專利名稱：雙定轉子倍極開關磁阻電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種開關磁阻電機，尤其涉及一種雙定轉子倍極開關磁阻電動機。
技術背景
目前，開關磁阻電機系雙凸極的開關型電機，其定子極上繞有集中繞組；該電機按 相數分可分為3相、4相和多相開關磁阻電機，其中又以3相6/4、12/8、4相8/6結構居多， 開關磁阻電機具有結構簡單、易于制造、易于調速、運行可靠、不易損壞、功率因數高、運行 效率高、啟動轉矩大、啟動電流小、過載能力強、能重載啟動等優勢，同時在高速恒功率區范 圍寬性能好。
由于開關磁阻電機隨著相數和極數的增多，步距角就會減小，從而有利于減小轉 距脈動，使電機的啟動性能、運行穩定性能越好，噪聲也越小，電機的振動就越小，但是增加 相數就會增加控制成本，增加極數就使電機磁極面積減小，因此無論增加相數還是增加極 數都將使電機結構復雜、體積增大。
與同等功率交流三相電機相比，普通開關磁阻電機比交流三相電機大一個機座 號，高性能開關磁阻電機比交流三相電機大兩個機座號，并且交流三相電機只需要簡單的 啟動運行電氣開關，控制成本低，而開關磁阻電機因屬于電子開關型，增加相數就意味著增 加電子開關，從而增加了控制成本，其電子開關控制設備依開關磁阻電的相數不同占開關 磁阻電機成本30% 40%，其售價比普通交流電機的售價高3 5倍以上，因此影響了開 關磁阻電機的推廣使用和普及。
目前，世界各國都在研究開關磁阻電機這一新型電機，都在控制技術上采用單片 機控制技術，使其有了大的突破，但對開關磁阻電機本身而言沒有什么進展。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種低成本、高效能、易控制的雙定轉子倍極 開關磁阻電動機。
為解決上述問題，本發明所述的一種雙定轉子倍極開關磁阻電動機，包括置于底 座上的電機外殼、電機軸及均由硅鋼片疊壓成的雙凸極結構的定子、轉子；所述電機外殼中 部設有電機吊環；所述電機軸的兩端分別設有前端蓋、后端蓋，該前端蓋與后端蓋之間設有 所述轉子；所述后端蓋外設風罩，該風罩內設后風扇；所述定轉子鐵芯均由兩段組成，且兩 段定子、轉子鐵芯長度和直徑相等；所述兩段定子齒上分別裝有兩套集中繞組或分層繞組， 每套繞組相同相位的兩個齒上的電樞繞組串聯或并聯構成一相，其特征在于所述兩段定 子磁極對齊，轉子磁極與定子差開1/2定子極角，或兩段轉子對齊，兩段定子差開1/2定子 極角
TNs = 式中為定子極距、π = 180°、Ns為定子極數。
所述定子鐵芯由第一段定子鐵芯和第二段定子鐵芯組成；所述第一段定子鐵芯包括第一段定子磁軛、第一段定子磁極和第一段定子電樞磁極繞組；所述第二段定子鐵芯包 括第二段定子磁軛、第二段定子磁極和第二段定子電樞磁極繞組。
所述轉子鐵芯由第一段轉子鐵芯和第二段轉子鐵芯組成，該第一段轉子鐵芯和第 二段轉子鐵芯均設有帶有鍵槽的轉子軸孔；所述第一段轉子鐵芯包括第一段轉子磁極、第 一段轉子磁軛；所述第二段轉子鐵芯包括第二段轉子磁極、第二段轉子磁軛。
所述定子極數為轉子極數的2倍，且定轉子的極數為偶數組合，即4/2、8/4、12/6、 16/8、20/10、24/12、28/14、32/16、36/18、40/20、、、、、、Ns/Nr 的組合。
所述定子外殼分為兩個，每殼一定子。
所述兩段轉子共用一個電機軸。
所述兩定子連接于一體，或兩定子安裝于一個機座上。
所述后風扇與所述后端蓋之間或所述第二段轉子與所述后端蓋之間設有傳感器。
