CN108900052A - 一种6/5极开关磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种6/5极开关磁阻电机，所述电机定子齿数为6，转子齿数为5，相数为3；每个定子齿上绕有1个线圈，相邻两定子上线圈连接为一相绕组，三相绕组在空间上相差120°；每相磁路仅经过该相绕组所在定子齿、定子轭、气隙和转子闭合，为短磁路结构；另外，为进一步减小相与相的磁路耦合，定子轭部有3个相差120°的隔磁桥，隔磁桥的厚度较小，起阻断相间磁路的作用；相对于传统6/4极开关磁阻电机。本发明电机功率密度高，输出转矩大，且转矩脉动小，又因短磁路磁通，铁心损耗小，效率高，特别适合于转速高、电机外径尺寸小且转矩要求高的应用场合。

Description

一种6/5极开关磁阻电机
技术领域
本发明涉及一种6/5极开关磁阻电机，属于电机类的开关磁阻电机技术领域。
背景技术
开关磁阻电机定、转子为双凸极结构，转子无绕组和永磁体，具有结构简单坚固、低成本、耐高温和高速适应性强等特点，在航空航天、精密加工、电动汽车等军事和民用领域应用广泛。
常用多相开关磁阻电机的定、转子极数组合形式有6/4、8/6、12/8、18/12等；定、转子极数少的结构一般用于高速或外径较小的场合，如6/4极常用于高速和超高速领域，以减小开关频率和铁心损耗；对电机外径要求比较高速的场合，如主轴电机、切割机等，也通过需要少定转子极组合的开关磁阻电机。然而，传统6/4极开关磁阻电机的功率密度较小，转矩脉动较大，限制了其应用范围；另外，6/4极结构开关磁阻电机的每相磁路为常磁路，铁心损耗依然较大。为此，本发明提出了一种短磁路结构的6/5极开关磁阻电机，相对传统6/4极电机，功率密度明细提升，转矩脉动大大减小；还有短磁路结构，该电机的铁心损耗小，效率得到有效提升。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提出一种6/5极开关磁阻电机。所述电机定子齿数为6，转子齿数为5，相数为3；每个定子齿上绕有1个线圈，相邻两定子上线圈连接为一相绕组，三相绕组在空间上相差120°；每相磁路仅经过该相绕组所在定子齿、定子轭、气隙和转子闭合，为短磁路结构；另外，为进一步减小相与相的磁路耦合，定子轭部有3个相差120°的隔磁桥，隔磁桥的厚度较小，起阻断相间磁路的作用；相对于传统6/4极开关磁阻电机，本发明功率密度高，输出转矩大，且转矩脉动小，又因短磁路磁通，铁心损耗小，效率高。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种6/5极开关磁阻电机，为三相工作制电机，包括定子、转子和线圈；
所述定子为凸极结构，定子齿数为6，6个所述定子齿按逆时针分别为定子齿A1、A2、B1、B2、C1和定子齿C2，定子齿A1与A2之间布置有定子轭A3，定子齿B1与B2之间布置有定子轭B3，定子齿C1与C2之间布置有定子轭C3；
定子齿A2与B1之间布置有隔磁桥Ⅰ，定子齿B2与C1之间布置有隔磁桥Ⅱ，定子齿C2与A1之间布置有隔磁桥Ⅲ；
定子齿A1与A2空间上相差72°，定子齿B1与B2空间上相差72°，定子齿C1与C2空间上相差72°；定子齿A2与B1空间上相差48°，定子齿B2与C1空间上相差48°；定子齿C2与A1空间上相差48°；
所述转子为凸极结构，转子齿数为5；5个所述转子齿圆周上均匀布置，齿与齿相差72°；
