CN208316427U - 一种相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

一种相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，属于开关磁阻电机技术领域。包括机座壳体（1），在机座壳体（1）内设置有定子铁心（2），在定子铁心（2）内壁上设置有定子齿（7），在定子齿（7）上缠绕有五相定子励磁绕组，在定子铁心（2）的内部还设置有以转子轴（5）为轴转动的转子，其特征在于：转子包括转子铁心（6），转子轴（5）设置在转子铁心（6）的轴心处，在转子铁心（6）的外圈均匀设置有多个凹槽，在凹槽内固定有U型转子铁心（4）。在本相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机中，通过U型转子铁心与相邻定子齿的定子励磁绕组之间形成感应磁场，因此磁力线路径极短且漏磁少。

Description

一种相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机

技术领域

一种相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，属于开关磁阻电机技术领域。

背景技术

开关磁阻电机是一种双凸极电机，传统采用三相12/8极或四相8/6极结构，遵循磁通沿磁阻最小路径闭合的原理，产生磁阻性质的电磁转矩。开关磁阻电机由相绕组独立供电，相间磁场耦合弱，适合设计成多相电机。五相及以上的多相电机平均转矩更高、转矩脉动更小、效率更高。多相开关磁阻电机在较长的时间里有两相或多相同时导通的特点，多相导通时沿定子铁心圆周的电磁应力分散，电磁力幅值降低，有利于减少噪声和振动。

在已有技术中，美国学者E.Hall M提出了多相、多极开关磁阻电机的设计方法和原则，认为同时导通的极对数越多，电机功率密度越大。哈尔滨工业大学的吴红星分析了多相开关磁阻电机的定转子极数的配合方式，认为多相开关磁阻电机可以更容易设计成短磁路结构并获得更平滑的电磁转矩。短磁路开关磁阻电机最早由阿肯色大学的Chris.S.Edrington教授提出，认为短磁路开关磁阻电机由于磁通路径短，漏磁通少，可以显著降低铁耗，提高铁心磁场储能，从而带来效率和功率密度的提升。P.Lobato提出了一种短磁路开关磁阻发电机，对比了短磁路与普通开关磁阻发电机磁通路径、材料重量、功率密度和损耗，结果表明短磁路开关磁阻电机的各项性能更出色。

多相、多极开关磁阻电机和短磁路开关磁阻电机各有其优势，目前尚没有一种电机结构可以综合两者特点。因此，开发一种综合两者优势的低成本多极、多相的短磁路开关磁阻电机有较高的理论价值和工程意义。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过U型转子铁心与相邻定子齿的定子励磁绕组之间形成感应磁场，因此磁力线路径极短且漏磁少的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，包括机座壳体，在机座壳体内设置有定子铁心，在定子铁心内壁上设置有定子齿，在定子齿上缠绕有五相定子励磁绕组，在定子铁心的内部还设置有以转子轴为轴转动的转子，其特征在于：转子包括转子铁心，转子轴设置在转子铁心的轴心处，在转子铁心的外圈均匀设置有多个凹槽，在凹槽内固定有U型转子铁心。

优选的，所述的凹槽设置有四个，U型转子铁心一一对应的固定在凹槽内。

优选的，所述的U型转子铁心包括两个凸出的转子齿，在两个转子齿之间间隔形成一个转子槽。

优选的，所述的U型转子铁心的转子齿朝向转子外侧，且转子齿表面与转子铁心的表面平齐。

优选的，U型转子铁心中转子齿和转子槽的弧度所对应夹角的角度均为18°

优选的，所述的U型转子铁心由硅钢片叠压而成，转子铁心由铸铝制作。

优选的，所述的五相定子励磁绕组包括：A相定子绕组、B相定子绕组、C相定子绕组、D相定子绕组以及E相定子绕组，定子励磁绕组嵌放于每个定子齿两侧。

优选的，所述的五相定子励磁绕组共设置有两组，按照A相定子绕组、B相定子绕组、C相定子绕组、D相定子绕组以及E相定子绕组的顺序沿定子圆周依次排列，相邻相定子励磁绕组的励磁方向相反。

