CN107863865A - 横向磁场外转子开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
一种横向磁场外转子开关磁阻电机，涉及一种开关磁阻电机，包括定子、转子、定子套筒、转子套筒；所述的定子套筒上安装有定子定位架；所述的定子、转子均有两套，每套的转子有n个转极，每套的定子有2n个磁极；两套定子分别安装在定子定位架两侧的定子套筒上，且每套定子在其中的相邻两个磁极之间安装有用于控制定子线圈绕组电流的光电换相器；两套转子分别通过轴承安装在两套定子的外侧，且两套转子在轴线垂直面内相错α角度，α=360°/4n；所述的转子套筒紧密套在两套转子的外圆上，且转子套筒的内径大于定子的外径。本发明可解决现有开关磁阻电机存在的输出总扭矩小，控制器结构复杂、成本高的不足之处，易于推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电机，特别是一种横向磁场外转子开关磁阻电机。
背景技术
开关磁阻电机是一种新型调速电机，其调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性较高。但开关磁阻电机也存在着一些缺点，主要是：工作情况下震动较大、电路控制部分结构复杂、制造成本高、工作转矩有待于进一步提高。
（1）工作情况下震动较大
转矩波动是一般电机的固有特性，但开关磁阻电机的转矩波动尤其大，这种剧烈波动将导致工作情况下电机的震动较大。
（2）总输出扭矩较小
现行开关磁阻电机，定子和转子均采用偶数极布置，定子一般比转子多两个极，例如常见的内转子六极，外定子八极结构，定子上有三组线圈绕组，但每个时刻却仅有一组线圈在工作，也就是说定子六个磁极，每个时刻仅有一组（两个）磁极在起作用，故总输出的扭矩较小。
（3）控制器复杂
由于开关磁阻电机通过侦测转子的不同方位来控制电路形成旋转磁场，其控制器相对复杂，且成本较高。
综上所述，开关磁阻电机尽管有很多其他电机无法比拟的优点，但也有自身很多固有的确定和不足。
申请公布号 CN 104362821 A的发明专利申请公开了一种多级外转子开关磁阻电机，该电机仍存在有总输出扭矩较小、控制器复杂、成本高的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种横向磁场外转子开关磁阻电机，以解决现有开关磁阻电机存在的输出总扭矩小、控制器结构复杂、成本高的不足之处。
解决上述技术问题的技术方案是：一种横向磁场外转子开关磁阻电机，包括定子、转子，还包括有定子套筒、转子套筒；所述的定子套筒上安装有定子定位架；所述的定子、转子均有两套，每套的转子有n个转极，每套的定子有2n个磁极；两套定子分别安装在定子定位架两侧的定子套筒上，且每套定子在其中的相邻两个磁极之间安装有用于控制定子线圈绕组电流的光电换相器；两套转子分别通过轴承安装在两套定子的外侧，且两套转子在轴线垂直面内相错α角度，α=360°/4n；所述的转子套筒紧密套在两套转子的外圆上，且转子套筒的内径大于定子的外径。
本发明的进一步技术方案是：所述的n的取值范围为：n≥2。
本发明的进一步技术方案是：定子上的线圈绕组包括线圈绕组A和线圈绕组B，线圈绕组A和线圈绕组B交替设置。
本发明的再进一步技术方案是：所述的光电换相器包括一个用于控制每套定子所有线圈绕组A电流的光电换相器A和一个用于控制每套定子所有线圈绕组B电流的光电换相器B，该光电换相器A设置在相邻的线圈绕组A和线圈绕组B之间，光电换相器B设置在该线圈绕组A和与线圈绕组A相邻的下一组线圈绕组B之间。
本发明的进一步技术方案是：所述的转子包括n组矽钢片组合块。
本发明的再进一步技术方案是：所述的光电换相器的输出电路上分别连接有为其提供合适工作电压的电阻、控制线圈绕组电流通断的两级开关三极管。
由于采用上述结构，本发明之横向磁场外转子开关磁阻电机与现有技术相比，具有以下有益效果：
