CN110572001B - 多相永磁磁阻电机 - Google Patents

多相永磁磁阻电机 Download PDF

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Abstract

多相永磁磁阻电机，涉及电机技术领域，具体涉及多相永磁磁阻电机。本发明解决了现有开关磁阻电机的转矩密度低、峰值电流大、绕组铜耗高；各相绕组工作在开关状态，导致电机转矩波动大、振动与噪声高的问题。本发明所述的多相永磁磁阻电机，通过在定子侧引入永磁体励磁，使绕组在全电周期内工作并产生单向转矩，提升了电机的转矩密度；电机采用双极性电流驱动，提高了绕组利用率，降低了电机铜耗，同时可利用传统的逆变电路驱动，驱动系统成本低、实用性高；实现了绕组磁链与反电势的正弦化，减小了转矩波动及电机的振动、噪声。本发明适用于作为电机使用。

Description

多相永磁磁阻电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及多相永磁磁阻电机。
背景技术
传统的开关磁阻电机结构如图6所示，电机的定、转子均为凸极结构，绕组为集中绕组，端部短。通过对定子励磁绕组依次通电，定子极与转子极相互作用产生转矩。由于转子上既没有绕组，也没有永磁体104，仅由硅钢片叠压而成，可以承受较高的机械应力，适合高速运行；电机的成本低、结构简单、运行可靠、高效率调速范围宽；起动转矩高，起动电流小；能够适应高温、高湿、强振动、大过载、高转速等恶劣工作环境，在工业、能源、航空航天等领域得到了成功应用。
但是，开关磁阻电机的每相绕组只有在半个电周期内工作时，才能获得单向转矩。由于无法在全电周期内工作，导致电机转矩密度低；绕组电流中无功励磁电流和有功转矩电流相叠加，导致峰值电流大、绕组铜耗高；各相绕组工作在开关状态，导致电机转矩波动大、振动与噪声高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有开关磁阻电机的转矩密度低、峰值电流大、绕组铜耗高；各相绕组工作在开关状态，导致电机转矩波动大、振动与噪声高的问题，提出了多相永磁磁阻电机。
本发明所述的多相永磁磁阻电机的结构一，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一102，相邻的两个定子槽一102之间还开设有定子槽二101，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
所述定子槽一102和定子槽二101的宽度不同；
间隙为定子槽二101的两个定子齿为一组；
每组定子齿上均绕有一个线圈103；所有线圈103连接成m相定子绕组，每相邻的两组定子齿中有一组定子齿的表面贴设有永磁体104；所述永磁体104为径向充磁或平行充磁；每组定子齿上的永磁体104的充磁方向相反。
多相永磁磁阻电机的结构二，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；
转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一102，相邻的两个定子槽一102之间还开设有定子槽二101，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
所述定子槽一102和定子槽二101的宽度不同；
间隙为定子槽二101的两个定子齿为一组；
每组定子齿上均绕有一个线圈103；所有线圈103连接成m相定子绕组，每组定子齿中有一个定子齿的表面贴设有永磁体104；两个贴设有永磁体104的定子齿和两个没有贴设有永磁体104的定子齿间隔排列；
所述永磁体104为径向充磁或平行充磁；相邻的两个贴设有永磁体104的定子齿上的永磁体104的充磁方向相同。
多相永磁磁阻电机的结构三，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；
转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一102，相邻的两个定子槽一102之间还开设有定子槽二101，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
所述定子槽一102和定子槽二101的宽度不同；
间隙为定子槽二101的两个定子齿为一组；
每组定子齿上均绕有一个线圈103；所有线圈103连接成m相定子绕组；
每个定子齿上均贴设有永磁体104，所述永磁体104为径向充磁或平行充磁；
同一组的两个定子齿上的永磁体104的充磁方向相反；
间隙为定子槽一102的两个定子齿上的永磁体104的充磁方向相同。
多相永磁磁阻电机的结构四，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽三，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
每个定子齿上均绕有一个线圈103；所有线圈103连接成m相对称定子绕组，每个定子齿上均贴设有永磁体104，所述永磁体104为径向充磁或平行充磁；相邻的m个属于不同相的线圈103所绕的定子齿上的永磁体104的充磁方向相同，相邻的属于同一相的线圈103所绕的定子齿上的永磁体104的充磁方向相反。
