CN105226894A - U形定子永磁开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

U形定子永磁开关磁阻电机，属于电机领域，它包括转子和设置在转子周上的若干U形定子块，其中，转子的转子齿外侧为外圆弧，U形定子块的定子齿内侧为内圆弧，且转子齿外圆弧与定子齿内圆弧之间设置有气隙；若干U形定子块组成模块化定子，每个U形定子块的内侧壁均设置有一个永磁体，且永磁体的极性与U形定子块励磁绕组产生的电磁极性同极性叠加。当电机相数为N相时，电机的定子齿与转子齿的个数之比为2N∶(2N-1)，例如电机相数为三相时，电机为三相6/5结构、三相12/10结构。本发明的电机定子为模块化定子，便于模块化生产，相间磁路没有耦合，完全隔离，同时电机出力大、结构简单、容易维护、容错性能强、控制方便、可靠性高。

Description

U形定子永磁开关磁阻电机

背景技术：

传统的开关磁阻电机其定子、转子均为凸极结构，通过对定子励磁绕组依次通电，转子极与定子极相互作用产生转矩。由于转子上即没有永磁体，也没有绕组，因此电机的结构简单，可靠性高。但正由于定子、转子均未使用永磁体，所以为了获得更大的输出转矩和功率，只能通过增大励磁功率来实现，这样即增加了驱动***的成本，又降低了电机的功率密度和转矩密度。

另外，传统的开关磁阻电机，相邻相之间有一相工作时，其它相之间通过转子凸极相互干扰，导磁定子轭互相连接，工作磁极导磁磁路长，铁损大，磁损也大。

为了克服传统开关磁阻电机的缺点，本发明提出了利用永磁能来参与电机做功，即在U形定子的每个槽口内侧处嵌入永磁体，使U形定子产生电磁能与永磁能同极性叠加作用于凸极转子上产生合成电磁转矩，这样大大提高了电机的功率密度和性能体积比。

发明内容：

本发明的目的是提出一种永磁能全部参与做功的高转矩、功率密度高、容错性能强、可靠性高、制造简单和维护方便的U形定子永磁开关磁阻电机。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

U形定子永磁开关磁阻电机，它包括凸极转子2和设置在凸极转子2外圆周上的若干U形定子块1，其中，凸极转子2的转子齿5外圆周为外圆弧，U形定子块1的定子齿4内圆周为内圆弧，且凸极转子齿5的外圆弧与U形定子齿4的内圆弧之间设置有气隙；若干U形定子块1组成模块化定子，每个U形定子块1的两个定子齿4上均缠绕有励磁绕组3，每个U形定子块1的内侧壁8均设置有一组永磁体6，且永磁体6极性与U形定子块1产生的电磁极性同名叠加。

本发明在于，每个U形定子块1的内侧壁8均开设有永磁体安装槽9，永磁体6放置在U形定子块内侧壁8的永磁体安装槽9中。

本发明在于，U形定子齿4和凸极转子2均由硅钢片叠压而成。

本发明在于，当U形定子永磁开关磁阻电机，相数为N相时，该电机的定子齿4与凸极转子齿5的个数之比为2N∶(2N-1)，其中，N为该电机相数。

本发明在于，当U形定子永磁开关磁阻电机为三相时，电机为三相6/5结构或三相12/10结构。

本发明在于，当U形定子永磁开关磁阻电机为四相时，电机为四相8/7结构或四相16/14结构。

本发明在于，永磁体6为梯形永磁铁。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

当励磁绕组3不通电时，永磁体6的磁力线不经过气隙，而是沿着定子齿4部和定子横向导磁轭7部闭合，此时不产生转矩；当励磁绕组3通有较小电流时，永磁体6的一部分磁力线经过定子齿4、气隙和凸极转子2闭合，另一部分经过定子齿4部和定子横向导磁轭7闭合，此时永磁体6经过定子齿4、凸极转子2和气隙的那部分磁场产生转矩，经过定子齿4部和定子横向导磁轭7部的那部分磁场不产生转矩；当励磁绕组3电流较大时，永磁体6磁力线全部经过定子齿4、气隙和凸极转子2闭合，此时永磁体6磁场全部产生转矩。通过控制励磁绕组3电流来控制永磁体6磁力线路径和电磁力的大小，从而实现U形定子永磁开关磁阻电机的转矩控制。

