專利名稱：軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬開關(guān)磁阻電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種采用軸向分相，同時(shí)具有軸向、徑向的三維混合磁路，并兼有電動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)多功能的高效雙凸極變磁阻電機(jī)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)所耗電能占整個(gè)電網(wǎng)的60%以上，隨節(jié)能減排要求的深入，改善電機(jī)功效意義重大，尤其對(duì)調(diào)速電機(jī)控制領(lǐng)域更是如此。電動(dòng)汽車作為節(jié)能減排的交通工具，已得到世界各國廣泛重視，并被公認(rèn)為節(jié)能環(huán)保的未來汽車。所包含的任一類電動(dòng)汽車都需要用電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)車輪駛。 因此改善電機(jī)性能、降低成本，是提高各類電動(dòng)汽車性價(jià)比，促使普及推廣的首要任務(wù)之
ο鑒于汽車行駛多變工況和節(jié)能的要求，特別需要電機(jī)能同時(shí)兼有電動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)多項(xiàng)功能。且發(fā)電回饋與電磁制動(dòng)相結(jié)合的制動(dòng)過程，類似于現(xiàn)代轎車中的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS及驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)控制ASR的制動(dòng)過程，即不僅實(shí)現(xiàn)了能量回收，更主要還提高了車輛行駛穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱性。為此，實(shí)用新型人利用開關(guān)磁阻電機(jī)的雙凸極結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的工作原理，先后提出了兩項(xiàng)多功能電機(jī)的專利技術(shù)。第一項(xiàng)可參考中國專利號(hào)為ZL200810062784. 5的實(shí)用新型專利，所公開的兼有電動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)功能的可調(diào)速旋轉(zhuǎn)電機(jī)。由于電動(dòng)汽車采用多功能輪轂電機(jī)具有傳輸效率最高、響應(yīng)直接而最快，使得多種汽車性能優(yōu)化控制易于實(shí)現(xiàn)；并采用輪轂電機(jī)不僅節(jié)省了大量機(jī)械部件成本，減輕汽車自重，還能騰出許多有效空間便于汽車結(jié)構(gòu)布局，有利于降低汽車質(zhì)心與車身高度。但由于輪轂電機(jī)受其結(jié)構(gòu)體積限制，對(duì)電機(jī)的單位體積功率提出了更高要求。鑒于單相開關(guān)磁阻式電機(jī)具有單位體積功率高，且結(jié)構(gòu)更簡單、堅(jiān)固可靠，電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)控制器的綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)。為解決單相開關(guān)磁阻電機(jī)沒有自啟動(dòng)功能的最大缺點(diǎn)，提出了在其轉(zhuǎn)子上增加啟動(dòng)繞組，利用直流電機(jī)原理啟動(dòng)，而后再按雙凸極變磁阻電機(jī)原理運(yùn)行。參考中國專利號(hào)為 ZL 200920196871. X的實(shí)用新型專利，所公開的具有啟動(dòng)繞組的單相開關(guān)磁阻式多功能電機(jī)。該電機(jī)雖然較大地提高了電磁制動(dòng)效果和其單位體積功率，但單相磁阻電機(jī)運(yùn)行過程中由于存在一定的轉(zhuǎn)矩死區(qū)，增加了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)所引起的電機(jī)振動(dòng)和噪聲。也由于轉(zhuǎn)子的啟動(dòng)繞組通電時(shí)需要，增加了電刷而存在其相應(yīng)弊端。
