CN108028583B - 具有偶数极-相指数的开关磁阻电机 - Google Patents

具有偶数极-相指数的开关磁阻电机 Download PDF

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CN108028583B CN201680027935.6A CN201680027935A CN108028583B CN 108028583 B CN108028583 B CN 108028583B CN 201680027935 A CN201680027935 A CN 201680027935A CN 108028583 B CN108028583 B CN 108028583B
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Abstract

本文描述了用于开关磁阻电机配置的各种实施方式。在至少一个实施方式中，根据本文的教导配置的开关磁阻电机包括定子，其包括预定数量的凸起的定子极(Ns)，相对于定子可转动地安装的转子，转子包括多个凸起的转子极，以及围绕预定数量的定子极设置以形成开关磁阻电机的至少一个相的多个线圈，其中转子极和定子极对称布置，并且转子极的数量与Ns和相的数量有关，根据：i)
Figure DDA0001467375090000011
对于奇数数量的相，以及ii)
Figure DDA0001467375090000012
对于偶数数量的相，其中m是相的数量，以及k是基于Ns和m的配置指数。

Description

具有偶数极-相指数的开关磁阻电机
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年5月15日提交的第62/161,905号美国临时专利申请的优先权，该申请的内容通过引用并入本文中。
技术领域
所描述的实施方式一般涉及开关磁阻电机，并且具体地涉及开关磁阻电机以及制造具有偶数个定子极每相的开关磁阻电机的方法。
技术背景
电机已经在范围广泛的工业被应用为电动机和发电机达一个多世纪。磁阻电机是这样的电机，其中，转矩由机器的可移动部件移动到励磁的绕组的电感最大化位置的趋势产生。开关磁阻电机是一种磁阻电机，在该磁阻电机中根据机器的可移动部件的位置给绕组通电。
常规的开关磁阻电机通常具有围绕每个定子极的集中绕组以产生电磁场。通常，在开关磁阻电机中，取决于在每相中的极的数量，围绕定子极的绕组串联或并联连接以产生相绕组。当相通电时，由线圈绕组产生的通量闭合其通过转子的路径，以及最近的转子极转动以与定子极对准。由于双重凸起，即围绕定子和转子两者的凸极，当转子极向定子极移动时，气隙长度，以及，因此，存储的能量改变。
然而，常规的开关磁阻电机常常遭受高转矩波动、低扭矩密度、振动和声学噪声。
发明内容
一方面，本文所描述的至少一个实施方式提供了开关磁阻电机，包括：至少一个定子，其包括预定数量的定子极，其中每个定子极是凸极；至少一个转子，其相对于所述定子可转动地安装，所述至少一个转子包括多个转子极，其中所述多个转子极是凸极；以及多个线圈，其围绕所述预定数量的定子极设置以形成所述开关磁阻电机的至少一个相，所述多个线圈适于承载电流以产生磁通量，其中所述多个转子极和所述预定数量的定子极对称地布置，以及其中转子极的数量与所述定子极的预定数量和相的数量相关，根据：
Figure BDA0001467375070000021
如果相的数量是奇数，和
Figure BDA0001467375070000022
如果相的数量是偶数，
其中Ns是定子极的预定数量，m是相的数量，以及k是基于定子极的预定数量和相的数量的配置指数。
在一方面，本文所描述的至少一个实施方式，提供了用于制造具有转子极数量和定子极数量的开关磁阻电机的方法，该方法包括：确定相的数量；根据下式确定所述转子极的数量，所述定子极的数量和相的数量，
Figure BDA0001467375070000023
如果相的数量是奇数，和
Figure BDA0001467375070000024
如果相的数量是偶数，
其中Ns是定子极的预定数量，m是相的数量，以及k是基于定子极的预定数量和相的数量的配置指数；设置具有所述预定数量的定子极的定子，其中每个定子极是凸起的定子极并且所述预定数量的定子极对称布置；相对于所述定子可转动地安装转子，所述转子包括与所述转子极的数量对应的多个转子极，其中所述多个转子极是凸极并且所述多个转子极对称布置；以及围绕所述预定数量的定子极缠绕多个线圈以形成所述开关磁阻电机的至少一个相，所述多个线圈适于承载电流以产生磁通量，所述至少一个相包括所述数量的相。
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，开关磁阻电机的极-相指数是偶数，所述极-相指数是所述定子极的预定数量与所述相的数量的比。
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为3且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000031
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为3且所述极-相指数为4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000032
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为3且所述极-相指数大于或等于6，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000033
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为4且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000034
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为4且所述极-相指数为4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000035
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为4且所述极-相指数大于或等于6，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000036
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为5且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000041
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为5且所述极-相指数为4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000042
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为5且所述极-相指数为大于或等于6，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000043
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为6且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000044
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为6且所述极-相指数为4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000045
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为6且所述极-相指数大于或等于6，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000046
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为7且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000051
