专利名称：一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动机，特别是涉及一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻 电动机。
背景技术：
近年来，.开关磁阻电动机技术在国内外得到越来越广泛的应用。上世纪末国内外 文献上介绍了一种如图1所示的永磁式3相开关磁阻电动机，为了使永磁式3相开关 磁阻电动机更加实用，本申请人又在此基础上开发了新的结构，并进而发展了两种他 激3相开关磁阻电动机。
在现有的他激3相开关磁阻电动机中，有一种是用全距线圈来产生3相凸极共用 的励磁磁通的，图2所示为定子凸极/转子凸极为12/8的全距绕组励磁的3相开关磁 阻电动机结构示意图，其定子凸极/转子凸极齿形和分布线圈的嵌装方法及连接与一般 开关磁阻电动机相同。
这种励磁式3相开关磁阻电动机的特点是定子12个凸极中，以相邻的三个凸极 为一组3相，把各组间的沟槽加深，在嵌置凸极线圈前先嵌上4个励磁用的全距线圈； 4个励磁线圈的规格一样，连成全距励磁绕组；在励磁绕组中通有直流电流时4个励 磁线圈流过的电流相等，而各组凸极的磁性在圆周上呈N、 S间隔排列。
在励磁式3相开关磁阻电动机中，相绕组上通过的驱动电流正负交变，电动机输 出的转矩靠磁场反应转矩。在励磁电流的方向和电动机的转向确定后，只要相电流的 相位正确，就可在定子凸极磁导的上升段和下降段都得到电动转矩，材料的利用率很 高。
为了获得良好的性能，励磁式3相开关磁阻电动机必须工作在"两相激励"状态， 对于他激3相开关磁阻电动机来说，应在励磁绕组的直流电源上并联足够大的滤波电 容，或者先要嵌上自身短路的全距阻尼线圈。
励磁式3相开关磁阻电动机有一系列特点和优点，它的输出转矩的脉动比一般开 关磁阻电机小。比起3相交流同步电机来，它的优点是转子简单牢靠，转动惯量小， 但转矩脉动还是要大一些，因此，如果能采取一些措施，使它成为转矩低脉动的电动 机，显然有很大的价值。
实用新型内容
为了使电动机的结构更加合理，降低电动机输出转矩的脉动，本实用新型提供了 一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机。所述技术方案如下
本实用新型的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，包括定子铁芯、转 子铁芯和功率电路，所述定子铁芯由3N个定子凸极构成；所述转子铁芯由4M个转子 凸极构成；其中N为大于1的整数；M为大于或等于1的整数；所述每个定子凸极外 嵌装有线圈，所述定子凸极3相为一组；所述转子凸极之间形成转子沟槽，其特征在
于，所述转子凸极的宽度和与之相邻的所述转子沟槽的宽度相等，所述转子凸极的宽
度和所述转子沟槽的宽度均为1/2转子极距。
本实用新型的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其特征在于，每个 所述转子凸极的边缘分为上升段、水平段和下降段；所述上升段、水平段和下降段的 宽度均为1/6转子极距。
本实用新型的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其特征在于，在所 述每组3相定子凸极中，其中间的1相定子凸极外嵌装有的线圈匝数与相邻两相定子 凸极外嵌装有的线圈匝数不同。
本实用新型的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其特征在于，在所 述每组3相定子凸极中，其中间的1相定子凸极外嵌装的线圈匝数比旁边两相定子凸 极外嵌装的线圈匝数多。
本实用新型的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其特征在于，所述 定子铁芯还包括N个同一极性的励磁凸极，所述N与所述M相等；所述定子铁芯的励 磁凸极由永磁性材料或导磁材料制成；当所述励磁凸极由导磁材料制成时，在所述励 磁凸极外嵌装有励磁线圈。
本实用新型的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其特征在于，在所 述定子铁芯上共有2M组3相定子凸极，所述N与所述2M相等；每个定子凸极间有定 子沟槽；每组3相定子凸极间形成定子凸极组间沟槽；所述定子凸极组间沟槽比所述 定子沟槽深；在所述每组3相定子凸极外还嵌装有励磁线圈，构成全距励磁绕组。
本实用新型提供的技术方案的有益效果是通过改进转子凸极的齿形、减少定子 凸极嵌有线圈的匝数等措施，降低了电动机输出转矩的脉动，输出转矩的脉动降低以 后，有利于励磁式3相开关磁阻电动机开发和应用。
