一種永磁型單相開關磁阻電機及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電機領域，特別涉及一種輸入能量可重復利用的永磁型單相開關磁阻電機及其控制方法。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的二相開關磁阻電機的定、轉子均為凸極結構，且定、轉子鐵芯齒數相等，定、轉子鐵芯為單段鐵芯，通過對定子繞組依次通電，即可使定子極與轉子極相互作用產生轉矩，因而其結構簡單，運行可靠。
[0003]而在常規(guī)的單相開關磁阻電機中，由于要考慮電機的啟動問題，一般都需要對電機的轉子的凸極做變形處理，以使電機能夠實現自行啟動的目的。但轉子的凸極變形后已不再是原有意義上的雙凸極結構，因而也會喪失或削弱傳統(tǒng)雙凸極開關磁阻電機所特有的特性，其控制特性也會發(fā)生改變，而且這種電機也不能實現雙向運轉;此外，傳統(tǒng)的單相開關磁阻電機存在輸出轉矩波動大、輸出轉矩密度低，不能產生連續(xù)轉矩的輸出等缺點。
[0004]此外，如圖1所示，在傳統(tǒng)的單相開關磁阻電機的控制系統(tǒng)中，電機換向時定子繞組中原有的能量需要得到釋放，其采用的方法為:將定子繞組中所存儲的剩余的能量以續(xù)流或強迫換向的方式回饋電源，但此時該部分剩余的能量不僅不能做有用功，反而還會形成無功電流，因而不僅會降低電機的功率因數，甚至還可能對電機的運行造成影響。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:針對上述存在的問題，提供一種能夠對輸入的能量實現重復利用，從而提高輸入能量的轉換效率，以達到有效節(jié)能目的，并且可以實現電機雙向運行的永磁型單相開關磁阻電機及其控制方法。
[0006]本發(fā)明的技術方案是這樣實現的:一種永磁型單相開關磁阻電機，其特征在于:包括電機輸出軸、控制系統(tǒng)以及至少一組電樞裝置，所述電樞裝置包括定子和轉子，所述定子和轉子的凸極之間為氣隙，所述轉子固定套接在電機輸出軸外周，所述定子上的凸極數量與轉子上的凸極數量一致，在所述定子的凸極部位安裝有定子電磁繞組，相鄰的定子電磁繞組的繞制方向相異，第一個定子電磁繞組的頭和最后一個定子電磁繞組的尾分別與控制系統(tǒng)的功率電路輸出端相連接，當定子電磁繞組中有電流流過時，相鄰各定子凸極所產生的磁場極性相異，在所述轉子的凸極部位嵌裝有永磁體，所述永磁體的充磁方向為徑向，所述轉子中相鄰的各凸極所嵌裝的永磁體的極性相異，當定子和轉子的凸極重合時，則構成閉合的磁場回路。
[0007]本發(fā)明所述的永磁型單相開關磁阻電機，其所述電樞裝置為兩組，即所述永磁型單相開關磁阻電機的定子由前段定子鐵芯和后段定子鐵芯組成，所述轉子由前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯組成，前、后段所包含的定子、轉子鐵芯各自構成獨立且自行閉合的磁場回路；
所述前段定子鐵芯和后段定子鐵芯的凸極數量相等，且兩段定子鐵芯之間留有間隙，所述前段定子鐵芯和后段定子鐵芯中的凸極部位按交叉定位布置，即前段定子鐵芯的凸極中心線與后段定子鐵芯的凹部中心線相對應，所述前段定子鐵芯上的定子電磁繞組與后段定子鐵芯上的定子電磁繞組共同組成單相電機的定子電磁繞組；
所述前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯的凸極數量相等，且與對應定子鐵芯上的凸極數量相同，所述前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯之間留有間隙，所述前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯中凸極的中心線在同一直線上；
當前段定子鐵芯中的凸極部位中心線與前段轉子鐵芯中的凸極部位中心線對應時，后段轉子鐵芯中的凸極部位中心線與后段定子鐵芯的凹部中心線相對應，所述前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯均安裝在電機輸出軸上，且與電機輸出軸同步轉動。
