專利名稱：分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種磁路零部件領(lǐng)域，具體是一種分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor, SRM)源于19世紀(jì)40年代的磁阻式電機(jī)，大功率晶閘管的發(fā)明和使用，使得開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)美國(guó)學(xué)者
S.A. Nasar的總結(jié)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的主要特征有開(kāi)關(guān)性和磁阻性。開(kāi)關(guān)性是指電機(jī)必須工作在一種連續(xù)的開(kāi)關(guān)模式；磁阻性是指它是一種雙凸極電機(jī)，定子和轉(zhuǎn)子具有可變磁阻回路。其主要優(yōu)點(diǎn)有電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可高速運(yùn)轉(zhuǎn)；各相之間獨(dú)立工作，系統(tǒng)可靠性高；功率電路簡(jiǎn)單，安全可靠。正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、家用電器、航空航天系統(tǒng)和通用工業(yè)系統(tǒng)等。、然而，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)同樣也存在著一些自身的不足和缺點(diǎn)，一方面，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是磁阻式電機(jī)，其能量轉(zhuǎn)換密度低于電磁式電機(jī)；另一方面，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，通常轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的典型值為15%左右。能量密度低，必然導(dǎo)致能耗增加，而較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)帶來(lái)噪聲和振動(dòng)等一系列問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN101483370，
公開(kāi)日2009_7_15，記載了一種雙定轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，定子和轉(zhuǎn)子鐵芯均由兩段組成，兩段定子錯(cuò)開(kāi)360p/2Ns度電角度安裝，其中P為定子磁極的極對(duì)數(shù)，Ns為定子磁極數(shù)；兩段轉(zhuǎn)子錯(cuò)開(kāi)360/2Nr，其中Nr為轉(zhuǎn)子磁極數(shù)。但該現(xiàn)有技術(shù)增加的內(nèi)部傳感器和電刷，使電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也降低了電機(jī)的可靠性。中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN102497037，
公開(kāi)日2012_6_13，記載了一種定轉(zhuǎn)子分段式分組串列的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯上分別設(shè)置有相互對(duì)應(yīng)的定子段組與轉(zhuǎn)子段組，數(shù)量至少2個(gè)，各段有一定的角度差。但該現(xiàn)有技術(shù)將各段集成在同一個(gè)機(jī)體或鐵芯上，造成各段之間耦合或互感干擾，將有可能使電機(jī)工作不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，模塊化設(shè)計(jì)，易維修更換，能夠輸出平衡轉(zhuǎn)矩，控制電路簡(jiǎn)單可靠，并能提高能效。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括主軸、至少2段定子、設(shè)置于主軸上的至少2段轉(zhuǎn)子和隔磁板，其中各段定子和各段轉(zhuǎn)子之間分別設(shè)有隔磁板且各段定子和轉(zhuǎn)子分別繞軸向360°均布。所述的各段定子的極數(shù)相同，各段轉(zhuǎn)子的極數(shù)相同。所述的主軸由后端軸承和前端軸承設(shè)置于電機(jī)殼體上。所述的隔磁板均通過(guò)螺釘固定于電機(jī)殼體上。所述的各定轉(zhuǎn)子段均采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，定子段之間以及轉(zhuǎn)子段之間可以互換。所述各定子段通過(guò)螺栓與相鄰隔磁板或電機(jī)殼體相連接，各轉(zhuǎn)子段通過(guò)花鍵、軸套和緊定螺釘與主軸連接。所述主軸為花鍵軸，花鍵齒數(shù)η與轉(zhuǎn)子極數(shù)m和電機(jī)段數(shù)k相關(guān)，其中n=kXm。所述電機(jī)殼體為普通鑄件，殼體內(nèi)壁整體為光孔，殼體壁上鉆有隔磁板安裝及定位孔。所述的每段定子的各相定子極分別串聯(lián)且連接于單向?qū)Я麟娐分?；所述的單向?qū)Я麟娐钒ㄋ膫€(gè)兩兩串聯(lián)的整流二極管、蓄能電容、主控晶閘開(kāi)關(guān)和導(dǎo)流晶閘開(kāi)關(guān)，其中各定子極串聯(lián)電路相互并聯(lián)，各并聯(lián)電路的一端分別連接主控晶閘開(kāi)關(guān)和導(dǎo)流晶閘開(kāi)關(guān)，整流二極管的兩個(gè)串聯(lián)電路的中間分別與交流電流的兩個(gè)輸出端相連，且兩個(gè)串聯(lián)電路以及蓄能電容相互并聯(lián)。所述的定子的段數(shù)為i段，相數(shù)為j相，各定子極串聯(lián)電路的并聯(lián)順序?yàn)榈谝欢蔚贗相一第二段第2相一第三段第3相一…第i段第j相一第一段第2相一第二段第3相—第三段第4相一…第i段第j-Ι相一……第一段第j相一第二段第j_l相一第三段第j-2相一…第i段第I相，其中i和j分別為自然常數(shù)。
