CN104935095A - 一种u形定子混合励磁开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，属于电机领域，包括转子和设置在转子周向上的若干U形定子块，其中，转子的转子齿外侧为外圆弧，U形定子块的定子齿内侧为内圆弧，且转子齿的外圆弧与定子齿的内圆弧之间设置有气隙；若干U形定子块组成模块化定子，每个U形定子块的两个定子齿上均缠绕有励磁绕组，每个U形定子块的内侧均设置有一个永磁体，且永磁体的充磁方向是切向充磁。当电机相数为m相时，电机的定子齿与转子齿的个数之比为2m:(2m-1)，例如电机相数为三相时，电机为三相6/5结构、三相12/10结构。本发明的电机定子为模块化定子，便于模块化生产，相间磁路没有耦合，完全隔离，同时电机出力大、结构简单、容易维护、容错性能好、控制方便、可靠性高。

Description

一种U形定子混合励磁开关磁阻电机

技术领域：

本发明属于电机领域，具体涉及一种U形定子混合励磁开关磁阻电机。

背景技术：

传统的开关磁阻电机其定子、转子均为凸极结构，通过对定子励磁绕组依次通电，转子极与定子极相互作用产生转矩。由于转子上既没有永磁体，也没有绕组，因此电机的结构简单，可靠性高。但正由于定子、转子均未使用永磁体，所以为了获得更大的输出转矩和功率，只能通过增大励磁功率来实现，这样既增加了驱动系统的成本，又降低了电机的功率密度和转矩密度。

为了克服传统开关磁阻电机的缺点，人们提出了在电机中嵌入永磁体来提高电机的性能，有一种开关磁阻电机，在电机定子的每个槽口处嵌入永磁体，有效抑制了电机的输出转矩脉动，同时也提高了电机的性能体积比和性能重量比。

中国发明专利200910263110.6提出了一种混合励磁分块式定、转子开关磁阻电机，相邻定子块之间用隔磁板隔开，隔磁性能与隔磁板的材料特性密切相关，同时磁路并不能完全隔开，成本也会相应增加，而且每相励磁绕组分别跨绕在相对的U形定子槽中，导致绕组端部较长，铜耗增加，电机效率降低。

发明内容：

本发明的目的是提出一种高性能重量比、高转矩、功率密度高、容错性能好、可靠性高、容易加工和维护的U形定子混合励磁开关磁阻电机。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，包括转子和设置在转子周向上的若干U形定子块，其中，转子的转子齿外侧为外圆弧，U形定子块的定子齿内侧为内圆弧，且转子齿的外圆弧与定子齿的内圆弧之间设置有气隙；若干U形定子块组成模块化定子，每个U形定子块的两个定子齿上均缠绕有励磁绕组，每个U形定子块的内侧均设置有一个永磁体，且永磁体的充磁方向是切向充磁。

本发明进一步的改进在于，每个U形定子块的内侧均开设有永磁体安装槽，永磁体放置在U形定子块内侧的永磁体安装槽中。

本发明进一步的改进在于，定子齿和转子齿均由硅钢片叠压而成。

本发明进一步的改进在于，当电机相数为m相时，电机的定子齿与转子齿的个数之比为2m:(2m-1)，其中，m为电机相数。

本发明进一步的改进在于，当电机相数为三相时，电机为三相6/5结构或三相12/10结构。

本发明进一步的改进在于，当电机相数为四相时，电机为四相8/7结构或四相16/14结构。

本发明进一步的改进在于，永磁体为条形永磁铁。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

当励磁绕组不通电时，永磁体的磁力线不经过气隙，而是沿着定子齿部和定子轭部闭合，此时不产生转矩；当励磁绕组通有较小电流时，永磁体的一部分磁力线经过气隙和转子闭合，另一部分经过定子齿部和定子轭部闭合，此时永磁体经过转子和和气隙的那部分磁场产生转矩，经过定子齿部和定子轭部的那部分磁场不产生转矩；当励磁绕组电流较大时，永磁体磁力线全部经过气隙和转子闭合，此时永磁体磁场全部产生转矩。通过控制励磁绕组电流来控制永磁体磁力线路经和电磁力的大小，从而实现电机的转矩控制。

由于本发明的电机定子是由若干个U形定子块组成的模块化定子，相比于普通的开关磁阻电机来说，相邻相之间没有定子轭部，相比于其他混合励磁开关磁阻电机来说，相邻相之间没有定子轭部或隔磁板，所以相间磁路没有耦合、完全隔离，因此本发明提供的电机结构简单，容易制造、安装和维护，容错性能好，可靠性高，而且电机磁路为短磁路，铁耗小。

本发明的U形定子混合励磁开关磁阻电机可转化为两种新结构电机：一是去掉永磁体，变为一种U形模块化定子开关磁阻电机；二是相邻相之间加上定子轭部，定子由模块化结构为整体结构，此时电机变为混合励磁开关磁阻电机；而且这两种电机的运行原理和控制方法与普通开关磁阻电机一样。

本发明的U形定子混合励磁开关磁阻电机，既可作电动机也可作发电机使用，而且由于其高性能重量比、高转矩、功率密度高、容错性能强、可靠性高、容易加工和维护等突出优点，在电动汽车、轨道交通、航空航天、数控机床以及机器人等领域均具有广阔的应用前景。

进一步的，当电机相数为m相时，电机的定子齿与转子齿的个数之比为2m:(2m-1)，例如三相时为三相6/5极结构、三相12/10极结构等。并且定、转子极数越多，电机输出转矩的脉动就越小，电机振动也越小，运行将更加平稳。

