大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子為6個(gè)凸極結(jié)構(gòu)，所述定子的每個(gè)凸極上套有集中線圈，每?jī)蓚€(gè)空間位置相對(duì)的凸極上的線圈順時(shí)針?lè)较虼?lián)構(gòu)成一相繞組，6個(gè)凸極構(gòu)成三項(xiàng)繞組；所述轉(zhuǎn)子為4個(gè)凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，還包括驅(qū)動(dòng)電源，所述驅(qū)動(dòng)電源根據(jù)轉(zhuǎn)速或負(fù)載的不同值，對(duì)設(shè)定電流、開(kāi)通角及關(guān)斷角這三個(gè)控制量進(jìn)行控制，得到所需的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行。本發(fā)明轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁路的磁阻大，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)與之配套驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電源輸出的是可變頻的單極性脈沖電流，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的自控式變頻調(diào)速運(yùn)行，達(dá)到風(fēng)摩損耗小的目的。
【專利說(shuō)明】大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)，具體涉及一種大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003] 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率變換器、控制器、電流檢測(cè) 器和位置檢測(cè)器構(gòu)成，其中，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件，它遵循磁通總是 要沿著磁導(dǎo)最大的路徑閉合的原理，由磁拉力作用產(chǎn)生具有磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩，由功率 變換器提供運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量，由蓄電池或交流電整流后得到的直流電供電。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng) 機(jī)繞組電流是單向的，因此功率變換器結(jié)構(gòu)形式與開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相數(shù)、繞組形式有關(guān)， 功率變換器的結(jié)構(gòu)和開(kāi)關(guān)器件的選擇直接影響到開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的性能和成本。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁路的磁阻不大，在高速時(shí)其風(fēng)摩損耗非 常大。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服上述缺陷，提供一種轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁路的磁阻大、風(fēng)摩損 耗小的大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)的高水頭大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，包括 定子和轉(zhuǎn)子，所述定子為6個(gè)凸極結(jié)構(gòu)，所述定子的每個(gè)凸極上套有集中線圈，每 兩個(gè)空間位置相對(duì)的凸極上的線圈順時(shí)針?lè)较虼?lián)構(gòu)成一相繞組，6個(gè)凸極構(gòu)成 三項(xiàng)繞組；所述轉(zhuǎn)子為4個(gè)凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，還包括驅(qū)動(dòng)電源，所 述驅(qū)動(dòng)電源的控制方法為：大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)和開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，驅(qū) 動(dòng)電源采用電流斬波控制使大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流控制在設(shè)定電流 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在進(jìn)入常態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)改變開(kāi)通角4及關(guān)斷角%達(dá)到所需的電 流，所述驅(qū)動(dòng)電源根據(jù)轉(zhuǎn)速或負(fù)載的不同值，對(duì)設(shè)定電流^、開(kāi)通角^及關(guān)斷角^#這三 個(gè)控制量進(jìn)行控制，得到所需的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行。
[0008] 在上述技術(shù)方案中，所述定子和轉(zhuǎn)子運(yùn)行的方法為：當(dāng)定子A相繞組通電時(shí)，磁通 總要沿著磁阻最小的路徑閉合，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)至轉(zhuǎn)子1、3極和定子羞、極對(duì)齊;A相斷電、B 相通電時(shí)，B相電流產(chǎn)生的磁吸力吸引轉(zhuǎn)子2、4極，使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°，使轉(zhuǎn)子2、4極 與定子靂、極對(duì)齊，再使B相斷電、C相通電，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30°，再使C相斷電，回到A 相繞組通電，平衡時(shí)轉(zhuǎn)子4、2極與定子1、1極對(duì)齊，一個(gè)通電周期使轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)了一 個(gè)齒距，按照上述的方法循環(huán)往復(fù)，定子按A-B-C-A的順序通電，電機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)， 當(dāng)定子按A-C-B-A的順序通電，則電機(jī)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。
