CN209948814U - 两相可逆运行永磁开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种两相可逆运行永磁开关磁阻电机，包括电机外壳、定子和转子，电机外壳非输出轴一方的端盖上装有A相双极性转子位置传感器和B相双极性转子位置传感器，所述转子包括转轴和分布在转轴外圆周上的若干转子磁极，所述转子磁极包括中间的圆弧段、位于圆弧段两侧左右对称的左斜坡段和右斜坡段，相邻转子磁极之间设有转子槽，转子槽内嵌有永磁体，磁化后的转子磁极呈N.S.N.S交替对称分布。本实用新型在双极性转子位置传感器采集的位置信号的使能作用下，按照电流换相规律进行电流换相，能够实现电机正转或反转运行，将电能高效地转换为机械能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机领域，特别涉及一种两相可逆运行永磁开关磁阻电机。
背景技术
常规的两相开关磁阻电机无自启动能力，存在转矩死区，经改进后的两相开关磁阻电机也只能单方向运行。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单的两相可逆运行永磁开关磁阻电机。
本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种两相可逆运行永磁开关磁阻电机，包括电机外壳、定子和转子，电机外壳非输出轴一方的端盖上装有A相双极性转子位置传感器和B相双极性转子位置传感器，所述转子包括转轴和分布在转轴外圆周上的若干转子磁极，所述转子磁极包括中间的圆弧段、位于圆弧段两侧左右对称的左斜坡段和右斜坡段，相邻转子磁极之间设有转子槽，转子槽内嵌有永磁体，磁化后的转子磁极呈N.S.N.S交替对称分布。
上述两相可逆运行永磁开关磁阻电机，所述定子包括定子绕组、定子铁芯，定子铁芯包括定子磁轭和定子磁极，定子磁轭内圆周上均匀分布有若干定子磁极，相邻两个定子磁极之间形成定子槽，各个定子磁极上绕制同线径、同匝数、同绕制方向的定子绕组，同一相的定子绕组采用依次顺序的首端连接首端，末端连接末端的方法组成A相或B相绕组。
上述两相可逆运行永磁开关磁阻电机，所述定子磁极数是转子磁极数的两倍。
上述两相可逆运行永磁开关磁阻电机，所述转轴采用非导磁金属材料制作而成。
上述两相可逆运行永磁开关磁阻电机，所述转子磁极圆弧段的圆心角α1与定子极弧角相等，转子磁极左斜坡段对应的圆心角α2与转子磁极右斜坡段对应地圆心角α3相等，转子磁极总的圆心角为：α1+α2+α3＝2τ，τ为定子磁极极距角，转子槽宽为3-5倍气隙距离。
上述两相可逆运行永磁开关磁阻电机，所述A相双极性转子位置传感器装在某个定子磁极A1的极中心线上，所述B相双极性转子位置传感器装在与定子磁极A1相邻的定子磁极B1的极中心线上，当转子磁极圆弧段中心线与定子磁极 A1或定子磁极B1中心线对齐时，对应的位置传感器发出位置信息；当转子磁极圆弧段中心线与转子N极性的转子磁极对齐时，位置信号为“1”电平，与转子 S极性的转子磁极对齐时，位置信号为“0”电平。
上述两相可逆运行永磁开关磁阻电机，所述定子铁芯采用硅钢片叠压而成。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型的转子磁极包括中间的圆弧段、位于圆弧段两侧左右对称的左斜坡段和右斜坡段，相邻转子磁极之间设有转子槽，转子槽内嵌有永磁体，磁化后的转子磁极呈N.S.N.S交替对称分布，定子各相绕组采用单相IGBT(或MOSFET)H桥独立供电，在双极性转子位置传感器采集的位置信号的使能作用下，按照电流换相规律进行电流换相，能够实现电机正转或反转运行，将电能高效地转换为机械能。
附图说明
图1是本实施例12/6极两相可逆运行永磁开关磁阻电机径向截面图。
图2是本实施例电机的转子结构截面示意图。
