CN107171459A - 各相凸极集中布置的定子铁芯及各相凸极集中布置的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了各相凸极集中布置的定子铁芯及各相凸极集中布置的电机，属于电机领域。所述定子铁芯的凸极分q相n组布置，每组每相有z个凸极且z个凸极相邻集中布置，其中q、n、z均为自然数，且q≥2，z≥2；所述凸极在定子铁芯的圆周方向上的布置顺序为第1组凸极、第2组凸极、…、第n组凸极，每组内的凸极的布置顺序为第1相凸极、第2相凸极、…、第q相凸极。所述电机为采用了上述各相凸极集中布置的定子铁芯的电机。本发明通过将定子铁芯中每一相的凸极集中布置，能够简化分相接线工作以及减少相间互感。

Description

各相凸极集中布置的定子铁芯及各相凸极集中布置的电机
【技术领域】
本发明涉及电机领域，尤其涉及各相凸极集中布置的定子铁芯及各相凸极集中布置的电机。
【背景技术】
现有的电机各相凸极都是交错布置的，即任一相的一对磁极线圈必然与另一相的一对磁极线圈相交，现有的电机设计理论还没有关于各相凸极集中布置的设计。对于永磁电机或开关磁阻电机，交错布置的磁极线圈都会导致分相接线工作较为复杂。特别是对于开关磁阻电机，各相凸极交错布置，轭部为公共磁路，单相通电时，相间互感较弱，此时磁链较为简单，控制计算也相对容易，当换相时两相存在重叠工作区域，两相需要共用轭部磁路并交换使用凸极磁路，此时便产生比较严重的相间互感，导致磁场极度复杂难以准确计算，进而导致控制策略复杂。因此，能不能设计一种各相凸极集中布置的电机，是现有电机急需解决的技术问题。
【发明内容】
为了改进现有技术的不足，本发明的目的是提供一种各相凸极集中布置的定子铁芯及一种各相凸极集中布置的电机，该电机通过凸极集中布置能够简化分相接线工作以及减少相间互感。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种各相凸极集中布置的定子铁芯，该定子铁芯的凸极分q相n组布置，每组每相有z个凸极且z个凸极相邻集中布置，其中q、n、z均为自然数，且q≥2，z≥2；所述凸极在定子铁芯的圆周方向上的布置顺序为第1组凸极、第2组凸极、…、第n组凸极，每组内的凸极的布置顺序为第1相凸极、第2相凸极、…、第q相凸极。
如将上述定子铁芯应用于相数为q，转子铁芯凸极数为y的开关磁阻电机中，则优选地，转子铁芯凸极数y为y＝n(qz+1)，相数q≥3，且更优选地，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。
如将上述定子铁芯应用于相数为q，转子铁芯磁极数为y的永磁电机，则优选地，转子铁芯磁极数y为y＝n(qz+1)且y取偶数，且更优选地，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。
优选地，上述定子铁芯中，凸极的分组数n为偶数，目的使各相作用转矩对称。
优选地，上述定子铁芯中，每组每相的凸极数z＝2个，目的使各相绕组绕制极数较少较简单。
本发明还保护使用上述定子铁芯作为主要组成部分的电机，电机的种类可以为开关磁阻电机或永磁电机，所述电机包括定子铁芯、转子铁芯和绕组，所述定子铁芯为各相凸极集中布置的定子铁芯，所述定子铁芯的凸极分q相n组布置，每组每相有z个凸极且z个凸极相邻集中布置，其中q、n、z均为自然数，且q≥2，z≥2；所述凸极在定子铁芯的圆周方向上的布置顺序为第1组凸极、第2组凸极、…、第n组凸极，每组内的凸极的布置顺序为第1相凸极、第2相凸极、…、第q相凸极；所述绕组分别集中绕装在定子铁芯每组每相凸极上。
当上述电机为开关磁阻电机时，假设转子铁芯凸极数为y，则y＝n(qz+1)，q≥3，且优选地，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。
当上述电机为永磁电机时，假设转子铁芯磁极数为y，则y＝n(qz+1)且y取偶数，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。
当上述电机为永磁电机时，所述定子铁芯是一个圆形的整体，即与普通的定子铁芯类似，相与相之间都具有公共轭部。也可以由n×q个独立的单相模块围成圆形组成，相与相之间没有公共轭部。
本发明的原理是：通过将每一相的凸极集中布置，各相线圈就能集中布置在各相凸极上，相与相之间线圈不用交错，从而能够简化分相接线工作。特别是开关磁阻电机，各相凸极集中布置，两相通电时，各相使用的是各相自身的凸极磁路，故能够显著减少相间互感。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明公开了一种各相凸极集中布置的定子铁芯及各相凸极集中布置的电机，其能简化分相接线工作，特别是对开关磁阻电机能减少相间互感，同时开辟了一种新的电机设计理论。
【附图说明】
图1是本发明中的各相凸极集中布置的定子铁芯的一种结构示意图。
图2是本发明的各相凸极集中布置的开关磁阻电机的一种结构示意图。
图3是本发明的各相凸极集中布置的永磁电机的一种结构示意图。
