本發(fā)明涉及一種電機(jī)，特別是涉及一種盤式開關(guān)磁阻電機(jī)及其環(huán)形接線端子盤的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：開關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型調(diào)速電機(jī)，其所在的調(diào)速系統(tǒng)能兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最新一代無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能優(yōu)異，且在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。目前調(diào)速系統(tǒng)主要由開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器與位置檢測(cè)器四部分組成。控制器內(nèi)包含功率變換器的控制電路，而轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器則安裝在開關(guān)磁阻電機(jī)的一端。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)是SRD中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是SRD有別于其他電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要標(biāo)志。SRM系雙凸極可變磁阻電動(dòng)機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子的凸極主要均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組聯(lián)接起來(lái)，稱為“一相”，SR電動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。相數(shù)多、步距角小，有利于減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主開關(guān)器件多，成本高，現(xiàn)今應(yīng)用較多的是四相(8/6)結(jié)構(gòu)和三相(12/8)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有開關(guān)磁阻電機(jī)具備以下特點(diǎn)：1.一般做成柱式，形狀和鼠籠式電機(jī)相同；2.在需要大轉(zhuǎn)矩、大慣量的情況下，如果依然用柱式電機(jī)實(shí)現(xiàn)，則需要更大的電機(jī)體積；3.而用盤式開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)現(xiàn)，則可以在相同體積范圍內(nèi)獲得更大的輸出轉(zhuǎn)矩和慣量；4.盤式開關(guān)磁阻電機(jī)更適合應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵、抽油機(jī)等需要轉(zhuǎn)矩大、往復(fù)運(yùn)行的場(chǎng)合。然而，現(xiàn)有盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的不足之處：1.存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)：輸出的轉(zhuǎn)矩曲線不夠平坦，是盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的主要瓶頸之一；從一個(gè)相位通電開始，獲得最大轉(zhuǎn)矩，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)磁通變化獲得的切向力逐漸變小，力臂不變，轉(zhuǎn)矩逐漸變小，直至轉(zhuǎn)矩減小至0，本相位斷電；同時(shí)瞬間，下一相位通電并獲得最大轉(zhuǎn)矩；周而復(fù)始，因此磁阻電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩是波動(dòng)的，這是盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的主要瓶頸之二；2.接線復(fù)雜：開關(guān)磁阻電機(jī)每個(gè)定子線圈有一進(jìn)一出的二個(gè)接線頭，假如定子數(shù)是N，就有2N個(gè)接線頭，如何設(shè)計(jì)一個(gè)合理的接線端子座，簡(jiǎn)化而有序地連接定子線圈和控制器輸出端子，是開關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)的另一個(gè)目標(biāo)；3.單個(gè)電機(jī)難以進(jìn)一步獲得更大的輸出轉(zhuǎn)矩：在電機(jī)的體積不顯著增加的情況下，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想難以獲得更大的輸出轉(zhuǎn)矩；4.控制器復(fù)雜體積龐大：開關(guān)磁阻電機(jī)的控制器輸出相數(shù)可以是2、3、4相，甚至更多，相數(shù)越多，控制器開關(guān)元件的數(shù)量越多，控制器越復(fù)雜、體積越大。