圆周均匀分布的磁极齿，均由导磁性良好的硅钢片冲制后叠成，转子铁心的内部为轴。 

上述方案的原理是：现有的12/10结构开关磁阻电机为6相电机，工作时每相单独通电，相数多，控制回路复杂，其转子极距

其中N_r表示转子磁极齿齿极数，步进角

q表示电机相数，即相邻两相电流所产生的电感曲线相位差为6°，即通电时，A相的电感曲线超前B相电感曲线6°，C相的电感曲线超前D相电感曲线6°，E相电感曲线超前F相电感曲线6°。本发明所设计的这种磁极齿内径圆弧为非等间距的定子结构，与现有6相电机相比，由于磁极齿A’逆时针偏移3°，通电时A’相导通时刻滞后3°，产生的电感曲线滞后3°；磁极齿B’顺时针偏移3°，通电时B’相导通时刻超前3°，产生的电感曲线超前3°；磁极齿C’逆时针偏移3°，通电时C’相导通时刻滞后3°，产生的电感曲线滞后3°；磁极齿D’顺时针偏移3°，通电时D’相导通时刻超前3°，产生的电感曲线超前3°；磁极齿E’逆时针偏移3°，通电时E’相导通时刻滞后3°，产生的电感曲线滞后3°；磁极齿F’顺时针偏移3°，通电时F’相导通时刻超前3°，产生的电感曲线超前3°。工作时，A’、B’两相同时通电，产生的电感曲线重合，即A相；C’、D’两相同时通电，产生的电感曲线重合，即B相，E’、F’两相同时通电，产生的电感曲线重合，即C相，实现将现有的6相12/10结构开关磁阻电机转化为3相电机，如图3所示。这种结构减少了电机的相数，简化了控制回路，缩短磁通闭合路径，相同条件下，减小了磁通闭合过程中的能量损耗，提高了电机的效率。本发明的磁通闭合回路为：磁通从磁极齿的N极（所在的磁极齿缠绕线圈通电产生）出发，通过气隙、转子铁心、气隙又回到磁极齿的S极（所在的磁极齿缠绕线圈通电产生）。 以A’、B’两相为例，其磁路为：磁通从磁极齿A’出发，经过气隙、转子铁心、气隙，流经磁极齿B’，再经约六分之一的定子轭回到磁极齿A’，如图3虚线所示。 

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明所述结构与图4给出的现有12/8三相开关磁阻电机的绕组线圈磁通路径相比（以A相导通为例，磁通从定子磁极齿A1出发，经过气隙、转子铁心、气隙，经磁极齿A4，再经过四分之一的定子轭回到磁极齿A1），磁路路径大大减小；与图5给出的现有12/10六相开关磁阻电机的绕组线圈的磁通路径相比（以A相导通为例，磁通从定子磁极齿A1出发，经过气隙、转子铁心、气隙流经磁极齿A2，再流经二分之一的定子轭圆回到磁极齿A1），本发明所设计的电机，同样大大减小了磁通闭合的路径，在相同的条件下，能量损耗也随之减小。本发明实现了将传统的6相12/10结构开关磁阻电机转化为3相电机，相邻两磁极齿的线圈同时通电，简化了控制回路，相比于现有的12/8结构3相电机和12/10结构6相电机，磁通闭合路径短，相同的条件下，能量损耗低，电机效率高。 

附图说明

图1为本发明技术方案新型12/10结构开关磁阻电机轴向剖面图； 

图2a、2b和2c为本发明技术方案新型12/10结构开关磁阻电机定子结构图，其中图2a为三维立体结构图，图2b为图2a的一种定子端面图（定子磁极齿外径圆弧为等间距），2c为图2a的另一种定子端面图（定子磁极齿外径圆弧为非等间距）； 

图3为本发明技术方案新型12/10结构开关磁阻电机绕组线圈磁通路径图； 

图4为现有12/8结构3相开关磁阻电机的绕组线圈磁通路径图； 

图5为现有12/10结构6相开关磁阻电机的绕组线圈磁通路径图。 

具体实施方式

如图1所示，新型12/10结构开关磁阻电机由定子背轭1、定子铁心2、绕组线圈3、转子铁心4、轴5组成，其中，定子铁心2的磁极齿内径圆弧为非等间距，即在传统12/10结构开关磁阻电机定子基础上，将相邻两个定子铁心2的磁极齿向相反方向偏移3°，得到的定子结构如图2所示，其定子磁极齿的内径圆弧均为非等间距。定子铁心2磁极齿上绕制有绕组线圈3，绕组线圈3为电机提供工作的磁场，定子铁心3的外侧是定子背轭1，定子背轭1与定子铁心3相连，定子铁心3内部是转子铁心4，转子铁心4有10个沿圆周均匀分布的磁极齿，定子铁心3与转子铁心4均为凸极结构，定子铁心3与转子铁心4之间留有间隙，形成空气隙，转子铁心4的内部为轴5。 

