CN1158741C - 磁通障碍型同步磁阻电动机 - Google Patents

Abstract

一种磁通障碍型同步磁阻电动机，其中在转子中设有多道磁通障碍，多个肋形成每个磁通障碍的端部，其中，假设一道磁通障碍的两端是第一和第二肋，当第一肋面对定子槽的中心时，第二肋面对定子齿的中心。

Description

磁通障碍型同步磁阻电动机

技术领域

本发明涉及一种具有多道磁通障碍的同步磁阻电动机，尤其涉及一种具有能减小转矩脉动的改进的磁通障碍的障碍型同步磁阻电动机。

背景技术

通常，用两个轴控制电动机：一个轴是D轴即磁极边界，另一个是Q轴即磁极中心。D轴磁导率高，Q轴磁导率低。由于D轴和Q轴之间的感应差产生转矩。

图1是现有技术中具有磁通障碍的同步磁阻电动机的平面图。

为了便于解释，举了一个四极24个定子槽的例子。

如图1所示，定子10包括定子体11，在内园周表面12上形成的多个槽13和齿14。转子20包括转子体21，多道磁通障碍22和多个肋。

就肋而言，设有实肋23(由圆圈表示)即磁通障碍的端部和虚肋24(由`x`表示)，肋之间的间距(包括实肋23和虚肋24)与转子槽的极距相等。

转子20的转子体21由磁性材料制成，多道磁通障碍22由非磁性材料制成，这些磁通障碍22以Q轴为中心以D轴为边界径向布置。

下面描述现有技术中具有磁通障碍的同步磁阻电动机的运行。

首先，由于加到定子10绕组线圈上的电流而产生感应，由于磁通障碍22引起的D轴和Q轴之间的感应差而产生转矩，通过该转矩使转子旋转。

由于磁通障碍和定子10的槽开口13a的相对位置而产生转矩脉动。换言之，转矩脉动是由于转子20的槽开口13a和转子肋23的相对位置而产生的。

图2和3是同步磁组电动机的平面图，其中转子20位于图1电动机运行时的特定位置，图2显示了转子20的肋23和24面对定子10的槽开口13a的情况，图3显示的情况与图2相反，即显示了转子20的肋23面对定子10的齿14的情况。

第一和第二种情况下的磁阻差别非常大，由于该磁阻，使得转子20旋转时产生更大的转矩脉动。

为此，当转子肋(实肋23和虚肋24)数与定子槽数相同且肋之间的间距与槽间距相同时，产生更大的转矩脉动。

由于转矩脉动是由磁通障碍的布置结构确定的，为了减小转矩脉动，已经研究出并公开了磁通障碍的不同设计方法，下面就来描述这些方法。

图4示出了现有技术中具有多道磁通障碍的磁通障碍型同步磁阻电动机，其中，磁通障碍22的实肋数量大于槽13的数量。

在这种情况下，尽管全部肋中有一些肋面对槽13，但由于剩下的其他肋面对齿14，所以由于特定部分中的磁阻大而降低了整个磁阻的平均值。

但是，对于具有多道磁通障碍的这种转子来说，由于转子结构复杂，与具有少量磁通障碍的转子相比其机械强度减弱，所以其制造也困难。随着转子尺寸的减小，这种问题变得更加严重。

图5是现有技术中磁通障碍型同步磁阻电动机的平面图，其中D和Q轴在机械上是不平衡的。

与普通电动机的D轴不同，D轴以预定角θ向一侧倾斜，使得D和Q轴在机械上是不平衡的。

就这种结构来说，由于磁通障碍22的肋间距和槽13的间距不相同，所以转矩脉动被减小。但是，由于D轴和Q轴不平衡，当控制电动机时，判断带电的D轴和Q轴是困难的，并且影响与D和Q轴相应的感应值Ld和Lq，减小了整个转矩输出。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种磁通障碍型同步磁阻电动机，通过这种电动机，转子旋转所产生的磁阻平均值是恒定的，与转子的位置无关。

