CN109088527B - 一种变磁阻无刷电机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变磁阻无刷电机系统，包括定子铁芯、集中式定子绕组和转子铁芯；其中，定子铁芯和转子铁芯均采用凸极结构；定子铁芯采用叠式结构，包括多叠定子；转子铁芯采用叠式结构，包括多叠转子；定子和转子的叠数m相同；各叠定子上设有的齿极数与各叠转子上设有的齿极数N相同；组成定子铁芯的多叠定子以360/(m*N)的角度错开设置，组成转子铁芯的多叠转子对齐设置，或者组成转子铁芯的多叠转子以360/(m*N)的角度错开设置，组成定子铁芯的多叠定子对齐设置；各叠定子上绕制的集中式定子绕组串联组成一相。本发明变磁阻无刷电机系统转矩脉动小，具有相间独立性。

Description

一种变磁阻无刷电机系统
技术领域
本发明提供了一种结构简单、可靠性高、转矩脉动小，具有相间独立性的双极性叠式变磁阻无刷电机系统，属于磁阻电机制造的技术领域。
背景技术
开关磁阻电机作为一种无稀土、无刷电机的代表，从提出之初就一直得到广泛关注与研究。其定子铁心上嵌套有集中式绕组线圈，转子仅由硅钢片叠压而成，既无绕组，又无永磁体，适合高速和较为恶劣工况环境。该电机依靠磁阻转矩运行，起动电流小、起动转矩大、调速范围宽；电机的每相绕组均采用集中绕组结构，端部较短，绕制难度低，铜耗小；此外，该电机每相绕组间互感非常小，即磁场耦合程度低，保证了电机具有较好的容错性能，且每相绕组在电路上不会直接相连，即使某一相绕组发生故障，整个驱动系统仍然可以维持一定程度的正常运行。目前，开关磁阻电机在工业调速系统领域中已显示出强大的竞争力，在电动汽车、家用电器、纺织机械、电气传动等方面也有广阔的前景。
尽管开关磁阻电机具备以上诸多优点，但仍然存在一些瓶颈问题制约开关磁阻电机的进一步推广。
（1）开关磁阻电机的电磁转矩是由一系列脉冲转矩叠加而成，合成转矩不是一个恒定值，因此存在固有的转矩脉动，尤其电机低速运行时转矩脉动较明显，易引起电磁噪声及转速波动，从而限制开关磁阻电机在某些要求平滑转矩、精确定位场合的应用，而且电机的径向磁拉力也会带来明显的振动和噪声。
（2）由于开关磁阻电机的电流呈单向脉冲性，使得在选取开关元件容量和功率变换器的通用性上受到了限制。特别是传统开关磁阻电机的主电路功率模块通常采用三相不对称桥式功率拓扑电路，每相绕组采用两个主开关、两个缓流二极管，无法与标准的三相桥式主电路模块通用，加上功率模块本身尚无统一的国家标准，这不仅增加了开关磁阻电机功率变换器的复杂性和硬件成本，也制约了开关磁阻电机进一步推广应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种转矩脉动小，具有相间独立性的双极性叠式变磁阻无刷电机系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种变磁阻无刷电机系统，包括定子铁芯、集中式定子绕组和转子铁芯；其中，定子铁芯和转子铁芯均采用凸极结构；定子铁芯采用叠式结构，包括多叠定子；转子铁芯采用叠式结构，包括多叠转子；定子和转子的叠数m相同；各叠定子上设有的齿极数与各叠转子上设有的齿极数N相同；组成定子铁芯的多叠定子以360/(m*N)的角度错开设置，组成转子铁芯的多叠转子对齐设置，或者组成转子铁芯的多叠转子以360/(m*N)的角度错开设置，组成定子铁芯的多叠定子对齐设置；各叠定子上绕制的集中式定子绕组串联组成一相。
通过双凸极结构，以及定子和转子的叠式结构，结合各叠定子集中式定子绕组单独组成一相，增加了电机相间独立性，降低了电机相与相之间的电、磁、热耦合，提高了电机本体的可靠性和冗余性；同时每叠定子或者转子错开放置，可以有效的降低转矩脉动、振动与噪声。
进一步的，本发明变磁阻无刷电机系统采用不均匀气隙结构。通过采用不均匀气隙结构，使各相绕组产生随转子位置呈正弦变化的电感波形。
进一步的，上述变磁阻无刷电机系统的控制电路采用双极性桥式电路。通入正弦交流电以降低开关磁阻电机的成本产生平稳的电磁转矩。
其中，叠数m为2-6；所述齿极数为2、4、6或8。