所述轉子可分為內轉子和外轉子式。
所述定子鐵芯按磁極數分段制成磁軛多段扇形片組裝。
本發明與現有技術相比具有以下優點
1、由于本發明中定子極數為轉子極數的2倍，且定轉子的極數為偶數組合，因此， 本發明突破了傳統開關磁阻電機不能制造多槽多極數的難題，可制造為4/2、8/4、12/6、 16/8、、、、、、Ns/Nr 極等的電機。
2、由于本發明中兩段定子齒上分別裝有兩套集中繞組或分層繞組，即無論定子極 數有多少極，每段定子只有兩相、兩段共4相，但每相繞組可一路串聯或多路串聯，也可一 路并聯或多路并聯輸出，因此，可以靈活自如地根椐電機技術要求和功率容量、轉速來改變 極數及繞組接線。
3、現有開關磁阻電機只有3相6/4、4相8/6、3相12/8。因為在理論上有2相4/2、 2相8/4，但不能出產品，這是因為它們不能自起動，即使輔助起動來也達不到運行轉矩。而 大于3相12/8的就是三相12/10、5相10/4、5相10/8、7相14/12、3相M/32、、、、、等組合， 這些組合不但增加了相數，還增加了控制難度，而增加相數就是增加成本；而電機在換相過 程中每相最多只有兩對磁極進入作功狀態(如3相12/8)，即只有電機總磁極的1/3的磁 極在作功，有的甚至于是1/4、1/5在作功，這就形成了開關磁阻電機的體積大、單邊磁拉力大、噪聲振動大、磁能量轉換ψ- 所包圍的面積減小、磁能積面積小的原因。
本發明則采用每段定子只有兩相、兩段共4相，且兩段定子磁極對齊、轉子磁極與 定子差開1/2定子極角，或兩段轉子對齊、兩段定子差開1/2定子極角的方式設置，從而實 現了減小振動和噪音、減小單邊磁拉力、減小磁能損失、增加磁能面積、增大磁共能區域的 目的。
4、當本發明中兩段定子磁極對齊時，轉子磁極與定子差開1/2定子極角，此時定 子對齊方式易于散熱、減小熱負荷；轉子不對齊方式易于減小轉子磁埸相互干擾。
5、當本發明中兩段轉子對齊時，兩段定子差開1/2定子極角，此時定子不對齊方 式易于減小定子磁埸相互干擾；轉子對齊方式易于做到機械靜平衡和動平衡。
6、本發明由于相數少，因此，不但設備體積小，而且制造成本低、易控制。
7、將本發明的4相SRD-8/4的電機繞組不對稱電子開關原理圖(圖4c)分別與現 有的4相SRD-8/6原理圖(圖4a)、雙定轉子開關磁阻電機(申請號200810017432. 8)4相SRD-8/6(圖4b)相比，可以看出本發明所用電子功率元件節省了一半，相當于原有技術4相 8/6的元件數，因此，本發明可使控制部分的成本降低一倍。
8、將本發明的SRM-8/4的電機轉矩脈動合成圖(圖5d)與雙定轉子開關磁阻電機 (申請號200810017432. 8) SRM-8/6電機第一段的轉矩波形——即現有技術的4相SRM-8/6 電機的轉矩波形(圖fe)、雙定轉子開關磁阻電機SRM-8/6電機第二段的轉矩波形(圖恥)、 雙定轉子開關磁阻電機的合成波形(圖5c)相比較，可以看出本發明合成轉矩增加了不少。
9、經過實際運轉測試，本發明調速范圍寬、調速精度高、噪聲小、振動小。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。
圖1為本發明SRM-8/4的原理圖；其中圖a是電機的第一段定轉子對齊原理圖，圖 b是電機的第二段定轉子不對齊原理圖。
圖2為本發明SRM-12/6的原理圖；其中圖a是電機的第一段定轉子磁極對齊原理 圖，圖b是電機的第二段定轉子磁極不對齊原理圖。
圖3為本發明的整體結構示意圖。