發(fā)明內(nèi)容為能同時(shí)兼顧電機(jī)驅(qū)動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)多項(xiàng)功能均能高效發(fā)揮，充分提高開關(guān)磁阻電機(jī)的單位體積功率(即提高磁路利用率)，需設(shè)法增加產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩作用的電機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙磁路面積，盡可能縮短磁路以提高磁通量。并克服前述“具有啟動(dòng)繞組的單相開關(guān)磁阻式多功能電機(jī)”的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大和存在電刷等缺陷，本實(shí)用新型提供一種軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，而且同樣具有電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制器的綜合成本低、電機(jī)堅(jiān)固可靠、效率高等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，所述高效磁阻式多功能電機(jī)采用軸向分相的變磁阻雙凸極電機(jī)，每相同時(shí)具有軸向、徑向的三維混合磁路，所述高效磁阻式多功能電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子上均布有η個(gè)凸極，η為大于5的正整數(shù)，每相的定子為具有η個(gè)凸極的獨(dú)立式定子圓盤結(jié)構(gòu)，定子上安裝有勵(lì)磁繞組，每相的轉(zhuǎn)子由具有η個(gè)凸極的左右兩個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤和中間的一個(gè)具有η個(gè)凸極的圓筒構(gòu)成，所述圓筒的兩端與左右兩個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤固定連接，從軸向看，所述轉(zhuǎn)子圓盤與圓筒的各極的凸極距角和凹槽距角分別一致對(duì)齊，各相的定、轉(zhuǎn)子再以軸向串接而成。本實(shí)用新型中，極距角包括凸極距角和凹槽距角，所述凸極距角為凸極對(duì)應(yīng)的角度，所述凹槽距角為凹槽對(duì)應(yīng)的角度。進(jìn)一步，各相以軸向串接過程中，左右相鄰兩相之間公用同一個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤，各相轉(zhuǎn)子的凸極距角均一致對(duì)齊，各相定子的凸極距角互為錯(cuò)開(0.5 1.5) θ/rn度，其中，θ為極距角，m為相數(shù)?；蛘呤歉飨嘁暂S向串接過程中，左右相鄰兩相的轉(zhuǎn)子圓盤之間由非導(dǎo)磁材料隔開，各相轉(zhuǎn)子的凸極距角均一致對(duì)齊，各相定子的凸極距角互為錯(cuò)開(0. 5 1. 5) θ /m度， 其中，θ為極距角，m為相數(shù)?；蛘呤歉飨嘁暂S向串接過程中，左右相鄰兩相的轉(zhuǎn)子圓盤之間由非導(dǎo)磁材料隔開，各相轉(zhuǎn)子的凸極距角互為錯(cuò)開(0.5 1.5) θ/m度，其中，θ為極距角，m為相數(shù)，各相定子的凸極距角均一致對(duì)齊。再進(jìn)一步，所述高效磁阻式多功能電機(jī)為輪轂式電機(jī)，所述電機(jī)為外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)。更進(jìn)一步，所述高效磁阻式多功能電機(jī)為伺服控制電機(jī)，所述電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為通過軸向分相以確保電機(jī)的整個(gè)圓周僅供一相布局， 提高每相均布的凸極齒距角，各相通電勵(lì)磁所產(chǎn)生的磁場與其轉(zhuǎn)子的所有凸極均能起作用，又通過軸向、徑向三維混合磁路來成倍提高產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩所需的定、轉(zhuǎn)子間氣隙磁路面積和縮短其磁路(可減少電機(jī)鐵耗)，即通過提高磁路利用率和磁通量來提高開關(guān)磁阻電機(jī)的單位體積功率。定、轉(zhuǎn)子間起作用的凸極面積增加也使得實(shí)現(xiàn)電磁制動(dòng)將其繞組持續(xù)通電時(shí)，其定、轉(zhuǎn)子圓周上的凸極以電磁相吸而重合的各極弧相加后的總極弧邊距得到增加，以提高電磁制動(dòng)效果，即同時(shí)兼顧了電機(jī)驅(qū)動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)多項(xiàng)功能均能高效發(fā)揮。由于采用多相結(jié)構(gòu)，使電機(jī)即可自啟動(dòng)，又不存在單相磁阻電機(jī)運(yùn)行過程中所存在的轉(zhuǎn)矩死區(qū)，同時(shí)通過較多地增加每相的凸極數(shù)、改進(jìn)雙凸極齒形結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電流波形三項(xiàng)措施來極大地減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)所引起的電機(jī)振動(dòng)和噪聲，分別說明如下增加每相極數(shù)即可細(xì)分步距角，由于采用軸向分相，每相定子均為一獨(dú)立圓盤，整個(gè)圓周僅供一相的凸極布局，即可成倍地增加每相的凸極數(shù)，各凸極齒在整個(gè)圓周均布，繞
