三相开关磁阻电机的制作方法

本发明涉及永磁开关磁阻电机技术领域，尤其涉及一种三相开关磁阻电机。

背景技术：

开关磁阻电机定转子双凸结构，遵循磁路磁阻最小原则而产生电磁力矩，将电能转换为机械能的电动机。

目前，永磁开关磁阻电机一般将永磁体安装在定子磁轭上或者安装在定子磁极上，这类永磁开关磁阻电机永磁体安装难度比较大，防漏磁措施复杂，所用永磁体磁能受限制，采用单相或两相供电励磁，电磁机构利用率低，功率密度受限。

还有一种转子轴向磁化开关磁阻电机，进一步提高了电机效率和功率密度，但是这种两段式定转子永磁开关磁阻电机制作和安装工艺复杂，采用两相供电励磁模式，使得电机的三相电磁机构没有得到充分利用，电机的功率密度受到影响。

技术实现要素：

为解决上述问题，本申请实施例提出了一种三相开关磁阻电机。

一种三相开关磁阻电机，所述三相开关磁阻电机包括：电机外壳，定子和转子；

所述定子包括定子铁芯，定子磁轭，定子磁极，定子磁极绕组；

所述转子包括转子体，转子磁极，转子轴孔和转子轴；

所述定子磁极数为所述转子磁极数的1.5倍；

所述转子磁极数为4*k，k为正整数。

可选地，所述转子体和所述转子磁极均由铁氧体永磁材料制成。

可选地，所述转子磁极径向充磁且n、s磁极性均匀分布。

可选地，所述定子磁极均匀分布在所述定子铁芯内圆周上；

所述定子磁极上绕制所述定子磁极绕组。

可选地，各定子磁极绕组同线径、同匝数、同绕制方向；

所属同一相的定子磁极绕组顺极性串联组成相绕组，最终形成三相绕组。

可选地，所述三相绕组星形连接；

所述三相绕组同时供电励磁。

可选地，所述三相绕组采用igbt或者mosfet三相h桥作为功率电路。

可选地，三相h桥的输出端u，v，w分别与三相绕组的a，b，c相连接，其中，u，v，w分别为输出端标识，a，b，c分别为相标识；

三相h桥包括t1功率管，t2功率管，t3功率管，t4功率管，t5功率管，t6功率管；

t1，t4与a相连接；

t3，t6与b相连接；

t2，t5与c相连接；

三相绕组同时供电励磁前c相定子磁极与转子磁极n对齐；

三相绕组同时供电励磁时，若转子顺时针方向旋转，则重复顺序执行如下6个节拍，

第一节拍：c相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过负电流，b相流过正电流，c相流过正电流，t3，t4，t5导通，t1，t2，t6关断；

第二节拍：b相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过负电流，b相流过负电流，c相流过正电流，t4，t5，t6导通，t1，t2，t3关断；

第三节拍：a相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过正电流，b相流过负电流，c相流过正电流，t1，t5，t6导通，t2，t3，t4关断；

第四节拍：c相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过正电流，b相流过负电流，c相流过负电流，t1，t2，t6导通，t3，t4，t5关断；

第五节拍：b相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过正电流，b相流过正电流，c相流过负电流，t1，t2，t3导通，t4，t5，t6关断；

第六节拍：a相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过负电流，b相流过正电流，c相流过负电流，t2，t3，t4导通，t1，t5，t6关断；

定子磁极绕组同时供电励磁时，若转子逆时针方向旋转，则重复顺序执行如下6个节拍，

第一节拍：c相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过正电流，b相流过负电流，c相流过正电流，t1，t5，t6导通，t2，t3，t4关断；

第二节拍：a相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过负电流，b相流过负电流，c相流过正电流，t4，t5，t6导通，t1，t2，t3关断；

第三节拍：b相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过负电流，b相流过正电流，c相流过正电流，t3，t4，t5导通，t1，t2，t6关断；

第四节拍：c相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过负电流，b相流过正电流，c相流过负电流，t2，t3，t4导通，t1，t5，t6关断；

第五节拍：a相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过正电流，b相流过正电流，c相流过负电流，t1，t2，t3导通，t4，t5，t6关断；

第六节拍：b相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过正电流，b相流过负电流，c相流过负电流，t1，t2，t6导通，t3，t4，t5关断。

