CN201063514Y - 一种新型开关磁阻电动机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型开关磁阻电动机系统，包括开关磁阻电动机、功率电路、角位移传感器和控制电路，其特征在于：所述开关磁阻电动机为6相绕组开关磁阻电动机。本实用新型在保持原有3相系统优点的情况下，使得电机运行的转矩脉动大大降低，运转平稳性提高，噪声降低。

Description

一种新型开关磁阻电动机系统

技术领域

本实用新型涉及电动机系统技术，具体的说，涉及一种6相开关磁阻电动机系统。

背景技术

近年，开关磁阻电动机技术在国内外得到越来越广泛的应用。

开关磁阻电动机系统主要由电动机、功率电路、角位移传感器和控制电路4部分构成。

开关磁阻电动机系统的电动机部分结构型式很多，常用的结构有2相4/2极、3相6/4极、3相12/8极、4相8/6极、5相10/8极。不同的结构型式具有不同的性能特点，并适用于不同的应用场合。一般地说，相数越少，电动机系统的组成各部分的结构就越简单，成本越低，但是其某些功能和性能指标也越低。

其中，2相系统只能做单方向转动，无法适应一般工业应用的要求，因此作为工业用途，开关磁阻电动机系统一般至少需要3相以上的系统。近年来3相12/8极系统得到了广泛应用，其优点是相数较少，成本较低，其主要性能指标，如电动机单位体积的功率、系统效率等也较高。但是，由于其相数较少，转矩脉动和噪声仍然较大。

因此，如果在不增加系统复杂程度和成本的条件下，进一步提高系统性能是十分有意义的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于现有3相12/8极磁阻电动机系统的新型的6相开关磁阻电动机系统，以改善或提高其转矩脉动和噪声的性能。

本实用新型的技术方案为：

一种新型开关磁阻电动机系统，包括开关磁阻电动机、功率电路、角位移传感器和控制电路，其特征在于：所述开关磁阻电动机为6相绕组开关磁阻电动机。

所述的6相绕组开关磁阻电动机为定转子双凸极，其中定子极数为12，转子极数为10，且每个定子极上嵌有一线圈，其中任意两个相对极上的线圈相连接构成1相绕组，各相绕组的尾端相连接构成中点，绕组头部接至所述功率电路的各桥臂上。

所述绕组中点为悬空设置或与整流电路中点相接。

所述定子各相绕组单独通电时，其两端凸极极性为同极性或异极性。

所述功率电路包括逆变电路，所述逆变电路包括有6个桥臂，每一桥臂均包含有一功率开关元件和一续流二极管，其中3个桥臂的功率开关元件与直流电源正极相连，二极管与直流电源负极相连；另外3个桥臂的功率开关元件与直流电源负极相连，二极管与直流电源正极相连。

所述功率电路为交流供电时，还包括整流电路。

所述整流电路具有中点。

所述整流电路中点与外部电源相接。

所述角位移传感器包括一10齿齿盘以及3个基于光电、霍尔、电磁或电容原理的传感元件，所述齿盘其齿和槽各为T/2；所述3只传感元件的间距为T/3或T/6，其中T为齿盘齿距。

所述齿盘涂敷有透光或反光的材料。

本实用新型的技术效果在于：

本实用新型在已有的3相12/8极磁阻电动机系统的基础上，基本不增加其复杂程度和成本，实现了6相12/10极开关磁阻电动机系统。在保持电动机定子凸极和绕组线圈数量不变的前提下，仅仅通过改变绕组线圈间的连接方式，将现有的3相12/8极磁阻电动机系统的圆周方向每4个绕组线圈相连接组成1相绕组，改为圆周方向上任意两相对的绕组线圈相连接构成1相绕组，就简便地实现了定子绕组6相结构。同时将转子由8个凸极改为10个凸极。

功率电路通过对现有的功率开关元件和续流二极管改变其连接方式，并通过将角位移传感器的齿盘的8个齿变为10个齿，控制电路在原有3路输出信号的基础上，新增3路相位差为T/2的输出信号。

综上所述，本实用新型的6相12/10极开关磁阻电动机系统与现有的3相12/8极磁阻电动机系统相比，相数增至2倍，因此其每转的换向次数随之大幅增加，由24次增加至60次，同时通电的相数增加，故本实用新型在保持原有3相系统优点的情况下，电机运行的转矩脉动大大降低，运转平稳性提高，噪声降低。