4組通電勵(lì)磁時(shí)也使整個(gè)圓周受力均勻?qū)ΨQ，并且其繞組即可在圓盤槽內(nèi)以環(huán)形線圈繞制， 同相定子的各個(gè)凸極均由一個(gè)環(huán)形線圈勵(lì)磁，如此即可較多地增加凸極數(shù)。而常規(guī)的徑向分相磁阻電機(jī)的整個(gè)圓周需供各相凸極布局，并在每個(gè)凸極上嵌入勵(lì)磁線圈，凸極數(shù)的增加受到電機(jī)圓周弧長的限制，并且繞組兩頭的端部對(duì)凸極的勵(lì)磁作用甚小，極數(shù)增加時(shí)也將成倍地增加繞組銅線長度和其銅耗。改進(jìn)雙凸極齒形結(jié)構(gòu)主要是通過改變定、轉(zhuǎn)子兩凸極重疊相交時(shí)的前、后沿凸極弧形，即適當(dāng)增大相交時(shí)前、后沿氣隙以減小其突變來縮小電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。因該法會(huì)一定程度地減小電機(jī)的單位體積功率，所最好能通過實(shí)驗(yàn)來改進(jìn)。改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電流波形主要是用于低速時(shí)的電流斬波控制(CCC)，即通過斬波控制使電流呈階梯波，減小電流突變來縮小電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，由于開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要在低速運(yùn)行時(shí)較大，而此法受開關(guān)頻率的限制，也正好適合于低速控制用。由于采用軸向分相，要求各相的定子或轉(zhuǎn)子的凸極位置互為錯(cuò)開相應(yīng)角度，而電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)η均可相同，使得某相定子通電勵(lì)磁時(shí)，該相定子凸極與其轉(zhuǎn)子的所有凸極均能產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。而常規(guī)徑向分相的電機(jī)定、轉(zhuǎn)子極數(shù)絕對(duì)不能相等，通常要求滿足凡 =為轉(zhuǎn)子凸極數(shù)、Ns為定子凸極數(shù)、k為正整數(shù))，所以某相定子通電勵(lì)磁時(shí)，該相定子凸極僅與不到一半的轉(zhuǎn)子凸極產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。又由于本實(shí)用新型具有軸向、徑向三維混合磁路，同時(shí)有一個(gè)徑向弧面和二個(gè)軸向扇形面的定、轉(zhuǎn)子間的氣隙共同作用，所以產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩所需的定、轉(zhuǎn)子間氣隙磁路面積可比常規(guī)徑向分相的電機(jī)大數(shù)倍。作為一種實(shí)施例參考說明書附圖，附圖1、2、3、4、5分別為同一種軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)的軸向剖面、徑向AA剖面、徑向BB剖面、徑向CC剖面和徑向DD剖面的結(jié)構(gòu)示意圖，按圖所示為一種外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的三相開關(guān)磁阻式電機(jī)。附圖所示的電機(jī)極數(shù)為η = 12，即定、轉(zhuǎn)子的凸極數(shù)和凹槽數(shù)均為12。極數(shù)的增加有利于減小開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)所引起的噪聲和振動(dòng)，但在相同脈沖頻率下電機(jī)轉(zhuǎn)速也相應(yīng)降低。即可根據(jù)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速要求和控制電路可執(zhí)行的最高開關(guān)控制頻率，以及定、 轉(zhuǎn)子凸極齒根部機(jī)械強(qiáng)度和制造工藝來盡可能增加電機(jī)極數(shù)以改善電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。定、轉(zhuǎn)子的凸極距與凹槽距按極數(shù)η在整個(gè)圓周上等分后，還需結(jié)合設(shè)置各相定子凸極位置互為錯(cuò)開的角度作相應(yīng)的合理調(diào)整增加凸極距即會(huì)減小凹槽距，這有利于提高電磁制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩，但也相應(yīng)減小單位體積功率，既要根據(jù)該兩者關(guān)系來權(quán)衡；還要確保電機(jī)均能較好地正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)和被制動(dòng)停止，遵循開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理(定子凸極距須小于轉(zhuǎn)子凹槽距)，同時(shí)對(duì)各相定子凸極位置互為錯(cuò)開的角度，和定、轉(zhuǎn)子的凸極距與凹槽距進(jìn)行合理的微調(diào)設(shè)置。