專利名稱：一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電動機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，具體的說，涉及一種6相開關(guān) 磁阻電動機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年，開關(guān)磁阻電動機(jī)技術(shù)在國內(nèi)外得到越來越廣泛的應(yīng)用。
開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)主要由電動機(jī)、功率電路、角位移傳感器和 控制電路4部分構(gòu)成。
開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的電動機(jī)部分結(jié)構(gòu)型式很多，常用的結(jié)構(gòu)有 2相4/2極、3相6/4極、3相12/8極、4相8/6極、5相10/8極。不 同的結(jié)構(gòu)型式具有不同的性能特點，并適用于不同的應(yīng)用場合。 一般 地說，相數(shù)越少，電動機(jī)系統(tǒng)的組成各部分的結(jié)構(gòu)就越簡單，成本越 低，但是其某些功能和性能指標(biāo)也越低。
其中，2相系統(tǒng)只能做單方向轉(zhuǎn)動，無法適應(yīng)一般工業(yè)應(yīng)用的要 求，因此作為工業(yè)用途，開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)一般至少需要3相以上 的系統(tǒng)。近年來3相12/8極系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點是相數(shù)較 少，成本較低，其主要性能指標(biāo)，如電動機(jī)單位體積的功率、系統(tǒng)效 率等也較高。但是，由于其相數(shù)較少，轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲仍然較大。
因此，如果在不增加系統(tǒng)復(fù)雜程度和成本的條件下，進(jìn)一步提高 系統(tǒng)性能是十分有意義的。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種基于現(xiàn)有3相12/8極磁阻電動 機(jī)系統(tǒng)的新型的6相開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，以改善或提高其轉(zhuǎn)矩脈動 和噪聲的性能。
本實用新型的技術(shù)方案為
一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，包括開關(guān)磁阻電動機(jī)、功率電路、
角位移傳感器和控制電路，其特征在于所述開關(guān)磁阻電動機(jī)為6相
繞組開關(guān)磁阻電動機(jī)。
所述的6相繞組開關(guān)磁阻電動機(jī)為定轉(zhuǎn)子雙凸極，其中定子極數(shù) 為12，轉(zhuǎn)子極數(shù)為10，且每個定子極上嵌有一線圈，其中任意兩個 相對極上的線圈相連接構(gòu)成1相繞組，各相繞組的尾端相連接構(gòu)成中 點，繞組頭部接至所述功率電路的各橋臂上。
所述繞組中點為懸空設(shè)置或與整流電路中點相接。 所述定子各相繞組單獨通電時，其兩端凸極極性為同極性或異極性。
所述功率電路包括逆變電路，所述逆變電路包括有6個橋臂，每 一橋臂均包含有一功率開關(guān)元件和一續(xù)流二極管，其中3個橋臂的功 率開關(guān)元件與直流電源正極相連，二極管與直流電源負(fù)極相連；另外 3個橋臂的功率開關(guān)元件與直流電源負(fù)極相連，二極管與直流電源正
極相連。
所述功率電路為交流供電時，還包括整流電路。
所述整流電路具有中點。
所述整流電路中點與外部電源相接。
所述角位移傳感器包括一 10齒齒盤以及3個基于光電、霍爾、 電磁或電容原理的傳感元件，所述齒盤其齒和槽各為T/2;所述3只
傳感元件的間距為T/3或T/6,其中T為齒盤齒距。 所述齒盤涂敷有透光或反光的材料。
本實用新型的技術(shù)效果在于
