CN103633806B - 单相横向磁通全控式开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

单相横向磁通全控式开关磁阻电机，涉及电机领域。它是为了解决传统单相开关磁阻电机输出转矩波动大、输出转矩密度低、不能输出连续转矩的问题。本发明为圆筒结构，所述开关磁阻电机包括定子、转子和电机输出轴，所述定子和转子之间为气隙；转子固定在电机输出轴外侧；定子包括定子铁芯、前段上行定子绕组、前段下行定子绕组、后段下行定子绕组、后段上行定子绕组；转子包括永磁铁、前段转子铁心和后段转子铁心，永磁铁为环形永磁体；本发明中，单相开关磁阻电机输出转矩波动减小了20%，输出转矩密度同比提高了10%，能够让单相开关磁阻电机能够输出连续转矩；同时降低了开关磁阻电机制造工艺和成本。本发明适用于电机领域。

Description

单相横向磁通全控式开关磁阻电机

技术领域

本发明是涉及一种磁阻电机，属于电机领域。

背景技术

传统的两相开关磁阻电机的定、转子均为凸极结构，且定转子铁心齿数相等，定转子铁心为单段铁心。通过对定子励磁绕组依次通电，绕组励磁电流为单方向电流，定子极与转子极相互作用产生转矩。转子上既没有绕组，也没有永磁体，因此电机的结构简单、运行可靠。但是，由于单相开关磁阻电机定子铁芯的两齿结构，电机在一个电角度周期机械角度180度内，电感的变化率为一次，使得单相开关磁阻电机输出转矩波动大、输出转矩密度低、不能输出连续转矩等缺点。

发明内容

本发明是为了解决传统单相开关磁阻电机输出转矩波动大、输出转矩密度低、不能输出连续转矩的问题，进而提供了单相横向磁通全控式开关磁阻电机。

单相横向磁通全控式开关磁阻电机，它为圆筒结构，所述开关磁阻电机包括定子、转子和电机输出轴4，所述定子和转子之间为气隙5；转子固定在电机输出轴4外侧；

定子包括定子铁芯1、前段上行定子绕组2、前段下行定子绕组6、后段下行定子绕组7、后段上行定子绕组9；所述定子铁芯1沿轴向分为两段，分别为前段和后段，所述两段结构为镜像对称结构，其中前段定子铁芯1内部设置有两个齿，所述两个齿分别缠绕有前段上行定子绕组2和前段下行定子绕组6；后段定子铁芯内部设置有两个齿，所述两个齿分别缠绕有后段下行定子绕组7和后段上行定子绕组9；其中前段上行定子绕组2和后段上行定子绕组9轴向相邻，所述前段下行定子绕组6和后段下行定子绕组7轴向相邻；

转子包括永磁铁11、前段转子铁心3和后段转子铁心10，永磁铁11为环形永磁体，其充磁方向为沿轴向充磁，所述前段转子铁心3和后前段转子铁心10之间夹固有永磁铁11；所述前段转子铁心3和后段转子铁心10为镜像对称结构；所述前段转子铁心3的外表面沿圆周方向均匀分布设置有两个形状相同的扇形齿；

所述转子扇形齿极弧比定子齿极弧大6度；所述永磁体11嵌在前段转子铁心3和后段转子铁心10之间。

本发明中，单相开关磁阻电机输出转矩波动减小了20％，输出转矩密度同比提高了10％，能够让单相开关磁阻电机能够输出连续转矩；同时降低了开关磁阻电机制造工艺和成本。

附图说明

图1为本发明的轴向剖视图；

图2为图1的左视图；

图3为永磁体产生的磁场的磁力线路径示意图；

图4为永磁体产生的磁场和绕组产生磁场叠加后产生的磁力线路径示意图；

图5为电机绕组电流的方向示意图；

图6为电机绕组电流的方向示意图；

图7为电机转子位置在90-180度时，定子的绕组产生的磁场方向示意图；

图8为电机转子位置在0-90度定子的磁性示意图；

图9为电机转子位置在90-180度时，H桥电流的流通路径示意图；

图10为电机转子位置在0-90度时，H桥电流的流通路径示意图；

图11为电机绕组电流和输出转矩的曲线图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的单相横向磁通全控式开关磁阻电机，它为圆筒结构，所述开关磁阻电机包括定子、转子和电机输出轴4，所述定子和转子之间为气隙5；转子固定在电机输出轴4外侧；

定子包括定子铁芯1、前段上行定子绕组2、前段下行定子绕组6、后段下行定子绕组7、后段上行定子绕组9；所述定子铁芯1沿轴向分为两段，分别为前段和后段，所述两段结构为镜像对称结构，其中前段定子铁芯1内部设置有两个齿，所述两个齿分别缠绕有前段上行定子绕组2和前段下行定子绕组6；后段定子铁芯内部设置有两个齿，所述两个齿分别缠绕有后段下行定子绕组7和后段上行定子绕组9；其中上行定子绕组2和后段上行定子绕组9轴向相邻，所述前段下行定子绕组6和后段下行定子绕组7轴向相邻；

转子包括永磁铁11、前段转子铁心3和后段转子铁心10，永磁铁11为环形永磁体，其充磁方向为沿轴向充磁，所述前段转子铁心3和后段转子铁心10之间夹固有永磁铁11；所述前段转子铁心3和后段转子铁心10为镜像对称结构；所述前段转子铁心3的外表面沿圆周方向均匀分布设置有两个形状相同的扇形齿；