附图说明

图1为现有3相12/8极磁阻电动机系统的电动机示意图；

图2为现有3相12/8极磁阻电动机系统的功率电路示意图；

图3a为本实用新型电动机各相绕组同极设置的示意图；

图3b为本实用新型电动机各相绕组异极设置的示意图；

图4为本实用新型电动机绕组示意图；

图5为本实用新型整流电路无中点功率电路示意图；

图6a为本实用新型整流电路中点M不外接时功率电路示意图；

图6b为本实用新型整流电路中点M与外部电源零线N相连接时功率电路示意图；

图7为现有3相12/8极磁阻电动机系统的角位移传感器结构示意图；

图8为图7所示传感器输出波形图；

图9为现有3相12/8极磁阻电动机系统的控制电路输出波形；

图10为本实用新型磁阻电动机系统的控制电路输出波形。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步说明。

图1为现有3相12/8极磁阻电动机系统的电动机示意图。其定子铁芯1′上设置有12个凸极，每个凸极上嵌有一个线圈。其中圆周均分的4个凸极上的线圈相连接(可采取串联、并联或混联)构成1相绕组，分别为a、b、c，共3相绕组。图中只画a相绕组，其绕组端为A₁、A₂，该绕组端A₁、A₂与其余两相绕组端B₁、B₂、C₁、C₂分别接至功率电路(如图2所示)。当功率电路给各相绕组供电时，12个凸极的极性依次为N、S间隔排列。其中转子铁芯2′上设置有8个凸极，且其上无绕组。

图2为现有3相12/8极磁阻电动机系统采用交流电源供电时的功率电路示意图。其中整流元件V_P和电解电容器C构成整流电路，图中其余部分为逆变电路，逆变电路由独立的3相半桥电路(a、b、c相)构成，每相半桥电路由2只功率开关元件(如a相的S_A、S_A′)及2只二极管(如a相的V_A、V_A′)构成。当每相的2只功率开关元件导通时，给同一相的电动机绕组供电；当每相的2只功率开关元件断开时，该相绕组断电并通过2只二极管续流。整流电路的作用是将交流电源转换为直流电源，并给逆变电路供电。

当采用直流电源供电时，可省略整流电路中整流元件V_P。

图3a为本实用新型电动机各相绕组同极设置的示意图；图3b为本实用新型电动机各相绕组异极设置的示意图。定子铁芯1与3相12/8极电动机的定子铁芯1′相同，但是该铁芯1上圆周相对的2个凸极上的线圈相连接(串联或并联)构成1相绕组，分别为a、b、c、d、e、f，共6相绕组，图中只标示出a相绕组，其绕组端为A₁、A₂，其余5相绕组端分别为B₁、B₂、C₁、C₂、D₁、D₂、E₁、E₂、F₁、F₂，其中A₂、B₂、C₂、D₂、E₂、F₂分别为各相绕组的尾端且相互连接构成中点M(如图4所示)，中点M可以与功率电路中裂相电容器中点相接(见图6)，也可悬空不接(见图5)。6相绕组的头端(A₁、B₁、C₁、D₁、E₁、F₁)分别接至功率电路的6个桥臂。

6相绕组的连接方式如图4所示。图3a中，各相绕组单独通电时，其两端凸极具有相同的磁极性(如A相为2个N极)。图3b中，通过改变各相绕组两端凸极上的线圈的连接方式，使得各相绕组单独通电时，其两端凸极具有相异的磁极性(如A相两端磁极为N、S极相对)。

转子铁芯2上有10个凸极，其上无绕组。

图5为本实用新型整流电路无中点功率电路示意图。其所示整流电路单元与图2所示整流电路单元相同，为无中点M的整流电路。此时整流电路单元不接绕组。

图6a为本实用新型整流电路有中点M但不外接电源时功率电路示意图。图6b为本实用新型整流电路有中点M且与外部电源零线N相连接时功率电路示意图。当采用交流供电时，功率电路均由整流电路单元和逆变电路单元组成。其中整流电路均采用2只裂相电容器C₁、C₂，其中点M与电动机绕组公共点M相连接。所不同的是，图6a中，整流电路的中点M不外接电源，图6b中，整流电路的中点M与外部电源零线N相接。

当采用直流电源供电时，省略整流电路中整流元件V_P即可。

逆变电路由独立的6个桥臂电路组成，每个桥臂包括1只功率开关元件(分别为S_A、S_B、S_C、S_D、S_E、S_F)和1只二极管(分别为V_A、V_B、V_C、V_D、V_E、V_F)。其中a、c、e相3个桥臂的功率开关元件与直流电源正极相连，闭合时为绕组提供流入的电流，断开时通过二极管续流。b、d、f相的3个桥臂的功率开关元件与直流电源负极相连，闭合时为绕组提供流出的电流，断开时同样通过二极管续流。