每相的定子極數(shù)和結(jié)構(gòu)形狀均為相同的獨(dú)立圓盤，這也簡化制作工藝，而在裝配時(shí)需將各相定子的凸極互為錯(cuò)開相應(yīng)角度。每相定子的繞組為一個(gè)環(huán)形線圈，可直接繞制在定子鐵芯外圓的槽內(nèi)，可極大簡化定子繞組制作工藝，并如前所述可大大節(jié)省常規(guī)的徑向分相磁阻電機(jī)在增加極數(shù)時(shí)，需成倍增加繞組的銅線長度，即同時(shí)降低了電機(jī)的銅耗和材料成本。繞組通電后形成軸向與徑向的混合磁通，即通過軸向、徑向三維混合磁路能有效提高產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩所需的定、轉(zhuǎn)子間的氣隙磁路面積，并縮短所閉合的磁路來提高其磁通量和減少其鐵耗。因此該三維混合磁路的結(jié)構(gòu)能較大提高同體積的電機(jī)功效，并也特別適合于輪轂電機(jī)的外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)。[0025]每相的轉(zhuǎn)子由具有相同凸極數(shù)的左右兩個(gè)圓盤和中間的一個(gè)圓筒構(gòu)成，相鄰兩相間的轉(zhuǎn)子圓盤為左右兩相互為兼用的公用轉(zhuǎn)子圓盤，轉(zhuǎn)子上無需繞組和永磁體，各相的轉(zhuǎn)子以軸向串接而成，軸向串接的轉(zhuǎn)子凸極距角均一致對(duì)齊。作為圖示的外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)實(shí)施例，每相轉(zhuǎn)子中間的圓筒位于定子圓盤的外圈，圓筒外徑與轉(zhuǎn)子圓盤的外徑相等，并圓筒的凸極朝向內(nèi)圈，與定子圓盤外圈的凸極形成徑向氣隙磁路，每相的定子圓盤兩側(cè)與其轉(zhuǎn)子左右兩個(gè)圓盤的凸極齒均為繞其圓周均布的扇形，以形成軸向氣隙磁路。本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、電機(jī)的單位體積功效高；2、電機(jī)制作方便、耗材省；3、控制方式簡單可靠。

圖1是一種軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)的軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的徑向AA剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1的徑向BB剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖1的徑向CC剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖1的徑向DD剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是另一種軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)的軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)其實(shí)施例作進(jìn)一步說明。參照附圖1 圖5，一種軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，所述高效磁阻式多功能電機(jī)為三相變磁阻雙凸極電機(jī)，所述三相變磁阻雙凸極電機(jī)包括A相定子1、B相定子2、C相定子3和轉(zhuǎn)子5，A相定子1、B相定子2和C相定子3 的鐵芯外圓槽內(nèi)分別安裝有勵(lì)磁繞組4，轉(zhuǎn)子5由左、中、右共四個(gè)沿圓周均布有扇形凸極的圓盤6和其間的三個(gè)沿圓周均布有朝向內(nèi)的凸極齒的圓筒7以軸向串接而成，所述圓筒的兩端與左右兩個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤連接，所述圓筒的外徑與所述轉(zhuǎn)子圓盤的外徑相等，從軸向看， 所述轉(zhuǎn)子圓盤與圓筒的各極的凸極距角和凹槽距角分別一致對(duì)齊。A相定子1、B相定子2 和C相定子3的三個(gè)獨(dú)立圓盤的凸極齒角互為錯(cuò)開合適角度。作為三相磁阻電機(jī)的一種實(shí)施例，因極數(shù)η設(shè)為12，定、轉(zhuǎn)子的極距角即為360/12 =30°，圖示的定子凸極距設(shè)為10°，凹槽距即為30-10 = 20° ；轉(zhuǎn)子凸極距設(shè)為16°，凹槽距即為30-16 = 14° ；設(shè)置B相定子凸極相對(duì)A相定子凸極的位置向順時(shí)針方向錯(cuò)開三分之一極距即為30/3 = 10°，同樣C相定子凸極相對(duì)A相定子凸極的位置向逆時(shí)針方向錯(cuò)開 10°。所述高效磁阻式多功能電機(jī)為輪轂式電機(jī)，所述電機(jī)為外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)，所述定子鐵芯與中心軸8緊密固定，Α、B、C三相定子繞組的引線可從中心軸8中間的孔引出。 