[發明專利]一種開關磁阻電機

在審

• 申請號: 201510714214.X
• 申請日: 2015-10-29
• 公開（公告）號: CN105322677A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 周斌欣
• 申請（專利權）人: 周斌欣
• 主分類號: H02K1/24
• 分類號: H02K1/24;H02K1/14;H02K29/00
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及開關磁阻電機的本體結構技術領域，特別是定子齒或轉子齒的結構。

背景技術

開關磁阻電機因為其簡單的定轉子結構，無轉子銅損，無碳刷，被視為調速電機中最適用電動汽車以及其他對可靠性，效率，和高速有要求的各種應用的電機類型的一種。其中電動汽車應用目前最引人注目，有著非常大的經濟效應和社會效應。

開關磁阻電機依靠定子齒形的凸極性和轉子齒形的凸極性形成的氣隙磁場為減少磁阻路徑帶動轉子運動，靜止無負載時在單相繞組供電下，運動方向是朝著繞組纏繞的定子齒的幾何中心與最近的轉子齒幾何中心對齊的方向。一般定子的齒形和轉子的齒形都設計成對各自的徑向幾何中心線對稱，這樣可以保證轉子順時針方向和逆時針方向旋轉時的電機表現特性一致。

開關磁阻電機轉子上的扭矩是交替地由各相定子通電電流存在期間對該相繞組所纏繞的定子齒附近的轉子齒的吸引力或推斥力產生的。在電流存在時，瞬時扭矩和電流的平方成正比，和電感對轉子電角度的變化率dL/dθ=(Lmax-Lmin)/(θmax–θmin)，成正比。如果希望電機的齒形有所變化來改變扭矩的特性時，一般也只是對稱地去改變定轉子齒形的斜度及齒頂和齒谷的寬度。開關磁阻電機在某一相通電的整個期間的平均扭矩受控于如何操控相電流。一般合理的操控，譬如電動工況下，應盡量避免在這個期間內相當大百分比的時間段出現在轉子上的是和其運動方向相反的負扭矩；這是因為整個通電期間的平均扭矩才是影響電機扭矩速度特性曲線的關鍵。瞬時扭矩的波動相對是高頻信號，基本由電機轉子及負載的轉動慣量濾波濾掉，留下的平均扭矩水平才是作用在轉子軸上的真正扭矩基礎。這一點，在較高速度如額定速度下尤其重要，因為反向電動勢足夠大，大到阻止電流隨意上升，為了獲得最大的扭矩，不能再像低速時有PWM調節的手段了；采用全壓控制，結合合理的導通角和關斷角來獲得電機的最大平均扭矩潛力，這個額定速度和其最大扭矩水平決定了電機的額定功率。由于此工況下扭矩的波形隨轉子位置較大范圍地變化，可利用co-energy的概念，用電機的B-H曲線中的磁場強度從0開始上升到磁場密度最大再回到磁場強度為0的軌跡所包圍的面積來衡量電機的能量交換和額定速度下的功率交換。為了增加此面積，需要在上升軌跡中盡可能地多出現大磁場強度小電感值的點。

電動汽車電機的功率密度要求相對于普通電機而言是比較高的，人們希望同樣成本的材料和同樣體積大小的電機可以對負載輸出更多的扭矩，對于開關磁阻而言，其實是要求同樣體積材料的電機其平均扭矩能力更大。既然是平均扭矩，那自然和百分比有關系。如果我們不能改變最大相電感（Lmax）和最小相電感（Lmin）的大小，不能改變定子電流的水平，但我們能改變正向扭矩作用的相對百分比，那么能改變平均扭矩的大小；那么提高功率密度的要求就變成了如何增加有用的轉子位置變化區間的問題。本發明就是從這點著手來實現突破。

發明內容

本發明目的是提出一種能提升在一個旋轉方向上的電機功率密度的開關磁阻電機。

本發明可以有以下三種技術方案。

方案一：本發明包括定子和轉子，在定子上均布形狀相同的定子齒，在轉子上均布形狀相同的轉子齒，其特征在于每個轉子齒的一側在其周向上削減，另一側在其周向上擴增。每個轉子齒本身對電機的任意徑向線都不對稱。

方案二：本發明包括定子和轉子，在定子上均布形狀相同的定子齒，在轉子上均布形狀相同的轉子齒，其特征在于每個定子齒的一側在其周向上削減，另一側在其周向上擴增。每個定子齒本身對電機的任意徑向線都不對稱。

方案三：本發明包括定子和轉子，在定子上均布形狀相同的定子齒，在轉子上均布形狀相同的轉子齒，其特征在于每個轉子齒的一側在其周向上削減，另一側在其周向上擴增；每個定子齒的一側在其周向上削減，另一側在其周向上擴增；每個轉子齒削減側與每個定子齒擴增側在周向上同為順時針方向側，或同為逆時針方向側。每個轉子齒本身對電機的任意徑向線都不對稱，每個定子齒本身對電機的任意徑向線都不對稱。

本發明以上三種技術方案都是定子齒幾何上對自身不存在徑向對稱中心線或者轉子齒幾何上對自身不存在徑向對稱中心線，都可實現提升電機在一個旋轉方向上的功率密度的目的，同時也減少開關磁阻電機的機械振動。

方案一是：在轉子齒對自己的徑向幾何中心線對稱時定子齒對自己不存在徑向對稱中心線。

方案二是：在定子齒對自己的徑向幾何中心線對稱時轉子齒對自己不存在徑向對稱中心線。

方案三是：定子齒對自己不存在幾何上徑向對稱中心線，同時轉子齒也不存在對自己的徑向幾何中心線。