專利名稱：三相同步磁阻電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機(jī)，具體是一種三相同步磁阻電動機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)磁阻電動機(jī)逐漸進(jìn)入各生產(chǎn)領(lǐng)域。開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高、損耗小，同時具有高啟動轉(zhuǎn)矩、低啟動電流的特點，特別適用于需要重載啟動和較長時間低速重載運行的機(jī)械，如電動車輛等；同時由于可進(jìn)行頻繁啟停及正反向轉(zhuǎn)換運行，開關(guān)磁阻電動機(jī)也特別適用于龍門刨床、銑床、冶金行業(yè)可逆軋機(jī)、飛鋸、飛剪等。但開關(guān)磁阻電動機(jī)也存在諸多不足一、開關(guān)磁阻電動機(jī)的材料利用率較低，以四相8/6極開關(guān)磁阻電動機(jī)為例，每個時刻只有2個定子繞組投入使用，其余6個定子繞組休息，材料利用率僅為25%;以三相12/8極開關(guān)磁阻電動機(jī)為例，每個時刻只有4個定子繞組投入使用，材料利用率僅為33. 3% ;開關(guān)磁阻電動機(jī)的定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極對齊時，為避免產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，定子磁極上的定子繞組必須斷電，導(dǎo)致在定子繞組的一個開關(guān)周期中，最多只有半個周期得到利用，即單個定子繞組的材料利用率僅為50% ;二、由于開關(guān)磁阻電動機(jī)的自身結(jié)構(gòu)所限，開關(guān)磁阻電動機(jī)的定子繞組必須采用方波電壓供電，而采用方波電壓供電會導(dǎo)致電動機(jī)運行時產(chǎn)生很高的電磁噪聲，同時導(dǎo)致電動機(jī)在低速運行時輸出脈動轉(zhuǎn)矩，即輸出轉(zhuǎn)矩不夠平滑，無法滿足應(yīng)用要求；三、由于開關(guān)磁阻電動機(jī)的機(jī)身與控制裝置構(gòu)成了一個不可分割的一體，其機(jī)身和控制裝置均無法單獨使用，在一些不需要調(diào)速控制的應(yīng)用場合，由于控制裝置的存在，往往導(dǎo)致設(shè)備成本的投入加大。因此有必要發(fā)明一種能解決開關(guān)磁阻電動機(jī)存在的上述問題的新型電動機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決開關(guān)磁阻電動機(jī)材料利用率較低、電磁噪聲較高、輸出轉(zhuǎn)矩不夠平滑、以及成本較高的問題，提供了一種三相同步磁阻電動機(jī)。 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的三相同步磁阻電動機(jī)，包括定子裝配、轉(zhuǎn)子裝配、輪殼、固定于輪殼兩端的端蓋、以及定子軸；端蓋通過軸承支撐于定子軸端部；定子裝配由固定于定子軸上的定子圈、固定于定子圈上的6N(N為大于等于2的自然數(shù))個定子磁極、以及繞在各定子磁極上的集中繞組組成；轉(zhuǎn)子裝配包括與輪殼固定的轉(zhuǎn)子圈、固定于轉(zhuǎn)子圈上的7N(N為大于等于2的自然數(shù))個轉(zhuǎn)子磁極、以及固定于轉(zhuǎn)子磁極上的永久磁體；6N個集中繞組中，每連續(xù)的六個集中繞組為一組，每一組的六個集中繞組中，第一個集中繞組的尾端與第四個集中繞組的尾端相連作為A相繞組，第二個集中繞組的首端與第五個集中繞組的首端相連作為C相繞組，第三個集中繞組的尾端與第六個集中繞組的尾端相連作為B相繞組，各組中的各相繞組相串聯(lián)或并聯(lián)而形成電動機(jī)的定子三相繞組(即N組集中繞組中，各組中的A相繞組相串聯(lián)或并聯(lián)而形成電動機(jī)的定子A相繞組，各組中的C相繞組相串聯(lián)或并聯(lián)而形成電動機(jī)的定子C相繞組，各組中的B相繞組相串聯(lián)或并聯(lián)而形成電動機(jī)的定子B相繞組)。
