轭绕组单相交流开关磁阻电机定子的制作方法

本发明涉及一种单相交流电机的定子。具体是各相电枢绕组采用轭绕组；按轭单相法通入单相交流电，各段轭绕组形成轭部磁通，聚集形成交变齿部磁极，形成转动开关磁阻磁场，可驱动凸极转子。这就是轭绕组单相交流开关磁阻电机定子。

背景技术：

1、电机一般是圆柱状转子位于电机中心内部、圆环状定子位于外部包围转子，这是内转子径向磁通电机。拓扑技术可以实现圆柱状定子位于电机中心内部，圆环状转子位于外部包围定子，这是外转子径向磁通电机。拓扑技术还可以实现盘状定子位于电机一侧，盘状转子位于电机另一侧，定子与转子轴向相对的轴向磁通电机。拓扑技术还可以实现线状定子与线状转子相对平行运动的直线电机。所述拓扑技术是成熟技术。电机都努力简化结构、提高效率，增加功能。改进电机的关键部件定子，就可以改进电机。传统开关磁阻电机的定子，其多相电枢绕组中每步只有一相电枢绕组通电，通电效率不高。本发明提出：1，电枢绕组采用轭绕组，2，采用轭单相法通入单相交流电，可以提高通电效率、做到每步所有轭绕组通电。所述单相交流电为+a相和-a相的正弦交变电流，这二相依次滞后180度电相位。单相交流电，例如控制电路管理的单相交流电、逆变器产生的单相交流电等，为成熟技术。控制单相交流电采用成熟技术，例如阶梯控制、电流控制、转矩控制、最优效率控制、超前相角控制、无位置传感器控制等。

2、本发明提出的轭绕组单相交流开关磁阻电机定子，具体是电枢绕组采用轭绕组、按轭单相法通入单相交流电，形成转动开关磁阻磁场，可以驱动凸极转子。通过改进定子来改进电机，简化电机结构，提高电机效率，增加电机功能。电机行业需要轭绕组单相交流开关磁阻电机定子。

技术实现思路

1、轭绕组单相交流开关磁阻电机定子，由定子铁芯和电枢绕组组成。可与凸极转子、支承部件、机壳和控制电路等部件组成单相交流开关磁阻电机。特征在于：电枢绕组采用电线围绕轭部绕制形成轭绕组，按轭单相法通入单相交流电形成轭部磁通、形成交变齿部磁极、形成转动开关磁阻磁场，可驱动凸极转子。

2、定子铁芯采用成熟技术，采用高磁通材料，例如采用硅钢、层叠硅钢等制造。根据需要设置定子铁芯，使各个齿部沿圆周方向均匀布置向内朝向转子，轭部平行于转子运动方向，轭部连接各个齿部形成定子铁芯。设置定子电枢绕组相数为p，p 为不小于3的自然数，定子铁芯有2*q*p个齿部、有2*q*p段轭部，q是定子极对数，q为自然数。定子铁芯顺时针方向为前方、为前进方向，逆时针方向为后方、为后退方向。所述定子电枢绕组相数即流通不同电流的电枢绕组组数。

3、电枢绕组是通入单相交流电形成轭部磁通、形成交变齿部磁极、形成转动开关磁阻磁场的电线结构，包括p相电枢绕组，每相电枢绕组流通不同电流。每相电枢绕组采用电线围绕定子铁芯的轭部绕制形成轭绕组，沿轭部按相序编号分段设置。轭绕组设置规则是：p相的电枢绕组，每相电枢绕组包括2*q段的轭绕组；在定子铁芯上选定一个齿部作为第一基极，前方第p个齿部是第一像极，前方第2*p个齿部是第二基极，前方第3*p个齿部是第二像极，如此类推直至第q基极和第q像极；在每个基极的前方按相序编号依次分别设置p相的p段正轭绕组，在每个像极前方按相序编号依次分别设置p相的p段负轭绕组，就设置了2*q*p段轭绕组。各段轭绕组的电线和匝数等内容相同。每相中各段轭绕组之间的连接方式，包括串联连接、并联连接和混合连接等，均采用电机行业的成熟技术。各段轭绕组的正负按轭部定向方法确定，所述轭部定向方法如下：平行于转子运动方向选定一个定子铁芯截面，设该截面图中顺时针方向为轭部磁通正向，即当轭部磁通的n极方向顺时针时该段轭部磁通为正向轭部磁通，当轭部磁通的n极方向逆时针时该段轭部磁通为负向轭部磁通。按右手螺旋定则，通入正电流时形成正向轭部磁通的轭绕组为正轭绕组，通入正电流时形成负向轭部磁通的轭绕组为负轭绕组，通入负电流时形成正向轭部磁通的轭绕组为负轭绕组，通入负电流时形成负向轭部磁通的轭绕组为正轭绕组。各段轭绕组通入单相交流电后，形成交变轭部磁通。在同一时点上，相邻的同向轭部磁通相互串联，形成一组轭部磁通；异向轭部磁通相互聚集，即n端与n端聚集，s端与s端聚集；聚集在最邻近的齿部形成齿部磁极，称为齿极和面极，时点不断变化，齿极和面极的齿部磁极形成交变磁极，就是开关磁阻磁场的磁极。轭单相法的每一步交变磁极稳定在这一步的齿极和面极，轭单向法的下一步决定下一步的齿极和面极位置，就形成了交变磁极转动的方向和转动的步进距离，随着通入单相交流电每步变化，齿极和面极位置前进或后退，形成转动开关磁阻磁场，开关磁阻磁场转动频率小于单相交流电频率。*是乘号，/是除号，+是正号、加号，-是负号、减号。所述各电枢绕组的相序编号是成熟技术，通常以小写英文字母顺序表示。