另外，輸出為3相電的控制器更符合操作者的使用習(xí)慣，如何使用3相開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)，并獲得更大的轉(zhuǎn)矩、更小的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有盤式開關(guān)磁阻電機(jī)存在的輸出轉(zhuǎn)矩以及接線復(fù)雜方面的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提高轉(zhuǎn)矩的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)及其環(huán)形接線端子盤的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：一種盤式開關(guān)磁阻電機(jī)，其包括兩個(gè)定子、位于兩個(gè)定子之間的轉(zhuǎn)子、將兩個(gè)定子和轉(zhuǎn)子共軸連接的軸承；在每個(gè)定子上安裝有多個(gè)定子線圈，每個(gè)定子線圈上安裝一個(gè)定子磁極，在轉(zhuǎn)子上安裝有多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極；多個(gè)定子線圈以定子的軸線為圓心均勻的分布在相應(yīng)定子面向轉(zhuǎn)子的一側(cè)上，并圍成至少一圈的同心環(huán)結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子磁極以轉(zhuǎn)子的軸線為圓心均勻的分布在轉(zhuǎn)子中，也圍成至少一圈的同心環(huán)結(jié)構(gòu)；每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極的兩端穿透轉(zhuǎn)子的相對(duì)兩側(cè)，以便圍成的形狀能與兩側(cè)定子上的多個(gè)定子線圈圍成的形狀相對(duì)應(yīng)；該盤式開關(guān)磁阻電機(jī)還包括多個(gè)環(huán)形接線端子盤，每個(gè)定子的中心區(qū)域共軸安裝一個(gè)環(huán)形接線端子盤；每個(gè)環(huán)形接線端子盤包括多個(gè)多層結(jié)構(gòu)的絕緣端子排，每個(gè)端子排的外形呈扇環(huán)以拼湊成環(huán)形的一圈端子排，因而形成一個(gè)環(huán)形接線端子盤；每個(gè)端子排的每層結(jié)構(gòu)上設(shè)置電性連接在一起的至少兩個(gè)導(dǎo)電片，且位于不同層結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電片相互絕緣。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，每個(gè)端子排的寬度逐層遞減，且每層兩端分別有一個(gè)導(dǎo)電片，使相應(yīng)的端子排在正面投影上能看到每層兩端的導(dǎo)電片。進(jìn)一步地，在正面投影上，同一個(gè)端子排顯露的導(dǎo)電片沿環(huán)形接線端子盤的直徑方向一字排開。再進(jìn)一步地，在同一個(gè)環(huán)形接線端子盤，以電源的相數(shù)為單位依次分割所有端子排為若干組，使電源的每一相連接每組端子排組的其中一個(gè)端子排。、再進(jìn)一步地，環(huán)形接線端子盤在接線時(shí)，電源的每一相采用一進(jìn)一出兩條總線的方式供電，每一相的兩條總線在環(huán)形接線端子盤的內(nèi)側(cè)以星型接線的方法與相應(yīng)的定子線圈接線連接，使所有構(gòu)成該相的力偶對(duì)的定子線圈并聯(lián)到該相的總線上。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，以由外圈至內(nèi)圈的順序，定子上的第x圈上的定子磁極數(shù)和轉(zhuǎn)子上的第x圈上的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)滿足以下關(guān)系：一，Sx＝(Tx/W)×j，其中，Sx為轉(zhuǎn)子上的第x圈上的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)，Tx為定子上的第x圈上的定子磁極數(shù)且為偶數(shù)，W為電源相數(shù)，j為正整數(shù)；二，保證轉(zhuǎn)子上的第x圈上的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)<定子上的第x圈上的定子磁極數(shù)。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，同一圈上的定子線圈采用同一個(gè)電源供電，而不同圈上的定子線圈采用不同的電源供電且其中兩圈之間的定子線圈的供電相位存在一定的初始相位角差ΔT。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，位于同一圈上的這些定子線圈依次以W個(gè)數(shù)量為一組，分成Tx/W組定子線圈組，每組定子線圈組分別依次接電源的不同相；這些定子線圈沿定子的一條直徑呈中心對(duì)稱分布，同一直徑上的兩個(gè)定子磁極形成共直徑磁極作為驅(qū)動(dòng)相應(yīng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的一對(duì)力偶；要使該盤式開關(guān)磁阻電機(jī)產(chǎn)生(Tx/W)/2對(duì)力偶，位于同一圈上的這些定子線圈的通電循環(huán)順序?yàn)椋篈i_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′、……，其中，A、B、C、……分別代表電源的具體電源相，i為1,2，……，(Tx/W)/2。