CN110752681A - U型极永磁电机 - Google Patents

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Abstract

一种U型极永磁电机，包括定子和永磁体转子，定子由多个U型极和U型极上线圈组合而成，单个U型极与U型极线圈组成一个U型电磁铁，呈圆周分布；转子为永磁体，各相邻转子凸极极性刚好相反。按照磁性“同性相吸、异性相斥”的原理，U型极永磁电机的U型定子极和永磁体转子极之间磁阻不为0时，U型定子极和永磁转子极因“磁阻最小原理”效应而令转子转动；当磁阻最小或接近最小时，通过U型定子极线圈输入反向电流变换U型极两级的极性，定子极和转子极间磁阻变大，再次因“磁阻最小原理”效应而转动转子。由于同一时间内全部定子极和转子极均参与出力，U型极永磁电机具有效率高，转矩脉动小等优点。

Description

U型极永磁电机
技术领域
本发明涉及永磁电机领域，尤其涉及一种双凸极永磁电机。
背景技术
双凸极永磁电机（Doubly salient permanent magnet motor,简称DSPM）是随着功率电子学和微电子学的飞速发展在90年代刚刚出现的一种新型的机电一体化可控交流调速系统。该系统由双凸极永磁电机、功率变换器、位置传感器和控制器四部分组成。双凸极永磁电机既具有永磁同步电机功率密度高的特点，又具有开关磁阻电机结构简单的优点。
双凸极永磁电机的定子和转子结构外形和开关磁阻电机相似，呈双凸极结构，但它在转子（或定子）上放有永磁体。从而使运行原理和控制策略与开关磁阻电机有本质区别。其定、转子均为凸极齿槽结构，定子和转子铁芯由硅钢片叠压而成，定子装有集中绕组，空间相对的两个定子齿上的绕组串联构成一相，转子无绕组，按永磁体安放位置不同，可分为定子永磁型和转子永磁型。
双凸极永磁电机系统的主要优点是结构简单、控制灵活、动态响应快、调速性能好、转矩/电流比大，可实现各种特殊要求的转矩/转速特性，功率因数接近于1，效率高。但是无论是开关磁阻电机和永磁同步电机，还是双凸极永磁电机，电机工作时同一时间只有部分定子极线圈通电，定子极和转子极均不能同时全部出力，导致电机潜能未能全部发挥出来，并产生了不同程度的转矩脉动。
发明内容
本发明的目的在于提出一种U型极永磁电机，电机工作时同一时间内全部定子极和全部永磁体转子极均参与出力，各个永磁体转子极受到定子磁极叠加的大小互补且出力方向一致的斥力和吸力，从而将电机潜力深挖出来。本U型极永磁电机具有效率高，转矩脉动小等优点。
本发明的技术方案是：一种U型极永磁电机，包括定子和永磁体转子，定子由多个U型极和极上线圈组合而成，单个U型极和U型极线圈组成一个U型电磁铁，呈圆周分布；转子为永磁体，各相邻转子极极性刚好相反。按照磁体“同性相吸、异性相斥”的原理， U型定子极和永磁体转子极之间磁阻不为0时，U型定子极和永磁转子极因“磁阻最小原理”效应而令转子转动；当磁阻最小或接近最小时， U型定子极线圈输入反向电流变换U型极两级的极性，定子极和转子极间磁阻变大，再次因“磁阻最小原理”效应而转动转子。
本发明的优点在于：U型定子极和定子线圈组成一个U型电磁铁，由于U型电磁铁的特性，磁场强度是两个极的线圈通电磁场叠加，磁场强度是单极的双倍，且同一时间内，全部定子极、定子极线圈和全部转子极均参与做功出力，单个转子极同时受到相邻定子极的斥力和引力，斥力和引力出力方向一致，极大的发掘了电机的潜能，电机效率高。因为单个转子极和U型定子极两个凸极相对位置远近的影响，转子受到的斥力小时，吸力大；斥力大时，吸力小，合力保持稳定，刚好平衡了转子极的脉动转矩，因此U型极永磁电机脉动转矩小。
附图说明
附图1为6/6型U型极永磁电机的三维视图。
附图2为6/6型U型极永磁电机的结构布置图。