１.输出总扭矩大
传统开关磁阻电机在工作中任意瞬时时刻最多仅有一组定子磁极和对应的一组转子凸极在相互吸引产生转动扭矩，而本发明在工作中任意瞬时时刻将会有n组定子磁极和对应的n组转子凸极产生相互吸引，从而在工作电流相同的情况下本发明涉及的开关磁阻电机将产生更大的扭矩，n组定子磁极的总宽度接近总圆周的一半，因此，本发明的输出总扭矩较大。
2.工作震动小：
由于本发明的每套定子采用两组线圈交替工作，在圆周方向上交替工作的磁极呈均匀对称分布。相比传统开关磁阻电机的而言，本发明每个时刻处于工作状态的磁极受力会更加均匀与对称。线圈切换之间的“惯性死区”面积也非常狭窄，随着磁极数n的增加这种每个“惯性死区”面积将进一步下降。故本发明工作时产生的脉动和震动将大大减小。
3.控制器结构简单、制造成本低
传统的开关磁阻电机控制器部分主要是依靠位置检测系统来检测转子的位置，并根据位置信息在定子上产生一个旋转磁场。而本发明涉及的控制器电路部分，只需要在位置检测信号的指示下产生两个交替工作的磁场即可。故只需要使用开关三级管及红外光电感应开关即可实现。控制器部分的结构大为简化，故其制造成本也很低。
综上所述，本发明采用采用转子错相组合原理以及红外光电换相电路，既克服了传统开关磁阻电机工作震动大的缺点，又使相同工作电流下电机转矩得到很大的提升，同时也极大地简化了控制器结构，在提高控制器可靠性的情况下使控制器的制造成本大幅下降。
下面，结合附图和实施例对本发明之横向磁场外转子开关磁阻电机的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：本发明之横向磁场外转子开关磁阻电机的结构爆炸图（省略转子套筒后），
图2：本发明之横向磁场外转子开关磁阻电机的结构示意图（省略转子套筒后），
图3：本发明之横向磁场外转子开关磁阻电机的外观示意图，
图4：转子和定子组装后与转子套筒的装配示意图，
图5：实施例一所述定子的绕组示意图，
图6：实施例一所述定子的绕组及光电换相器的结构原理图，
图7：实施例一所述转子的结构示意图，
图8：电机驱动电路结构示意图，
在上述各附图中的标号说明如下：
1-定子套筒，101-定子定位架，
2-定子，201-线圈绕组，2011-线圈绕组A，2012-线圈绕组B，
202-光电换相器， 2021-光电换相器A，2022-光电换相器B，
3-转子，301-矽钢片组合块，
4-轴承， 5-转子套筒。
其中，图6中，a1、b1为线圈绕组A的两头抽头，a2、b2为线圈绕组B的两头抽头，
图8中，TR为红外光电感应开关，R1 、R2、R3分别为电阻，T1、T2分别为开关三极管，L为线圈绕组，GND为电路负极，VCC为电源正极。
具体实施方式
实施例一：
一种横向磁场外转子开关磁阻电机，包括定子2、转子3，还包括有定子套筒1、转子套筒5；所述的定子套筒1上安装有定子定位架101；所述的定子2、转子3均有两套，每套的转子3有n=6个转极，每套的定子2有2×n共12个磁极；两套定子2分别安装在定子定位架101两侧的定子套筒1上，且每套定子2在其中的相邻两个磁极之间安装有用于控制定子线圈绕组电流的光电换相器202；两套转子3分别通过轴承4安装在两套定子2的外侧，且两套转子3在轴线垂直面内相错α角度，α=360°/4n=15°；每套转子3包括n=6组矽钢片组合块301；所述的转子套筒5紧密套在两套转子3的外圆上，且转子套筒5的内径大于定子2的外径。
所述的定子2上的线圈绕组201包括线圈绕组A2011和线圈绕组B2012，线圈绕组A2011和线圈绕组B2012交替设置。
所述的光电换相器202包括一个用于控制每套定子所有线圈绕组A2011电流的光电换相器A2021和一个用于控制每套定子所有线圈绕组B2012电流的光电换相器B2022，该光电换相器A2021设置在相邻的线圈绕组A2011和线圈绕组B2012之间，光电换相器B2022设置在该线圈绕组A2011和与线圈绕组A2011相邻的下一组线圈绕组B2012之间。
