CN106655688A - 一种边缘效应互相抵消的磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种边缘效应互相抵消的磁阻电机，包括外壳、励磁绕组、定子铁心、转子铁心、A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组和轴。定子铁心共有6X个，一个定子铁心的内侧有两个凸出的定子极，转子铁心上有5.5X个凸出的转子极,X为偶数，在定子铁心顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，相邻定子铁心上的电枢绕组绕向相反，逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组，所有励磁绕组的绕制方向相同，电枢绕组和励磁绕组都是集中式绕组。本发明一种边缘效应互相抵消的磁阻电机的定子是由6X个独立的定子铁心组成，且相邻定子铁心上的电枢绕组绕向相反，具有高容错运行能力、较高的能量密度和高温高速运行能力等优良特性。

Description

一种边缘效应互相抵消的磁阻电机
技术领域
本发明涉及一种边缘效应互相抵消的磁阻电机，属于特种电机领域。
背景技术
在很多电机驱动与调速领域，对精度要求不十分苛刻，对电机的要求更多的是结构简单可靠性高，成本低廉易于维护等，因此磁阻型电机成为理想的选择。磁阻型电机转子由硅钢片叠压而成既无永磁体又无绕组结构，刚性强度高并易于散热冷却，可高速运行，能够适应比较恶劣的工作环境；同时，转子的质量相对较轻，能够有效的提高整个系统的响应速度和鲁棒性。
目前，永磁型磁阻电机因其具有高效率，高功率密度等优点而被广泛的使用。但是，电机对稀土原材料价格过度敏感，而且只有少数国家掌握这些稀土资源，再加上稀土材料的不可再生性，为可持续性发展，需要研究可以产生高性能，不使用或使用少量永磁体的电机。因此，新型结构的电励磁型磁阻电机也就成为当前研究的重点。
永磁型磁阻电机的优势是显而易见的，而且已经有大量的关于永磁型磁阻电机的发明创造。已有的相关专利号为：03132474.6的授权发明专利：直接驱动永磁式磁阻电机。它包括转子铁心、外定子励磁绕组、内定子励磁绕组、内定子铁心、外定子铁心等，由硅钢片叠成的转子铁心的内、外圆上分别开有齿槽，长条形的永磁体镶嵌在齿槽中，永磁体沿转子铁心的切线方向充有磁场。该发明使电机的性能体积比和性能重量比大幅提高，具有结构简单、工作可靠和易于推广实施的优点。
在目前公开的技术中，磁阻电机多为开关磁阻电机。在相近的专利中，专利号为201210576722.2的授权发明专利：一种铸铝转子结构的开关磁阻电机，包括外壳、转轴、定子铁芯、定子绕组和转子铁芯。该发明铸铝转子结构开关磁阻电机，提高了开关磁阻电机的功率输出密度、有效材料利用率和功率因数，降低了开关磁阻电机的振动、噪声、重量与成本，是一种新型的开关磁阻电机。
本发明提出了一种边缘效应互相抵消的磁阻电机，其定子是由6X个独立的定子铁心组成，每个定子铁心的内侧有两个凸出的定子极，转子铁心上有5.5X个凸出的转子极,X为偶数，在定子铁心顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，相邻定子铁心上的电枢绕组绕向相反，逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组，所有励磁绕组的绕制方向相同，电枢绕组和励磁绕组都是集中式绕组。一种边缘效应互相抵消的磁阻电机不仅具有便于调压、弱磁扩速的优点，而且具有高容错运行能力、较高的能量密度和高温高速运行能力等优良特性。
目前申请人经国内外检索，尚未检索到本发明所涉及一种边缘效应互相抵消的磁阻电机的独立定子铁心上采用所有励磁绕组的绕制方向相同、相邻定子铁心上的电枢绕组绕向相反的结构，并且可以通过调节通过其励磁线圈的电流来控制磁场大小，以适应电机使用工况变化。
发明内容
本发明为实现一种新型结构的电励磁型磁阻电机能够具有高性能、高可靠性以及高功率密度的优点，提出了一种新型结构的电励磁型磁阻电机。
本发明采用如下技术方案：
一种边缘效应互相抵消的磁阻电机，由外壳(1)、励磁绕组(2)、定子铁心(3)、转子铁心(4)、A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)和轴(8)组成，其特征在于：
外壳(1)由非导磁材料制成；
呈“n”形的定子铁心(3)的轭部紧贴并固定在外壳(1)的内壁，定子铁心(3)共有6X个，X为偶数；各个定子铁心(3)之间无接触；定子铁心(3)沿圆周方向均布；
一个定子铁心(3)的内侧有两个凸出的定子极，一个定子铁心(3)上的两个定子极平行；
逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组(2)，所有励磁绕组(2)的绕制方向相同；
所述磁阻电机的转子铁心(4)上均布有5.5X个凸出的转子极，转子极沿圆周均布，转子极的极弧系数为0.5；
同一个定子铁心(3)上两个定子极的极距等于转子极的极距；
所述定子铁心(3)顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，相邻定子铁心(3)上的电枢绕组绕向相反，电枢绕组依据相位的不同分为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)；电枢绕组和励磁绕组(2)都是集中式绕组。
如上所述的一种边缘效应互相抵消的磁阻电机，其特征在于：定子极极宽是转子极极宽的0.67倍。
本发明的有益效果如下：
⑴ 本发明一种边缘效应互相抵消的磁阻电机具有低成本、高容错运行能力、较高的能量密度和高温高速运行能力等优良特性；
⑵ 在本发明一种边缘效应互相抵消的磁阻电机中的转子结构简单，坚固且经济，由于转子没有绕组和磁钢，因此可在较高转速下运行；
⑶ 本发明中电枢绕组和励磁绕组都采用集中绕组，可以成型绕制好再嵌入定子槽，这使得定子装配工艺简单，制造成本低，冷却方便；
⑷ 电机的三绕组互相隔离，可以把故障限制在一相内，以减小故障相对其它相造成负面影响，防止故障传播。
附图说明
图1是本发明一种边缘效应互相抵消的磁阻电机横剖图。其中：1、外壳，2、励磁绕组，3、定子铁心，4、转子铁心，5、A相电枢绕组，6、B相电枢绕组，7、C相电枢绕组，8、轴。
图2是本发明一种边缘效应互相抵消的磁阻电机的24/22极实施例图。其中：1、外壳，2、励磁绕组，3、定子铁心，4、转子铁心，5、A相电枢绕组，6、B相电枢绕组，7、C相电枢绕组，8、轴。
图3为本发明一种边缘效应互相抵消的磁阻电机嵌线图。
图4是边缘效应互相抵消的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1是本发明一种边缘效应互相抵消的磁阻电机横剖图。所示的一种边缘效应互相抵消的磁阻电机由外壳(1)、励磁绕组(2)、定子铁心(3)、转子铁心(4)、A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)和轴(8)组成；呈“n”形的定子铁心(3)的轭部紧贴并固定在外壳(1)的内壁，定子铁心(3)共有6X个，X为偶数；各个定子铁心(3)之间无接触；一个定子铁心(3)的内侧有两个凸出的定子极，一个定子铁心(3)上的两个定子极平行；本发明的磁阻电机的转子铁心(4)上有5.5X个凸出的转子极，转子极沿圆周均布，转子极的极弧系数为0.5；定子极极宽是转子极极宽的0.67倍。
在本发明中定子铁心(3)顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，相邻定子铁心(3)上的电枢绕组绕向相反，电枢绕组依据相位的不同分为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)；在逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组(2)，所有励磁绕组(2)的绕制方向相同；电枢绕组和励磁绕组(2)都是集中式绕组。
图2是本发明一种边缘效应互相抵消的磁阻电机的24/22极实施例图。如图所示，在一种边缘效应互相抵消的磁阻电机的24/22极实施例中定子铁心(3)共有12个，每个一个定子铁心(3)的内侧有两个凸出的定子极，共有24个定子极；转子铁心(4)上有22个凸出的转子极，转子极沿圆周均布。
图3为本发明一种边缘效应互相抵消的磁阻电机嵌线图。如图所示，在一种边缘效应互相抵消的磁阻电机的12个定子极上交替绕有励磁绕组和电枢绕组；所有励磁绕组的绕制方向相同；相邻电枢绕组绕向相反，电枢绕组依据相位的不同分为A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组；电枢绕组和励磁绕组(2)都是集中式绕组。
图4是边缘效应互相抵消的示意图。
下面对本发明提出的一种边缘效应互相抵消的磁阻电机进行工作原理的说明。
本发明所述的一种边缘效应互相抵消的磁阻电机是通过绕在定子极上的励磁绕组产生磁动势。每一个定子铁心顺时针方向一侧的定子极上都绕有电枢绕组，每一个定子铁心逆时针方向一侧的定子极上都绕有励磁绕组；定子极上的励磁绕组产生磁动势，经过绕有励磁绕组的定子极，再依次通过气隙、转子极、气隙以及同一定子铁心上绕有电枢绕组的另一定子极，最后经定子铁心轭部，形成闭合磁路；在电机定子和转子的相对运动中，磁链是在往复变化，从而能够方便的实现机械能和电能之间的双向转换。
边缘效应是指转子极刚刚开始接触定子极即边缘接触时，该定子极上的磁链变换率大、感应电动势大；而当转子极基本对齐定子极时，该定子极上的磁链变换率小，感应电动势小。以图1为例说明本申请边缘效应互相抵消的原理：当标注A的绕组边缘接触时，其磁链变换率大；而此时标注为-A的绕组定转子极基本对齐，其磁链变换率小。由于标注A的绕组与标注-A的绕组同为一相，且两个绕组通过绕向相反实现了感应电动势的同向，因此两个绕组共同通电可以抵消边缘效应。

