一种永磁型单相开关磁阻电机及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电机领域，特别涉及一种输入能量可重复利用的永磁型单相开关磁阻电机及其控制方法。
【背景技术】
[0002]传统的二相开关磁阻电机的定、转子均为凸极结构，且定、转子铁芯齿数相等，定、转子铁芯为单段铁芯，通过对定子绕组依次通电，即可使定子极与转子极相互作用产生转矩，因而其结构简单，运行可靠。
[0003]而在常规的单相开关磁阻电机中，由于要考虑电机的启动问题，一般都需要对电机的转子的凸极做变形处理，以使电机能够实现自行启动的目的。但转子的凸极变形后已不再是原有意义上的双凸极结构，因而也会丧失或削弱传统双凸极开关磁阻电机所特有的特性，其控制特性也会发生改变，而且这种电机也不能实现双向运转;此外，传统的单相开关磁阻电机存在输出转矩波动大、输出转矩密度低，不能产生连续转矩的输出等缺点。
[0004]此外，如图1所示，在传统的单相开关磁阻电机的控制系统中，电机换向时定子绕组中原有的能量需要得到释放，其采用的方法为:将定子绕组中所存储的剩余的能量以续流或强迫换向的方式回馈电源，但此时该部分剩余的能量不仅不能做有用功，反而还会形成无功电流，因而不仅会降低电机的功率因数，甚至还可能对电机的运行造成影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于:针对上述存在的问题，提供一种能够对输入的能量实现重复利用，从而提高输入能量的转换效率，以达到有效节能目的，并且可以实现电机双向运行的永磁型单相开关磁阻电机及其控制方法。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:一种永磁型单相开关磁阻电机，其特征在于:包括电机输出轴、控制系统以及至少一组电枢装置，所述电枢装置包括定子和转子，所述定子和转子的凸极之间为气隙，所述转子固定套接在电机输出轴外周，所述定子上的凸极数量与转子上的凸极数量一致，在所述定子的凸极部位安装有定子电磁绕组，相邻的定子电磁绕组的绕制方向相异，第一个定子电磁绕组的头和最后一个定子电磁绕组的尾分别与控制系统的功率电路输出端相连接，当定子电磁绕组中有电流流过时，相邻各定子凸极所产生的磁场极性相异，在所述转子的凸极部位嵌装有永磁体，所述永磁体的充磁方向为径向，所述转子中相邻的各凸极所嵌装的永磁体的极性相异，当定子和转子的凸极重合时，则构成闭合的磁场回路。
[0007]本发明所述的永磁型单相开关磁阻电机，其所述电枢装置为两组，即所述永磁型单相开关磁阻电机的定子由前段定子铁芯和后段定子铁芯组成，所述转子由前段转子铁芯和后段转子铁芯组成，前、后段所包含的定子、转子铁芯各自构成独立且自行闭合的磁场回路；
所述前段定子铁芯和后段定子铁芯的凸极数量相等，且两段定子铁芯之间留有间隙，所述前段定子铁芯和后段定子铁芯中的凸极部位按交叉定位布置，即前段定子铁芯的凸极中心线与后段定子铁芯的凹部中心线相对应，所述前段定子铁芯上的定子电磁绕组与后段定子铁芯上的定子电磁绕组共同组成单相电机的定子电磁绕组；
所述前段转子铁芯和后段转子铁芯的凸极数量相等，且与对应定子铁芯上的凸极数量相同，所述前段转子铁芯和后段转子铁芯之间留有间隙，所述前段转子铁芯和后段转子铁芯中凸极的中心线在同一直线上；
当前段定子铁芯中的凸极部位中心线与前段转子铁芯中的凸极部位中心线对应时，后段转子铁芯中的凸极部位中心线与后段定子铁芯的凹部中心线相对应，所述前段转子铁芯和后段转子铁芯均安装在电机输出轴上，且与电机输出轴同步转动。
