CN112165231B - 一种互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其包括转子、转轴以及对称设置的第一定子和第二定子；第一定子和第二定子设置于转子的两端，第一定子和第二定子上均设置有沿轴向均匀分布的多个定子磁极，第一定子和第二定子的每一个定子磁极一一相对布置；转子包括底板以及分别设置在底板相反的两个面上的第一转子和第二转子，转子磁极沿轴向设置于转子铁芯上，第一转子和第二转子的转子磁极为错位二分之一个极距角设置，形成电机运行过程中电磁力矩的互补作用，改善了起动性能，增大了起动转矩和平均转矩，降低了转矩脉动分量和噪声。第一转子、第二转子、第一定子以及第二定子并联运行在同一输出轴上，功率密度大，电机运行效率高。

Description

一种互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及磁阻电机技术领域，尤其涉及一种互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机遵循磁路磁阻最小原理产生电磁转矩，将电能转换为机械能。目前，普通开关磁阻电机和永磁开关磁阻电机一般是基于径向气隙磁通结构，内转子外定子或内定子外转子轮毂式电机，径向气隙磁通类电机相对于轴向气隙磁通电机而言，其电磁转矩密度和功率密度均不及轴向气隙磁通电机。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其解决了电磁转矩密度和功率密度小的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

转子、转轴以及对称设置的第一定子和第二定子，所述转子、所述第一定子和所述第二定子均套设在所述转轴上；

所述第一定子和所述第二定子设置于所述转子的两端，所述第一定子和所述第二定子上均设置有多个轴向分布的定子磁极，所述第一定子和所述第二定子的每一个所述定子磁极一一相对布置；

所述转子包括底板以及分别设置在底板相反的两个面上的第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子均包括转子铁芯和多个转子磁极，所述转子铁芯设置于所述底板上，所述转子磁极沿轴向设置于所述转子铁芯上，所述第一转子和所述第二转子的转子磁极为错位二分之一个极距角设置；

所述定子磁极和所述转子磁极的数量均相等且均为偶数。

可选地，所述第一转子包括第一转子铁芯和多个第一转子磁极，多个所述第一转子磁极均匀设置在所述第一转子铁芯的外圆周上且均沿轴向分布；

所述第二转子包括第二转子铁芯和第二转子磁极，多个所述第二转子磁极均匀设置在所述第二转子铁芯的外圆周上且均沿轴向分布；

所述底板沿径向套设在所述转轴上，所述第一转子铁芯和所述第二转子铁芯分别设置在所述底板相反的第一面和第二面；

所述第一定子包括第一定子铁芯和多个第一定子磁极，多个所述第一定子磁极均匀设置于所述第一定子铁芯的外圆周上且沿轴向分布；

所述第二定子包括第二定子铁芯和多个第二定子磁极，多个所述第二定子磁极均匀设置于所述第二定子铁芯上且沿轴向分布；

所述第一定子磁极与所述第二定子磁极一一相对设置；

所述第一转子磁极朝向所述第一定子磁极，所述第二转子磁极朝向所述第二定子磁极。

可选地，所述第一转子磁极与所述第二转子磁极的极弧角以及厚度均相同，所述第一定子磁极与所述第二定子磁极的极弧角以及厚度均相同。

可选地，所述第一定子磁极上绕制有第一磁极绕组，所述第二定子磁极上绕制有第二磁极绕组；

所述第一磁极绕组与所述第二磁极绕组的线径以及匝数均相同，任意两个相邻的所述第一磁极绕组的绕制方向相反，任意两个相邻的所述第二磁极绕组的绕制方向相反。

可选地，所述第一磁极绕组串联或并联成第一相绕组，所述第一相绕组采用第一单相H桥作为功率供电电路；

所述第二磁极绕组串联或并联成第二相绕组，所述第二相绕组采用第二单相H桥作为功率供电电路。

可选地，所述第一转子铁芯、所述第二转子铁芯、所述第一定子铁芯、所述第二定子铁芯、所述第一定子磁极以及所述第二定子磁极均采用软磁复合材料制成；

所述第一转子磁极和所述第二转子磁极均采用硬磁复合材料制成，所述第一转子磁极和所述第二转子磁极均沿厚度方向充磁，呈N极和S极交替分布。

可选地，所述第一定子和所述第二定子的极距角相等，所述第一定子的极弧角与所述第一定子的槽弧角相等，所述第二定子的极弧角与所述第二定子的槽弧角相等；所述转子的槽弧角小于极弧角。