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为7且所述极-相指数大于或等于4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000052
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为8且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000053
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为8且所述极-相指数为大于或等于4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000054
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为9且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000055
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为9且所述极-相指数大于或等于4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000056
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，如果所述相的数量为大于或等于10，则所述配置指数根据下式确定：
Figure BDA0001467375070000064
如果相的数量是偶数，和
Figure BDA0001467375070000061
如果相的数量是奇数。
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，所述预定数量的定子极和所述多个转子极使用软磁材料制造。
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，预定数量的定子极和多个转子极布置成选自组的配置，该组由内部转子配置、外部转子配置、轴向通量配置、线性配置、多转子配置和多定子配置组成。
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，定子极的预定数量被选为偶数，并且预定数量的定子极彼此等距以提供对称的布置。
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，转子极彼此等距以提供对称的布置。
在开关磁阻电机和/或制造开关磁阻电机的方法的各种实施方式中，预定数量的定子极中的每个定子极具有根据下式确定的电位置：
Ns_elect＝mod((Ns_mech-Nr_mech)Nr+180°，360)
其中Ns_elect是定子极的电位置，Ns_mech是定子极的机械位置，以及Nr_mech是转子极的机械位置，
其中每个定子极的机械位置根据θs[p]＝Tps(p-1)确定，其中
Figure BDA0001467375070000062
以及p＝1，2，...，Ns，其中θs[p]是每个定子极的机械位置，以及
其中每个转子极的机械位置根据θr[t]＝Tpr(t-1)确定，其中
Figure BDA0001467375070000063
以及t＝1，2，...，Nr，其中θr[t]是每个转子极的机械位置。
从以下结合附图的详细描述中，本申请的其它特征和优点将变得显而易见。然而，应当理解，详细描述和具体实施例尽管指示本申请的优选实施方式，但仅以说明的方式给出，因为从该详细描述中，在本申请的精神和范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
为了更好地理解本文描述的各种实施方式，并且为了更清楚地展示这些各种实施方式可以被如何的实施，将通过示例的方式参考附图，附图示出至少一个示例性实施方式并且现将简要描述。
图1A示出了根据示例性实施方式的常规的6/4开关磁阻电极。
图1B示出了根据示例性实施方式的常规的8/6开关磁阻电机。
图2示出了根据示例性实施方式的三相6/8开关磁阻电机。
图3示出了根据示例性实施方式的四相8/14开关磁阻电机。
图4示出了根据示例性实施方式的五相10/18开关磁阻电机。
图5示出了根据示例性实施方式的三相6/16开关磁阻电机。
图6示出了根据示例性实施方式的四相8/18开关磁阻电机。
图7示出了根据示例性实施方式的五相10/14开关磁阻电机。
图8示出了根据示例性实施方式的五相10/16开关磁阻电机。
图9示出了根据示例性实施方式的八相16/18开关磁阻电机。
图10示出了根据示例性实施方式的八相16/22开关磁阻电机。
提供附图的目的是为了说明本文所描述的示例性实施方式的各个方面和特征。为了说明的简要和清楚，图中所述的元件并未必要地按比例绘制。此外，在认为适当的位置，参考数字可以在图中重复以表示相应的或类似的元件。
详细说明
下面将要描述各种装置或过程以提供所要求保护的主题的至少一个实施方式的示例。下面描述的实施方式没有限制任何所要求保护的主题，并且任何所要求保护的主题可以涵盖与下面描述的这些不同的过程、装置、设备或系统。所要求保护的主题不限于，具有以下描述的任何一个装置、设备、系统或过程的所有特征的装置、设备、系统或过程，或者下面所描述的多个或所有装置、设备、系统或处理所共有的特征。下面描述的装置、设备、系统或过程可能不是任何所要求保护的主题的实施方式。在本文件中未要求保护的下文描述的装置、设备、系统或过程中公开的任何主题可以是另一种保护工具的主题，例如继续专利申请，并且申请人、发明人或所有人不意欲通过在本文件中的公开而放弃、弃权或向公众捐献任何此类主题。
此外，应当理解，为了说明的简化和清楚，在认为适当的情况下，在附图中可以重复参考数字以指示对应或类似的元件。此外，阐述了许多具体的细节以便提供对本文描述的示例性实施方式的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文所描述的示例性实施方式。在其他情况下，没有详细的描述公知的方法、程序和组件，以免使本文描述的示例性实施方式不清楚。而且，该描述不应被认为是限制本文描述的示例性实施方式的范围。
还应当注意，根据使用该术语的上下文，本文所用的术语“耦合的”或“耦合”可以具有若干不同的含义。例如，术语耦合可以具有机械、电或磁的含义。例如，如本文所使用的，术语“耦合的”或“耦合”可以指示两个元件或设备可以彼此直接连接，或通过一个或多个中间元件或设备经由电气元件、电信号、机械元件或磁通量(诸如但不限于，电线、电缆或磁场)彼此连接，例如，取决于具体的上下文。
应当理解，如本文所使用的程度术语如“基本上”、“约”和“近似”，意味着其修饰的术语的合理偏差量使得最终结果不会显著改变。这些程度术语应被解释为包括其修饰的术语的偏差，如果该偏差不会否定其所修饰的词语的含义。
此外，本文对通过端点的任何数值范围的记载包括在该范围内的所有正整数和小数(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.90、4和5)。还应当理解，所有数字及其小数因此都被推定为由术语“约”修饰，其意味着达到所参考的数字的一定量的变化，如果最终结果没有显著改变。
首先参考图1A、1B、2、3和4，其示出了常规的开关磁阻电极(“SRM”)的剖视图。图1A示出了根据示例性实施方式的常规6/4SRM100的剖视图。6/4SRM100具有定子105和位于定子105内部的转子110。定子105包括六个定子极，并且转子110包括四个转子极。如图所示，6/4SRM100包括第一定子极105a、第二定子极105b、第三定子极105c、第四定子极105d、第五定子极105e、第六定子极105f。常规的6/4SRM100还包括第一转子极110a、第二转子极110b、第三转子极110c、第四转子极110d。
接下来参考图1B，其示出了根据示例性实施方式的常规的8/6SRM150的剖视图。8/6SRM150具有转子110和位于转子110内部的定子105。定子105包括八个定子极，并且转子110包括六个转子极。如图所示，8/6SRM100包括第一定子极105a、第二定子极105b、第三定子极105c、第四定子极105d、第五定子极105e、第六定子极105f、第七定子极105g和第八定子极105h。常规8/6SRM100还包括第一转子极110a、第二转子极110b、第三转子极110c、第四转子极110d、第五转子极110e、第六转子极110f。