图3是本实施例电机的定子磁极绕组展开图。
图4是本实施例电机的相绕组结构连接图。
图5是本实施例电机的功率电路图。
图6是本实施例电机在A1N1对齐下，相绕组供+IA,-IB电流的状态图(第一节拍)。
图7是本实施例电机在B1N1对齐下，相绕组供+IA,+IB电流的状态图(第二节拍)。
图8是本实施例电机在A1S3对齐下，相绕组供-IA,+IB电流的状态图(第三节拍)。
图9是本实施例电机在B1S3对齐下，相绕组供-IA,-IB电流的状态图(第四节拍)。
图10是本实施例电机经过四个节拍后，电机转子磁极位置状态图。
图中：01是定子磁轭，02是定子磁极，03是定子绕组，04是定子槽口弧度，06是定子极弧，07是A相双极性转子位置传感器，08是B相双极性转子位置传感器，16是转子磁极左斜坡段(AB段)，17是转子磁极右斜坡段(CD 段)，18是转子磁极圆弧段(BC段)，12是转子磁极，13是永磁体，14是转子槽，15是转轴；
A1至A6分别代表A相的6个定子磁极，B1至B6分别代表B相的6个定子磁极，AX是A相相绕组，BY是B相相绕组，N1,S1,N2,S2,N3,S3分别代表被磁化后6个转子磁极，既表征了转子极的磁极性也反映了转子极的顺序；
+IA是指从相绕组A端流入，X端流出，反之则为-IA，+IB是指从相绕组B 端流入，Y端流出，反之则为-IB；“*”是定子极绕组的同名端符号，a1至a6， b1至b6分别代表A相极绕组和B相极绕组的首端；x1至x6，y1至y6分别代表A 相相绕组和B相相绕组的末端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。实施例中的定转子极对齐，是指转子磁极圆弧段中心线与定子磁极中心线对齐。
如图1、图2所示，一种两相可逆运行永磁开关磁阻电机，包括电机外壳、定子和转子，电机外壳非输出轴一方的端盖上装有A相双极性转子位置传感器07和B相双极性转子位置传感器08，所述转子包括转轴15和分布在转轴15外圆周上的若干转子磁极12，所述转轴15采用非导磁金属材料制作而成；所述转子磁极12包括中间的圆弧段18、位于圆弧段18两侧左右对称的左斜坡段16和右斜坡段17，相邻转子磁极12之间设有转子槽14，转子槽14内嵌有永磁体13，磁化后的转子磁极12呈N.S.N.S交替对称分布。
所述定子包括定子绕组03、定子铁芯，定子铁芯包括定子磁轭01和定子磁极02，定子磁轭01内圆周上均匀分布有若干定子磁极02，相邻两个定子磁极 02之间形成定子槽，各个定子磁极02上绕制同线径、同匝数、同绕制方向的定子绕组03，同一相的定子绕组03采用依次顺序的首端连接首端，末端连接末端的方法组成A相或B相绕组。所述定子磁极数是转子磁极数的两倍。
所述转子磁极圆弧段18对应的圆心角α1与定子极弧角相等，转子磁极左斜坡段16对应的圆心角α2与转子磁极右斜坡段17对应地圆心角α3相等，转子磁极总的圆心角为：α1+α2+α3＝2τ，τ为定子磁极极距角，转子槽14宽为3-5倍气隙距离。
所述A相双极性转子位置传感器07装在某个定子磁极A1的极中心线上，所述B相双极性转子位置传感器装在与定子磁极A1相邻的定子磁极B1的极中心线上，当转子磁极圆弧段中心线与定子磁极A1或定子磁极B1中心线对齐时，对应的位置传感器发出位置信息；当转子磁极圆弧段中心线与转子N极性的转子磁极对齐时，位置信号为“1”电平，与转子S极性的转子磁极对齐时，位置信号为“0”电平。
所述定子铁芯采用硅钢片叠压而成。
图6-图10给出了本实施例电机从第一工作节拍到第四工作节拍电机工作原理过程，表1为电机的电流换相规律图。
表1
下面依据图6到图10详细分析如下：
