CN108900053B - 一种9/8极开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种9/8极开关磁阻电机。所述电机定子齿数为9，转子齿数为8，相数为3；所述定子齿包括3个宽齿和6个窄齿，每个定子齿上绕有1个线圈；所述电机为120°相带绕组结构，每相包括3个相邻分布的定子齿，其中宽齿处于两个窄齿的中间，并且3个相邻定子齿上的线圈，连接为一相绕组；每相宽齿与两个窄齿的间距角为45°，三相空间上均匀布置，相与相相差120°；每相磁路均呈短磁路分布，铁心损耗小且相间耦合弱。相对于传统三相12/8极开关磁阻电机，本发明电机转矩的有效输出区间大，起动能力较强，且转矩脉动小；每相磁通均为短磁路结构，有利于减小电机铁心损耗，相间耦合弱，有利于提升电机的可靠性。

Description

一种9/8极开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及一种9/8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。

常用的开关磁阻电机通常为三相或四相，相数多的电机转矩特性更好，转矩脉动和起动能力更强些；然而，相数多势必导致控制系统成本更高，为此三相开关磁阻电机更为常用。定、转子极数较多的开关磁阻电机具有较好的转矩特性和起动能力，但开关频率较高，功率管损耗和铁心损耗较大；而定、转子极数较少的电机具有更好的高速性能，由于开关频率较小，功率管损耗和铁心损耗也较小；综合考虑成本、转矩和损耗性能，相对于三相12/8、18/12极，及四相8/6极等传统结构，三相12/8极开关磁阻电机更具优势，因此应用更为广泛。

然而，三相12/8极开关磁阻电机的转矩脉动和铁心损耗依然较大，起动能力仍然需要进一步提升，为解决该问题，本发明提出了一种低转矩脉动、起动能力强且铁心损耗小的新型三相9/8极开关磁阻电机。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出一种9/8极开关磁阻电机。所述电机定子齿数为9，转子齿数为8，相数为3；所述定子齿包括3个宽齿和6个窄齿，每个定子齿上绕有1个线圈；所述电机为120°相带绕组结构，每相包括3个相邻分布的定子齿，其中宽齿处于两个窄齿的中间；并且3个相邻定子齿上的线圈，连接为一相绕组；每相宽齿与两个窄齿的间距角为45°，三相空间上均匀布置，相与相相差120°；每相磁路均呈短磁路分布，铁心损耗小且相间耦合弱；相对于传统三相12/8极开关磁阻电机，本发明转矩脉动小，起动能力强，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9/8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9，9个所述定子齿按逆时针分别为A₁、A₂、A₃、B₁、B₂、B₃、C₁、C₂、C₃，其中，A₂、B₂、C₂为宽齿，A₁、A₃、B₁、B₃、C₁、C₃为窄齿；3个所述宽齿的齿宽相等，6个所述窄齿的齿宽相等，且所述宽齿的齿宽大于窄齿的齿宽；

宽齿A₂与窄齿A₁、A₃空间上均相差45°，宽齿B₂与窄齿B₁、B₃空间上均相差45°，宽齿C₂与窄齿C₁、C₃空间上均相差45°；

窄齿A₃与窄齿B₁空间上相差30°，窄齿B₃与窄齿C₁空间上相差30°，窄齿C₃与窄齿A₁空间上相差30°；

所述转子为凸极结构，转子齿数为8；8个所述转子齿圆周上均匀布置，齿与齿相差45°；

每个所述定子齿上绕有1个线圈，绕在定子齿A₁、A₂与A₃上的3个线圈，串联连接为A相绕组；绕在定子齿B₁、B₂与B₃上的3个线圈，串联连接为B相绕组；绕在定子齿C₁、C₂与C₃上的3个线圈，串联连接为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9/8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）有效转矩输出区间大，转矩脉动小，且起动能力强；

（2）短磁路，铁心损耗小。

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12/8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示意图，5是转子处于对齐位置时A相绕组电流产生的磁力线示意图，6是本发明9/8极开关磁阻电机的相转矩特性曲线，7是12/8极开关磁阻电机的相转矩特性曲线，8是本发明9/8极开关磁阻电机的相平均转矩，9是12/8极开关磁阻电机的相平均转矩，A₁、A₂、A₃、B₁、B₂、B₃、C₁、C₂、C₃分别为定子齿，A₂、B₂、C₂为宽齿，A₁、A₃、B₁、B₃、C₁、C₃为窄齿。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明一种9/8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图，其中，1是定子，2转子，3是线圈，A₁、A₂、A₃、B₁、B₂、B₃、C₁、C₂、C₃分别为定子齿，A₂、B₂、C₂为宽齿，A₁、A₃、B₁、B₃、C₁、C₃为窄齿。

