專利名稱：混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于開關(guān)磁阻電機，尤其涉及一種采用永磁勵磁和電流勵磁混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機是上世紀(jì)70年代開始研制的一種新型的交流調(diào)速系統(tǒng)，由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運行可靠、起動電流小、控制方法靈活、無級調(diào)速、調(diào)速范圍廣、可高速運行、可低速直接驅(qū)動運行等優(yōu)良性能，已受到當(dāng)代電氣傳動的關(guān)注，在工業(yè)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。軸向磁場盤式電機具有轉(zhuǎn)動慣量比高、功率轉(zhuǎn)矩比高、軸向長度短、體積小和重量輕的特點，特別適合于要求短軸、薄型安裝或低速大轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用場合，從本世紀(jì)70年代以來得到了大力發(fā)展。將軸向磁場盤式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于開關(guān)磁阻電機，就構(gòu)成了軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機，該種電機兼具盤式電機和開關(guān)磁阻電機的優(yōu)勢，具有很好的應(yīng)用價值。軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機在本質(zhì)上還是開關(guān)磁阻電機，不但具有開關(guān)磁阻電機的優(yōu)點， 同時具有開關(guān)磁阻電機固有的缺點，即轉(zhuǎn)矩脈動大、震動噪聲高、功率密度和轉(zhuǎn)矩密度也相對較低，電流波形巔峰值大，這諸多缺點限制了該種電機的廣泛應(yīng)用。針對開關(guān)磁阻電機的缺陷，對徑向磁場開關(guān)磁阻電機進行了諸多該進，文獻I在定子槽口處加永磁體，提高了電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度，提高了電機的運行效率，降低了電機的振動及噪聲，文獻2在轉(zhuǎn)子槽口處放置永磁體，提高了電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。目前為止未見針對軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機通過放置永磁體進行性能改進的報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機存在的轉(zhuǎn)矩脈動大、振動噪聲高、功率密度和轉(zhuǎn)矩密度也相對較低，電流波形巔峰值大的問題；提供一種混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機；具有電機運行效率高，電機振動及噪聲低，以及電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機，包括定子盤和轉(zhuǎn)子盤，定子盤包括定子軛盤、定子極，轉(zhuǎn)子盤包括轉(zhuǎn)子軛盤、轉(zhuǎn)子極，轉(zhuǎn)子極均勻分布于轉(zhuǎn)子軛盤上，定子極均勻分布于定子軛盤的圓周處，每個定子極上設(shè)有一個定子線圈，定子線圈之間連接組成多相繞組，在相鄰的兩個定子極之間設(shè)有槽口，在槽口處設(shè)有永磁體，永磁體位于定子線圈外部的上方，永磁體的充磁方向為切向，每個定子極兩邊的永磁體充磁方向相反。定子各相繞組電流大小和方向隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明包括定子盤和轉(zhuǎn)子盤，定子盤包括定子軛盤、Ns個定子極及定子極上的定子線圈(Ns為自然數(shù))，相鄰定子極之間的槽口位置處設(shè)有相同結(jié)構(gòu)尺寸的永磁體，永磁體置于線圈的上方，永磁體的充磁方向為切向充磁，每一定子極兩邊槽口處的磁體充磁方向相反，定子線圈之間相互連接組成m相繞組，因此線圈個數(shù)、永磁體個數(shù)及定子極數(shù)相同都是Ns。轉(zhuǎn)子盤包括轉(zhuǎn)子軛盤、Nr個轉(zhuǎn)子極，定子繞組相數(shù)m、定子極數(shù)Ns和轉(zhuǎn)子極數(shù)Nr三者按照普通開關(guān)磁阻電機三者之間關(guān)系匹配。本電機轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)動靠定子極和轉(zhuǎn)子極之間的磁場吸引力來實現(xiàn)，當(dāng)定子極中的線圈通電時，該定子極與相應(yīng)轉(zhuǎn)子極之間的磁場不但由該定子線圈電流產(chǎn)生，而且由定子中的永磁體產(chǎn)生，相當(dāng)于較小的定子線圈電流可以在電機定轉(zhuǎn)子極間產(chǎn)生很大的磁場，從而產(chǎn)生一個很大的電磁吸力，使電機產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩力；反過來，產(chǎn)生相等的轉(zhuǎn)子齒驅(qū)動力，由于永磁磁場的作用，定子線圈中的電流可以很小。