图2a给出了本发明技术方案新型12/10结构开关磁阻电机定子结构图，图2b、2c给出了本发明技术方案新型12/10结构开关磁阻电机的两种定子端面图。其中图2b给出的定子结构端面图，磁极齿A’和磁极齿B’磁极齿A1’和磁极齿B1’所对应的内径圆弧的圆心角为33°，磁极齿B’和磁极齿C’磁极齿B1’和磁极齿C1’所对应的内径圆弧的圆心角为27°;磁极齿C’和磁极齿D’磁极齿C1’和磁极齿D1’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿D’和磁极齿E’磁极齿D1’和磁极齿E1’所对应的圆弧的圆心角为27°;磁极齿E’和 磁极齿F’磁极齿E1’和磁极齿F1’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿F’和磁极齿A’磁极齿F1’和磁极齿A’所对应圆弧的圆心角为27°，从图中可以看出，定子磁极齿A’～F1’的外径所对应的圆弧为非等间距。图2c中给出了另外一种定子结构端面图，其与图2b的区别在于定子磁极齿A’～F1’的外径所对应的圆弧为等间距的，考虑到电机绕组下线时的槽满率问题，优选方案为图2c所示的定子结构。 

上述发明方案所用的定子背轭1、轴5均用导磁性能良好的材料制成，如电工纯铁、各种碳素钢、铸铁、铸钢、合金钢、1J50和1J79等磁性材料等。定子铁心2可用导磁性能良好的电工薄钢板如电工纯铁、电工硅钢板DR510、DR470、DW350、1J50和1J79等磁性材料冲压迭制而成。绕组线圈3可用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成。 

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。 

Claims (4)

1.一种12/10结构开关磁阻电机，由定子背轭（1）、定子铁心（2）、绕组线圈（3）、转子铁心（4）、轴（5）组成；定子铁心（2）磁极齿上绕制有绕组线圈（3），定子铁心（3）的外侧是定子背轭（1），定子背轭（1）与定子铁心（3）相连，定子铁心（3）有12个磁极齿，其内部是转子铁心（4），转子铁心（4）有10个沿圆周均匀分布的磁极齿，定子铁心（3）与转子铁心（4）均为凸极结构，定子铁心（3）与转子铁心（4）之间留有间隙，形成空气隙，转子铁心（4）的内部为轴（5），其特征在于：定子铁心的磁极齿的内径圆弧为非等间距，其中磁极齿A’和磁极齿B’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿B’和磁极齿C’所对应的圆弧的圆心角为27°;磁极齿C’和磁极齿D’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿D’和磁极齿E’所对应的圆弧的圆心角为27°；磁极齿E’和磁极齿F’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿F’和磁极齿A’所对应圆弧的圆心角为27°；磁极齿A1’和磁极齿B1’所对应的定子圆弧角度为33°，磁极齿B1’和磁极齿C1’所对应的圆弧的圆心角为27°；磁极齿C1’和磁极齿D1’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿D1’和磁极齿E1’所对应的圆弧的圆心角为27°；磁极齿E1’和磁极齿F1’所对应的圆弧的圆心角为33°，磁极齿F1’和磁极齿A’所对应圆弧的圆心角为27°；在工作时，极齿A’和B’、A1’和B1’的绕组线圈（3）串联，同时通电，为电机提供工作的磁场；磁极齿C’和D’、C1’和D1’的绕组线圈（3）串联，同时通电，为电机提供工作的磁场；磁极齿E’和F’、E1’和F1’的绕组线圈（3）串联，同时通电，为电机提供工作的磁场。

2.根据权利要求1所述的12/10结构开关磁阻电机，其特征在于：所述磁极齿A’和B’、A1’和B1’的绕组线圈串联，同时通电，形成一相；磁极齿C’和D’、C1’和D1’的绕组线圈串联，同时通电，形成一相；磁极齿E’和F’、E1’和F1’的绕组线圈串联，同时通电，形成一相。

3.根据权利要求1所述的12/10结构开关磁阻电机，其特征在于：所述的定子背轭（1）采用导磁性能良好的材料制成，包括电工纯铁、40Cr、1J50、硅钢。

4.根据权利要求1所述的12/10结构开关磁阻电机，其特征在于：所述的轴（5）采用导磁性能良好的材料制成，包括电工纯铁、1J50或40Cr。

Images