[发明专利]一种无定子轭部相间耦合式轴向磁通磁阻电机

说明书

本发明提出了一种无定子轭部相间耦合式轴向磁通磁阻电机，其包括定子和轴向双侧转子，电机定子由多个均匀分布的定子齿组成，并以非导磁结构连接，定子绕组沿径向绕于定子齿。转子采用分块式或非分块式结构。采用分块式结构时，转子由U型叠压铁芯和非导磁框架组成，其均匀分布在定子齿的轴向两侧，内嵌于非导磁框架内部；采用非分块式结构时，转子由整体的导磁铁芯组成。本发明所提电机相邻通电两相存在耦合，其不仅可缩短电机磁通路径长度，降低电机损耗、体积和成本，而且可增加各相导通时间，提高绕组利用率，减小转矩脉动，增大电机功率密度、转矩密度；同时轴向双侧的转子结构也可有效避免单边磁拉力，降低运行噪音，提高电机运行稳定性。

技术领域

本发明提出了一种无定子轭部的相间耦合式轴向磁通磁阻电机。

背景技术

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，是目前最有前途的驱动电机。

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。

传统的径向磁通电机，定子绕组嵌入定子齿槽内，其齿槽效应会导致电机旋转时有较大的转矩脉动和涡流损耗，不仅降低了电机的动态响应速度而且会产生较大的振动和噪音。随着越来越多应用行业对电机性能要求的进一步提高，传统的径向磁通电机已不能满足行业需要，一种轴向磁通电机凭借其结构简单、体积小、重量轻、效率高等优势吸引了大量研究人员的广泛关注。

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。如果在磁阻电机中采用取向硅钢材料，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，降低电机控制器的成本和转矩波动，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，提出了一种无定子轭部相间合式轴向磁通磁阻电机。在传统开关磁阻电机的基础上，本发明采用无定子轭部的定子结构与双短齿极的U型转子来改变电机磁路路径，其不仅节省了电机材料而且缩短了磁通路径，可极大降低电机损耗和电机体积，从而提高电机的效率和功率密度。同时为了简化电机的控制回路增强电机运行时的容错能力，本电机采用相邻两相同时导通方式进行供电，即通过短齿极的转子与短端部的定子铁芯构成短磁路回路；此时电机的磁通路径更短，且相邻导通相之间存在耦合，使绕组导通区间增大，电机输出转矩更大，转矩脉动更小，绕组利用率更高，大大提高了电机可靠性。另外该电机定子磁场无拐向，而且与传统无取向硅钢材料径向磁通电机相比，本发明电机可采用的取向硅钢材料，可增强导磁能力，极大减小电机损耗；轴向磁通电机也比传统径向磁通电机结构更加紧凑，可进一步降低了电机的体积，提高电机的功率密度。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：