附图说明：

图1是本发明三相6/5结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的结构示意图。

图2是本发明三相12/10结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的结构示意图。

图3是本发明三相6/5结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的转子处于不对齐位置时的磁力线分布图。

图4是本发明三相6/5结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

图5是本发明三相12/10结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的转子处于不对齐位置时的磁力线分布图。

图6是本发明三相12/10结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

图中：1为U形定子块；2为转子；3为励磁绕组；4为定子齿；5为转子齿；6为永磁体。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1和图2所示，本发明一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，包括转子2和设置在转子2周向上的若干U形定子块1，其中，转子2的转子齿5外侧为外圆弧，U形定子块1的定子齿4内侧为内圆弧，且转子齿5的外圆弧与定子齿4的内圆弧之间设置有气隙；若干U形定子块1组成模块化定子，每个U形定子块1的两个定子齿4上均缠绕有励磁绕组6，每个U形定子块1的内侧均设置有一个永磁体6，且永磁体的充磁方向是切向充磁。

进一步的，每个U形定子块1的内侧均开设有永磁体安装槽，永磁体6放置在U形定子块1内侧的永磁体安装槽中。

进一步的，定子齿4和转子齿5均由硅钢片叠压而成。永磁体6为条形永磁铁。

进一步的，当电机相数为m相时，电机的定子齿4与转子齿5的个数之比为2m:(2m-1)，其中，m为电机相数。例如，当电机相数为三相时，电机为三相6/5结构或三相12/10结构；当电机相数为四相时，电机为四相8/7结构或四相16/14结构。

实施例：

当本发明提供的U形定子混合励磁开关磁阻电机的相数为三相时，所述电机可分为三相6/5结构和三相12/10结构，其工作原理相同。

本发明的三相6/5结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的截面结构如图1所示，包括U形定子块1、转子2、励磁绕组3和永磁体6。三个U形定子块1均匀分布在转子2的周向上，每个U形定子块1的槽口处开有永磁体安装槽，永磁体6放置在U形定子块1的永磁体安装槽中，永磁体6切向充磁，励磁绕组3缠绕在每个U形定子块1的两个定子齿4上。当励磁绕组3不通电时，永磁体6的磁力线不经过气隙，而是沿着定子齿部和定子轭部闭合，此时不产生转矩；当励磁绕组3通有较小电流时，永磁体6的一部分磁力线经过气隙和转子2闭合，另一部分经过定子齿部和定子轭部闭合，此时永磁体经过转子2和和气隙的那部分磁场产生转矩，经过定子齿部和定子轭部的那部分磁场不产生转矩；当励磁绕组3电流较大时，全部永磁体磁力线全部经过气隙和转子2闭合，此时永磁体磁场全部产生转矩。本发明的三相6/5结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的运行原理与普通的开关磁阻电机一样，三相绕组依次导通，导通周期角为24度。此外，如图3和4图所示，图3是本发明三相6/5结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的转子处于不对齐位置时的磁力线分布图；图4是本发明三相6/5结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

本发明的三相12/10结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的截面结构如图2所示，包括U形定子块1、转子2、励磁绕组3和永磁体6。六个U形定子块1均匀分布在转子2的周向上，每个U形定子块1的槽口处开有永磁体安装槽，永磁体6放在U形定子块1的永磁体安装槽中，永磁体6的充磁方向是切向充磁，励磁绕组3缠绕在每个U形定子块1的两个定子齿4上。当励磁绕组3不通电时，永磁体6的磁力线不经过气隙，而是沿着定子齿部和定子轭部闭合，此时不产生转矩；当励磁绕组3通有较小电流时，永磁体的一部分磁力线经过气隙和转子闭合，另一部分经过定子齿部和定子轭部闭合，此时永磁体经过转子2和和气隙的那部分磁场产生转矩，经过定子齿部和定子轭部的那部分磁场不产生转矩；当励磁绕组3电流较大时，全部永磁体磁力线全部经过气隙和转子2闭合，此时永磁体磁场全部产生转矩。本发明的三相12/10结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的运行原理与普通的开关磁阻电机一样，三相绕组依次导通，导通周期角为12度。此外，如图5和6图所示，图5是本发明三相12/10结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的转子处于不对齐位置时的磁力线分布图；图6是本发明三相12/10结构的U形定子混合励磁开关磁阻电机的转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，凡根据本发明精神实质所做的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (7)

1.一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，包括转子(2)和设置在转子(2)周向上的若干U形定子块(1)，其中，转子(2)的转子齿(5)外侧为外圆弧，U形定子块(1)的定子齿(4)内侧为内圆弧，且转子齿(5)的外圆弧与定子齿(4)的内圆弧之间设置有气隙；若干U形定子块(1)组成模块化定子，每个U形定子块(1)的两个定子齿(4)上均缠绕有励磁绕组(6)，每个U形定子块(1)的内侧均设置有一个永磁体(6)，且永磁体的充磁方向是切向充磁。

2.根据权利要求1所述的一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，每个U形定子块(1)的内侧均开设有永磁体安装槽，永磁体(6)放置在U形定子块(1)内侧的永磁体安装槽中。

3.根据权利要求1所述的一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，定子齿(4)和转子齿(5)均由硅钢片叠压而成。

4.根据权利要求1所述的一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，当电机相数为m相时，电机的定子齿(4)与转子齿(5)的个数之比为2m:(2m-1)，其中，m为电机相数。

5.根据权利要求4所述的一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，当电机相数为三相时，电机为三相6/5结构或三相12/10结构。

6.根据权利要求4所述的一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，当电机相数为四相时，电机为四相8/7结构或四相16/14结构。

7.根据权利要求1所述的一种U形定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，永磁体(6)为条形永磁铁。