每个所述定子齿上绕有1个线圈，绕在定子齿A1与A2上的2个线圈，采用串联或并联方式，连接为A相绕组，绕在定子齿B1与B2上的2个线圈，采用串联或并联方式，连接为B相绕组，绕在定子齿C1与C2上的2个线圈，采用串联或并联方式，连接为C相绕组；
所述A、B、C相绕组依次轮流导通，产生转矩，以实现所述电机运行。
本发明的有益效果：本发明提出了一种6/5极开关磁阻电机，采用本发明的技术方案，能够达到如下技术效果：
（1）短磁路，铁心损耗小；
（2）定子轭部有隔磁桥，相与相磁耦合弱；
（3）相对于传统6/4极开关磁阻电机，功率密度大，输出转矩大且脉动小；
（4）在电机外径小，转速高且转矩要求高的应用领域具有独特优势。
附图说明
图1是本发明电机的二维结构示意图。
图2是本发明电机转子处于不对齐位置时A相绕组电流产生的磁力线分布示意图。
图3是本发明电机转子处于对齐位置时A相绕组电流产生的磁力线分布示意图。
图4是本发明电机与6/4极开关磁阻电机的相转矩有限元计算结果。
附图标记说明：图1至图4中，1是定子，2转子，3是线圈，4是转子处于不对齐位置时A相绕组电流产生的磁力线，5是转子处于对齐位置时A相绕组电流产生的磁力线，6是本发明6/5极开关磁阻电机的相转矩特性曲线，7是6/4极开关磁阻电机的相转矩特性曲线，8是本发明6/5极开关磁阻电机的相平均转矩，9是6/4极开关磁阻电机的相平均转矩，101是隔磁桥，102是定子齿，103是定子轭，A1、A2、B1、B2、C1、C2分别为定子齿，A3、B3、C3分别为定子轭。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明一种6/5极开关磁阻电机的技术方案进行详细说明：
如图1所示，是本发明电机的二维结构示意图，其中，1是定子，2转子，3是线圈，101是隔磁桥，102是定子齿，103是定子轭，A1、A2、B1、B2、C1、C2分别为定子齿，A3、B3、C3分别为定子轭，隔磁桥Ⅰ处于定子齿A2与B1之间，隔磁桥Ⅱ处于定子齿B2与C1之间，隔磁桥Ⅲ处于定子齿C2与A1之间。
所述开关磁阻电机，为三相工作制电机，包括定子、转子和线圈；
所述定子为凸极结构，定子齿数为6，6个所述定子齿按逆时针分别为A1、A2、B1、B2、C1、C2，定子齿A1与A2之间布置有定子轭A3，定子齿B1与B2之间布置有定子轭B3，定子齿C1与C2之间布置有定子轭C3；
定子齿A2与B1之间布置有隔磁桥Ⅰ，定子齿B2与C1之间布置有隔磁桥Ⅱ，定子齿C2与A1之间布置有隔磁桥Ⅲ；
定子齿A1与A2空间上相差72°，定子齿B1与B2空间上相差72°，定子齿C1与C2空间上相差72°；定子齿A2与B1空间上相差48°，定子齿B2与C1空间上相差48°；定子齿C2与A1空间上相差48°；
所述转子为凸极结构，转子齿数为5；5个所述转子齿圆周上均匀布置，齿与齿相差72°；
每个所述定子齿上绕有1个线圈，绕在定子齿A1与A2上的2个线圈，采用串联或并联方式，连接为A相绕组，绕在定子齿B1与B2上的2个线圈，采用串联或并联方式，连接为B相绕组，绕在定子齿C1与C2上的2个线圈，采用串联或并联方式，连接为C相绕组；
所述A、B、C相绕组采用三相不对称半桥功率变换器驱动，三相绕组依次轮流导通产生转矩，以实现所述电机运行。
如图2和图3所示，分别是本发明电机转子处于不对齐位置和对齐位置时A相绕组电流产生的磁力线分布示意图。其中，4是转子处于不对齐位置时A相绕组电流产生的磁力线，5是转子处于对齐位置时A相绕组电流产生的磁力线。
定义转子齿与齿中心线与电枢定子齿中心重合时为不对齐位置，即转子位置为零度；转子齿中心线与电枢定子齿中心线重合时为对齐位置，即转子位置的机械角度为36°。
