CN104935138A - 一种开关磁阻电机降噪减振结构及方法 - Google Patents

Abstract

一种开关磁阻电机降噪减振结构及方法，开关磁阻电机的定子磁极的极对数Ns为大于等于5的奇数；开关磁阻电机的转子磁极的极对数Nr为2。增加开关磁阻电机的定子磁极的极对数Ns，以增大气隙磁通和环向电磁力；同时通过提前关断定子绕组电流以减小径向电磁力。当定子磁极的轴线与转子磁极的轴线之间的夹角α小于等于π/N_s且大于π/2N_s时，导通定子绕组电流；当定子磁极的轴线与转子磁极的轴线之间的夹角α小于等于π/20N_s且大于0时，关断定子绕组电流。本发明一种开关磁阻电机降噪减振结构及方法，通过增加开关磁阻电机的定子磁极的极对数，使定子绕组通电时，定子磁极与转子磁极的轴线距离小，磁通密度增大，可有效增大环向电磁力，达到增加电磁转矩的目的。

Description

一种开关磁阻电机降噪减振结构及方法

技术领域

本发明一种开关磁阻电机降噪减振结构及方法，用于降低开关磁阻电机的振动与噪声。

背景技术

开关磁阻电机是利用磁阻最小原理，即磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用定转子磁极之间的环向电磁力牵引转子旋转。然而，开关磁阻电机定转子之间除了驱动转子旋转的环向电磁力之外，还存在径向电磁力分量，其导致的定子椭圆变形是开关磁阻电机运行时振动与噪声较大的主要原因，这一问题制约了开关磁阻电机的广泛应用。

开关磁阻电机为双凸极结构，定子轭部较薄，高速运转时定子绕组中通入的是脉冲电流，产生脉冲转矩，依靠电磁力牵引转子转动。与传统中低转速电机相比，开关磁阻电机具有结构简单坚固、高功率密度、高容错性及高可靠性等特点，且其能适应高温等恶劣运行环境，因而在军事和民用领域有着良好的应用前景。然而，开关磁阻电机在运行过程中，除了产生牵引转子转动的环向电磁力之外，亦会产生一个径向电磁力分量；定转子之间的径向电磁力所致的定子椭圆变形是激发定子振动和噪声的主要来源。因此，减小径向电磁力是开关磁阻电机降噪减振的最有效的方法之一。

中国专利《降低噪音和转矩脉动的开关磁阻电动机》（专利号ZL 200520130139.4）提出一种由多层级联同轴安排的多个单相开关磁阻电动机构成的开关磁阻电动机构成的开关磁阻电动机，其通过在圆周上分散径向电磁力的方法降低噪音。然而这一专利并没有从本质上减小径向电磁力。

中国专利《开关磁阻电机的降振减噪转子结构》（公开号 CN 101667757A）提出一种开关磁阻电机的降振减噪转子结构，其可以降低因为电机转子转动过程中达到转子沿与定子极沿重合时引起的径向电磁力。然而这一减小径向电磁力的方法仅从转子结构出发，减小的幅度并不明显。

发明内容

本发明提供了一种开关磁阻电机降噪减振方法，通过增加定子极对数以增大气隙磁通和环向电磁力，同时通过提前关断定子绕组电流以减小径向电磁力，这样既能增加开关磁阻电机的电磁转矩，又能减小开关磁阻电机的振动与噪声。本发明还提供了一种实现开关磁阻电机降噪减振的结构，主要包括定子、转子、定子磁极、转子磁极及定子绕组等，其中定子磁极的极对数为大于等于5的奇数，转子磁极的极对数为2。本发明提供的开关磁阻电机可在增加开关磁阻电机电磁转矩的同时，减小定转子之间的径向电磁力，可有效减小开关磁阻电机的振动与噪声。

