CN101431284A - 混合式开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

混合式开关磁阻电机，它属于电机领域。它解决了现有开关磁阻电机结构造成绕组下线困难，工艺难度较大，槽满率低等缺点。本发明的混合式开关磁阻电机由定子和转子组成；定子由永磁体、励磁绕组和定子铁心组成；转子的转子铁心的外圆与定子铁心的内圆之间设置有气隙，励磁绕组嵌放在定子铁心的齿槽中，永磁体沿轴方向嵌入定子铁心的齿部。本发明使用高性能切向充磁永磁体，将永磁体沿轴方向嵌入定子铁心的齿部，构成一种混合励磁开关磁阻电机，比已有的混合励磁开关磁阻电机永磁体的数量不变，定子槽绕组可用面积增加，提高了电机的性能体积比和性能重量比，降低了成本和制造工艺。该电机既可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用。

Description

混合式开关磁阻电机

技术领域

本发明是涉及一种混合励磁开关磁阻电机，属于电机领域。

背景技术

已有的开关磁阻电机如图1所示，电机的定、转子均为凸极结构。通过对定子励磁绕组依次通电，定子极与转子极相互作用产生转矩。由于转子上既没有绕组，也没有永磁体，因此电机的结构简单、运行可靠。但正是由于定、转子均未使用永磁体，为了得到大的输出转矩，就需要大的励磁功率，这样既限制了电机的性能体积比，又加大了驱动系统的成本。

已有的混合励磁开关磁阻电机如图2所示，定子槽中有长条形永磁体，永磁体为切向充磁。通电后，磁路有向磁阻最小路径变化的趋势，利用定子上的径向多相励磁绕组磁势和切向充磁永磁体磁势产生的磁阻转矩而动作。但该结构造成绕组下线困难，工艺难度较大，槽满率低等缺点。

发明内容

本发明为了解决现有开关磁阻电机结构造成绕组下线困难，工艺难度较大，槽满率低等缺点，而提出了一种混合式开关磁阻电机。

本发明的混合式开关磁阻电机由定子和转子组成；定子由永磁体、励磁绕组和定子铁心组成；转子的转子铁心的外圆与定子铁心的内圆之间设置有气隙，励磁绕组嵌放在定子铁心的齿槽中，永磁体沿轴方向嵌入定子铁心的齿部。

本发明使用高性能切向充磁永磁体，将永磁体沿轴方向嵌入定子铁心的齿部，构成一种混合励磁开关磁阻电机，比已有的混合励磁开关磁阻电机永磁体的数量不变，定子槽绕组可用面积增加，提高了电机的性能体积比和性能重量比，降低了成本和制造工艺。该电机既可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用。

本发明将永磁体嵌入定子铁心的齿部，绕组电励磁回路和永磁体径向励磁回路有机地结合起来，电励磁磁势既具有励磁功能，又具有永磁体励磁磁场的的控制功能，使得该电机的三种励磁源相互耦合，由于气隙磁通是电励磁磁通和永磁体磁通的叠加，总的磁通量要比单独的绕组电励磁的磁通量多，因此电机的输出转矩要比不加永磁体的电机大，或者说在要求输出转矩相同的条件下，本发明的电机所需的励磁电流要比普通的不加永磁体的开关磁阻电机小，因此本发明的电机效率高。

本电机虽然也采用了永磁体，但与传统的永磁电机工作机理不同，传统的永磁电机是电枢电流与永磁体磁场相互作用产生转矩；而该电机属于磁阻电机，是通过电枢电流对永磁体磁场的控制来控制电机转矩的大小。

本电机虽然是短磁路混合励磁开关磁阻电机，但与已有的短磁路混合励磁开关磁阻电机结构不同，已有的短磁路混合励磁开关磁阻电机定子槽中有长条形永磁体。永磁体产生磁势的磁路完全不同，永磁体的数量虽然不变，但电机磁通由三个励磁源相互叠加，提高了电机铁心利用用率。由于取消闭合齿，提高了槽满率降，低了电机的制造成本和制造工艺。

