開關磁阻電動機的製作方法
2023-05-17 15:53:06 1
專利名稱：開關磁阻電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及開關磁阻電動機。
背景技術：
本發明從本質上講，是對單相交流電動機的技術改進和功能擴展。
本發明啟蒙於對一種簡單的單向交流電機的研究，該電機是一種4極16槽使用單層繞組的單向交流電容運轉電機，圖一是該電機的單層繞組的展開圖，圖2是該電機定子和繞組軸向剖面圖。
從圖中可以看出，該電機有2相繞組，每相4極，每極4槽，勵磁3個定子齒；2相線圈之間，線圈中心線錯開90度電角度的距離，且相鄰線圈有一公共的勵磁齒。經研究發現，這種結構的兩相繞組，在脈衝電流的控制下，有產生步進旋轉磁場的能力。表1是該2相繞組的4個電源端點的在兩相換向電流的控制下在定子齒中產生的磁動勢的變化情況。(其中1、3，2、4分別為兩相繞組的兩個端點。端點值為+，表示接電源正極，為-表示接負極，0表示與電源斷開)表1
從表一中可以看出，經過主繞組，主繞組+副繞組合成，副繞組輪流換向勵磁8次之後，定子齒磁勢以3齒為一組，以—齒的步距完成了一周的循環變化，從而形成了一個完整的步進的旋轉磁場，與磁阻電動機的運行磁場相似。但，我的試驗證明，這種磁場還不能直接用於磁阻電動機的運行。其原因在於，如表一中所示的那樣，在單相繞組勵磁時，所勵磁的3齒磁勢是相同的，不能保證讓轉子完整的步進一步，使轉子運行不穩定，必須加以改進。本發明的技術改造也就從這裡開始。
在研究了單相電機的各種繞組之後發現，使用4槽同心繞組，能有效解決單繞組勵磁時，3齒磁勢相等的問題，該4槽同心繞組的內圈與外圈匝數比以1∶2為宜，它能保證勵磁後，中間齒磁勢比兩邊齒磁勢高出二分之一左右，形成中心主磁極。假設兩邊齒磁勢為1，則中間齒磁勢就可達到1.5。以這兩個值代入表1中，就可得到具有波特徵的脈衝旋轉磁場，如表2所示(表中N以+表示，S以-表示，合成磁勢符合加、減的規律)。
表2
這種具有波特徵的步進旋轉磁場，能有效的推動磁阻轉子以及勵磁轉子和永磁轉子旋轉工作。當然，由於合成磁勢要高於單繞阻磁勢，會使轉子旋轉時，有一定的波動。但這種波動可以通過穩定電流的方式加以抑制。有效的穩流方式有線圈自感式穩流器穩流和電子穩流器穩流，這都是一些成熟的穩流技術。
本發明與申請號為97110671.1的發明相似，都有許多變種，如步進電動機、開關磁阻電動機、永磁同步電動機、異步電動機等。與97110671.1號發明相比，其主要的差別在於本發明使用是有2P極的2相4槽同心繞組，並利用兩相繞組同時勵磁時產生的合成磁場與單相繞組勵磁磁場之間的移位特性工作。與97110671.1號發明使用的繞組和控制方法相比要簡單得多。所使用的2相4線換向電源，在系列產品中具有通用性，有利於批量生產，降低成本。而系列電機的低成本特性，也有利於電機的推廣應用。
發明內密經過以上的技術改進之後，本發明就提供了這樣一種開關磁阻電動機該電動機具有2P個電磁極的定子，且每個電磁極具有優選的4齒結構，以安放4槽同心結構的勵磁繞組，形成隱極結構的定子磁極定子繞組為兩相結構，均由相同的4槽同心線圈組成。每極相線圈之間，相距90度電角度，以利於產生表2所列的旋轉磁場，驅動電動機轉子工作；電動機轉子與定子一樣具有2P個電磁極，可有多種形式，如磁阻轉子，永磁轉子，勵磁轉子等。用於本發明的磁阻電動機的磁阻轉子也具有2P個電磁極，且每電磁極可為單齒結構，也可為3齒或5齒的多齒結構。不同齒數的轉子，可產生不同的轉子步距角。如需要更小的步距角，也可象步進電機那樣，在定子齒上另開小齒，再尋找合適的轉子齒與之相配，以達最佳運行效果。配上不同的轉子，就可衍生不同的電動機，從這個角度說，本發明實際上就提供了一個使用相同繞組的電機系列。如永磁同步電動機，勵磁同步電動機，磁阻電動機，不同步距角的步進電動機等。