轉(zhuǎn)子5的左、中、右四個(gè)圓盤6通過四個(gè)軸承9以可旋轉(zhuǎn)方式與中心軸8連接，考慮到電機(jī)運(yùn)行時(shí)同時(shí)存在軸向、徑向磁力，其軸承需采用向心推力滾動(dòng)軸承，以減小機(jī)械振動(dòng)?，F(xiàn)以附圖1 圖5所示的電機(jī)為例來具體說明電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)各狀態(tài)的工作過程。運(yùn)行時(shí)遵循開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，需根據(jù)轉(zhuǎn)子凸極相對(duì)各相凸極的轉(zhuǎn)角位置或其繞組電感變化所檢測的數(shù)值，來及時(shí)控制切換各相開關(guān)管的通斷。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)工作過程電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)按開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，需每當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極將趨近于某相定子凸極時(shí)，即刻接通該相繞組勵(lì)磁，所產(chǎn)生磁場力求以磁阻最小途徑閉合，即在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子凸極趨向于與該相定子凸極重合的方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極即將與該相定子凸極重合前，即刻切斷該相繞組，以免產(chǎn)生電磁制動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)按所要求的旋轉(zhuǎn)方向，并按電機(jī)實(shí)際停止位置所檢測到的各相定子凸極相對(duì)于轉(zhuǎn)子凸極的位置關(guān)系，來控制某相繞組通電勵(lì)磁啟動(dòng)。如按附圖3、4、5所示的電機(jī)所停位置，當(dāng)要求外轉(zhuǎn)子向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，則首先須接通 B相定子2 (參照?qǐng)D4)的繞組4通電啟動(dòng)；當(dāng)要求外轉(zhuǎn)子向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，則首先須接通C 相定子3 (參照?qǐng)D5)的繞組4通電啟動(dòng)。按前述對(duì)各相繞組控制切換原則，當(dāng)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針啟動(dòng)后，以B — C — A — B順序循環(huán)通斷電，電機(jī)就按順時(shí)針方向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；而當(dāng)轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針啟動(dòng)后，以C — B — A — C順序循環(huán)通斷電，電機(jī)就按逆時(shí)針方向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。同樣為滿足電機(jī)有較寬的調(diào)速范圍，須在低速時(shí)采用電流斬波控制(CCC)以得到恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制特性；在高速時(shí)采用角度位置控制(APC)以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速控制特性。發(fā)電回饋工作過程當(dāng)需要減速停車時(shí)，尤其對(duì)于電動(dòng)汽車在降速制動(dòng)或下坡運(yùn)行時(shí)，可利用其動(dòng)能慣性來進(jìn)行發(fā)電回饋制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量回收，以提高續(xù)駛里程。根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩基本表達(dá)式可知，當(dāng)電感L隨著轉(zhuǎn)角θ的增加而減少(即轉(zhuǎn)子的凹槽趨向定子繞組凸極) 時(shí)，繞組內(nèi)流過電流則產(chǎn)生負(fù)的電磁轉(zhuǎn)矩，即電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性的，電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。