CN106787542B - 一种盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法。电机包括两个定子、位于两个定子之间的转子、将两个定子和转子共轴连接的轴承、分别共轴安装在多个定子的中心区域的多个环形接线端子盘。在每个定子上安装有多个定子线圈，每个定子线圈上安装一个定子磁极，在转子上安装有多个转子磁极。每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排，每个端子排的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片，且位于不同层结构上的导电片相互绝缘。本发明简化接线，使得接线简单，而且端子排坏了容易更换，简化而有序地连接定子线圈和控制器输出端子。

Description

一种盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法
技术领域
本发明涉及一种电机，特别是涉及一种盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法。
背景技术
开关磁阻电机是一种新型调速电机，其所在的调速系统能兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。调速系统结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。目前调速系统主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含功率变换器的控制电路，而转子位置检测器则安装在开关磁阻电机的一端。
开关磁阻电动机(SRM)是SRD中实现机电能量转换的部件，也是SRD有别于其他电动机驱动系统的主要标志。SRM系双凸极可变磁阻电动机，其定、转子的凸极主要均由普通硅钢片叠压而成。转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组联接起来，称为“一相”，SR电动机可以设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。相数多、步距角小，有利于减少转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高，现今应用较多的是四相(8/6)结构和三相(12/8)结构。
现有开关磁阻电机具备以下特点：1.一般做成柱式，形状和鼠笼式电机相同；2.在需要大转矩、大惯量的情况下，如果依然用柱式电机实现，则需要更大的电机体积；3.而用盘式开关磁阻电机实现，则可以在相同体积范围内获得更大的输出转矩和惯量；4.盘式开关磁阻电机更适合应用于风机、水泵、抽油机等需要转矩大、往复运行的场合。
然而，现有盘式开关磁阻电机的不足之处：
1.存在转矩波动：输出的转矩曲线不够平坦，是盘式开关磁阻电机的主要瓶颈之一；从一个相位通电开始，获得最大转矩，随着转子的旋转，通过磁通变化获得的切向力逐渐变小，力臂不变，转矩逐渐变小，直至转矩减小至0，本相位断电；同时瞬间，下一相位通电并获得最大转矩；周而复始，因此磁阻电机的输出转矩是波动的，这是盘式开关磁阻电机的主要瓶颈之二；
2.接线复杂：开关磁阻电机每个定子线圈有一进一出的二个接线头，假如定子数是N，就有2N个接线头，如何设计一个合理的接线端子座，简化而有序地连接定子线圈和控制器输出端子，是开关磁阻电机的设计的另一个目标；
3.单个电机难以进一步获得更大的输出转矩：在电机的体积不显著增加的情况下，传统的设计思想难以获得更大的输出转矩；
4.控制器复杂体积庞大：开关磁阻电机的控制器输出相数可以是2、3、4相，甚至更多，相数越多，控制器开关元件的数量越多，控制器越复杂、体积越大。
另外，输出为3相电的控制器更符合操作者的使用习惯，如何使用3相开关电源驱动开关磁阻电机，并获得更大的转矩、更小的转矩波动是设计目标之一。
发明内容