多相永磁磁阻电机的结构五，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一102，相邻的两个定子槽一102之间还等间隔开设有两个定子槽二101，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
所述定子槽一102和定子槽二101的宽度不同；
每个定子槽一102和定子槽二101内均嵌有线圈103，形成m相对称的定子绕组；
每个定子齿的表面均贴设有永磁体104；
永磁体104为径向充磁或平行充磁；
每相邻的mk个定子齿上的永磁体104的充磁方向相同，该mk个定子齿上永磁体104的充磁方向与其两侧相邻的mk个定子齿上永磁体104的充磁方向相反，其中，k为整数。
本发明所述的多相永磁磁阻电机，通过在定子侧引入永磁体励磁，使绕组在全电周期内工作并产生单向转矩，提升了电机的转矩密度；电机采用双极性电流驱动，提高了绕组利用率，降低了电机铜耗，同时可利用传统的逆变电路驱动，驱动系统成本低、实用性高；实现了绕组磁链与反电势的正弦化，减小了转矩波动及电机的振动、噪声；同时保持了传统开关磁阻电机结构简单坚固等特点；采用永磁体励磁，电机结构简单、效率高、功率密度大、可靠性与安全性高。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的多相永磁磁阻电机结构示意图；
图2是具体实施方式二所述的多相永磁磁阻电机结构示意图；
图3是具体实施方式三所述的多相永磁磁阻电机结构示意图；
图4是具体实施方式四所述的多相永磁磁阻电机结构示意图；
图5是具体实施方式五所述的多相永磁磁阻电机结构示意图；
图6是传统的开关磁阻电机结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述多相永磁磁阻电机，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一102，相邻的两个定子槽一102之间还开设有定子槽二101，形成20个定子齿，电机的相数为5相；定子绕组为五相绕组；
所述定子槽一102和定子槽二101的宽度不同；
间隙为定子槽二101的两个定子齿为一组；
每组定子齿上均绕有一个线圈103；所有线圈103连接成m相定子绕组，每相邻的两组定子齿中有一组定子齿的表面贴设有永磁体104；所述永磁体104为径向充磁或平行充磁；每组定子齿上的永磁体104的充磁方向相反。
如图1所示，A1相为1号线圈、B1相为2号线圈、C1相为3号线圈；其中，1号线圈、3号线圈等标号为奇数的线圈所缠绕的定子齿上贴设有永磁体；或者在标号为偶数的线圈所缠绕的定子齿上贴设有永磁体；所述永磁体为径向充磁；每组定子齿上贴设的永磁体的充磁方向相反。
本实施方式所述的磁阻电机将永磁体贴设在定子齿上，如图1所示，与传统的电机将永磁体嵌在定子齿上不同，传统结构由于永磁体的存在将电机在轴线上分割开了，而这种新型的电机保持了电机的完整性，使得电机结构更加安全可靠，且由于永磁体在定子齿上，加工工艺上更加简单，有一半的定子齿上不需要安装永磁体，所以可以节约永磁体的用量，而且减少的永磁体并不影响电机的正常运行，每组定子齿上的永磁体充磁方向不同，这也就保证了电机转子转过一个极距时，一个定子上的磁通能够反向。
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式所述多相永磁磁阻电机，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；
转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一102，相邻的两个定子槽一102之间还开设有定子槽二101，形成20个定子齿，电机的相数为5相；定子绕组为五相绕组；
所述定子槽一102和定子槽二101的宽度不同；
间隙为定子槽二101的两个定子齿为一组；
每组定子齿上均绕有一个线圈103；所有线圈103连接成m相定子绕组，每组定子齿中有一个定子齿的表面贴设有永磁体104；两个贴设有永磁体104的定子齿和两个没有贴设有永磁体104的定子齿间隔排列；
所述永磁体104为径向充磁或平行充磁；相邻的两个贴设有永磁体104的定子齿上的永磁体104的充磁方向相同。
本实施方式所述的电机在继承了图1所述电机的优点的基础上，改变了永磁体贴设的具体位置，这样使得所有永磁体的充磁方向相同，工艺更加简单。
具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式的多相永磁磁阻电机，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；
转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一102，相邻的两个定子槽一102之间还开设有定子槽二101，形成24个定子齿，电机的相数为3相；定子绕组为三相绕组；
所述定子槽一102和定子槽二101的宽度不同；
间隙为定子槽二101的两个定子齿为一组；