本實用新型在已有的3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基 本不增加其復(fù)雜程度和成本，實現(xiàn)了 6相12/10極開關(guān)磁阻電動機(jī)系 統(tǒng)。在保持電動機(jī)定子凸極和繞組線圈數(shù)量不變的前提下，僅僅通過 改變繞組線圈間的連接方式，將現(xiàn)有的3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng) 的圓周方向每4個繞組線圈相連接組成1相繞組，改為圓周方向上任 意兩相對的繞組線圈相連接構(gòu)成1相繞組，就簡便地實現(xiàn)了定子繞組 6相結(jié)構(gòu)。同時將轉(zhuǎn)子由8個凸極改為IO個凸極。
功率電路通過對現(xiàn)有的功率開關(guān)元件和續(xù)流二極管改變其連接 方式，并通過將角位移傳感器的齒盤的8個齒變?yōu)镮O個齒，控制電 路在原有3路輸出信號的基礎(chǔ)上，新增3路相位差為T/2的輸出信號。
綜上所述，本實用新型的6相12/10極開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)與現(xiàn) 有的3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)相比，相數(shù)增至2倍，因此其每轉(zhuǎn) 的換向次數(shù)隨之大幅增加，由24次增加至60次，同時通電的相數(shù)增加，故本實用新型在保持原有3相系統(tǒng)優(yōu)點的情況下，電機(jī)運行的轉(zhuǎn) 矩脈動大大降低，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性提高，噪聲降低。
圖1為現(xiàn)有3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的電動機(jī)示意圖2為現(xiàn)有3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的功率電路示意圖3a為本實用新型電動機(jī)各相繞組同極設(shè)置的示意圖3b為本實用新型電動機(jī)各相繞組異極設(shè)置的示意圖4為本實用新型電動機(jī)繞組示意圖5為本實用新型整流電路無中點功率電路示意圖6a為本實用新型整流電路中點M不外接時功率電路示意圖6b為本實用新型整流電路中點M與外部電源零線N相連接時
功率電路示意圖7為現(xiàn)有3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的角位移傳感器結(jié)構(gòu)示 意圖8為圖7所示傳感器輸出波形圖9為現(xiàn)有3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的控制電路輸出波形； 圖IO為本實用新型磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的控制電路輸出波形。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步說明。
圖1為現(xiàn)有3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的電動機(jī)示意圖。其定 子鐵芯1 '上設(shè)置有12個凸極，每個凸極上嵌有一個線圈。其中圓 周均分的4個凸極上的線圈相連接(可釆取串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián))構(gòu)成 l相繞組，分別為a、 b、 c，共3相繞組。圖中只畫a相繞組，其繞 組端為A,、 A2，該繞組端.A,、 A2與其余兩相繞組端B,、 B2、 Q、 C2分別接至功率電路(如圖2所示)。當(dāng)功率電路給各相繞組供電時， 12個凸極的極性依次為N、 S間隔排列。其中轉(zhuǎn)子鐵芯2 '上設(shè)置有 8個凸極，且其上無繞組。
圖2為現(xiàn)有3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)采用交流電源供電時的 功率電路示意圖。其中整流元件Vp和電解電容器C構(gòu)成整流電路， 圖中其余部分為逆變電路，逆變電路由獨立的3相半橋電路(a、 b、 c相)構(gòu)成，每相半橋電路由2只功率開關(guān)元件(如a相的SA、 SA ')及2只二極管(如a相的Va、 Va')構(gòu)成。當(dāng)每相的2只功率 開關(guān)元件導(dǎo)通時，給同一相的電動機(jī)繞組供電；當(dāng)每相的2只功率開 關(guān)元件斷開時，該相繞組斷電并通過2只二極管續(xù)流。整流電路的作 用是將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，并給逆變電路供電。