所述9/8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9，9个所述定子齿按逆时针分别为A₁、A₂、A₃、B₁、B₂、B₃、C₁、C₂、C₃，其中，A₂、B₂、C₂为宽齿，A₁、A₃、B₁、B₃、C₁、C₃为窄齿；3个所述宽齿的齿宽相等，6个所述窄齿的齿宽相等，且所述宽齿的齿宽大于窄齿的齿宽；

宽齿A₂与窄齿A₁、A₃空间上均相差45°，宽齿B₂与窄齿B₁、B₃空间上均相差45°，宽齿C₂与窄齿C₁、C₃空间上均相差45°；

窄齿A₃与窄齿B₁空间上相差30°，窄齿B₃与窄齿C₁空间上相差30°，窄齿C₃与窄齿A₁空间上相差30°；

所述转子为凸极结构，转子齿数为8；8个所述转子齿圆周上均匀布置，齿与齿相差45°；

每个所述定子齿上绕有1个线圈，绕在定子齿A₁、A₂与A₃上的3个线圈，串联连接为A相绕组；绕在定子齿B₁、B₂与B₃上的3个线圈，串联连接为B相绕组；绕在定子齿C₁、C₂与C₃上的3个线圈，串联连接为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22.5°。

在不对齐和对齐位置，A相绕组电流产生的磁力线包括两种路径，一是经过定子齿A₂、定子轭、定子齿A₁、气隙、转子、气隙和定子齿A₂闭合，另一个是经过定子齿A₂、定子轭、定子齿A₃、气隙、转子、气隙和定子齿A₂闭合；两个磁路均为短磁路结构，且与另外两相定子无耦合；

由于经过宽齿A₂的磁通是窄齿A₁、A₂磁通之和，故宽齿的齿宽须大于窄齿的齿宽，以减小宽齿的饱和，另外由于宽齿与转子齿的距离减小，有利于减小磁路的磁阻，提升输出转矩；

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12/8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9/8极开关磁阻电机的相转矩特性曲线，7是12/8极开关磁阻电机的相转矩特性曲线，8是本发明9/8极开关磁阻电机的相平均转矩，9是12/8极开关磁阻电机的相平均转矩。

9/8极开关磁阻电机和12/8极开关磁阻电机的结构参数基本相同，相同的参数为：定子外径130mm，定子内径76.6mm，转子外径76mm，转轴32mm，轴向长度100mm，每齿线圈匝数60；不同的参数为，9/8极开关磁阻电机：宽齿的极弧角为26°，窄齿的极弧角为20°，转子齿极弧角为20.25°；12/8极开关磁阻电机：定子齿的极弧角为15°，转子齿的极弧角为19.35°。

当A相绕组电流为5A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，本发明电机有效输出区间明显大于传统12/8极开关磁阻电机，有利于提升电机起动能力。

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1.61Nm，传统12/8极开关磁阻电机相平均转矩为1.70Nm，尽管本发明电机的平均输出转矩不如12/8极大，但是由于本发明电机的峰值转矩较小，而有效输出宽度大，转矩脉动较小。

综上所述，本发明一种三相9/8极开关磁阻电机，该电机相转矩的有效输出区间宽，起动能力较强，且转矩脉动小；每相磁通均为短磁路结构，有利于减小电机铁心损耗，相间耦合弱，有利于提升电机的可靠性。

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9/8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9，9个所述定子齿按逆时针分别为定子齿A₁、A₂、A₃、B₁、B₂、B₃、C₁、C₂、C₃，其中，定子齿A₂、B₂、C₂为宽齿，定子齿A₁、A₃、B₁、B₃、C₁、C₃为窄齿；3个所述宽齿的齿宽相等，6个所述窄齿的齿宽相等，且所述宽齿的齿宽大于窄齿的齿宽；

宽齿A₂与窄齿A₁、A₃空间上均相差45°，宽齿B₂与窄齿B₁、B₃空间上均相差45°，宽齿C₂与窄齿C₁、C₃空间上均相差45°；

窄齿A₃与窄齿B₁空间上相差30°，窄齿B₃与窄齿C₁空间上相差30°，窄齿C₃与窄齿A₁空间上相差30°；

所述转子为凸极结构，转子齿数为8；8个所述转子齿圆周上均匀布置，齿与齿相差45°；

每个所述定子齿上绕有1个线圈，绕在定子齿A₁、A₂与A₃上的3个线圈，串联连接为A相绕组；绕在定子齿B₁、B₂与B₃上的3个线圈，串联连接为B相绕组；绕在定子齿C₁、C₂与C₃上的3个线圈，串联连接为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。

Images