CN101741203A - 一种定位性能良好的开关磁阻电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定位性能良好的开关磁阻电动机，电动机的相数大于2，各相磁路独立，相互间耦合很小。转子凸极的结构特殊，一相绕组中通有恒定电流时，电动机转子的复位转矩具有正弦波规律的矩角特性。驱动定子绕组时，可以分相控制相绕组。本发明中开关磁阻电动机转子凸极的极弧角较大，约为转子凸极极矩的一半；同时随着偏离中心线，转子与定子凸极间气隙在加大，气隙中的磁密减小，两边对称。该发明开关磁阻电动机定子和转子的特殊结构保证了各相磁路的独立，相互间耦合很小，谐波分量小，负载能力强，还可以直接进行分相控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电动机，的定位及矩角特性，因此定位性能良好。具体地说，涉及一种通过转子凸极结构的特殊设计，使定位性能良好的开关磁阻电动机。
背景技术
在一般的N相开关磁阻电动机中，相应于定子每相凸极的对数K，定/转子凸极数为2KN/〔2K(N-1)〕，它们在圆周上均布。其中定子凸极的相弧角约为
转子凸极的极弧角比稍大，转子凸极的极距则为
另外，定子凸极的内径和转子凸极的外径是两个同心圆，亦即如图1示，定/转子凸极间气隙是均匀的。
所有定子凸极都嵌有规格相同的线圈，均布的2K个凸极的线圈连成相绕组。在绕组中通电时，同一相的凸极的磁性呈N.S间隔排列。定/转子凸极的宽度基本相等，而定/转子磁軛的截面积要比转子凸极大，这样设计，保证了各相磁路的独立，相互间耦合很小。
上述开关磁阻电动机在一相通有恒定电流时，复位转矩中除了基本分量以外，还存在着相当大的谐波分量。当作反应式步进电动机使用时，能一相绕组通电；即作N相单N拍运行。N相循环后，电动机磁场合转过2π电角度，转子转过一个极距
所谓定位性能良好，现在是指电动机能作N相多N拍运行；多N拍运行时，对相邻的两相或多相同时通以适当的电流。但上述电动机作N相双N拍运行就不行，在相邻两相通以相等的电流时，有可能复位转矩的最大值不大，带负载能力很差。
随着开关磁阻电动机***调速的增大，开关磁阻电动机向低转速扩展，3相开关磁阻电动机已开始采用分相控制。3相电动机的三个相绕组电气上绝缘，各有自己的半桥式的功率逆变电路和电流传感器，实行分相控制比较容易。至于4相开关磁阻电动机方面，目前四个相绕组有一点连在一起，用了两个半桥形式的功率逆变电路和电流传感器，所以还不能直接进行分相控制。
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种定位性能良好的N相开关磁阻电动机，N＞2，相应于定子每相凸极的对数K，2KN个定子凸极的分布，极弧角齿形以及凸极上线圈和绕组的接法与一般电动机相同，各相的磁路独立。可以对定子绕组实行分相控制，具体接法不限。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种定位性能良好的开关磁阻电动机，包括定子和转子；其电动机相数为N，其中N＞2，相应于定子每相凸极对数为K，2KN个凸极在圆周上均布；凸极的极弧角约为
凸极内径是一圆心为轴心的圆；所有定子凸极上都嵌有线圈，均布的2K个凸极的线圈连成一相绕组，各相绕组的规格一样；在相绕组中通有电流时，属于同一相的2K个凸极的磁性呈N.S间隔排列；转子凸极数为常规的2K(N-1)，它们也在圆周上均布；转子凸极铁芯中的饱和程度较轻，使得相绕组中通有电流时，以逆时针转向为正的转子复位转矩近似地为
谐波分量不大，式中M为m的幅值，θ为通电相某一凸极〔中心线〕的方位角，
逆时针转向上靠近这一定子凸极的转子凸极〔中心线〕的方位角，
就是转子与定子凸极间机械失调角，
则是电气失调角。所述一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其转子凸极齿顶的极弧角大于定子极弧角，接近于转子极距的一半；凸极齿顶外形不是以圆心为轴心的圆，转子与定子凸极间气隙是不均匀的，随着角度不断偏离凸极中心线，凸极对轴心的半径逐渐减小，而转子与定子凸极间气隙逐渐增大，凸极中心线两边对称。
所述一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其转子凸极的两边上有开孔。
所述一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其在转子凸极叠片中嵌入齿顶极弧角比小的硅钢片，它们间凸极中心线要对准。
所述一种定位性能良好的开关磁阻电动机，定子N个相绕组间电气绝缘，当N为偶数时，也允许把导通相位差π电角度的两个相串联起来，然后也把联接点相连引出，实现定子绕组分相控制各个相绕组中的电流。
本发明的有益效果是：一种定位性能良好的开关磁阻电动机定子和转子的特殊结构保证了各相磁路的独立，相互间耦合很小，谐波分量小，负载能力强，还可以直接进行分相控制。
附图说明
图1为一般的开关磁阻电动机转子凸极结构示意图。
图2为本发明开关磁阻电动机转子凸极结构示意图。
图3为本发明开关磁阻电动机转子凸极两边开孔的结构示意图。
图4为本发明开关磁阻电动机转子凸极叠片中嵌入极弧角比
小的硅钢片的结构示意图。
图5为4相开关磁阻电动机端子绕组的一种连接电路图。
图6为4相开关磁阻电动机端子绕组的另一种连接电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示为一般的开关磁阻电动机转子凸极结构示意图。
