CN101667758A - 一种开关磁阻电机的转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关磁阻电机转子结构。它是由硅钢片叠压而成的开关磁阻电机转子结构，无绕组无永磁体，转子极型为降振减噪的多气隙凸极结构，转子末端凸极为多气隙阶梯型。本发明可以实现电机运行时的转矩平稳转换，有效降低因为电机运转过程中转矩突变导致的转矩大幅波动，减小相应在电机径向磁吸力的快速交变导致的电机壳体结构的压缩、扩张振动，达到减小电机振动噪声的效果。可以保持电机一定的输出能力，适用于开关磁阻电机应用的所有场合。

Description

一种开关磁阻电机的转子结构

技术领域：

本发明涉及开关磁阻电机，特别涉及一种开关磁阻电机转子结构。

技术背景

开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W至5MW的各种高低速驱动调速系统，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用。

一般的开关磁阻电机结构如图1所示，电机壳1内部设置定子2、转子3、电机轴4，定子2和转子3由硅钢片叠压而成。转子3无绕组无永磁体，定子2在转子3的外围，绕组5集中缠绕在定子2上，径向相对极的绕组串联，构成一组。现在常用的定子2与转子3为平行极结构，如图2所示。以四相8/6极开关磁阻电机为例，其常用结构原理如图3所示，当A相绕组电流控制开关S₁，S₂闭合时，A相励磁，所产生的磁场力图使转子3旋转到转子极轴线aa’与定子极轴线AA’的重合位置，从而产生磁阻性质的电磁转矩。顺序给A-B-C-D相绕组通电，则转子3便按照逆时针方向连续转动；如果给B-A-C-D相绕组通电，则转子3会沿顺时针方向转动。由于开关磁阻电机的双凸极结构和采用开关性的供电电源，在电机运行过程中存在较大的转矩波动，噪声和振动是开关磁阻电机存在的最主要缺点。尤其在电机高速运行时，电机噪声大，风阻力大。文献报道[孙剑波，詹琼华，“开关磁阻电机降噪的新结构探索”，微电机，2005年，第38卷，第3期]了一种新的电机结构，在转子铁心背风面(假设转子逆时针旋转)边缘处开槽，如图4所示。该新结构虽然会在减小径向力的同时牺牲一部分转矩，但可以在径向力和转矩这两个性能指标之间权衡，通过对电机转子结构参数X₁，X₂的优化，设计出的电机的径向力在一定程度上减小的同时，转矩下降不多。该文献提出的优化方案，可以有效减小振动，但其使用局限性较大，只适用于单一方向运行的开关磁阻电机，若电机运行方向改变，转子槽的降低径向力作用减弱，并且转子槽的存在增加风阻力，电机损耗增加，系统效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关磁阻电机转子结构，可以克服已有技术的缺陷。本发明易于加工可以有效降低因为电机运转过程中转矩突变导致的转矩大幅波动，减小相应在电机径向磁吸力的快速交变导致的电机壳体结构的压缩、扩张振动，并适用于开关磁阻电机应用的所有场合。

本发明提供的一种开关磁阻电机转子结构是转子无绕组无永磁体，由硅钢片叠压而成，转子极型为降振减噪的多气隙凸极结构，转子末端凸极为多气隙阶梯型。

所述的多气隙阶梯型是左右阶梯对称。

所述的多气隙阶梯型左右边缘的宽度各占转子极宽的1/6。

所述的多气隙阶梯型转子末端凸出的高度为转子极总体高度的1/6。

所述的多气隙阶梯型为两层阶梯，每层阶梯的高度和宽度相等。

所述的转子由硅钢片叠压而成。

所述的多气隙阶梯型转子结构适用于四相8/6极、三相6/4极、三相6/2极、三相6/8极开关磁阻电机。

本发明提供的多气隙阶梯型转子结构是在开关磁阻电机转子凸极末端位置处设计为“缓冲气隙”结构，具有此种转子结构的开关磁阻电机在转子的边沿运行到和定子极沿重合时，可以缓解由转矩突变带来的转矩大幅波动，使转子运转保持平稳，减小由于转矩波动产生的振动，减少了转矩波动通过转子轴和端盖发射的噪声。同时也减小了转子沿和定子沿运行重合时径向磁吸力突变引起的定子外壳剧烈压缩、扩张振动，达到了电机降振减噪的效果。与现有技术相比，采用本发明提供的技术方案，可以实现电机运行时的转矩平稳。并且，由于在开关磁阻电机换相后，电机转子仍然处在有效转矩区时，多气隙阶梯型转子可以减小换相后由于电机绕组续流而产生的输出负转矩，保持了电机一定输出转矩能力。

