专利名称：定转子同齿数单相双凸极电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种定转子同齿数单相双凸极电机。
背景技术：
目前，双凸极电机作为一种低成本、高可靠性电机，由于具有优良的电气特性，对于其本体设计、控制方法、应用方面的研究正在广泛地开展。
双凸极电机的定、转子均为凸极结构，且具有不同的凸极数，定子齿上集中绕制电枢绕组，电励磁双凸极电机中定子中还绕有励磁绕组，永磁双凸极电机中定子中镶嵌有磁钢，提供励磁磁场，转子无绕组，因此其结构简单、成本低。相比较开关磁阻电机，其添加的励磁绕组(磁钢)在电机内部形成固定方向的励磁磁场，使得双凸极电机具有双周出力的优势；并且其输出转矩大、起动性能好。双凸极电机的驱动与控制方法均较简单，而且具有较好的输出特性，使得其应用范围在不断扩大。
传统的双凸极电机研究大都集中在如图1所示的三相结构如6/4、12/8结构和图2所示的四相8/6结构，其定转子齿数不等，三相电机变换器大都采用普通全桥或者半桥变换器；四相电机采用四相全桥变换器。以三相电机为例，电机大都采用三相三状态换流模式控制，换流模式如图3所示，每个工作状态两相绕组同时工作，磁链处于上升区的绕组通正电流，磁链处于下降区的绕组通负电流，磁链处于平底区间的绕组不工作，三个状态轮流切换驱动电机转子旋转。
对单相双凸极电机，主要研究4/6结构电机，其定子为四个齿，转子六个齿，定子中绕有单套绕组，由于该电机在某些位置没有起动转矩，因此大都作为单相发电机用，为使该单相电机能够起动运行，必须对其定、转子齿结构作改进，并需安排特殊的绕组放置方法。
成本低是双凸极电机最大的优势。从变换器考虑减少驱动器功率管的个数，从电机本体考虑，通过电机设计改进其结构、或者改变电机绕组连接方法，是双凸极电机系统降低成本、简化控制最好的方法，并能够提高双凸极电机驱动系统可靠性、使系统小型化。
发明内容
本发明的目的是提出一种电机绕组更加简单的定转子同齿数的单相双凸极电机，使其具有较好的起动特性，并能够简化双凸极电机的驱动系统。
传统的三相双凸极电机的转子如6/4结构，采用的定转子齿数规定为Zs＝Zr+2，其中Zs、Zr分别为定、转子齿数，本发明是一种定转子同齿数单相双凸极电机，包括由定子、转子及绕组所组成的电机本体和驱动控制电路，其特征在于，所述驱动控制电路包括直流电源，并联在直流电源正负两端的滤波电容，第一功率管的源极与第二功率管的漏极相连后并联在滤波电容正负输出端组成H桥电路的第一桥臂，第三功率管的源极与第四功率管的漏极相连后同样并联在滤波电容正负输出端组成H桥电路的第二桥臂，第一、第二、第三、第四的四个功率管各自反并一个续流二极管，所述电机本体的转子齿数与定子齿数相同，定子中相对两个齿绕制的绕组串连成一套，三对齿的三套绕组并联成电机第一输入端，此第一输入端连于驱动控制电路中第一功率管与第二功率管的连接点；三套绕组接成星形，其中点作为电机第二输入端，此第二输入端连于驱动控制电路中第三功率管与第四功率管的连接点，励磁绕组镶嵌在一对定子齿中。由于励磁绕组建立的固定方向的磁场，使得相绕组与励磁绕组匝链的磁链成三角波形状，在磁链的上升沿给相绕组通正电流，下降沿通负电流，使单相电机同样具有双周出力的特性，采用简单的H桥即可实现其四象限运行。能够很好地解决4/6结构单相双凸极电机存在的自起动问题，并且本发明的单相双凸极电机定子上的三套绕组同时工作，使其具有更大出力的优势。
本发明简化了双凸极电机的绕组连接，区别于普通双凸极电机各相轮换出力，将双凸极电机的各套绕组综合成一相同时出力，并且极大地简化了系统的驱动器、控制电路，有利于实现驱动器的小型化，同时单相双凸极电机可以通过电机定转子齿数的增加减小电机的输出转矩脉动，提高系统的输出特性。
四
图1常规三相6/4、12/8极双凸极电机结构图2常规四相8/6极双凸极电机结构图3三相双凸极电机三状态换流模式图4本发明的单相双凸极电机结构图5本发明的单相双凸极电机驱动系统图6本发明的单相双凸极电机导通规律五具体实施方式