针对现有盘式开关磁阻电机存在的输出转矩以及接线复杂方面的技术问题，本发明提供了一种提高转矩的盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法。
本发明具体技术方案如下：一种盘式开关磁阻电机，其包括两个定子、位于两个定子之间的转子、将两个定子和转子共轴连接的轴承；在每个定子上安装有多个定子线圈，每个定子线圈上安装一个定子磁极，在转子上安装有多个转子磁极；多个定子线圈以定子的轴线为圆心均匀的分布在相应定子面向转子的一侧上，并围成至少一圈的同心环结构；转子磁极以转子的轴线为圆心均匀的分布在转子中，也围成至少一圈的同心环结构；每个转子磁极的两端穿透转 子的相对两侧，以便围成的形状能与两侧定子上的多个定子线圈围成的形状相对应；该盘式开关磁阻电机还包括多个环形接线端子盘，每个定子的中心区域共轴安装一个环形接线端子盘；每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排，每个端子排的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片，且位于不同层结构上的导电片相互绝缘。
作为上述方案的进一步改进，每个端子排的宽度逐层递减，且每层两端分别有一个导电片，使相应的端子排在正面投影上能看到每层两端的导电片。
进一步地，在正面投影上，同一个端子排显露的导电片沿环形接线端子盘的直径方向一字排开。
再进一步地，在同一个环形接线端子盘，以电源的相数为单位依次分割所有端子排为若干组，使电源的每一相连接每组端子排组的其中一个端子排。、
再进一步地，环形接线端子盘在接线时，电源的每一相采用一进一出两条总线的方式供电，每一相的两条总线在环形接线端子盘的内侧以星型接线的方法与相应的定子线圈接线连接，使所有构成该相的力偶对的定子线圈并联到该相的总线上。
作为上述方案的进一步改进，以由外圈至内圈的顺序，定子上的第x圈上的定子磁极数和转子上的第x圈上的转子磁极数满足以下关系：一，Sx＝(Tx/W)×j，其中，Sx为转子上的第x圈上的转子磁极数，Tx为定子上的第x圈上的定子磁极数且为偶数，W为电源相数，j为正整数；二，保证转子上的第x圈上的转子磁极数<定子上的第x圈上的定子磁极数。
作为上述方案的进一步改进，同一圈上的定子线圈采用同一个电源供电，而不同圈上的定子线圈采用不同的电源供电且其中两圈之间的定子线圈的供电相位存在一定的初始相位角差ΔT。
作为上述方案的进一步改进，位于同一圈上的这些定子线圈依次以W个数量为一组，分成Tx/W组定子线圈组，每组定子线圈组分别依次接电源的不同 相；这些定子线圈沿定子的一条直径呈中心对称分布，同一直径上的两个定子磁极形成共直径磁极作为驱动相应转子旋转的一对力偶；要使该盘式开关磁阻电机产生(Tx/W)/2对力偶，位于同一圈上的这些定子线圈的通电循环顺序为：Ai_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′、……，其中，A、B、C、……分别代表电源的具体电源相，i为1,2，……，(Tx/W)/2。
作为上述方案的进一步改进，盘式开关磁阻电机还包括若干轴向多级串联组件，每个轴向多级串联组件包括新增的两个定子、位于新增的两个定子之间的新增的一个转子；若干轴向多级串联组件通过轴承与原来的两个定子、原来的一个转子形成轴向多级串联的结构：定子+转子+定子+定子+转子+定子+……。
本发明还提供一种盘式开关磁阻电机的环形接线端子盘的设计方法，该盘式开关磁阻电机为上述任意盘式开关磁阻电机；该环形接线端子盘的设计方法为：每个定子的中心区域共轴安装一个环形接线端子盘；每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排，每个端子排的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片，且位于不同层结构上的导电片相互绝缘。
本发明的有益效果如下：简化接线，使得接线简单，而且端子排坏了容易更换，简化而有序地连接定子线圈和控制器输出端子。
附图说明
图1为本发明实施例1的盘式开关磁阻电机的结构示意图。