图l是现有的永磁式3相开关磁阻电动机的结构示意图2是现有的一种用全距绕组励磁的3相开关磁阻电动机的结构示意图3 a)是现有的励磁式3相开关磁阻电动机转子凸极的齿形展开b)是本实用新型提供的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机转子凸 极的齿形展开图4是本实用新型实施例提供的永磁式的转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动 机结构示意图5是本实用新型实施例提供的用全距绕组励磁的转矩低脉动的3相开关磁阻电 动机结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新 型实施方式作进一步地详细描述。
本实用新型的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机是在现有的励磁式3 相开关磁阻电动机的基础上改进形成的，其结构主要包括定子铁芯、转子铁芯和功率 电路，其定子铁芯由3N个定子凸极构成；所述转子铁芯由4M个转子凸极构成，其中 N为大于l的整数，M为大于或等于l的整数；N与M可以取同一数值，也可以取不同 的数值。在电动机定子及转子的外围连接有激励电路，对电动机进行驱动。
本实用新型的转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其励磁方式可以是永磁 式也可以是他激式，相应的，在定子结构上则可设励磁凸极或不设励磁凸极。
本实用新型可以在现有的一种3相开关磁阻电动机基础上进行改进而实现。现有
的3相开关磁阻电动机的磁路结构为定子铁芯由3N个定子凸极构成；转子铁芯由 4M个转子凸极构成；此外定子铁芯还包括N个同一极性的励磁凸极，其中N与M相等； 定子铁芯的励磁凸极由永磁性材料或导磁材料制成。当励磁凸极由导磁材料制成时， 在励磁凸极外嵌有励磁线圈，产生恒定的磁通。
图1所示为现有的一种永磁式3相开关磁阻电动机的磁路结构，定子凸极/转子普 通凸极为6/8，它是由12/8极的一般3相开关磁阻电动机变来的，把左右两组三相凸 极去掉，改为中心线不变的2个永磁凸极，永磁凸极的极弧角等于或稍大于转子凸极 的极距。
本实用新型也可以在现有的一种用全距绕组励磁的3相开关磁阻电动机基础上进行改进而实现。这种电动机定子铁芯由3N个定子凸极构成；转子铁芯由4M个转子凸 极构成，的定子铁芯上形成2M组3相定子凸极，其中N与2M相等；每个定子凸极间 有定子沟槽；每组3相定子凸极间形成定子凸极组间沟槽；定子凸极组间沟槽比定子 沟槽更加深一些；在每组3相定子凸极外还嵌装励磁线圈，构成全距励磁绕组；当全 距励磁绕组通有直流电流时，各组定子凸极的磁性在所述定子铁芯上呈N极、S极间 隔排列。
图2所示为现有的一种用全距绕组励磁的3相开关磁阻电动机的磁路结构，其定 子凸极/转子凸极为12/8，定子凸极每3相为一组，形成共4组3相定子凸极；每个 定子凸极间有定子沟槽；同时，每组3相定子凸极间形成定子凸极组间沟槽；定子凸 极组间沟槽比定子沟槽更加深一些；在每组3相定子凸极外还嵌装励磁线圈，构成全 距励磁绕组；当全距励磁绕组通有直流电流时，各组定子凸极的磁性在所述定子铁芯 上呈N极、S极间隔排列。
永磁材料的磁阻很大，当凸极上线圈通电时，磁通须经过别的相凸极才能构成回 路，电动机处于"两相激励"状态，从而减少了残存的磁阻变化转矩。
如果把图1中的永磁凸极改为普通硅钢片凸极，然后嵌上励磁线圈并通以励磁电 流，就成为一种他激3相开关磁阻电动机。图2是现有的一种用全距绕组励磁的3相 开关磁阻电动机。
不论永磁式或者他激式，如果定子设有励磁凸极，则励磁凸极的极弧角应等于或 略大于转子凸极的极距，在转子转角改变时，保证励磁凸极上总的磁通不变，而分配 到某一相凸极中的磁通则在更变，该磁通被串加在定子磁路中。
励磁式3相开关磁阻电动机应当工作在"双相激励"状态，为此，永磁式3相开 关磁阻电动机需要依靠永磁材料的高磁阻特性，而对于他激3相开关磁阻电动机说来， 则要在励磁绕组的直流电源上并联足够大的滤波电容，或者在嵌置励磁线圈前先嵌上 自身短路的阻尼线圈。
在励磁式开关磁阻电动机中，输出转矩靠磁场反应转矩，在转角以周期为转子凸 极极距变化时，相绕组中通有正负交变的驱动电流，在定子凸极磁导的上升段和下降 段都有电动转矩输出。
定子凸极中的主要磁通为励磁磁通，凸极线圈的匝数相当小，在线圈中通以相电 流时，只产生少量的磁通变化，这样一来，线圈自感和线圈间互感所产生的磁阻变化 转矩就比较小。
现有的励磁式3相开关磁阻电动机的转子凸极的极弧角接近于定子凸极，定子凸 极磁导最大值所处的转角范围很小，磁导的上升段一结束，马上就开始下降段。当3
6相通以正负交变的相电流时，相当于两台一般开关磁阻电动机在同步工作。
本实用新型的转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机的相邻的两个转子凸极之 间形成转子沟槽，转子凸极的宽度和与之相邻的转子沟槽的宽度基本相等，即转子凸 极和转子沟槽各占1/2转子极距。此外，本使用新型对转子凸极的齿形进行了改变， 将转子凸极的边缘由平滑的弧线变为上升段、水平段和下降段三段；而上升段、水平 段和下降段的宽度各为1/6极距。
