一种轴向永磁辅助磁阻电机及其控制方法与流程

本发明属于直流电机技术领域，具体涉及一种轴向永磁辅助磁阻电机及其控制方法。

背景技术：

开关磁阻电机是最常见的磁阻型电机，由于其结构坚固、简单、成本低、起动转矩大、调速性能良好、容错能力强以及控制方式灵活等特点，在工业领域中得到了日益广泛的应用。随着材料、电力电子技术、数字控制技术、控制理论及传感器技术的发展与应用，在开关磁阻电机的基础上，双凸极电机成为近几年发展起来的一种新型特种电机，其控制技术已日趋成熟，目前，已在轨道交通、车床、航空航天、汽车、家用电器以及工业过程控制等领域得到了广泛的应用。然而，开关磁阻电机有其不足之处：从能量转换的角度，开关磁阻电机仅获得一半的利用率，功率密度小，瞬时转矩脉动较大并且存在一定程度的漏磁导致其运行效率低。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种轴向永磁辅助磁阻电机及其控制方法，采用新的角度控制方式使电机能够提高输出转矩，减小转矩脉动，并且加入永磁体，提高单位体积功率，扩展了电机的使用范围。

本发明的技术方案：

一种轴向永磁辅助磁阻电机，包括两组定子、两组转子、转轴、楔形槽、永磁体和机壳；所述永磁体为圆饼形，与转轴同轴且固定于转轴中央，永磁体两侧设置有包绕于转轴表面的楔形槽，所述楔形槽采用导磁材料制成并与转轴固定；所述定子和转子均由硅钢片叠压而成，所述两组转子分别固定在永磁体两侧楔形槽上，所述两组定子分别设置于两组转子外部，且定子和转子之间隔有气隙，形成一对定转子组，永磁体两侧定转子组对称，并与永磁体之间有一定空间，所述机壳设置于两组定子外部，且与两组定子固定。

所述每组定子上有9个凸极即定子齿，所述每组转子上有6个凸极即转子齿，每个定子齿上缠绕有绕组；定子极弧为20°，转子极弧为15°；两组定子分为与永磁体对称的a、b、c三相，其中，永磁体两侧对称的a相绕组串联成一相，永磁体两侧对称的b相绕组串联成一相，永磁体两侧对称的c相绕组串联成一相。

所述轴向永磁辅助磁阻电机的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：电机启动时，使a相定子齿中心线和转子齿中心线相差22.5°；

步骤2：a相绕组通电，产生切向拉力带动转子旋转；

步骤3：当转子转过20°时，a相绕组断电，b相绕组通电，产生切向拉力带动转子旋转；

步骤4：当转子再转过20°时，b相绕组断电，c相绕组通电；

步骤5：当转子再转过20°时，c相绕组断电，重复步骤2，电机连续运转。

电机每相的导通角度为20°，实现连续换相，减小了转矩脉动，提高了电机的稳定性。

有益效果：本发明的一种轴向永磁辅助磁阻电机及其控制方法与现有技术相比，具有如下优势：

(1)采用凸极式定转子结构以及新的导通方式减小了转矩脉动；

(2)两组定转子之间加入永磁体，增加电机稳定性，提高电机性能；

(3)定转子均使用硅钢片叠压而成，并且转轴上有用导磁材料做成的楔形槽，增强了电机的导磁性能，减小了转动惯量。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的轴向永磁辅助磁阻电机左视图；

图2为本发明一种实施方式的轴向永磁辅助磁阻电机三维结构示意图；

图3为本发明一种实施方式的轴向永磁辅助磁阻电机主视图；

图4为本发明一种实施方式的轴向永磁辅助磁阻电机局部示意图；

图5为本发明一种实施方式的轴向永磁辅助磁阻电机起动位置图；

其中，1-定子，2-转子，3-转轴，4-楔形槽，5-永磁体，6-机壳，7-定子齿，7a-a相定子齿，7b-b相定子齿，8、8a、8b-转子齿，9-绕组；

图6为本发明一种实施方式的轴向永磁辅助磁阻电机控制方法流程图；

图7为本发明一种实施方式的轴向永磁辅助磁阻电机启动时刻位置图；

图8为本发明一种实施方式的轴向永磁辅助磁阻电机换相时刻位置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。