可选地，所述底板为非导磁金属板。

可选地，所述互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机还包括：

旋变转子位置检测器，所述旋变转子位置检测器设置于所述转轴上。

可选地，所述互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机还包括：

壳体、第一端盖和第二端盖；

所述第一端盖和所述第二端盖分别设置于所述壳体的两端；

所述转子和所述转轴套设在所述壳体内，所述转轴的第一端与所述第一端盖转动连接，所述转轴的第二端与所述第二端盖转动连接；

所述第一定子设置于所述第一端盖上，所述第二定子设置于所述第二端盖上。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：第一定子和第二定子设置于转子的两端，有利于电机的散热，从而保护电机。第一转子和第一定子构成第一电机模型，第二转子和第二定子构成第二电机模型，第一电机模型和第二电机模型实为两台同型、转子极互补、独立轴向气隙磁通的永磁开关磁阻电机，并联运行在同一输出轴上，功率密度大。第一转子和第二转子均包括转子铁芯和多个转子磁极，转子铁芯设置于底板上，转子磁极沿轴向设置于转子铁芯上，第一转子和第二转子的转子磁极为错位二分之一个极距角设置，形成电机运行过程中电磁力矩的互补作用，改善了起动性能，增大了起动转矩和平均转矩，降低了转矩脉动分量和噪声。

附图说明

图1为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的轴向剖面结构示意图；

图2为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例电机分解结构示意图；

图3为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例电机的转子结构示意图；

图4a为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的第一定子铁芯结构示意图

图4b为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的第一定子总成结构示意图

图5a为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的第一转子铁芯结构示意图；

图5b为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的第一转子铁芯的另一视角结构示意图；

图6a为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的第一相绕组的展开图；

图6b为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的第二相绕组的展开图；

图7为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例电机的转子与定子的安装结构示意图；

图8为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例电机的功率电路图；

图9a为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例中第一定子磁极的A1极与第一转子磁极的N1极对齐时的状态图；

图9b为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例中第二转子磁极与第二定子磁极非对齐时的状态图；

图10a为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例中第一定子磁极与第一转子磁极非对齐时的状态图；

图10b为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例中第二转子磁极的B1极与第二定子磁极的S3’极对齐时的状态图；

图11a为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例中第一定子磁极的A1极与第一转子磁极的S3极对齐时的状态图；

图11b为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例中第二定子磁极与第二转子磁极非对齐时的状态图；

图12a为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例中第一定子磁极与第一转子磁极非对齐时的状态图；

图12b为本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机的6/6极实施例中第二定子磁极的B1极与第二转子磁极N3’极对齐时的状态图。

【附图标记说明】

11：第一端盖；12：轴承；13：第一定子铁芯；14：第一定子磁极；15：第一磁极绕组；16：壳体；17：气隙；18：第一转子磁极；19：第一转子铁芯；20：底板；21：第二端盖；22：第二转子铁芯；23：第二转子磁极；24：第二定子磁极；25：第二磁极绕组；26：第二定子铁芯；29：转轴；30：旋变转子位置检测器；