附图说明：

图1是常用开关磁阻电机装置图。

图2是开关磁阻电机的定子、转子的平行极结构。

图3是开关磁阻电机的运行原理图。

图4是已有技术的开关磁阻电机转子结构。

图5是本发明实施例四相8/6极开关磁阻电机的转子结构。

图6是本发明实施例的电机输出转矩波形图与常用电机输出转矩波形图对比。

图7是采用本发明的三相6/2极开关磁阻电机转子结构。

图8是采用本发明的三相6/4极开关磁阻电机的转子结构。

图9是采用本发明的三相6/8极开关磁阻电机转子结构。

具体实施方式

本发明结合附图具体说明如下：

本发明提供的开关磁阻电机转子无绕组无永磁体，由硅钢片叠压而成，转子极型为降振减噪的多气隙凸极结构。所述的转子结构为：转子末端凸极为多气隙阶梯型。

所述的多气隙阶梯型的左右阶梯对称。所述的多气隙阶梯型左右边缘的宽度各占转子极宽的1/6。所述的多气隙阶梯型转子末端凸出的高度为转子极总体高度的1/6。所述的多气隙阶梯型为两层阶梯，每层阶梯的高度和宽度相等。

以四相8/6极开关磁阻电机为例，适用本发明提供的降振减噪转子凸极结构。

本发明提供的转子凸极结构为无绕组无永磁体，由硅钢片冲片叠压而成的转子，四相8/6极开关磁阻电机的硅钢冲片如图5所示：转子-6，电机轴-7，多气隙阶梯型转子左沿-8，多气隙阶梯型转子右沿-9。

其中，多气隙阶梯型转子左沿-8，多气隙阶梯型型转子右沿-9的宽度A各占转子6极宽b的1/6；多气隙阶梯型转子末端凸出的高度B为转子极总体高度h的1/6；多气隙阶梯型为两层阶梯，每层阶梯的高度和宽度相等。

采用对开关磁阻电机仿真测试的方法对常用平行极转子的电机、采用本发明技术方案转子的电机进行仿真测试，测试使用一台额定功率1500W，额定电压220V，额定转矩7N.m的开关磁阻电机为样机。在使用额定电源，开关电源电路供电，带相同额定负载，电机转子分别使用本发明方案和常用平行极的两种情况下进行。

电机工作方式如前面所述，其工作结构如图3所示，从图3的电机转子初始位置起，按照顺序给A-B-C-D相绕组通电，转子逆时针方向转动。采用本发明转子结构的电机与常用平行极转子结构的电机在稳态运行中的输出转矩对比如图6所示。在电机稳态运行过程中，采用本发明转子结构的电机输出平均转矩为7.04N.m，常用平行极转子结构的电机输出平均转矩为7.00N.m。根据转矩波动系数计算公式：转矩波动系数＝(最大输出转矩-最小输出转矩)/平均输出转矩，可以得到：采用了本发明技术方案转子的开关磁阻电机转矩波动系数为0.85，使用常用平行极转子的开关磁阻电机的转矩波动系数为1.64。采用本发明技术方案由于多气隙阶梯型转子在转至与定子沿重合时缓解了转矩的突变，使转矩曲线更加平缓，有效降低了转矩脉动，减少了转矩波动通过转子轴和端盖发射的噪声。同时也减小了转子沿和定子沿运行重合时径向磁吸力突变引起的定子外壳剧烈压缩、扩张振动，达到了电机降振减噪的效果，进而可以达到减小电机振动噪声的效果。

此外，三相6/2极开关磁阻电机转子结构如图7，三相6/4极开关磁阻电机转子结构图如图8所示，三相6/8极开关磁阻电机的转子结构如图9所示。

因此，所述的多气隙阶梯型转子结构适用于四相8/6极、三相6/4极、三相6/2极、三相6/8极开关磁阻电机。

Claims (7)

1、一种开关磁阻电机转子结构，其特征在于它是无绕组无永磁体，转子极型为降振减噪的多气隙凸极结构，转子末端凸极为多气隙阶梯型。

2、按照权利要求1所述的转子结构，其特征在于所述的多气隙阶梯型是左右阶梯对称。

3、按照权利要求2所述的转子结构，其特征在于所述的多气隙阶梯型左右边缘的宽度各占转子极宽的1/6。

4、按照权利要求2所述的转子结构，其特征在于所述的多气隙阶梯型转子末端凸出的高度为转子极总体高度的1/6。

5、按照权利要求2所述的转子结构，其特征在于所述的多气隙阶梯型为两层阶梯，每层阶梯的高度和宽度相等。

6、权利要求1-5任一所述的转子结构，其特征在于所述的转子由硅钢片叠压而成。

7、权利要求1-5任一所述的多气隙阶梯型转子结构适用于四相8/6极、三相6/4极、三相6/2极、三相6/8极开关磁阻电机。

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