CN106208574B - 一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机，包括：外定子、内定子、以及夹在外定子与内定子之间的由若干奇数个导磁材料组成的奇数极转子，其中：内定子与外定子同轴连接；内定子、外定子的每个齿都绕有正弦波电流驱动的交流电枢绕组与直流励磁绕组；外定子与转子之间设有外层气隙；内定子与转子之间设有内层气隙。本发明电机的转子极数为奇数，输出转矩脉动小，明显抑制甚至消除奇数极转子径向不平衡磁拉力。

Description

一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域，具体地，涉及一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机。
背景技术
开关磁阻电机因其结构简单、运行可靠和成本低等优点，在工来、航空业和家用电路等领域有广泛的运用。但其也有明显的缺点，如：转矩密度低、转矩脉动大和噪声大等。
为提高开关磁阻电机的性能，IEEE Transactions on Magnetics期刊2013年第6期49卷3020-3028页，"Electromagnetic Performance of Novel Variable FluxReluctance Machines With DC-Field Coil in Stator"中提出了一种定子的每个齿上都绕有直流励磁绕组及交流电枢绕组的变磁通磁阻电机，转子为普通开关磁阻电机的凸极转子，IEEETransactions on Energy Conversion期刊2014年第99期PP卷1-15页，"APartitioned Stator Variable Flux Reluctance Machine"中进一步提出了双定子结构变磁通磁阻电机。
上述文章"Electromagnetic Performance of Novel Variable FluxReluctance Machines With DC-Field Coil in Stator"和"A Partitioned StatorVariable Flux Reluctance Machine"中所提出的变磁通磁阻电机中，虽然奇数极转子结构有转矩脉动最小的优点，但其存在转子受到严重径向磁力不平衡的缺点。这样，其对电机的轴承提出更高的要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机，其保持奇数极转子变磁通磁阻电机转矩脉动小的优点的条件下，尽可能的消除出转子径向不平衡磁力，解决了变磁通磁阻电机存在的奇数极转子所受到的径向不平衡磁拉力的问题。
为实现以上目的，本发明提供一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机，包括：外定子、内定子、夹在外定子与内定子之间的由若干奇数个导磁材料组成的奇数极转子，其中：内定子与外定子同轴连接；内定子、外定子的每个齿都绕有正弦波电流驱动的交流电枢绕组与直流励磁绕组；外定子与转子之间设有外层气隙；内定子与转子之间设有内层气隙。
优选地，所述的定子为由内定子与外定子组成的双定子结构，且内定子与外定子具有相同的槽数。
优选地，所述的内定子、外定子的每个齿都绕有正弦波电流驱动的交流电枢绕组与直流励磁绕组。
优选地，所述的交流电枢绕组与直流励磁绕组均为集中绕组。
优选地，所术的电机的转子极数(或转子导磁材料的块数)为奇数。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明分块转子式双定子变磁通磁阻电机，转子极数为奇数，输出转矩脉动小，能够在保持奇数极转子变磁通磁阻电机拥有转矩脉动较小的优点的条件下，明显抑制甚至消除转子径向不平衡磁拉力。这一大特点主要源于电机的双定子结构，且内定子与外定子的功能相同。经优化设计后，内定子与奇数极转子之间的径向不平衡磁拉力，和外定子与奇数极转子之间的径向不平衡磁拉力，几乎相互抵消，如图2所示。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的定子12槽/转子13极变磁通磁阻电机的结构示意图；
图2为本发明一实施例的定子12槽/转子13极变磁通磁阻电机的磁链分布示意图；
图中：外定子1，内定子2，转子3，直流励磁绕组4，交流电枢绕组5。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供一种定子12槽/转子13极分块式双定子变磁通磁阻电机，包括外定子1，内定子2，外定子1、内定子2的每个齿都绕有直流励磁绕组4，交流电枢绕组5，在外定子1、内定子2之间有13块导磁材料组成的奇数极转子3；外定子1与转子3之间设置有外层气隙，内定子2与转子3之间设置有内层气隙。
