[实用新型]一种新型永磁式3相开关磁阻电动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种永磁式3相开关磁阻电动机，具体地说，涉及一种永磁式3相开关磁阻电动机中的磁路结构。

背景技术

早在1995年国外就有文章提出一种永磁式3相开关磁阻电动机，后来国内浙江大学也有同行研究过，并且制作了一台功率为130瓦的小样机，其技术性能良好，初步取得了一些成果。

该永磁式3相开关磁阻电动机的磁路结构如图1所示。这是一台定/转子为6/4极的电动机，定/转子铁芯凸极在圆周上均布，但定子铁芯冲片被剖成上、下两半，每半有三个相邻的3相凸极，两半左右接缝中各嵌装着上下同一磁性朝向的永磁体，公共地向3相定子凸极注入磁通Φm。

假定Ga、Gb、Gc为3相定子凸极的磁导，随着转子转角θ的改变，它们作周期性的变化，周期是转子凸极的极距τ＝π/4。理想化时，磁导的波形如图2所示；线性上升段和下降段各占转角范围τ/3，磁导等于峰值GM的转角范围很小，接近于零，其余转角范围τ/3，磁导值近似地为零。

电动机3相凸极的磁导在相位上相差τ/3转角，任何时候3相凸极磁导之和等于Gm。当转子转角θ改变的时候，只要把磁导乘上WΦm/Gm就可得到该相凸极的磁链φa、φb、φc。此处W系凸极上线圈的匝数。

在永磁式开关磁阻电动机中，转子得到电动转矩依靠磁场反应转矩，这种转矩是磁链φ和线圈中电流i的作用下产生的。转矩的方向与φ和i的方向有关，不考虑铁芯饱和时转矩的大小正比于φ和i。

为了尽可能增大机/电能量转换比，一般在φ的上升段通以正向电流，在φ的下降段通以反向电流，让共磁能在周期τ内的这二段都有正的变化率。

按照这一策略，流过相绕组的电流应是周期性地交变的，所以功率逆变电路应当用全桥电路，例如采用三个单相桥式电路或一个三相桥式电路。

图2中对应于3相磁链φa、φb、φc，画出了3相电流ia、ib、ic的波形。仔细观察，可以看到ia、ib、ic的瞬时值之和等于零，因此如果把电动机3相绕组相的尾端连接起来，接成星形，功率逆变电路就可以用一个三相桥式电路。采用这种功率逆变电路后，不仅所用到的功率开关减少一半，而且功率逆变电路与相绕组的主电路连线也从六根减为三根。

电动机定子磁轭中所嵌入的永磁体材料的磁阻很大，与空气层的磁阻差不多，当定子凸极的相绕组通用电流时，本身所产生的磁通要经过别的相凸极才能构成回路。这就意味着各相绕组间存在着互感，如果这二相凸极的磁导分别为G和G′，则两相间的互感为M＝-W2(G/Gm)G′。式中负号表示互感磁通与本身线圈产生的磁通的方向相反。

与此同时，本相绕组的自感也不再是一般开关磁阻电动机中的W2G，而是还要乘上(Gm-G)/Gm。图2中已分别画出了3相自感La、Lb、Lc和3相间互感Mab、Mbc、Mca的大致波形。

从图2自感的波形可见，在定子凸极或者槽对准转子凸极时，自感值都接近于零，而在定子凸极与转子凸极重叠一半时，自感达到最大值W2Gm/4。自感的最大值比一般开关磁阻电动机小四倍，而且在电动机3相换相时恰好自感值接近于零，这对换相非常有利。

自感和互感的大小与转子转角有关，仍会产生原先的磁阻变化转矩，但在周期τ内，磁阻变化转矩的平均值等于零。另一方面在永磁开关磁阻电动机中，主磁场依靠永磁体建立，相绕组的匝数可以大为减少，这不仅可以减小磁阻变化转矩的脉动分量，也有利于减小电动机的铜电阻功耗。

除了存在着上述变化的自感、互感以外，永磁体开关磁阻电动机的技术性能接近于无换向器的直流电动机，永磁式开关磁阻电动机的优点则是转子的结构简单可靠，转动惯量比较小。

永磁式开关磁阻电动机有许多特点和优点，有很大的发展潜力，那么为什么至今未有大的进展而形成实际产品呢？这是个值得深思的问题，本实用新型在磁路结构方面作了改进，希望永磁式开关磁阻电动机能更加实用。

实用新型内容

本实用新型正是为了解决上述技术问题而设计的一种新型永磁式3相开关磁阻电动机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：