专利名称：双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机，属于电机类的开关磁阻电机领域。
背景技术：
开关磁阻电机的结构形式可以是多种的，但常用的结构形式主要有三种，即6/4结构、8/6结构和12/8结构。
开关磁阻电机的结构简单、坚固、成本低、工作可靠、控制灵活、容错能力强，具有高温和高速适应性等优点。但开关磁阻电机凸极结构转子使得高速运行时的风阻力大，油冷却条件下高速运行时的阻力更大，为了减小风(油)阻，可以增加转子槽楔或在转子中加填充物，虽然降低风(油)阻的效果明显，但对工艺的要求高，也增加了转子结构的复杂性。同时为了提高效率，减小铁心损耗，可以采用短磁路结构即磁通经过相邻定、转子齿极闭合，
但,需采用较多的相数或较多的定转子极数，使得电机和控制器的成本增加，且不适宜高
速运行。
目前国际上研究的12/8结构和6/4结构的三相分段转子开关磁阻电机，由于采用全槽分布的定子绕组及圆柱形结构的转子，使得转子高速运行时的风阻大大减小，特有的短磁路特性使得铁心损耗低，且以上两种分段转子开关磁阻电机的磁励拓扑和普通开关磁阻电机一样，均可采用经典的不对称半桥单极性励磁拓扑电路。但对于8/6结构的四相分段转子开关磁阻电机，由于8/6结构的分段转子开关磁阻电机的磁路特性，如采用不对称半桥单极性励磁拓扑电路，其将不能正常工作，所以目前未见8/6结构的四相分段转子开关磁阻电机的研究报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种高速运行时风(油)阻力小、铁心损耗低的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机。
本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机，包括径向定子、定子绕组、分段转子铁心块和不导磁的转子套，其中六个分段转子铁心块嵌入在不导磁的转子套中组成了圆柱形结构的转子，径向定子为八齿八槽结构，相对的两个槽中的定子绕组为一个线包，每个线包分别为一相绕组，即A、 B、 C、 D四相绕组，各相绕组通过双极性励磁的四相H桥拓扑电路连接并在各相绕组的自感上升期通以正向或负向电流，使电机的一个工作周期为120°转子位置角。
本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机采用分段式圆柱形结构转子组件，可明显降低高速时风(油)阻力；采用双极性励磁方案可使电机的一个工作周期变为单极性励磁8/6结构普通开关磁阻电机的两倍，即双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机的定子铁心磁密的基本频率为普通单极性励磁8/6结构开关磁阻电机的一半，外加分段转子开关磁阻电机的短磁路特性使得双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机的铁心损耗明显降低；电机的磁励拓扑采用模块化H桥电路，可减小开发周期并节省成本，整个电机结构简单，在各种驱动系统中都有广阔的应用前景，将其应用于航空航天和舰艇等领域则更具有重要意义。
3图1是本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机截面示意图，图中标号名称1、径向定子；2、定子绕组；3、转子铁心块；4、不导磁的转子套；A、 B、 C、 D分别表示A、
B、 C、 D四相绕组。
图2是本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机定子绕组功率变换器的四相
H桥拓扑电路原理图，图中符号名称Us为直流磁励电源；C;是电容；Tl T16是功率开关管；
D1 D16是二极管；A、 B、 C、 D分别表示连接的A、 B、 C、 D四相绕组。
图3是本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机各相电感和各相电流极性示意图。
图4 (a) 图4 (i)是本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机工作原理示意图。
具体实施例方式
图1所示为本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机截面示意图，包括径向定子l、定子绕组2、分段转子铁心块3和不导磁的转子套4，其中六个分段转子铁心块3嵌入在不导磁的转子套4中组成了圆柱形结构的转子，径向定子1为八齿八槽结构，相对的两个槽中的定子绕组2为一个线包,每个线包分别为一相绕组，共四相绕组，即分别为A、 B、
C、 D四相绕组。
定子绕组的功率变换器采用四相H桥拓扑电路结构，如图2所示，直流磁励电源IL正负两端并接电容Cm，每相H桥电路由两个相同的桥臂组成,每个桥臂均由两个功率开关管串联后并接在直流磁励电源正负两端，且每个功率开关管均反向并联一个二极管。第一，二，三，四相H桥各自的第一桥臂的两个功率开关管的串联点依次连于A、 B、 C、 D四相绕组的进线端，第一，二，三，四相H桥各自的第二桥臂的两个功率开关管的串联点依次连于A、 B、 C、 D四相绕组的出线端，其中第一相H桥由功率开关管T1与T2组成的第一桥臂和功率开关管T3与T4组成的第二桥臂构成，第二相H桥由功率开关管T5与T6组成的第一桥臂和功率开关管T7与T8组成的第二桥臂构成，第三相H桥由功率开关管T9与T10组成的第一桥臂和功率开关管Tll与T12组成的第二桥臂构成，第四相H桥由功率开关管T13与T14组成的第一桥臂和功率开关管T15与T16组成的第二桥臂构成。
图3是本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机各相电感和各相电流极性示意图。
图4 (a) 图4 (i)是本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机工作原理示意图。设定电机为逆时针运转，且定义电流从A、 B、 C、 D四相绕组的进线端流入出线端流出时电流为正，反之为负。