4、电枢绕组按轭单相法通入单相交流电，每一个通电周期包括2*p步，共2*p个相等的步长时间。每步通入的电流都与定子和转子的相对位置相关，选择每步开始与结束时机、选择单相交流电导通与关闭时间、选择每步电相位角度采用成熟技术。成熟技术包括在电机中设置传感器，获得每步定子和转子位置信号，信号提供给控制电路从而控制每一步供给各相电枢绕组的电流。每一步通入电流，使转子转动一个步进距离后，开始下一步通入电流。电机启动可以从任何一步开始，并不必须从第一步开始。轭单相法包括1号顺法、1号逆法、2号顺法、2号逆法、如此类推直至(p-1)/2号顺法和(p-1)/2号逆法，一共是2*((p-1)/2)种通入单相交流电形成转动开关磁阻磁场的法,其中(p-1)/2的值取整数。1号顺法是：第1步，以每个基极为这一步齿极，以每个像极为这一步面极，p相轭绕组通入单相交流电，电流规则是每个齿极前方的p段轭绕组中的正轭绕组流通+a相交流电、负轭绕组流通-a相交流电，每个面极前方的p段轭绕组中的正轭绕组流通-a相交流电、负轭绕组流通+a相交流电，以后每一步（直至第2*p步），以上一步每个齿极前方第一个齿部作为这一步齿极，以上一步每个面极前方第一个齿部作为这一步面极，p相轭绕组通入单相交流电，电流规则不变；其每一步开关磁阻磁场步进距离为前进一个极心距；第(2*p+1)步与第1步相同，开始下一个通电周期。1号逆法是：第1步同1号顺法第1步，以后每一步（直至第2*p步），以上一步每个齿极后方第一个齿部作为这一步齿极，以上一步每个面极后方第一个齿部作为这一步面极，p相轭绕组通入单相交流电，电流规则不变；其每一步开关磁阻磁场步进距离为后退一个极心距；第(2*p+1)步与第1步相同，开始下一个通电周期。2号顺法是：第1步同1号顺法第1步，以后每一步（直至第2*p步），以上一步每个齿极前方第二个齿部作为这一步齿极，以上一步每个面极前方第二个齿部作为这一步面极，p相轭绕组通入单相交流电，电流规则不变；其每一步开关磁阻磁场步进距离为前进二个极心距；第(2*p+1)步与第1步相同，开始下一个通电周期。2号逆法是：第1步同1号顺法第1步，以后每一步（直至第2*p步），以上一步每个齿极后方第二个齿部作为这一步齿极，以上一步每个面极后方第二个齿部作为这一步面极，p相轭绕组通入单相交流电，电流规则不变；其每一步开关磁阻磁场步进距离为后退二个极心距；第(2*p+1)步与第1步相同，开始下一个通电周期。后面的m号顺法和m号逆法依此类推，其每一步步进距离为m个极心距；直至(p-1)/2号顺法和(p-1)/2号逆法依此类推，其每一步步进距离为(p-1)/2个极心距,其中(p-1)/2的值取整数。在每一种轭单相法的每一步中，电流规则不变，但每一步各段轭绕组具体通入的电流不一样。轭单相法每一步的核心，是每一步通入的电流使各段轭绕组形成的轭部磁通聚集在齿极和面极形成步进距离正确的开关磁阻磁场，前后步相续就形成转动的开关磁阻磁场。所述开关磁阻磁场步进距离是下一步相比上一步齿极和面极移动的极心距数量。