如图2所示为一种定位性能良好的开关磁阻电动机，包括定子1和转子2；电动机相数为N，其中N＞2，相应于定子1每相凸极对数为K，2KN个凸极在圆周上均布；凸极的极弧角约为
凸极内径是一圆心为轴心的圆；所有定子凸极上都嵌有线圈，均布的2K个凸极的线圈连成一相绕组，各相绕组的规格一样；在相绕组中通有电流时，属于同一相的2K个凸极的磁性呈N.S间隔排列；转子凸极数为常规的2K(N-1)，它们也在圆周上均布；转子凸极铁芯中的饱和程度较轻，使得相绕组中通有电流时，以逆时针转向为正的转子2复位转矩近似地为
谐波分量不大，式中M为m的幅值，
为通电相某一凸极〔中心线〕的方位角，
逆时针转向上靠近这一定子凸极的转子凸极〔中心线〕的方位角，
就是转子与定子凸极间机械失调角，
则是电气失调角。
一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其转子2凸极齿顶的极弧角大于定子1极弧角，接近于转子2极距的一半；凸极齿顶外形不是以圆心为轴心的圆，转子2与定子1凸极间气隙是不均匀的，随着角度不断偏离凸极中心线，凸极对轴心的半径逐渐减小，而转子2与定子1凸极间气隙逐渐增大，凸极中心线两边对称。
本发明为一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其定子凸极的结构、线圈以及相绕组与一般开关磁阻电动机相同。之所以相数N＞2，是为了至少可以两相同时通电，从而作N相多N拍定位控制。
如图3所示为一种定位性能良好的开关磁阻电动机的一种方案，其转子2凸极的两边上有开孔3。
如图4所示为一种定位性能良好的开关磁阻电动机的一种优选方案，其在转子2凸极叠片中嵌入齿顶极弧角比小的硅钢片4，与凸极中心线相对。
所述的一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其定子1各个相绕组间电气绝缘，当N为偶数时，则把导通相位差π电角度的两个相串联起来，然后也把联接点相连引出，实现定子1绕组分相控制各个相绕组中的电流。
为了获得上述正弦波规律的矩角特性，除了适当增大转子凸极齿顶的极弧角外，本发明通过改变气隙适当增大了凸极中心线两侧的磁阻。这里面以前没有考虑定/转子凸极齿高部份磁阻，在定/转子凸极重叠角较大时这部份磁阻较大，磁链增加较慢。现在增大气隙后，在重叠角较小时磁通增加放慢。
通过硅钢片上凸极中心线两边开孔，或者叠片时嵌入极弧角较小的硅钢片，也能使转子凸极两边的磁阻变大。但改变气隙的做法比较均匀，也容易计算分析，所以这是优选方案。
电磁能和机械能的转换理论指出，复位转矩是定子绕组中电流一定时、共磁能随失调角变化而产生的。在电流为零时，绕组电感也会有正弦波规律的变化，因此，可以通过测量电感来了解波形是否符合正弦波规律。
如果定子相绕组上通有直流电流，然后让电动机被一台原动机带着以恒定转速旋转，则该定子绕组上将产生幅值与转速成正比的正弦波形空载电势。此原理又提供了一种检验波形的方法。
电动机定子绕组的接法有两种，以4相开关磁阻电动机为例，接法如图5和6所示。图5中4个相绕组间电气上是绝缘的，出线端子共8个。图6中导通相位差π的A，C相的A2，C2端连接起来引出，B、D相的B2、C2端也如此，出线端子共6个。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种定位性能良好的开关磁阻电动机，包括定子(1)和转子(2)；其特征在于：电动机相数为N，其中N＞2，相应于定子(1)每相凸极对数为K，2KN个凸极在圆周上均布；凸极的极弧角约为凸极内径是一圆心为轴心的圆；所有定子凸极上都嵌有线圈，均布的2K个凸极的线圈连成一相绕组，各相绕组的规格一样；在相绕组中通有电流时，属于同一相的2K个凸极的磁性呈N.S间隔排列；转子凸极数为常规的2K(N-1)，它们也在圆周上均布；相绕组中通有电流时，以逆时针转向为正的转子(2)复位转矩近似地为m＝-M Sin2K(N-1)
谐波分量不大，式中M为m的幅值，θ为通电相某一凸极〔中心线〕的方位角，
逆时针转向上靠近这一定子凸极的转子凸极〔中心线〕的方位角，
就是转子与定子凸极间机械失调角，2K(N-1)
则是电气失调角。
2.根据权利要求1所述的一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其特征在于：转子(2)凸极齿顶的极弧角大于定子(1)极弧角，接近于转子(2)极距的一半；凸极齿顶外形不是以圆心为轴心的圆，转子(2)与定子(1)凸极间气隙是不均匀的，随着角度不断偏离凸极中心线，凸极对轴心的半径逐渐减小，而转子(2)与定子(1)凸极间气隙逐渐增大，凸极中心线两边对称。
3.根据权利要求2所述的一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其特征在于：转子(2)凸极的两边上有开孔(3)。
4.根据权利要求2所述的一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其特征在于：在转子(2)凸极叠片中嵌入齿顶极弧角比
小的硅钢片(4)，它们间凸极中心线要相对准。
5.根据权利要求1所述的一种定位性能良好的开关磁阻电动机，其特征在于：定子(1)N个相绕组间电气绝缘；当N为偶数时，允许把导通相位差π电角度的两个相串联起来，然后也把联接点相连引出，实现定子(1)绕组分相控制各个相绕组中的电流。
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