图4 (a)所示为初始0°转子位置，此时A相和B相处于各自电感的上升区，A相绕组通入正向电流，B相绕组通入负向电流，其产生磁力线如图4 (a)所示A相绕组和B相绕组产生的磁通分别经过各自绕组相邻的两定子齿和其间的定子轭，穿过定转子间气隙，进入转子，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子逆时针运转。
图4 (b)所示为15°转子位置，此时A相和D相处于各自电感的上升区，A相绕组通入正向电流，D相绕组通入正向电流，其产生磁力线如图4 (b)所示A相绕组和D相绕组产生的磁通分别经过各自绕组相邻的两定子齿和其间的定子轭，穿过定转子间气隙，进入转子，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子逆时针运转。
图4 (c)所示为30°转子位置，此时D相和C相处于各自电感的上升区，D相绕组通入正向电流，C相绕组通入负向电流，其产生磁力线如图4 (c)所示D相绕组和C相绕组产生的磁通分别经过各自绕组相邻的两定子齿和其间的定子轭，穿过定转子间气隙，进入转子，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子逆时针运转。
图4 (d)所示为45°转子位置，此时B相和C相处于各自电感的上升区，B相绕组通入正向电流，C相绕组通入负向电流，其产生磁力线如图4 (d)所示B相绕组和C相绕组产生的磁通分别经过各自绕组相邻的两定子齿和其间的定子轭，穿过定转子间气隙，进入转子，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子逆时针运转。
图4 (e)所示为60°转子位置，此时A相和B相处于各自电感的上升区，B相绕组通入正向电流，A相绕组通入负向电流，其产生磁力线如图4 (e)所示A相绕组和B相绕组产生的磁通分别经过各自绕组相邻的两定子齿和其间的定子轭，穿过定转子间气隙，进入转子，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子逆时针运转。
图4 (f)所示为75°转子位置，此时A相和D相处于各自电感的上升区，A相绕组通入负向电流，D相绕组通入负向电流，其产生磁力线如图4 (f)所示A相绕组和D相绕组产生的磁通分别经过各自绕组相邻的两定子齿和其间的定子轭，穿过定转子间气隙，进入转子，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子逆时针运转。
图4 (g)所示为9(T转子位置，此时D相和C相处于各自电感的上升区，C相绕组通入正向电流，D相绕组通入负向电流，其产生磁力线如图4 (g)所示D相绕组和C相绕组产生的磁通分别经过各自绕组相邻的两定子齿和其间的定子轭，穿过定转子间气隙，进入转子，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子逆时针运转。
图4 (h)所示为105°转子位置，此时C相和B相处于各自电感的上升区，C相绕组通入正向电流，B相绕组通入负向电流，其产生磁力线如图4 (h)所示C相绕组和B相绕组产生的磁通分别经过各自绕组相邻的两定子齿和其间的定子轭，穿过定转子间气隙，进入转子，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子逆时针运转。
图4 (i)所示为120°转子位置，此时A相和B相处于各自电感的上升区，A相绕组通入正向电流，B相绕组通入负向电流，其产生磁力线如图4 (i)所示A相绕组和B相绕组产生的磁通分别经过各自绕组相邻的两定子齿和其间的定子轭，穿过定转子间气隙，进入转子，形成闭合回路，对电机转子产生吸力，拖动电机转子逆时针运转。
图4 (a)和图4 (i)的工作状态相同，图4 (a)至图4 (i)完成了一个工作周期，即120°转子机械位置角为本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机的一个工作周期，其为普通单极性励磁8/6结构开关磁阻电机一个工作周期(60° )的两倍，故双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机的定子铁心磁密的基本频率为普通单极性励磁8/6结构开关磁阻电机的一半。
按以上方式循环向本发明的双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机的各相绕组供电，则使得电机持续地逆时针运转。
权利要求
1、一种双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机，包括径向定子(1)、定子绕组(2)、分段转子铁心块(3)和不导磁的转子套(4)，其特征在于所述分段转子铁心块(3)为六个分段转子铁心块，并嵌入在不导磁的转子套(4)中组成了圆柱形结构的转子，径向定子(1)为八齿八槽结构，相对的两个槽中的定子绕组(2)为一个线包，每个线包分别为一相绕组，共四相绕组，每相绕组通过双极性励磁四相拓扑电路连接，使电机的一个工作周期为120°转子位置角。
全文摘要
本发明公开了一种双极性励磁8/6结构分段转子开关磁阻电机，属于开关磁阻电机领域。其结构包括径向定子、定子绕组、分段转子铁心块和不导磁的转子套，其中六个分段转子铁心块嵌入在不导磁的转子套中组成了圆柱形结构的转子，径向定子为八齿八槽结构，相对的两个槽中的定子绕组为一个线包，每个线包分别为一相绕组，共四相绕组，各相绕组通过双极性励磁的四相H桥拓扑电路连接并在各相绕组的自感上升期通以电流，使电机的一个工作周期为120°转子位置角。本发明电机高速时风(油)阻力小、铁心损耗低、结构简单，电机的磁励拓扑采用模块化H桥电路，节省了成本。
文档编号H02K3/28GK101534026SQ20091003122
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月27日 优先权日2009年4月27日
发明者彭晶晶, 王晓琳, 邓智泉, 陈小元 申请人:南京航空航天大学