[發明專利]一種無軛部相鄰定子齒間通磁型雙轉子開關磁阻電機系統

在審

• 申請號: 202010866743.2
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112054642A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 付東山;紀明理;賈澤宇;伍小杰;李小強;劉毅;謝淼;吳富強;蔡道坤;王逸飛;葉繼銘
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/12;H02K1/24;H02P25/092
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本發明公開了一種無軛部相鄰定子齒間通磁型雙轉子開關磁阻電機及驅動電路。該電機定子包括鐵芯、繞組與非導磁結構，雙轉子采用分塊式或齒級結構。定子由均勻分布的定子齒組成并以非導磁結構連接，集中式分布繞組繞于定子齒上；分塊式轉子疊壓鐵芯采用類扇形或U形，內轉子鐵芯均勻分布于定子齒內側，并內嵌于非導磁框架內部(中心處有轉軸)；外轉子鐵芯均勻分布在定子齒外側，并與內轉子關于定子齒對稱或錯開一段距離。運行時控制至少兩相通電且兩相相鄰。磁通路徑由相鄰兩相定子齒、轉子鐵芯(或轉子齒)與氣隙組成。本發明能節省材料，減小磁通路徑，提高效率和功率密度；增加繞組導通區間能減小轉矩脈動；采用取向硅鋼材料能增強導磁能力。

技術領域

本發明提出了一種無軛部的相鄰定子齒間通磁型雙轉子開關磁阻電機及其控制電路。

背景技術

開關磁阻電機遵循磁通總是要沿著磁導最大的路徑閉合的原理，由磁拉力作用產生具有磁阻性質的電磁轉矩。因此，當轉子與定子磁極的軸線不重合時，便會有磁阻力矩作用在轉子上并產生轉矩使其趨于磁阻最小的位置，這類似于磁鐵吸引鐵質物質的現象。開關磁阻電機定子只有幾個集中繞組，定子線圈嵌裝容易，端部牢固，可靠性高，而轉子上無繞組，無永磁體，可容許較大溫升，即電機具有結構簡單，成本低機械彈性好，各相定子繞組可獨立工作，電機高速運轉不易變形且功率電路簡單可靠等特點，被廣泛應用于各種高速運轉與高輸出高效率場合，是目前最有前途的電動汽車驅動電機。

然而傳統開關磁阻電機通過分別給各相繞組通電，磁通通過各相繞組形成回路，各相之間互不影響，輸出轉矩主要在各相繞組電感上升區產生。該種工作方式限制各繞組在各個轉子極距期間的工作時間上限為50%。由于開關磁阻電機的雙凸極結構、脈沖供電方式的控制特點以及磁路飽和非線性的影響，開關磁阻電機的噪聲、振動及轉矩脈動比永磁電機和異步電機都要高，其中三相開關磁阻電機轉矩脈動可達到70%以上，四相可達到50%以上，轉矩脈動大成為開關磁阻電機最為顯著的特點。另外，常規開關磁阻電機大多采用定子集中繞組，齒級轉子的結構，此結構的電機內部磁通回路較長，將造成較大的鐵耗和渦流損耗，且各繞組磁通回路路徑相互重疊，若定子或轉子某處斷裂對電機磁路影響較大，導致電機容錯能力差；同時傳統開關磁阻電機定子帶有軛部，定子軛部內的磁通方向會根據不同相的導通而發生變化，進一步加大了電機的鐵耗和渦流損耗，此時電機長時間運行容易使定子軛部發熱，這是定子有軛部電機的不足之處。由于電機內磁路在定子和轉子中存在拐向，目前市場中電機所用材料大部分都為無取向硅鋼材料，其與取向硅鋼材料相比，同樣條件下取向硅鋼單位體積的鐵耗遠遠小于無取向硅鋼，同時取向硅鋼在軋制方向的導磁性能也明顯優于無取向硅鋼。然而由于開關磁阻電機的特殊磁路結構，取向硅鋼材料還沒有在開關磁阻電機中應用。如果可以在開關磁阻電機中采用取向硅鋼材料，并充分利用取向硅鋼材料的優良特性，這樣不僅可以提高電機效率，減小電機的用料和體積，同時也將極大改善開關磁阻電機的性能。因此，對于開關磁阻電機來講，如何在提高電機轉矩密度、功率密度和效率的同時，降低電機轉矩波動，是開關磁阻電機有待解決的主要問題。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種無軛部相鄰定子齒間通磁型雙轉子開關磁阻電機系統。相比于傳統的開關磁阻電機，本發明采用了無軛部結構并改變了磁路結構。去除定子軛部節省電機材料的同時，減小了磁通路徑，使得電機損耗和體積減小，從而提高電機效率和功率密度；通過改變磁路結構使電機相鄰定子齒串聯通磁縮短磁路，同時增加了繞組導通區間，從而提高了電機的能量密度，減小轉矩脈動；繞組鐵芯上磁通方向定向可以采用取向硅鋼材料，極大減小電機損耗，增強導磁能力。為進一步提高該電機的性能，本發明提出一種適合該種電機的驅動控制電路。

為了實現上述目的，本發明采用了以下的技術方案：