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)過一定的角度后，再斷開當(dāng)前線圈中的電流，接通相鄰定子極上的線圈電流，該定子極又會通過電磁吸力吸引另一轉(zhuǎn)子極。這樣通過檢測轉(zhuǎn)子極轉(zhuǎn)動的位置，實時導(dǎo)通、斷開相關(guān)的定子極線圈中的電流，保證轉(zhuǎn)子不同齒的連續(xù)電磁吸引力，從而保證電機的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的有益效果I.能夠?qū)崟r導(dǎo)通、斷開相關(guān)的定子極線圈中的電流，保證轉(zhuǎn)子不同齒的連續(xù)電磁吸引力，保證電機的連續(xù)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)；2.電機運行效率高，電機振動及噪聲低，電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高。
圖I為本發(fā)明3相6/4極混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I定子盤結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖I轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖I平面展開示意圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)3相6/4極軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機A相繞組通電轉(zhuǎn)子受力轉(zhuǎn)動示意圖；圖6為圖IA相繞組通電轉(zhuǎn)子受力示意圖；圖7為現(xiàn)有技術(shù)軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機磁場工作點范圍示意圖；圖8為本發(fā)明磁場工作點范圍示意圖；圖9為現(xiàn)有技術(shù)兩關(guān)鍵位置處的磁鏈與電流關(guān)系曲線示意；圖10為本發(fā)明兩關(guān)鍵位置處的磁鏈與電流關(guān)系曲線示意；圖中，I定子軛盤；2定子極,21定子極I , 22定子極II, 23定子極III, 24定子極IV,25定子極V，26定子極VI ；3定子線圈，311定子線圈I，312定子線圈II，321定子線圈III，322定子線圈IV, 331定子線圈V , 332定子線圈VI ；4永磁體；41永磁體I ,42永磁體II ,43永磁體III, 44永磁體IV, 45永磁體V ,46永磁體VI46 ;5，轉(zhuǎn)子軛盤；6,轉(zhuǎn)子極；61轉(zhuǎn)子極I ,62轉(zhuǎn)子極II，63轉(zhuǎn)子極III，64轉(zhuǎn)子極IV。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。一種混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機，結(jié)合圖I至圖10，包括定子盤和轉(zhuǎn)子盤，定子盤包括定子軛盤I、定子極2，轉(zhuǎn)子盤包括轉(zhuǎn)子軛盤5、轉(zhuǎn)子極6，轉(zhuǎn)子極均勻分布于轉(zhuǎn)子軛盤上，定子極均勻分布于定子軛盤的圓周處，每個定子極上設(shè)有一個定子線圈，定子線圈之間連接組成多相繞組，在相鄰的兩個定子極之間設(shè)有槽口，在槽口處設(shè)有永磁體，永磁體位于定子線圈外部的上方，永磁體的充磁方向為切向，每個定子極兩邊的永磁體充磁方向相反。定子極2包括定子極I 21，定子極II 22，定子極III23，定子極IV 24，定子極V 25，定子極VI 26共六個；定子線圈3包括定子線圈I 311,定子線圈II 312,定子線圈III 321,定子線圈IV 322,定子線圈V 331,定子線圈VI 332共六個；永磁體4包括永磁體I 41,永磁體II 42，永磁體III 43，永磁體IV 44，永磁體V 45，永磁體VI 46共六個；轉(zhuǎn)子極6包括轉(zhuǎn)子極I 61,轉(zhuǎn)子極II 62,轉(zhuǎn)子極III 63,轉(zhuǎn)子極IV 64共四個。因此,該電機定子有六個定子極、六個定子線圈和六塊永磁體，形成了 3相6/4極混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機定子盤，永磁體的充磁方向如圖2中的箭頭方向；3相6/4極混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機轉(zhuǎn)子盤由轉(zhuǎn)子軛盤5及其上的四個轉(zhuǎn)子極構(gòu)成，如圖3所示。