CN108964388B - 一种开关磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种开关磁阻电机，由3个8/12极单相开关磁阻电机构成，3个单相电机轴向串联布置，3个单相电机的转子相互错开一定角度；每个单相电机的定子齿呈30°和60°交通排列，其中两个相差30°的定子齿上共同缠绕1个线圈，共4个，经过串联或并联方式，连接为一相绕组，进而可形成所述电机的三相绕组；由于3个单相电机相互隔离，磁路间无耦合，故所述开关磁阻电机的容错能力更强，可靠性更高，且铁心损耗小；另外，还具有转矩脉动小，启动能力强等优点；特别适合启动能力和可靠性要求的应用场合。

Description

一种开关磁阻电机
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电机，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。
然而，传统结构开关磁阻电机受限于双凸极结构和运行机理，不仅导致其转矩脉动大，还使得某些特定位置输出转矩小，降低了电机的启动能力；另外，由于各相电流产生磁路相互耦合，导致传统开关磁阻电机的容错能力不高。为此，本申请提出一种由三个新型单相电机轴向串联布置而成的三相开关磁阻电机，具有启动能力强、相间无磁路耦合、容错能力高等优点。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提出一种启动能力强、容错性能高的三相开关磁阻电机。所述三相开关磁阻电机由3个单相开关磁阻电机构成，3个单相开关磁阻电机轴向串联布置，每个单相电机的转子相互错开一定角度，使得每个单相电机转矩输出区间也错开相同角度，进而提升输出转矩；由于每个单相电机相互隔离，磁路间无耦合，故所述开关磁阻电机的容错能力更强，可靠性更高；另外，还具有转矩脉动小，启动能力强等优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种开关磁阻电机，由3个单相电机组成，分别为单相电机Ⅰ，单相电机Ⅱ，单相电机Ⅲ，3个所述单相电机轴向串联布置，所述单相电机Ⅰ、单相电机Ⅲ分别置于单相电机Ⅱ的两侧；所述开关磁阻电机为三相工作制电机；
所述单相电机Ⅰ包括，定子Ⅰ、转子Ⅰ和线圈Ⅰ；
所述单相电机Ⅱ包括，定子Ⅱ、转子Ⅱ和线圈Ⅱ；
所述单相电机Ⅲ包括，定子Ⅲ、转子Ⅲ和线圈Ⅲ；
所述述定子Ⅰ为凸极结构，齿数为8，所述定子Ⅰ的8个齿在空间上分别呈30°和60°交替排列；空间上相差30°的两个齿上共同缠绕1个线圈Ⅰ，共4个；4个所述线圈Ⅰ，采用串联或并联的连接方式，构成所述开关磁阻电机的A相绕组；所述转子Ⅰ为凸极结构，齿数为12；所述转子Ⅰ的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；所述转子Ⅰ布置在定子Ⅰ内；
所述述定子Ⅱ为凸极结构，齿数为8，所述定子Ⅱ的8个齿在空间上分别呈30°和60°交替排列；空间上相差30°的两个齿上共同缠绕1个线圈Ⅱ，共4个；4个所述线圈Ⅱ，采用串联或并联的连接方式，构成所述开关磁阻电机的B相绕组；所述转子Ⅱ为凸极结构，齿数为12；所述转子Ⅱ的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；所述转子Ⅱ布置在定子Ⅱ内；
所述述定子Ⅲ为凸极结构，齿数为8，所述定子Ⅲ的8个齿在空间上分别呈30°和60°交替排列；空间上相差30°的两个齿上共同缠绕1个线圈Ⅲ，共4个；4个所述线圈Ⅲ，采用串联或并联的连接方式，构成所述开关磁阻电机的C相绕组；所述转子Ⅲ为凸极结构，齿数为12；所述转子Ⅲ的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；所述转子Ⅲ布置在定子Ⅲ内；