所述转子扇形齿极弧比定子齿极弧大6度；所述永磁体11嵌在前段转子铁心3和后段转子铁心10之间。

本实施方式中，永磁体磁路方向分上下两路，如图3所示，上路磁路由永磁体N极—>后段转子上行铁心轭部—>后段转子上行铁心齿部—>后段定转子上行气隙—>后段定子上行齿部—>后段定子上行轭部—>两段定子上行中间轭部—>前部定子上行轭部—>前部定子上行齿部—>前段定转子上行气隙—>前段转子上行齿部—>前段转子上行轭部—>永磁体S极；下路磁路由永磁体N极—>后段转子下行铁心轭部—>后段转子下行铁心齿部—>后段定转子下行气隙—>后段定子下行齿部—>后段定子下行轭部—>两段定子下行中间轭部—>前部定子下行轭部—>前部定子下行齿部—>前段定转子下行气隙—>前段转子下行齿部—>前段转子下行轭部—>永磁体S极。

电机绕组为单相绕组，相互串联，绕组驱动采用H桥驱动励磁方式，设定图1的电机转子位置为机械0角度位置，电机转子角度90-180度时，绕组励磁为正电流，绕组励磁的磁力线路经L-3和L-4方向与永磁体的磁路方向L-1和L-2一致，如图4所示。

电机绕组励磁电流方向如图5和图6所示，电机转子位置在90-180度时，绕组励磁电流为正向电流，定子前部上齿表现为N极磁性，定子后部上齿表现为S极磁性；定子前部下齿表现为N极磁性，定子后部下齿表现为S极磁性。电机转子位置在0-90度时，绕组励磁电流为负向电流，定子前部上齿表现为S极磁性，定子后部上齿表现为N极磁性；定子前部下齿表现为S极磁性，定子后部下齿表现为N极磁性；如图7和图8所示。

工作原理：

电机为两相开关磁阻电机，电机定子的电角度周期为0-180度，设定图1的电机转子位置为机械0角度位置，在电机转子0-90度区间，电机绕组通过H桥驱动电路，开通功率管S3和S4，关断S1和S2，使得电机定子绕组电流为负向电流，电机前部定转子齿表现都为S磁性，电机后部定转子齿表现都为N磁性，定转子齿部相互推斥，电机转子输出正转矩，转子按逆时针旋转。

在电机转子90-180度区间，电机绕组通过H桥驱动电路，开通功率管S1和S2，关断S3和S4，使得电机定子绕组电流为正向电流，电机前部上下定子齿部都表现为N磁性，转子齿表现都为S磁性，电机后部上下定子齿表现都为S磁性，转子齿部都表示为N磁性，定转子齿部相互吸引，电机转子输出正转矩，转子按逆时针旋转。如图11所示。

具体实施方式二：本实施方式对具体实施方式一所述的单相横向磁通全控式开关磁阻电机作进一步限定，本实施方式中，前段上行定子绕组2、前段下行定子绕组6、后段下行定子绕组7和后段上行定子绕组9均为集中绕组。

本实施方式中，电机绕组驱动采用H桥励磁方式，电机转子位置在90-180度时，绕组励磁电流为正向电流，S1和S2开通，S3和S4关断，电流流经路经如图9所示；电机转子位置在0-90度时，绕组励磁电流为负向电流，S3和S4开通，S1和S2关断，电流流经路经如图10所示。

Claims (2)

1.单相横向磁通全控式开关磁阻电机，其特征在于：它为圆筒结构，所述开关磁阻电机包括定子、转子和电机输出轴(4)，所述定子和转子之间为气隙(5)；转子固定在电机输出轴(4)外侧；

定子包括定子铁芯(1)、前段上行定子绕组(2)、前段下行定子绕组(6)、后段下行定子绕组(7)、后段上行定子绕组(9)；所述定子铁芯(1)沿轴向分为两段，分别为前段和后段，所述两段结构为镜像对称结构，其中前段定子铁芯(1)内部设置有两个齿，所述两个齿分别缠绕有前段上行定子绕组(2)和前段下行定子绕组(6)；后段定子铁芯内部设置有两个齿，所述两个齿分别缠绕有后段下行定子绕组(7)和后段上行定子绕组(9)；其中前段上行定子绕组(2)和后段上行定子绕组(9)轴向相邻，所述前段下行定子绕组(6)和后段下行定子绕组(7)轴向相邻；

转子包括永磁铁(11)、前段转子铁心(3)和后段转子铁心(10)，永磁铁(11)为环形永磁体，其充磁方向为沿轴向充磁，所述前段转子铁心(3)和后段转子铁心(10)之间夹固有永磁铁(11)；所述前段转子铁心(3)和后段转子铁心(10)为镜像对称结构；所述前段转子铁心(3)的外表面沿圆周方向均匀分布设置有两个形状相同的扇形齿；

所述转子扇形齿极弧比定子齿极弧大6度；所述永磁体(11)嵌在前段转子铁心(3)和后段转子铁心(10)之间。

2.根据权利要求1所述的单相横向磁通全控式开关磁阻电机，其特征在于：前段上行定子绕组(2)、前段下行定子绕组(6)、后段下行定子绕组(7)和后段上行定子绕组(9)均为集中绕组。