定子六個定子線圈相對的兩個線圈同時相互串聯(lián)或同時相互并聯(lián)組成3相繞組。3相6定子極、轉(zhuǎn)子極符合常規(guī)開關(guān)磁阻電機相數(shù)、定子極數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)之間的關(guān)系。定子各相繞組電流大小和方向隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。為了說明本發(fā)明的有效性，將本發(fā)明電機切開展平。圖4為3相6/4極混合勵磁軸向磁場開關(guān)磁阻電機的平面展開圖。從圖中看出六塊永磁體位于定子盤的極口處，而且一個極兩邊的永磁體充磁方向相反，如圖4中永磁體上的箭頭方向。顯然定子線圈I 311和定子線圈II 312屬于一相繞組,定義為A相繞組；定子線圈III 321和定子線圈IV 322屬于·一相繞組，定義為B相繞組；定子線圈V 331和定子線圈VI 332屬于一相繞組，定義為C相繞組，每一相的兩個線圈可以串聯(lián)或并聯(lián)。圖5為普通3相6/4極軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機A相繞組通電轉(zhuǎn)子受力轉(zhuǎn)動示意圖，圖5中，n箭頭方向為轉(zhuǎn)子盤受力后的轉(zhuǎn)動方向，此時電機定子中沒有永磁體。如A相繞組通電，即定子線圈1311和定子線圈II 312通電,線圈中的電流方向如圖5線圈中的 和X (下同)，因此會產(chǎn)生從定子極I 21到轉(zhuǎn)子極I 61的磁場和從定子極IV 24和轉(zhuǎn)子極III63之間的磁場，磁場方向如圖5中定子極轉(zhuǎn)子極之間的實線箭頭方向，顯然，在該磁場作用下，轉(zhuǎn)子極I 61受到定子極I 21的電磁吸力，轉(zhuǎn)子極III 63受到定子極IV 24的電磁吸力，使轉(zhuǎn)子盤按圖5中n箭頭的指示方向轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)子極I 61和轉(zhuǎn)子極IV 64的中心線移動到定子極I 21和定子極IV 24的中心線時,定子A相繞組斷電，即定子線圈I 311和定子線圈II 312斷電，轉(zhuǎn)子極I 61受到定子極I 21的電磁吸力消失，轉(zhuǎn)子極III 63受到定子極IV 24的電磁吸力消失，但此時其他相再通電，其他相繞組產(chǎn)生的磁場會吸引相應(yīng)的轉(zhuǎn)子極，保證轉(zhuǎn)子的持續(xù)轉(zhuǎn)動，這樣根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置可以保證電機轉(zhuǎn)子的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。圖6為混合勵磁3相6/4極軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機A相通電轉(zhuǎn)子受力示意圖，圖6和圖5的區(qū)別在于圖5沒有永磁體4,圖6有永磁體4。可以看出，在相同的定子繞組電流下，由于圖6中永磁體的存在,定子極I 21和轉(zhuǎn)子極I 61之間的磁場大于圖5中的對應(yīng)磁場，同樣定子極IV 24和轉(zhuǎn)子極III 63之間的磁場大于圖5中的對應(yīng)磁場，圖6中，定子極和轉(zhuǎn)子極之間的實線箭頭方向為電流產(chǎn)生的磁場方向，虛線箭頭方向為永磁產(chǎn)生的磁場方向，這兩個磁場方向相同，是磁場加強，因此圖6中定子極I 21對轉(zhuǎn)子極I 61的電磁吸力大于圖5中對應(yīng)的電磁吸力，同樣定子極IV 24對轉(zhuǎn)子極III 63之間的電磁吸力大于圖5中對應(yīng)的電磁吸力，從而使電機有更大的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動，因此相同軸向磁場開關(guān)磁阻電機，有永磁體4時，電機的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度得到提高。反過來說，產(chǎn)生相同磁吸力，有永磁體時，繞組電流可以降低，因此降低了電機的銅耗，提高了電機效率。圖5中，由于定子盤中沒有永磁體4，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子盤由于A相定子線圈I 311和定子線圈II 312通電使其沿n箭頭方向轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)子極I 61的中心線與定子極I 21中心線重合時，只要定子繞組的定子線圈I 311和定子線圈II 312斷電,定子極I 21和轉(zhuǎn)子極I 61就沒有電磁吸力，不會妨礙轉(zhuǎn)子盤在其他相定子相通電時繼續(xù)轉(zhuǎn)動。