當(dāng)采用直流電源供電時，可省略整流電路中整流元件Vp。
圖3 a為本實用新型電動機(jī)各相繞組同極設(shè)置的示意圖；圖3b 為本實用新型電動機(jī)各相繞組異極設(shè)置的示意圖。定子鐵芯1與3相 12/8極電動機(jī)的定子鐵芯1 '相同，但是該鐵芯1上圓周相對的2個 凸極上的線圈相連接(串聯(lián)或并聯(lián))構(gòu)成1相繞組，分別為a、 b、 c、 d、 e、 f ，共6相繞組，圖中只標(biāo)示出a相繞組，其繞組端為A,、 A2，其余5相繞組端分別為B^ B2、 d、 C2、 D!、 D2、 E,、 E2、 F,、 F2，其中A2、 B2、 C2、 D2、 E2、 F2分別為各相繞組的尾端且相互連接 構(gòu)成中點M (如圖4所示)，中點M可以與功率電路中裂相電容器中 點相接(見圖6)，也可懸空不接(見圖5)。 6相繞組的頭端(A,、 B,、 d、 Dp E,、 F。分別接至功率電路的6個橋臂。
6相繞組的連接方式如圖4所示。圖3a中，各相繞組單獨通電 時，其兩端凸極具有相同的磁極性(如A相為2個N極)。圖3b中， 通過改變各相繞組兩端凸極上的線圈的連接方式，使得各相繞組單獨 通電時，其兩端凸極具有相異的磁極性(如A相兩端磁極為N、 S極 相對)。
轉(zhuǎn)子鐵芯2上有10個凸極，其上無繞組。
圖5為本實用新型整流電路無中點功率電路示意圖。其所示整流 電路單元與圖2所示整流電路單元相同，為無中點M的整流電路。
此時整流電路單元不接繞組。
圖6a為本實用新型整流電路有中點M但不外接電源時功率電路 示意圖。圖6b為本實用新型整流電路有中點M且與外部電源零線N 相連接時功率電路示意圖。當(dāng)采用交流供電時，功率電路均由整流電 路單元和逆變電路單元組成。其中整流電路均采用2只裂相電容器 d、 C2，其中點M與電動機(jī)繞組公共點M相連接。所不同的是，圖 6a中，整流電路的中點M不外接電源，圖6b中，整流電路的中點M 與外部電源零線N相接。
當(dāng)采用直流電源供電時，省略整流電路中整流元件Vp即可。
逆變電路由獨立的6個橋臂電路組成，每個橋臂包括1只功率開 關(guān)元件(分別為SA、 SB、 Sc、 Sd、 Se、 Sf)和1只二極管(分別為 VA、 VB、 Vc、 VD、 VE、 VF)。其中a、 c、 e相3個橋臂的功率開關(guān) 元件與直流電源正極相連，閉合時為繞組提供流入的電流，斷開時通 過二極管續(xù)流。b、 d、 f相的3個橋臂的功率開關(guān)元件與直流電源負(fù) 極相連，閉合時為繞組提供流出的電流，斷開時同樣通過二極管續(xù)流。
圖7為現(xiàn)有3相12/8極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)的角位移傳感器結(jié)構(gòu)示 意圖。其主要由1個與電動機(jī)軸同時轉(zhuǎn)動的8齒齒盤3 '和3只裝在 電動機(jī)定子或端蓋上的傳感元件C,、 C2、 C3，組成。齒盤3^的齒和 槽各占一半齒距T，而3只傳感元件C，、 C2、 C3的間距為T/3。當(dāng)齒 盤3'逆時針轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生出的輸出信號如圖8所示，所示3路信號 間相位互差T/3，將這3路信號送至控制電路，用于控制功率電路的 3相半橋電路給電動機(jī)的3相繞組供電。
同理，本實用新型的6相12/10極磁阻電動機(jī)系統(tǒng)可以采用與圖 7所示相類似的角位移傳感器，其變化僅僅在于將其齒盤3'8齒改 為10齒，且齒盤的齒和槽均占半個齒距T， 3只傳感元件C,、 C2、 C3 的間距為T/3或T/6，其輸出信號如圖8所示信號相同。分析圖8所 示3路信號可知，其實際上是每T/6產(chǎn)生一次狀態(tài)變化，因此可以利 用該組信號控制功率電路的6個橋臂功率開關(guān)元件，給電動機(jī)的6相 繞組供電。傳感元件C,、 C2、 C3是基于光電、霍爾、電磁或電容等原 理的傳感元件，齒盤可以為同一材料并采用適當(dāng)幾何形狀結(jié)構(gòu)，也可 以為由不同材料構(gòu)成或者是涂復(fù)有不同的透光或反光的材料構(gòu)成。說明書第8/8頁控制電路的主要功能是根據(jù)傳感器信號產(chǎn)生出控制功率開關(guān)元