本发明的另一个目的是提供一种磁通障碍型同步磁阻电动机，其每个肋即磁通障碍端部之间的间距总体上是不均匀的。

本发明的再一个目的是提供一种磁通障碍型同步磁阻电动机，其转子的结构简单。

为了实现本发明的这些以及其他优点，本发明提供了一种磁通障碍型同步磁阻电动机，具有带有多个间隔开的槽的定子以及带有多道磁通障碍的转子，每一道磁通障碍具有位于其相对两端处的第一肋和第二肋，当第一肋面对定子槽的中心且第二肋面对定子相应齿的中心时，各磁通障碍的所述肋的位置相对于转子磁极的中心轴线是对称的且由以下等式确定：

${\mathrm{\α}}_m=(2m-1)\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\θ}}{2},m\≤\frac{\mathrm{Ns}}{2P}$

式中α_m表示各肋与转子磁极中心轴线之间的角度，θ表示定子槽的极距，m表示肋距离每一磁极的磁极中心轴线的顺序，P表示转子极数，而Ns表示定子槽数。

附图说明

附图有助于进一步理解发明，附图包含在本说明书中构成了说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例并且与说明书一起用于解释发明原理。

附图中：

图1是现有技术中具有磁通障碍的同步磁阻电动机的平面图；

图2和3是现有技术中当图1的电动机转子旋转时转子位于特定位置上的平面图；

图4是现有技术中具有多道磁通障碍的磁通障碍型同步磁阻电动机的平面图；

图5是现有技术中的一种磁通障碍型同步磁阻电动机的平面图，该电动机具有D和Q轴在机械上不平衡的结构；

图6是根据本发明具有磁通障碍的同步磁阻电动机的平面图；

图7示出了根据本发明的图6的磁通障碍的配置；

图8和9示出了根据本发明所述的电动机旋转时的转子瞬时位置；以及

图10示出了根据本发明图9结构的数值分析得到的磁通图形。

具体实施方式

下面详细描述本发明的最佳实施例，这些例子在附图中示出。

如上所述，在现有技术中，肋(包括所有的实肋23和虚肋24)之间的间距与定子槽的极距相同。

但是，在本发明中，肋之间的间距不与定子槽的极距相同，肋的间距是不均匀的。

即，假设磁通障碍的两端是第一肋和第二肋，当第一肋面对定子槽时，第二肋面对定子齿。

图6是根据本发明的具有磁通障碍的同步磁阻电动机的平面图。

为了便于说明，举了一个四极24个定子槽的例子。

如图6所示，定子30包括形成在定子体31及其内圆周面32上的多个槽33和齿34。

转子40包括转子体41，多道磁通障碍42，每个磁通障碍具有预定宽度和长度，以及多个肋43和44。肋包括构成磁通障碍端部的实肋43(由圆圈表示)和虚肋44(由’x’表示)。