但是在圖6中，在定子永磁體I 41和永磁體VI 46的作用、永磁體III 43和永磁體IV 44的作用及A相定子線圈I 311和定子線圈II 312通電的作用，當(dāng)轉(zhuǎn)子盤沿n箭頭方向轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)子極I 61的中心線與定子極I 21中心線重合時，此時即使A相繞組斷電，由于還有永磁體的作用，定子極I 21和轉(zhuǎn)子極I 61之間還有電磁吸力，定子極IV 24和轉(zhuǎn)子極IV 64還有電磁吸力，顯然這一電磁吸力阻礙轉(zhuǎn)子盤繼續(xù)沿n箭頭方向旋轉(zhuǎn)，此時應(yīng)在A相繞組中通以相反方向的電流，這一相反方向的電流產(chǎn)生的磁場與永磁體產(chǎn)生的磁場相互抵消，從而避免了相應(yīng)永磁體的副作用。 根據(jù)轉(zhuǎn)子盤和定子盤之間的相對位置，控制定子各相電流的大小和方向，不但可以避免永磁體的副作用，而且可以保證電磁吸力波動小，從而降低電機的轉(zhuǎn)矩脈動，降低電機的振動和噪聲。電機的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度在一定程度上可以以電機磁場工作點的變化范圍來表示，工作點的變化范圍越大，則轉(zhuǎn)矩密度和功率密度也就越大。圖7為沒有永磁體時軸向磁場開關(guān)磁阻電機磁場工作點的變化范圍，圖8為本發(fā)明混合勵磁軸向磁場開關(guān)磁阻電機磁場工作點的變化范圍，可以看出，本發(fā)明電機的磁場工作點的變化范圍明顯大于沒有永磁體時電機，因此本發(fā)明電機的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度得到提高。開關(guān)磁阻電機兩關(guān)鍵位置處的磁鏈與電流變化關(guān)系曲線所包圍的面積更能說明電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度大小。這兩個關(guān)鍵位置一為定子極中心線與轉(zhuǎn)子槽中心線對齊位置，其二為定轉(zhuǎn)子極中心線對齊位置。圖9為普通軸向磁場開關(guān)磁阻電機這兩個位置處的磁鏈和繞組電流之間的變化關(guān)系，圖10為本發(fā)明的混合勵磁軸向磁場開關(guān)磁阻電機這兩個位置處的磁鏈和繞組電流之間的變化關(guān)系。其中圖9和圖10中的曲線7和曲線9分別為普通軸向磁場開關(guān)磁阻電機和本發(fā)明混合勵磁軸向磁場開關(guān)磁阻電機定子極中心線與轉(zhuǎn)子槽中心線對齊時磁鏈與電流之間的變化關(guān)系，圖9和圖10中曲線8和曲線10分別為普通軸向磁場開關(guān)磁阻電機和本發(fā)明混合勵磁軸向磁場開關(guān)磁阻電機定轉(zhuǎn)子齒中心線對齊是磁鏈與電流之間的變化關(guān)系。在電流有相同的變化時，混合勵磁軸向磁場開關(guān)磁阻電機兩關(guān)鍵位置處磁鏈電流變化曲線間的面積遠大于普通軸向磁場開關(guān)磁阻電機。說明本發(fā)明電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度遠大于普通軸向磁場開關(guān)磁阻電機。上述雖然結(jié)合附圖對發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機，包括定子盤和轉(zhuǎn)子盤，定子盤包括若干定子軛盤、定子極，轉(zhuǎn)子盤包括轉(zhuǎn)子軛盤、轉(zhuǎn)子極，其特征是，轉(zhuǎn)子極均勻分布于轉(zhuǎn)子軛盤上，定子極均勻分布于定子軛盤的圓周處，每個定子極上設(shè)有一個定子線圈，定子線圈之間連接組成多相繞組，在相鄰的兩個定子極之間設(shè)有槽口，在槽口處設(shè)有永磁體，永磁體位于定子線圈外部的上方,永磁體的充磁方向為切向，每個定子極兩邊的永磁體充磁方向相反。
2.如權(quán)利要求I所述的混合勵磁軸向磁場開關(guān)磁阻電機，其特征是，定子各相繞組電流大小和方向隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合勵磁軸向磁場盤式開關(guān)磁阻電機，包括定子盤和轉(zhuǎn)子盤，定子盤包括若干定子軛盤、定子極，轉(zhuǎn)子盤包括轉(zhuǎn)子軛盤、轉(zhuǎn)子極，轉(zhuǎn)子極均勻分布于轉(zhuǎn)子軛盤上，定子極均勻分布于定子軛盤的圓周處，每個定子極上設(shè)有一個定子線圈，定子線圈之間連接組成多相繞組，在相鄰的兩個定子極之間設(shè)有槽口，在槽口處設(shè)有永磁體，永磁體位于定子線圈外部的上方，永磁體的充磁方向為切向，每個定子極兩邊的永磁體充磁方向相反，所述定子極設(shè)有六個，所述轉(zhuǎn)子極設(shè)有四個；具有電機運行效率高，電機振動及噪聲低，以及電機的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高的優(yōu)點。
文檔編號H02K1/24GK102710085SQ20121019763
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者徐衍亮 申請人:山東大學(xué)