有益效果本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，各段之間通過(guò)隔磁板進(jìn)行電磁隔離，使各段間干擾最??；采用無(wú)傳感器的控制方式，減少組成的原件，提高可靠性；另外，本發(fā)明通過(guò)控制電路對(duì)各段電感斷開(kāi)后產(chǎn)生的感應(yīng)電流進(jìn)行導(dǎo)流，防止制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，同時(shí)提高電機(jī)能效。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品使用效率，降低成本，增加產(chǎn)品可靠性；本發(fā)明無(wú)機(jī)械位置和角度傳感器，通過(guò)對(duì)不同段定子相繞組電壓的測(cè)量，計(jì)算出電機(jī)角度，進(jìn)而控制電機(jī)；本發(fā)明能夠有效降低輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，通過(guò)各段之間對(duì)感應(yīng)電流進(jìn)行導(dǎo)流，提高系統(tǒng)能耗效率，減少感應(yīng)電流對(duì)元器件沖擊，提高系統(tǒng)壽命；本發(fā)明可以根據(jù)要求，在分段數(shù)和電機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜度之間進(jìn)行平衡，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)模塊化電機(jī)段數(shù)，以適用各種應(yīng)用環(huán)境。


圖1為定轉(zhuǎn)子間連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電機(jī)殼體與隔磁板連接示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實(shí)施例I的轉(zhuǎn)子和定子分布示意圖；圖5為實(shí)施例I的開(kāi)關(guān)通斷時(shí)序圖；圖6為實(shí)施例I的單相導(dǎo)流電路；圖7為實(shí)施例I與傳統(tǒng)單段式電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)比圖；圖8為實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為實(shí)施例2的轉(zhuǎn)子和定子分布示意圖；圖10為實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖11為實(shí)施例2的轉(zhuǎn)子和定子分布示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本發(fā)明的各定子段A03、A06通過(guò)螺栓A04、AlO與相鄰隔磁板A05、A07或電機(jī)殼體All相連接，各轉(zhuǎn)子段A01、A08通過(guò)花鍵、軸套A02和緊定螺釘A04、A10與主軸A09連接。如圖2所示，電機(jī)殼體All為普通鑄件，殼體內(nèi)壁整體為光孔，殼體壁上鉆有隔磁板A12安裝及定位孔。
實(shí)施例I如圖3所示，本實(shí)施例為三段三相6/4式分段開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，包括主軸I、三段定子2、3、4、設(shè)置于主軸I上的三段轉(zhuǎn)子5、6、7，以及軸套13、14、15、16，其中第一至第三定子2、3、4和第一至第三轉(zhuǎn)子5、6、7之間分別設(shè)有兩個(gè)隔磁板8、9，第一至第三轉(zhuǎn)子5、6、7由四個(gè)軸套14、15、16、17進(jìn)行軸向定位。第一至第三定子2、3、4和第一至第三轉(zhuǎn)子5、6、7分別繞軸向360°均布，即第一至第三定子2、3、4之間相差20°，第一至第三轉(zhuǎn)子5、6、7之間相差30° ο所述的主軸I由后端軸承10和前端軸承11設(shè)置于電機(jī)殼體12上。所述的第一至第三定子2、3、4分別固定于電機(jī)殼體12和/或兩個(gè)隔磁板8、9上且其結(jié)構(gòu)完全相同。所述的兩個(gè)隔磁板8、9固定于電機(jī)殼體12上。所述的第一至第三轉(zhuǎn)子5、6、7結(jié)構(gòu)完全相同，中心為花鍵槽，槽數(shù)為12;所述的主軸I為花鍵軸,齒數(shù)為12 ;所述的電機(jī)殼體12內(nèi)壁為光孔、壁上鉆有螺紋孔用以定位和固定兩個(gè)隔磁板8、9以及第一至第三定子2、3、4 ；如圖4所示，本實(shí)施例共有18個(gè)定子極和12個(gè)轉(zhuǎn)子極，每個(gè)定子級(jí)占據(jù)圓周20°角，每個(gè)轉(zhuǎn)子占據(jù)圓周30°角。