磁通障礙型同步磁阻電動機的製作方法
2023-09-17 05:28:15 2
專利名稱：磁通障礙型同步磁阻電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有多道磁通障礙的同步磁阻電動機，尤其涉及一種具有能減小轉矩脈動的改進的磁通障礙的障礙型同步磁阻電動機。
通常，用兩個軸控制電動機一個軸是D軸即磁極邊界，另一個是Q軸即磁極中心。D軸磁導率高，Q軸磁導率低。由於D軸和Q軸之間的感應差產生轉矩。
圖1是現有技術中具有磁通障礙的同步磁阻電動機的平面圖。
為了便於解釋，舉了一個四極24個定子槽的例子。
如圖1所示，定子10包括定子體11，在內園周表面12上形成的多個槽13和齒14。轉子20包括轉子體21，多道磁通障礙22和多個肋。
就肋而言，設有實肋23(由圓圈表示)即磁通障礙的端部和虛肋24(由『x』表示)，肋之間的間距(包括實肋23和虛肋24)與轉子槽的極距相等。
轉子20的轉子體21由磁性材料製成，多道磁通障礙22由非磁性材料製成，這些磁通障礙22以Q軸為中心以D軸為邊界徑向布置。
下面描述現有技術中具有磁通障礙的同步磁阻電動機的運行。
首先，由於加到定子10繞組線圈上的電流而產生感應，由於磁通障礙22引起的D軸和Q軸之間的感應差而產生轉矩，通過該轉矩使轉子旋轉。
由於磁通障礙和定子10的槽開口13a的相對位置而產生轉矩脈動。換言之，轉矩脈動是由於轉子20的槽開口13a和轉子肋23的相對位置而產生的。
圖2a、2b和3是同步磁阻電動機的平面圖，其中轉子20位於圖1電動機運行時的特定位置，圖2a、2b顯示了轉子20的肋23和24面對定子10的槽開口13a的情況，圖3顯示的情況與圖2a、2b相反，即顯示了轉子20的肋23面對定子10的齒14的情況。
第一和第二種情況下的磁阻差別非常大，由於該磁阻，使得轉子20旋轉時產生更大的轉矩脈動。
為此，當轉子肋(實肋23和虛肋24)數與定子槽數相同且肋之間的間距與槽間距相同時，產生更大的轉矩脈動。
由於轉矩脈動是由磁通障礙的布置結構確定的，為了減小轉矩脈動，已經研究出並公開了磁通障礙的不同設計方法，下面就來描述這些方法。
圖4示出了現有技術中具有多道磁通障礙的磁通障礙型同步磁阻電動機，其中，磁通障礙22的實肋數量大於槽13的數量。
在這種情況下，儘管全部肋中有一些肋面對槽13，但由於剩下的其他肋面對齒14，所以由於特定部分中的磁阻大而降低了整個磁阻的平均值。
但是，對於具有多道磁通障礙的這種轉子來說，由於轉子結構複雜，與具有少量磁通障礙的轉子相比其機械強度減弱，所以其製造也困難。隨著轉子尺寸的減小，這種問題變得更加嚴重。
圖5是現有技術中磁通障礙型同步磁阻電動機的平面圖，其中D和Q軸在機械上是不平衡的。
與普通電動機的D軸不同，D軸以預定角θ向一側傾斜，使得D和Q軸在機械上是不平衡的。
就這種結構來說，由於磁通障礙22的肋間距和槽13的間距不相同，所以轉矩脈動被減小。但是，由於D軸和Q軸不平衡，當控制電動機時，判斷帶電的D軸和C軸是困難的，並且影響與D和Q軸相應的感應值Ld和Lq，減小了整個轉矩輸出。
因此，本發明的目的是提供一種磁通障礙型同步磁阻電動機，通過這種電動機，轉子旋轉所產生的磁阻平均值是恆定的，與轉子的位置無關。
本發明的另一個目的是提供一種磁通障礙型同步磁阻電動機，其每個肋即磁通障礙端部之間的間距總體上是不均勻的。