图2为图1中定子的结构示意图。
图3为图1中转子的结构示意图。
图4a、图4b、图4c、图4d为本发明的盘式开关磁阻电机的通电工作过程状态变化图。
图5为本发明实施例2的盘式开关磁阻电机的结构示意图。
图6为本发明实施例3的盘式开关磁阻电机的结构示意图。
图7a为图6中转子仿真时的输出转矩示意图。
图7b为图6中转子仿真时的另一种输出转矩示意图。
图7c为本发明实施例5的盘式开关磁阻电机在仿真时的输出转矩示意图。
图8为本发明实施例6的盘式开关磁阻电机的结构示意图。
图9为本发明实施例7的盘式开关磁阻电机的定子及环形接线端子盘接线图。
图10为图9中环形接线端子盘的结构图。
图11为图10中环形接线端子盘的部分结构图。
图12为图11中其中一个接线端子的立体结构示意图。
图13为图12的俯视图。
图14为图10中环形接线端子盘接线的环形接线示意图。
图15为图10中环形接线端子盘接线的等效电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明的盘式开关磁阻电机在定子+转子+定子的双定子结构基础上，能做到提高输出转矩。在机械结构设计上，定子中的每一相，在圆周方向均布为多个力偶，在电气结构设计上利用三相开关电源，采用并联供输配电的方法给多个定子线圈供电。
如图1所示，本实施例的盘式开关磁阻电机包括两个定子1(请参阅图2)、一个转子2(请参阅图3)、一个轴承6。转子2位于两个定子1之间，并与两个定子1通过轴承6共轴连接。在每个定子1上安装有多个定子线圈4，每个定子线圈4上安装一个定子磁极3，在转子2上安装有多个转子磁极5。
本发明在机械结构的设计上：多个定子线圈4以定子1的轴线为圆心均匀的分布在相应定子1面向转子2的一侧上，多个定子线圈4围成至少一圈。转 子磁极5以转子2的轴线为圆心均匀的分布在转子2中，多个转子磁极5也围成至少一圈。每个转子磁极5的两端穿透转子2的相对两侧，以便围成的形状能与两侧定子1上的多个定子线圈4围成的形状相对应。当多个定子线圈4围成的圈数为两圈及以上时，呈同心圈的形式布局，当多个转子磁极5围成的圈数为两圈及以上时，也呈同心圈的形式布局。
以由外圈至内圈的顺序，定子1上的第x圈上的定子磁极数和转子2上的第x圈上的转子磁极数满足以下关系：一，Sx＝(Tx/W)×j，其中，Sx为转子2上的第x圈上的转子磁极数，Tx为定子1上的第x圈上的定子磁极数且为偶数，W为电源相数，j为正整数；二，保证转子2上的第x圈上的转子磁极数<定子1上的第x圈上的定子磁极数。
在本实施例中，在每个定子1面向转子2的一侧上，安装有绕定子1的轴线一圈且均匀分布的若干个定子线圈4，每个定子线圈4上安装一个定子磁极3；而转子2的圆周上安装有绕转子2的轴线一圈且均匀分布的若干个转子磁极5。也就是说，多个定子线圈4以定子1的轴线为圆心、且呈环形格局均匀的分布在相应定子1面向转子2的一侧上，转子磁极5均匀环绕在转子2的圆周上。
其中，很关键的一点，定子磁极数和转子磁极数需要满足以下关系：1.S＝(T/W)×j，其中，S为转子磁极数，T为定子磁极数，W为电源相数，如W＝3表征三相电源的电源相数，j＝正整数，如1、2、3、……；2.要保证转子磁极数<定子磁极数。满足这样条件的转子磁极数和定子磁极数，就可以保证一相电源通电，能产生多对力偶。
除此之外，三相的通电时序也是非常关键，在这之前需要在该盘式开关磁阻电机的电气上结构进行设计：位于同一圈上的这些定子线圈4依次以W个数量为一组，分成Tx/W组定子线圈组，每组定子线圈组分别依次接电源的不同相；这些定子线圈4以定子1的其中一条直径为界限呈轴对称布局，同一直径上的两个定子磁极3形成共直径磁极作为一对驱动相应转子1旋转的力偶。
以每个定子1具有48定子磁极3即48定子线圈4，而转子2具有32转子 磁极5，三相开关电源A、B、C供电为例进行详细展开说明。
请再次参阅图2，在定子1面向转子2的一侧上，其圆周方向均匀分布有绕定子1的轴线一圈且均匀分布的若干个定子线圈4，每个定子线圈4上安装一个定子磁极3。这些定子线圈4与三相的接线规律根据以下设计：A1、B1、C1，A2、B2、C2，……，A8、B8、C8，A1′、B1′、C1′，A2′、B2′、C2′，……，A8′、B8′、C8′。