Claims (2)

1.一种边缘效应互相抵消的磁阻电机，由外壳(1)、励磁绕组(2)、定子铁心(3)、转子铁心(4)、A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)和轴(8)组成，其特征在于：
外壳(1)由非导磁材料制成；
呈“n”形的定子铁心(3)的轭部紧贴并固定在外壳(1)的内壁，定子铁心(3)共有6X个，X为偶数；各个定子铁心(3)之间无接触；定子铁心(3)沿圆周方向均布；
一个定子铁心(3)的内侧有两个凸出的定子极，一个定子铁心(3)上的两个定子极平行；逆时针方向一侧的定子极上绕有励磁绕组(2)，所有励磁绕组(2)的绕制方向相同；
所述磁阻电机的转子铁心(4)上均布有5.5X个凸出的转子极，转子极沿圆周均布，转子极的极弧系数为0.5；
同一个定子铁心(3)上两个定子极的极距等于转子极的极距；
所述定子铁心(3)顺时针方向一侧的定子极上绕有电枢绕组，相邻定子铁心(3)上的电枢绕组绕向相反，电枢绕组依据相位的不同分为A相电枢绕组(5)、B相电枢绕组(6)、C相电枢绕组(7)；电枢绕组和励磁绕组(2)都是集中式绕组。
2.如权利要求1所述的一种边缘效应互相抵消的磁阻电机，其特征在于：定子极极宽是转子极极宽的0.67倍。
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