CN107546946B - 一种m相定子绕组开关磁阻电机及驱动方法、变极方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种m相环形绕组开关磁阻电机及驱动方法、变极方法。m相环形绕组开关磁阻电机包括定子和转子、驱动单元；驱动方法通过控制驱动单元上的开关管的开通以及电机上线圈的通电顺序实现电机的正转或反转；变极方法，当有n个相连的驱动单元同时通正向或反向电流时，电机磁路为2km/n极，其中n为正整数，2km/n为正整数。本发明的有益效果为：定子绕组分别由驱动单元控制通电顺序与通电时间，通过本申请控制方法，实现该电机的变极调速。相比于传统电机对比，省去了传统的主副绕组的结构，且绕组引出线少，具有小体积、高效率、易于控制且可调节多种转速的优点。

Description

一种m相定子绕组开关磁阻电机及驱动方法、变极方法
技术领域
本发明涉及驱动电机设计、使用技术领域，尤其涉及一种m相环形绕组开关磁阻电机及驱动方法、变极方法。
背景技术
开关磁阻电机作为一种高效节能的电机，其前景应用也一直被人们所看好。对于传统的开关磁阻电机，其定子在周向均匀分布凸极，在凸极上绕制绕组，其相邻凸极所形成的槽口宽度很大，槽内导体易滑出，不安全。绕组采用集中卷结构，在绕制过程中，要预留绕制机构的空间，造成槽满率较低，电机性能下降，电机体积也较大。同时，简单易行的变极调速方式对电机的应用和发展有着重要意义，对于一般的感应电机，其变极调速需要改变定子各相绕组的接线，或使用两套独立绕组，而此种结构的电机的铁心和外形尺寸，一般要比同容量的普通感应电机大，且出线端较多，并需要装设换接开关，加大了控制复杂性。
发明内容
本发明旨在提供一种m相定子绕组开关磁阻电机。
本发明还提供了一种m相定子绕组开关磁阻电机的驱动方法。
本发明还提供了一种m相定子绕组开关磁阻电机的变极方法。
本发明的技术方案是以下述方法实现的：
一种m相定子绕组开关磁阻电机，包括定子和转子，还包括驱动单元，所述定子包括定子铁心和定子绕组，转子设置在定子的内部；定子铁心的内表面均匀开有2km个线圈槽；定子绕组由2km个线圈组成，分别绕设在所述定子的定子轭部上，每个所述线圈的第一圈边设置在一个线圈槽内，第二圈边设置在与该线圈槽位于同一径向上的定子轭的外部；每个线圈的引出线分别与一个驱动单元的输出端相连，所述驱动单元可提供正向或反向电流，为所述定子绕组的每个线圈单独供电，
其中
m为电机相数，
m为大于等于3的整数，
k为正整数。
优选的，作为上述技术方案的改进，每个驱动单元由四只开关管和直流电源组成；直流电源与四个开关管相连共同组成“H”桥结构，线圈一端引出线与上桥臂两个开关管S1、S2相连，另一端引出线与下桥臂两个开关管S3、S4相连。
本申请提供了一种m相环形绕组开关磁阻电机驱动方法，电机顺时针转动的驱动步骤如下：
A1：将S3、S4两只开关管同时开通，给、/>、/>……/>相绕组分别通正向电流，给/>、/>、/>……/>绕组分别通反向电流，定子中产生磁场，并通过定子齿进入转子；
A2：给、/>……/>绕组分别通正向电流，/>、/>……/>绕组分别通反向电流，定子中的磁场从右侧相邻定子齿中通过进入转子；
A3：给、/>……/>绕组分别通正向电流，/>、/>……/>绕组分别通反向电流，定子中的磁场从右侧相邻定子齿中通过流入转子；
电机逆时针转动的驱动步骤如下：
A4：将S1、S4两只开关管同时导通，给、/>、/>……/>绕组分别通反向电流，给、/>、/>……/>绕组分别通正向电流，定子中产生磁场，并从定子齿中通过进入转子；
A5：给、/>……/>绕组分别通反向电流，/>、/>……/>绕组分别通正向电流，定子中的磁场从左侧相邻定子齿中通过进入转子；
A6：给、/>……/>绕组分别通反向电流，/>、/>……/>绕组分别通正向电流，定子中的磁场从左侧相邻定子齿中通过流入转子。
本申请还提供了一种m相环形绕组开关磁阻电机变极方法，当有n个相连的驱动单元同时通正向或反向电流时，电机磁路为2km/n极，其中n为正整数，2km/n为正整数。
本发明的有益效果为：1、电机定子绕组的绕制空间大，槽满率高，电机性能高，电机体积小，装配简单；并且出线端少，控制简单。
2、驱动方式简单易行。
3、变极调节简单，能满足不同使用需求。
定子绕组分别由驱动单元控制通电顺序与通电时间，通过本申请控制方法，实现该电机的变极调速。相比于传统电机对比，省去了传统的主副绕组的结构，且绕组引出线少，具有小体积、高效率、易于控制且可调节多种转速的优点。
附图说明
图1为三维整体结构示意图。
图2为图1的平面示意图。
图3为驱动单元电路图。
图4为实施例3的一种变极通电方式示意图。
图5为实施例3的另一种变极通电方式示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1图2图3一种三相定子绕组开关磁阻电机，包括定子1和转子2，还包括驱动单元，所述定子1包括定子铁心1-1和定子绕组，转子2设置在定子1的内部；定子铁心1-1的内表面均匀开有6个线圈槽1-4；定子绕组由6个线圈1-2组成，分别绕设在所述定子1的定子轭部1-3上，每个所述线圈1-2的第一圈边设置在一个线圈槽1-4内，第二圈边设置在与该线圈槽1-4位于同一径向上的定子轭1-3的外部；每个线圈1-2的引出线分别与一个驱动单元的输出端相连，所述驱动单元可提供正向或反向电流，为所述定子绕组的每个线圈1-2单独供电。
每个驱动单元由四只开关管S1、S2、S3、S4和直流电源组成；直流电源与四个开关管相连共同组成“H”桥结构，线圈一端引出线与上桥臂两个开关管S1、S2相连，另一端引出线与下桥臂两个开关管S3、S4相连。
所述定子铁心1-1由形状一致的开有齿槽的硅钢片沿轴向叠压而成，采用凸极结构，若干齿沿圆周均匀分布，其齿数可根据应用场合需求调整，所示线圈1-2填压在线圈槽1-4中。所述定子绕组通三相交流电后，依据“最小磁阻”原理，即磁通总是沿磁阻最小（磁导最大）的路径闭合，使电机旋转运动。
实施例2
如图1-3所示的一种三相环形绕组开关磁阻电机驱动方法，以三相6/4机构为例，
电机顺时针转动驱动步骤如下：
A1：将S2、S3开关管同时导通，给a1、b1、c1绕组分别通正向电流，给a2、b2、c2绕组分别通反向电流，定子中产生磁场，并从定子齿101中通过进入转子。
A2：给b1、c1、a2绕组分别通正向电流，b2、c2、a1绕组分别通反向电流，定子中的磁场从定子齿102中通过进入转子。
A3：给c1、a2、b2绕组分别通正向电流，c2、a1、b1绕组分别通反向电流，定子中的磁场从定子齿103中通过流入转子。
电机逆时针转动驱动步骤如下：
A4：将S1、S4开关管同时导通，给a1、b1、c1绕组分别通反向电流，给a2、b2、c2绕组分别通正向电流，定子中产生磁场，并从定子齿106中通过进入转子。
A5：给b1、c1、a2绕组分别通反向电流，b2、c2、a1绕组分别通正向电流，定子中的磁场从定子齿105中通过进入转子。
A6：给c1、a2、b2绕组分别通反向电流，c2、a1、b1绕组分别通正向电流，定子中的磁场从定子齿104中通过流入转子。
实施例3
一种m相环形绕组开关磁阻电机变极方法，当有n个相连的驱动单元同时通正向或反向电流时，电机磁路为2km/n极，其中n为正整数，2km/n为正整数。
以12相环形绕组开关磁阻电机为例：如图4所示，当有6个相连的驱动单元同时通正向电流时，电机磁路为两极；
如图5所示，当有3个相连的驱动单元同时通正向或反向电流时，电机为4极；以此规律，可实现电机极数的改变。