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，盤式開關(guān)磁阻電機(jī)還包括若干軸向多級(jí)串聯(lián)組件，每個(gè)軸向多級(jí)串聯(lián)組件包括新增的兩個(gè)定子、位于新增的兩個(gè)定子之間的新增的一個(gè)轉(zhuǎn)子；若干軸向多級(jí)串聯(lián)組件通過(guò)軸承與原來(lái)的兩個(gè)定子、原來(lái)的一個(gè)轉(zhuǎn)子形成軸向多級(jí)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)：定子+轉(zhuǎn)子+定子+定子+轉(zhuǎn)子+定子+……。本發(fā)明還提供一種盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的環(huán)形接線端子盤的設(shè)計(jì)方法，該盤式開關(guān)磁阻電機(jī)為上述任意盤式開關(guān)磁阻電機(jī)；該環(huán)形接線端子盤的設(shè)計(jì)方法為：每個(gè)定子的中心區(qū)域共軸安裝一個(gè)環(huán)形接線端子盤；每個(gè)環(huán)形接線端子盤包括多個(gè)多層結(jié)構(gòu)的絕緣端子排，每個(gè)端子排的外形呈扇環(huán)以拼湊成環(huán)形的一圈端子排，因而形成一個(gè)環(huán)形接線端子盤；每個(gè)端子排的每層結(jié)構(gòu)上設(shè)置電性連接在一起的至少兩個(gè)導(dǎo)電片，且位于不同層結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電片相互絕緣。本發(fā)明的有益效果如下：簡(jiǎn)化接線，使得接線簡(jiǎn)單，而且端子排壞了容易更換，簡(jiǎn)化而有序地連接定子線圈和控制器輸出端子。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中定子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4a、圖4b、圖4c、圖4d為本發(fā)明的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的通電工作過(guò)程狀態(tài)變化圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例3的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7a為圖6中轉(zhuǎn)子仿真時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩示意圖。圖7b為圖6中轉(zhuǎn)子仿真時(shí)的另一種輸出轉(zhuǎn)矩示意圖。圖7c為本發(fā)明實(shí)施例5的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)在仿真時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩示意圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例6的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明實(shí)施例7的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的定子及環(huán)形接線端子盤接線圖。圖10為圖9中環(huán)形接線端子盤的結(jié)構(gòu)圖。圖11為圖10中環(huán)形接線端子盤的部分結(jié)構(gòu)圖。圖12為圖11中其中一個(gè)接線端子的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為圖12的俯視圖。圖14為圖10中環(huán)形接線端子盤接線的環(huán)形接線示意圖。圖15為圖10中環(huán)形接線端子盤接線的等效電路圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例1本發(fā)明的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)在定子+轉(zhuǎn)子+定子的雙定子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，能做到提高輸出轉(zhuǎn)矩。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，定子中的每一相，在圓周方向均布為多個(gè)力偶，在電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上利用三相開關(guān)電源，采用并聯(lián)供輸配電的方法給多個(gè)定子線圈供電。如圖1所示，本實(shí)施例的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)包括兩個(gè)定子1(請(qǐng)參閱圖2)、一個(gè)轉(zhuǎn)子2(請(qǐng)參閱圖3)、一個(gè)軸承6。轉(zhuǎn)子2位于兩個(gè)定子1之間，并與兩個(gè)定子1通過(guò)軸承6共軸連接。在每個(gè)定子1上安裝有多個(gè)定子線圈4，每個(gè)定子線圈4上安裝一個(gè)定子磁極3，在轉(zhuǎn)子2上安裝有多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極5。