可选地，所述定子磁轭和所述定子磁极均由0.5毫米厚的硅钢片成形后叠压而成。

可选地，所述转子为凸极永磁体转子；

所述永磁体为硬永磁体；

所述永磁体用表贴式嵌入所述转子。

有益效果如下：

本申请提供的三相开关磁阻电机包括：电机外壳，定子和转子；定子包括定子铁芯，定子磁轭，定子磁极，定子磁极绕组；转子包括转子体，转子磁极，转子轴孔和转子轴；定子磁极数为转子磁极数的1.5倍；转子磁极数为4*k，该三相开关磁阻电机效率高，功率密度大，转矩脉动小，克服了常用的单相供电模式和两相供电模式的不足之处。

附图说明

下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：

图1示出了本申请一实施例提供的一种三相开关磁阻电机的截面结构示意图；

图2示出了本申请一实施例提供的一种三相开关磁阻电机的定子立体结构示意图；

图3示出了本申请一实施例提供的一种三相开关磁阻电机的转子立体结构示意图；

图4示出了本申请一实施例提供的一种三相绕组连接示意图；

图5示出了本申请一实施例提供的一种三相绕组功率电路示意图；

图6示出了本申请一实施例提供的一种三相开关磁阻电机的c相定子磁极与转子磁极n对齐示意图；

图7示出了本申请一实施例提供的一种三相开关磁阻电机的b相定子磁极与转子磁极s对齐示意图；

图8示出了本申请一实施例提供的一种三相开关磁阻电机的a相定子磁极与转子磁极n对齐示意图；

图9示出了本申请一实施例提供的一种三相开关磁阻电机的c相定子磁极与转子磁极s对齐示意图。

附图标号说明：

01-外壳，2-定子磁轭，03-转子体，04-定子磁极绕组，05-转子磁极，06-转子轴孔，07-转子轴，08-定子磁极。

具体实施方式

目前，永磁开关磁阻电机一般将永磁体安装在定子磁轭上或者安装在定子磁极上，这类永磁开关磁阻电机永磁体安装难度比较大，防漏磁措施复杂，所用永磁体磁能受限制，采用单相或两相供电励磁，电磁机构利用率低，功率密度受限。还有一种转子轴向磁化开关磁阻电机，进一步提高了电机效率和功率密度，但是这种两段式定转子永磁开关磁阻电机制作和安装工艺复杂，采用两相供电励磁模式，使得电机的三相电磁机构没有得到充分利用，电机的功率密度受到影响。

鉴于此，本申请提供了一种三相开关磁阻电机包括：电机外壳，定子和转子；定子包括定子铁芯，定子磁轭，定子磁极，定子磁极绕组；转子包括转子体，转子磁极，转子轴孔和转子轴；定子磁极数为转子磁极数的1.5倍；转子磁极数为4*k，该三相开关磁阻电机效率高，功率密度大，转矩脉动小，克服了常用的单相供电模式和两相供电模式的不足之处。

本实施例提供的三相开关磁阻电机，该三相开关磁阻电机为凸极永磁体转子三相开关磁阻电机，该电机采用三相绕组星形接法，三相同时励磁工作模式。

参见图1，该三相开关磁阻电机包括：电机外壳，定子和转子。

1、定子

定子包括定子铁芯，定子磁轭，定子磁极，定子磁极绕组。

定子磁极数为转子磁极数的1.5倍。

定子磁极均匀分布在定子铁芯内圆周上。

定子磁极上绕制定子磁极绕组。

各定子磁极绕组同线径、同匝数、同绕制方向。

所属同一相的定子磁极绕组顺极性串联组成相绕组，三相开关磁阻电机有三相，a相，b相和c相，所属a相的定子磁极绕组顺极性串联组成a相绕组ax，所属b相的定子磁极绕组顺极性串联组成b相绕组by，所属c相的定子磁极绕组顺极性串联组成c相绕组cz，因此最终形成三相绕组(ax，by，cz)。

其中，a，b，c分别为相标识。ax是a相绕组，对应的正电流从a端流入，x端流出。by是b相绕组，对应的正电流从b端流入，y端流出。cz是c相绕组，对应的正电流从c端流入，z端流出。

例如，从a端流入，x端流出的电流为正电流(+ia),反之为负电流(-ia)，从b端流入，y端流出的电流为正电流(+ib)，反之为负电流(-ib)，从c端流入，z端流出的电流为+电流(+ic)，反之为负电流(-ic)。

三相绕组星形连接。

三相绕组同时供电励磁。

例如，图1所示，所有定子磁极绕组的同名端用“*”表示，所属各相定子磁极绕组的同名端分别标注首端符号a，b，c，末端分别标注x，y，z，同相定子磁极绕组顺极性串联成相绕组，即前级定子磁极绕组的末端接后级定子磁极绕组的首端依次连接，如图4所示。