由于本发明的U形定子永磁开关磁阻电机定子是由若干U形定子块1组成的模块化定子，相比普通的开关磁阻电机来说，相邻相之间没有定子轭部，导磁磁路最短，相比于其他混合励磁开关磁阻电机来说，相邻相之间没有定子轭部或隔磁板，所以相间磁路没有耦合、完全隔离，因此本发明提供的U形定子永磁开关磁阻电机结构简单、易制造、安装维护方便、容错性能强、可靠性高。而且U形定子永磁开关磁阻电机磁路为短磁路，铁耗小，漏磁极小。

本发明的U形定子永磁开关磁阻电机，即可以作电动机也可以作发电机使用，而且由于其高性能重量比、高转矩、功率密度高、容错性能强、可靠性高、易制造和维护等突出优点，在电动汽车、轨道交通、航空航天、数控机床以及矿山机械、石油化工、机器人等领域均具有广阔的应用前景。

本发明在于，当U形定子永磁开关磁阻电机相数为N相时，电机的U形定子齿4与凸极转子齿5的个数之比为2N∶(2N-1)，例如三相时为三相6/5极结构、三相12/10极结构等。并且定、转子极数越多，电机输出转矩的脉动就越小，电机振动也越小，运行将更加平稳。

附图说明：

图1是本发明三相6/5结构的U形定子永磁开关磁阻电机的结构示意图。

图2是本发明三相12/10结构的U形定子永磁开关磁阻电机的结构示意图。

图3是本发明三相6/5结构的U形定子永磁开关磁阻电机的定、转子处于不对齐位置时的磁力线分布图。

图4是本发明三相6/5结构的U形定子永磁开关磁阻电机的定、转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

图5是本发明三相12/10结构的U形定子永磁开关磁阻电机的定、转子处于不对齐位置时的磁力线分布图。

图6是本发明三相12/10结构的U形定子永磁开关磁阻电机的定、转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

图7是本发明的U形定子永磁开关磁阻电机U形定子块结构示意图。

图中：1为U形定子块；2为转子；3为励磁绕组；4为定子齿；5为转子齿；6为永磁体；7为定子导磁轭；8为U形定子块内侧壁；9为永磁体安装槽。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1和图2所示，本发明U形定子永磁开关磁阻电机，它包括凸极转子2和设置在凸极转子2外圆周上的若干U形定子块1，其中，凸极转子2的转子齿5外侧为外圆弧，U形定子块1的定子齿4内侧为内圆弧，且凸极转子齿5的外圆弧与定子齿4的内圆弧之间设置有气隙；若干个U形定子块1组成模块化定子，每个U形定子块1两个定子齿4上均缠绕有励磁绕组3，每个U形定子块1的内侧壁8均设置有一组永磁体6，且永磁体的极性与U形定子块1励磁绕组3产生的电磁极性同极性叠加作用于凸极转子2转子齿5上，当励磁绕组3不通电时，永磁体6磁感线被U形定子块1定子导磁轭7短路，对外不显磁性，对凸极转子2转子齿5无任何作用力。

进一步的，每个U形定子块内侧壁8均开设有永磁体安装槽9，永磁体6放置在U形定子块内侧壁8之间的永磁体安装槽9中。

进一步的，定子齿4和转子齿5均由硅钢片叠压而成，永磁体6为方形永磁铁或梯形永磁铁。

进一步的，当电机相数为N相时，电机的定子齿4与转子齿5的个数之比为2N∶(2N-1)，其中N为电机相数，例如，当电机相数为三相时，电机为三相6/5结构或三相12/10结构；当电机相数为四相时，电机为四相8/7结构或四相16/14结构。

实施例：

当本发明提供的U形定子永磁开关磁阻电机的相数为三相时，所述电机可分为三相6/5结构和三相12/10结构，其工作原理相同。

本发明的三相6/5结构的U形定子永磁开关磁阻电机的截面结构如图1所示，包括U形定子块1、转子2、励磁绕组3和永磁体6。三个U形定子块1均匀分布在转子2的凸极周向上，每个U形定子块1的槽口处开有永磁体安装槽9，永磁体6放置在U形定子块1的永磁体安装槽9中，永磁体6的NS极与U形定子块1励磁绕组3产生的电磁NS极同极性叠加，励磁绕组3缠绕在每个U形定子块1的两个定子齿4上。当励磁绕组3不通电时，永磁体6的磁力线不经过气隙，而是沿着定子齿4部和定子导磁轭7部闭合，此时不产生转矩；当励磁绕组3通有较小电流时，永磁体6的一部分磁力线经过定子齿4、气隙、凸极转子2转子齿5闭合，另一部分经过定子齿4部和定子导磁轭7部的那部分磁场不产生转矩；当励磁绕组3电流较大时，全部永磁体6磁力线全部经过定子齿4、气隙和凸极转子2转子齿5闭合，此时永磁体6磁场全部产生转矩，同时U形定子块1产生电磁场也通过定子齿4和定子导磁轭7、气隙、凸极转子2转子齿5产生转矩，即电磁场与永磁场叠加通过定子齿4、气隙作用在凸极转子齿5上，产生合转矩。本发明的三相6/5结构的U形定子永磁开关磁阻电机的运行原理与普通的开关磁阻电机一样，三相绕组依次导通，导通周期角为24度。此外，如图3和图4所示，图3是本发明三相6/5结构的U形定子永磁开关磁阻电机的定、转子处于不对齐位置时的磁力线分布图；图4是本发明三相6/5结构的U形定子永磁开关磁阻电机的定、转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