本發明的再一個目的是提供一種磁通障礙型同步磁阻電動機，其轉子的結構簡單。
為了實現本發明的這些以及其他優點，正如本文概要和概括地描述的，提供了一種磁通障礙型同步磁阻電動機，在電動機轉子上設有多道磁通障礙，轉子的多個肋形成每個磁通障礙的端部，其中，假設一道磁通障礙的兩端是第一和第二肋，當第一肋面對定子槽的中心時，第二肋面對定子齒的中心。
附圖有助於進一步理解發明，附圖包含在本說明書中構成了說明書的一部分，附圖示出了本發明的實施例並且與說明書一起用於解釋發明原理。
附圖中圖1是現有技術中具有磁通障礙的同步磁阻電動機的平面圖；圖2a、2b和3是現有技術中當圖1的電動機轉子旋轉時轉子位於特定位置上的平面圖；圖4是現有技術中具有多道磁通障礙的磁通障礙型同步磁阻電動機的平面圖；圖5是現有技術中的一種磁通障礙型同步磁阻電動機的平面圖，該電動機具有D和Q軸在機械上不平衡的結構；圖6是根據本發明具有磁通障礙的同步磁阻電動機的平面圖；圖7示出了根據本發明的圖6的磁通障礙的配置；圖8和9示出了根據本發明所述的電動機旋轉時的轉子瞬時位置；以及圖10示出了根據本發明圖9結構的數值分析得到的磁通圖形。
下面詳細描述本發明的最佳實施例，這些例子在附圖中示出。
如上所述，在現有技術中，肋(包括所有的實肋23和虛肋24)之間的間距與定子槽的極距相同。
但是，在本發明中，肋之間的間距不與定子槽的極距相同，肋的間距是不均勻的。
即，假設磁通障礙的兩端是第一肋和第二肋，當第一肋面對定子槽時，第二肋面對定子齒。
圖6是根據本發明的具有磁通障礙的同步磁阻電動機的平面圖。
為了便於說明，舉了一個四極24個定子槽的例子。
如圖6所示，定子30包括形成在定子體31及其內圓周面32上的多個槽33和齒34。
轉子40包括轉子體41，多道磁通障礙42，每個磁通障礙具有預定寬度和長度，以及多個肋43和44。肋包括構成磁通障礙端部的實肋43(由圓圈表示)和虛肋44(由『x』表示)。
轉子40每極的磁通障礙42的數量通過以下兩種方法設計。
一種方法是轉子每極的磁通障礙的數量Nb以下面的等式設計，等式的表達如下
Nb=Ns2P-1----------(1)]]>式中，P表示轉子極數，Ns表示定子槽數。
在等式(1)應用到圖6所示實施例中的情況下，Ns是24，P是4，這樣，Nb變為2。
即，以Q軸即磁極中心為中心的轉子40每極的磁通障礙42的數量是2。
在這點上，在每極槽數為6的情況下，磁通障礙數為2，這樣實肋43即磁通障礙的兩端數為4。
根據另一種方法，轉子每極的磁通障礙數Nb的表達式如下Nb=Ns2P---------------(2)]]>通過等式(2)計算出來的磁通障礙數Nb是3，比通過等式(1)計算出來的磁通障礙數Nb大1，這在圖中未示出。
在這種情況下，當每極槽數是6時，磁通障礙數是3，這樣，構成磁通障礙兩端的實肋43的數量為6。
可以根據上述兩種方法選擇性地使用磁通障礙。
同時，重要的是磁通障礙的肋43及44與定子槽(或齒)的相對位置。
圖6所示的磁通障礙的肋稍微向內傾斜到面對Q軸上定子槽的位置，Q軸是磁極的中心軸。
換言之，與現有技術相比，磁通障礙的肋43和44稍微向磁極的中心軸Q軸傾斜。
下面參考圖7詳細描述磁通障礙的這種位置。
圖7示出了圖6的磁通障礙的布置，其中，標號R1～R6是與定子槽33的中心位置相對應的轉子位置，這同樣也是現有技術中磁通障礙的肋(包括實肋和虛肋)的位置。