本發明的電動機使用兩相電流換向設備向電動機的兩相繞組提供換向電流。換向電流的特徵應符合表二中4個電源端點的控制需要。以磁場璇轉步距為參照，相電流應能在磁場步進3步之後斷開1步，然後換向接通，使磁場再步進3步後再斷開一步；第二相電流應在第一相電流接通一個步距後接通，以產生合成磁場步進一步，之後第一相電流就斷開一個步距時間，使第二相電流的磁場相對步進一步後，第一相電流再換向接通，再次形成合成磁場工作。如此周而復始，使磁場不停的前進。
實現這種換向需要結合轉子位置信息進行，轉子每前進1步，換相電流就應動作一次，轉子每前進8步，控制電流就應完成一個循環。控制電流換向的方法，有機械式和電子式兩種。
應用相同的繞組和控制方法，驅動不同轉子以步進的狀態工作，是本發明的最更本特徵。
圖一是一種4極16槽單相交流電動機的繞組展開二是上述4極16槽單相交流電動機的定子軸向剖面三是本發明改進後的4極16槽電動機的4槽同心繞組的展開圖。
圖中，為1、3為一相繞組的兩個端點，2、4為另一向繞組的兩個端點；a1、a1』，b1、b1』，c1、c1』，d1、d1』，a2、a2』，b2、b2』，c2、c2』，d2、d2』分別為第一相和第二相中a、b、c、d四個線圈的兩個端點。
具體實施例方式
本發明的實施是在4極16槽的單相交流電動機的定子中，換裝改進後的勵磁繞阻，配上4極單齒磁阻轉子和轉子位置傳感器，以位置信號驅動繞組兩端的4隻雙態繼電器工作，為兩相繞組提供所需的換向電流，使電動機工作。為使電動機工作平穩，在兩相繞組的兩端還加裝了兩隻蓄能電容和續流二極體，取得了良好的運行效果。
權利要求
1，一種開關磁阻電動機，其特徵是a)具有2P個電磁極的定子和轉子，且每電磁極包含有4個定子齒，1、3或5個轉子齒；b)具有2相2P極的相同的定子繞組，該繞組是全節距的4槽同心結構。c)具有機械式或電子式的電流換向設備，以提供2相換向電流，驅動兩相定子繞組工作。d)具有轉子定位設備，以提供換流設備所需的轉子定位信息。
2，權利一所述的開關磁組電動機的定子。其特徵是有2P個電磁極，每電磁極包含四個定子齒。其中每電磁極均有一個全節距主勵磁線圈，和一個全節距輔勵磁線圈，且這兩個線圈是相同的，二者或單獨或共同作用，可在定子齒中產生一個步進磁場。
3，權力1所述的開關磁阻電動機的轉子，其特徵是有2P個電磁極，且每極含有1個，3個或5個轉子齒。
4，權力1所述的開關磁阻電動機的勵磁線圈，該線圈為4槽同心結構，同時為三個定子齒勵磁。勵磁後可保證內圈齒磁勢高於外圈齒磁勢，但低於外圈齒磁勢的2倍。
5，權力1所述的開關磁阻電動機的勵磁繞組，其特徵是該繞組為兩相結構，每相均有2P個相同的，沿定子圓周對稱分布的、由權力3所述的勵磁線圈並聯或串連組成，勵磁後，每相磁極均為N、S相間，形成P對極。兩相線圈之間，相鄰線圈的中心線相距90度電角度，兩相繞組交互作用，可產生一個步進的旋轉磁場。
6，權力1所述的開關磁阻電動機的控制方法。其特徵是由兩相換向電流驅動權力5所述的兩相勵磁繞阻，在定子齒中產生步進的旋轉磁場，以驅動電動機轉子工作。
全文摘要
一種開關磁阻電動機，其特徵是具有2P極的定子和2P極的轉子，且定子每極有4齒，嵌有相距90度電角度的兩相4槽同心繞組；轉子每極可有1齒、3齒、或5齒，以不同的步距配合定子磁場工作；兩相繞組由以轉子位置信息控制的兩相電流換向器提供換向電流，以產生旋轉的步進磁場，驅動轉子工作。
文檔編號H02K3/12GK1520011SQ0311850
公開日2004年8月11日 申請日期2003年1月21日 優先權日2003年1月21日
發明者汪志兵 申請人:汪志兵