附图3为6/6型U型极永磁电机U型极线圈通入正向电流时转动0°-60°的示意图。
附图4为6/6型U型极永磁电机转到60°后U型极线圈通入反向电流时的示意图。
附图5为单个U型极定子线圈的一种示意图。
附图6为单个U型极定子线圈的另一种示意图。
附图7为4/4型U型极永磁电机的结构布置图。
附图8为8/8型U型极永磁电机的结构布置图。
具体实施方式
附图1为6/6型U型极永磁电机的三维视图，3个绕有线圈（4）的U型极定子（1）沿着圆周布置组成定子；永磁体转子（2）上有6个磁极，相邻极的极性刚好相反。
附图2为6/6型U型极永磁电机的结构布置图，由3个U型极定子（1）沿着圆周布置于支撑架（3）上，U型极绕有线圈（4）；永磁体转子（2）上由6个磁极，相邻极的极性刚好相反。U型极(1)和线圈（4）形成一个U型电磁铁，定子线圈（4）通电后分别在两级上产生N和S磁极，按照“同性相斥、异性相吸”的原则，永磁体转子（2）各个磁极受到U型定子极（1）的斥力和引力而转动。
附图3为6/6型U型极永磁电机U型极线圈通入正向电流时转动0°-60°的示意图，转动角为0°时，永磁体转子（2）磁极和U型极定子（1）磁极位置相对，极性相同，永磁体转子（2）受电磁斥力而相对运动，分别转过15°、30°、45°°，直至转到60°角时，永磁体转子（2）磁极和U型极定子（1）磁极位置相对，极性相反，此时永磁体转子（2）磁极受到的垂直方向的合力即转向力为0，此时若要继续受力转动，需变换U型极定子（1）的凸极极性。
附图4为 6/6型U型极永磁电机转到60°后U型极线圈通入反向电流时的示意图，转动角为60°时，U型极线圈通入反向电流后，U型极定子（1）的凸极极性变换为与对应永磁体转子（2）磁极相同极性，永磁体转子（2）再次受电磁斥力而相对运动，分别转过75°、90°、105°，直至转到120°角时，永磁体转子（2）磁极和U型极定子（1）磁极位置相对，极性相反，此时永磁体转子（2）磁极受到的垂直方向的合力即转向力为0，此时若要继续受力转动，需通入正向电流变换U型极定子（1）的凸极极性。
附图5为单个U型极定子线圈的一种示意图，在U型极定子（1）的两凸极绕有线圈（4），U型极定子（1）和线圈（4）组成了一个U型电磁铁。
附图6为单个U型极定子线圈的另一种示意图，在U型极定子（1）的两凸极及U型极的底均绕有线圈（4）以增加线圈匝数来增强定子的电磁强度，U型极定子（1）和线圈（4）组成了一个U型电磁铁。
附图7为4/4型U型极永磁电机的结构布置图，由2个U型极定子（1）沿着圆周布置于支撑架（3）上，U型极绕有线圈（4）；永磁体转子（2）上由4个磁极，相邻极的极性刚好相反。
附图8为8/8型U型极永磁电机的结构布置图，由4个U型极定子（1）沿着圆周布置于支撑架（3）上，U型极绕有线圈（4）；永磁体转子（2）上由8个磁极，相邻极的极性刚好相反。

Claims (2)

1.一种U型极永磁电机，包括定子和永磁体转子，其特征是：其定子由多个U型极和U型极上线圈组合而成，单个U型极和U型极线圈组成一个U型电磁铁，呈圆周分布；转子为永磁体，各相邻转子极极性刚好相反，按照磁体“同性相吸、异性相斥”的原理，U型极永磁电机的U型电磁铁定子极和永磁体转子极之间磁阻不为0时，U型定子极和永磁转子极因“磁阻最小原理”效应而令转子转动；当磁阻最小或接近最小时， U型定子极线圈输入反向电流变换U型极两级的极性，定子极和转子极间磁阻变大，再次因“磁阻最小原理”效应而转动转子。
2.根据权利要求1所述的U型极永磁电机，其特征是：不单只在U型极定子的两凸极绕上线圈，还可以在U型极两极和U型极的底均绕上线圈以增加线圈匝数来提高U型极定子的电磁强度。
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