本發(fā)明在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上：多個(gè)定子線圈4以定子1的軸線為圓心均勻的分布在相應(yīng)定子1面向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)上，多個(gè)定子線圈4圍成至少一圈。轉(zhuǎn)子磁極5以轉(zhuǎn)子2的軸線為圓心均勻的分布在轉(zhuǎn)子2中，多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極5也圍成至少一圈。每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極5的兩端穿透轉(zhuǎn)子2的相對(duì)兩側(cè)，以便圍成的形狀能與兩側(cè)定子1上的多個(gè)定子線圈4圍成的形狀相對(duì)應(yīng)。當(dāng)多個(gè)定子線圈4圍成的圈數(shù)為兩圈及以上時(shí)，呈同心圈的形式布局，當(dāng)多個(gè)轉(zhuǎn)子磁極5圍成的圈數(shù)為兩圈及以上時(shí)，也呈同心圈的形式布局。以由外圈至內(nèi)圈的順序，定子1上的第x圈上的定子磁極數(shù)和轉(zhuǎn)子2上的第x圈上的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)滿足以下關(guān)系：一，Sx＝(Tx/W)×j，其中，Sx為轉(zhuǎn)子2上的第x圈上的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)，Tx為定子1上的第x圈上的定子磁極數(shù)且為偶數(shù)，W為電源相數(shù)，j為正整數(shù)；二，保證轉(zhuǎn)子2上的第x圈上的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)<定子1上的第x圈上的定子磁極數(shù)。在本實(shí)施例中，在每個(gè)定子1面向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)上，安裝有繞定子1的軸線一圈且均勻分布的若干個(gè)定子線圈4，每個(gè)定子線圈4上安裝一個(gè)定子磁極3；而轉(zhuǎn)子2的圓周上安裝有繞轉(zhuǎn)子2的軸線一圈且均勻分布的若干個(gè)轉(zhuǎn)子磁極5。也就是說(shuō)，多個(gè)定子線圈4以定子1的軸線為圓心、且呈環(huán)形格局均勻的分布在相應(yīng)定子1面向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)上，轉(zhuǎn)子磁極5均勻環(huán)繞在轉(zhuǎn)子2的圓周上。其中，很關(guān)鍵的一點(diǎn)，定子磁極數(shù)和轉(zhuǎn)子磁極數(shù)需要滿足以下關(guān)系：1.S＝(T/W)×j，其中，S為轉(zhuǎn)子磁極數(shù)，T為定子磁極數(shù)，W為電源相數(shù)，如W＝3表征三相電源的電源相數(shù)，j＝正整數(shù)，如1、2、3、……；2.要保證轉(zhuǎn)子磁極數(shù)<定子磁極數(shù)。滿足這樣條件的轉(zhuǎn)子磁極數(shù)和定子磁極數(shù)，就可以保證一相電源通電，能產(chǎn)生多對(duì)力偶。除此之外，三相的通電時(shí)序也是非常關(guān)鍵，在這之前需要在該盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的電氣上結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)：位于同一圈上的這些定子線圈4依次以W個(gè)數(shù)量為一組，分成Tx/W組定子線圈組，每組定子線圈組分別依次接電源的不同相；這些定子線圈4以定子1的其中一條直徑為界限呈軸對(duì)稱布局，同一直徑上的兩個(gè)定子磁極3形成共直徑磁極作為一對(duì)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)轉(zhuǎn)子1旋轉(zhuǎn)的力偶。以每個(gè)定子1具有48定子磁極3即48定子線圈4，而轉(zhuǎn)子2具有32轉(zhuǎn)子磁極5，三相開關(guān)電源A、B、C供電為例進(jìn)行詳細(xì)展開說(shuō)明。請(qǐng)?jiān)俅螀㈤唸D2，在定子1面向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)上，其圓周方向均勻分布有繞定子1的軸線一圈且均勻分布的若干個(gè)定子線圈4，每個(gè)定子線圈4上安裝一個(gè)定子磁極3。這些定子線圈4與三相的接線規(guī)律根據(jù)以下設(shè)計(jì)：A1、B1、C1，A2、B2、C2，……，A8、B8、C8，A1′、B1′、C1′，A2′、B2′、C2′，……，A8′、B8′、C8′。也就是說(shuō)，48個(gè)定子線圈4依次以3個(gè)數(shù)量為一組，分成16組定子線圈組，每組的定子線圈組分別依次接A、B、C三相，而且16組定子線圈組分成兩塊定子線圈區(qū)域，即以下定子線圈4的定子磁極3為一個(gè)定子線圈區(qū)域：A1、B1、C1，A2、B2、C2，……，A8、B8、C8，而以下定子線圈4的定子磁極3為另一個(gè)定子線圈區(qū)域：A1′、B1′、C1′，A2′、B2′、C2′，……，A8′、B8′、C8′。其中，位于定子1的同一條直徑上的兩個(gè)定子磁極3為共直徑磁極，比如，共直徑磁極A和A′(如A1和A1′，A2和A2′，……，A8和A8′)、B和B′(如B1和B1′，B2和B2′，……，B8和B8′)、C和C′(如C1和C1′，C2和C2′，……，C8和C8′)。