[发明专利]halbach阵列四螺旋外定子齿极直线排列电机

说明书

技术领域

本发明属于电机领域，具体就是一种新型结构的开关磁阻电动机。

背景技术

开关磁阻电动机系统（Switched Reluctance Drive ：SRD）是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。

开关磁阻电动机调速系统主要由开关磁阻电动机（SRM）、功率变换器、控制器、转子位置检测器四大部分组成。控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器则安装在电机的一端。

开关磁阻电动机调速系统所用的开关磁阻电动机（SRM）是SRD中实现机电能量转换的部件，也是SRD有别于其他电动机驱动系统的主要标志。现有SRM系双凸极可变磁阻电动机，其定、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组联接起来，称为“一相”，SR电动机可以设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。相数多、步距角小，有利于减少转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高，现今应用较多的是四相（8/6）结构和三相（12/8）结构。

开关磁阻电动机传动系统综合了感应电动机传动系统和直流电动汽车电机传动系统的优点，是这些传动系统的有力竞争者，其主要优点如下：

1、开关磁阻电动机有较大的电动机利用系数，可以是感应电动机利用系数的1.2～1.4倍。2、电动机的结构简单，转子上没有任何形式的绕组；定子上只有简单的集中绕组，端部较短，没有相间跨接线。因此，具有制造工序少、成本低、工作可靠、维修量小等特点。3、开关磁阻电动机的转矩与电流极性无关，只需要单向的电流激励，理想上公率变换电路中每相可以只用一个开关元件，且与电动机绕组串联，不会像PWM逆变器电源那样，存在两个开关元件直通的危险。所以，开关磁阻电动机驱动系统SED线路简单，可靠性高，成本低于PWM交流调速系统。4、开关磁阻电动机转子的结构形式对转速限制小，可制成高转速电动机，而且转子的转动惯量小，在电流每次换相时又可以随时改变相匝转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。5、SRD系统可以通过对电流的导通、断开和对幅值的控制，得到满足不同负载要求的机械特性，易于实现系统的软启动和四象限运行等功能，控制灵活。又由于SRD系统是自同步系统运行，不会像变频供电的感应电动机那样在低频时出现不稳定和振荡问题。6、由于SR开关磁阻电动机采用了独特的结构和设计方法以及相应的控制技巧，其单位处理可以与感应电动机相媲美，甚至还略占优势。SRD系统的效率和功率密度在宽广的速度和负载范围内都可以维持在教导水平。

开关磁阻电动机驱动系统的主要缺点是：

1、有转矩脉动。从工作原理可知，S开关磁阻电动机转子上产生的转矩是由一些列脉冲转矩叠加而成的，由于双凸极结构和磁路饱和非线性的影响，合成转矩不是一个恒定转矩，而有一定的谐波分量，这影响了SR电动机低速运行性能。2、SR电动机传动系统的噪声与震动比一般电动机大。

上述缺点，本质上是开关磁阻电动机驱动系统即SRD系统的开关磁阻电动机SRM的结构造成的，要想减小转矩脉动及其引起的噪声与震动，就要改变开关磁阻电动机SRM的结构。

发明内容

为了减小现有开关磁阻电动机SRM转矩脉动引起的震动和噪音，本发明提供一种全新结构的开关磁阻电动机SRM，具体就是halbach阵列四螺旋外定子齿极直线排列电机123，十字定子为沿圆周均匀设置的直齿定子齿极铁芯2231，由环状轭铁2233连接，直齿定子齿极铁芯2231外套设齿极线圈2232，齿极之间的环状轭铁2233套设轭铁线圈2234构成定子齿极构件2239，该构件螺旋排列构成螺旋外定子齿极螺旋排列定子223，其内套设动子齿极323，动子齿极323是十字直齿齿极单元3231直线排列构成整体四直线动子323。

本发明的有益效果是：本发明由于磁极为叠加磁场，增加了电机的功率密度；另外使用两极齿极，齿极圆弧面角度为90°，就减小了转矩脉动，随着层数增多，相邻两层之间的齿极中心线夹角更小，增加了施加磁力转矩的层数，由于层数的增加，施加磁力转矩的层数也就增加，当增加的层数均施加磁力转矩时，仅仅在相邻两层齿极中心线夹角的范围内产生转矩脉动，当层数多夹角小时，又大大减小了转矩脉动，由极大减小了转矩脉动也就极大减小了噪音和振动。

附图说明

图1是halbach阵列四螺旋外定子齿极直线排列电机构件组合结构示意图。