通過轉(zhuǎn)角位置檢測裝置當(dāng)檢測到外轉(zhuǎn)子的凹槽即將趨向于某相定子繞組凸極時(shí)，即刻接通該相定子繞組電路進(jìn)行勵(lì)磁，定子繞組所產(chǎn)生的磁場將對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生反方向的阻力矩， 而轉(zhuǎn)子上的動(dòng)能將轉(zhuǎn)化成磁能儲(chǔ)存在磁場中，直至轉(zhuǎn)子的凸極即將趨離該相定子凸極前， 即刻切斷該相繞組開關(guān)管，于是儲(chǔ)存在磁場中的磁能將轉(zhuǎn)化成電能通過續(xù)流二極管回饋給蓄電池。如此反復(fù)即能以脈沖形式給蓄電池充電。根據(jù)蓄電池充電過程原理分析可知采用適當(dāng)參數(shù)的脈沖充電法，有利于恢復(fù)蓄電池極板原來的晶體結(jié)構(gòu)和消除記憶效應(yīng)，即可提高蓄電池性能和其使用壽命。電磁制動(dòng)工作過程當(dāng)電機(jī)經(jīng)上述發(fā)電回饋降速后需制動(dòng)停止時(shí)，可按轉(zhuǎn)角位置檢測，當(dāng)所測轉(zhuǎn)子凸極與某相定子凸極重疊時(shí)，就接通該相定子繞組并持續(xù)保持通電，所產(chǎn)生磁場即使定、轉(zhuǎn)子各對(duì)凸極齒均被電磁力相互吸住。如圖3、4、5所示分別為同時(shí)給A相繞組持續(xù)通入較大電流，而給B、C兩相繞組持續(xù)通入較小電流后，所產(chǎn)生的電磁制動(dòng)使A相定子1的整個(gè)凸極與轉(zhuǎn)子5的凸極相吸，使B相定子2和C相定子3凸極的部分齒距與轉(zhuǎn)子5的凸極相吸所保持的位置，如圖所示電機(jī)轉(zhuǎn)子的整個(gè)圓周12個(gè)凸極齒均被電磁力沿圓周均勻?qū)ΨQ地吸住而制動(dòng)，因轉(zhuǎn)子每個(gè)凸極距為16度，所以整個(gè)轉(zhuǎn)子圓周的凸極以電磁相吸與定子凸極相重合的總極弧邊距達(dá)16 X 12 = 192度。如當(dāng)電機(jī)由于動(dòng)能慣性較大時(shí)，需根據(jù)轉(zhuǎn)角位置檢測信號(hào)，采用與發(fā)電回饋制動(dòng)相結(jié)合的方法反復(fù)進(jìn)行，即根據(jù)開關(guān)磁阻電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩方向變化過程，轉(zhuǎn)子以動(dòng)能慣性自轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)某相定子凸極趨離轉(zhuǎn)子凹槽時(shí)，即刻接通該相繞組進(jìn)行發(fā)電回饋，隨該相定子凸極趨近轉(zhuǎn)子凸極時(shí)，仍持續(xù)逐漸增大繞組電流以實(shí)現(xiàn)電磁制動(dòng)，隨該相定子凸極趨離轉(zhuǎn)子凸極時(shí)，需逐漸減小繞組電流，到該相定子凸極將離開轉(zhuǎn)子凸極前，即刻切斷該相繞組電流。如此各相繞組根據(jù)其轉(zhuǎn)角位置檢測均按此過程通斷切換電流，直至轉(zhuǎn)角θ的位置檢測無變化即停止為止。這對(duì)于汽車來說，該種電磁制動(dòng)與發(fā)電回饋制動(dòng)反復(fù)進(jìn)行的制動(dòng)過程，類似于現(xiàn)代轎車中的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS及驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)控制ASR的制動(dòng)過程，即可提高車輛行駛穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱性。而對(duì)于需要精確定位的數(shù)控伺服來說，可通過位置檢測反饋控制，經(jīng)三級(jí)降速后， 再通過上述發(fā)電回饋與電磁制動(dòng)相結(jié)合的方式即可較好地實(shí)現(xiàn)精確定位控制。參照附圖6為另一種軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，它與附圖1 圖5所述實(shí)施例的主要結(jié)構(gòu)區(qū)別是各相以軸向串接過程中，左右相鄰兩相的轉(zhuǎn)子圓盤不被兩相公用，為兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)子圓盤，并且之間由非導(dǎo)磁材料隔開，如圖 6所示由非導(dǎo)磁材料制成的圓盤10將左右相鄰兩相的兩個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)子圓盤6隔開，其余圖示的各部件編號(hào)均與附圖1所示一致。如此使各相的磁路均互為獨(dú)立，這有利于需多相同時(shí)勵(lì)磁的控制，但也增加了電機(jī)的軸向尺寸。對(duì)該類各相磁路互為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，又可以有兩種結(jié)構(gòu)形式各相轉(zhuǎn)子的凸極距角均一致對(duì)齊，各相定子的凸極距角互為錯(cuò)開(0. 5 1. 5) θ/m度，其中，θ為極距角，m為相數(shù)；或各相轉(zhuǎn)子的凸極距角互為錯(cuò)開(0.5 1.5)e/m 度，各相定子的凸極距角均一致對(duì)齊。對(duì)于該類電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、發(fā)電回饋和電磁制動(dòng)各狀態(tài)的工作原理與前附圖1 圖5所述實(shí)施例均類同，并對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說均易推想得到，在此就不必贅述。