共直徑磁極在圓周方向的切向力大小相等，方向相反，組成一對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)的力偶。對(duì)于三相供電的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)，本實(shí)施例每相電源共有48/3/2＝8個(gè)力偶。標(biāo)記為：Ai_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′，i＝1～8，如圖2所示。也就是說(shuō)，如果A相通電，B相和C相斷電，則所有A1～A8，A1′～A8′同時(shí)通電，A相瞬間產(chǎn)生8對(duì)力偶；如果B相通電，A相和C相斷電，則所有B1～B8，B1′～B8′同時(shí)通電，B相瞬間產(chǎn)生8對(duì)力偶；如果C相通電，A相和B相斷電，則所有C1～C8，C1′～C8′同時(shí)通電，C相瞬間產(chǎn)生8對(duì)力偶。即按照以下次序循環(huán)通電Ai_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′，每相通電的輸出轉(zhuǎn)矩為8對(duì)力偶，輸出轉(zhuǎn)矩是非常巨大的。因此，要使該盤式開關(guān)磁阻電機(jī)產(chǎn)生(Tx/W)/2對(duì)力偶，位于同一圈上的這些定子線圈4的通電循環(huán)順序?yàn)椋篈i_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′、……，其中，A、B、C、……分別代表電源的具體電源相，i為1,2，……，(Tx/W)/2。還可以通過(guò)選取位于同一圈上的不同定子線圈(4)構(gòu)成的通電循環(huán)順序，實(shí)現(xiàn)該盤式開關(guān)磁阻電機(jī)產(chǎn)生力偶的對(duì)數(shù)。選擇需要產(chǎn)生的力偶對(duì)數(shù)，比如，按照以下次序循環(huán)通電A1_A1′、B1_B1′、C1_C1′、A2_A2′、B2_B2′、C2_C2′、……、A8_A8′、B8_B8′、C8_C8′，每相通電的輸出轉(zhuǎn)矩為1對(duì)力偶。每相電源的力偶越多，輸出轉(zhuǎn)矩越大，這是提高盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的方法之一，解決了多年來(lái)盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩?zé)o法突破瓶頸的技術(shù)難題。因此，對(duì)于三相供電的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)，可設(shè)計(jì)定子磁極數(shù)/3/2＝整數(shù)M＝單相力偶對(duì)數(shù)。本實(shí)施例的每一相電源的力偶數(shù)對(duì)是8，即8對(duì)力偶。如圖2所示，交叉交錯(cuò)均布。A相通電時(shí)，全部的Ai_Ai′都通電，然后A相斷電B相通電，全部的Bi_Bi′都通電，依次類推。轉(zhuǎn)子磁極數(shù)與定子磁極數(shù)越接近，步距角越小，開關(guān)磁阻電機(jī)的單個(gè)脈沖的精度越高。以示例電機(jī)為例，示例電機(jī)定子磁極數(shù)48，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)32，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極數(shù)量?jī)蓚€(gè)兩個(gè)地減小的時(shí)候，步距角的變化規(guī)律如表1所示。表1定子磁極數(shù)定子相位角°轉(zhuǎn)子磁極數(shù)轉(zhuǎn)子相位角°步距角°487.5467.826086950.32608695487.5448.181818190.68181819487.5428.571428571.07142857487.54091.5487.5389.473684211.97368421487.536102.5487.53410.588235293.08823529487.53211.253.75487.530124.5487.52812.857142855.35714285487.52613.846153846.34615384487.524157.5487.52216.363636368.86363636487.5201810.5487.5182012.5487.51622.515其中，步距角為盤式開關(guān)磁阻電機(jī)定子中的某一相磁極從通電開始到斷電為止，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。步距角＝轉(zhuǎn)子相位角-定子相位角，轉(zhuǎn)子相位角＝360/轉(zhuǎn)子磁極數(shù)，定子相位角＝360/定子磁極數(shù)。在表1中，只有轉(zhuǎn)子磁極數(shù)＝32和16的情況下，滿足公式S＝(T/W)×j，可以產(chǎn)生8對(duì)力偶。其它情況下，也可以制造成盤式磁阻電機(jī)，但是定子和轉(zhuǎn)子之間不會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的力偶對(duì)，因此電機(jī)輸出的力矩小，失去使用價(jià)值。