三相绕组采用igbt或者mosfet三相h桥作为功率电路。

三相h桥的输出端u，v，w分别与三相绕组的a，b，c相连接，其中，u，v，w分别为输出端标识。

三相h桥包括t1功率管，t2功率管，t3功率管，t4功率管，t5功率管，t6功率管。

t1，t4与a相连接。

t3，t6与b相连接。

t2，t5与c相连接。

按照表1所示的电流换相规律，三相绕组同时供电励磁：定转子全部磁极所产生的电磁力矩均为拖动力矩，共同做功。

表1

例如：三相绕组同时供电励磁前c相定子磁极与转子磁极n对齐。

三相绕组同时供电励磁时，若转子顺时针方向旋转，则重复顺序执行如下6个节拍，

第一节拍：c相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过负电流，b相流过正电流，c相流过正电流，t3，t4，t5导通，t1，t2，t6关断。

第二节拍：b相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过负电流，b相流过负电流，c相流过正电流，t4，t5，t6导通，t1，t2，t3关断。

第三节拍：a相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过正电流，b相流过负电流，c相流过正电流，t1，t5，t6导通，t2，t3，t4关断。

第四节拍：c相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过正电流，b相流过负电流，c相流过负电流，t1，t2，t6导通，t3，t4，t5关断。

第五节拍：b相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过正电流，b相流过正电流，c相流过负电流，t1，t2，t3导通，t4，t5，t6关断。

第六节拍：a相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过负电流，b相流过正电流，c相流过负电流，t2，t3，t4导通，t1，t5，t6关断。

定子磁极绕组同时供电励磁时，若转子逆时针方向旋转，则重复顺序执行如下6个节拍，

第一节拍：c相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过正电流，b相流过负电流，c相流过正电流，t1，t5，t6导通，t2，t3，t4关断。

第二节拍：a相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过负电流，b相流过负电流，c相流过正电流，t4，t5，t6导通，t1，t2，t3关断。

第三节拍：b相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过负电流，b相流过正电流，c相流过正电流，t3，t4，t5导通，t1，t2，t6关断。

第四节拍：c相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过负电流，b相流过正电流，c相流过负电流，t2，t3，t4导通，t1，t5，t6关断。

第五节拍：a相定子磁极与转子磁极n对齐，a相流过正电流，b相流过正电流，c相流过负电流，t1，t2，t3导通，t4，t5，t6关断。

第六节拍：b相定子磁极与转子磁极s对齐，a相流过正电流，b相流过负电流，c相流过负电流，t1，t2，t6导通，t3，t4，t5关断。

定子磁轭和定子磁极均由0.5毫米厚的硅钢片成形后叠压而成。

2、转子

转子包括转子体，转子磁极，转子轴孔和转子轴。

转子磁极数为4*k，k为正整数。

转子体和转子磁极均由铁氧体永磁材料制成。

转子磁极径向充磁且n、s磁极性均匀分布。

例如，转子体和转子磁极均用永磁(硬磁)铁氧体材料按设计需求，成型，烧结，精加工，磁极径向充磁一次性完成，永磁转子磁极极性n、s均匀分布。

转子为凸极永磁体转子。

永磁体为硬永磁体。

永磁体用表贴式嵌入转子。

参见图1至图3，本实施例提供的三相开关磁阻电机，其转子是一种完全由铁氧体加工制成的凸极转子，转子磁极05径向充磁，按n，s磁极性均匀分布在转子体03上，定子铁芯用0.5mm厚的硅钢片叠压紧固而成，定子铁芯上均匀分布了结构相同的定子磁极08，各定子磁极08上采用同线径，同匝数，同绕制方向绕制定子磁极绕组04，按照图4所示的相绕组连接法，将所属同相的定子磁极绕组04连接成相绕组(ax，by，cz)，相绕组的a，b，c三首端分别对应地连接到图5中三相igbth桥的u，v，w三个输出端，依据表1所示的电流换相表中的换相节拍，控制三相h桥中t1至t6的igbt管导通或者关断，达到三相绕组ax，by，cz同时供电励磁，本实施例提供的三相开关磁阻电机的所有定转子磁极共同产生电磁转矩，实现将电能转换为机械能。