T1：第一功率管；T2：第二功率管；T3：第三功率管；T4：第四功率管；T5：第五功率管；T6：第六功率管；T7：第七功率管；T8：第八功率管。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，如图1所示，互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机包括转子、转轴29以及对称设置的第一定子和第二定子，转子、第一定子和第二定子均套设在转轴29上。其中，第一定子和第二定子设置于转子的两端，第一定子和第二定子上均设置有沿轴向且均匀分布在定子铁芯的外圆周上的多个定子磁极，第一定子和第二定子的每一个定子磁极一一相对布置。第一定子和第二定子的电路、磁路彼此独立，相当于将发热源置于电机两端，更加有利于电机的散热，从而保护电机。转子包括底板20以及分别设置在底板20相反的两个面上的第一转子和第二转子，第一转子朝向第一定子，第一转子和第一定子构成第一电机模型，第二转子朝向第二定子，第二转子和第二定子构成第二电机模型，第一电机模型和第二电机模型实为两台同型、转子极互补、独立轴向气隙17磁通的开关磁阻电机，并联运行在同一输出轴上，功率密度大。第一转子和第二转子均包括转子铁芯和多个转子磁极，转子铁芯设置于底板20上，转子磁极沿轴向且均匀设置于转子铁芯的外圆周上，第一转子和第二转子的转子磁极为错位二分之一个极距角设置，形成电机运行过程中电磁力矩的互补作用，改善了起动性能，增大了起动转矩和平均转矩，降低了转矩脉动分量和噪声。定子磁极和转子磁极的数量均相等且均为偶数，即2k极数(K为正整数)，其典型结构有4/4极、6/6极、8/8极等。根据电磁转矩正比于转子直径平方的理论依据，本发明电机采用轴向气隙17磁通结构，可以获得比同类径向电机更大的电磁转矩。

具体地，如图2、图3、图5a和图5b所示，第一转子包括第一转子铁芯19和多个第一转子磁极18，第二转子包括第二转子铁芯22和多个第二转子磁极23。多个第一转子磁极18均匀设置在第一转子铁芯19的外圆周上，并且第一转子磁极18均沿轴向分布。多个第二转子磁极23均匀设置在第二转子铁芯22的外圆周上，并且第二转子磁极23均沿轴向分布。底板20沿径向套设在转轴29上，第一转子铁芯19和第二转子铁芯22分别设置在底板20相反的第一面和第二面，第一转子磁极18和第二转子磁极23分别沿相反的方向延伸，第一转子磁极18和第二转子磁极23均为轴向。第一定子包括第一定子铁芯13和第一定子磁极14，第二定子包括第二定子铁芯26和第二定子磁极24，第一定子磁极14均匀设置于第一定子铁芯13的外圆周上，第二定子磁极24均匀设置于第二定子铁芯26的外圆周上，第一定子磁极14与第二定子磁极24均沿轴向分布，第一定子磁极14与第二定子磁极24一一相对设置。第一转子磁极18沿轴向均匀设置在第一转子铁芯19上，第一转子磁极18朝向第一定子磁极14，第一转子磁极18和第一定子磁极14之间形成轴向气隙17。第二转子磁极23沿轴向均匀设置在第二转子铁芯22上，第二转子磁极23朝向第二定子磁极24，第二转子磁极23与第二定子磁极24之间形成轴向气隙17。底板20为非导磁金属板，而第一转子铁芯19和第二转子铁芯22均与转轴29无直接接触，确保了第一转子铁芯19和第二转子铁芯22均相对于转轴29呈现高磁阻状态，第一转子铁芯19和第二转子铁芯22之间不导磁。

优选地，第一转子磁极18与第二转子磁极23的极弧角以及厚度均相同，第一定子磁极14与第二定子磁极24的极弧角以及厚度均相同，第一转子磁极18的极弧角大于第一定子磁极14的极弧角。第一定子和第二定子的极弧角相等，第一定子的极弧角与第一定子的槽弧角相等，第二定子的极弧角与第二定子的槽弧角相等，转子的槽弧角小于极弧角。以6/6极电机为例，第一定子铁芯13和第二定子铁芯26上均沿外圆周均布有6极6槽轴向磁极，第一定子磁极14和第二定子磁极24的极弧角均为30°，从而第一定子和第二定子上的槽弧角也均为30°；第一转子铁芯19和第二转子铁芯22上均沿外圆周均布有6极6槽轴向磁极，第一转子磁极18和第二转子磁极23的极弧角均优选为31°，从而第一转子和第二转子的槽弧角均为29°。