优选的，变磁阻无刷电机系统为双极性3相3叠6-6结构，其中定子铁芯包括3叠定子，转子铁芯包括3叠转子，各叠转子和定子上设有的齿极数为6；变磁阻无刷电机系统通过所述双极性桥式电路通入三相正弦交流电进行电机控制。本发明适用于多相多叠N-N结构的变磁阻无刷电机，其中N为定、转子齿极数（如3相3叠2-2极、3相3叠4-4极、3相3叠8-8极等等）。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）本发明变磁阻无刷电机系统，定子或者转子采用叠式结构，每叠单独组成一相，增强了电机相间独立性，降低了电机相与相之间的电、磁、热耦合，提高了电机本体的可靠性和冗余性；
（2）本发明每叠转子或者定子错开放置，可以有效的降低转矩脉动、振动与噪声；
（3）本发明采用了一种不均匀气隙结构，使各相绕组产生随转子位置呈正弦变化的电感波形，改变传统开关磁阻电机近似线性的电感波形，有效的减小转矩脉动。
（4）本发明每叠定子槽只有一套绕组，空间利用率高；同时每叠定子电枢绕组串联组成一相，磁路短，损耗低；
（5）本发明通入m相正弦交流电，电压、电流是双极性，采用通用功率变换器，克服了传统开关磁阻电机功率驱动电路成本高、缺乏统一标准，无法大规模生产的缺点。
附图说明
图1为双极性3相3叠6-6结构的变磁阻无刷电机定子错开结构示意图；
图2为双极性3相3叠6-6结构的变磁阻无刷电机转子错开结构示意图；
图3为电机采用不均匀气隙结构图；
图4为3相3叠变磁阻无刷电机的控制电路图；
图5为电机电感波形图；
图6为采用双极性控制电磁转矩波形。
图中，1-定子铁芯，2-转子铁芯，3-电枢绕组，4-不均匀气隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明双极性变磁阻无刷电机系统是一种磁阻电机，其中定子铁芯1、转子铁芯2均为凸极结构。且定子铁芯1、转子铁芯2均采用叠式结构，由多个普通硅钢片叠压而成。转子铁芯2上既无绕组也无永磁体，定子齿上有集中绕组3。本发明变磁阻无刷电机可以设计成多种不同叠数结构，而且定、转子的齿极数也有多种不同的搭配，叠数越多，转矩越大，整体步距角小，利于减小转矩脉动。
本实施例以一台3相3叠6-6结构的变磁阻无刷电机（即定子6槽/转子6极）为例，详细介绍本发明。如图1和图2所示，本案的变磁阻无刷电机包括3叠定子铁芯1、3叠转子铁芯2，转铁芯子2位于定子铁芯1的内部，定子铁芯1和转子铁芯2均为凸极结构，定子铁芯1和转子铁芯2都可以采用硅钢冲片压叠制成，制造简单，在定子铁芯1上绕制有集中电枢绕组3，每叠定子上的电枢绕组3串联组成一相。图1为3叠定子以20°电角度错开结构图，3叠转子对齐。图2为3叠转子以20°度电角度错开结构图，3叠定子对齐。如图3所示，通过不均匀气隙4结构，使各相绕组产生随转子位置呈正弦变化的电感波形，如图5所示。
如图4所示，通过双极性桥式电路产生的正弦电流驱动电枢绕组，可产生稳定的电磁转矩，如图6所示。同时也克服了传统使用开关磁阻电机功率驱动电路成本高、缺乏统一标准，无法大规模生产的缺点。

Claims (4)

1.一种变磁阻无刷电机系统，所述变磁阻无刷电机系统包括定子铁芯、集中式定子绕组和转子铁芯；其特征在于： 所述定子铁芯和转子铁芯均采用凸极结构；所述定子铁芯采用叠式结构，包括多叠定子；所述转子铁芯采用叠式结构，包括多叠转子；定子和转子的叠数m相同；各叠定子上设有的齿极数与各叠转子上设有的齿极数N相同；组成定子铁芯的多叠定子以360/(m*N)的角度错开设置，组成转子铁芯的多叠转子对齐设置，或者组成转子铁芯的多叠转子以360/(m*N)的角度错开设置，组成定子铁芯的多叠定子对齐设置；各叠定子上绕制的集中式定子绕组串联组成一相。
2.根据权利要求1所述的变磁阻无刷电机系统，其特征在于：所述变磁阻无刷电机系统采用不均匀气隙结构。
3.根据权利要求2所述的变磁阻无刷电机系统，其特征在于：所述变磁阻无刷电机系统的控制电路采用双极性桥式电路，通入正弦交流电进行控制。
4.根据权利要求3所述的变磁阻无刷电机系统，其特征在于：所述叠数m为2-6；所述齿极数N为2、4、6或8。
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