圖4為本發明不對稱電子開關控制原理圖；其中圖a為現有的4相SRD-8/6原理 圖；圖b為雙定轉子開關磁阻電機的4相SRD-8/6原理圖；圖c為本發明4相SRD-8/4控制 原理圖。
圖5為雙定轉子開關磁阻電機與本發明的轉矩脈動合成比較圖；其中圖a為雙定 轉子開關磁阻電機SRM-8/6電機第一段的轉矩波形(也即現有技術的4相SRM-8/6電機的 轉矩波形)，圖b為雙定轉子開關磁阻電機SRM-8/6電機第二段的轉矩波形，圖c為雙定轉 子開關磁阻電機的合成波形，圖d為本發明SRM-8/4的轉矩合成圖。
圖6為本發明用于制造大中型時的結構示意圖；其中圖a為整體結構圖，圖b為分 段搭接部分的燕尾槽放大圖。
圖中1-電機外殼 2-第一段定子磁軛 3-第一段定子磁極4-第一段轉子 磁極 5-第一段轉子磁軛 6-第一段定子電樞磁極繞組7-轉子軸孔 8-第二段 定子磁軛 9-第二段定子磁極 10-第二段轉子磁極11-第二段轉子磁軛 12-第 二段定子電樞磁極繞組 13-第一段定子鐵芯14-第一段轉子鐵芯 15-第二段定子 鐵芯 16-第二段轉子鐵芯 17-電機吊環18-電機軸 19-前端蓋 20-后端蓋 21-后風扇 22-風罩 23-底座24-傳感器 25-整流漸波控制電源 26-定子 鐵芯分段部分的燕尾槽的凸極27-定子鐵芯分段部分的燕尾槽的凹槽 A、B、C、D-電樞 繞組各相的首端W、X、Y、Z-電樞繞組各相的尾端 VT-控制功率管IGBT VD-續流二 極管FWD具體實施方式
一種雙定轉子倍極開關磁阻電動機，包括置于底座23上的電機外殼1、電機軸18 及均由硅鋼片疊壓成的雙凸極結構的定子、轉子(參見圖3)。電機外殼1中部設有電機吊 環17 ；電機軸18的兩端分別設有前端蓋19、后端蓋20，該前端蓋19與后端蓋20之間設有 轉子；后端蓋20外設風罩22，該風罩22內設后風扇21 ；后風扇21與后端蓋20之間設有傳感器M ；定轉子鐵芯均由兩段組成，且兩段定子、轉子鐵芯長度和直徑相等；兩段定子齒上 分別裝有兩套集中繞組或分層繞組，每套繞組相同相位的兩個齒上的電樞繞組串聯或并聯 構成一相。
傳感器M也可以設在第二段轉子與后端蓋20之間。
定子鐵芯由第一段定子鐵芯13和第二段定子鐵芯15組成。第一段定子鐵芯13 包括第一段定子磁軛2、第一段定子磁極3和第一段定子電樞磁極繞組6 ；第二段定子鐵芯 15包括第二段定子磁軛8、第二段定子磁極9和第二段定子電樞磁極繞組12。轉子鐵芯由 第一段轉子鐵芯14和第二段轉子鐵芯16組成，該第一段轉子鐵芯14和第二段轉子鐵芯16 均設有帶有鍵槽的轉子軸孔7。第一段轉子鐵芯14包括第一段轉子磁極4、第一段轉子磁軛 5 ；第二段轉子鐵芯16包括第二段轉子磁極10、第二段轉子磁軛11。定子極數為轉子極數 的2倍，且定轉子的極數為偶數組合，即4/2、8/4、12/6、16/8、20/10、24/12、28/14、32/16、 36/18,40/20,,、、、、Ns/Nr 的組合。
如圖1所示，兩段定子鐵心磁極分段對齊；兩段轉子都不對齊。第一段定子鐵芯 13A相磁極垂直與第一段轉子鐵芯14磁極對齊，這時第一段轉子鐵芯14磁極以第一段定子 鐵芯13A相磁極中心線為基準，處于一相全對齊狀態；第二段轉子鐵芯16磁極在全不對齊 狀態(兩極中心間，即第一段定子鐵芯13磁極數的一半與轉子對齊而另一半全為空狀態， 也即一相全對齊，而另一相全空——極間狀態)，而第二段轉子磁極10的定位是與第二段 定子磁極9互差1/2定子極距角
權利要求