本发明采取的技术方案为：

一种开关磁阻电机降噪减振结构，开关磁阻电机的定子磁极的极对数Ns为大于等于5的奇数；开关磁阻电机的转子磁极的极对数Nr为2。

一种开关磁阻电机降噪减振方法，增加开关磁阻电机的定子磁极的极对数Ns，以增大气隙磁通和环向电磁力；同时通过提前关断定子绕组电流以减小径向电磁力。

一种开关磁阻电机降噪减振方法，当定子磁极的轴线与转子磁极的轴线之间的夹角α小于等于π/N _s且大于π/2N _s时，导通定子绕组电流；

当定子磁极的轴线与转子磁极的轴线之间的夹角α小于等于π/20N _s且大于0时，关断定子绕组电流。

一种开关磁阻电机降噪减振方法，定子绕组通流时，转子转过的角度大于等于π/2N _s。

本发明一种开关磁阻电机降噪减振结构及方法，技术效果如下：

1）、通过增加开关磁阻电机的定子磁极的极对数，使定子绕组通电时，定子磁极与转子磁极的轴线距离小，磁通密度增大，可有效增大环向电磁力，达到增加电磁转矩的目的。

2）、通过提前关断定子绕组电流以减小径向电磁力，以达到降振减噪的目的。

3）、定子绕组通流时，转子转过的角度大于等于π/2Ns。可保证每一个周期内总有定子绕组通电，使电磁力不间断。

4）、开关磁阻电机的定子磁极的极对数的增多，使定子磁极与转子磁极的轴线距离小，磁通密度增大，可提高开关磁阻电机的运行效率。

附图说明

图 1 为开关磁阻电机结构示意图，图1 包括图1(a)、图1(b)两幅小图，其中：图1(a)为五相10/4开关磁阻电机结构示意图；图1(b)为七相14/4 开关磁阻电机结构示意图。

图2 为五相10/4 开关磁阻电机定子通流时转子旋转角度等于π/2Ns 的电机运行示意图，图2 包括图2(a)~ 图2(f) 六幅小图，其中：图2(a)为五相10/4 开关磁阻电机αA=20°时A 相绕组导通时刻；图2(b)为五相10/4 开关磁阻电机αD=20°时D 相绕组导通、A 相绕组关断时刻；图2(c)为五相10/4 开关磁阻电机αB=20°时B 相绕组导通、D 相绕组关断时刻；图2(d)为五相10/4 开关磁阻电机αE=20°时E 相绕组导通、B 相绕组关断时刻；图2(e)为五相10/4 开关磁阻电机αC=20°时C 相绕组导通、E 相绕组关断时刻；图2(f)为五相10/4 开关磁阻电机αA=20°时A 相绕组导通、C 相绕组关断时刻。

图3 为七相14/4 开关磁阻电机定子通流时转子旋转角度大于π/2Ns 的电机运行示意图，图3 包括图3(a)~ 图3(o)共 15 幅小图，其中：

图3(a)为七相14/4 开关磁阻电机αA=18°时A 相绕组导通时刻。

图3(b)为七相14/4 开关磁阻电机αE=18°时E 相绕组导通时刻。

图3(c)为七相14/4 开关磁阻电机αA=2°时A 相绕组关断时刻。

图3(d)为七相14/4 开关磁阻电机αB=18°时B 相绕组导通时刻。

图3(e)为七相14/4 开关磁阻电机αE=2°时E 相绕组关断时刻。

图3(f)为七相14/4 开关磁阻电机αF=18°时F 相绕组导通时刻。

图3(g)为七相14/4 开关磁阻电机αB=2°时B 相绕组关断时刻。

图3(h)为七相14/4 开关磁阻电机αC=18°时C 相绕组导通时刻。

图3(i)为七相14/4 开关磁阻电机αF=2°时F 相绕组关断时刻。

图3(j)为七相14/4 开关磁阻电机αG=18°时G 相绕组导通时刻。

图3(k)为七相14/4 开关磁阻电机αC=2°时C 相绕组关断时刻。

图3(l)为七相14/4 开关磁阻电机αD=18°时D 相绕组导通时刻。

图3(m)为七相14/4 开关磁阻电机αG=2°时G 相绕组关断时刻。

图3(n)为七相14/4 开关磁阻电机αA=18°时A 相绕组导通时刻。

图3(o)为七相14/4 开关磁阻电机αD=2°时D 相绕组关断时刻。

其中：1 表示定子；2 表示转子；3 表示定子磁极；4 表示转子磁极；

α 表示定子绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αA 表示 A 相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αB 表示B 相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αC 表示 C 相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αD 表示D 相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αE 表示 E 相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αF 表示F 相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αG 表示 G 相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角。

具体实施方式

开关磁阻电机包括定子1、转子2、定子磁极3、转子磁极4、定子绕组等。一种开关磁阻电机降噪减振结构，开关磁阻电机的定子磁极3的极对数Ns为大于等于5的奇数；开关磁阻电机的转子磁极4的极对数Nr为2。

一种开关磁阻电机降噪减振方法，增加开关磁阻电机的定子磁极3的极对数Ns，以增大气隙磁通和环向电磁力；同时通过提前关断定子绕组电流以减小径向电磁力。

一种开关磁阻电机降噪减振方法，当定子磁极3的轴线与转子磁极4的轴线之间的夹角α小于等于π/Ns且大于π/2Ns时，导通定子绕组电流。当定子磁极3的轴线与转子磁极4的轴线之间的夹角α小于等于π/20Ns且大于0时，关断定子绕组电流。

