[发明专利]环形绕组磁阻电机、系统及其控制方法

说明书

本发明提出了一种环形绕组磁阻电机、系统及其控制方法，环形绕组磁阻电机包括：定子铁心、转子铁心、电枢绕组：所述定子铁心与所述转子铁心为同心布置；所述电枢绕组放置于定子铁心上，电枢绕组的线圈采用端部无重叠的环形绕组结构，嵌套于定子铁心的轭部；定子铁心和转子铁心均为凸极结构，具有朝向气隙侧的凸极齿、且定子凸极齿的个数和转子凸极齿的个数不相等，转子凸极齿个数为奇数或偶数。本发明所述的环形绕组磁阻电机通过灵活融合绕组形式和转子凸极齿个数的创新，可以实现对于正弦电枢电流的最优适配，使电机兼具高转矩密度、低转矩脉动和低振动噪声的优点。

技术领域

本发明涉及电机设备领域，具体地，涉及一种开关磁阻电机、系统及其控制方法。尤其是涉及一种正弦电流驱动的环形绕组开关磁阻电机。

背景技术

随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展，开关磁阻电机的应用越来越多。典型的开关磁阻电机为定转子双凸极结构，定子上有电枢绕组但转子上既无绕组也无永磁体，电枢绕组线圈为集中式绕组结构，端部短、结构紧凑；电机配合不对称半桥电路以加载单极性方波电流完成机电能量转换。开关磁阻电机结构简单、鲁棒性强、容错性好，在运行工况恶劣、运行转速高、容错能力要求高的场合具有很好的竞争力。

但是，由于开关磁阻电机采用双凸极铁心结构和单极性方波电流驱动，其切向转矩和径向磁拉力波动变化都较大，相应的，开关磁阻电机具有较为明显的振动噪声问题，这限制了其在某些场合的应用。相比之下，采用正弦电流驱动电机有利于降低振动噪声，但是将传统开关磁阻电机的单极性方波电流简单替换成正弦电流，会严重削弱电机转矩能力、降低电机转矩密度。另一方面，与开关磁阻电机配合的基于不对称半桥电路拓扑的功率变换器并不常见，这给该类型电机的大规模推广也带来障碍。因此，找到一种可以采用正弦电流驱动、且保持电机转矩密度高、结构简单的优势的磁阻电机，是一个学术界和工业界都关心的问题。针对此问题，本发明提出一种可以适配常规多相全桥电路拓扑功率变换器、采用正弦电流驱动的环形绕组磁阻电机。

专利文献CN107534325A公开了一种采用环形绕组的开关磁阻电机结构，该电机包括定子铁心、缠绕于定子铁心的环形绕组线圈、转子铁心。需要指出的是，该中国专利文献所公开的结构来源于传统开关磁阻电机，其将传统开关磁阻电机中缠绕于定子凸极齿的绕组简单替换为缠绕于定子轭的环形绕组，该专利目标在于利用直接替换绕组结构形式，发挥环形绕组的槽满率优势、冷却优势和便于加工的优势，但所公开结构的电机相数、定转子极槽数配合、运行原理、所连接的功率变换器类型、加载电流性质均与传统开关磁阻电机相同。所公开结构仍然采用传统开关磁阻电机适配的不对称半桥功率变换器拓扑以加载单极性方波电流；或采用多相H桥功率变换器拓扑以加载双极性方波电流。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种环形绕组磁阻电机、系统及其控制方法。

为了实现上述发明目的，本发明提出了一种环形绕组磁阻电机，其包括：定子铁心、转子铁心、电枢绕组：

所述定子铁心与所述转子铁心为同心布置；

所述电枢绕组放置于定子铁心上，电枢绕组的线圈采用端部无重叠的环形绕组结构，嵌套于定子铁心的轭部；

定子铁心、转子铁心均为凸极结构，分别具有朝向气隙侧的定子凸极齿、转子凸极齿且定子凸极齿的个数和转子凸极齿的个数不相等，转子凸极齿个数为奇数或偶数。

本发明所述的环形绕组磁阻电机的定子铁心和转子铁心均为凸极结构，两者的凸极齿均朝向气隙侧，且两者凸极齿个数不相等；更重要的是，转子凸极齿个数的选取规则不同于传统开关磁阻电机的转子凸极齿个数选择规则，本发明电机的转子凸极齿个数可以为偶数，也可以为奇数。

本发明所述的环形绕组磁阻电机的电枢绕组能够加载正弦电流实现机电能量转换，完成电动或发电运行。