專利名稱：自起動單相整距繞組永磁磁阻電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種帶永磁的磁阻電機，它有單相整距繞組，定子極具有階梯，可不需輔助起動設(shè)備實現(xiàn)雙向自起動。
在一般的永磁電機中，永磁體和繞組是分別放置在定子和轉(zhuǎn)子上的，美國專利US00567295A提出了一種永磁體靜止的雙凸極磁阻電機。它的繞組和永磁體都放在定子上，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，適合于高速運行，且具有較高的效率和轉(zhuǎn)矩潛力。但該電機有兩個不足之處繞組是繞在定子極上的短距繞組，有一半的槽中的繞組電流方向相反，產(chǎn)生的磁動勢互相抵消，造成了繞組用銅的浪費。
由于存在轉(zhuǎn)矩為零的位置，在作為電動機時不能實現(xiàn)可靠起動。
本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種新的定子極結(jié)構(gòu)，以解決單相帶永磁的磁阻電機的起動問題，同時設(shè)計合理的繞組排列型式以提高電機的效率。
本實用新型提出的自起動單相整距繞組永磁磁阻電機，由定子1和轉(zhuǎn)子6兩部分組成。轉(zhuǎn)子有6的倍數(shù)個均勻分布的凸極7。定子有4的倍數(shù)個均勻分布的凸極2，定子極靠近氣隙部分呈階梯形狀；定子的軛部3間隔放置永磁體4，永磁體4的極性從圓周看是交錯分布的；在不靠永磁體4的槽中放置繞組5線圈邊，所有線圈連接成一相繞組。
本實用新型所說的自起動單相整距繞組永磁磁阻電機的原理。由于永磁體的存在及電機的凸極效應(yīng)，沒有電流時的繞組磁鏈(繞組空載磁鏈)隨轉(zhuǎn)子位置呈周期性變化。以

圖1所示的電機方案為例，它的變化周期是60度機械角；圖2為繞組空載磁鏈在一個周期隨轉(zhuǎn)子位置變化曲線。這里規(guī)定圖1所示的轉(zhuǎn)子位置為0度，轉(zhuǎn)子位置逆時針方向為正。是當(dāng)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時時，在繞組的兩端會感生出電動勢，圖3為轉(zhuǎn)子在恒速轉(zhuǎn)動時，繞組兩端的電動勢波形。如果繞組中的電流與感應(yīng)電動勢同相位，則電機發(fā)出電能，工作在發(fā)電機狀態(tài)。如果繞組電流與感應(yīng)電動勢反相位，則電機吸收電能，工作在電動機狀態(tài)。
在感應(yīng)電動勢為0的位置，電機的電磁轉(zhuǎn)矩也為0，當(dāng)作為電動機運行時，一個周期中有兩個位置不能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，在這兩個位置，電機是不能起動的。但是由于定子極設(shè)計成階梯形，電流為0時的磁場儲能(空載磁場儲能)隨轉(zhuǎn)子位置變化，圖4為一個周期中空載磁場儲能隨轉(zhuǎn)子位置的變化曲線。根據(jù)最小勢能原理，轉(zhuǎn)子靜止時將處于磁場儲能最小(0度)的位置，在此位置當(dāng)繞組中有電流時將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩的方向?qū)⑷Q與電流的方向。因此，由于定子極被設(shè)計成階梯形，電機作為電動機運行時可實現(xiàn)正反方向的起動。
由于本實用新型所提出的自起動單相整距繞組永磁磁阻電機，只有一半的定子槽中放有繞組，故其定子繞組比現(xiàn)有技術(shù)中的電機繞組少一倍，節(jié)省了繞組用銅量。另外，該電機既可作為發(fā)電機，也可作為電動機，作為電動機使用時能實現(xiàn)可靠起動。該電機結(jié)構(gòu)簡單、可雙向起動，具有較高的效率。
圖1具有4個定子極和6個轉(zhuǎn)子極的單相整距繞組永磁磁阻電機；圖2本實用新型所說電機一個周期內(nèi)的空載繞組磁鏈隨轉(zhuǎn)子位置變化曲線；圖3本實用新型所說電機在恒定轉(zhuǎn)速時的空載感應(yīng)電動勢波形；圖4本實用新型所說電機一個周期內(nèi)的空載磁場儲能隨轉(zhuǎn)子位置變化曲線；圖5可用于單相整距繞組永磁磁阻電機的典型控制主電路；圖6據(jù)有4個定子極和6個轉(zhuǎn)子極的外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)單相整距繞組永磁磁阻電機。
圖7具有8個定子極和12個轉(zhuǎn)子極的單相整距繞組永磁磁阻電機；圖1所示為本實用新型的首選方案的電機的截面圖。電機由定子1和轉(zhuǎn)子6兩部分組成。轉(zhuǎn)子2由軟磁材料構(gòu)成，有6個均勻分布的凸極7；定子1由軟磁材料構(gòu)成的鐵心、永磁材料構(gòu)成的永磁體4和導(dǎo)電材料構(gòu)成的繞組5組成。