在不对齐和对齐位置，A相绕组电流产生的磁力线均是经过定子齿A1、定子轭A3、定子齿A2、气隙和转子闭合，与另外两相无交叉；另外，相间存在隔磁桥进一步增强了相与相间的磁隔离，进而相间无磁耦合，有利于提高电机的容错性、可靠性和输出转矩，并降低铁心损耗。
B、C相绕组导通时，产生的磁力线分布与A相相同，在空间上相差120°。
如图4所示，是本发明电机与6/4极开关磁阻电机的相转矩有限元计算结果。其中，6是本发明6/5极开关磁阻电机的相转矩特性曲线，7是6/4极开关磁阻电机的相转矩特性曲线，8是本发明6/5极开关磁阻电机的相平均转矩，9是6/4极开关磁阻电机的相平均转矩。图4中的转子位置角度为电角度，即转子位置的机械角乘以转子齿数。
6/5极开关磁阻电机和6/4极开关磁阻电机的结构参数相同，分别为：定子外径142mm，定子内径76.6mm，转子外径76mm，转轴32mm，轴向长度40mm，每齿绕组匝数39，定子齿的极弧系数0.5，转子齿的极弧系数0.4167。
当相绕组电流为8A时，两个电机产生的相转矩特性曲线分别为线号6和线号7所示，本发明电机有限输出区间明显大于传统6/4极开关磁阻电机。
两个电机相平均转矩分别如线号8和线号9所示，本发明电机相平均转矩为0.441Nm，传统6/4极开关磁阻电机相平均转矩为0.377Nm，本发明电机相平均转矩是6/4极电机的1.17倍。
综上所述，本发明是一种三相6/5极开关磁阻电机，短磁路结构减小了电机铁心损耗，效率高，并且隔磁桥显著削弱了相间耦合，容错性和可靠性提高，相同尺寸的电机，输出的平均转矩是传统6/4极结构的1.17倍。
对该技术领域的普通技术人员而言，根据以上实施类型可以很容易联想其他的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述具体实例，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员根据上述具体实例通过各种等同替换所得到的技术方案，均应包含在本发明的权利要求范围及其等同范围之内。

Claims (1)

1.一种6/5极开关磁阻电机，所述电机为三相工作制电机，包括定子、转子和线圈；其特征在于：
所述定子为凸极结构，定子齿数为6，6个所述定子齿按逆时针分别为定子齿A1、A2、B1、B2、C1和定子齿C2，定子齿A1与A2之间布置有定子轭A3，定子齿B1与B2之间布置有定子轭B3，定子齿C1与C2之间布置有定子轭C3；
定子齿A2与B1之间布置有隔磁桥Ⅰ，定子齿B2与C1之间布置有隔磁桥Ⅱ，定子齿C2与A1之间布置有隔磁桥Ⅲ；
定子齿A1与A2空间上相差72°，定子齿B1与B2空间上相差72°，定子齿C1与C2空间上相差72°；定子齿A2与B1空间上相差48°，定子齿B2与C1空间上相差48°；定子齿C2与A1空间上相差48°；
所述转子为凸极结构，转子齿数为5；5个所述转子齿圆周上均匀布置，齿与齿相差72°；
每个所述定子齿上绕有1个线圈，共6个；绕在定子齿A1与A2上的2个线圈，采用串联或并联方式，连接为A相绕组；绕在定子齿B1与B2上的2个线圈，采用串联或并联方式，连接为B相绕组；绕在定子齿C1与C2上的2个线圈，采用串联或并联方式，连接为C相绕组；
所述A、B、C相绕组依次轮流导通，产生转矩，以实现所述电机运行。
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