图4是本发明的各相凸极集中布置的永磁电机的另一种结构示意图。
图中标记的含义是：10-各相凸极集中布置的定子铁芯，11-第1相凸极，12-第2相凸极，13-第3相凸极，20-转子铁芯，30-绕组。
【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，以下通过具体实施例并结合附图1-4，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。
为了简化电机的分相接线工作以及减少相与相之间的相间互感，本发明提供了一种各相凸极集中布置的定子铁芯，其设计的基本原则为：将定子铁芯的凸极分q相n组布置，每组每相有z个凸极且z个凸极相邻集中布置，其中q、n、z均为自然数，且相数q≥2，每组每相凸极数z≥2；所有的凸极在定子铁芯的圆周方向上的布置顺序为第1组凸极、第2组凸极、…、第n组凸极，每组内的凸极的布置顺序为第1相凸极、第2相凸极、…、第q相凸极。
见图1，示出的是相数q为3，分组数n为2，每组每相凸极数z为2时，定子铁芯的结构示意图。其布置的顺序为沿逆时针方向依次为第一组第1相凸极11(该相2个凸极相邻集中布置)、第一组第2相凸极12(该相2个凸极相邻集中布置)、第一组第3相凸极13(该相2个凸极相邻集中布置)；第二组第1相凸极11(该相2个凸极相邻集中布置)、第二组第2相凸极12(该相2个凸极相邻集中布置)、第二组第3相凸极13(该相2个凸极相邻集中布置)。
如将上述定子铁芯应用于相数为q，转子铁芯凸极数为y的开关磁阻电机中，则优选地，转子铁芯凸极数y为y＝n(qz+1)，相数q≥3，且更优选地，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。当然，这是对于A和B的最优化的取值，本领域技术人员可以根据计算所得作微小的改动。
如将上述定子铁芯应用于相数为q，转子铁芯磁极数为y的永磁电机，则优选地，转子铁芯磁极数y为y＝n(qz+1)且y取偶数，且更优选地，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。同样，这也是对于A和B的最优化的取值，本领域技术人员可以根据计算所得作微小的改动。
本发明的各相凸极集中布置的定子铁芯可应用于开关磁阻电机中，该电机包括定子铁芯、转子铁芯和绕组，定子铁芯的凸极分q相n组布置，每组每相有z个凸极且z个凸极相邻集中布置，其中q、n、z均为自然数，且q≥3，z≥2；所有凸极在定子铁芯的圆周方向上的布置顺序为第1组凸极、第2组凸极、…、第n组凸极，每组内的凸极的布置顺序为第1相凸极、第2相凸极、…、第q相凸极；绕组分别集中绕装在每组每相凸极上。假设转子铁芯凸极数为y，则y＝n(qz+1)，q≥3，且每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。采用本发明的技术方案，各参数取值不同时，该磁阻电机部分实例设计参数参考表格1-2，本领域技术人员可以根据相关参数设计制作不同的磁阻电机。
表1
相数q 3 3 3 3 3 4 4 …
每组各相凸极数z 2 2 2 3 3 2 2 …
分组数n 1 2 3 1 2 1 2 …
转子凸极数y＝n(qz+1) 7 14 21 10 20 9 18 …
相邻凸极夹角A＝360/y 51.4 25.7 17.1 36.0 18.0 40.0 20.0 …
相间机械角B＝360/nq 120.0 60.0 40.0 120.0 60.0 90.0 45.0 …
表2
相数q 3 3 3 4 4 5 5 …
每组各相凸极数z 2 2 2 2 2 2 2 …
分组数n，n为偶数 2 4 6 2 4 2 4 …
转子凸极数y＝n(qz+1) 14 28 42 18 36 22 44 …
相邻凸极夹角A＝360/y 25.7 12.9 8.6 20.0 10.0 16.4 8.2 …
相间机械角B＝360/nq 60.0 30.0 20.0 45.0 22.5 36.0 18.0 …
见图2，示出的是相数q为3，定子铁芯10的凸极分组数n为2，每组每相凸极数z为2；转子铁芯20凸极数y为14时，磁阻电机的结构示意图，绕组30分别集中绕装在定子铁芯10每组每相的凸极上。其中，定子铁芯10的凸极结构与图1所示的相同，每组每相内的两个凸极之间的夹角A均为25.7°，相邻两相之间的相间机械角B均为60°。
本发明的各相凸极集中布置的定子铁芯可应用于永磁电机中，该电机包括定子铁芯、转子铁芯和绕组，定子铁芯的凸极分q相n组布置，每组每相有z个凸极且z个凸极相邻集中布置，其中q、n、z均为自然数，且q≥2，z≥2；所有凸极在定子铁芯的圆周方向上的布置顺序为第1组凸极、第2组凸极、…、第n组凸极，每组内的凸极的布置顺序为第1相凸极、第2相凸极、…、第q相凸极；绕组分别集中绕装在每组每相凸极上。假设转子铁芯磁极数为y，则y＝n(qz+1)且y取偶数，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。采用本发明的技术方案，各参数取值不同时，该磁阻电机部分实例设计参数参考表格3，本领域技术人员可以根据相关参数设计制作不同的永磁电机。