附图说明

图1是已有的开关磁阻电机结构示意图；图2是已有的混合励磁开关磁阻电机结构示意图；图3是本发明的混合式开关磁阻电机结构示意图；图4是混合开关磁阻电机绕组不通电永磁体11磁通的闭合路径示意图；图5是混合开关磁阻电机A绕组通电后永磁体磁通的闭合路径示意图；图6是混合开关磁阻电机励磁磁势产生磁通的闭合路径示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图3说明本实施方式，本实施方式的混合式开关磁阻电机由定子1和转子2组成；定子1由永磁体11、励磁绕组12和定子铁心13组成；转子2的转子铁心21的外圆与定子铁心13的内圆之间设置有气隙3，励磁绕组12嵌放在定子铁心13的齿槽中，永磁体11沿轴方向嵌入定子铁心13的齿部。利用定子上的径向励磁绕组12的电励磁磁势和定子齿部永磁体11的永磁体磁势产生的磁阻转矩而运动。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述的定子铁心13的齿部设置的永磁体11为长条形永磁体，永磁体11充磁方向与励磁绕组12通电后的磁场方向相同。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述的定子铁心13的齿部设置的永磁体11的数量为定子铁心13的齿数。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述的定子铁心13和转子2的转子铁心21由硅钢片叠成，定子铁心13和转子2的转子铁心21均为凸极结构。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于励磁绕组12采用同相绕组相邻。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

本发明的混合式开关磁阻电机的工作原理：

当励磁绕组12不通电时，永磁体11磁力线不通过气隙而沿定子铁心13齿部闭合；当励磁绕组12通有电流时，电励磁磁力线的路径与两处永磁体11磁力线的路径形成并联磁路，三个磁场在定子铁心12、气隙3和转子2上相互叠加。通过电励磁磁势的开关作用(绕组电流的通断)来控制永磁体11磁通(磁力线)的路径与大小，来实现电机的转矩控制。如下：

当定子励磁绕组12不通电时，定子铁心13齿部的永磁体11的磁通的闭合路径为：永磁体11的N极→定子铁心13齿部→永磁体11的S极。如图4所示。

当定子励磁绕组12通电时，定子铁心13齿部处设置的永磁体11的磁通的闭合路径为：永磁体11的N极→定子铁心13齿部→气隙3→转子铁心21大极的极身→转子铁心21的轭部→转子铁心21大极的极身→气隙3→定子铁心13齿部→定子铁心13的轭部→定子铁心13齿部→永磁体11的S极。如图5所示。

当定子多相励磁绕组12通电时，定子励磁磁势产生磁通的闭合路径为：定子铁心13轭部→定子铁心13齿部→气隙3→转子铁心21大极的极身→转子铁心21的轭部→转子铁心21大极的极身→气隙3→定子铁心13齿部→定子铁心13的轭部→定子铁心13轭部。如图6所示。

Claims (5)

1、混合式开关磁阻电机，它由定子1和转子(2)组成；定子1由永磁体(11)、励磁绕组(12)和定子铁心(13)组成；转子(2)的转子铁心(21)的外圆与定子铁心(13)的内圆之间设置有气隙(3)，励磁绕组(12)嵌放在定子铁心(13)的齿槽中，其特征在于永磁体(11)沿轴方向嵌入定子铁心(13)的齿部。

2、根据权利要求1所述的混合式开关磁阻电机，其特征在于所述的定子铁心(13)的齿部设置的永磁体(11)为长条形永磁体，永磁体(11)充磁方向与励磁绕组(12)通电后的磁场方向相同。

3、根据权利要求1或2所述的混合式开关磁阻电机，其特征在于所述的定子铁心(13)的齿部设置的永磁体(11)的数量为定子铁心(13)的齿数。

4、根据权利要求3所述的混合式开关磁阻电机，其特征在于所述的定子铁心(13)和转子(2)的转子铁心(21)由硅钢片叠成，定子铁心(13)和转子(2)的转子铁心(21)均为凸极结构。

5、根据权利要求1或4所述的混合式开关磁阻电机，其特征在于励磁绕组(12)采用同相绕组相邻。

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