也就是说，48个定子线圈4依次以3个数量为一组，分成16组定子线圈组，每组的定子线圈组分别依次接A、B、C三相，而且16组定子线圈组分成两块定子线圈区域，即以下定子线圈4的定子磁极3为一个定子线圈区域：A1、B1、C1，A2、B2、C2，……，A8、B8、C8，而以下定子线圈4的定子磁极3为另一个定子线圈区域：A1′、B1′、C1′，A2′、B2′、C2′，……，A8′、B8′、C8′。其中，位于定子1的同一条直径上的两个定子磁极3为共直径磁极，比如，共直径磁极A和A′(如A1和A1′，A2和A2′，……，A8和A8′)、B和B′(如B1和B1′，B2和B2′，……，B8和B8′)、C和C′(如C1和C1′，C2和C2′，……，C8和C8′)。共直径磁极在圆周方向的切向力大小相等，方向相反，组成一对驱动转子2旋转的力偶。
对于三相供电的盘式开关磁阻电机，本实施例每相电源共有48/3/2＝8个力偶。标记为：Ai_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′，i＝1～8，如图2所示。也就是说，如果A相通电，B相和C相断电，则所有A1～A8，A1′～A8′同时通电，A相瞬间产生8对力偶；如果B相通电，A相和C相断电，则所有B1～B8，B1′～B8′同时通电，B相瞬间产生8对力偶；如果C相通电，A相和B相断电，则所有C1～C8，C1′～C8′同时通电，C相瞬间产生8对力偶。即按照以下次序循环通电Ai_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′，每相通电的输出转矩为8对力偶，输出转矩是非常巨大的。
因此，要使该盘式开关磁阻电机产生(Tx/W)/2对力偶，位于同一圈上的这些定子线圈4的通电循环顺序为：Ai_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′、……，其中，A、B、C、……分别代表电源的具体电源相，i为1,2，……，(Tx/W)/2。
还可以通过选取位于同一圈上的不同定子线圈(4)构成的通电循环顺序，实现该盘式开关磁阻电机产生力偶的对数。选择需要产生的力偶对数，比如，按照以下次序循环通电A1_A1′、B1_B1′、C1_C1′、A2_A2′、B2_B2′、C2_C2′、……、A8_A8′、B8_B8′、C8_C8′，每相通电的输出转矩为1对力偶。每相电源的力偶越多，输出转矩越大，这是提高盘式开关磁阻电机的输出转矩的方法之一，解决了多年来盘式开关磁阻电机的输出转矩无法突破瓶颈的技术难题。
因此，对于三相供电的盘式开关磁阻电机，可设计定子磁极数/3/2＝整数M＝单相力偶对数。本实施例的每一相电源的力偶数对是8，即8对力偶。如图2所示，交叉交错均布。A相通电时，全部的Ai_Ai′都通电，然后A相断电B相通电，全部的Bi_Bi′都通电，依次类推。
转子磁极数与定子磁极数越接近，步距角越小，开关磁阻电机的单个脉冲的精度越高。以示例电机为例，示例电机定子磁极数48，转子磁极数32，当转子磁极数量两个两个地减小的时候，步距角的变化规律如表1所示。
表1
定子磁极数 定子相位角° 转子磁极数 转子相位角° 步距角°
48 7.5 46 7.82608695 0.32608695
48 7.5 44 8.18181819 0.68181819
48 7.5 42 8.57142857 1.07142857
48 7.5 40 9 1.5
48 7.5 38 9.47368421 1.97368421
48 7.5 36 10 2.5
48 7.5 34 10.58823529 3.08823529
48 7.5 32 11.25 3.75
48 7.5 30 12 4.5
48 7.5 28 12.85714285 5.35714285
48 7.5 26 13.84615384 6.34615384
48 7.5 24 15 7.5
48 7.5 22 16.36363636 8.86363636