標號r1～r6是根據本發明的磁通障礙的肋的位置，這與位置R1～R6相比顯然稍微向Q軸傾斜。
在這點上，位置r3和r4相當於根據等式(1)得到的虛肋相對應的位置，相當於根據等式(2)得到的實肋相對應的位置。
距離θ相當於一個定子槽距(極距)。改變後的位置r1～r6從先前位置R1～R6向Q軸移動極距的θ／4。
第一和第六位置r1和r6，第二和第五位置r2和r5，第三和第四位置r3和r4成對構成磁通障礙的兩端，根據等式(1)，由於第三和第四位置r3和r4是虛肋，所以不存在與它們相對應的磁通障礙。
兩個肋都向中心移動極距的1／4(θ／4)這種描述也可以表達為一個肋移動半個極距(θ／2)。
假設Q軸和肋的位置之間的角為αm，空間角αm可以用以下的等式(3)來表達m=(2m-1)-2,mNs2P---(3)]]>式中，θ表示極距，m是整數，表示肋距離Q軸的順序，位置r3和r4的m值是1，位置r2和r5的m值是2，位置r1和r6的m值是3。
當將等式(3)應用到4極24槽的情況時，離Q軸最近的肋和Q軸之間的空間角α1是7．5°，空間角α2是37．5°，空間角α3是67．5°。
圖8和9示出了電動機旋轉時轉子的瞬時位置，圖8示出了磁通障礙的位置關於Q軸平衡的狀態，圖9示出了磁通障礙一側的肋r1和r2面對槽中心、磁通障礙另一側的肋r5和r6面對齒中心的狀態。
通過設計這種方式，當轉子旋轉時，構成磁通障礙兩端的兩個肋中的一個肋正面對定子槽的中心，另一個肋面對定子齒的中心。
圖10示出了根據對圖9的結構進行數值分析所得到的磁通圖形。如圖所示，磁阻的整個平均值低。
如上所述，根據本發明的同步磁阻電動機，當轉子正在旋轉時，磁阻的平均值變成恆定的而與轉子的位置無關，從而減小了轉矩脈動，使電動機被穩定驅動，由於電動機的結構簡單，其製造過程容易，因此，降低了生產成本。
儘管在不脫離本發明主題和實質特徵的情況下以幾種形式體現了本發明，但應當理解，除非特殊情況，上述實施例不限於以上說明書中的任何具體細節，而是可以在權利要求所限定的主題和範圍內廣泛地構建本發明，所以，權利要求包含了落在權利要求範圍內或等價於權利要求的任何變化和修改。
權利要求
1．一種磁通障礙型同步磁阻電動機，其中在轉子中設有多道磁通障礙，多個肋形成每個磁通障礙的端部，其中，假設一道磁通障礙的兩端是第一和第二肋，當第一肋面對定子槽的中心時，第二肋面對定子齒的中心。
2．根據權利要求1所述的電動機，其中多個肋和磁極中心軸之間的角αm由以下等式確定m=(2m-1)-2,]]>式中θ表示定子槽的極距，m表示肋距離磁極中心軸的順序。
3．根據權利要求1所述的電動機，其中，轉子一個極的磁通障礙的數量Nb由以下等式確定Nb=Ns2P-1,]]>式中P表示轉子極數，Ns表示定子槽數。
4．根據權利要求1所述的電動機，其中，轉子一個極的磁通障礙的數量Nb由以下等式確定Nb=Ns2P,]]>式中，P表示轉子極數，Ns表示定子槽數。
全文摘要
一種磁通障礙型同步磁阻電動機,其中在轉子中設有多道磁通障礙,多個肋形成每個磁通障礙的端部,其中,假設一道磁通障礙的兩端是第一和第二肋,當第一肋面對定子槽的中心時,第二肋面對定子齒的中心。
文檔編號H02K19/10GK1289166SQ0010810
公開日2001年3月28日 申請日期2000年4月26日 優先權日1999年9月22日
發明者吳在胤, 鄭達浩 申請人:Lg電子株式會社