本实施例提供的三相开关磁阻电机机理和工作过程如下：

参见图6至图9的不同节拍下三相开关磁阻电机状态图，本实施例提供的三相开关磁阻电机能量转换过程如下：

a相包括定子磁极a11和a12。

b相包括定子磁极b11和b12。

c相包括定子磁极c11和c12。

转子磁极包括n1，s1，n2，s2。

假设在三相开关磁阻电机工作前，三相开关磁阻电机的c相两定子磁极c11c12与转子磁极n1n2已对齐(即cn对齐)，期望转速n顺时针方向旋转，如图6所示，在此基础上依据表1所示电流换相表，按正转(顺时针方向)节拍给三相开关磁阻电机的三相绕组供电励磁：

第一节拍：如图6所示，a相供负电流(-ia)，b相供正电流(+ib)、c相供正电流(+ic)，图5中功率管t3，t4，t5三管触发导通，其他三管关断，各相绕组中的电流方向在图6中标出(-电流流进，⊙-电流流出)，根据右手螺旋定则可知：

(1)a相定子磁极a11和a12为s极性，且a11和a12分别对转子磁极s1和s2产生同极性的顺时针方向排斥电磁力。

(2)与此同时，b相定子磁极b11和b12为n极性，且b11和b12分别对转子磁极s1和s2产生异极性的顺时针方向吸引电磁力。

(3)c相定子磁极c11和c12为n极性，与转子磁极n1和n2同极性且磁极对齐，在受力不平衡的转子旋转体中，c11和c12分别对n1和n2产生顺时针方向排斥电磁力，定转子在此节拍内，所有磁极间产生的电磁力形成顺时针方向的合成电磁力矩，转子顺时针方向旋转，直到b11和b12与s1和s2对齐为止(如图7所示，此时转子顺时针方向转过了30度机械角)，b相转子位置传感器发出电流换相指令，关断t3，t4，t5三管，进入下一节拍。

第二节拍，在图7中，bs对齐，即b相定子磁极b11和b12与转子磁极s1和s2对齐，a相供负电流(-ia)，b相供负电流(-ib)，c相供正电流(+ic)，功率电路图5中t4，t5，t6三管触发导通，其他三管关断，各相绕组中的电流方向在图7中标出，根据右手螺旋定则可知：

(1)a相定子磁极a11和a12为s极性，且a11和a12分别对转子磁极n1和n2产生顺时针方向的吸引电磁力。

(2)与此同时，c相定子磁极c11和c12为n极性，且c11和c12分别对转子磁极n1和n2产生顺时针方向的排斥电磁力。

(3)b相定子磁极b11和b12为s极性，与转子磁极s1和s2同极性且磁极对齐，在受力不平衡的转子旋转体中，b11和b12分别对s1和s2产生顺时针方向排斥电磁力，在此节拍内，所有定转子磁极间产生的电磁力形成顺时针方向的合成电磁力矩，转子顺时针方向旋转，直到a11和a12与n1和n2对齐为止(如图8所示，此时转子顺时针方向再一次转过了30度机械角)，a相位置传感器发出电流换相指令，关断t4，t5，t6三管，进入下一节拍。

第三节拍，在图8中，an对齐，a相供正电流(+ia)，b相供负电流(-ib)，c相供正电流(+ic)，功率电路图5中t1，t5，t6三管触发导通，其他三管关断，各相绕组中的电流方向在图8中标出，根据右手螺旋定则可知：

(1)b相定子磁极b11和b12为s极性，且b11和b12分别对转子磁极s1和s2产生顺时针方向的排斥电磁力。

(2)与此同时，c相定子磁极c11和c12为n极性，且c11和c12分别对转子磁极s1和s2产生顺时针方向的吸引电磁力。

(3)a相定子磁极a11和a12为n极性，与转子磁极n1和n2同极性且磁极对齐，同理，在受力不平衡的转子旋转体中，a11和a12分别对n1和n2产生顺时针方向排斥电磁力，在此节拍内，全部定转子磁极间产生的电磁力形成顺时针方向的合成电磁力矩，转子顺时针方向旋转，直到c相定子磁极c11和c12与转子磁极s1和s2对齐为止(如图9所示，转子又一次顺时针方向转过了30度机械角)，此时c相位置传感器发出电流换相指令，关断t1，t5，t6三管，进入下一节拍。

第四、五、六节拍工作过程分析方法类同上述不再赘述，但是，对齐的转子磁极极性相反，相绕组电流正负相反。按照表1所示的电流换相表，三相开关磁阻电机三相电流经过从第一节拍至第六节拍后，后续电流换相节拍是上述一至六换相节拍的循环重复过程，三相开关磁阻电机连续将输入的电能转换为轴上输出的机械能，带动生产负载而做功。