接下来参考图2，其示出了根据示例性实施方式的常规三相6/8SRM200的剖视图。SRM200具有定子205和位于定子205内部的转子210。定子205包括六个定子极，并且转子210包括八个转子极。如图所示，6/8SRM200包括第一定子极205a、第二定子极205b、第三定子极205c、第四定子极205d、第五定子极205e、第六定子极205f。6/8SRM200还包括第一转子极210a、第二转子极210b、第三转子极210c、第四转子极210d、第五转子极210e、第六转子极210f、第七转子极210g和第八转子杆210h。
接下来，参考图3，其示出了根据示例性实施方式的四相8/14SRM300的剖视图。SRM300具有定子305和位于定子305内部的转子310。定子305包括八个定子极，并且转子310包括十四个转子极。如图所示，8/14SRM300包括第一定子极305a、第二定子极305b、第三定子极305c、第四定子极305d、第五定子极305e、第六定子极305f、第七定子极305g、第八定子极305h。8/14SRM300还包括第一转子极310a、第二转子极310b、第三转子极310c、第四转子极310d、第五转子极310e、第六转子极310f、第七转子极310g、第八转子极310h、第九转子极310i、第十转子极310j、第十一转子极310k、第十二转子极310l、第十三转子极310m、第十四转子极310n。
图4示出了根据示例性实施方式的五相10/8SRM400的剖视图。SRM400具有定子405和位于定子405内部的转子410。定子405包括十个定子极，并且转子410包括八个转子极。因此，10/8SRM400包括第一定子极405a、第二定子极405b、第三定子极405c、第四定子极405d、第五定子极405e、第六定子极405f、第七定子极405g、第八定子极405h、第九定子极405i、第十定子极405j。
10/8SRM400还包括第一转子极410a、第二转子极410b、第三转子极410c、第四转子极410d、第五转子极410e、第六转子极410f、第七转子极410g、第八转子极410h。
常规的SRM，诸如图1A、1B、2、3和4所示的那些，常常遭受各种缺点，包括高扭矩波动、低扭矩密度、振动和声学噪声等。此外，通过重新配置SRM(诸如通过增加定子极和转子极数量，增加相的数量等等)来克服这些缺点的尝试常常需要不断的重复和实验以确定SRM的可行配置。
本文公开的各种实施方式涉及具有偶数极-相指数的SRM族，或者换句话说，具有偶数个定子极每相的开关磁阻电机。在本文公开的各种实施方式中，对于给定数量的相、极-相指数和配置指数，与常规拓扑结构相比，如下文所详细讨论的，本文公开的SRM被配置为具有定子极数和转子极数的不同组合。
在本文所示的各种实施方式中，使用软磁材料制造SRM的转子和定子，软磁材料的示例可包括层压电工钢、软磁复合材料等。本文所示的各种实施方式的教导可应用于任何类型的SRM配置。例如，本文所示的各种实施方式可以应用于这样的SRM，其具有其中转子布置在定子内部的内部转子结构，或其中定子被布置在转子内部的外部转子结构。
本文所示的各种实施方式也可以应用于具有轴向通量配置的SRM。轴向通量SRM通常利用沿着转子轴间隔开的一个或多个转子盘，其中每个转子盘具有沿着转子盘的周边间隔开的多个转子极。在轴向通量SRM中，定子元件围绕转子盘周向地分布并形成成对的径向延伸的定子极，用于轴向地横跨转子盘。
本文所示的各种实施方式也可以应用于具有线性配置的SRM。线性SRM通常是旋转SRM的线性版本，并且包括展开到平面中的定子和转子。类似地，本文所示的各种实施方式也可以应用于具有多转子配置(其中定子和多个转子同心地布置)或多定子配置(其中转子和多个定子同心地布置)的SRM。本文所示的各种实施方式也可以应用于其他类型的SRM配置。
在本文所示的各种实施方式中，SRM的定子具有围绕每个定子极缠绕的线圈。在一些这样的实施方式中，转子不具有任何种类的励磁源，诸如线圈、永磁体等。在一些其它这样的实施方式中，例如，转子还包括某种励磁源，诸如，永磁体。
根据诸如SRM的配置和性能要求的标准，线圈可以以串联、并联或串联/并联电路的组合的方式连接到定子以产生电相。当电流被施加到相时，磁通量磁化转子极并将其吸引到定子极，从而减小转子和定子极之间的气隙。这减小了磁路中的磁阻并在气隙中产生电磁转矩。
本文公开的各种SRM具有针对三个或更高的电相的对称配置。换句话说，本文公开的SRM提供了对称且均匀分布的定子和转子极结构。
在一些实施方式中，本文公开的SRM在定子上仅具有一种类型的凸极。在一些另外的实施方式中，本文公开的SRM在转子上仅具有一种类型的凸极。在各种实施方式中，本文公开的SRM具有单齿每极类型的结构。在各种其他实施方式中，本文公开的SRM具有围绕每个定子极缠绕的集中绕组。
本文公开的SRM的各种实施方式可以提供与常规SRM相比的多种优点。这样的优点可以包括低制造成本、低扭矩波动、高扭矩密度、低实施成本等。例如，根据本文中教导的三相18/24SRM相比常规的四相24/18SRM可提供多种优点。在这两种情况下，SRM在一个机械循环中都提供72个冲程。在每种配置中，每个定子极都具有绕其缠绕的集中线圈。因此，四相24/18SRM具有比三相18/24SRM更多的线圈，并导致更多的制造成本。此外，四相24/18SRM需要四个电力电子转换器桥臂来控制每个相中的电流。这可能会造成额外的不便，如额外费用。
在另一个示例中，根据本文中教导的三相6/14SRM相比常规的SRM(诸如三相6/8SRM和三相6/10SRM)可提供多种优点。常规的拓扑结构，即三相6/8SRM和三相6/10SRM，在一个机械循环中分别具有24个和30个冲程。三相6/14SRM在一个机械循环中具有42个冲程，这可以提供更低转矩波动和更高转矩密度的益处。
在另一示例中，根据本文中教导的三相6/16SRM相比常规三相12/16SRM可提供多种优点。虽然三相6/16SRM配置和三相12/16SRM配置在一个循环中都具有48冲程，但三相6/16SRM具有常规三相12/16SRM的一半数量的线圈。这可以导致三相6/16SRM的实现成本较低。此外，对于相同的定子直径，三相6/16SRM与常规的三相12/16SRM相比可具有更大的槽面积，这可使线圈设计能够具有较小电阻或额外空间以提高SRM的冷却。
在本文所示的各种SRM实施方式中，每个定子极(诸如图2的每个定子极205a-205f)和每个转子极(诸如图2的每个转子极210a-210h)的轴的中心位于一定的机械角度。考虑到定子和转子极的对称和均匀分布，该机械角度，本文称为“极距”，被定义为下面的等式(1)和(2)。
Figure BDA0001467375070000121
Figure BDA0001467375070000122
其中Tpr和Tps是极距，Nr和Ns是转子和定子的极的数量，以及θr[t]和θs[p]分别是每个转子和定子极的机械角度。
如图2所示，定子极205a的机械角度为0°，定子极205b的机械角度为60°，定子极205c的机械角度为120°，定子极205d的机械角度为180°，定子极205e的机械角度为240°，定子极205f的机械角度为300°。类似地，转子极210a的机械角度为0°，转子极210b的机械角度为45°，转子极210c的机械角度为90°，转子极210d的机械角度为135°，转子极210e的机械角度为180°，转子极210f的机械角度为225°，转子极210g的机械角度为270°，转子极210h的机械角度为315°。
类似地，在图3的实施方式中，每个定子极和每个转子极位于一定的机械角度。如图所示，定子极305a的机械角度为0°，定子极305b的机械角度为45°，定子极305c的机械角度为90°，定子极305d的机械角度为135°，定子极305e的机械角度为180°，定子极305f的机械角度为225°，定子极305g的机械角度为270°，定子极305h的机械角度为315°。
类似地，转子极310a的机械角度为0°，转子极310b的机械角度为近似25.7°，转子极310c的机械角度为近似51.4°，转子极310d的机械角度为近似77.1°，转子极310e的机械角度为近似102.9°，转子极310f的机械角度为近似128.6°，转子极310g的机械角度为近似154.3°，转子极310h的机械角度为近似180°，转子极310i的机械角度为近似205.7°，转子极310j的机械角度为近似231.4°，转子极310k的机械角度为近似257.1°，转子极310l的机械角度为近似282.9°，转子极310m的机械角度为近似308.6°，转子极310n的机械角度为近似334.3°。
下面参考图4示出机械位置。如图4所示，定子极405a的机械角度为0°，定子极405b的机械角度为36°，定子极405c的机械角度为72°，定子极405d的机械角度为108°，定子极405e的机械角度为144°，定子极405f的机械角度为180°，定子极405g的机械角度为216°，定子极405h的机械角度为252°，定子极405i的机械角度为288°，定子极405j的机械角度为324°。