請(qǐng)一并參閱圖4a、圖4b、圖4c、圖4d，為了能夠清晰地看清楚本發(fā)明的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的通電工作過(guò)程，在這四張圖中把轉(zhuǎn)子2比例縮小到其中一個(gè)定子1的定子線圈4組成的圓環(huán)以內(nèi)，并逆時(shí)針編號(hào)1、2…32，把定子逆時(shí)針編號(hào)Ai、Bi、Ci；Ai′、Bi′、Ci′，(i＝1、2、…8，以下同)；其中，Ai-Ai′、Bi-Bi′、Ci-Ci′、共線并經(jīng)過(guò)軸心，是一對(duì)力偶。以48/32型電機(jī)為例，圖4a中，初始位置，Ai-Ai′與轉(zhuǎn)子2的編號(hào)為2、4、6、…、32的轉(zhuǎn)子磁極5分別對(duì)齊，Ai-Ai′、Ci-Ci′斷電，而Bi-Bi′通電，共8對(duì)Bi-Bi′全部同時(shí)通電，轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)3.75°，到達(dá)圖4b中的位置。Bi-Bi′與轉(zhuǎn)子2的編號(hào)為1、3、5、…、31的轉(zhuǎn)子磁極5分別對(duì)齊，Ai-Ai′、Bi-Bi′斷電，而Ci-Ci′通電，共8對(duì)Ci-Ci′全部同時(shí)通電，轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)3.75°，到達(dá)圖4c中的位置。Ci-Ci′與轉(zhuǎn)子2的編號(hào)為2、4、6、…、32的轉(zhuǎn)子磁極5分別對(duì)齊，Bi-Bi′、Ci-Ci′斷電，而Ai-Ai′通電，共8對(duì)Ai-Ai′全部同時(shí)通電，轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)3.75°，到達(dá)圖4d中的位置。然后，再返回去Ai-Ai′與轉(zhuǎn)子2的編號(hào)為1、3、5、…、31的轉(zhuǎn)子磁極5分別對(duì)齊，Ai-Ai′、Ci-Ci′斷電，而Bi-Bi′通電，依次類推。因此，盤式開關(guān)磁阻電機(jī)完全可以做到8對(duì)力偶實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩，突破傳統(tǒng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩瓶頸。故，實(shí)施例1的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)在定子+轉(zhuǎn)子+定子的雙定子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在每個(gè)定子1面向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)上，安裝有繞定子1的軸線一圈且均勻分布的若干個(gè)定子線圈4，每個(gè)定子線圈4上安裝一個(gè)定子磁極3；而轉(zhuǎn)子2的圓周上安裝有繞轉(zhuǎn)子2的軸線一圈且均勻分布的若干個(gè)轉(zhuǎn)子磁極5。實(shí)施例2如圖5所示，實(shí)施例2的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)，在實(shí)施例1的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的定子+轉(zhuǎn)子+定子的雙定子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，軸向多級(jí)串聯(lián)，可以做到體積并不顯著增加的情況下輸出轉(zhuǎn)矩近似成倍增加。盤式開關(guān)磁阻電機(jī)軸向多級(jí)串聯(lián)是提高輸出轉(zhuǎn)矩的方法之二。盤式開關(guān)磁阻電機(jī)可包括若干軸向多級(jí)串聯(lián)組件，每個(gè)軸向多級(jí)串聯(lián)組件包括新增的兩個(gè)定子1、位于新增的兩個(gè)定子1之間的新增的一個(gè)轉(zhuǎn)子2；若干軸向多級(jí)串聯(lián)組件通過(guò)軸承6與原來(lái)的兩個(gè)定子1、原來(lái)的一個(gè)轉(zhuǎn)子2形成軸向多級(jí)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)：定子+轉(zhuǎn)子+定子+定子+轉(zhuǎn)子+定子+……。如圖5所示的定子1+轉(zhuǎn)子2+定子1+定子1+轉(zhuǎn)子2+定子1，這是兩個(gè)電機(jī)軸向二級(jí)串聯(lián)，以此類推，在實(shí)施例1的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上可以做到軸向多級(jí)串聯(lián)，近似成倍提高輸出轉(zhuǎn)矩的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)。實(shí)施例3實(shí)施例3的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)，在實(shí)施例1的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的定子+轉(zhuǎn)子+定子的雙定子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，定子、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)在徑向上布置成多圈同心圓的磁極，以便獲得更大的輸出轉(zhuǎn)矩。