如图5所示，本发明的定转子同齿数单相双凸极电机驱动系统主要由以下各部分构成(1)直流电源及其滤波电容C1；(2)驱动器主功率电路采用简单的H桥，由T1、T2、T3、T4和分别与其反并的二极管D1、D2、D3、D4构成；(3)单相双凸极电机本体，其定、转子均为6齿的双凸极结构；(4)位置传感器S(图中未标明)。工作原理定转子采用相同齿数如图5中的6齿结构，定子中相对两个齿绕制的绕组串连成一套，三对齿的三套绕组并联成电机输入端1，三套绕组接成星形，中点作为电机输入端2，励磁绕组镶嵌在一对定子齿中。由于定转子齿数一致，单相绕组的磁链ψ随转子位置成三角波形状，磁链ψ微分后的相绕组反电势成矩形波，电机的相电流导通规律在电机磁链的上升沿通正电流，下降沿通负电流，如图6所示(设电机最大磁链时临界饱和)。
区间(region)1中随着转子旋转，定、转子齿从开始重合到完全重合的过程中，随着定转子重合面积逐渐线性增加，相绕组中匝链的励磁绕组磁链ψ随之线性上升，则相绕组感应出的反电势为正值，因此通过功率管T1、T4斩波控制电机正向相电流幅值，当相电流小于给定值时，开通功率管T1、T4，相电流值大于给定值时关断功率管T1、T4，电流通过续流二极管D2、D3续流。
区间(region)2中随着转子旋转，定、转子齿从完全重合到完全分离的过程中，随着定转子重合面积逐渐线性减小，相绕组中匝链的励磁绕组磁链随之线性下降，则相绕组感应出的反电势为负值，因此通过功率管T2、T3斩波控制电机反向相电流幅值，当相电流幅值小于给定值时，开通功率管T2、T3，相电流幅值大于给定值时关断功率管T2、T3，电流通过续流二极管D1、D4续流。
重复以上两个区间的工作状态使电机连续运行。本发明单相双凸极电机采用H桥驱动器可以简单地实现电机的四象限运行。
整个电机的运行状态中，相电流正、负对称切换，换相过程中由于相电流从正向到负向的变化过程导致输出转矩存在换相过程中的脉动。与开关磁阻电机的半周出力控制方式比较，本发明的单相双凸极电机解决了自起动问题，并且转矩脉动均有较大的改进，在对电机输出转矩脉动要求较低的场合，具有较广泛的应用前景。
权利要求
1.一种定转子同齿数单相双凸极电机，包括由定子、转子及绕组所组成的电机本体和驱动控制电路，其特征在于，所述驱动控制电路包括直流电源(Vdc)，并联在直流电源(Vdc)正负两端的滤波电容(C1)，第一功率管(T1)的源极与第二功率管(T2)的漏极相连后并联在滤波电容(C1)正负输出端组成H桥电路的第一桥臂，第三功率管(T3)的源极与第四功率管(T4)的漏极相连后同样并联在滤波电容(C1)正负输出端组成H桥电路的第二桥臂，第一、第二、第三、第四的四个功率管各自反并一个续流二极管，所述电机本体的转子齿数与定子齿数相同，定子中相对两个齿绕制的绕组串连成一套，三对齿的三套绕组并联成电机第一输入端(1)，此第一输入端(1)连于驱动控制电路中第一功率管(T1)与第二功率管(T2)的连接点；三套绕组接成星形，其中点作为电机第二输入端(2)，此第二输入端(2)连于驱动控制电路中第三功率管(T3)与第四功率管(T4)的连接点，励磁绕组镶嵌在一对定子齿中。
全文摘要
一种定转子同齿数单相双凸极电机，属双凸极电机。该单相双凸极电机包括由定子、转子及绕组组成的电机本体和驱动控制电路。其中电机本体的定子和转子同齿数，定子中相对两个齿绕制的绕组串连成一套，三对齿的三套绕组并联成电机的输入端子(1)，三套绕组接成星形，其中点为电机输入端子(2)。励磁绕组镶嵌在一对定子齿中。驱动控制电路包括直流电源(Vdc)、滤波电容(C1)、功率管(T1)与功率管(T2)串联成H桥电路的第一桥臂，功率管(T3)与功率管(T4)串连成H桥电路的第二桥臂。本发明的单相双凸极电机起动特性好，简化了驱动系统。
文档编号H02P6/08GK1967985SQ200610097988
公开日2007年5月23日 申请日期2006年11月24日 优先权日2006年11月24日
发明者魏佳丹, 周波, 尹航 申请人:南京航空航天大学