[发明专利]一种盘式开关磁阻电机及其提高转矩的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，特别是涉及一种盘式开关磁阻电机及其提高转矩的设计方法。

背景技术

开关磁阻电机是一种新型调速电机，其所在的调速系统能兼具直流、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。调速系统结构简单坚固，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，系统可靠性高。目前调速系统主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含功率变换器的控制电路，而转子位置检测器则安装在开关磁阻电机的一端。

开关磁阻电动机(SRM)是SRD中实现机电能量转换的部件，也是SRD有别于其他电动机驱动系统的主要标志。SRM系双凸极可变磁阻电动机，其定、转子的凸极主要均由普通硅钢片叠压而成。转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组联接起来，称为“一相”，SR电动机可以设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。相数多、步距角小，有利于减少转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高，现今应用较多的是四相(8/6)结构和三相(12/8)结构。

现有开关磁阻电机具备以下特点：1.一般做成柱式，形状和鼠笼式电机相同；2.在需要大转矩、大惯量的情况下，如果依然用柱式电机实现，则需要更大的电机体积；3.而用盘式开关磁阻电机实现，则可以在相同体积范围内获得更大的输出转矩和惯量；4.盘式开关磁阻电机更适合应用于风机、水泵、抽油机等需要转矩大、往复运行的场合。

然而，现有盘式开关磁阻电机的不足之处：

1.存在转矩波动：输出的转矩曲线不够平坦，是盘式开关磁阻电机的主要瓶颈之一；从一个相位通电开始，获得最大转矩，随着转子的旋转，通过磁通变化获得的切向力逐渐变小，力臂不变，转矩逐渐变小，直至转矩减小至0，本相位断电；同时瞬间，下一相位通电并获得最大转矩；周而复始，因此磁阻电机的输出转矩是波动的，这是盘式开关磁阻电机的主要瓶颈之二；

2.接线复杂：开关磁阻电机每个定子线圈有一进一出的二个接线头，假如定子数是N，就有2N个接线头，如何设计一个合理的接线端子座，简化而有序地连接定子线圈和控制器输出端子，是开关磁阻电机的设计的另一个目标；

3.单个电机难以进一步获得更大的输出转矩：在电机的体积不显著增加的情况下，传统的设计思想难以获得更大的输出转矩；

4.控制器复杂体积庞大：开关磁阻电机的控制器输出相数可以是2、3、4相，甚至更多，相数越多，控制器开关元件的数量越多，控制器越复杂、体积越大。

另外，输出为3相电的控制器更符合操作者的使用习惯，如何使用3相开关电源驱动开关磁阻电机，并获得更大的转矩、更小的转矩波动是设计目标之一。

发明内容

针对现有盘式开关磁阻电机存在的输出转矩方面的技术问题，本发明提供了一种能提高转矩的盘式开关磁阻电机及其提高转矩的设计方法。

本发明具体技术方案如下：一种盘式开关磁阻电机，其包括两个定子、位于两个定子之间的转子、将两个定子和转子共轴连接的轴承；在每个定子上安装有多个定子线圈，每个定子线圈上安装一个定子磁极，在转子上安装有多个转子磁极；多个定子线圈以定子的轴线为圆心均匀的分布在相应定子面向转子的一侧上，多个定子线圈围成至少一圈；转子磁极以转子的轴线为圆心均匀的分布在转子中，多个转子磁极也围成至少一圈；每个转子磁极的两端穿透转子的相对两侧，以便围成的形状能与两侧定子上的多个定子线圈围成的形状相对应；

以由外圈至内圈的顺序，定子上的第x圈上的定子磁极数和转子上的第x圈上的转子磁极数满足以下关系：一，S_x＝(T_x/W)×j，其中，S_x为转子上的第x圈上的转子磁极数，T_x为定子上的第x圈上的定子磁极数且为偶数，W为电源相数，j为正整数；二，保证转子上的第x圈上的转子磁极数<定子上的第x圈上的定子磁极数。

作为上述方案的进一步改进，当多个定子线圈围成的圈数为两圈及以上时，呈同心圈的形式布局，当多个转子磁极围成的圈数为两圈及以上时，也呈同心圈的形式布局。

作为上述方案的进一步改进，转子上最外圈的转子磁极均匀环绕在转子的圆周上。