作为一优选地实施方式，所述的外定子1、内定子2具有相同的槽数，并同轴连接。
作为一优选地实施方式，所述的外定子1、内定子2的直流励磁绕组4、交流电枢绕组5都为集中绕组。
作为一优选地实施方式，所述的外定子1、内定子2的功能相同。
所述的外定子1、内定子2上的交流电枢绕组5串联成三相结构。当直流励磁绕组4通入直流电流，交流电枢绕组5通入三相正弦波交流电枢电流，某时刻电机的磁通分布如图2所示。外定子1的磁通只通过外层气隙、转子3外侧以及外定子1形成回路，外定子1、内定子2的磁通只通过内层气隙、转子3内侧以及内定子2形成回路。外定子1、内定子2的功能相同，对转子3的径向磁拉力大小基本相同，方向相反，转子3所受的径向不平衡磁拉力几乎为零。
经过实验模拟验证，结果符合预期。试验中奇数极转子变磁通磁阻电机参数如下：三相双定子结构，交流电枢绕组4每相匝数为160，直流励磁绕组5匝数为480匝，内、外定子2/1均12槽，转子3为13极；外定子1的外径为187mm，外定子1的内径为140mm，外定子1背铁厚度15mm，外定子1齿宽20mm；外定子1与转子3之间的外层气隙1mm；转子3导磁块厚度为19mm；内定子2与转子3之间的内层气隙1mm；内定子2的外径为119mm，内定子2的齿宽为20mm，内定子的背铁厚度为30mm。
为体现出本发明的优点，选择"A Partitioned Stator Variable FluxReluctance Machine"中所提出的有相同槽极配合的变磁通磁阻电机为基准电机，其参数与同上。在几何尺寸方面唯一的不同之处是，本发明一实施例中所述的电机与基准电机的转子导磁块均各自优化到产生最大的输出转矩，最小的转矩脉动，以及尽可能消除转子所到的径向不平衡磁拉力。
实验仿真模拟中，直流励磁绕组4的电流为4A，而定子电枢电流由交流电枢绕组5铜耗折算而得，分为30W和60W两种情况；数据记录如下表1所示：
表1本发明部分实施例的电机与基准电机在不同电枢电流下的性能对比
从实验结果可知，本发明的实施例电机与基准电机相比，虽然平均输出转矩略有减小(减小量小于7％)，转矩脉动略有增加(增加量小于1％)，但显著地消弱了转子所受到的径向不平衡磁拉力；结果说明了本发明提供的电机结构的正确性及可行性。
本发明电机可以在保持奇数极转子变磁通磁阻电机拥有转矩脉动较小的优点的条件下，明显抑制或甚至消除转子所受到的径向不平衡磁拉力。
需要说明的是，以上实施例提供的是一种定子12槽/转子13极的转子极数为奇数的分块转子式双定子变磁通磁阻电机，但相应的槽极配合并不只限于上述实施例所述的定子12槽/转子13极结构，根据本领域的常识，还可以替换为任何符合本发明技术本质的实施例。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机，其特征在于，包括：外定子、内定子、夹在外定子与内定子之间的由若干奇数个导磁材料组成的奇数极转子，其中：内定子与外定子同轴连接；内定子、外定子的每个齿都绕有正弦波电流驱动的交流电枢绕组与直流励磁绕组；外定子与转子之间设有外层气隙；内定子与转子之间设有内层气隙；
所述的外定子、内定子上的交流电枢绕组串联成三相结构，当直流励磁绕组通入直流电流，交流电枢绕组通入三相正弦波交流电枢电流，外定子的磁通只通过外层气隙、转子外侧以及外定子形成回路；外定子、内定子的磁通只通过内层气隙、转子内侧以及内定子形成回路；外定子、内定子的功能相同，对转子的径向磁拉力大小基本相同，方向相反，转子所受的径向不平衡磁拉力几乎为零。
2.根据权利要求1所述的一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机，其特征在于，所述的内定子、外定子齿上的交流电枢绕组与直流励磁绕组均为集中绕组。
3.根据权利要求1所述的一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机，其特征在于，所述电机的转子极数或转子导磁材料的块数，为奇数。
4.根据权利要求1所述的一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机，其特征在于，所述的定子为由内定子与外定子组成的双定子结构，且内定子与外定子具有相同的槽数。
5.根据权利要求4所述的一种分块转子式双定子变磁通磁阻电机，其特征在于，所述的外定子、内定子的功能相同。
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