设电机启动工作前，转子磁极N1与定子磁极A1已对齐，如图6所示，期望电机启动后顺时针方向旋转(+n)。控制器接收到正向启动命令和当前位置信息后，按照顺时针方向旋转电流换相规律，进入第一工作节拍发出PWM脉宽驱动信号，使图5中功率管T1和T4导通(T2,T3关断)，A相供+IA，T6和T7导通(T5和T8关断)，B相供-IB，各相的各磁极绕组中的电流方向已在图6中标出，根据右手螺旋定则和电磁力定律可知：
1、定子磁极B1，B3，B5都为S磁极性，它们分别对转子磁极N1,N2,N3产生顺时针方向的吸引电磁力；同时它们还分别对应地与转子磁极S1,S2,S3产生顺时针方向的排斥电磁力。
2、定子磁极B2，B4，B6都为N磁极性，它们分别对转子磁极N2,N3,N1产生顺时针方向的排斥电磁力；同时它们还分别对转子磁极S1,S2,S3产生顺时针方向的吸引电磁力。
3、定子磁极A1，A3，A5都为N磁极性，它们分别对转子磁极N1,N2,N3产生顺时针方向的排斥电磁力，定子磁极A2，A4和A6都为S极性，它们分别对转子磁极S1,S2和S3产生顺时针方向的排斥电磁力。上述各相各极之间所产生的排斥电磁力和吸引电磁力都为顺时针方向，这些电磁力合成产生电磁转矩，拖动电机转子顺时针方向旋转，直到转子磁极N1圆弧段中心线与定子磁极B1中心线对齐为止(如图7所示)，B1N1对齐后，B相双极性位置传感器发出转子位置信息“1”电平，控制器接收到此信息后，关断功率管T1,T4,T6,T7,准备进入第二节拍。
第二节拍：在图7的基础上，B1N1已对齐，B相双极性位置传感器已发出“1”电平位置信息，控制器接收到此位置信息后，输出功率管T1,T4,T5,T8四管栅极驱动脉冲，使T1和T4导通(T2，T3关断)。A相供+IA电流，T5和T8导通 (T6和T7关断)，B相供+IB电流,电机定子各极绕组电流方向已在图7中标出，根据右手螺旋定则和电磁力定律可知：
1、定子磁极A1，A3，A5都为N磁极性，它们分别对转子磁极S3,S1,S2产生顺时针方向的吸引电磁力；同时它们还分别对应地与转子磁极N1,N2,N3产生顺时针方向的排斥电磁力。
2、定子磁极A2，A4，A6都为S磁极性，它们分别对应地与转子磁极N1,N2,N3产生顺时针方向的吸引电磁力，同时它们还分别对应地与转子磁极S1,S2,S3产生顺时针方向的排斥电磁力。
3、定子磁极B1，B3，B5都为N磁极性，定子磁极B2，B4，B6都为S磁极性,定子磁极B1至B6分别与对齐的转子极同极性，在受力不平衡的转子旋转体中，定子磁极B1至B6对所有转子极产生顺时针方向的排斥电磁力和吸引电磁力。上述各相各极之间所产生的排斥电磁力和吸引电磁力都为顺时针方向，这些电磁力合成产生电磁转矩，拖动电机转子顺时针方向旋转，直到转子磁极S3圆弧段中心线与定子磁极A1中心线对齐为止(即A1S3对齐)如图8所示，A1S3对齐后，A相双极性位置传感器发出转子位置信息“0”电平，控制器接收到此信息后，关断功率管T1,T4,T5,T8,准备进入第三节拍。
第三节拍：在图8的基础上，A1S3已对齐，控制器根据位置信息，使T2和 T3导通(T1，T4关断)。A相供-IA电流，T5和T8导通(T6和T7关断)，B相供 +IB电流,电机定子各极绕组电流方向已在图8中标出，根据右手螺旋定则和电磁力定律可知：
1、定子磁极B1，B3，B5都为N磁极性，它们分别对转子磁极S3,S1,S2产生顺时针方向的吸引电磁力；同时它们还分别对应地与转子磁极N1,N2,N3产生顺时针方向的排斥电磁力。
2、定子磁极B2，B4，B6都为S磁极性，它们分别与对应地异极性转子磁极N1,N2,N3产生顺时针方向的吸引电磁力，与对应地同极性转子磁极S1,S2,S3极产生顺时针方向的排斥电磁力。
3、定子磁极A1，A3，A5都为S磁极性，定子磁极A2，A4，A5都为N磁极性,他们分别与对齐的转子极同极性，在受力不平衡的转子旋转体中，同极性的定转子磁极间产生顺时针方向的排斥电磁力。上述各相各极之间所产生的排斥电磁力和吸引电磁力都为顺时针方向，这些电磁力合成产生电磁转矩，拖动电机转子顺时针方向旋转，直到转子磁极S3圆弧段中心线与定子磁极B1中心线对齐为止(即B1S3对齐)如图9所示，B1S3对齐后，B相双极性位置传感器发出转子位置信息“0”电平，控制器接收到位置信息“0”电平后，关断功率管 T2,T3,T5,T8,准备进入第四节拍。