48 7.5 20 18 10.5
48 7.5 18 20 12.5
48 7.5 16 22.5 15
其中，步距角为盘式开关磁阻电机定子中的某一相磁极从通电开始到断电为止，转子所转过的角度。步距角＝转子相位角-定子相位角，转子相位角＝360/转子磁极数，定子相位角＝360/定子磁极数。
在表1中，只有转子磁极数＝32和16的情况下，满足公式S＝(T/W)×j，可以产生8对力偶。其它情况下，也可以制造成盘式磁阻电机，但是定子和转子之间不会产生连续的力偶对，因此电机输出的力矩小，失去使用价值。
请一并参阅图4a、图4b、图4c、图4d，为了能够清晰地看清楚本发明的盘式开关磁阻电机的通电工作过程，在这四张图中把转子2比例缩小到其中一个定子1的定子线圈4组成的圆环以内，并逆时针编号1、2…32，把定子逆时针编号Ai、Bi、Ci；Ai′、Bi′、Ci′，(i＝1、2、…8，以下同)；其中，Ai-Ai′、Bi-Bi′、Ci-Ci′、共线并经过轴心，是一对力偶。
以48/32型电机为例，图4a中，初始位置，Ai-Ai′与转子2的编号为2、4、6、…、32的转子磁极5分别对齐，Ai-Ai′、Ci-Ci′断电，而Bi-Bi′通电，共8对Bi-Bi′全部同时通电，转子顺时针转过3.75°，到达图4b中的位置。
Bi-Bi′与转子2的编号为1、3、5、…、31的转子磁极5分别对齐，Ai-Ai′、Bi-Bi′断电，而Ci-Ci′通电，共8对Ci-Ci′全部同时通电，转子顺时针转过3.75°，到达图4c中的位置。
Ci-Ci′与转子2的编号为2、4、6、…、32的转子磁极5分别对齐，Bi-Bi′、Ci-Ci′断电，而Ai-Ai′通电，共8对Ai-Ai′全部同时通电，转子顺时针转过3.75°，到达图4d中的位置。然后，再返回去Ai-Ai′与转子2的编号为1、3、5、…、31的转子磁极5分别对齐，Ai-Ai′、Ci-Ci′断电，而Bi-Bi′通电，依次类推。因此，盘式开关磁阻电机完全可以做到8对力偶实现输出转矩，突破传统电机的输出转矩瓶颈。
故，实施例1的盘式开关磁阻电机在定子+转子+定子的双定子结构基础上，在每个定子1面向转子2的一侧上，安装有绕定子1的轴线一圈且均匀分布的若干个定子线圈4，每个定子线圈4上安装一个定子磁极3；而转子2的圆周上安装有绕转子2的轴线一圈且均匀分布的若干个转子磁极5。
实施例2
如图5所示，实施例2的盘式开关磁阻电机，在实施例1的盘式开关磁阻 电机的定子+转子+定子的双定子结构基础上，轴向多级串联，可以做到体积并不显著增加的情况下输出转矩近似成倍增加。盘式开关磁阻电机轴向多级串联是提高输出转矩的方法之二。
盘式开关磁阻电机可包括若干轴向多级串联组件，每个轴向多级串联组件包括新增的两个定子1、位于新增的两个定子1之间的新增的一个转子2；若干轴向多级串联组件通过轴承6与原来的两个定子1、原来的一个转子2形成轴向多级串联的结构：定子+转子+定子+定子+转子+定子+……。
如图5所示的定子1+转子2+定子1+定子1+转子2+定子1，这是两个电机轴向二级串联，以此类推，在实施例1的设计基础上可以做到轴向多级串联，近似成倍提高输出转矩的盘式开关磁阻电机。
实施例3
实施例3的盘式开关磁阻电机，在实施例1的盘式开关磁阻电机的定子+转子+定子的双定子结构基础上，定子、转子的结构在径向上布置成多圈同心圆的磁极，以便获得更大的输出转矩。
如图6所示，只要尺寸允许，可以把定子和转子在径向上分别布置成更多圈的磁极，每一圈的磁极的数量都满足构成满足实施例1的盘式开关磁阻电机的力偶的条件。定子上外圈的定子磁极和转子上外圈的转子磁极相对应，而定子上内圈的定子磁极和转子上内圈的转子磁极相对应。
第二圈磁极即内圈磁极的供电与第一圈磁极即外圈磁极可以是同一个供电电源的同一组端子，也可以是不同的供电端子。也即定子1上不同圈上的定子线圈4可以采用同一个电源供电，也可以采用不同的电源供电。如果是同一电源的同一组供电端子，那么不同圈的转子磁极输出的扭矩相位是相同的，如果是不同的供电端子，那么不同圈的转子磁极输出的扭矩相位可以是相同也可以不同，有意义的是输出相位不同时，输出的合成转矩会显著减小转矩波动(这是本发明的重点之一，将在下文详细阐述)。在实施例1的基础上，定子和转子多圈磁极同心圆设置是提高输出转矩的方法之三。