如图2、图3、图4a和图4b所示，第一定子磁极14上绕制有第一磁极绕组15，第二定子磁极24上绕制有第二磁极绕组25。第一磁极绕组15与第二磁极绕组25的线径以及匝数均相同，任意两个相邻的第一磁极绕组15的绕制方向相反，任意两个相邻的第二磁极绕组25的绕制方向相反。值得说明的是：A1至A6表示第一定子磁极14，AX是第一相绕组，B1至B6表示第二定子磁极24，BY是第二相绕组，N1、N2、N3、S1、S3和S3表示第一转子磁极18的极性及标号，N1’、N2’、N3’、S1’、S2’和S3’表示第二转子磁极23的极性及标号，τ表示极距角，极距角为相邻磁极中心线间的角度。是电流流入，⊙是电流流出。Ns是定子磁极数，Nr是转子磁极数。一组相对的第一定子磁极14和第二定子磁极24上的磁极绕组的绕制方向相同，如图7所示，即第一定子磁极14中的A1极对应第二定子磁极24中的B1极，第一定子磁极14中的A2极对应第二定子磁极24中的B2极，以此类推。

如图6a、图6b和图8所示，第一磁极绕组15串联或并联成第一相绕组，第一相绕组采用第一单相H桥作为功率供电电路。第二磁极绕组25串联或并联成第二相绕组，第二相绕组采用第二单相H桥作为功率供电电路。相绕组AX和BY分别供电励磁后，第一定子磁极14和第二定子磁极24的极性均呈现相同规律的N.S或S.N分布。具体地，第一相绕组中的AX和第二相绕组中的BY分别以单相H桥(IGBT或MOSFET)作为功率供电电路。图8中，A相的A端与第一功率管T1的发射极和第三功率管T3的集电极节点相连，X端与第二功率管T2的发射极和第四功率管T4的集电极节点相连；B相B端与第五功率管T5的发射极和第七功率管T7的集电极节点相连，Y端与第六功率管T6的发射极和第八功率管T8的集电极节点相连。当第一功率管T1和第四功率管T4导通时，A相流过+IA电流，第五功率管T5和第八功率管T8导通时，B相流过+IB电流，否则为负电流。相绕组中的电流方向，决定了定子磁极和转子磁极间产生的电磁转矩的作用特性，可以是电动转矩也可以是制动转矩。

优选地，第一转子铁芯19、第二转子铁芯22、第一定子铁芯13、第二定子铁芯26、第一定子磁极14以及第二定子磁极24均采用软磁复合材料，利用粉末冶金压模技术一次成型后加固烧结制作而成，第一定子铁芯13和第二定子铁芯26均通过轴承12滑动固定在转轴29上，第一定子铁芯13和第二定子铁芯26均与转轴29无直接接触。电机装配简单、部件牢固可靠，电磁损耗小、效率高。第一转子磁极18和第二转子磁极23均采用硬磁复合材料制成，利用粉末冶金压模成型烧结加固，第一转子磁极18和第二转子磁极23均沿厚度方向充磁，呈N极和S极交替分布。

如图1所示，互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机还包括旋变转子位置检测器30，旋变转子位置检测器30设置于转轴29上。电机定子两相绕组得电模式采用两相错时供电，即任一工作节拍内定子磁极和转子磁极对齐段的相绕组供电滞后非对齐段的相绕组供电。其换相供电原则是：运行中，任一段内的定子磁极和转子磁极对齐后开始换相供电，进入新的工作节拍。根据转速方向指令，关断或开通单相H桥的功率管，控制相绕组中的电流方向、大小及有无，实现电力传动指标。

如图1和图2所示，互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机还包括壳体16、第一端盖11和第二端盖21。第一端盖11和第二端盖21分别设置于壳体16的两端。转子和转轴29套设在壳体16内，转轴29的第一端与第一端盖11转动连接，转轴29的第二端与第二端盖21转动连接。第一定子设置于第一端盖11上，第二定子设置于第二端盖21上。第一定子磁极14和第二定子磁极24的电路和磁路彼此独立，发热源置于电机两段，更易于散热和冷却。