權(quán)利要求1.一種軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，其特征在于 所述高效磁阻式多功能電機(jī)采用軸向分相的變磁阻雙凸極電機(jī)，每相同時(shí)具有軸向、徑向的三維混合磁路，所述高效磁阻式多功能電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子上均布有η個(gè)凸極，η為大于5的正整數(shù)，每相的定子為具有η個(gè)凸極的獨(dú)立式定子圓盤結(jié)構(gòu)，定子上安裝有勵(lì)磁繞組，每相的轉(zhuǎn)子由具有η個(gè)凸極的左右兩個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤和中間的一個(gè)具有η個(gè)凸極的圓筒構(gòu)成，所述圓筒的兩端與左右兩個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤固定連接，從軸向看，所述轉(zhuǎn)子圓盤與圓筒的各極的凸極距角和凹槽距角分別一致對(duì)齊，各相的定、轉(zhuǎn)子再以軸向串接而成。
2.如權(quán)利要求1所述的軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，其特征在于各相以軸向串接過程中，左右相鄰兩相之間公用同一個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤，各相轉(zhuǎn)子的凸極距角均一致對(duì)齊，各相定子的凸極距角互為錯(cuò)開(0.5 1.5) θ/m度，其中，θ為極距角，m為相數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，其特征在于各相以軸向串接過程中，左右相鄰兩相的轉(zhuǎn)子圓盤之間由非導(dǎo)磁材料隔開，各相轉(zhuǎn)子的凸極距角均一致對(duì)齊，各相定子的凸極距角互為錯(cuò)開(0. 5 1. 5) θ /m度， 其中，θ為極距角，m為相數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，其特征在于各相以軸向串接過程中，左右相鄰兩相的轉(zhuǎn)子圓盤之間由非導(dǎo)磁材料隔開，各相轉(zhuǎn)子的凸極距角互為錯(cuò)開(0.5 1.5) θ/m度，其中，θ為極距角，m為相數(shù)，各相定子的凸極距角均一致對(duì)齊。
5.如權(quán)利要求1 4之一所述的軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，其特征在于所述高效磁阻式多功能電機(jī)為輪轂式電機(jī)，所述電機(jī)為外轉(zhuǎn)子內(nèi)定子結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1 4之一所述的軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，其特征在于所述高效磁阻式多功能電機(jī)為伺服控制電機(jī)，所述電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種軸向分相具有軸向、徑向三維混合磁路的高效磁阻式多功能電機(jī)，所述高效磁阻式多功能電機(jī)采用軸向分相，每相同時(shí)具有軸向、徑向的三維混合磁路，所述高效磁阻式多功能電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子上均布有n個(gè)凸極，n為大于5的正整數(shù)，每相的定子為具有n個(gè)凸極的獨(dú)立式定子圓盤結(jié)構(gòu)，定子上安裝有勵(lì)磁繞組；每相的轉(zhuǎn)子由具有n個(gè)凸極的左右兩個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤和中間的一個(gè)具有n個(gè)凸極的圓筒構(gòu)成，所述圓筒的兩端與左右兩個(gè)轉(zhuǎn)子圓盤固定連接，從軸向看，轉(zhuǎn)子圓盤與圓筒的各極的凸極距角和凹槽距角分別一致對(duì)齊；各相的定、轉(zhuǎn)子再以軸向串接而成。本實(shí)用新型以提高磁路利用率來極大提高電機(jī)的單位體積功效，又有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K1/14GK202050344SQ20112012375
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者王貴明, 王金懿, 陳捷雷 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)