工作時，電動機(jī)的定子三相繞組通以三相交流電，在定子磁場的作用下，轉(zhuǎn)子磁極 繞定子軸的軸線沿定子表面旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子圈驅(qū)動與之固定的輪殼進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，輪殼同時帶動端 蓋進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在輪殼上輸出低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩；該低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩是由定子裝配和轉(zhuǎn)子裝配所 形成的準(zhǔn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)的性能(包括電磁性能、定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu))決定的。 本發(fā)明所述電動機(jī)的定子驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的工作過程如下以三相交流電典型瞬時 時刻對應(yīng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行分析，將三相交流電的一個周期分成7個時刻，以12個定子磁極 (即N等于2)和14個轉(zhuǎn)子磁極(即N等于2)為例，在各個時刻，定子磁極的極性變化、轉(zhuǎn) 子磁極的位置變化等如下表所示
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X14X7 表中1-12為12個定子磁極；其中，1、4、7、10為定子A相繞組所對應(yīng)的定子磁極， 2、5、8、11為定子C相繞組所對應(yīng)的定子磁極，3、6、9、12為定子B相繞組所對應(yīng)的定子磁 極；X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14為14個轉(zhuǎn)子磁極;
tl、t2、t3、t4、t5、t6、t7為三相交流電的一個正弦周期中的7個時刻; N為磁極；電流從集中繞組的首端進(jìn)、尾端出為N極；
S為磁極；電流從集中繞組的尾端進(jìn)、首端出為S極；
0為中性點；即定子磁極沒有極性； 首先，我們以A相交流電為基準(zhǔn)，將其分為每60度為一個時刻，如圖12所示。設(shè) 轉(zhuǎn)子磁極表面(中間)為N極；在tl時刻，A相電壓為0， B相電壓為負(fù)，C相電壓為正，轉(zhuǎn) 子磁極X1、X8分別與定子磁極1、7對齊，見表；此時定子磁極2、3、8、9為S極，并分別對轉(zhuǎn) 子磁極X2、 X3、 X8、 X9產(chǎn)生吸力，定子磁極11、12、5、6為N極，并分別對轉(zhuǎn)子磁極XI1 、 XI2、 X5、 X6產(chǎn)生斥力，這樣便在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一推一拉的力矩；在此力矩的作用下，轉(zhuǎn)子繞定子軸 的軸線沿定子表面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；到了 t2時亥lj， C相電壓為0， B相電壓為負(fù)，A相電壓為正，轉(zhuǎn) 子磁極X2、X9分別與定子磁極2、8對齊；依此類推，經(jīng)過表中的三相交流電的一個正弦周期 中的7個時刻，轉(zhuǎn)子磁極X14、X7分別與定子磁極1、7對齊，即經(jīng)過一個正弦周期后，轉(zhuǎn)子繞定子軸的軸線旋轉(zhuǎn)了25.71度，經(jīng)過14個正弦周期后，轉(zhuǎn)子完成旋轉(zhuǎn)一圈；若要改變轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)向，則只需將三相交流電中的任何兩相顛倒即可。上述便是本發(fā)明所述的電動機(jī)在理想 條件下的運行情況。 同開關(guān)磁阻電動機(jī)相比，本發(fā)明所述的電動機(jī)的材料利用率更高；以三相12/8 極開關(guān)磁阻電動機(jī)為例，每個時刻只有4個定子集中繞組投入使用，其材料利用率僅為 33. 3% ;而本發(fā)明所述的電動機(jī)的12個定子集中繞組每個時刻均投入使用，材料利用率達(dá) 到100% ;開關(guān)磁阻電動機(jī)的定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極對齊時，定子磁極上的定子集中繞組必 須斷電，這是為了防止定子磁極對轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生制動力矩，但這也導(dǎo)致在定子集中繞組的 一個開關(guān)周期中，定子集中繞組最多只在半個開關(guān)周期內(nèi)得到利用，因而單個定子集中繞