本实用新型的转子凸极齿形展开以后，大致如图3b)所示；与之相对照，图3a) 中为原有的励磁式3相开关磁阻电动机转子凸极的齿形展开图。
经过上述改进可以将如图l所示现有的永磁式3相开关磁阻电动机，和图2所示现有 的一种用全距绕组励磁的3相开关磁阻电动机改造成为图4和图5所示的本实用新型的 转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机。
理想化时，定子凸极磁导为磁导为最大值和最小值的转角范围都为1/6极距，凸 极磁导的上升段和下降段被各占1/6极距，两者正交地错开，线圈中相电流的正负半 波也正交错开，结果电动机的运行相当于一台一般的6相开关磁阻电动机。
不仅如此，电动机中的磁阻变化转矩的脉动频率加大2倍，转矩脉动的程度也显 著降低。
除了随转角而变的气隙磁导外，实际加定子凸极磁导还受到定子转子铁芯齿高磁 阻的限制。为了消除这一影响，使它更接近于线性，本实用新型通过转子凸极齿形的 改变补偿掉定转子铁芯齿高磁阻的影响，本实用新型中在磁导的上升段时，气隙渐渐 减小；在磁导的下降时，气隙渐渐增加。
此外，本实用新型定子铁芯以相邻的三个凸极为一组3相，在一组3相凸极中， 其中间的B相定子凸极外的嵌有线圈匝数与旁边A、C两相定子凸极外嵌有的线圈匝数 稍有不同， 一般情况下，B相定子凸极外嵌有的线圈数会比同组中相邻的其他两相定 子凸极外嵌有的线圈多些。此外，中间B相与两边A、 C相的凸极位置不同， 一般对转 矩的脉动影响不大，需要调整时，可以稍微增减B相凸极上线圈的匝数。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新 型的保护范围之内。
权利要求1、一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，包括定子铁芯、转子铁芯和功率电路，所述定子铁芯由3N个定子凸极构成；所述转子铁芯由4M个转子凸极构成；其中N为大于1的整数；M为大于或等于1的整数；所述每个定子凸极外嵌装有线圈，所述定子凸极3相为一组；所述转子凸极之间形成转子沟槽，其特征在于，所述转子凸极的宽度和与之相邻的所述转子沟槽的宽度相等，所述转子凸极的宽度和所述转子沟槽的宽度均为1/2转子极距。
2、 根据权利要求1所述的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其特征在于，每个所述转子凸极的边缘分为上升段、水平段和下降段；所述上升段、水平段和下降段的宽度均为1/6转子极距。
3、 根据权利要求1或2所述的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其 特征在于，在所述每组3相定子凸极中，其中间的l相定子凸极外嵌装有的线圈匝数 与相邻两相定子凸极外嵌装有的线圈匝数不同。
4、 根据权利要求3所述的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其特征 在于，在所述每组3相定子凸极中，其中间的l相定子凸极外嵌装的线圈匝数比旁边 两相定子凸极外嵌装的线圈匝数多。
5、 根据权利要求1或2所述的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其 特征在于，所述定子铁芯还包括N个同一极性的励磁凸极，所述N与所述M相等；所 述定子铁芯的励磁凸极由永磁性材料或导磁材料制成；当所述励磁凸极由导磁材料制 成时，在所述励磁凸极外嵌装有励磁线圈。
6、 根据权利要求1或2所述的一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，其 特征在于，在所述定子铁芯上共有2M组3相定子凸极，所述N与所述2M相等；每个 定子凸极间有定子沟槽；每组3相定子凸极间形成定子凸极组间沟槽；所述定子凸极 组间沟槽比所述定子沟槽深；在所述每组3相定子凸极外还嵌装有励磁线圈，构成全距励磁绕组。
专利摘要本实用新型公开了一种转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，属于电动机领域。本实用新型的转矩低脉动的励磁式3相开关磁阻电动机，包括定子铁芯、转子铁芯和功率电路，在转子凸极之间形成转子沟槽；每个定子凸极外嵌有线圈，转子凸极的宽度和与之相邻的所述转子沟槽的宽度相等，所述转子凸极和所述转子沟槽各占1/2转子极距。此外，每个所述转子凸极的边缘分为上升段、水平段和下降段；上升段、水平段和下降段的宽度各为1/6极距。通过改进转子凸极的齿形、减少定子凸极嵌有线圈的匝数等措施，可以降低电动机输出转矩的脉动，使电动机的工作更加稳定灵活。
文档编号H02K29/00GK201238251SQ20082010899
公开日2009年5月13日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者裘锦灼 申请人:北京中纺锐力机电有限公司