每组定子齿上均绕有一个线圈103；所有线圈103连接成m相定子绕组；
每个定子齿上均贴设有永磁体104，所述永磁体104为径向充磁或平行充磁；
同一组的两个定子齿上的永磁体104的充磁方向相反；
间隙为定子槽一102的两个定子齿上的永磁体104的充磁方向相同。
上述具体实施方式中，所述定子槽一102和定子槽二101的宽度不同。所述定子槽二101为矩形槽，定子槽一102为梯形槽。
本实施方式所述的电机结构每个定子齿上均贴设有永磁体，与传统的电机将永磁体嵌在定子齿上不同，传统结构由于永磁体的存在将电机在轴线上分割开了，而这种新型的电机保持了电机的完整性，使得电机结构更加安全可靠，且由于永磁体在定子齿上，加工工艺上更加简单。不仅如此，这种结构相比于图1和图2，每个定子齿上磁导均相等，可以减小转矩波动，提高转矩密度。
具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述多相永磁磁阻电机，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽三105，形成12个定子齿，电机的相数为三相；定子绕组为三相绕组；
每个定子齿上均缠绕有一个线圈103；所有线圈103连接成三相对称定子绕组，每个定子齿上均贴设有永磁体104，所述永磁体104为径向充磁或平行充磁；相邻的3个属于不同相的线圈103所绕的定子齿上的永磁体104的充磁方向相同，相邻的属于同一相的线圈103所绕的定子齿上的永磁体104的充磁方向相反。
本实施方式所述的电机结构每个定子齿上均贴设有永磁体，与传统的电机将永磁体嵌在定子齿上不同，传统结构由于永磁体的存在将电机在轴线上分割开了，而这种新型的电机保持了电机的完整性，使得电机结构更加安全可靠，且由于永磁体在定子齿上，加工工艺上更加简单。
具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式所述多相永磁磁阻电机，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心1、定子绕组和永磁体104；转子包括转子铁心2；所述转子铁心2为圆筒形，在转子铁心2的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心2的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心1为圆筒形，在定子铁心1的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一102，相邻的两个定子槽一102之间还等间隔开设有两个定子槽二101，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
所述定子槽一102和定子槽二101的宽度不同；
每个定子槽一102和定子槽二101内均嵌有线圈103，形成m相对称的定子绕组；
每个定子齿的表面均贴设有永磁体104；
永磁体104为径向充磁或平行充磁；
每相邻的3个定子齿上的永磁体104的充磁方向相同，该3个定子齿上永磁体104的充磁方向与其两侧相邻的3个定子齿上永磁体104的充磁方向相反，其中，mk＝Q/(2*P)，Q为定子齿的个数，p是极对数。
本实施方式所述的结构采用的分布绕组，转子极对数较少，能适用于高转速运行。
本发明所述的电机既可为内转子结构，也可为外转子结构；既可以为单定子结构，也可以为双定子结构；既可以用于电动机，也可以用于发电机。
进一步地，具体实施方式一至具体实施方式五中，永磁体104的形状为瓦片形或平板形。
进一步地，具体实施方式一、二、三和五中，定子槽一102和定子槽二101内均设有隔磁板。
在本实施方式所述的定子槽一102和定子槽二101内均设有隔磁板，这样可以保证磁力线不会进入定子槽一102和定子槽二101内，最大程度的提高磁通密度。
进一步地，具体实施方式一至具体实施方式五中，转子采用高导磁材料。
进一步地，具体实施方式一至具体实施方式五中，定子由m个单相定子单元沿周向同轴串联而成；m个定子单元沿圆周方向依次相差360°/m电角度。
本实施方式中转子采用高导磁材料可以提高磁通密度，增加气隙礠密，提高转矩密度；定子由m个单相定子单元沿周向同轴串联而成，m个定子单元沿圆周方向依次相差360°/m电角度，将定子单元进行分块处理，每一定子单元的礠密分布相同，对电机的特性分析更加简单。
本发明的多相永磁磁阻电机具有可靠性与安全性高、结构简单、成本低、转矩密度高等优点。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.多相永磁磁阻电机，其特征在于，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心(1)、定子绕组和永磁体(104)；转子包括转子铁心(2)；所述转子铁心(2)为圆筒形，在转子铁心(2)的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心(2)的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心(1)为圆筒形，在定子铁心(1)的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一(102)，相邻的两个定子槽一(102)之间还开设有定子槽二(101)，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