101和104為第一段A相定子極，102和105為第一段B相定子極，103和106為第一段C相定子極；201和204為第二段A相定子極，202和205為第二段B相定子極，203和206為第二段C相定子極；301和304為第三段A相定子極，302和305為第三段B相定子極，303和306為第三段C相定子極。111和113為第一段轉(zhuǎn)子一對(duì)轉(zhuǎn)子極，112和114為第一段轉(zhuǎn)子另一對(duì)轉(zhuǎn)子極；211和213為第二段轉(zhuǎn)子一對(duì)轉(zhuǎn)子極，212和214為第二段轉(zhuǎn)子另一對(duì)轉(zhuǎn)子極；311和313為第三段轉(zhuǎn)子一對(duì)轉(zhuǎn)子極，312和314為第三段轉(zhuǎn)子另一對(duì)轉(zhuǎn)子極。所述的每段定子的各相定子極分別串聯(lián)且連接于單向?qū)Я麟娐分?；所述的單向?qū)Я麟娐钒ㄋ膫€(gè)整流二極管402、403、404、405、蓄能電容406、主控晶閘管開(kāi)關(guān) 407、409、411、413 和導(dǎo)流晶閘開(kāi)關(guān) 408、410、412、414、408、409、410、411、412、413、414，其中整流二極管402、404和403、405兩兩串聯(lián)，各定子極串聯(lián)電路相互并聯(lián)，各并聯(lián)電路的一端分別連接主控晶閘管開(kāi)關(guān)407、409、411、413和導(dǎo)流晶閘開(kāi)關(guān)408、410、412、414，整流二極管的兩個(gè)串聯(lián)電路的中間分別與交流電流401的兩個(gè)輸出端相連，且兩個(gè)串聯(lián)電路以及蓄能電容406相互并聯(lián)。如圖5所示為圖3所示電機(jī)結(jié)構(gòu)的一種各相開(kāi)關(guān)通斷時(shí)序圖，按照此時(shí)序圖控制電機(jī)將按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，同理，將時(shí)序圖按相反方向通斷，電機(jī)將逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。從圖中可以看到不同分段始終存在重疊工作區(qū)域，保證了電機(jī)換相時(shí)的平穩(wěn)過(guò)渡，使電機(jī)工作時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩更加穩(wěn)定。如圖6所示，所述的定子的段數(shù)為3段，相數(shù)為3相，各定子極串聯(lián)電路的并聯(lián)順序?yàn)榈谝欢蜛相101/104 —第二段B相202/205 —第三段C相303/306 —第一段B相102/105 —第二段 C 相 203/206 —第三段 A 相 301/304 —第一段 C 相 103/106 —第二段 A相 201/204 —第三段 B 相 302/305。各相之間導(dǎo)流次序?yàn)榈谝欢蜛相101/104 —第二段B相202/205 —第三段C相303/306 —第一段 B 相 102/105 —第二段 C 相 203/206 —第三段 A 相 301/304 —第一段 C相103/106 —第二段A相201/204 —第三段B相302/305 —第一段A相101/104，完成一次循環(huán)。如圖7所示為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)比圖，501為普通單段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)典型輸出轉(zhuǎn)矩曲線，502為前述三段6/4式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩曲線，503、504和505為三段6/4式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的第一段、第二段和第三段分別輸出轉(zhuǎn)矩曲線。
實(shí)施例2如圖8所示，本實(shí)施例為四段式6/4式分段開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，包括主軸601，四段定子602、603、604、605，設(shè)置于主軸I上的四段轉(zhuǎn)子606、607、608、609，以及軸套610、611、612、613、614，其中各段定子602、603、604、605和各段轉(zhuǎn)子606、607、608、609之間分別設(shè)有隔磁板 615、616、617，各段轉(zhuǎn)子 606、607、608、609 由軸套 610、611、612、613、614 軸向定位。各段定子602、603、604、605和轉(zhuǎn)子606、607、608、609分別繞軸向360°均布，即各段定子 602、603、604、605 之間相差 15。，各段轉(zhuǎn)子 606、607、608、609 之間相差 22. 5。。所述主軸601為花鍵軸，由后端軸承618和前端軸承619設(shè)置于電機(jī)殼體620上，隔磁板615、616、617由緊釘螺釘固定于電機(jī)殼體620上,定子602由螺栓612固定于電機(jī)殼體620和隔磁板617上,定子603側(cè)由螺栓固定于隔磁板617和隔磁板616上,之后的定子段依此類推固定于隔磁板或/和電機(jī)殼體620上。如圖9所示為本實(shí)施例軸向視圖，本例共有16個(gè)轉(zhuǎn)子極和24個(gè)定子極。其控制方法基本原理與實(shí)施例I相同。