类似的，转子极410a的机械角度为0°，转子极410b的机械角度为45°，转子极410c的机械角度为90°，转子极410d的机械角度为135°，转子极410e的机械角度为180°，转子极410f的机械角度为225°，转子极410g的机械角度为近似270°，转子极410h的机械角度为315°。
在本文所示的SRM的各种实施方式中，SRM的扭矩分布取决于定子极和转子极之间的相对位置。根据转子和定子极的数量，每个定子极具有一定的电位置。如图2所示，每个定子极205a-205f均具有电位置。考虑逆时针旋转，定子极205a的电位置为180°，定子极205b的电位置为60°，定子极205c的电位置为300°，定子极205d的电位置为180°，定子极205e具有电位置60°，定子极205f的电位置为300°。
如前所述，在本文所示的各种实施方式中，线圈围绕定子极缠绕。如果用相同的电流励磁具有相同电位置的线圈，极产生相同的转矩以及，与那些电位置相关联的定子极组成相。在图2的图示实施方式中，定子极对205a和205d、定子极对205b和205e以及定子极对205c和205f共享相同的电位置，并且因此分别构成相。
在本文所示的各种实施方式中，当转子从一位置(其中某个定子极在两个相邻转子极的中间)移动到下一相似位置时限定电周期。在图2的图示的实施方式中，电周期被限定为其中转子210从一位置(其中某个定子极(诸如，例如，第二定子极205b)位于两个连续的转子极(诸如第二转子极201b和第三个转子极210c)的中间)移动到下一相似位置。
根据转子和定子极的数量，每个定子极在给定的转子位置具有一定电位置。这可以是其对应于180°电的对准位置、其对应于0°电的非对准位置、其对应于<180°电的对准之前的某处、或其对应于>180°电的对准之后的某处。
如图2所示，转子极对于给定的机械位置处于一定电角度。例如，第一转子极210a与第一定子极205a对准，其对应于180°电。类似地，第五转子极210e与第四定子极205d对准，其对应于180°电。这些定子极205a、205d和转子极210a、210e之间分别的机械角度之差为零。
在一次机械循环中，某转子极与某定子极之间的相对机械位置仅重复自身一次。然而，考虑到其他转子极，对于某个定子极，相同的相对位置重复自身与转子极的数量一样地频繁。换句话说，在一次机械循环中，电角度变化与转子极的数量(而不是机械角度)一样快。在图2的图示的实施方式中，对于第一定子极205a，当转子210在逆时针方向旋转过转子极距(即45°)时，第八转子极210h将与第一定子极205a对准，对于第一定子极205a其仍然是180°电。使用公式(3)计算第一定子极205a的电角度。
N5#1elect＝(Ns#1mech-Nr#1mech)Nr+180° (3)
其中Ns#1elect是第一定子极205a的电角度，Ns#1elect和Nr#1mech分别是第一定子极205a和第一转子极210a的机械角度。加上180°因为在初始位置第一转子极210a与第一定子极205a对准。
类似于机械位置，电角度也有360°周期。在本文所示的实施方式中，其中SRM配置是对称的，并且每个转子极之间的极距是常数，使用等式(4)来计算定子极的电角度。对于给定的定子极，等式(4)将导致在给定位置处的所有转子极具有相同的值。
Ns_elect＝mod((Ns_mech-Nr_mech)Nr+180°，360) (4)
Ns_elect是定子极的电位置，Ns_mech是定子极的机械位置，以及Nr_mech是转子极的机械位置。
在图2的图示的实施方式中，如果第二定子极205b和第五定子极205e同时通电，则转子210开始逆时针旋转。当第二转子极210b和第六转子极210f与第二定子极205b和第五定子极205e对准时，转子旋转15°机械角度。然后，相对于第三定子极205c和第六定子极205f，第三转子极210c和第七转子极210g分别为60°电角度。通过在第二转子极210b和第六转子极210f与第二定子极205b和第五定子极205e对准之前分别励磁第三定子极205c和第六定子极205f，在逆时针方向保持连续转矩产生。
由于定子极对(在180°电的第一定子极205a和第四定子极205d、在60°电的第二定子极205b和第五定子极205e、在300°电的第三定子极205c和第六定子极205f)总是具有彼此相同但不同于其他定子极对的电位置，因此，当在同一时刻施加相同的电流时，这些极在SRM的中心孔的相对拐角上产生相同的扭矩。这是通过将这些定子极对的线圈连接在相同的电路(其产生相)中实现的。如图所示，SRM200是三相电机。
接下来参照图3和图4说明电位置。在图3的实施方式中，定子极305a-305h具有相应的电位置，其中，在逆时针旋转方向，定子极305a的电位置为180°，定子极305b的电位置为270°，定子极305c的电位置为0°，定子极305d的电位置为90°，定子极305e的电位置为180°，定子极305f的电位置为270°，定子极305g的电位置为0°，定子极305h的电位置为90°。在本实施方式中，定子极对305a、305e,定子极对305b、305f,定子极对305c、305g,定子极对305d、305h，形成SRM的四个相。
类似地，在图4的所示实施方式中，定子极405a-405j具有相应的电位置，其中定子极405a电位置为180°，定子极405b的电位置为252°，定子极405c的电位置324°，定子极405d的电位置为36°，定子极405e的电位置为108°，定子极405f的电位置为180°，定子极405g的电位置为252°，定子极405h的电位置为324°，定子极405i的电位置为36°，定子极405j的电位置为108°。在本实施方式中，定子极对405a、405f，定子极对405b、405g，定子极对405c、405h，定子极对405d、405i，定子极对405e、405j，形成SRM的五个相。
接下来参考图5-10，其示出了根据本文教导的SRM的示例性实施方式。在本文公开的SRM族中，SRM的转子极的数量被计算为使得由极-相指数限定的定子极的数量共享相同的电角度，并因此组成相。
对于给定的相数量、极-相指数和配置指数，下面的等式被用来导出转子极的数量，并因此导出SRM的配置。这些配置可以用作制造SRM的过程的一部分。
对于具有的相的数量m＝3的SRM，应用等式(5)-(8)：
Figure BDA0001467375070000161
Figure BDA0001467375070000162
Figure BDA0001467375070000163
Figure BDA0001467375070000164
表I示出了当相的数量m＝3时，针对极-相指数、配置指数和定子极数量的不同组合的SRM配置和转子极数量的示例。
表I–针对m＝3的转子极计数和SRM配置
Figure BDA0001467375070000165
Figure BDA0001467375070000171
对于具有的相的数量m＝4的SRM，应用等式(9)-(12)：
Figure BDA0001467375070000172
Figure BDA0001467375070000173
Figure BDA0001467375070000174
Figure BDA0001467375070000175
表II示出了当相的数量m＝4时，针对极-相指数、配置指数和定子极数量的不同组合的SRM配置和转子极数量的示例。
表II–针对m＝4的转子极计数和SRM配置
Figure BDA0001467375070000181
对于具有的相的数量m＝5的SRM，应用等式(13)-(16)：
Figure BDA0001467375070000182
Figure BDA0001467375070000183
Figure BDA0001467375070000184
Figure BDA0001467375070000185
表III示出了当相的数量m＝5时，针对极-相指数、配置指数和定子极数量的不同组合的SRM配置和转子极数量的示例。
表III–针对m＝5的转子极计数和SRM配置
Figure BDA0001467375070000191
对于具有的相的数量m＝6的SRM，应用等式(17)-(20)：
Figure BDA0001467375070000201
Figure BDA0001467375070000202
Figure BDA0001467375070000203
Figure BDA0001467375070000204
表IV示出了当相的数量m＝6时，针对极相指数、配置指数和定子极数量的不同组合的SRM配置和转子极数量的示例。