所述定子Ⅰ、定子Ⅱ和定子Ⅲ轴向串联布置，定子Ⅱ处于定子Ⅰ和定子Ⅲ的中间，定子Ⅰ与定子Ⅱ之间的距离等于定子Ⅱ和定子Ⅲ之间的距离；所述定子Ⅰ、定子Ⅱ和定子Ⅲ的齿与齿对齐；
所述转子Ⅰ、转子Ⅱ和转子Ⅲ轴向串联布置，共同套在转轴上，转子Ⅱ处于转子Ⅰ和转子Ⅲ的中间；所述转子Ⅰ和转子Ⅱ的齿与齿在空间上相差10°，所述转子Ⅱ和转子Ⅲ的齿与齿在空间上相差10°，所述转子Ⅰ和转子Ⅲ的齿与齿在空间上相差20°。
本发明的有益效果：本发明提出了一种开关磁阻电机，采用本发明的技术方案，能够达到如下技术效果：
（1）启动能力强，启动电流小，转矩脉动小；
（2）各相磁路相互隔离，铁心损耗小，容错性能好，可靠性高；
（3）方便调整各转子齿间的错位角，以改善输出转矩的品质。
附图说明
图1是本发明开关磁阻电机的三维剖视图。
图2是本发明中单相电机Ⅰ的磁力线分布图。
附图标记说明：图1至图2中，1是定子Ⅰ，2是转子Ⅰ，3是线圈Ⅱ，4是定子Ⅱ，5是转子Ⅱ，6是线圈Ⅱ，7是定子Ⅲ，8是转子Ⅲ，9是线圈Ⅲ，10是转轴，11是单相电机Ⅰ，12是单相电机Ⅱ，13是单相电机Ⅲ，14是单相电机Ⅰ的磁力线。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明一种开关磁阻电机的技术方案进行详细说明：
如图1所示，是本发明开关磁阻电机的三维剖视图，其中，1是定子Ⅰ，2是转子Ⅰ，3是线圈Ⅱ，4是定子Ⅱ，5是转子Ⅱ，6是线圈Ⅱ，7是定子Ⅲ，8是转子Ⅲ，9是线圈Ⅲ，10是转轴，11是单相电机Ⅰ，12是单相电机Ⅱ，13是单相电机Ⅲ。
所述开关磁阻电机，由3个单相电机组成，分别为单相电机Ⅰ，单相电机Ⅱ，单相电机Ⅲ，3个所述单相电机轴向串联布置，所述单相电机Ⅰ、单相电机Ⅲ分别置于单相电机Ⅱ的两侧；所述开关磁阻电机为三相工作制电机；
所述单相电机Ⅰ包括，定子Ⅰ、转子Ⅰ和线圈Ⅰ；
所述单相电机Ⅱ包括，定子Ⅱ、转子Ⅱ和线圈Ⅱ；
所述单相电机Ⅲ包括，定子Ⅲ、转子Ⅲ和线圈Ⅲ；
所述述定子Ⅰ为凸极结构，齿数为8，所述定子Ⅰ的8个齿在空间上分别呈30°和60°交替排列；空间上相差30°的两个齿上共同缠绕1个线圈Ⅰ，共4个；4个所述线圈Ⅰ，采用串联或并联的连接方式，构成所述开关磁阻电机的A相绕组；所述转子Ⅰ为凸极结构，齿数为12；所述转子Ⅰ的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；所述转子Ⅰ布置在定子Ⅰ内；
所述述定子Ⅱ为凸极结构，齿数为8，所述定子Ⅱ的8个齿在空间上分别呈30°和60°交替排列；空间上相差30°的两个齿上共同缠绕1个线圈Ⅱ，共4个；4个所述线圈Ⅱ，采用串联或并联的连接方式，构成所述开关磁阻电机的B相绕组；所述转子Ⅱ为凸极结构，齿数为12；所述转子Ⅱ的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；所述转子Ⅱ布置在定子Ⅱ内；
所述述定子Ⅲ为凸极结构，齿数为8，所述定子Ⅲ的8个齿在空间上分别呈30°和60°交替排列；空间上相差30°的两个齿上共同缠绕1个线圈Ⅲ，共4个；4个所述线圈Ⅲ，采用串联或并联的连接方式，构成所述开关磁阻电机的C相绕组；所述转子Ⅲ为凸极结构，齿数为12；所述转子Ⅲ的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；所述转子Ⅲ布置在定子Ⅲ内；
所述定子Ⅰ、定子Ⅱ和定子Ⅲ轴向串联布置，定子Ⅱ处于定子Ⅰ和定子Ⅲ的中间，定子Ⅰ与定子Ⅱ之间的距离等于定子Ⅱ和定子Ⅲ之间的距离；所述定子Ⅰ、定子Ⅱ和定子Ⅲ的齿与齿对齐；
所述转子Ⅰ、转子Ⅱ和转子Ⅲ轴向串联布置，共同套在转轴上，转子Ⅱ处于转子Ⅰ和转子Ⅲ的中间；所述转子Ⅰ和转子Ⅱ的齿与齿在空间上相差10°，所述转子Ⅱ和转子Ⅲ的齿与齿在空间上相差10°，所述转子Ⅰ和转子Ⅲ的齿与齿在空间上相差20°。