定子绕组通流时，转子2转过的角度大于等于π/2Ns。

实施例1：

图1（a）为五相10/4开关磁阻电机结构示意图，定子磁极的极对数为5，转子磁极的极对数为2。图2为这一电机定子通流时转子旋转角度等于π/2Ns的电机运行原理。首先，当检测到αA=20°时（图2（a）所示位置），A相绕组导通，产生电磁力驱动转子旋转；当转子旋转到αD=20°时（（图2（b）所示位置）），A相绕组关断、同时D相绕组导通，D相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αB=20°时（图2（c）所示位置），D相绕组关断、同时B相绕组导通，B相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αE=20°时（图2（d）所示位置），B相绕组关断、同时E相绕组导通，E相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αC=20°时（图2（e）所示位置），E相绕组关断、同时C相绕组导通，C相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αA=20°时（（图2（f）所示位置）），C相绕组关断、同时A相绕组导通，A相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；这样不停的重复上述过程，转子便持续地旋转。与传统开关磁阻电机相比，因定子极对数增多，αA=20°时（图2（a）所示位置）A相绕组即导通，此时定转子之间的磁路短，磁阻小，在相同励磁条件下可以获得更大的气隙磁通和电磁力，进而达到增大开关磁阻电机电磁转矩的目的。传统开关磁阻电机定子绕组电流关断点通常为αA=0°；本发明中，当转子旋转到αD=20°时（（图2（b）所示位置））A相绕组即关断，此时αA=2°；因为随着αA的减小，环向电磁力减小，径向电磁力急速增大，故本发明在αA=2°时提前关断定子绕组电流以抑制径向电磁力的增大，达到减小开关磁阻电机的振动与噪声的效果。

实施例2：

图1（b）为七相14/4开关磁阻电机结构示意图，定子磁极的极对数为7，转子磁极的极对数为2。图2为这一电机定子通流时转子旋转角度大于π/2Ns的电机运行原理。首先，当检测到αA=18°时（图3（a）所示位置），A相绕组导通，产生电磁力驱动转子旋转；当转子旋转到αE=18°时（图3（b）所示位置），E相绕组导通，此时A、E相绕组同时产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αA=2°时（图3（c）所示位置），A相绕组关断，E相绕组单独产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αB=18°时（图3（d）所示位置），B相绕组导通，此时B、E相绕组同时产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αE=2°时（图3（e）所示位置），E相绕组关断，B相绕组单独产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αF=18°时（图3（f）所示位置），F相绕组导通，此时B、F相绕组同时产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αB=2°时（图3（g）所示位置），B相绕组关断，F相绕组单独产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αC=18°时（图3（h）所示位置），C相绕组导通，此时C、F相绕组同时产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αF=2°时（图3（i）所示位置），F相绕组关断，C相绕组单独产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αG=18°时（图3（j）所示位置），G相绕组导通，此时C、G相绕组同时产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αC=2°时（图3（k）所示位置），C相绕组关断，G相绕组单独产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αD=18°时（图3（l）所示位置），D相绕组导通，此时D、G相绕组同时产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αG=2°时（图3（m）所示位置），G相绕组关断，D相绕组单独产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αA=18°时（图3（n）所示位置），A相绕组导通，此时A、D相绕组同时产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到αD=2°时（图3（o）所示位置），D相绕组关断，A相绕组单独产生电磁力驱动转子继续旋转；这样不停的重复上述过程，转子便持续地旋转。与传统开关磁阻电机相比，因定子极对数增多，αA=18°时（图3（a）所示位置）A相绕组即导通，此时定转子之间的磁路短，磁阻小，在相同励磁条件下可以获得更大的气隙磁通和电磁力，进而达到增大开关磁阻电机电磁转矩的目的。传统开关磁阻电机定子绕组电流关断点通常为αA=0°；本发明中，当转子旋转到αA=2°时（（图3（b）所示位置））A相绕组即关断；因为随着αA的减小，环向电磁力减小，径向电磁力急速增大，故本发明在αA=0°提前关断定子绕组电流以减小径向电磁力，达到减小开关磁阻电机的振动与噪声的效果。

Claims (4)

1.一种开关磁阻电机降噪减振结构，其特征在于，开关磁阻电机的定子磁极（3）的极对数Ns为大于等于5的奇数；开关磁阻电机的转子磁极（4）的极对数Nr为2。

2.一种开关磁阻电机降噪减振方法，其特征在于，增加开关磁阻电机的定子磁极（3）的极对数Ns，以增大气隙磁通和环向电磁力；同时通过提前关断定子绕组电流以减小径向电磁力。

3.根据权利要求2所述一种开关磁阻电机降噪减振方法，其特征在于，

当定子磁极（3）的轴线与转子磁极（4）的轴线之间的夹角α小于等于π/N _s且大于π/2N _s时，导通定子绕组电流；

当定子磁极（3）的轴线与转子磁极（4）的轴线之间的夹角α小于等于π/20N _s且大于0时，关断定子绕组电流。

4.根据权利要求2或3所述一种开关磁阻电机降噪减振方法，其特征在于，定子绕组通流时，转子（2）转过的角度大于等于π/2N _s。