[0009] 本發(fā)明開(kāi)的大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一種具有寬調(diào)速范圍的調(diào)速電動(dòng)機(jī)，當(dāng) 電機(jī)定子每相繞組的通電頻率為/時(shí)，每個(gè)電周期轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)子極距，每秒鐘轉(zhuǎn)過(guò)/個(gè) 轉(zhuǎn)子極距，即每秒轉(zhuǎn)過(guò)//g轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與繞組通電頻率的關(guān)系為轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)時(shí)磁路的磁阻大，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)與之配套驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電源輸出的是 可變頻的單極性脈沖電流，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的自控式變頻調(diào)速運(yùn)行，達(dá)到風(fēng)摩損耗小的 目的。
[0010]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電源控制原理圖。
[0012]

【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述： 如圖1所示的大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子為6個(gè)凸極結(jié)構(gòu)，所 述定子的每個(gè)凸極上套有集中線圈，每?jī)蓚€(gè)空間位置相對(duì)的凸極上的線圈順時(shí)針?lè)较虼?lián) 構(gòu)成一相繞組，6個(gè)凸極構(gòu)成三項(xiàng)繞組；所述轉(zhuǎn)子為4個(gè)凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成， 還包括驅(qū)動(dòng)電源，所述驅(qū)動(dòng)電源的控制方法如圖2所示，大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在起 動(dòng)時(shí)和開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源采用電流斬波控制使大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流控 制在設(shè)定電流開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在進(jìn)入常態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)改變開(kāi)通角1及關(guān)斷角~ 達(dá)到所需的電流，所述驅(qū)動(dòng)電源根據(jù)轉(zhuǎn)速或負(fù)載的不同值，對(duì)設(shè)定電流&、開(kāi)通角I及關(guān) 斷角~這三個(gè)控制量進(jìn)行控制，得到所需的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的 調(diào)速運(yùn)行。
[0014] 定子和轉(zhuǎn)子運(yùn)行的方法為：當(dāng)定子A相繞組通電時(shí)，磁通總要沿著磁阻最小的路 徑閉合，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)至轉(zhuǎn)子1、3極和定子/極對(duì)齊;A相斷電、B相通電時(shí)，B相電流產(chǎn)生 的磁吸力吸引轉(zhuǎn)子2、4極，使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30° ,使轉(zhuǎn)子2、4極與定子J|、|f極對(duì)齊，再 使B相斷電、C相通電，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30°，再使C相斷電，回到A相繞組通電，平衡時(shí)轉(zhuǎn) 子4、2極與定子極對(duì)齊，一個(gè)通電周期使轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)齒距，按照上述的方 法循環(huán)往復(fù)，定子按A-B-C-A的順序通電，電機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，當(dāng)定子按A-C-B-A的順 序通電，則電機(jī)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。
[0015] 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率變換器、控制器、電流檢測(cè) 器和位置檢測(cè)器構(gòu)成，其中：功率變換器向開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)提供運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量，由蓄電池 或交流電整流后得到的直流電供電。由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)繞組電流是單向的，使得其功率 變換器主電路非常簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)形式與開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相數(shù)、繞組形式有關(guān)，功率變換器 的結(jié)構(gòu)和開(kāi)關(guān)器件的選擇直接影響到系統(tǒng)的性能和成本。其主要作用有： (1) 向開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)傳輸電能，滿足機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的需要； (2) 起開(kāi)關(guān)作用，使開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的各相繞組適時(shí)通斷； (3 )為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)各相繞組的儲(chǔ)能提供回饋路徑。