表IV–针对m＝6的转子极计数和SRM配置
Figure BDA0001467375070000205
对于具有的相的数量m＝7的SRM，应用等式(21)-(23)：
Figure BDA0001467375070000211
Figure BDA0001467375070000212
Figure BDA0001467375070000213
表V示出当相的数量为m＝7时，针对极-相指数、配置指数和定子极数量的不同组合的SRM结构和转子极数量的示例。
表V–针对m＝7的转子极计数和SRM配置
Figure BDA0001467375070000214
Figure BDA0001467375070000221
对于具有的相的数量m＝8的SRM，应用等式(24)-(26)：
Figure BDA0001467375070000222
Figure BDA0001467375070000223
Figure BDA0001467375070000224
表VI说明当相的数量为m＝8时，针对极-相指数、配置指数和定子极数量的不同组合的SRM结构和转子极数量的示例。
表VI–针对m＝8的转子极计数和SRM配置
Figure BDA0001467375070000225
Figure BDA0001467375070000231
对于具有的相的数量m＝9的SRM，应用等式(27)-(29)：
Figure BDA0001467375070000232
Figure BDA0001467375070000233
Figure BDA0001467375070000234
对于具有的相的数量m≥10的SRM，应用等式(30)：
Figure BDA0001467375070000235
其中
Figure BDA0001467375070000236
是极-相指数并被表示为定子极的数量与相的数量之比，m为相的数量，k为配置指数。
如前所述，在本文公开的SRM族中，极-相指数
Figure BDA0001467375070000237
是偶数正整数
Figure BDA0001467375070000238
的元素。在本文所示的各种实施方式中，相的数量m可以是偶数或奇数。并且，在本文所示的各种实施方式中，k是配置指数，并且其对于在SRM中给定数量的定子极和相限定转子极的数量。在本文所示的各种实施方式中，对于不同数量的相，配置指数具有不同的范围，导致了SRM的不同配置。配置指数可以在给定范围内具有任何值。
在之前公开的等式中，“ceil”函数充当选择性部分，对于在本文公开的SRM族中将不起作用的配置，其强制结果为零。对于给定的配置指数和极-相指数，如果计算出的转子极的数量不产生对称性，则“ceil”函数将生成零以表示所选配置不提供对称设计。这通过以下示例来说明。对于在三相SRM中的极-相指数4，配置指数7和8提供对称的电机，而配置指数9则不提供。因此，
k＝7＝>mod(k,m)＝mod(7,3)＝1
k＝8＝>mod(k,m)＝mod(8,3)＝2
k＝9＝>mod(k,m)＝mod(9,3)＝0
在之前公开的等式中，当mod(k，m)除以m以及然后由“ceil”函数四舍五入时，如果mod(k，m)不为零则输出将为1，并且这表示，针对给定的极-相指数和配置指数计算出的转子极的数量是本文公开的SRM族的一部分。如果m被m/2代替，则相同的方法适用于偶数数量的相。
接下来参考图5，其示出了根据示例性实施方式的三相6/16SRM500的剖视图。使用公式(5)和(6)，可以验证具有三相和六个定子极的SRM500的配置和转子极的数量。
在本实施方式中，SRM500的极-相指数为2，其
Figure BDA0001467375070000241
等式(6)提供了包括7、8、11、13、14等的配置指数k的可能值。假设配置指数值为8，并且用2代入
Figure BDA0001467375070000242
则等式(5)生成Nr＝16。
Figure BDA0001467375070000243
如图所示，SRM500具有定子505和位于定子505内部的转子510。SRM500包括六个定子极，以及转子510包括十六个转子极。因此，9/12SRM 00包括第一定子极505a、第二定子极505b、第三定子极505c、第四定子极505d、第五定子极505e、第六定子极505f。6/16SRM500还包括第一转子极510a、第二转子极510b、第三转子极510c、第四转子极510d、第五转子极510e、第六转子极510f、第七转子极510g、第八转子极510h、第九转子极510i、第十转子极510j、第十一转子极510k、第十二转子极5101、第十三转子极510m、第十四转子极510n、第十五转子极510o和第十六转子极510p。
在所示实施方式中，定子极505a的机械角度为0°，定子极505b的机械角度为60°，定子极505c的机械角度为120°，定子极505d的机械角度为180°，定子极505e的机械角度为240°，定子极505f的机械角度为300°。如图所示，转子极510a的机械角度为0°，转子极510b的机械角度为22.5°，转子极510c的机械角度为45°，转子极510d的机械角度为67.5°，转子极510e的机械角度为90°，转子极510f的机械角度为112.5°，转子极510g的机械角度为135°，转子极510h的机械角度为157.5°，转子极510i的机械角度为180°，转子极510j的机械角度为202.5°，转子极510k的机械角度为225°，转子极5101的机械角度为247.5°,转子极510m的机械角度为270°，转子极510n的机械角度为292.5°，转子极510o的机械角度为315°，转子极510p的机械角度为337.5°。
在所示实施方式中，定子极505a-505f具有相应的电位置。定子极505a的电位置为180°，定子极505b的电位置为300°，定子极505c的电位置为60°，定子极505d的电位置为180°，定子极505e的电位置为300°，定子极505f的电位置为60°。
如图5所示，共享相同电角度的定子极对的数量等于SRM500的极-相指数。在该实施方式中，定子极对505a、505d，定子极对505b、505e，及定子极对505c、505f共享相同电角度并形成SRM的三个相。因此，共享相同电角度的定子极对的数量(即，2)，等于SRM500的极-相指数(也为2)。这维持SRM500的对称配置。
参考图6，其示出了根据示例性实施方式的四相8/18SRM600的剖视图。在该实施方式中，极-相指数为2，配置指数为9。此处示出的SRM 600包括定子605和位于定子605内部的转子610。定子605包括八个定子极，转子610包括十八个转子极。如图所示，8/18SRM 600包括第一定子极605a、第二定子极605b、第三定子极605c、第四定子第五定子极605e、第六定子极605f、第七定子极605g、第八定子极605h。8/18SRM600还包括第一转子极610a、第二转子极610b、第三转子极610c、第四转子极610d、第五转子极610e、第六转子极610f、第七转子极610g、第八转子极610h、第九转子极610i、第十转子极610j、第十一转子极610k、第十二转子极610l、第十三转子极610m、第十四转子极610n、第十五转子极610o、第十六转子极610p、第十七转子极610q、第十八转子极610r。
在所示实施方式中，定子极605a的机械角度为0°，定子极605b的机械角度为45°，定子极605c的机械角度为90°，定子极605d的机械角度为135°，定子极605e的机械角度为180°，定子极605f的机械角度为225°，605g的机械角度为270°，定子极605h的机械角度为315°。
如图所示，转子极610a的机械角度为0°，转子极610b的机械角度为20°，转子极610c的机械角度为40°，转子极610d的机械角度为60°，转子极610e的机械角度为80°，转子极610f的机械角度为100°，转子极610g的机械角度为120°，转子极610h的机械角度为140°，转子极610i的机械角度为160°，转子极610j的机械角度为180°，转子极610k的机械角度为200°，转子极6101的机械角度为220°,转子极610m的机械角度为240°，转子极610n的机械角度为260°，转子极610o的机械角度为280°，转子极610p的机械角度为300°，转子极610q的机械角度为320°，转子极610r的机械角度为340°。