实施例4
实施例3的盘式开关磁阻电机，其多圈磁极时，仍然可以多机串联，形成实施例4的盘式开关磁阻电机，以便获得比仅仅只有多圈磁极更大的输出转矩。多圈磁极的多机串联提高输出转矩的方法之四。
实施例5
以上实施例的盘式开关磁阻电机虽然提高了输出转矩，但是无法克服盘式开关磁阻电机的主要瓶颈之一，也就是转矩波动还是没办法解决。经研究发现，在实施例3的盘式开关磁阻电机上，做进一步发明，多圈同心圆的磁极布置，每圈采用单独的供电端子供电，可以通过供电电源之间存在合理的相位角，来有效地减小合成的输出转矩波动。
实施例3的盘式开关磁阻电机的定子第一圈磁极线圈即外圈磁极线圈，多个定子线圈4以定子1的轴线为圆心均匀的分布在相应定子1面向转子2的一侧上，并围成至少两圈的同心环结构；转子磁极5以转子2的轴线为圆心均匀的分布在转子2中，也围成至少两圈的同心环结构；每个转子磁极5的两端穿透转子2的相对两侧，以便围成的形状能与两侧定子1上的多个定子线圈4围成的形状相对应。可采用图2所示的定子磁极曾举例的循环通电次序A1_A1′、B1_B1′、C1_C1′、A2_A2′、B2_B2′、C2_C2′、……、A8_A8′、B8_B8′、C8_C8′，此时转子输出转矩示意图如图7a所示，在A1磁极通电的瞬间获得最大的转矩，随着转子的旋转，由磁通变化产生的切向力越来越小，转矩＝切向力*力臂长，越来越小当转子磁极与定子磁极转到与转轴共线之时，由磁通产生切向力减小到0,转矩＝0；A1断电，B1通电，以此类推。
实施例3的盘式开关磁阻电机的定子第二圈磁极线圈即内圈磁极线圈，也采用图2所示的定子磁极曾举例的循环通电次序A1_A1′、B1_B1′、C1_C1′、A2_A2′、B2_B2′、C2_C2′、……、A8_A8′、B8_B8′、C8_C8′，此时转子输出转矩示意图如图7b所示。ΔT是是第二圈磁极线圈单独供电时与第一圈磁极线圈供电的相位差，供电相位差，引起转矩相位差。无论第一圈磁极线圈还是第二圈磁极线圈，独立看待时，都是会产生转矩波动的。
因此，在实施例3的盘式开关磁阻电机基础上，精确地控制内圈磁极线圈的通电的初始相位角差ΔT和每相电源的通电时间，可以显著减小转矩波动。磁极的圈数越多，合成转矩越平稳，明显减小产生转矩波动。即同一圈上的定子线圈4采用同一个电源供电，而不同圈上的定子线圈4采用不同的电源供电且其中两圈之间的定子线圈4的供电相位存在一定的初始相位角差ΔT。
实施例3的盘式开关磁阻电机经仿真实验，外圈磁极线圈单独供电时，电机的输出转矩为图7a，内圈磁极线圈单独供电时，电机的输出转矩为图7b，采用实施例5的盘式开关磁阻电机的减少转矩波动的设计方法，即外圈磁极线圈和内圈磁极线圈一起供电时，通过两个供电电源之间存在合理的相位角，有效地减小合成的输出转矩波动，电机的输出转矩为图7c。
实施例6
请再次参阅图5，实施例6的盘式开关磁阻电机在实施例2的盘式开关磁阻电机的多级串联结构基础上，通过定子上不同圈的磁极线圈的供电电源之间存在合理的相位角，有效地减小合成的输出转矩波动。如图6所示，每个轴向多级串联组件包括新增的两个定子1、位于新增的两个定子1之间的新增的一个转子2；若干轴向多级串联组件通过轴承6与原来的两个定子1、原来的一个转子2形成轴向多级串联的结构：定子+转子+定子+定子+转子+定子+……。
实施例6的盘式开关磁阻电机采用多级串联的结构和多圈磁极获得显著减小转矩波动的结构设计，或两者的混合结构设计，可以应用于风力发电机、水轮发电机。此时，转子叶轮的外缘要安装制造供流体能源(风能或水力能)驱动的叶轮，流体能源驱动叶轮转子旋转，叶轮转子上的磁极与定子磁极的磁通周期变化，定子磁极线圈产生周期变化的电流。多机转子的电流合并输出，增加输出电流的幅值，多圈转子的电流在控制器开关器件的处理下可以显著减小合并电流的输出幅值，减小电流波动。
实施例7
