[发明专利]一种带换相绕组的开关磁阻电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种带换相绕组的开关磁阻电机。属于电机制造与控制的技术领域，

背景技术

随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，开关磁阻电机的应用正变得越来越广泛，尤其在稀土永磁材料价格剧烈震荡的情况下，无需使用永磁体的开关磁阻电机变得备受瞩目。传统开关磁阻电机为双凸极结构，定转子均由普通硅钢片压叠制成，转子上既无永磁体也无绕组，定子上只有集中式绕组，其自感会随转子位置变化而改变，但互感不随转子位置变化而变化。开关磁阻电机依据“磁阻最小”原理工作，即依靠自感变化产生的磁阻转矩驱动转子。开关磁阻电机具备制造简单、成本低、结构坚固、容错性能好、易于散热、适宜高速运行等优点，在工业驱动、电气调速、电动汽车、家用电器、纺织机械等领域中已显示出强大的竞争力与广阔的应用前景。

传统开关磁阻电机定子上若干个凸极齿均匀分布，齿形齿宽完全相同，集中式绕组线圈也均匀分布，即每个定子齿上都套有匝数相同且线径相同的集中式绕组线圈。对于开关磁阻电机，为了获得良好的性能，需要相电流波形严格符合给定，能快速地建立和消退。然而，在实际应用中，由于绕组电感的存在，而且控制器的直流母线电压不可能无穷大，致使电机的相电流无法实现突变以得到最优的电流波形，由此导致开关磁阻电机的能量转换能力没有完全发挥。

此外，开关磁阻电机只会将一部分输入能量转换为输出机械功率，还有很多剩余能量又被回馈至电源侧，造成了电源容量浪费和额外铜耗。

因此，本发明从解决上述问题出发，在现有常规开关磁阻电机结构基础之上，通过改变电机的绕组结构，提出了一种带换相绕组的新型开关磁阻电机，通过彻底改变开关磁阻电机的运行方式，以改善电流的换相困难问题和多余能量循环问题。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提出一种带换相绕组的开关磁阻电机，以改善电机的换相和多余能量回馈问题，并且该结构适用于任意相数、任意定转子齿槽配合的开关磁阻电机。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明的带换相绕组的开关磁阻电机，包括定子（1）和转子（4），所述的定子（1）上设有偶数个定子齿，且定子齿上绕有集中绕组（2）和整距绕组（3），每个定子齿被一个集中绕组线圈嵌套，即集中绕组线圈个数等于定子齿个数，整距绕组线圈间隔绕在定子齿上，其两个圈边跨过的定子齿的个数等于电机的相数；每相集中绕组或整距绕组包括若干个线圈，属于一相绕组的各个线圈顺序串联或者并联或者串并混联构成一相绕组，其中，集中绕组构成多相对称绕组，整距绕组构成单相辅助绕组；转子（4）上亦有若干个凸极齿，没有绕组或者永磁体。

所述的整距绕组（3），记电机相数为m，定子齿数为N_s时，该整距绕组的线圈个数为N_s/m/2。

所述的电机定转子铁心由硅钢片叠压而成，整机不需要永磁体。

所述的定子（1）和转子（4）均为凸极结构，且转子（4）为内转子，或者外转子。

所述的电机是旋转电机，或是直线电机或者直线旋转双自由度结构。

所述的电机为径向、轴向或横向磁场结构。

所述的带换相绕组的开关磁阻电机是在普通开关磁阻电机的基础上增加单相整距绕组，称其为辅助绕组，用于改善电机的电流换相和能量循环问题。

所述的带换相绕组的开关磁阻电机可以作电动运行，也可以作发电运行。

所述的带换相绕组的开关磁阻电机结构可以应用于任意相数、任意定转子齿槽配合的开关磁阻电机。以三相定子6槽/转子4极开关磁阻电机结构为例，定子铁心上设有6个对称的凸极齿，定子齿上绕有6个对称的集中式绕组线圈，按逆时针方向依次称为第一集中绕组线圈至第六集中绕组线圈，其中：第一集中绕组线圈和第四集中绕组线圈径向相对，将它们顺序串联或者并联组成A相集中绕组；第三集中绕组线圈和第六集中绕组线圈径向相对，将它们顺序串联或者并联组成B相集中绕组；第二集中绕组线圈和第五集中绕组线圈径向相对，将它们顺序串联或者并联组成C相集中绕组；此外，定子齿上还绕有1个整距绕组线圈，其一个圈边放置在第一集中绕组线圈和第六集中绕组线圈之间的定子槽中，另一个圈边放置在第三集中绕组线圈和第四集中绕组线圈之间的定子槽中，最终此线圈单独构成单相辅助绕组；转子铁心上设有4个对称的凸极齿。本发明的电机中集中绕组的自感会随转子位置的变化而变化，整距绕组的自感则恒定不变，但整距绕组与集中绕组的互感会随转子位置的变化而改变。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：