在所示实施方式中，定子极605a-605h具有相应的电位置。定子极605a的电位置为180°，定子极605b的电位置为90°，定子极605c的电位置为0°，定子极605d的电位置为270°，定子极605e的电位置为180°，定子极605f的电位置为90°，定子极605g的电位置为0°，定子极605h的电位置为270°。在该实施方式中，定子极对605a、605e，定子极对605b、605f，定子极对605c、605g，定子极对605d、605h，形成SRM的四个相。
参考图7，其示出了根据示例性实施方式的五相10/14SRM700的剖视图。在该实施方式中，极-相指数为2，配置指数为7。此处示出的SRM700包括定子705和位于定子705内部的转子710。定子705包括十个定子极，转子710包括十四个转子极。因而，10/14SRM 700包括第一定子极705a、第二定子极705b、第三定子极705c、第四定子第五定子极705e、第六定子极705f、第七定子极705g、第八定子极705h、第九定子极705i、第十定子极705j。10/14SRM700还包括第一转子极710a、第二转子极710b、第三转子极710c、第四转子极710d、第五转子极710e、第六转子极710f、第七转子极710g、第八转子极710h、第九转子极710i、第十转子极710j、第十一转子极710k、第十二转子极710l、第十三转子极710m、第十四转子极710n。
在所示实施方式中，定子极705a的机械角度为0°，定子极705b的机械角度为36°，定子极705c的机械角度为72°，定子极705d的机械角度为108°，定子极705e的机械角度为144°，定子极705f的机械角度为180°，705g的机械角度为216°，定子极705h的机械角度为252°，705i的机械角度为288°，定子极705j的机械角度为324°。
如图所示，转子极710a的机械角度为0°，转子极710b的机械角度为近似25.7°，转子极710c的机械角度为近似51.4°，转子极710d的机械角度为近似77.1°，转子极710e的机械角度为近似102.9°，转子极710f的机械角度为近似128.6°，转子极710g的机械角度为近似154.3°，转子极710h的机械角度为近似180°，转子极710i的机械角度为近似205.7°，转子极710j的机械角度为近似231.4°。转子极710k的机械角度为近似257.1°，转子极710l的机械角度为近似282.9°，转子极710m的机械角度为近似308.6°，转子极710n的机械角度为近似334.3°。
在所示实施方式中，定子极705a-705j具有相应的电位置。定子极705a的电位置为180°，定子极705b的电位置为36°，定子极705c的电位置为252°，定子极705d的电位置为108°，定子极705e的电位置为324°，定子极705f的电位置为180°，定子极705g的电位置为36°，定子极705h的电位置为252°，定子极705i的电位置为108°，定子极705j的电位置为324°。在该实施方式中，定子极对705a、705f，定子极对705b、705g，定子极对705c、705h，定子极对705d、705i，定子极对705e、705j，形成SRM的五个相。
接下来参考图8，其示出了根据示例性实施方式的五相10/16SRM800的剖视图。在该实施方式中，极-相指数为2，配置指数为8。此处示出的SRM 800包括定子805和位于定子805内部的转子810。定子805包括十个定子极，转子810包括十六个转子极。因而，10/16SRM800包括第一定子极805a、第二定子极805b、第三定子极805c、第四定子第五定子极805e、第六定子极805f、第七定子极805g、第八定子极805h、第九定子极805i、第十定子极805j。10/16SRM800还包括第一转子极810a、第二转子极810b、第三转子极810c、第四转子极810d、第五转子极810e、第六转子极810f、第七转子极810g、第八转子极810h、第九转子极810i、第十转子极810j、第十一转子极810k、第十二转子极810l、第十三转子极810m、第十四转子极810n、第十五转子极810o、第十六转子极810p。
在所示实施方式中，定子极805a的机械角度为0°，定子极805b的机械角度为36°，定子极805c的机械角度为72°，定子极805d的机械角度为108°，定子极805e的机械角度为144°，定子极805f的机械角度为180°，定子极805g的机械角度为216°，定子极805h的机械角度为252°，定子极805i的机械角度为288°，定子极805j的机械角度为324°。
如图所示，转子极810a的机械角度为0°，转子极810b的机械角度为22.5°，转子极810c的机械角度为45°，转子极810d的机械角度为67.5°，转子极810e的机械角度为90°，转子极810f的机械角度为112.5°，转子极810g的机械角度为135°，转子极810h的机械角度为157.5°，转子极810i的机械角度为180°，转子极810j的机械角度为202.5°，转子极810k的机械角度为225°，转子极8101的机械角度为247.5°,转子极810m的机械角度为270°，转子极810n的机械角度为292.5°，转子极810o的机械角度为315°，转子极810p的机械角度为337.5°。
在所示实施方式中，定子极805a-805j具有相应的电位置。定子极805a的电位置为180°，定子极805b的电位置为324°，定子极805c的电位置为108°，定子极805d的电位置为252°，定子极805e的电位置为36°，定子极805f的电位置为180°，定子极805g的电位置为324°，定子极805h的电位置为108°，定子极805i的电位置为252°，定子极805j的电位置为36°。在该实施方式中，定子极对805a、805f，定子极对805b、805g，定子极对805c、805h，定子极对805d、805i，定子极对805e、805j，形成SRM的五个相。
在图7、8所示的实施方式中，相同的电位置出现在SRM700、SRM800中，但在不同的定子极中。例如，相同的电位置36°、108°、180°、252°、324°分别出现在图7、8的SRM700、SRM800中。然而，在这些实施方式中电位置出现在不同的定子极中。在这样的情况下，SRM700、SRM800都能运行，但通过以不同的顺序对相通电。一种SRM相对其他SRM的选择可以基于SRM的性能要求。
接下来参考图9，其示出了根据示例性实施方式的八相16/18SRM900的剖视图。在该实施方式中，极-相指数为2，配置指数为9。此处示出的SRM 900包括定子905和位于定子905内部的转子910。定子905包括十六个定子极，转子910包括十八个转子极。因此，16/18SRM 900包括第一定子极905a、第二定子极905b、第三定子极905c、第四定子第五定子极905e、第六定子极905f、第七定子极905g、第八定子极905h、第九定子极905i、第十定子极905j、第十一定子极905k、第十二定子极9051、第十三定子极905m、第十四定子极905n、第十五定子极905o和第十六定子极905p。
16/18SRM900还包括第一转子极910a、第二转子极910b、第三转子极910c、第四转子极910d、第五转子极910e、第六转子极910f、第七转子极910g、第八转子极910h、第九转子极910i、第十转子极910j、第十一转子极910k、第十二转子极910l、第十三转子极910m、第十四转子极910n、第十五转子极910o、第十六转子极910p、第十七转子极910q、第十八转子极910r。
在所示实施方式中，定子极905a的机械角度为0°，定子极905b的机械角度为22.5°，定子极905c的机械角度为45°，定子极905d的机械角度为67.5°，定子极905e的机械角度为90°，定子极905f的机械角度为112.5°，定子极905g的机械角度为135°，定子极905h的机械角度为157.5°，定子极905i的机械角度为180°，定子极905j的机械角度为202.5°，定子极905k的机械角度为225°，定子极9051的机械角度为247.5°,定子极905m的机械角度为270°，定子极905n的机械角度为292.5°，定子极905o的机械角度为315°，定子极905p的机械角度为337.5°。
如图所示，转子极910a的机械角度为0°，转子极910b的机械角度为20°，转子极910c的机械角度为40°，转子极910d的机械角度为60°，转子极910e的机械角度为80°，转子极910f的机械角度为100°，转子极910g的机械角度为120°，转子极910h的机械角度为140°，转子极910i的机械角度为160°，转子极910j的机械角度为180°，转子极910k的机械角度为200°，转子极9101的机械角度为220°,转子极910m的机械角度为240°，转子极910n的机械角度为260°，转子极910o的机械角度为280°，转子极910p的机械角度为300°，转子极910q的机械角度为320°，转子极910r的机械角度为340°。