以6/6极电机为例对电机的运行过程做详细说明如下：

为了便于直观定性分析实施例电机在各工作节拍内产生电磁转矩的状况，用径向气隙磁通电机的模型图替代轴向磁通电机的模型。由于这两种电机的机电能量转换原理相同，对分析结果无任何影响。图1至图8是本发明实施例6/6极电机的结构原理图，图9a至图12b是用径向磁通替代轴向磁通电机的模型，图9a、图10a、图11a以及图12a代表第一电机模型，图9b、图10b、图11b以及图12b代表第二电机模型。在本发明实施例电机中，取第一定子磁极14的A1极与第一转子磁极18的N和S极对齐以及第二定子磁极24的B1极与第二转子磁极23的N’和S’极对齐位置信息作为本发明电机的第一相绕组和第二相绕组供电换相指令，根据表1中换相流程进行换相供电。

表1

设实施例电机的初始状态如图9a和图9b所示，由于第一转子磁极18和第二转子磁极23错位二分之一个极距，因此在结构上的互补，第一定子磁极14和第二定子磁极24一一相对设置，所以在图9a中第一转子磁极18与第一定子磁极14全部对齐时，图9b中第二转子磁极23与第二定子磁极24为非对齐状态，第二转子磁极23与第二定子磁极24错开二分之一个第二定子的极距角，第二转子磁极23位于相邻两个第二定子磁极24的正中间位置，这有利于换相供电后，动态起动加速。设电机顺时针方向旋转，启动前，电机处于停车状态，进入第一工作节拍。

第一节拍，在图9a初始状态下，第一定子磁极14的A1极与第一转子磁极18的N1极对齐，控制器接收到起动命令后，按照定转子极非对齐的定子相绕组先通电，定转子极对齐的定子相绕组后通电的原则控制。

控制器首先输出图8中第五功率管T5和第八功率管T8的驱动脉冲，第五功率管T5和第八功率管T8导通(第六功率管T6、第七功率管T7关断)，第二相绕组的BY流过正电流+IB，各第二磁极绕组25中的电流方向和第二定子磁极24的磁极性已在图9b中标出。根据右手螺旋定则，第二定子磁极24的B1、B3和B5极为N极性，B2、B4和B6极为S极性。图9b中，第二定子磁极24为N极性的B1、B3和B5分别对第二转子磁极23的N1’、N2’和N3’极产生顺时针方向的排斥电磁力，同时分别对第二转子磁极23的S3’、S1’和S2’产生顺时针方向的吸引电磁力；为S极性的第二定子磁极24的B2、B4和B6极分别对第二转子磁极23的N1’、N2’和N3’极产生顺时针方向的吸引电磁力，同时分别对第二转子磁极23的S1’、S2’和S3’极产生顺时针方向的排斥电磁力。第二定子磁极24和第二转子磁极23间顺时针方向的排斥电磁力和吸引电磁力共同作用产生顺时针方向的电磁转矩，使电机顺时针方向旋转。

非对齐段的第二磁极绕组25的BY供电适当延时后，控制器输出第一功率管T1和第四功率管T4的驱动脉冲，第一功率管T1和第四功率管T4导通(第二功率管T2、第三功率管T3关断)，第一相绕组的AX流过正电流+IA，各第一磁极绕组15中的电流方向、第一定子磁极14的磁极性已在图9a中标出。根据右手螺旋定则，第一定子磁极14的A1、A3和A5极为N极性，A2、A4和A6极为S极性。旋转体装置中在已有顺时针方向电磁转矩的作用下，图9a中第一定子磁极14的A1、A2、A3、A4、A5和A6极分别对第一转子磁极18的N1、S1、N2、S2、N3和S3极产生顺时针方向的排斥电磁力，从而产生顺时针方向的电磁转矩。在第一定子磁极14、第一转子磁极18、第二定子磁极24以及第二转子磁极23共同产生的顺时针方向电磁转矩的拖动下，电机转子顺时针方向旋转直到第二转子磁极23的S3’极与第二定子磁极24的B1对齐，表示为B1S3’对齐，如图10b所示。根据旋变转子位置检测器30输出的B1S3’对齐位置信息，关断第一功率管T1和第四功率管T4(或为第二节拍保持导通)，关断第五功率管T5和第八功率管T8，进入第二节拍。