定子鐵心有4個均勻分布的凸極2，永磁體4放置在定子鐵心的軛部3，繞組5線圈邊放置在鐵心的徑向相對的一對槽中。定子極設(shè)計成階梯形狀，相鄰的兩個定子極的階梯關(guān)于它們的槽中心線對稱。
本實用新型所說的單相整距繞組永磁磁阻電機，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子在外部的方案也是可行的。圖6為這種方案的一個實例，它的轉(zhuǎn)子6在定子1的外部，有6個凸極7；定子1與固定軸相連，有4個凸極2，有兩個分段，兩塊永磁體4放置在兩個分段之間，與每個分段的接觸的永磁體4表面的極性是相同的；兩個槽中的導(dǎo)體繞成兩個對稱的線圈，兩個線圈可串聯(lián)或并聯(lián)組成一相繞組。定子極呈階梯型，該結(jié)構(gòu)的電機由于定子半徑小于轉(zhuǎn)子半徑，繞組5的端部長度較小，可節(jié)約繞組的端部用銅量。
實際上，本實用新型所說的單相整距繞組永磁磁阻電機，對任何4/6定子/轉(zhuǎn)子極數(shù)配合的倍數(shù)的方案都是可行的。例如，圖7所示為一8/12極配合的實例。它的定子1有8個凸極2，轉(zhuǎn)子6有12個凸極7。永磁體4的塊數(shù)相應(yīng)為4。定子1有四個相似的分段，每個分段上有兩個凸極2。四塊永磁體4放在四個定子分段之間，每個分段的末段所對的永磁體4的極性是相同的。四個槽中的導(dǎo)體組成四個線圈，這四個線圈可串聯(lián)或并聯(lián)成一相繞組，繞組或線圈的端部沒有交叉。定子極呈階梯型。
該電機電磁轉(zhuǎn)矩的大小是通過控制繞組中的電流大小實現(xiàn)的，為了控制繞組中的電流，電機通過開關(guān)元件供電。圖5為一個典型的電機供電的主電路原理圖，它有四個可控功率開關(guān)元件T1、T2、T3、T4和四個功率二極管D1、D2、D3、D4。當(dāng)開關(guān)元件T1和T4導(dǎo)通時，繞組中將流過正向電流，當(dāng)開關(guān)元件T2和T3導(dǎo)通時，繞組中將流過反向電流，二極管是為了在可控開關(guān)元件關(guān)斷后續(xù)流用的。
圖2為繞組空載磁鏈在一個周期隨轉(zhuǎn)子位置變化曲線。其中縱坐標(biāo)為磁鏈ψ/Wb，橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)子位置θ/°。
圖3為轉(zhuǎn)子在恒速轉(zhuǎn)動時，繞組兩端的電動勢波形。其中縱坐標(biāo)為感應(yīng)電動勢/V，橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)子位置θ/°。
圖4為一個周期中空載磁場儲能隨轉(zhuǎn)子位置的變化曲線。其中縱坐標(biāo)為磁場儲能/J，橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)子位置θ/°。
權(quán)利要求1．一種自起動單相整距繞組永磁磁阻電機，由定子(1)和轉(zhuǎn)子(6)兩部分組成，其特征在于，轉(zhuǎn)子有(6)的倍數(shù)個均勻分布的凸極(7)。定子有(4)的倍數(shù)個均勻分布的凸極(2)，定子極靠近氣隙部分呈階梯形狀；定子的軛部(3)間隔放置永磁體(4)，在不靠永磁做(4)的定子槽中放置繞組(5)線圈邊，繞組跨過兩個定子極，所有線圈連接成一相繞組。
2．按照權(quán)利要求1所述的自起動單相整距繞組永磁磁阻電機，其特征在于定子在轉(zhuǎn)子的外部。
3．按照權(quán)利要求1所述的自起動單相整距繞組永磁磁阻電機，其特征在于定子在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部。
4．按照權(quán)利要求1所述的自起動單相整距繞組永磁磁阻電機，其特征在于相鄰的定子極的階梯關(guān)于槽中心線對稱。
5．按照權(quán)利要求1所述的自起動單相整距繞組永磁磁阻電機，其特征在于永磁體個數(shù)為定子極數(shù)的一半。
6．按照權(quán)利要求1所述的自起動單相整距繞組永磁磁阻電機，其特征在于圓周上相鄰的永磁體的極性是相反的。
專利摘要本實用新型為一種自起動單相整距繞組永磁磁阻電機,由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。轉(zhuǎn)子有6的倍數(shù)個均勻分布的凸極;定子有4的倍數(shù)個均勻分布的凸極,定子極靠近氣隙部分呈階梯形狀;定子的軛部間隔放置永磁體,在不靠永磁體的定子槽中放置繞組線圈邊,所有線圈連接成一相繞組。該電機具有結(jié)構(gòu)簡單、可雙向起動,具有較高的效率的優(yōu)點。
文檔編號H02K37/02GK2432725SQ00230258
公開日2001年5月30日 申請日期2000年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月27日
發(fā)明者詹瓊?cè)A, 邊敦新 申請人:華中科技大學(xué)