實(shí)施例3如圖10所示，本實(shí)施例為二段式8/6式分段開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，包括主軸713，兩段定子708、709，設(shè)置于主軸713上的兩段轉(zhuǎn)子710、711，以及軸套704、705、706，其中定子708、709和轉(zhuǎn)子710、711之間設(shè)有隔磁板712，轉(zhuǎn)子710、711由軸套704、705、706軸向定位。定子708、709之間相差22. 5°，轉(zhuǎn)子710、711之間相差30°。所述主軸713為花鍵軸，由后端軸承704和前端軸承703設(shè)置于電機(jī)殼體701上，隔磁板712由緊釘螺釘固定于電機(jī)殼體713上,定子708由螺栓707固定于電機(jī)殼體701和隔磁板712上,定子709側(cè)由螺栓固定于隔磁板712和電機(jī)殼體701另一面上。如圖11所示為本實(shí)施例軸向視圖，本例共有12個(gè)轉(zhuǎn)子極和16個(gè)定子極。其控制方法基本原理與實(shí)施例I相同。
權(quán)利要求
1.一種分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其特征在于，包括主軸、至少2段定子、設(shè)置于主軸上的至少2段轉(zhuǎn)子和隔磁板，其中各段定子和各段轉(zhuǎn)子之間分別設(shè)有隔磁板且各段定子和轉(zhuǎn)子分別繞軸向360°均布；每段定子的各相定子極分別串聯(lián)且連接于單向?qū)Я麟娐分校? 所述的單向?qū)Я麟娐钒ㄋ膫€(gè)兩兩串聯(lián)的整流二極管、蓄能電容和主控晶閘開(kāi)關(guān)和導(dǎo)流晶閘開(kāi)關(guān)，其中各定子極串聯(lián)電路相互并聯(lián)，各并聯(lián)電路的一端分別連接主控晶閘開(kāi)關(guān)和導(dǎo)流晶閘開(kāi)關(guān)，整流二極管的兩個(gè)串聯(lián)電路的中間分別與交流電流的兩個(gè)輸出端相連，且兩個(gè)串聯(lián)電路以及蓄能電容相互并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其特征是，所述的定子的段數(shù)為i段，相數(shù)為j相，各定子極串聯(lián)電路的并聯(lián)順序?yàn)榈谝欢蔚贗相一第二段第2相一第三段第3相一…第i段第j相一第一段第2相一第二段第3相一第三段第4相一…第i段第j-1相—……第一段第j相一第二段第j_l相一第三段第j_2相一…第i段第I相，其中i和j分別為自然常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其特征是，所述的各段定子的極數(shù)相同，各段轉(zhuǎn)子的極數(shù)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其特征是，所述的主軸由后端軸承和前端軸承設(shè)置于電機(jī)殼體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其特征是，所述的隔磁板均通過(guò)螺釘固定于電機(jī)殼體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其特征是，所述的各定轉(zhuǎn)子段均采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其特征是，所述各定子段通過(guò)螺栓與相鄰隔磁板或電機(jī)殼體相連接，各轉(zhuǎn)子段通過(guò)花鍵、軸套和緊定螺釘與主軸連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，其特征是，所述主軸為花鍵軸，花鍵齒數(shù)等于轉(zhuǎn)子極數(shù)和電機(jī)段數(shù)的乘積。
全文摘要
一種磁路零部件領(lǐng)域的分段式開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，包括主軸、至少2段定子、設(shè)置于主軸上的至少2段轉(zhuǎn)子和隔磁板，各段定子和各段轉(zhuǎn)子之間分別設(shè)有隔磁板且各段定子和轉(zhuǎn)子分別繞軸向360°均布。每段定子的各相定子極分別串聯(lián)且連接于單向?qū)Я麟娐分?；單向?qū)Я麟娐钒ㄋ膫€(gè)兩兩串聯(lián)的整流二極管、蓄能電容和主控晶閘開(kāi)關(guān)和導(dǎo)流晶閘開(kāi)關(guān)，其中各定子極串聯(lián)電路相互并聯(lián)，各并聯(lián)電路的一端分別連接主控晶閘開(kāi)關(guān)和導(dǎo)流晶閘開(kāi)關(guān)，整流二極管的兩個(gè)串聯(lián)電路的中間分別與交流電流的兩個(gè)輸出端相連。本發(fā)明能夠有效降低輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，通過(guò)各段之間對(duì)感應(yīng)電流進(jìn)行導(dǎo)流，提高系統(tǒng)能耗效率，減少感應(yīng)電流對(duì)元器件沖擊，提高系統(tǒng)壽命。
文檔編號(hào)H02K16/00GK102983694SQ201210579750
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者劉成良, 王雙園, 李炳初, 貢亮, 凌曉, 李彥明 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)