第二节拍，在图10a和图10b表示的初始状态下，B1S3’极对齐，第二定子磁极24和第二转子磁极23对齐，如图10a所示，第一转子磁极18位于相邻两个第一定子磁极14的正中间位置，电机保持顺时针方向运行。

控制器首先输出第一功率管T1、第四功率管T4的驱动脉冲，第一功率管T1和第四功率管T4导通，第一相绕组的AX流过正电流+IA，各第一磁极绕组15中的电流方向、第一定子磁极14的极性已在图10a中标出。根据右手螺旋定则，第一定子磁极14的A1、A3和A5极为N极性，分别对呈N极性的第一转子磁极18产生顺时针方向的排斥电磁力，同时对S极性的第一转子磁极18产生顺时针方向的吸引电磁力。第一定子磁极14的A2、A4和A6极均为S极性，分别对呈S极性的第一转子磁极18产生顺时针方向的排斥电磁力，同时对N极性的第一转子磁极18产生顺时针方向的吸引电磁力。第一转子磁极18和第一定子磁极14间顺时针方向的排斥电磁力和吸引电磁力共同作用产生顺时针方向的电磁转矩，使电机顺时针方向旋转。

非对齐段的第一相绕组的AX供电适当延时后，控制器输出第六功率管T6和第七功率管T7的驱动脉冲，第六功率管T6和第七功率管T7导通(第五功率管T5、第八功率管T8关断)，第二相绕组的BY流过负电流-IB，各第二磁极绕组25中的电流方向、第二定子磁极24的极性已在图10b中标出。根据右手螺旋定则，第二定子磁极24的B1、B3和B5极均为S极性，B2、B4和B6极均为N极性，旋转体装置中在已有顺时针方向电磁转矩的作用下，图10b中第二定子磁极24的B1、B2、B3、B4、B5和B6极分别对第二转子磁极23的S3’、N1’、S1’、N2’、S2’和N3’极产生顺时针方向的排斥电磁力，从而产生顺时针方向的电磁转矩。在第一定子磁极14、第一转子磁极18、第二定子磁极24以及第二转子磁极23共同产生的顺时针方向电磁转矩的拖动下，电机转子顺时针方向旋转直到第一转子磁极18的S3极与第一定子磁极14的A1极对齐，表示为A1S3对齐，如图11a所示，此时，第二转子磁极23位于相邻两个第二定子磁极24的正中间位置，如图11b所示。根据旋变转子位置检测器30输出的A1S3对齐位置信息，关断第一功率管T1和第四功率管T4，第六功率管T6和第七功率管T7(或为第三节拍保持导通)，进入第三节拍。

后续第三节拍、第四节拍的运行方法与上述第一、第二节拍运行方法一致，第四节拍的初始状态如图12a和图12b所示，换相节拍详见表1，运行过程此处不再赘述。由表1中给出的供电换相节拍流程可见，本发明电机换相过程以第一至第四节拍为一周期，不断循环，周而复始地连续将电能转换为机械能，带动生产负载做功。电机按照表1中供电换相节拍流程运行，可实现第一电机模型和第二电机模型所有的定转子磁极的电磁机构都参与能量转换，运行效率高、电磁转矩大、功率密度大。

本发明的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机实为两台同型、转子极互补且有独立轴向气隙磁通的永磁开关磁阻电机，并联运行在同一输出轴上，功率密度更大。根据电磁转矩正比于转子直径平方的理论依据，电机采用轴向气隙磁通结构，可以获得比同类径向电机更大的电磁转矩。大齿大槽的双凸极开关磁阻电机更适合于采用两个转子磁极互补(两个转子磁极彼此错位二分之一个极距)，改善了电机的起动性能，增大了起动转矩和平均转矩，降低了转矩脉动分量和噪声。采用了互补结构的永磁转子，定子磁极和转子磁极的数量均相等且均为偶数，磁极绕组串联或并联成单相绕组，本发明为两相绕组电机，运行中全部定子磁极和转子磁极的电磁机构均参与能量转换，电磁转矩和功率密度更大，从而应用更广。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其特征在于，所述互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机包括转子、转轴以及对称设置的第一定子和第二定子，所述转子、所述第一定子和所述第二定子均套设在所述转轴上；

