[发明专利]一种无轭部相邻定子齿间通磁型双转子开关磁阻电机系统

说明书

本发明公开了一种无轭部相邻定子齿间通磁型双转子开关磁阻电机及驱动电路。该电机定子包括铁芯、绕组与非导磁结构，双转子采用分块式或齿级结构。定子由均匀分布的定子齿组成并以非导磁结构连接，集中式分布绕组绕于定子齿上；分块式转子叠压铁芯采用类扇形或U形，内转子铁芯均匀分布于定子齿内侧，并内嵌于非导磁框架内部(中心处有转轴)；外转子铁芯均匀分布在定子齿外侧，并与内转子关于定子齿对称或错开一段距离。运行时控制至少两相通电且两相相邻。磁通路径由相邻两相定子齿、转子铁芯(或转子齿)与气隙组成。本发明能节省材料，减小磁通路径，提高效率和功率密度；增加绕组导通区间能减小转矩脉动；采用取向硅钢材料能增强导磁能力。

技术领域

本发明提出了一种无轭部的相邻定子齿间通磁型双转子开关磁阻电机及其控制电路。

背景技术

开关磁阻电机遵循磁通总是要沿着磁导最大的路径闭合的原理，由磁拉力作用产生具有磁阻性质的电磁转矩。因此，当转子与定子磁极的轴线不重合时，便会有磁阻力矩作用在转子上并产生转矩使其趋于磁阻最小的位置，这类似于磁铁吸引铁质物质的现象。开关磁阻电机定子只有几个集中绕组，定子线圈嵌装容易，端部牢固，可靠性高，而转子上无绕组，无永磁体，可容许较大温升，即电机具有结构简单，成本低机械弹性好，各相定子绕组可独立工作，电机高速运转不易变形且功率电路简单可靠等特点，被广泛应用于各种高速运转与高输出高效率场合，是目前最有前途的电动汽车驱动电机。

然而传统开关磁阻电机通过分别给各相绕组通电，磁通通过各相绕组形成回路，各相之间互不影响，输出转矩主要在各相绕组电感上升区产生。该种工作方式限制各绕组在各个转子极距期间的工作时间上限为50%。由于开关磁阻电机的双凸极结构、脉冲供电方式的控制特点以及磁路饱和非线性的影响，开关磁阻电机的噪声、振动及转矩脉动比永磁电机和异步电机都要高，其中三相开关磁阻电机转矩脉动可达到70%以上，四相可达到50%以上，转矩脉动大成为开关磁阻电机最为显著的特点。另外，常规开关磁阻电机大多采用定子集中绕组，齿级转子的结构，此结构的电机内部磁通回路较长，将造成较大的铁耗和涡流损耗，且各绕组磁通回路路径相互重叠，若定子或转子某处断裂对电机磁路影响较大，导致电机容错能力差；同时传统开关磁阻电机定子带有轭部，定子轭部内的磁通方向会根据不同相的导通而发生变化，进一步加大了电机的铁耗和涡流损耗，此时电机长时间运行容易使定子轭部发热，这是定子有轭部电机的不足之处。由于电机内磁路在定子和转子中存在拐向，目前市场中电机所用材料大部分都为无取向硅钢材料，其与取向硅钢材料相比，同样条件下取向硅钢单位体积的铁耗远远小于无取向硅钢，同时取向硅钢在轧制方向的导磁性能也明显优于无取向硅钢。然而由于开关磁阻电机的特殊磁路结构，取向硅钢材料还没有在开关磁阻电机中应用。如果可以在开关磁阻电机中采用取向硅钢材料，并充分利用取向硅钢材料的优良特性，这样不仅可以提高电机效率，减小电机的用料和体积，同时也将极大改善开关磁阻电机的性能。因此，对于开关磁阻电机来讲，如何在提高电机转矩密度、功率密度和效率的同时，降低电机转矩波动，是开关磁阻电机有待解决的主要问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种无轭部相邻定子齿间通磁型双转子开关磁阻电机系统。相比于传统的开关磁阻电机，本发明采用了无轭部结构并改变了磁路结构。去除定子轭部节省电机材料的同时，减小了磁通路径，使得电机损耗和体积减小，从而提高电机效率和功率密度；通过改变磁路结构使电机相邻定子齿串联通磁缩短磁路，同时增加了绕组导通区间，从而提高了电机的能量密度，减小转矩脉动；绕组铁芯上磁通方向定向可以采用取向硅钢材料，极大减小电机损耗，增强导磁能力。为进一步提高该电机的性能，本发明提出一种适合该种电机的驱动控制电路。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：