[0008]本发明所述的永磁型单相开关磁阻电机，其所述电枢装置为两组，即所述永磁型单相开关磁阻电机的定子由前段定子铁芯和后段定子铁芯组成，所述转子由前段转子铁芯和后段转子铁芯组成，前、后段所包含的定子、转子铁芯各自构成独立且自行闭合的磁场回路；
所述前段定子铁芯和后段定子铁芯的凸极数量相等，且两段定子铁芯之间留有间隙，所述前段定子铁芯和后段定子铁芯中的凸极部位按交叉定位布置，即前段定子铁芯的凸极中心线与后段定子铁芯的凹部中心线相对应，所述前段定子铁芯上的定子电磁绕组与后段定子铁芯上的定子电磁绕组共同组成单相电机的定子电磁绕组；
所述前段转子铁芯和后段转子铁芯的凸极数量相等，且与对应定子铁芯上的凸极数量相同，所述前段转子铁芯和后段转子铁芯之间留有间隙，所述前段转子铁芯和后段转子铁芯中的凸极部位按交叉定位布置，即前段转子铁芯的凸极中心线与后段转子铁芯的凹部中心线相对应；
当前段定子铁芯中的凸极部位中心线与前段转子铁芯中的凸极部位中心线对应时，后段转子铁芯中的凸极部位中心线与后段定子铁芯的凸极部位中心线也对应，所述前段转子铁芯和后段转子铁芯均安装在电机输出轴上，且与电机输出轴同步转动。
[0009]本发明所述的永磁型单相开关磁阻电机，其所述定子和转子的对应关系是内转子结构或者是外转子结构。
[0010]本发明所述的永磁型单相开关磁阻电机，其所述控制系统中设置有极性检测电路及位置检测电路。
[0011]本发明所述的永磁型单相开关磁阻电机，其所述控制系统中设置有储能电容电流检测电路。
[0012]本发明所述的永磁型单相开关磁阻电机，其所述功率电路为采用四个开关管Ql、Q2、Q3、Q4构成的H桥电路，每个桥臂由上管和下管构成，任一桥臂的上管与对应桥臂的下管构成一组，同时导通或截止，两个桥臂上都设置有至少一个隔离二极管，两个桥臂的输出端与定子绕组的二端相连接，还分别连接有续流二极管，并通过续流二极管与储能电路相连接，储能电路可以由单个储能元件构成，也可以由复合储能元件共同构成。
[0013]本发明所述的永磁型单相开关磁阻电机，其所述H桥电路中的定子绕组L两端分别与续流二极管D5和续流二极管D6连接，所述续流二极管D5、D6通过隔离二极管D7、D8与开关管Q1、Q3连接，电源E分别通过隔离二极管D9、D10与开关管Q1、Q3连接，所述定子绕组L分别通过续流二极管D5、D6以及下管中的保护二极管D2、D4，在开关管截止状态下与储能电容C构成充电回路，所述储能电容C在任一组开关管导通的状态下都可向定子绕组L放电。
[0014]—种永磁型单相开关磁阻电机的控制方法，其特征在于:当电机的转子转到预定的位置时，位置检测电路给出控制信号，通过控制系统的控制电路驱动开关管Q1、Q4导通，定子绕组L中的电流开始上升，其产生电流的方向为由左至右，当定子绕组L中的电流达到限定的数额时，将开关管Q1、Q4截止，由于定子绕组L中的电流不能突变，因此定子绕组L中的电流由定子绕组L的右端B—D6—F点定子绕组L的左端A向储能电容C充电，将定子绕组L中的磁场能量转换为储能电容C的电场能量，当定子绕组L中电流变为O时，这时定子绕组L中的磁场能量全部转换为储能电容C的电场能量，在储能电容C的两端出现上正下负，UC的幅度达到峰值电压，由于隔离二极管的作用，储能电容C不能向定子绕组L放电，也不能向电源E放电；
当到达预定的状态切换位置时，控制电路驱动开关管Q3、Q2导通，电源电压经D10—Q3—B4L—A4Q24地构成回路，给定子绕组L通电，而