所述第一定子和所述第二定子设置于所述转子的两端，所述第一定子和所述第二定子上均设置有多个轴向分布的定子磁极，所述第一定子和所述第二定子的每一个所述定子磁极一一相对布置；

所述转子包括底板以及分别设置在底板相反的两个面上的第一转子和第二转子，所述底板为非导磁金属板，所述第一转子和所述第二转子均包括转子铁芯和多个转子磁极，所述转子铁芯设置于所述底板上，所述转子磁极沿轴向设置于所述转子铁芯上，所述第一转子和所述第二转子的转子磁极为错位二分之一个极距角设置；

所述定子磁极和所述转子磁极的数量均相等且均为偶数；

所述互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机还包括壳体、第一端盖和第二端盖；所述第一端盖和所述第二端盖分别设置于所述壳体的两端；所述转子和所述转轴套设在所述壳体内，所述转轴的第一端与所述第一端盖转动连接，所述转轴的第二端与所述第二端盖转动连接；所述第一定子设置于所述第一端盖上，所述第二定子设置于所述第二端盖上。

2.如权利要求1所述的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其特征在于，所述第一转子包括第一转子铁芯和多个第一转子磁极，多个所述第一转子磁极均匀设置在所述第一转子铁芯的外圆周上且均沿轴向分布；

所述第二转子包括第二转子铁芯和第二转子磁极，多个所述第二转子磁极均匀设置在所述第二转子铁芯的外圆周上且均沿轴向分布；

所述底板沿径向套设在所述转轴上，所述第一转子铁芯和所述第二转子铁芯分别设置在所述底板相反的第一面和第二面；

所述第一定子包括第一定子铁芯和多个第一定子磁极，多个所述第一定子磁极均匀设置于所述第一定子铁芯的外圆周上且沿轴向分布；

所述第二定子包括第二定子铁芯和多个第二定子磁极，多个所述第二定子磁极均匀设置于所述第二定子铁芯上且沿轴向分布；

所述第一定子磁极与所述第二定子磁极一一相对设置；

所述第一转子磁极朝向所述第一定子磁极，所述第二转子磁极朝向所述第二定子磁极。

3.如权利要求2所述的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其特征在于，所述第一转子磁极与所述第二转子磁极的极弧角以及厚度均相同，所述第一定子磁极与所述第二定子磁极的极弧角以及厚度均相同。

4.如权利要求2所述的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其特征在于，所述第一定子磁极上绕制有第一磁极绕组，所述第二定子磁极上绕制有第二磁极绕组；

所述第一磁极绕组与所述第二磁极绕组的线径以及匝数均相同，任意两个相邻的所述第一磁极绕组的绕制方向相反，任意两个相邻的所述第二磁极绕组的绕制方向相反。

5.如权利要求4所述的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其特征在于，所述第一磁极绕组串联或并联成第一相绕组，所述第一相绕组采用第一单相H桥作为功率供电电路；

所述第二磁极绕组串联或并联成第二相绕组，所述第二相绕组采用第二单相H桥作为功率供电电路。

6.如权利要求2所述的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其特征在于，所述第一转子铁芯、所述第二转子铁芯、所述第一定子铁芯、所述第二定子铁芯、所述第一定子磁极以及所述第二定子磁极均采用软磁复合材料制成；

所述第一转子磁极和所述第二转子磁极均采用硬磁复合材料制成，所述第一转子磁极和所述第二转子磁极均沿厚度方向充磁，呈N极和S极交替分布。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其特征在于，所述第一定子和所述第二定子的极距角相等，所述第一定子的极弧角与所述第一定子的槽弧角相等，所述第二定子的极弧角与所述第二定子的槽弧角相等；所述转子的槽弧角小于极弧角。

8.如权利要求1-6中任意一项所述的互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机，其特征在于，所述互补型轴向气隙磁通永磁开关磁阻电机还包括：

旋变转子位置检测器，所述旋变转子位置检测器设置于所述转轴上。