图7为现有3相12/8极磁阻电动机系统的角位移传感器结构示意图。其主要由1个与电动机轴同时转动的8齿齿盘3′和3只装在电动机定子或端盖上的传感元件C₁、C₂、C₃，组成。齿盘3′的齿和槽各占一半齿距T，而3只传感元件C₁、C₂、C₃的间距为T/3。当齿盘3′逆时针转动时，产生出的输出信号如图8所示，所示3路信号间相位互差T/3，将这3路信号送至控制电路，用于控制功率电路的3相半桥电路给电动机的3相绕组供电。

同理，本实用新型的6相12/10极磁阻电动机系统可以采用与图7所示相类似的角位移传感器，其变化仅仅在于将其齿盘3′8齿改为10齿，且齿盘的齿和槽均占半个齿距T，3只传感元件C₁、C₂、C₃的间距为T/3或T/6，其输出信号如图8所示信号相同。分析图8所示3路信号可知，其实际上是每T/6产生一次状态变化，因此可以利用该组信号控制功率电路的6个桥臂功率开关元件，给电动机的6相绕组供电。传感元件C₁、C₂、C₃是基于光电、霍尔、电磁或电容等原理的传感元件，齿盘可以为同一材料并采用适当几何形状结构，也可以为由不同材料构成或者是涂复有不同的透光或反光的材料构成。

控制电路的主要功能是根据传感器信号产生出控制功率开关元件的控制信号。如图9所示为3相12/8极系统控制电路产生的3路控制信号，其中信号K₁用于控制图2中功率开关元件S_A、S_A′，信号K₂用于控制S_B、S_B′，信号K₃用于S_C、S_C′。如图10所示为本实用新型3相12/10极系统控制电路产生的6路控制信号，其中3路信号K₁、K₂、K₃与图9完全相同，另外3路信号与前3路信号互差T/2相位(如K₁′与K₁差T/2)，因此，信号的产生对控制电路而言十分方便。根据图10中6路信号的相位关系，依其相序依次排列为K₁、K₃′、K₂、K₁′、K₃、K₂′，因此用K₁信号控制图5中功率开关元件S_A，信号K₃′控制S_B，信号K₂控制S_C，信号K₁′控制S_D，信号K₃控制S_E，信号K₂′控制S_F，便可使本实用新型的6相12/10极系统正常工作。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，依据本实用新型的发明精神和原理，还可以做出很多的变型和改进，但这些变型和改进均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型开关磁阻电动机系统，包括开关磁阻电动机、功率电路、角位移传感器和控制电路，其特征在于：所述开关磁阻电动机为6相绕组开关磁阻电动机。

2.如权利要求1所述的一种新型开关磁阻电动机系统，其特征在于：所述的6相绕组开关磁阻电动机为定转子双凸极，其中定子极数为12，转子极数为10，且每个定子极上嵌有一线圈，其中任意两个相对极上的线圈相连接构成1相绕组，各相绕组的尾端相连接构成中点，绕组头部接至所述功率电路的各桥臂上。

3.如权利要求2所述的一种新型开关磁阻电动机系统，其特征在于：所述绕组中点为悬空设置或与整流电路的中点相接。

4.如权利要求2所述的一种新型开关磁阻电动机系统，其特征在于：所述定子各相绕组单独通电时，其两端凸极磁极极性为同极性或异极性。

5.如权利要求2所述的一种新型开关磁阻电动机系统，其特征在于：所述功率电路包括逆变电路，所述逆变电路包括有6个桥臂，每一桥臂均包含有一功率开关元件和一续流二极管，其中3个桥臂的功率开关元件与直流电源正极相连，二极管与直流电源负极相连；另外3个桥臂的功率开关元件与直流电源负极相连，二极管与直流电源正极相连。

6.如权利要求5所述的一种新型开关磁阻电动机系统，其特征在于：所述功率电路为交流供电时，还包括整流电路。

7.如权利要求6所述的一种新型开关磁阻电动机系统，其特征在于：所述整流电路具有引出的中点。

8.如权利要求7所述的一种新型开关磁阻电动机系统，其特征在于：所述整流电路中点与外部电源相接。

9.如权利要求1所述的一种新型开关磁阻电动机系统，其特征在于：所述角位移传感器包括一10齿齿盘以及3个基于光电、霍尔、电磁或电容原理的传感元件，所述齿盘其齿和槽各为T/2；所述3只传感元件的间距为T/3或T/6，其中T为齿盘齿距。

10.如权利要求9所述的一种新型开关磁阻电动机系统，其特征在于：所述齿盘涂敷有透光或反光的材料。

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