为了弥补现有技术中永磁开关磁阻电机存在的不足之处，本实施例提供在开关磁阻电机的电磁理论基础上，提供了一种三相开关磁阻电机，该三相开关磁阻电机为凸极永磁体转子三相开关磁阻电机。

如图1至图3所示，转子体为凸极转子体，转子体和转子磁极用铁氧体永磁材料制作，转子无需硅钢片材料，转子磁极径向充磁，且n，s均匀分布在转子体的外圆上。定子包括定子磁轭和定子磁极，定子磁轭和定子磁极采用0.5mm后的冷轧硅钢片叠压紧固后制作，各个定子磁极结构完全相同，均匀分布在定子铁芯内圆上，各个定子磁极绕组采用同线径，同匝数，同绕制方向绕制，各定子磁极绕组的同名端用“*”符号表示，且分别标注首端符号(a，b，c)，末端用(x，y，z)符号表示。如图1所示，由同一相的定子磁极绕组首末相连组成相绕组(ax，by，cz)，如图4所示，最终形成三相绕组，三相绕组(a，b，c)星形连接，采用三相h桥供电励磁。如图5所示三相h桥的输出端u，v，w分别与三相绕组的a，b，c相连接，采用三相供电模式，电流换相节拍遵循定转子磁极对齐为电流开始换相原则，其换相规律如表1所示。三相绕组供电依据表1进行电流换相，定转子所有磁极间产生的电磁力矩同为转速方向，改变电流换相规律即可改变电机的运行方向。

本实施例提供的三相开关磁阻电机的转子整体为铁氧体永磁材料制成，成本低，承受的工作温度高，永磁转子体积大，可保证有足够的磁能，转子磁极径向充磁且n，s均匀分布，定转子磁极间的磁路短，电磁作用效率高，各定子磁极绕组，采用同线径，同匝数，同绕制方向制作，所属同相的定子磁极绕组首末相连构成相绕组(ax，by，cz)，三相绕组星形连接，按照电流换相表1的规律，控制图5中t1至t6igbt管的开通和关断，达到三相绕组在任一工作节拍内同时供电，实现本实施例提供的三相开关磁阻电机全部磁极电磁作用所产生的力矩相同于旋转方向，有利于效率和功率密度的进一步提高。

由于本实施例提供的三相开关磁阻电机的凸极永磁体转子磁极极性为n，s极性均匀分布，三相绕组供电后的定子各磁极与永磁转子各磁极间产生的电磁力而形成的电磁力矩必需为同一旋转方向，本实施例提供的三相开关磁阻电机才能正常运行。凸极永磁体转子三相开关磁阻电机遵循表1中电流换相规律，实现高效、高功率密度的将电能转换为机械能的电动机。

本实施例提供的三相开关磁阻电机为凸极永磁体转子三相开关磁阻电机，包括电机外壳，左右端盖，转子轴及轴承，凸极定子铁芯和凸极永磁体转子。凸极永磁体转子采用铁氧体永磁材料制作而成，转子无需硅钢片材料。凸极转子磁极径向充磁且n、s磁极性均匀分布，定子铁芯用硅钢片叠压紧固制作，凸极定子磁极绕制各相定子磁极绕组，三相绕组(ax，by，cz)星形连接，三相绕组在任何换相周期内同时供电励磁而做功，克服了三相开关磁阻电机常用的单相供电模式和两相供电模式的不足之处，该种电机三相电磁结构得到充分利用，效率高，功率密度大，转矩脉动小等优点。

按照表1的电流换相规律，三相电机绕组同时供电励磁，定转子全部磁极所产生的电磁力矩均为拖动力矩，共同做功。

本实施例提供的三相开关磁阻电机适用于定子磁极数ns是转子磁极数nr的1.5倍(即ns＝1.5nr，nr＝4，8，12，16……)的其他凸极永磁体转子三相开关磁阻电机，永磁体也可以是其他类硬永磁体，永磁体安装方法还可以采用表贴式嵌入式的凸极转子。

本实施例提供的三相开关磁阻电机包括：电机外壳，定子和转子；定子包括定子铁芯，定子磁轭，定子磁极，定子磁极绕组；转子包括转子体，转子磁极，转子轴孔和转子轴；定子磁极数为转子磁极数的1.5倍；转子磁极数为4*k，该三相开关磁阻电机效率高，功率密度大，转矩脉动小，克服了常用的单相供电模式和两相供电模式的不足之处。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。