如圖6所示，只要尺寸允許，可以把定子和轉(zhuǎn)子在徑向上分別布置成更多圈的磁極，每一圈的磁極的數(shù)量都滿足構(gòu)成滿足實(shí)施例1的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的力偶的條件。定子上外圈的定子磁極和轉(zhuǎn)子上外圈的轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)應(yīng)，而定子上內(nèi)圈的定子磁極和轉(zhuǎn)子上內(nèi)圈的轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)應(yīng)。第二圈磁極即內(nèi)圈磁極的供電與第一圈磁極即外圈磁極可以是同一個(gè)供電電源的同一組端子，也可以是不同的供電端子。也即定子1上不同圈上的定子線圈4可以采用同一個(gè)電源供電，也可以采用不同的電源供電。如果是同一電源的同一組供電端子，那么不同圈的轉(zhuǎn)子磁極輸出的扭矩相位是相同的，如果是不同的供電端子，那么不同圈的轉(zhuǎn)子磁極輸出的扭矩相位可以是相同也可以不同，有意義的是輸出相位不同時(shí)，輸出的合成轉(zhuǎn)矩會(huì)顯著減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)(這是本發(fā)明的重點(diǎn)之一，將在下文詳細(xì)闡述)。在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，定子和轉(zhuǎn)子多圈磁極同心圓設(shè)置是提高輸出轉(zhuǎn)矩的方法之三。實(shí)施例4實(shí)施例3的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)，其多圈磁極時(shí)，仍然可以多機(jī)串聯(lián)，形成實(shí)施例4的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)，以便獲得比僅僅只有多圈磁極更大的輸出轉(zhuǎn)矩。多圈磁極的多機(jī)串聯(lián)提高輸出轉(zhuǎn)矩的方法之四。實(shí)施例5以上實(shí)施例的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)雖然提高了輸出轉(zhuǎn)矩，但是無(wú)法克服盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的主要瓶頸之一，也就是轉(zhuǎn)矩波動(dòng)還是沒(méi)辦法解決。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)施例3的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)上，做進(jìn)一步發(fā)明，多圈同心圓的磁極布置，每圈采用單獨(dú)的供電端子供電，可以通過(guò)供電電源之間存在合理的相位角，來(lái)有效地減小合成的輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。實(shí)施例3的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的定子第一圈磁極線圈即外圈磁極線圈，多個(gè)定子線圈4以定子1的軸線為圓心均勻的分布在相應(yīng)定子1面向轉(zhuǎn)子2的一側(cè)上，并圍成至少兩圈的同心環(huán)結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子磁極5以轉(zhuǎn)子2的軸線為圓心均勻的分布在轉(zhuǎn)子2中，也圍成至少兩圈的同心環(huán)結(jié)構(gòu)；每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極5的兩端穿透轉(zhuǎn)子2的相對(duì)兩側(cè)，以便圍成的形狀能與兩側(cè)定子1上的多個(gè)定子線圈4圍成的形狀相對(duì)應(yīng)?？刹捎脠D2所示的定子磁極曾舉例的循環(huán)通電次序A1_A1′、B1_B1′、C1_C1′、A2_A2′、B2_B2′、C2_C2′、……、A8_A8′、B8_B8′、C8_C8′，此時(shí)轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩示意圖如圖7a所示，在A1磁極通電的瞬間獲得最大的轉(zhuǎn)矩，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，由磁通變化產(chǎn)生的切向力越來(lái)越小，轉(zhuǎn)矩＝切向力*力臂長(zhǎng)，越來(lái)越小當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極轉(zhuǎn)到與轉(zhuǎn)軸共線之時(shí)，由磁通產(chǎn)生切向力減小到0,轉(zhuǎn)矩＝0；A1斷電，B1通電，以此類推。實(shí)施例3的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的定子第二圈磁極線圈即內(nèi)圈磁極線圈，也采用圖2所示的定子磁極曾舉例的循環(huán)通電次序A1_A1′、B1_B1′、C1_C1′、A2_A2′、B2_B2′、C2_C2′、……、A8_A8′、B8_B8′、C8_C8′，此時(shí)轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩示意圖如圖7b所示。ΔT是是第二圈磁極線圈單獨(dú)供電時(shí)與第一圈磁極線圈供電的相位差，供電相位差，引起轉(zhuǎn)矩相位差。