优选的，所述定子铁心的定子极弧系数为0.5，极弧宽度为18°。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

1、在本相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机中，通过U型转子铁心与相邻定子齿的定子励磁绕组之间形成感应磁场，因此磁力线路径极短且漏磁少，可以有效降低交变磁场带来的磁滞损耗和涡流损耗，提高电机效率。

2、转子由铸铝的转子铁心和U型硅钢片铁心组成，硅钢片用量少，电机重量轻，成本低。

3、多极多相结构的开关磁阻电机沿定子铁心圆周的电磁应力分散，电磁力幅值降低，有利于减少噪声和振动。

4、沿转子圆周只有2X（X为相数）个槽，可以降低高速运行时的转子风噪。

附图说明

图1为相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机结构示意图。

图2为相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机仿真磁力线图。

图3为相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机A相定子励磁绕组自感及互感示意图。

图4为相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机导通相序图。

图5为现有技术五相开关磁阻电机仿真磁力线图。

其中：1、机座壳体 2、定子铁心 3、A相定子绕组 4、U型转子铁心 5、转子轴 6、转子铁心 7、定子齿 8、B相定子绕组 9、C相定子绕组 10、D相定子绕组 11、E相定子绕组。

具体实施方式

图1~4是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~5对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，包括机座壳体1，定子铁心2设置在在机座壳体1的内部，定子铁心2的外圈与机座壳体1的内圈紧密贴合。在定子铁心2的内圈凸出的均匀设置有十个定子齿7，十个定子齿7间隔形成十个定子槽。定子极弧系数为0.5，极弧宽度为18°。

在定子齿7上缠绕有定子励磁绕组，定子励磁绕组设置有五相：A相定子绕组3、B相定子绕组8、C相定子绕组9、D相定子绕组10以及E相定子绕组11，定子励磁绕组是集中型绕组，嵌放于每个定子齿7两侧。五相定子励磁绕组共设置有两组，按照A相定子绕组3、B相定子绕组8、C相定子绕组9、D相定子绕组10以及E相定子绕组11的顺序沿定子圆周依次排列，相邻相定子励磁绕组的励磁方向相反。

在定子铁心2的内部设置有转子，转子以其轴心处的转子轴5为轴转动。转子包括转子铁心6，在转子铁心6的外圈均匀开设有多个凹槽，在每一个凹槽内分别内嵌有一个U型转子铁心4，U型转子铁心4可以通过键槽固定或镶嵌在转子铁心6中，U型转子铁心4由硅钢片叠压而成，转子铁心6则由铸铝制作。

U型转子铁心4包括两个凸出的转子齿在两个转子齿之间间隔形成一个转子槽。U型转子铁心4的转子齿朝向转子外侧，且当U型转子铁心4置于转子铁心6内部之后，U型转子铁心4的转子齿表面与转子铁心6的表面平齐。U型转子铁心4中转子齿和转子槽的弧度所对应夹角的角度均为18°。

具体工作过程及工作原理如下：

所述相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机运行时，通过转子角位置传感器，检测转子位置，将转子位置信号传送给控制器，控制器根据当前转子位置开通或关断相应的定子励磁绕组，在相电感曲线上升前开通，在相电感曲线下降前关断。

基于磁通沿磁阻最小路径闭合的原理，相邻两相同时开通时，磁场通过相邻两相的定子极和U型铁心的两个转子极耦合，产生磁阻性转矩，电机即可实现对外输出转矩。绕组各相往复导通一个周期的角度是90°。转子顺时针旋转时，导通相序为：1、（0°~18°）：D+和E-相绕组导通并磁场耦合，D-和E+相绕组导通并磁场耦合；2、（18°~36°）：E-和A+相绕组导通并磁场耦合，E+和A-相绕组导通并磁场耦合；3、（36°~54°）：A+和B-相绕组导通并磁场耦合，A-和B+相绕组导通并磁场耦合；4、（54°~72°）：B-和C+相绕组导通并磁场耦合，B+和C-相绕组导通并磁场耦合；5、（72°~90°）：C+和D-/相绕组导通并磁场耦合，C-和D+相绕组导通并磁场耦合。