表3
相数q 2 2 3 3 4 …
每组各相凸极数z 2 3 2 3 2 …
分组数n 2 2 2 1 2 …
转子磁极数y＝n(qz+1)，y为偶数 10 14 14 10 18 …
相邻凸极夹角A＝360/y 36 25.7 25.7 36.0 20.0 …
相间机械角B＝360/nq 90.0 90.0 60 120.0 45.0 …
见图3，示出的是相数q为3，定子铁芯10的凸极分组数n为2，每组每相凸极数z为2；转子铁芯20磁极数y为14时，永磁电机的结构示意图，绕组30分别集中绕装在定子铁芯10每组每相的凸极上。其中，定子铁芯10的凸极结构与图1所示的相同，每组每相内的两个凸极之间的夹角A均为25.7°，相邻两相之间的相间机械角B均为60°。
以上示出的定子铁芯均为圆形整体的情况，即相与相之间、凸极与凸极之间均具有公共轭部。在永磁电机中，还可以采用由n×q个独立的单相模块围绕组成，即相与相之间没有公共轭部的定子铁芯10，其结构可以参考图4，图中由2个凸极通过轭部连接的单独的模块即为单相模块，该永磁电机的定子铁芯10，共有6个单相模块分3相2组在圆周方向上按序布置，转子铁芯20磁极数为14个，绕组30集中绕装在单相模块的凸极上，实际生产电机的时候，可以在电机机壳的圆周方向上开设若干个容纳单相模块的凹槽，将单相模块固定在凹槽中即可。
本发明通过将每一相的凸极集中布置，各相线圈就能集中布置在各相凸极上，相与相之间线圈不用交错，从而能够简化分相接线工作。特别是开关磁阻电机，各相凸极集中布置，两相通电时，各相使用的是各相自身的凸极磁路，故能够显著减少相间互感。
以上所述仅是本发明优选的实施方式的描述，应当指出由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本领域普通的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种各相凸极集中布置的定子铁芯，其特征在于：所述定子铁芯的凸极分q相n组布置，每组每相有z个凸极且z个凸极相邻集中布置，其中q、n、z均为自然数，且q≥2，z≥2；所述凸极在定子铁芯的圆周方向上的布置顺序为第1组凸极、第2组凸极、…、第n组凸极，每组内的凸极的布置顺序为第1相凸极、第2相凸极、…、第q相凸极。
2.根据权利要求1所述的各相凸极集中布置的定子铁芯，其特征在于：所述定子铁芯应用于相数为q，转子铁芯凸极数为y的开关磁阻电机，其中，y＝n(qz+1)，q≥3，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。
3.根据权利要求1所述的各相凸极集中布置的定子铁芯，其特征在于：所述定子铁芯应用于相数为q，转子铁芯磁极数为y的永磁电机，其中，y＝n(qz+1)且y取偶数，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。
4.根据权利要求3所述的各相凸极集中布置的定子铁芯，其特征在于：所述定子铁芯是由n×q个独立的单相模块组成，即相与相之间没有公共轭部。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的各相凸极集中布置的定子铁芯，其特征在于：n为偶数。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的各相凸极集中布置的定子铁芯，其特征在于：所述每组每相的凸极数z＝2个。
7.一种电机，其为开关磁阻电机或永磁电机，包括定子铁芯、转子铁芯和绕组，其特征在于，所述定子铁芯为各相凸极集中布置的定子铁芯，所述定子铁芯的凸极分q相n组布置，每组每相有z个凸极且z个凸极相邻集中布置，其中q、n、z均为自然数，且q≥2，z≥2；所述凸极在定子铁芯的圆周方向上的布置顺序为第1组凸极、第2组凸极、…、第n组凸极，每组内的凸极的布置顺序为第1相凸极、第2相凸极、…、第q相凸极；所述绕组分别集中绕装在所述定子铁芯每组每相的凸极上。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于：所述电机为开关磁阻电机，所述转子铁芯凸极数为y，其中，y＝n(qz+1)，q≥3，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。
9.根据权利要求7所述的电机，其特征在于：所述电机为永磁电机，所述转子铁芯磁极数为y，其中，y＝n(qz+1)且y取偶数，每组每相中相邻的凸极之间的夹角均为A＝360/y，相邻相相间机械角为B＝360/nq。
10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于：所述定子铁芯为n×q个独立的单相模块组成，即相与相之间没有公共轭部。
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