如图1-3所示，本实施方式的一种轴向永磁辅助磁阻电机，包括两组定子1、两组转子2、转轴3、楔形槽4、永磁体5和机壳6；所述永磁体5为圆饼形，与转轴3同轴且固定于转轴3中央，永磁体5两侧设置有包绕于转轴外部的楔形槽4，所述楔形槽4采用导磁材料制成且与转轴固定；本实施方式中，如图4所示，楔形槽4在靠近永磁体处呈圆台状，向外延伸呈圆柱状。

所述定子1和转子2均由硅钢片叠压而成，所述两组转子2固定在永磁体5两侧转轴的楔形槽圆柱状部分上，所述两组定子1分别设置于两组转子2外部，且定子1和转子2之间隔有气隙，形成一对定转子组，永磁体两侧定转子组对称，定转子组与永磁体5之间为楔形槽4圆台状部分，所述机壳6设置于两组定子外部，且与两组定子1固定。

所述每组定子上有9个凸极即定子齿7，所述每组转子上有6个凸极即转子齿8，每个定子齿上缠绕有绕组9；定子极弧为20°，转子极弧为15°；如图5所示，两组定子分为与永磁体对称的a、b、c三相，定子组相邻的三个定子齿依次为a相、b相、c相，其中，永磁体两侧对称的a相励磁绕组串联成一相，永磁体两侧对称的b相励磁绕组串联成一相，永磁体两侧对称的c相励磁绕组串联成一相。

永磁体建立恒定的轴向磁场，电机两端形成n极和s极，通过控制绕组导通顺序，使电机旋转。两端绕组通电形成与永磁体同样的轴向磁通经转轴传导，从永磁体一侧转子穿过定子，由电机机壳传到永磁体另一侧定子，通过转子回到转轴形成闭合磁路。永磁体磁场和绕组通电形成的磁场叠加，增大功率密度，增大电机转矩、扩大电机的调速范围。

如图6所示，所述轴向永磁辅助磁阻电机的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：电机的定子极弧为20°，转子极弧为15°，电机起动时，为了获得较大起动转矩和较快的启动速度，如图7所示，以a相定子齿7a中心线和转子齿8a中心线相差22.5°的位置为起动时的位置；

步骤2：a相绕组通电，产生切向拉力带动转子旋转；

步骤3：当转子转过20°时，如图8所示，转子齿8a与a相定子齿7a重叠15°，并且转子齿8a中心线与b相定子齿7b中心线相差32.5°，转子齿8b中心线与b相定子齿7b中心线相差27.5°，a相绕组断电并实现续流，在电感下降区不会有电流产生，防止了负转矩的产生，b相绕组通电，产生切向拉力带动转子旋转；

步骤4：当转子转过20°时，b相绕组断电，c相绕组通电；

步骤5：当转子转过20°时，c相绕组断电，重复步骤2，电机连续运转。

电机每相的导通角度为20°，实现连续换相，减小了转矩脉动，提高了电机的稳定性。

技术特征：

技术总结
一种轴向永磁辅助磁阻电机及其控制方法，属于直流电机技术领域；电机包括：两组定子、两组转子、固定于转轴中央的永磁体、永磁体两侧包绕于转轴的楔形槽，两组转子固定在楔形槽上，两组定子分别设置于两组转子外部，两组定子外部固定机壳，每组定子上有9个凸极，每组转子上有6个凸极，两组定子分为A、B、C三相；该方法包括：使A相定子齿中心线和转子齿中心线相差22.5°启动电机；A相绕组通电，当转子转过20°时，A相绕组断电，B相绕组通电，当转子再转过20°时，B相绕组断电，C相绕组通电，依次循环；本发明减小了转矩脉动；加入永磁体，增加电机稳定性，提高电机性能；增强了电机的导磁性能，转动惯量减小。

技术研发人员：刘爱民;孙鹏;娄家川;任达;高智超;李家尧;李博;韦有帅
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：2017.07.19
技术公布日：2017.10.24