在所示实施方式中，定子极905a-905p具有相应的电位置。定子极905a的电位置为180°，定子极905b的电位置为135°，定子极905c的电位置为90°，定子极905d的电位置为45°，定子极905e的电位置为0°，定子极905f的电位置为315°，定子极905g的电位置为270°，定子极905h的电位置为225°,定子极905i的电位置为180°，定子极905j的电位置为135°，定子极905k的电位置为90°，定子极905l的电位置为45°，定子极905m的电位置为0°，定子极905n的电位置为315°，定子极905o的电位置为270°，定子极905p的电位置为225°。在该实施方式中，定子极对905a和905i，定子极对905b和905j，定子极对905c和905k，定子极对905d和905l，定子极对905e和905m，定子极对905f和905n，定子极对905g和905o，定子极对905h和905p，形成SRM的八个相。
接下来参考图10，其示出了根据示例性实施方式的八相16/22SRM1000的剖视图。在该实施方式中，极-相指数为2，配置指数为11。此处示出的SRM 1000包括定子1005和位于定子1005内部的转子1010。定子1005包括十六个定子极，转子1010包括二十二个转子极。因此，16/22SRM 1000包括第一定子极1005a、第二定子极1005b、第三定子极1005c、第四定子第五定子极1005e、第六定子极1005f、第七定子极1005g、第八定子极1005h、第九定子极1005i、第十定子极1005j、第十一定子极1010k、第十二定子极10101、第十三定子极1010m、第十四定子极1010n、第十五定子极1010o和第十六定子极1010p。
16/22SRM1000还包括第一转子极1010a、第二转子极1010b、第三转子极1010c、第四转子极1010d、第五转子极1010e、第六转子极1010f、第七转子极1010g、第八转子极1010h、第九转子极1010i、第十转子极1010j、第十一转子极1010k、第十二转子极1010l、第十三转子极1010m、第十四转子极1010n、第十五转子极1010o、第十六转子极1010p、第十七转子极1010q、第十八转子极1010r、第十九转子极1010s、第二十转子极1010t、第二十一转子极1010u、第二十二转子极1010v。
在所示实施方式中，定子极1005a的机械角度为0°，定子极1005b的机械角度为22.5°，定子极1005c的机械角度为45°，定子极1005d的机械角度为67.5°，定子极1005e的机械角度为100°，定子极1005f的机械角度为112.5°，定子极1005g的机械角度为135°，定子极1005h的机械角度为157.5°，定子极1005i的机械角度为180°，定子极1005j的机械角度为202.5°，定子极1005k的机械角度为225°，定子极10051的机械角度为247.5°,定子极1005m的机械角度为270°，定子极1005n的机械角度为2102.5°，定子极1005o的机械角度为315°，定子极1005p的机械角度为337.5°。
如图所示，转子极1010a的机械角度为0°，转子极1010b的机械角度为近似16.4°，转子极1010c的机械角度为近似32.7°，转子极1010d的机械角度为近似49.1°，转子极1010e的机械角度为近似65.5°，转子极1010f的机械角度为近似81.8°，转子极1010g的机械角度为近似98.2°，转子极1010h的机械角度为近似114.5°，转子极1010i的机械角度为近似130.9°，转子极1010j的机械角度为近似147.3°，转子极1010k的机械角度为近似163.6°，转子极10101的机械角度为近似180°,转子极1010m的机械角度为近似196.4°，转子极1010n的机械角度为近似212.7°，转子极1010o的机械角度为近似229.1°，转子极1010p的机械角度为近似245.5°，转子极1010q的机械角度为近似261.8°，转子极1010r的机械角度为近似278.2°，转子极1010s的机械角度为近似294.5°，转子极1010t的机械角度为近似310.9°，转子极1010u的机械角度为近似327.3°，转子极1010v的机械角度为近似343.6°。
在所示实施方式中，定子极1005a-1005p具有相应的电位置。定子极1005a的电位置为180°，定子极1005b的电位置为45°，定子极1005c的电位置为270°，定子极1005d的电位置为135°，定子极1005e的电位置为0°，定子极1005f的电位置为225°，定子极1005g的电位置为90°，定子极1005h的电位置为315°,定子极1005i的电位置为180°，定子极1005j的电位置为45°，定子极1005k的电位置为270°，定子极1005l的电位置为135°，定子极1005m的电位置为0°，定子极1005n的电位置为225°，定子极1005o的电位置为90°，定子极1005p的电位置为315°。
在该实施方式中，定子极对1005a和1005i，定子极对1005b和1005j，定子极对1005c和1005k，定子极对1005d和1005l，定子极对1005e和1005m，定子极对1005f和1005n，定子极对1005g和1005o，定子极对1005h和1005p，形成SRM的八个相。
在图9、10所示的实施方式中，相同的电位置出现在SRM900、SRM1000中，但在不同的定子极中。例如，相同的电位置0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°分别出现在图9、10的SRM900、SRM1000中。然而，在这些实施方式中电位置出现在不同的定子极中。在这样的情况下，SRM900、SRM1000都能运行，但通过以不同的顺序对相通电。一种SRM相对其他SRM的选择可以基于SRM的性能要求。
本文公开的各种实施方式和教导可以为SRM制造商，用户，设计者等提供额外的自由度，以实现更好的效率、降低的噪声和扭矩波动、令人满意的扭矩-速度曲线、更高的功率密度和优异的扭矩特性。在本文公开的SRM配置中，能够基于对SRM的性能要求，针对给定的极-相指数和转子极的计算数量来调整转子和定子尺寸、线圈参数和其他因素。
本发明的上述实施方式和应用仅仅是示例。在不脱离所要求保护的发明的范围的情况下，本领域的普通技术人员可以根据该教导而对特定实施方式进行改变，修改和变化。

Claims (25)

1.开关磁阻电机，包括：
定子，其包括预定数量的定子极，其中每个定子极是凸极；
转子，其相对于所述定子可转动地安装，所述转子包括多个转子极，其中所述多个转子极是凸极；以及
多个线圈，其围绕所述预定数量的定子极设置以形成所述开关磁阻电机的至少一个相，所述多个线圈适于承载电流以产生磁通量，
其中所述多个转子极和所述预定数量的定子极对称地布置，以及
其中转子极的数量与所述定子极的预定数量和相的数量相关，并且根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000011
如果相的数量是奇数，和
Figure FDA0003006061330000012
如果相的数量是偶数，
其中Ns是所述定子极的预定数量，m是所述相的数量，以及k是基于所述定子极的预定数量和所述相的数量的配置指数，其中所述开关磁阻电机的极-相指数是偶数，所述极-相指数是所述定子极的预定数量与所述相的数量的比。
2.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为3且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000013
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
3.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为3且所述极-相指数为4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000014
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
4.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为3且所述极-相指数大于或等于6，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000021