如图2所示，是本发明中单相电机Ⅰ的磁力线分布图。其中，14是单相电机Ⅰ的绕组电流产生的磁力线。
所述单相电机Ⅰ的4个线圈Ⅰ，采用串联或并联的连接方式，构成所述开关磁阻电机的A相绕组；当A相绕组通入电流时，产生的磁力线分布如图2中的虚线（线标号14）所示；8个定子齿的磁场极性呈NNSSNNSS分布，共形成4个闭合磁路，每个闭合磁路经两个相差60°定子齿和气隙、转子闭合；每个闭合磁路间无耦合，并且由于磁力线呈短磁路分布，铁心损耗小，电机效率高；
所述单相电机Ⅱ和单相电机Ⅲ的绕组连接方式与单相电机Ⅰ相同，分别连接为B相绕组和C相绕组；所述单相电机Ⅱ和单相电机Ⅲ磁力线分布也与单相电机Ⅰ相同；
由于三个单相电机的转子齿在空间上相差10°，当三相绕组也相差10°依次通电导通时，转子恰好旋转一个周期角，即30°，进而实现机电能量转换；所述开关磁阻电机的控制方式与传统三相开关磁阻电机相同。
综上所述，本发明一种开关磁阻电机，通过三个8/12极单相电机轴向级联而成，每个单相电机转子相互错开一定角度，每个单相电机间的磁路相互隔离，而且单相电机内4个闭合短磁路也无耦合，为此，本发明电机铁心损耗小，容错性能和可靠性高；另外，由于采用与传统开关磁阻电机不同的定、转子齿数组合，转子齿数大于定子齿数，最小转矩显著提高，进而所述电机具有启动能力强、转矩脉动小等优点。
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)

1.一种开关磁阻电机，由3个单相电机组成，分别为单相电机Ⅰ，单相电机Ⅱ，单相电机Ⅲ，3个所述单相电机轴向串联布置，所述单相电机Ⅰ、单相电机Ⅲ分别置于单相电机Ⅱ的两侧；所述开关磁阻电机为三相工作制电机，其特征在于：
所述单相电机Ⅰ包括，定子Ⅰ、转子Ⅰ和线圈Ⅰ；
所述单相电机Ⅱ包括，定子Ⅱ、转子Ⅱ和线圈Ⅱ；
所述单相电机Ⅲ包括，定子Ⅲ、转子Ⅲ和线圈Ⅲ；
所述定子Ⅰ为凸极结构，齿数为8，所述定子Ⅰ的8个齿在空间上分别呈30°和60°交替排列；空间上相差30°的两个齿上共同缠绕1个线圈Ⅰ，共4个；4个所述线圈Ⅰ，采用串联或并联的连接方式，连接构成所述开关磁阻电机的A相绕组；所述转子Ⅰ为凸极结构，齿数为12；所述转子Ⅰ的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；所述转子Ⅰ布置在定子Ⅰ内；
所述定子Ⅱ为凸极结构，齿数为8，所述定子Ⅱ的8个齿在空间上分别呈30°和60°交替排列；空间上相差30°的两个齿上共同缠绕1个线圈Ⅱ，共4个；4个所述线圈Ⅱ，采用串联或并联的连接方式，连接构成所述开关磁阻电机的B相绕组；所述转子Ⅱ为凸极结构，齿数为12；所述转子Ⅱ的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；所述转子Ⅱ布置在定子Ⅱ内；
所述定子Ⅲ为凸极结构，齿数为8，所述定子Ⅲ的8个齿在空间上分别呈30°和60°交替排列；空间上相差30°的两个齿上共同缠绕1个线圈Ⅲ，共4个；4个所述线圈Ⅲ，采用串联或并联的连接方式，连接构成所述开关磁阻电机的C相绕组；所述转子Ⅲ为凸极结构，齿数为12；所述转子Ⅲ的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；所述转子Ⅲ布置在定子Ⅲ内；
所述定子Ⅰ、定子Ⅱ和定子Ⅲ轴向串联布置，定子Ⅱ处于定子Ⅰ和定子Ⅲ的中间，定子Ⅰ与定子Ⅱ之间的距离等于定子Ⅱ和定子Ⅲ之间的距离；所述定子Ⅰ、定子Ⅱ和定子Ⅲ的齿与齿对齐；
所述转子Ⅰ、转子Ⅱ和转子Ⅲ轴向串联布置，共同套在转轴上，转子Ⅱ处于转子Ⅰ和转子Ⅲ的中间；所述转子Ⅰ和转子Ⅱ的齿与齿在空间上相差10°，所述转子Ⅱ和转子Ⅲ的齿与齿在空间上相差10°，所述转子Ⅰ和转子Ⅲ的齿与齿在空间上相差20°。
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