低噪音、高转子极开关磁阻电机的制作方法

本公开大体上涉及高转子极开关磁阻电机(hrsrm)，并且更具体地涉及用于提供转子极和定子极的多个组合从而减少开关磁阻电机驱动器中的噪声和振动的系统和方法。

背景技术：

1、电磁仿真能力和电力电子技术的最新进展使开关磁阻电动机(srm)成为电动机应用的有吸引力的候选者。srm驱动器的积极方面包括其在更宽工作范围内的固有变速能力、简单的结构、强大的性能和低制造成本。srm是一种无刷同步电机，具有转子极和定子极。每个定子极上都有集中的绕组，但转子上没有绕组或永磁铁。srm可以具有定子极和转子极的若干组合，其中转子通常具有比定子更少的极。成对的径向相对的定子极绕组串联或并联连接，以形成多相srm的独立电机相绕组。理想地，从一个定子极进入转子的磁通与从径向相对的定子极离开转子的磁通量平衡，使得在相之间没有相互磁耦合。通过以与转子的角位置同步的预定顺序切换每个相绕组中的电流来产生转矩。以这种方式，在彼此接近的转子极和定子极之间产生磁吸引力。在最靠近该相的定子极的转子极旋转经过对准位置之前，在每个相中切断电流，从而防止磁吸引力产生负的或制动转矩。因此，通过相对于转子角度适当地激励相绕组，可以获得正向或反向操作以及电动或发电操作。

2、与传统的srm相比，hrsrm具有更高的静态转矩能力，可有效解决转矩波动和声学噪声问题。srm和hrsrm的功率转换器的设计参数不同。这是因为hrsrm具有不同的电感曲线和更高的行程数。用于传统hrsrm的最可靠技术利用相线圈的自感来估算位置。hrsrm具有与传统srm相同周长的更高数量的转子极。转子极数越多，每次激励的角行程越小。然而，较大数量的转子极导致较小的间隙，并且两个转子极之间的圆弧长度(或角度长度)较小。结果，hrsrm的自感曲线变得更平坦，这导致不可靠的位置估算。

3、另一种传统方法描述了一种开关磁阻电机；无论是作为电动机、发电机还是两者兼有；在定子极数和转子极数之间具有新的关系，以便为srm提供最小量的转矩脉动和声学噪声，同时提供改进的功率密度和转矩产生。本发明提供一种srm，其具有显著的转子和定子极数关系，定子极数为s，其中s>2，转子极数为r，可表示为r＝2s-2，例如s/r极数以6/10、8/14或10/18配置。而且，尽管关于旋转电机的示例性形式描述了本发明，但是它同样适用于其他形式的旋转电机以及线性和倒置电机。但是，该方法描述了一个特定的公式，其仅针对给定数量的定子极来描述转子极的一个可能数量。例如，16个定子极将导致30个转子极。

4、另一种方法描述了支持一个或多个相的srm，每个相包括定子、转子和线圈。定子是中空的、圆柱形的并且包括向内延伸的定子极，使得在相邻的定子极之间形成凹部。线圈缠绕在定子极上并占据凹部。转子位于定子内部并具有向外延伸的极。转子极和定子极在旋转中心处对向具有最大值0.5倍电极间距的角度。不同的相沿着srm的轴线分布。转子通过以电流控制方式激励相而产生的磁阻转矩旋转，直到转子旋转通过维持运动所需的最小换向角；通过使用存储在其中的能量使其惯性旋转来使相去激励并同时激励第二顺序相邻的相。这种传统方法仅复制转子和定子的组合，并且在磁回路(磁通路径)与电机中的定子或转子极数之间不存在任何关系。