1.一種雙定轉子倍極開關磁阻電動機，包括置于底座03)上的電機外殼(1)、電機軸 (18)及均由硅鋼片疊壓成的雙凸極結構的定子、轉子；所述電機外殼(1)中部設有電機吊 環(17)；所述電機軸(18)的兩端分別設有前端蓋(19)、后端蓋(20)，該前端蓋(19)與后端 蓋00)之間設有所述轉子；所述后端蓋OO)外設風罩(22)，該風罩0 內設后風扇； 所述定轉子鐵芯均由兩段組成，且兩段定子、轉子鐵芯長度和直徑相等；所述兩段定子齒上 分別裝有兩套集中繞組或分層繞組，每套繞組相同相位的兩個齒上的電樞繞組串聯或并聯 構成一相，其特征在于所述兩段定子磁極對齊，轉子磁極與定子差開1/2定子極角，或兩 段轉子對齊，兩段定子差開1/2定子極角
2.如權利要求1所述的雙定轉子倍極開關磁阻電動機，其特征在于所述定子鐵芯由 第一段定子鐵芯(1 和第二段定子鐵芯(1 組成；所述第一段定子鐵芯(1 包括第一段 定子磁軛O)、第一段定子磁極C3)和第一段定子電樞磁極繞組(6)；所述第二段定子鐵芯 (15)包括第二段定子磁軛(8)、第二段定子磁極(9)和第二段定子電樞磁極繞組(12)。
3.如權利要求1所述的雙定轉子倍極開關磁阻電動機，其特征在于所述轉子鐵芯由 第一段轉子鐵芯(14)和第二段轉子鐵芯(16)組成，該第一段轉子鐵芯(14)和第二段轉子 鐵芯(16)均設有帶有鍵槽的轉子軸孔(7)；所述第一段轉子鐵芯(14)包括第一段轉子磁 極G)、第一段轉子磁軛(5)；所述第二段轉子鐵芯(16)包括第二段轉子磁極(10)、第二段 轉子磁軛(11)。
4.如權利要求1所述的雙定轉子倍極開關磁阻電動機，其特征在于所述定子極數 為轉子極數的2倍，且定轉子的極數為偶數組合，即4/2、8/4、12/6、16/8、20/10、24/12、 28/14、32/16、36/18、40/20、、、、、、Ns/Nr 的組合。
5.如權利要求1所述的雙定轉子倍極開關磁阻電動機，其特征在于所述定子外殼分 為兩個，每殼一定子。
6.如權利要求1所述的雙定轉子倍極開關磁阻電動機，其特征在于所述兩段轉子共 用一個電機軸(18)。
7.如權利要求1所述的雙定轉子倍極開關磁阻電動機，其特征在于所述兩定子連接 于一體，或兩定子安裝于一個機座03)上。
8.如權利要求1所述的雙定轉子倍極開關磁阻電動機，其特征在于所述后風扇 與所述后端蓋OO)之間或所述第二段轉子與所述后端蓋OO)之間設有傳感器04)。
9.如權利要求1所述的雙定轉子倍極開關磁阻電動機，其特征在于所述轉子可分為 內轉子和外轉子式。
10.如權利要求1所述的雙定轉子倍極開關磁阻電動機，其特征在于所述定子鐵芯按 磁極數分段制成磁軛多段扇形片組裝。
全文摘要
本發明涉及一種雙定轉子倍極開關磁阻電動機，該電動機包括均由硅鋼片疊壓成的雙凸極結構的定子、轉子；所述定轉子鐵芯均由兩段組成，且兩段定子、轉子鐵芯長度和直徑相等；所述兩段定子齒上分別裝有兩套集中繞組或分層繞組，每套繞組相同相位的兩個齒上的電樞繞組串聯或并聯構成一相，其特征在于所述兩段定子磁極對齊，轉子磁極與定子差開1/2定子極角，或兩段轉子對齊，兩段定子差開1/2定子極角。由于本發明中定子極數為轉子極數的2倍，且定轉子的極數為偶數組合，因此，本發明突破了傳統開關磁阻電機不能制造多槽多極數的難題，并且具有低成本、高效能、易控制的特點。
文檔編號H02K1/14GK102035319SQ20091011747
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月24日 優先權日2009年9月24日
發明者張世清, 張紅梅 申請人:張世清