[发明专利]开关磁阻机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动机，尤其涉及一种开关磁阻电动机。

背景技术

磁阻电动机是现有习知的。一般地，磁阻电动机是指转子上没有永久磁铁的一类电动机。转矩是通过磁阻产生的，也就是说，由转子转向磁阻最小位置处的趋势产生。现有的一种磁阻电动机通过一电路进行控制。该电路决定转子的位置，一相的线圈电流是转子的位置的函数。这类磁阻电动机被称为SRM（Switched Reluctance Motor，开关磁阻电动机）。

图1A示出了一个SRM的原理性立体图。该SRM的圆筒形定子102包括多个向内突伸的磁极104、106。这些磁极由该定子的内周向内突伸并指向该圆筒形定子的开口中心。该定子通过由绕在该定子的磁极上的线圈112产生的电流变化而生成的一磁场的周期性地磁化。收容在该开口中心的一转子107具有向外突伸的电极108、110。一般地，该转子没有永久磁铁。该转子与定子是同轴的。该转子可以用诸如层叠硅钢之类的软磁材料制成，并具有多个突出部108、110用以作为在磁阻过程中的突出的磁极。该转子与一转轴111相连，该转轴111在设备运转时可自由旋转以作为一输出轴。激励该定子能量可使该转子的磁极与该定子的磁极对齐，从而使磁通路径的磁阻最小。该转子的位置信息可用以控制各相的激励以达成稳定和连续的转矩。

图1B示出了一个SRM的原理性剖视图。在每个定子磁极116上设有一线圈114。相对地设置的两个定子磁极116、118可以相互配合构成一相。每一相可通过向线圈114供给电流而激励。通常设有开关装置来使线圈114交替地连接一电路，该电路在该相被激励时向该线圈供给电流，该电路并在该相去激励时将该线圈与一电流源切断，该电路还能在回收保留在该线圈中的能量。

当一个转子磁极120与两个相邻的定子磁极118、122等距时，该转子磁极120处于完全不对齐位置。对于转子磁极120而言，这是最大磁阻的位置。在对齐位置，两个以上的转子磁极124、126与两个以上的定子磁极128、130完全对齐，这是最小磁阻的位置。

在一个SRM中，磁阻转矩的产生是通过在一对转子磁极相对被激励的定子磁极处于不对齐的位置时对一对定子磁极进行激励。转子转矩是朝向减少磁阻的方向转动的。如此，最近的转子磁极被从不对齐的位置拉向与定子磁场对齐的位置，也就是磁阻减小的位置。激励一对定子磁极，会在这对定子磁极上形成北极和南极。由于转子磁极与被激励的定子磁极不对齐，定子磁极与转子磁极之间的磁阻不是最小的。该对转子磁极倾向于移动到与被激励的定子磁极最小磁阻的位置。最小磁阻的位置发生于该转子与该被激励的定子磁极对齐。

为了保持旋转，该定子磁场的旋转必须先于该转子磁极，从而持续不断地推动该转子。在一个特定相位角，转子磁极朝向最小磁阻位置旋转并接近该磁阻最小的位置，该定子磁极的去激励的相上的电流被去除掉。随后，或同时，第二相被激励，在第二对定子磁极上形成北极和南极。如果第二相是在该定子的第二对磁极与转子磁极之间的磁阻减小的过程中进行激励的，正向的转矩会被维持，旋转会继续。通过这种方式的对定子磁极进行激励和去激励，可以产生持续的转动。一些SRM类型可运行于三相交流供电。最常规的SRM类型则是开关磁阻型的，因为电子换向在电动机起动、速度控制以及平稳运转方面具有明显的控制优势。

SRM可根据磁通路径与电动机的轴的对应关系而进行分类。如果磁通路径与轴垂直，也就是磁通路径是沿圆筒形定子与转子的半径方向的话，该SRM可视为径向的。

与径向SRM有关的一个问题是，由电动机产生的转矩不够平稳。在转子位于定子磁极之间的相位角时，磁阻最大，转矩下降很多，而在转子与定子磁极对齐的相位角时，磁阻最小，转矩上升。这种转矩的升降现象就是习知的转矩波动。

与现有的SRM有关的另一个问题是，在很多需要的低速应用场景中，由电动机产生的转矩是不够的。

与径向SRM有关的又一个问题是噪音与震动。随着径向SRM的磁阻的增减，电动机部件中的的磁通相应变化，并且转子和定子磁极的变形会使磁极间的分离空间的减少，进而导致定子的椭圆化，声频噪声以及不必要的震动。