盘式开关磁阻电机接线复杂本身就是难以解决的问题，采用本发明设计的盘式开关磁阻电机接线如果还是采用传统的接线方式，势必是雪上加霜。为了更好的把产品推向市场，本发明在盘式开关磁阻电机的接线技术上做了深层次的研究与设计。
实施例7以实施例1的盘式开关磁阻电机基础进行拓展设计，请参阅图9，为了便于看清接线布局，特对线缆等进行了展示，然而在实际应用中，通过在定子上开设走线槽，把线缆埋进去，然后采用涂覆材料抹平，如树脂材料等，因此，一般是看不到线缆走线的。另外，为了便于看清接线端子9的接线，特对接线圈子的直径放大，当然，在实际应用中，是可以根据实际情况的需要，增加或缩小接线圈子的直径。
请结合图10、图11、图12、图13，每个定子1的中心区域共轴安装一个环形接线端子盘。每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排9，每个端子排9的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排9，因而形成一个环形接线端子盘。每个端子排9的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片93，且位于不同层结构上的导电片93相互绝缘。接线端子9可为绝缘材料制成，在本实施例中，呈上下两层的绝缘安装结构。上层绝缘安装结构92和下层绝缘安装结构91相互绝缘，并分别安装有导电片93。
每个端子排9的宽度逐层递减，且每层两端分别有一个导电片93，如图12所示，使相应的端子排9在正面投影上能看到每层两端的导电片93，如图13所示。在正面投影上，同一个端子排9显露的导电片93沿环形接线端子盘的直径方向一字排开。
在同一个环形接线端子盘，以电源的相数为单位依次分割所有端子排9为若干组，使电源的每一相连接每组端子排9组的其中一个端子排9。环形接线端子盘在接线时，电源的每一相采用一进一出两条总线的方式供电，每一相的两条总线在环形接线端子盘的内侧以星型接线的方法与定子线圈4接线连接，所有构成该相的力偶对的定子线圈4并联到该相的总线上。如在本实施例中，A、B、C三相则共有总线：A+、A-，B+、B-，C+、C-。实施例1的盘式开关磁阻电机，定子磁极数为48，转子磁极数为32，图12的环形端子座共48×2＝96个接线端子，96根线。该接线端子9从驱动器输入A、B、C三相，如图14的A相的接线示意图，每个相的两条总线在环形接线端子盘的内侧沿线布局而大致呈多个同心环形状，每相2根总线，一线出驱动器，另一线回驱器，需要与A相电性连接的定子线圈4均以并联的形式接入。根据A相的接线方式，施加在B相和C相上，得到的等效电路图如图15所示，每个定子线圈4均并联在相应的电源相下。这样，即便其中一个定子线圈4出问题，也不会影响其他定子线圈4的通断，而且图14的环形接线方式可以大大形成有效的走线规则，方便后续维修，也可以简化走线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种盘式开关磁阻电机，其包括两个定子(1)、位于两个定子(1)之间的转子(2)、将两个定子(1)和转子(2)共轴连接的轴承(6)；在每个定子(1)上安装有多个定子线圈(4)，每个定子线圈(4)上安装一个定子磁极(3)，在转子(2)上安装有多个转子磁极(5)；其特征在于：
多个定子线圈(4)以定子(1)的轴线为圆心均匀的分布在相应定子(1)面向转子(2)的一侧上，并围成至少一圈的同心环结构；转子磁极(5)以转子(2)的轴线为圆心均匀的分布在转子(2)中，也围成至少一圈的同心环结构；每个转子磁极(5)的两端穿透转子(2)的相对两侧，以便围成的形状能与两侧定子(1)上的多个定子线圈(4)围成的形状相对应；
该盘式开关磁阻电机还包括多个环形接线端子盘，每个定子(1)的中心区域共轴安装一个环形接线端子盘；每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排(9)，每个端子排(9)的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排(9)，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排(9)的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片(93)，且位于不同层结构上的导电片(93)相互绝缘；