所述的光电换相器202的输出电路上分别连接有为其提供合适工作电压的电阻R1、R2、R3、控制线圈绕组电流通断的两级开关三极管T1、T2。
作为本实施例一的一种变换，上述n的取值范围为：n≥2。
本发明之横向磁场外转子开关磁阻电机的工作原理如下：
工作时，两套转子3与转子套筒5作为一个整体可以绕轴线方向旋转。当转子3上的某一矽钢片组合块301转动到光电换相器A前方时，光电换相器A发出的红外线被矽钢片组合块301反射后触发光电换相器A的红外光电感应开关工作，红外光电感应开关发出的光电信号经两级开关三极管放大后驱动线圈绕组L工作，线圈绕组L产生磁力吸引矽钢片组合块301向其磁极靠近，假设线圈绕组L某一时刻具体化为线圈绕组A，当矽钢片组合块301继续转动到线圈绕组A的正面时，线圈绕组A将不会对矽钢片组合块301再产生转动扭矩，这是因为矽钢片组合块301已从光电换相器A的正面移开，故红外光电感应开关不工作，线圈绕组A中的电流被切断；与此同时，另一侧转子3上的矽钢片组合块301开始遮挡另一侧的光电换相器B，该光电换相器B控制着与刚才通电的线圈绕组A错相90°/n 安装的线圈绕组B的电流通断。此时该线圈绕组B开始工作，该侧的转子3将开始转动，并通过转子套筒带动另一次未通电侧的转子一起转动，该侧转子转动到与对应线圈绕组A对正时，对应线圈绕组A电流被切断。而此时另一侧的另外一组线圈绕组B的光电换相器B又被遮挡，转子又继续转动，如此往复，转子3及转子套筒5将不停地转动下去。要改变转子的转动方向只需通过电路转换方式让两侧线圈绕组A的光电换相器A控制线圈绕组B，而线圈绕组B的光电换相器B控制线圈绕组A即可，此处不再赘述。
Claims (6)
1.一种横向磁场外转子开关磁阻电机，包括定子（2）、转子（3），其特征在于：还包括有定子套筒（1）、转子套筒（5）；所述的定子套筒（1）上安装有定子定位架（101）；所述的定子（2）、转子（3）均有两套，每套的转子（3）有n个转极，每套的定子（2）有2n个磁极；两套定子（2）分别安装在定子定位架（101）两侧的定子套筒（1）上，且每套定子（2）在其中的相邻两个磁极之间安装有用于控制定子线圈绕组电流的光电换相器（202）；两套转子（3）分别通过轴承（4）安装在两套定子（2）的外侧，且两套转子（3）在轴线垂直面内相错α角度，α=360°/4n；所述的转子套筒（5）紧密套在两套转子（3）的外圆上，且转子套筒（5）的内径大于定子（2）的外径。
2.根据权利要求1所述的横向磁场外转子开关磁阻电机，其特征在于：所述的n的取值范围为：n≥2。
3.根据权利要求1所述的横向磁场外转子开关磁阻电机，其特征在于：定子（2）上的线圈绕组（201）包括线圈绕组A（2011）和线圈绕组B（2012），线圈绕组A（2011）和线圈绕组B（2012）交替设置。
4.根据权利要求3所述的横向磁场外转子开关磁阻电机，其特征在于：所述的光电换相器（202）包括一个用于控制每套定子所有线圈绕组A（2011）电流的光电换相器A（2021）和一个用于控制每套定子所有线圈绕组B（2012）电流的光电换相器B（2022），该光电换相器A（2021）设置在相邻的线圈绕组A（2011）和线圈绕组B（2012）之间，光电换相器B（2022）设置在该线圈绕组A（2011）和与线圈绕组A（2011）相邻的下一组线圈绕组B（2012）之间。
5.根据权利要求1所述的横向磁场外转子开关磁阻电机，其特征在于：所述的转子（3）包括n组矽钢片组合块（301）。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的横向磁场外转子开关磁阻电机，其特征在于：所述的光电换相器（202）的输出电路上分别连接有为其提供合适工作电压的电阻、控制线圈绕组电流通断的两级开关三极管。
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