5、另一种方法描述了一种两相开关磁阻电机，该电机使用不连续的磁芯结构作为定子，作为低成本、高性能驱动器的一部分有效使用。这种不连续的定子铁心结构包含短磁通路径和定子不连续磁芯结构中转子极和定子极之间的最大重叠，而与转子位置无关。这种芯结构的示例配置包括e芯、l芯和i芯配置。与传统的srm设计相比，使用更少的钢和磁线导致定子材料和绕组材料的成本节省。这种新型srm的效率得到改善，因为较短的磁通路径导致磁芯损耗的降低和相位电阻的降低，从而减少铜的损耗。与现有的两相srm相比，新型srm的两相同时激励可以减少换向期间的转矩脉动。这种传统方法为具有减少的定子的hrsrm引入了另外一种几何形状，然而，它没有示出可用于预测不同配置的任何电磁关系。

6、因此，需要一种高转子极开关磁阻电机(hrsrm)，其包括比定子极更多数量的转子极，并且能够解决高转矩脉动和声学噪声的问题。这种开关磁阻电机达将能够实现最小量的转矩波动并且将进一步提高电机的转矩质量。这种hrsrm将利用由特定数学公式限定的数值关系提供转子极和定子极的多种组合。这种电机将有助于改善噪声性能和设计灵活性。本实施例通过实现这些关键目标克服了该领域中的上述缺点。

技术实现思路

1、为了最小化现有技术中的限制，并最小化在阅读本说明书时将显而易见的其他限制，本发明是一种高转子极开关磁阻电机(hrsrm)，包括定子和转子，该定子包括多个定子极，该转子包括多个转子极，并利用由下列数学公式限定的数值关系提供转子极和定子极的多种组合：

2、rn＝2sn-fp；

3、使得sn＝m x fp，fp>2，m>1，m和fp是自变量，其中rn是转子极数，sn是定子极数，fp是当所述定子极和所述转子极完全对准时所述定子中的独立磁通路径的最大数量，m是相数。

4、本发明涉及一种开关磁阻电机(srm)，其中通过改进转子极/定子极的配置可以减少产生的噪声和振动。改进的配置提供了关于转子位置的更高的电感变化率，这可以改善电机的转矩质量。所提出的公式提供了一种数学公式，其具有针对所选m和fp的特定数量的定子和转子极，其提供改善的噪声性能和设计灵活性。在一个示例中，当m＝4时，具有四个相位且fp＝4的电机，其表示具有四个可能的独立磁通路径的电机，从而产生16/28srm。该公式的实施例可以通过定子极和转子极的若干其他可行组合来描述。利用所提出的公式，可以设计具有不同相数和定子/转子配置的电机。本发明提供一种srm，其具有旋转或线性设计的应用，并且包括定子极数和转子极数之间的关系，以便提供具有最小量的转矩脉动和声学噪声的srm，同时提供改进的功率密度和转矩产生。特别地，本发明提供一种srm，其具有显著的转子和定子极数关系，定子极数为sn数，转子极数为rn，可表示为rn＝2sn-fp，例如具有16/28配置的sn/rn极数的电机。本发明提供一种srm，无论是作为电动机、发电机还是两者操作。所提出的拓扑在对准时具有最高的电感，在未对准的位置具有最低的电感，非常类似于传统的srm。传统srm采用的所有传统电力电子转换器和控制策略可以应用于所提出的srm。由于每转的行程数更高，所提出的srm可提供更平稳的转矩曲线。相对于传统srm，这提供了更好的峰值和平均转矩曲线。

5、本发明的第一个目的是提供一种hrsrm，其具有降低的噪音特性和在操作期间由电机产生的振动水平。

6、本发明的第二个目的是提供一种hrsrm，与传统的srm和hrsrm相比，该电机具有最小量的转矩波动和增强的电机转矩质量。

7、本发明的第三个目的是提供一种具有高功率密度和转矩的hrsrm。

8、本发明的第四个目的是提供一种具有不同相数的hrsrm。

9、本发明的第五个目的是提供一种hrsrm，其具有利用由数学公式限定的数值关系的转子极和定子极的多个组合。

10、本发明的第六个目的是提供一种具有高可靠性和高效率的hrsrm，从而降低这种电动机的消费成本。

11、本发明的第七个目的是提出一种考虑hrsrm中的独立通量路径的数学设计公式。

12、具体地描述了本发明的这些和其他优点和特征，以使本发明对于本领域普通技术人员来说是可理解的。