参照图3所示的本相间耦合型五相短磁路五相开关磁阻电机A相定子励磁绕组自感及互感示意图，中L _a是A相自感，M _AB是A相与B相互感，M _AC是A相与C相互感，M _AD是A相与D相互感，M _AE是A相与E相互感。可以看出A相相邻相互感M _AB和M _AE与自感L _a幅值相当且同步变化，所以互感产生的转矩是总电磁转矩里重要的组成部分，电感变化周期为90°。其他相定子励磁绕组的自感以及互感同理。

同时参照图4所示的本相间耦合型五相短磁路五相开关磁阻电机导通相序图可以看出，在任意时刻都有相邻两相同时导通，在一个电感变化周期里，各相分别与相邻相同时导通一次。

由图2所示的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机仿真磁力线图可以看出，在本相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机中，通过U型转子铁心4与定子励磁绕组之间形成感应磁场，磁力线路径极短，在图2所示的位置时，D+和E-相绕组导通并磁场耦合，D-和E+相绕组导通并磁场耦合，只通过相邻定子齿7和U型转子铁心4形成闭合回路，漏磁很少。

相比较图5所示的现有技术五相开关磁阻电机仿真磁力线图，可以看出传统开关磁阻电机磁力线路径极长，定子整个轭部和转子整个轭部，以及相邻定、转子齿形成闭合回路，磁路几乎覆盖了整个定子铁心2，因此磁阻较大，漏磁较多，铁耗较大。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，包括机座壳体（1），在机座壳体（1）内设置有定子铁心（2），在定子铁心（2）内壁上设置有定子齿（7），在定子齿（7）上缠绕有五相定子励磁绕组，在定子铁心（2）的内部还设置有以转子轴（5）为轴转动的转子，其特征在于：转子包括转子铁心（6），转子轴（5）设置在转子铁心（6）的轴心处，在转子铁心（6）的外圈均匀设置有多个凹槽，在凹槽内固定有U型转子铁心（4）。

2.根据权利要求1所述的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，其特征在于：所述的凹槽设置有四个，U型转子铁心（4）一一对应的固定在凹槽内。

3.根据权利要求1或2所述的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，其特征在于：所述的U型转子铁心（4）包括两个凸出的转子齿，在两个转子齿之间间隔形成一个转子槽。

4.根据权利要求3所述的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，其特征在于：所述的U型转子铁心（4）的转子齿朝向转子外侧，且转子齿表面与转子铁心（6）的表面平齐。

5.根据权利要求3所述的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，其特征在于：U型转子铁心（4）中转子齿和转子槽的弧度所对应夹角的角度均为18°。

6.根据权利要求1所述的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，其特征在于：所述的U型转子铁心（4）由硅钢片叠压而成，转子铁心（6）由铸铝制作。

7.根据权利要求1所述的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，其特征在于：所述的五相定子励磁绕组包括：A相定子绕组（3）、B相定子绕组（8）、C相定子绕组（9）、D相定子绕组（10）以及E相定子绕组（11），定子励磁绕组嵌放于每个定子齿（7）两侧。

8.根据权利要求7所述的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，其特征在于：所述的五相定子励磁绕组共设置有两组，按照A相定子绕组（3）、B相定子绕组（8）、C相定子绕组（9）、D相定子绕组（10）以及E相定子绕组（11）的顺序沿定子圆周依次排列，相邻相定子励磁绕组的励磁方向相反。

9.根据权利要求1所述的相间耦合型五相短磁路开关磁阻电机，其特征在于：所述定子铁心（2）的定子极弧系数为0.5，极弧宽度为18°。