转子40每极的磁通障碍42的数量通过以下两种方法设计。

一种方法是转子每极的磁通障碍的数量Nb以下面的等式设计，等式的表达如下：

$\mathrm{Nb}=\frac{\mathrm{Ns}}{2P}-1------------\left(1\right)$

式中，P表示转子极数，Ns表示定子槽数。

在等式(1)应用到图6所示实施例中的情况下，Ns是24，P是4，这样，Nb变为2。

即，以Q轴即磁极中心为中心的转子40每极的磁通障碍42的数量是2。

在这点上，在每极槽数为6的情况下，磁通障碍数为2，这样实肋43即磁通障碍的两端数为4。

根据另一种方法，转子每极的磁通障碍数Nb的表达式如下：

$\mathrm{Nb}=\frac{\mathrm{Ns}}{2P}--------\left(2\right)$

通过等式(2)计算出来的磁通障碍数Nb是3，比通过等式(1)计算出来的磁通障碍数Nb大1，这在图中未示出。

在这种情况下，当每极槽数是6时，磁通障碍数是3，这样，构成磁通障碍两端的实肋43的数量为6。

可以根据上述两种方法选择性地使用磁通障碍。

同时，重要的是磁通障碍的肋43及44与定子槽(或齿)的相对位置。

图6所示的磁通障碍的肋稍微向内倾斜到面对Q轴上定子槽的位置，Q轴是磁极的中心轴。

换言之，与现有技术相比，磁通障碍的肋43和44稍微向磁极的中心轴Q轴倾斜。

下面参考图7详细描述磁通障碍的这种位置。

图7示出了图6的磁通障碍的布置，其中，标号R1～R6是与定子槽33的中心位置相对应的转子位置，这同样也是现有技术中磁通障碍的肋(包括实肋和虚肋)的位置。

标号r1～r6是根据本发明的磁通障碍的肋的位置，这与位置R1～R6相比显然稍微向Q轴倾斜。

在这点上，位置r3和r4相当于根据等式(1)得到的虚肋相对应的位置，相当于根据等式(2)得到的实肋相对应的位置。

距离θ相当于一个定子槽距(极距)。改变后的位置r1～r6从先前位置R1～R6向Q轴移动极距的θ/4。

第一和第六位置r1和r6，第二和第五位置r2和r5，第三和第四位置r3和r4成对构成磁通障碍的两端，根据等式(1)，由于第三和第四位置r3和r4是虚肋，所以不存在与它们相对应的磁通障碍。

两个肋都向中心移动极距的1/4(θ/4)这种描述也可以表达为一个肋移动半个极距(θ/2)。

假设Q轴和肋的位置之间的角为αm，空间角αm可以用以下的等式(3)来表达：

${\mathrm{\α}}_m=(2m-1)\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\θ}}{2},m\≤\frac{\mathrm{Ns}}{2P}-------\left(3\right)$

式中，θ表示极距，m是整数，表示肋距离Q轴的顺序，位置r3和r4的m值是1，位置r2和r5的m值是2，位置r1和r6的m值是3。

当将等式(3)应用到4极24槽的情况时，离Q轴最近的肋和Q轴之间的空间角α1是7.5°，空间角α2是37.5°，空间角α3是67.5°。

图8和9示出了电动机旋转时转子的瞬时位置，图8示出了磁通障碍的位置关于Q轴平衡的状态，图9示出了磁通障碍一侧的肋r1和r2面对槽中心、磁通障碍另一侧的肋r5和r6面对齿中心的状态。

通过设计这种方式，当转子旋转时，构成磁通障碍两端的两个肋中的一个肋正面对定子槽的中心，另一个肋面对定子齿的中心。

图10示出了根据对图9的结构进行数值分析所得到的磁通图形。如图所示，磁阻的整个平均值低。

如上所述，根据本发明的同步磁阻电动机，当转子正在旋转时，磁阻的平均值变成恒定的而与转子的位置无关，从而减小了转矩脉动，使电动机被稳定驱动，由于电动机的结构简单，其制造过程容易，因此，降低了生产成本。

尽管在不脱离本发明主题和实质特征的情况下以几种形式体现了本发明，但应当理解，除非特殊情况，上述实施例不限于以上说明书中的任何具体细节，而是可以在权利要求所限定的主题和范围内广泛地构建本发明，所以，权利要求包含了落在权利要求范围内或等价于权利要求的任何变化和修改。

Claims (3)

1.一种磁通障碍型同步磁阻电动机，具有带有多个间隔开的槽的定子以及带有多道磁通障碍的转子，每一道磁通障碍具有位于其相对两端处的第一肋和第二肋，当第一肋面对定子槽的中心且第二肋面对定子相应齿的中心时，各磁通障碍的所述肋的位置相对于转子磁极的中心轴线是对称的且由以下等式确定：

${\mathrm{\α}}_m=(2m-1)\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\θ}}{2},m\≤\frac{\mathrm{Ns}}{2P},$ 式中α_m表示各肋与转子磁极中心轴线之间的角度，θ表示定子槽的极距，m表示肋距离每一磁极的磁极中心轴线的顺序，P表示转子极数，而Ns表示定子槽数。

2.根据权利要求1所述的电动机，其中，转子一个极的磁通障碍的数量Nb由以下等式确定：

$\mathrm{Nb}=\frac{\mathrm{Ns}}{2P}-1,$ 式中P表示转子极数，Ns表示定子槽数。

3.根据权利要求1所述的电动机，其中，转子一个极的磁通障碍的数量Nb由以下等式确定：

$\mathrm{Nb}=\frac{\mathrm{Ns}}{2P},$ 式中，P表示转子极数，Ns表示定子槽数。

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