本发明的三相12/10结构的U形定子永磁开关磁阻电机的截面结构如图2所示，它包括U形定子块1、凸极转子2、励磁绕组3和永磁体6。六个U形定子块1均匀分布在凸极转子2的外圆周向上，每个U形定子块1的槽口处开有永磁体安装槽9，永磁体6放置在U形定子块1的永磁体安装槽9中，永磁体6极性与U形定子块1产生电磁极性必须同极性叠加，励磁绕组3缠绕在每个U形定子块1两个定子齿4上。当励磁绕组3不通电时，永磁体6的磁力线不经过气隙，而是沿着定子齿4部和定子导磁轭7部闭合，即永磁体6磁力线被导磁硅钢片材料短路，此时不产生转矩；当励磁绕组3通有较少电流时，永磁体6的一部分磁力线经过定子齿4、气隙和凸极转子2转子齿5闭合，另一问部分经过定子齿4部和定子导磁轭7部闭合，此时永磁体6经过定子齿4、气隙、凸极转子2转子齿5的那部分磁场产生转矩，经过定子齿4部和定子导磁轭7部的那部分磁场不产生转矩；当励磁绕组3电流较大时，全部永磁体6磁力线经过定子齿4、气隙和凸极转子2闭合，此永磁体6磁场全部磁力线产生转矩。本发明的三相12/10结构的U形定子永磁开关磁阻电机的运行原理与普通的开关磁阻电机一样，三相绕组依次通电导通，导通周期角为12度。此外，如图5和图6所示，图5是本发明三相12/10结构的U形定子永磁开关磁阻电机的定、转子处于不对齐位置时的磁力线分布图；图6是本发明三相12/10结构的U形定子永磁开关磁阻电机的定、转子处于对齐位置时的磁力线分布图；本发明的永磁开关磁阻电机U形定子块截面结构如图7所示，包括U形定子块1；凸极转子2；励磁绕组3；定子齿4；转子齿5；永磁体6；定子导磁轭7；U形定子块内侧壁8；永磁体安装槽9。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明U形定子永磁开关磁阻电机所做的进一步详细说明，不能认定本发明的实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，凡根据本发明精神实质所做的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (5)

1.U形定子永磁开关磁阻电机，其特征在于，它包括凸极转子2和设置在凸极转子2外圆周上的若干U形定子块1，其中，凸极转子2的转子齿5外圆周为外圆弧，U形定子块1的定子齿4的内圆周为内圆弧，且转子齿5的外圆弧与定子齿4的内圆弧之间设置有气隙；若干U形定子块1组成模块化定子，每个U形定子块1的内侧壁8均设置有一组永磁体6，且永磁体6的极性与U形定子块1励磁绕组3产生的电磁极性必须同极性叠加。

2.根据权利要求1所述的U形定子永磁开关磁阻电机，其特征在于，每个U形定子块1的内侧壁8均开设有永磁体安装槽9，永磁体6放置在U形定子块1内侧壁8的永磁体安装槽9中。

3.根据权利要求1所述的，其特征在于，当电机相数为N相时，电机的定子齿4与凸极转子齿5的个数之比为2N∶(2N-1)，其中，N为电机相数。

4.根据权利要求1所述的U形定子永磁开关磁阻电机，其特征在于，当电机相数为三相时，电机为三相6/5结构、三相12/10结构。当电机相数为四相时，电机为四相8/7结构、四相16/14结构。

5.根据权利要求1所述的U形定子永磁开关磁阻电机，其特征在于，每个U形定子块1的两个定子齿4上均缠绕有励磁绕组3；永磁体6为梯形永磁铁；定子齿4与凸极转子齿5均由硅钢片叠压而成。