5、如上所述，m号顺法每一步使转动开关磁阻磁场以m号转速顺时针转动m个极心距，m号逆法每一步使转动开关磁阻磁场以m号转速逆时针转动m个极心距，m是自然数，m最大等于(p-1)/2的值取整数。所述极心距是相邻的两个定子齿部顶部中心之间的弧度。每一步开关磁阻磁场转动m个极心距，就是开关磁阻磁场每一步步进距离为m个极心距。在每一步步长时间相同的条件下，选择采用各号顺法和各号逆法之一可形成具有q个极对数的具有各种速度之一的转动开关磁阻磁场，可驱动凸极转子以某种额定转速转动。具体参见各实施例。

6、在轭绕组设置规则中，把任一相的各段轭绕组均改为方向相反的轭绕组；在轭单相法的每一种通电方式的每一步中，把该相通入的原单相交流电对应改为电相位相差180度的单相交流电，则本发明不变。在轭单相法的每一种通电方式中，把各段轭绕组流通的原单相交流电对应改为电相位相差180度的单相交流电，则本发明不变。

7、各实施例讲述的都是一个极对数定子组成的轭绕组单相交流开关磁阻电机，本发明还包括多个极对数定子组成的电机；从一个极对数定子组成的电机推导多个极对数定子组成的电机是业内成熟技术。各实施例讲述的都是一个定子与一个转子匹配的电机，本发明还包括双定子与一个转子匹配的电机、双转子与一个定子匹配的电机；推导双定子电机、双转子电机是业内成熟技术。

8、所述凸极转子采用成熟技术，凸极转子由转子铁芯和转子轴组成，转子铁芯由转子齿部和转子轭部组成，具有凸极性，转子轴是成熟技术。

9、支承部件和机壳采用成熟技术。

10、控制电路控制电枢绕组按轭单相法通入单相交流电，采用成熟技术。

11、图1和图2是一个极对数的三相轭绕组单相交流开关磁阻电机定子剖面图，图1中定子匹配四齿部凸极转子，图2中定子匹配八齿部凸极转子。图3和图4是一个极对数的四相轭绕组单相交流开关磁阻电机定子剖面图，图3中定子匹配六齿部凸极转子，图4中定子匹配十齿部凸极转子。图5、图6和图7是一个极对数的五相轭绕组单相交流开关磁阻电机定子剖面图，图5中定子匹配八齿部凸极转子，图6中定子匹配十二齿部凸极转子，图7中定子匹配六齿部凸极转子。图8和图9是一个极对数的六相轭绕组单相交流开关磁阻电机定子剖面图，图8中定子匹配十齿部凸极转子，图9中定子匹配十四齿部凸极转子。图10是六相轭绕组单相交流开关磁阻电机定子匹配控制电路的一种例子。图11是一个极对数的七相轭绕组单相交流开关磁阻电机定子剖面图，图11中定子匹配十八齿部凸极转子。

12、传统开关磁阻电机定子，各相电枢绕组均围绕定子铁芯齿部绕制形成齿部绕组，各齿部绕组流通电流直接形成变化的齿部磁极最终形成转动开关磁阻磁场，每步的电枢绕组通电率不高，只有一种步进距离，组成的电机只有一种额定转速。本人2022年3月曾经发明申报了《轭绕组少极多速直流电机定子》，各相电枢绕组采用轭绕组，按轭绕组少极多速法流通直流电形成转动开关磁阻磁场，每步的电枢绕组通电率高，可以有多种步进距离，组成的电机有多种额定转速，但该电机流通直流电、通用性不广，匹配的控制电路比较复杂。轭绕组单相交流开关磁阻电机定子，有益之处在于：各相电枢绕组采用轭绕组，各轭绕组流通单相交流电形成轭部磁通聚集形成交变齿部磁极最终形成转动开关磁阻磁场，创新了电机运行机制；采用轭单相法，每步的电枢绕组通电率最高达100%，提高了电机效率；流通单相交流电、通用性广，匹配的控制电路简单；采用轭单相法，轭绕组单相交流开关磁阻电机定子可有多种步进距离，组成的电机有多种额定转速，增加了电机功能。此之前没有与此相同的电机。

13、所述定子铁芯、高磁通材料、轭部、齿部、磁极、聚集、永磁体、绝缘块、开关磁阻磁场和极对数均为成熟技术。所述电线、绕组、绕制、电枢绕组、轭绕组、齿部绕组、连接、步长、极心距、弧度、凸极转子和凸极性均为成熟技术。