[0008]本發(fā)明所述的永磁型單相開關磁阻電機，其所述電樞裝置為兩組，即所述永磁型單相開關磁阻電機的定子由前段定子鐵芯和后段定子鐵芯組成，所述轉子由前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯組成，前、后段所包含的定子、轉子鐵芯各自構成獨立且自行閉合的磁場回路；
所述前段定子鐵芯和后段定子鐵芯的凸極數量相等，且兩段定子鐵芯之間留有間隙，所述前段定子鐵芯和后段定子鐵芯中的凸極部位按交叉定位布置，即前段定子鐵芯的凸極中心線與后段定子鐵芯的凹部中心線相對應，所述前段定子鐵芯上的定子電磁繞組與后段定子鐵芯上的定子電磁繞組共同組成單相電機的定子電磁繞組；
所述前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯的凸極數量相等，且與對應定子鐵芯上的凸極數量相同，所述前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯之間留有間隙，所述前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯中的凸極部位按交叉定位布置，即前段轉子鐵芯的凸極中心線與后段轉子鐵芯的凹部中心線相對應；
當前段定子鐵芯中的凸極部位中心線與前段轉子鐵芯中的凸極部位中心線對應時，后段轉子鐵芯中的凸極部位中心線與后段定子鐵芯的凸極部位中心線也對應，所述前段轉子鐵芯和后段轉子鐵芯均安裝在電機輸出軸上，且與電機輸出軸同步轉動。
[0009]本發(fā)明所述的永磁型單相開關磁阻電機，其所述定子和轉子的對應關系是內轉子結構或者是外轉子結構。
[0010]本發(fā)明所述的永磁型單相開關磁阻電機，其所述控制系統(tǒng)中設置有極性檢測電路及位置檢測電路。
[0011]本發(fā)明所述的永磁型單相開關磁阻電機，其所述控制系統(tǒng)中設置有儲能電容電流檢測電路。
[0012]本發(fā)明所述的永磁型單相開關磁阻電機，其所述功率電路為采用四個開關管Ql、Q2、Q3、Q4構成的H橋電路，每個橋臂由上管和下管構成，任一橋臂的上管與對應橋臂的下管構成一組，同時導通或截止，兩個橋臂上都設置有至少一個隔離二極管，兩個橋臂的輸出端與定子繞組的二端相連接，還分別連接有續(xù)流二極管，并通過續(xù)流二極管與儲能電路相連接，儲能電路可以由單個儲能元件構成，也可以由復合儲能元件共同構成。
[0013]本發(fā)明所述的永磁型單相開關磁阻電機，其所述H橋電路中的定子繞組L兩端分別與續(xù)流二極管D5和續(xù)流二極管D6連接，所述續(xù)流二極管D5、D6通過隔離二極管D7、D8與開關管Q1、Q3連接，電源E分別通過隔離二極管D9、D10與開關管Q1、Q3連接，所述定子繞組L分別通過續(xù)流二極管D5、D6以及下管中的保護二極管D2、D4，在開關管截止狀態(tài)下與儲能電容C構成充電回路，所述儲能電容C在任一組開關管導通的狀態(tài)下都可向定子繞組L放電。
[0014]—種永磁型單相開關磁阻電機的控制方法，其特征在于:當電機的轉子轉到預定的位置時，位置檢測電路給出控制信號，通過控制系統(tǒng)的控制電路驅動開關管Q1、Q4導通，定子繞組L中的電流開始上升，其產生電流的方向為由左至右，當定子繞組L中的電流達到限定的數額時，將開關管Q1、Q4截止，由于定子繞組L中的電流不能突變，因此定子繞組L中的電流由定子繞組L的右端B—D6—F點定子繞組L的左端A向儲能電容C充電，將定子繞組L中的磁場能量轉換為儲能電容C的電場能量，當定子繞組L中電流變?yōu)镺時，這時定子繞組L中的磁場能量全部轉換為儲能電容C的電場能量，在儲能電容C的兩端出現上正下負，UC的幅度達到峰值電壓，由于隔離二極管的作用，儲能電容C不能向定子繞組L放電，也不能向電源E放電；
當到達預定的狀態(tài)切換位置時，控制電路驅動開關管Q3、Q2導通，電源電壓經D10—Q3—B4L—A4Q24地構成回路，給定子繞組L通電，而