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
5.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为4且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000022
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
6.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为4且所述极-相指数为4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000023
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
7.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为4且所述极-相指数大于或等于6，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000024
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
8.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为5且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000025
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
9.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为5且所述极-相指数为4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000031
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
10.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为5且所述极-相指数为大于或等于6，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000032
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
11.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为6且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000033
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
12.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为6且所述极-相指数为4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000034
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
13.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为6且所述极-相指数大于或等于6，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000035
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
14.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为7且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000041
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
15.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为7且所述极-相指数大于或等于4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000042
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
16.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为8且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000043
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
17.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为8且所述极-相指数为大于或等于4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000044
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
18.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为9且所述极-相指数为2，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000045
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
19.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为9且所述极-相指数大于或等于4，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000051
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
20.如权利要求1所述的开关磁阻电机，其中如果所述相的数量为大于或等于10，则所述配置指数根据下式确定：
Figure FDA0003006061330000052
如果相的数量是偶数，和
Figure FDA0003006061330000053
如果相的数量是奇数，
其中，k为正整数，并且mod(k,m)非零。
21.如权利要求1至20中任一项所述的开关磁阻电机，其中所述预定数量的定子极和所述多个转子极使用软磁材料制造。
22.如权利要求1至20中任一项所述的开关磁阻电机，其中所述预定数量的定子极和所述多个转子极布置在选自下组的配置中：内部转子配置、外部转子配置、轴向通量配置、线性配置、多转子配置和多定子配置。
23.如权利要求1至20中任一项所述的开关磁阻电机，其中所述定子极的预定数量被选为偶数，并且其中所述预定数量的定子极彼此等距以提供对称的布置。
24.如权利要求1至20中任一项所述的开关磁阻电机，其中所述多个转子极彼此等距以提供对称的布置。
25.用于制造具有多个转子极和一定数量的定子极的开关磁阻电机的方法，包括：
确定相的数量和定子极的预定数量；
所述转子极的数量根据下式基于所述定子极的预定数量和相的数量来确定：
Figure FDA0003006061330000061
如果相的数量是奇数，和
Figure FDA0003006061330000062
如果相的数量是偶数，
其中Ns是定子极的预定数量，m是相的数量，以及k是基于所述定子极的预定数量和所述相的数量的配置指数，其中所述开关磁阻电机的极-相指数是偶数，所述极-相指数是所述定子极的预定数量与所述相的数量的比；
设置具有所述预定数量的定子极的定子，其中每个定子极是凸起的定子极并且所述预定数量的定子极对称布置；
相对于所述定子可转动地安装转子，所述转子包括与所述转子极的数量对应的多个转子极，其中所述多个转子极是凸极并且所述多个转子极对称布置；以及
围绕所述预定数量的定子极缠绕多个线圈以形成所述开关磁阻电机的至少一个相，所述多个线圈适于承载电流以产生磁通量，所述至少一个相对应于所述数量的相。
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