每个端子排(9)的宽度逐层递减，且每层两端分别有一个导电片(93)，使相应的端子排(9)在正面投影上能看到每层两端的导电片(93)；
在正面投影上，同一个端子排(9)显露的导电片(93)沿环形接线端子盘的直径方向一字排开；
在同一个环形接线端子盘，以电源的相数为单位依次分割所有端子排(9)为若干组，使电源的每一相连接每组端子排(9)组的其中一个端子排(9)；
环形接线端子盘在接线时，电源的每一相采用一进一出两条总线的方式供电，每一相的两条总线在环形接线端子盘的内侧以星型接线的方法与相应的定子线圈接线连接，使所有构成该相的力偶对的定子线圈并联到该相的总线上。
2.如权利要求1所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于：以由外圈至内圈的顺序，定子(1)上的第x圈上的定子磁极数和转子(2)上的第x圈上的转子磁极数满足以下关系：一，Sx＝(Tx/W)×j，其中，Sx为转子(2)上的第x圈上的转子磁极数，Tx为定子(1)上的第x圈上的定子磁极数且为偶数，W为电源相数，j为正整数；二，保证转子(2)上的第x圈上的转子磁极数<定子(1)上的第x圈上的定子磁极数。
3.如权利要求1所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于：同一圈上的定子线圈(4)采用同一个电源供电，而不同圈上的定子线圈(4)采用不同的电源供电且其中两圈之间的定子线圈(4)的供电相位存在一定的初始相位角差ΔT。
4.如权利要求1所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于：位于同一圈上的这些定子线圈(4)依次以W个数量为一组，分成Tx/W组定子线圈组，每组定子线圈组分别依次接电源的不同相；这些定子线圈(4)沿定子(1)的一条直径呈中心对称分布，同一直径上的两个定子磁极(3)形成共直径磁极作为驱动相应转子(1)旋转的一对力偶；要使该盘式开关磁阻电机产生(Tx/W)/2对力偶，位于同一圈上的这些定子线圈(4)的通电循环顺序为：Ai_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′、……，其中，A、B、C、……分别代表电源的具体电源相，i为1,2，……，(Tx/W)/2。
5.如权利要求1所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于：盘式开关磁阻电机还包括若干轴向多级串联组件，每个轴向多级串联组件包括新增的两个定子(1)、位于新增的两个定子(1)之间的新增的一个转子(2)；若干轴向多级串联组件通过轴承(6)与原来的两个定子(1)、原来的一个转子(2)形成轴向多级串联的结构：定子+转子+定子+定子+转子+定子+……。
6.一种盘式开关磁阻电机的环形接线端子盘的设计方法，其特征在于：该盘式开关磁阻电机为如权利要求1至5中任意一项所述的盘式开关磁阻电机；该环形接线端子盘的设计方法为：每个定子(1)的中心区域共轴安装一个环形接线端子盘；每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排(9)，每个端子排(9)的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排(9)，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排(9)的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片(93)，且位于不同层结构上的导电片(93)相互绝缘。
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