第四节拍：在图9的基础上，B1S3已对齐，控制器根据位置信息，使T2和 T3导通(T1，T4关断)。A相供-IA电流，T6和T7导通(T5和T8关断)，B相供 -IB电流,电机定子各极绕组电流方向已在图9中标出，根据右手螺旋定则和电磁力定律可知：
1、定子磁极A1，A3，A5都为S磁极性，它们分别对转子磁极N3,N1,N2产生顺时针方向的吸引电磁力；同时它们还分别对应地与转子磁极S3,S1,S2产生顺时针方向的排斥电磁力。
2、定子磁极A2，A4，A6都为N磁极性，它们分别与对应地转子磁极N1,N2,N3产生顺时针方向的排斥电磁力，同时它们还分别对应地与转子磁极S3,S1,S2产生顺时针方向的吸引电磁力。
3、定子磁极B1，B3，B5都为S磁极性，定子磁极B2，B4，B5都为N磁极性,他们分别与对齐的转子极同极性，在受力不平衡的转子旋转体中，同极性的定转子磁极间产生顺时针方向的排斥电磁力。上述各相各极之间所产生的排斥电磁力和吸引电磁力都为顺时针方向，这些电磁力合成产生电磁转矩，拖动电机转子顺时针方向旋转，直到转子磁极N3圆弧段中心线与定子磁极A1中心线对齐为止(即A1N3对齐)如图10所示，A1N3对齐与第一节拍中的A1N1的换相信息和电流换相规律完全一样。
至此，电机经过第一节拍至第四节拍后，后述换相规律是第一节拍至第四节拍顺序重复的换相过程，周而复始，电机连续将电能高效地转换为机械能。
Claims (7)
1.一种两相可逆运行永磁开关磁阻电机，其特征在于：包括电机外壳、定子和转子，电机外壳非输出轴一方的端盖上装有A相双极性转子位置传感器和B相双极性转子位置传感器，所述转子包括转轴和分布在转轴外圆周上的若干转子磁极，所述转子磁极包括中间的圆弧段、位于圆弧段两侧左右对称的左斜坡段和右斜坡段，相邻转子磁极之间设有转子槽，转子槽内嵌有永磁体，磁化后的转子磁极呈N.S.N.S交替对称分布。
2.根据权利要求1所述的两相可逆运行永磁开关磁阻电机，其特征在于：所述定子包括定子绕组、定子铁芯，定子铁芯包括定子磁轭和定子磁极，定子磁轭内圆周上均匀分布有若干定子磁极，相邻两个定子磁极之间形成定子槽，各个定子磁极上绕制同线径、同匝数、同绕制方向的定子绕组，同一相的定子绕组采用依次顺序的首端连接首端，末端连接末端的方法组成A相或B相绕组。
3.根据权利要求2所述的两相可逆运行永磁开关磁阻电机，其特征在于：所述定子磁极数是转子磁极数的两倍。
4.根据权利要求2所述的两相可逆运行永磁开关磁阻电机，其特征在于：所述转轴采用非导磁金属材料制作而成。
5.根据权利要求2所述的两相可逆运行永磁开关磁阻电机，其特征在于：所述转子磁极圆弧段的圆心角α1与定子极弧角相等，转子磁极左斜坡段对应的圆心角α2与转子磁极右斜坡段对应地圆心角α3相等，转子磁极总的圆心角为：α1+α2+α3=2τ，τ为定子磁极极距角，转子槽宽为3-5倍气隙距离。
6.根据权利要求2所述的两相可逆运行永磁开关磁阻电机，其特征在于：所述A相双极性转子位置传感器装在某个定子磁极A1的极中心线上，所述B相双极性转子位置传感器装在与定子磁极A1相邻的定子磁极B1的极中心线上，当转子磁极圆弧段中心线与定子磁极A1或定子磁极B1中心线对齐时，对应的位置传感器发出位置信息；当转子磁极圆弧段中心线与转子N极性的转子磁极对齐时，位置信号为“1”电平，与转子S极性的转子磁极对齐时，位置信号为“0”电平。
7.根据权利要求2所述的两相可逆运行永磁开关磁阻电机，其特征在于：所述定子铁芯采用硅钢片叠压而成。
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