CN1302597C - 双定子开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
一种双定子开关磁阻电机，包括定子与转子均由硅钢片叠压成凸极式齿槽结构。其特点是定、转子铁芯均由两段组成，两段铁芯长相同。转子或定子两段铁芯错开180/相数度电角度安装。转子上无绕组，定子齿上分别套装两套集中电枢绕组，每套绕组相同相位的两个齿上电枢绕组串联或并联构成一相。产生的转矩脉动为电机左段产生的转矩脉动与右段产生的转矩脉动的合成，合成转矩不仅增加了，且转矩脉动幅值得到降低，频率提高一倍。
Description
技术领域
本发明的双定子开关磁阻电机属电机类的无刷直流电机。
背景技术
开关磁阻电机是结构最简单的电机之一，具有广阔的应用前景。该电机按相数可分为：(1)单相开关磁阻电机；(2)两相开关磁阻电机；(3)三相开关磁阻电机；(4)四相开关磁阻电机；(5)多相开关磁阻电机。其中三相6/4结构和四相8/6结构应用甚广。其传统转矩控制策略有：(1)电流斩波控制；(2)角度位置控制。由于开关磁阻电机定转子都是凸极结构，且齿数较少，齿槽效应明显，已有的开关磁阻电机都有转矩脉动大的缺点，使它的应用受到限制。
目前，国内外学者主要致力于从控制上来抑制转矩脉动，采用包括转矩平滑、转矩分配、和人工智能等方法，但实现起来或多或少都存在一定的缺陷。在结构上，Mehdi moallem和清华大学于庆广对开关磁阻的齿型进行优化，通过提高定转子的齿宽来降低转矩脉动，提供了降低转矩脉动的一个途径。
发明内容
本发明的目的在于提出一种在结构上可以减小转矩脉动的新型开关磁阻电机。
本发明的双定子开关磁阻电机，由定子、转子、转子位置传感器和其他附件构成。其定、转子铁芯均由两段组成，两段铁芯长相同。可以转子两段铁芯的齿对齐，定子两段铁芯的齿错开180/m度电角度；也可以定子两段铁芯的齿对齐，转子两段铁芯的齿错开180/m度电角度(如三相6/4结构时为15度机械角)。两段定子上分别套有相同匝数集中电枢绕组。两套电枢绕组分别与外接功率变换电路相连，作电动机工作时，两组电流相差180/m度电角度输入到电枢绕组中，两部分产生的转矩互相叠加，可以有效减小转矩脉动，其中m为相数。
对于三相6/4或12/8结构双定子开关磁阻电机，可以转子两段铁芯的齿对齐，定子两段铁芯的齿错开60度电角度；也可以定子两段铁芯的齿对齐，转子两段铁芯的齿错开60度电角度。作电动机工作时，两组电流相差60度电角度输入到电枢绕组中，两部分产生的转矩互相叠加，可以有效减小转矩脉动。
对于四相8/6或16/12结构双定子开关磁阻电机，其二段铁芯的定子或转子错开45度电角度安装，两组电流相差45度电角度输入到电枢绕组中，可以得到低的转矩脉动。
本发明与现有技术相比的主要技术特点是，在结构上对开关磁阻电机进行改进，将电机定转子分成两段，定子或转子错开180/m度电角度，两段定子各有一套电枢绕组，两套绕组中相同相通以相位相差180/m度电角度的电流，使电机转矩脉动降低，其中m——电机的相数。
附图说明
图1是本发明的轴向截面示意图；
图2是本发明的三相6/4结构径向剖面示意图；其中左图为左段截面图，右图为右段截面图。
图3是本发明的三相6/4或12/8电枢绕组连接方式和角度位置控制方式功率管导通规律示意图；
图4是本发明的降低转矩脉动原理示意图。
上述图中的符号名称：
m——电机的相数；
Zr——双定子开关磁阻电机的转子齿数；
A3-X3、B3-Y3、C3-Z3——双定子开关磁阻电机左段定子上的三相绕组；
LA3-X3、LB3-Y3、LC3-Z3——双定子开关磁阻电机左段定子上的三相绕组的自感；
iA3-X3、iB3-Y3、iC3-Z3——双定子开关磁阻电机左段定子上的三相绕组的电流；
A4-X4、B4-Y4、C4-Z4——双定子开关磁阻电机右段定子上的三相绕组；
LA4-X4、LB4-Y4、LC4-Z4——双定子开关磁阻电机右段定子上的三相绕组的自感；
iA4-X4、iB4-Y4、iC4-Z4——双定子开关磁阻电机右段定子上的三相绕组的电流。
具体实施方式
由于不同相数的双定子开关磁阻电机工作原理相似，下面仅以三相6/4结构双定子开关磁阻电机为例，阐述本发明的结构及减少转矩脉动原理。
本发明的双定子开关磁阻电机的定、转子铁芯均由两段组成，两段铁芯长相同，如图1与图2所示的是三相6/4结构双定子开关磁阻电机结构示意图。定子1、2与转子3、4均由硅钢片叠压而成，且为凸极结构。三相电机为6N/4N(N为正整数1、2、3、4……)结构，即定子齿数6N，转子齿数为4N。如N＝1，为三相6/4结构；N＝2，为12/8结构等。转子上无绕组，定子齿上分别套装两套集中电枢绕组5、6。转子或定子两段铁芯错开60度电角度，图2给出转子两段铁芯错开60度电角度示意图。
本发明的双定子开关磁阻电机定子电枢绕组的接线方式如图3(a)所示，相同相位的两个齿上电枢绕组串联或并联构成一相，组成左段定子上的A3-X3、B3-Y3、C3-Z3和右段定子上的A4-X4、B4-Y4、C4-Z4两套三相绕组，两套绕组各相相轴空间位置一致，绕组经功率变换器并联。
本发明的双定子开关磁阻电机电枢绕组的相电感，随转子的位置改变而不同。转子的齿进入某一相定子齿时，该相自感开始增加，当转子的齿与该相定子的齿重合时，自感达到最大；转子齿离开某一相时，自感开始减少，当转子槽与该相定子齿中心线对齐时，自感达到最小值。左段三相电枢绕组电感随电角度的关系曲线如图3(b)所示，图3(c)给出右段三相电枢绕组自感曲线。分别在每相电感的上升区间开通绕组两端开关管通以电流，如图3(d)所示，产生如图4所示转矩。图4上图为电机左段产生的转矩脉动，中图为右段产生的转矩脉动，下图为两部分转矩脉动合成转矩，合成转矩不仅增加了，且转矩脉动幅值得到降低，脉动频率提高一倍。
Claims (1)
1.一种双定子开关磁阻电机，包括定子和无绕组的转子，所述定子铁心与转子均由硅钢片叠压而成的凸极结构，所述的定、转子铁芯均由两段组成，两段铁芯长相同，其特征在于定子或转子铁芯错开180/m度电角度安装，两段定子齿上分别套装集中电枢绕组，其中m为相数。
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