[0016] 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的繞組只需要單方向的電流，因此開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的功率變換器 比異步電動(dòng)機(jī)PWM變頻器簡(jiǎn)單、可靠。主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的功率變 換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)有很多種，如不對(duì)稱半橋式、雙繞 組功率變換、分裂式直流電源功率變換器、斬波式帶儲(chǔ)存電容功率變換器、再生式功率變換 器。本系統(tǒng)中選擇常用的不對(duì)稱半橋式電路。由于該系統(tǒng)中所用的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為三相 6/4SR電動(dòng)機(jī)，相數(shù)較少，因此適用不對(duì)稱半橋電路。并且，該電路的各相間獨(dú)立，這樣可減 少控制上的難度?？刂破魇窍到y(tǒng)的中樞，綜合處理速度指令、速度反饋信號(hào)及電流傳感器、 位置傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng) 機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制。其性能好壞直接影響到電機(jī)的運(yùn)行性能。
[0017] 檢測(cè)單元由位置檢測(cè)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)組成。提供轉(zhuǎn)子的位置信息從而確定各相 繞組的開(kāi)通和關(guān)斷，提供電流信息來(lái)完成電流跟蹤控制或采取相應(yīng)的保護(hù)措施以防止過(guò)電 流。
[0018] 其中勵(lì)磁繞組為與轉(zhuǎn)子同軸的環(huán)形繞組，其內(nèi)通有直流電。電樞繞組為經(jīng)典的三 相對(duì)稱繞組，流有三相對(duì)稱交流電。轉(zhuǎn)子為實(shí)心鐵心，由合金鋼鍛造而成。左半部分和右半 部分的軸線在空間位置上錯(cuò)開(kāi)180度電角度。定子鐵心為開(kāi)槽的硅鋼片，左半部分和右半 部分完全相同。機(jī)座為磁路的一部分。
[0019] 高壓儲(chǔ)能發(fā)電機(jī)采用凸極結(jié)構(gòu)，高速時(shí)其風(fēng)摩損耗非常大，因此系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)磁 阻-高壓儲(chǔ)能發(fā)電機(jī)一體化真空電機(jī)。即將開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)與高壓發(fā)電機(jī)的機(jī)座相連，形成 一個(gè)密封的環(huán)境，并采用真空泵抽取真空，大大減少了高速時(shí)其風(fēng)摩損耗。
【權(quán)利要求】
1. 一種大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于：所述定子為6個(gè)凸 極結(jié)構(gòu)，所述定子的每個(gè)凸極上套有集中線圈，每?jī)蓚€(gè)空間位置相對(duì)的凸極上的線圈順時(shí) 針?lè)较虼?lián)構(gòu)成一相繞組，6個(gè)凸極構(gòu)成三項(xiàng)繞組；所述轉(zhuǎn)子為4個(gè)凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子由硅鋼 片疊壓而成，還包括驅(qū)動(dòng)電源，所述驅(qū)動(dòng)電源的控制方法為：大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在 起動(dòng)時(shí)和開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源采用電流斬波控制使大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流 控制在設(shè)定電流開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在進(jìn)入常態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)改變開(kāi)通角^及關(guān)斷角 ^達(dá)到所需的電流，所述驅(qū)動(dòng)電源根據(jù)轉(zhuǎn)速或負(fù)載的不同值，對(duì)設(shè)定電流開(kāi)通角^ 及關(guān)斷角^^這三個(gè)控制量進(jìn)行控制，得到所需的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng) 機(jī)的調(diào)速運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量高速開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征在于：所述定子和轉(zhuǎn)子 運(yùn)行的方法為：當(dāng)定子A相繞組通電時(shí)，磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)至 轉(zhuǎn)子1、3極和定子』、^極對(duì)齊；A相斷電、B相通電時(shí)，B相電流產(chǎn)生的磁吸力吸引轉(zhuǎn)子 2、4極，使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°，使轉(zhuǎn)子2、4極與定子纛、邐 1極對(duì)齊，再使B相斷電、C相通 電，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30°，再使C相斷電，回到A相繞組通電，平衡時(shí)轉(zhuǎn)子4、2極與定子J、 極對(duì)齊，一個(gè)通電周期使轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)齒距，按照上述的方法循環(huán)往復(fù)，定子按 A-B-C-A的順序通電，電機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，當(dāng)定子按A-C-B-A的順序通電，則電機(jī)按順 時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】H02K19/10GK104065223SQ201410243481
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】于克訓(xùn), 馬志源 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)