Claims (2)

1.一种m相定子绕组开关磁阻电机驱动方法，其特征在于：m相定子绕组开关磁阻电机，包括定子和转子，还包括驱动单元，所述定子包括定子铁芯和定子绕组；所述定子铁芯内表面均匀开设有2km个线圈槽，所述定子绕组由2km个线圈组成，各线圈分别卷绕在定子轭部上，每个线圈的第一圈边放置在线圈槽内，第二圈边放置在与放置第一圈边线圈槽位于同一径向位置的定子铁芯外部；所述转子设置在定子的内部；每个线圈的引出线分别与一个驱动单元的输出端相连，所述驱动单元可为每个线圈单独地提供正向或反向电流；每个驱动单元由直流电源和四只开关管组成，直流电源与四只开关管组成“H”桥结构，各线圈一端引出线与“H”桥结构的上桥臂两个开关管S1、S2相连，另一端引出线与“H”桥结构的下桥臂两个开关管S3、S4相连；
电机顺时针转动的驱动步骤如下：
A1：将S2、S3两只开关管同时开通，给1k、2k、3k、……mk相绕组分别通正向电流，给12k、22k、32k、……m2k绕组分别通反向电流，定子中产生磁场，并通过定子齿进入转子；
A2:给2k、3k、……mk、12k绕组分别通正向电流，22k、32k、……m2k、1k绕组分别通反向电流，定子中的磁场从右侧相邻定子齿中通过进入转子；
A3:给3k、4k……12k、22k绕组分别通正向电流，32k、42k……1k、2k绕组分别通反向电流，定子中的磁场从右侧相邻定子齿中通过流入转子；
电机逆时针转动的驱动步骤如下:
A4:将S1、S4两只开关管同时导通，给1k、2k、3k、……mk绕组分别通反向电流，给12k、22k、32k、……m2k绕组分别通正向电流，定子中产生磁场，并从定子齿中通过进入转子；
A5:给2k、3k、……mk、12k绕组分别通反向电流，22k、32k、……m2k、1k绕组分别通正向电流，定子中的磁场从左侧相邻定子齿中通过进入转子；
A6:给3k、4k……12k、22k绕组分别通反向电流，32k、42k……1k、2k绕组分别通正向电流，定子中的磁场从左侧相邻定子齿中通过流入转子；
其中
m为电机相数，大于或者等于3的整数，
k为正整数。
2.一种m相定子绕组开关磁阻电机变极方法，其特征在于：当有n个相连的驱动单元同时通正向或反向电流时，电机磁路为2km/n极，其中n为正整数，2km/n为正整数。
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