組的材料利用率僅為50% ;而對于本發(fā)明所述的電動機(jī)，當(dāng)定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極對齊時， 定子集中繞組內(nèi)的電流自動換向，通電的定子集中繞組作用于轉(zhuǎn)子磁極上的磁力由拉變?yōu)?推，定子集中繞組在其整個正弦周期內(nèi)都能得到利用，單個定子集中繞組的材料利用率達(dá) 到100% ;綜上所述，本發(fā)明所述的電動機(jī)在材料利用率方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于開關(guān)磁阻電動機(jī)，因 此本發(fā)明所述的電動機(jī)在單位體積上的功率也遠(yuǎn)大于開關(guān)磁阻電動機(jī)。較之采用方波電壓 供電的開關(guān)磁阻電動機(jī)，本發(fā)明所述的電動機(jī)由于采用三相正弦交流電供電，導(dǎo)致電動機(jī) 運行時產(chǎn)生的電磁噪聲大大降低，同時也避免了電動機(jī)在低速運行時輸出脈動轉(zhuǎn)矩，使其 輸出轉(zhuǎn)矩更加平滑；另外，在不需要調(diào)速的應(yīng)用場合，本發(fā)明所述的電動機(jī)能夠直接采用三 相正弦交流電供電，從而便可以省去控制裝置，降低設(shè)備成本的投入。 此外，本發(fā)明所述的電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于開關(guān)磁阻電動機(jī)，以三相12/8極開 關(guān)磁阻電動機(jī)為例，每經(jīng)過8個脈沖電源周期，轉(zhuǎn)子完成旋轉(zhuǎn)一圈，定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)兩 圈，即在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子進(jìn)行了兩次驅(qū)動；而對于三相同步磁 阻電動機(jī)，每經(jīng)過14個正弦周期，轉(zhuǎn)子完成旋轉(zhuǎn)一圈，定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)7圈，因而在轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)一圈的過程中，定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子進(jìn)行了 7次驅(qū)動；由于定子旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子的 次數(shù)越多，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，所以本發(fā)明所述的電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開關(guān)磁阻 電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩(以三相12/14極同步磁阻電動機(jī)和三相12/8極開關(guān)磁阻電動機(jī)為例 計算，前者的輸出轉(zhuǎn)矩是后者的輸出轉(zhuǎn)矩的3.5倍)。本發(fā)明所述的電動機(jī)兼具了開關(guān)磁 阻電動機(jī)啟動電流小、啟動轉(zhuǎn)矩大的特點，其調(diào)速范圍廣，適用于頻繁啟停及正反向轉(zhuǎn)換運 行。 本發(fā)明所述的電動機(jī)結(jié)構(gòu)巧妙，設(shè)計合理，不僅徹底解決了開關(guān)磁阻電動機(jī)材料 利用率較低、電磁噪聲較高、輸出轉(zhuǎn)矩不夠平滑、以及成本較高的問題，而且兼具開關(guān)磁阻 電動機(jī)啟動電流小、啟動轉(zhuǎn)矩大的的優(yōu)點，既適用于電動車、煤礦井下輸送機(jī)、大型風(fēng)機(jī)等 的驅(qū)動，同時亦適用于龍門刨床、銑床、冶金行業(yè)的可逆軋機(jī)、飛鋸、飛剪等，具有廣闊的應(yīng)
用前景。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的左視圖。
圖3為圖1的A-A剖面圖。