件的控制信號。如圖9所示為3相12/8極系統(tǒng)控制電路產(chǎn)生的3路 控制信號，其中信號K!用于控制圖2中功率開關(guān)元件SA、 SA、信 號K2用于控制SB、 Sb '，信號1(3用于Sc、 Sc '。如圖10所示為本實 用新型3相12/10極系統(tǒng)控制電路產(chǎn)生的6路控制信號，其中3路信 號K,、 K2、 K3與圖9完全相同，另外3路信號與前3路信號互差T/2 相位(如K:與Id差T/2)，因此，信號的產(chǎn)生對控制電路而言十分 方便。根據(jù)圖10中6路信號的相位關(guān)系，依其相序依次排列為K,、 K3 ' 、 K2、 K, ' 、 K3、 K2 '，因此用K,信號控制圖5中功率開關(guān)元件 SA，信號K3 '控制SB，信號K2控制Sc，信號K,'控制SD，信號K3 控制SE，信號K2 '控制SF，便可使本實用新型的6相12/10極系統(tǒng) 正常工作。
以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來說，依據(jù)本實用新型的發(fā)明精神和原理，還可以做出 很多的變型和改進(jìn)，但這些變型和改進(jìn)均將落入本實用新型的保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求1.一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，包括開關(guān)磁阻電動機(jī)、功率電路、角位移傳感器和控制電路，其特征在于所述開關(guān)磁阻電動機(jī)為6相繞組開關(guān)磁阻電動機(jī)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，其特征在于 所述的6相繞組開關(guān)磁阻電動機(jī)為定轉(zhuǎn)子雙凸極，其中定子極數(shù) 為12，轉(zhuǎn)子極數(shù)為10，且每個定子極上嵌有一線圈，其中任意兩 個相對極上的線圈相連接構(gòu)成1相繞組，各相繞組的尾端相連接 構(gòu)成中點，繞組頭部接至所述功率電路的各橋臂上。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述繞組中點為懸空設(shè)置或與整流電路的中點相接。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述定子各相繞組單獨通電時，其兩端凸極磁極極性為同極性或 異極性。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述功率電路包括逆變電路，所述逆變電路包括有6個橋臂，每 一橋臂均包含有一功率開關(guān)元件和一續(xù)流二極管，其中3個橋臂的功率開關(guān)元件與直流電源正極相連，二極管與直流電源負(fù)極相連；另外3個橋臂的功率開關(guān)元件與直流電源負(fù)極相連，二極管與直流電源正極相連。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述功率電路為交流供電時，還包括整流電路。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，其特征在于 所述整流電路具有引出的中點。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，其特征在于 所述整流電路中點與外部電源相接。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，其特征在于 所述角位移傳感器包括一10齒齒盤以及3個基于光電、霍爾、電磁或電容原理的傳感元件，所述齒盤其齒和槽各為T/2;所述3只 傳感元件的間距為T/3或T/6，其中T為齒盤齒距。
10. 如權(quán)利要求9所述的一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述齒盤涂敷有透光或反光的材料。
專利摘要本實用新型提供了一種新型開關(guān)磁阻電動機(jī)系統(tǒng)，包括開關(guān)磁阻電動機(jī)、功率電路、角位移傳感器和控制電路，其特征在于所述開關(guān)磁阻電動機(jī)為6相繞組開關(guān)磁阻電動機(jī)。本實用新型在保持原有3相系統(tǒng)優(yōu)點的情況下，使得電機(jī)運行的轉(zhuǎn)矩脈動大大降低，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性提高，噪聲降低。
文檔編號H02K29/06GK201063514SQ200620023249
公開日2008年5月21日 申請日期2006年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者裘錦灼, 超 高 申請人:北京中紡銳力機(jī)電有限公司