所述定子槽一(102)和定子槽二(101)的宽度不同；
间隙为定子槽二(101)的两个定子齿为一组；
每组定子齿上均绕有一个线圈(103)；所有线圈(103)连接成m相定子绕组，每相邻的两组定子齿中有一组定子齿的表面贴设有永磁体(104)；所述永磁体(104)为径向充磁或平行充磁；每组定子齿上的永磁体(104)的充磁方向相反。
2.多相永磁磁阻电机，其特征在于，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心(1)、定子绕组和永磁体(104)；
转子包括转子铁心(2)；所述转子铁心(2)为圆筒形，在转子铁心(2)的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心(2)的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心(1)为圆筒形，在定子铁心(1)的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一(102)，相邻的两个定子槽一(102)之间还开设有定子槽二(101)，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
所述定子槽一(102)和定子槽二(101)的宽度不同；
间隙为定子槽二(101)的两个定子齿为一组；
每组定子齿上均绕有一个线圈(103)；所有线圈(103)连接成m相定子绕组，每组定子齿中有一个定子齿的表面贴设有永磁体(104)；两个贴设有永磁体(104)的定子齿和两个没有贴设永磁体(104)的定子齿间隔排列；
所述永磁体(104)为径向充磁或平行充磁；相邻的两个贴设有永磁体(104)的定子齿上的永磁体(104)的充磁方向相同。
3.多相永磁磁阻电机，其特征在于，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心(1)、定子绕组和永磁体(104)；
转子包括转子铁心(2)；所述转子铁心(2)为圆筒形，在转子铁心(2)的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心(2)的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心(1)为圆筒形，在定子铁心(1)的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一(102)，相邻的两个定子槽一(102)之间还开设有定子槽二(101)，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
所述定子槽一(102)和定子槽二(101)的宽度不同；
间隙为定子槽二(101)的两个定子齿为一组；
每组定子齿上均绕设有一个线圈(103)，所有线圈(103)连接成m相定子绕组；
每个定子齿上均贴设有永磁体(104)，所述永磁体(104)为径向充磁或平行充磁；
同一组的两个定子齿上的永磁体(104)的充磁方向相反；
间隙为定子槽一(102)的两个定子齿上的永磁体(104)的充磁方向相同。
4.多相永磁磁阻电机，其特征在于，包括定子和转子，定子与转子之间形成气隙，所述定子包括定子铁心(1)、定子绕组和永磁体(104)；转子包括转子铁心(2)；所述转子铁心(2)为圆筒形，在转子铁心(2)的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个转子槽；所述多个转子槽在转子铁心(2)的气隙侧表面形成等间隔设置的转子齿；
定子铁心(1)为圆筒形，在定子铁心(1)的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽一(102)，相邻的两个定子槽一(102)之间还等间隔开设有两个定子槽二(101)，形成2nm个定子齿，其中，n为正整数，m为电机的相数，m≥3；
所述定子槽一(102)和定子槽二(101)的宽度不同；
每个定子槽一(102)和定子槽二(101)内均嵌有线圈(103)，形成m相对称的定子绕组；
每个定子齿的表面均贴设有永磁体(104)；
永磁体(104)为径向充磁或平行充磁；
每相邻的mk个定子齿上的永磁体(104)的充磁方向相同，该mk个定子齿上永磁体(104)的充磁方向与其两侧相邻的mk个定子齿上永磁体(104)的充磁方向相反，其中，k为整数。
5.根据权利要求1、2、3或4所述多相永磁磁阻电机，其特征在于，永磁体(104)的形状为瓦片形或平板形。
6.根据权利要求1、2、3或4所述多相永磁磁阻电机，其特征在于，定子槽一(102)和定子槽二(101)内均设有隔磁板。
7.根据权利要求1、2、3或4所述多相永磁磁阻电机，其特征在于，转子采用高导磁材料。
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