圖4為定子裝配的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖4的左視圖。 圖6為圖4的A-A剖面圖。 圖7為圖6的局部放大圖。 圖8為轉(zhuǎn)子裝配的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9為圖8的A-A剖面圖。 圖10為圖9的局部放大圖。 圖11為定子集中繞組的連接結(jié)構(gòu)示意圖。 圖12為三相交流電的時刻劃分示意圖。 圖中l(wèi)-輪殼，2-端蓋，3-定子軸，4-定子圈，5-定子磁極，6-轉(zhuǎn)子圈，7-轉(zhuǎn)子磁 極。
具體實施例方式
三相同步磁阻電動機(jī)，包括定子裝配、轉(zhuǎn)子裝配、輪殼1、固定于輪殼1兩端的端蓋 2、以及定子軸3 ;端蓋2通過軸承支撐于定子軸3端部；定子裝配由固定于定子軸3上的定 子圈4、固定于定子圈4上的6N(N為大于等于2的自然數(shù))個定子磁極5、以及繞在各定 子磁極5上的集中繞組組成；轉(zhuǎn)子裝配包括與輪殼1固定的轉(zhuǎn)子圈6、固定于轉(zhuǎn)子圈6上的 7N(N為大于等于2的自然數(shù))個轉(zhuǎn)子磁極7、以及固定于轉(zhuǎn)子磁極7上的永久磁體；6N個集 中繞組中，每連續(xù)的六個集中繞組為一組，每一組的六個集中繞組中，第一個集中繞組的尾 端與第四個集中繞組的尾端相連作為A相繞組，第二個集中繞組的首端與第五個集中繞組 的首端相連作為C相繞組，第三個集中繞組的尾端與第六個集中繞組的尾端相連作為B相 繞組，各組中的各相繞組相串聯(lián)或并聯(lián)而形成電動機(jī)的定子三相繞組(集中繞組的連接結(jié) 構(gòu)如圖ll所示)；具體實施時，轉(zhuǎn)子磁極7上開有兩個槽，槽內(nèi)分別放置極性軸向排列的兩 個釹鐵硼永久磁體，這樣使轉(zhuǎn)子磁極7表面形成S、 N、 S或N、 S、 N的磁分布；定子磁極5上 開有兩個槽，槽內(nèi)繞有集中繞組，集中繞組通電后，定子磁極5表面形成S、N、S或N、S、N的 磁分布。前述描述工作過程的表格中，定子磁極的極性是以定子磁極表面中間的極性為代 表，轉(zhuǎn)子磁極的極性是以轉(zhuǎn)子磁極表面的兩個槽中間的極性為代表。
權(quán)利要求
一種三相同步磁阻電動機(jī)，包括定子裝配、轉(zhuǎn)子裝配、輪殼(1)、固定于輪殼(1)兩端的端蓋(2)、以及定子軸(3)；端蓋(2)通過軸承支撐于定子軸(3)端部；其特征在于定子裝配由固定于定子軸(3)上的定子圈(4)、固定于定子圈(4)上的6N(N為大于等于2的自然數(shù))個定子磁極(5)、以及繞在各定子磁極(5)上的集中繞組組成；轉(zhuǎn)子裝配包括與輪殼(1)固定的轉(zhuǎn)子圈(6)、固定于轉(zhuǎn)子圈(6)上的7N(N為大于等于2的自然數(shù))個轉(zhuǎn)子磁極(7)、以及固定于轉(zhuǎn)子磁極(7)上的永久磁體；6N個集中繞組中，每連續(xù)的六個集中繞組為一組，每一組的六個集中繞組中，第一個集中繞組的尾端與第四個集中繞組的尾端相連作為A相繞組，第二個集中繞組的首端與第五個集中繞組的首端相連作為C相繞組，第三個集中繞組的尾端與第六個集中繞組的尾端相連作為B相繞組，各組中的各相繞組相串聯(lián)或并聯(lián)而形成電動機(jī)的定子三相繞組。
全文摘要
本發(fā)明涉及電動機(jī)，具體是一種三相同步磁阻電動機(jī)。解決了開關(guān)磁阻電動機(jī)材料利用率較低、電磁噪聲較高、輸出轉(zhuǎn)矩不夠平滑、以及成本較高的問題。三相同步磁阻電動機(jī)包括定子裝配、轉(zhuǎn)子裝配、輪殼、固定于輪殼兩端的端蓋、以及定子軸；端蓋通過軸承支撐于定子軸端部；定子裝配由固定于定子軸上的定子圈、固定于定子圈上的6N個定子磁極、以及繞在各定子磁極上的集中繞組組成；轉(zhuǎn)子裝配包括與輪殼固定的轉(zhuǎn)子圈、固定于轉(zhuǎn)子圈上的7N個轉(zhuǎn)子磁極、以及固定于轉(zhuǎn)子磁極上的永久磁體。本發(fā)明所述的電動機(jī)既適用于電動車、煤礦井下輸送機(jī)、大型風(fēng)機(jī)等的驅(qū)動，同時亦適用于龍門刨床、銑床、冶金行業(yè)的可逆軋機(jī)、飛鋸、飛剪等。
文檔編號H02K29/00GK101741204SQ201010101398
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者劉大同, 劉純貴, 崔振忠, 龐曉梅, 郭萬忠 申請人:大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司