無(wú)論第一圈磁極線圈還是第二圈磁極線圈，獨(dú)立看待時(shí)，都是會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的。因此，在實(shí)施例3的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)基礎(chǔ)上，精確地控制內(nèi)圈磁極線圈的通電的初始相位角差ΔT和每相電源的通電時(shí)間，可以顯著減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。磁極的圈數(shù)越多，合成轉(zhuǎn)矩越平穩(wěn)，明顯減小產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。即同一圈上的定子線圈4采用同一個(gè)電源供電，而不同圈上的定子線圈4采用不同的電源供電且其中兩圈之間的定子線圈4的供電相位存在一定的初始相位角差ΔT。實(shí)施例3的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)，外圈磁極線圈單獨(dú)供電時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為圖7a，內(nèi)圈磁極線圈單獨(dú)供電時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為圖7b，采用實(shí)施例5的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，即外圈磁極線圈和內(nèi)圈磁極線圈一起供電時(shí)，通過(guò)兩個(gè)供電電源之間存在合理的相位角，有效地減小合成的輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為圖7c。實(shí)施例6請(qǐng)?jiān)俅螀㈤唸D5，實(shí)施例6的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)在實(shí)施例2的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的多級(jí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過(guò)定子上不同圈的磁極線圈的供電電源之間存在合理的相位角，有效地減小合成的輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。如圖6所示，每個(gè)軸向多級(jí)串聯(lián)組件包括新增的兩個(gè)定子1、位于新增的兩個(gè)定子1之間的新增的一個(gè)轉(zhuǎn)子2；若干軸向多級(jí)串聯(lián)組件通過(guò)軸承6與原來(lái)的兩個(gè)定子1、原來(lái)的一個(gè)轉(zhuǎn)子2形成軸向多級(jí)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)：定子+轉(zhuǎn)子+定子+定子+轉(zhuǎn)子+定子+……。實(shí)施例6的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)采用多級(jí)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)和多圈磁極獲得顯著減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或兩者的混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)。此時(shí)，轉(zhuǎn)子葉輪的外緣要安裝制造供流體能源(風(fēng)能或水力能)驅(qū)動(dòng)的葉輪，流體能源驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，葉輪轉(zhuǎn)子上的磁極與定子磁極的磁通周期變化，定子磁極線圈產(chǎn)生周期變化的電流。多機(jī)轉(zhuǎn)子的電流合并輸出，增加輸出電流的幅值，多圈轉(zhuǎn)子的電流在控制器開關(guān)器件的處理下可以顯著減小合并電流的輸出幅值，減小電流波動(dòng)。實(shí)施例7盤式開關(guān)磁阻電機(jī)接線復(fù)雜本身就是難以解決的問(wèn)題，采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)接線如果還是采用傳統(tǒng)的接線方式，勢(shì)必是雪上加霜。為了更好的把產(chǎn)品推向市場(chǎng)，本發(fā)明在盤式開關(guān)磁阻電機(jī)的接線技術(shù)上做了深層次的研究與設(shè)計(jì)。實(shí)施例7以實(shí)施例1的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)，請(qǐng)參閱圖9，為了便于看清接線布局，特對(duì)線纜等進(jìn)行了展示，然而在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)在定子上開設(shè)走線槽，把線纜埋進(jìn)去，然后采用涂覆材料抹平，如樹脂材料等，因此，一般是看不到線纜走線的。另外，為了便于看清接線端子9的接線，特對(duì)接線圈子的直徑放大，當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，是可以根據(jù)實(shí)際情況的需要，增加或縮小接線圈子的直徑。請(qǐng)結(jié)合圖10、圖11、圖12、圖13，每個(gè)定子1的中心區(qū)域共軸安裝一個(gè)環(huán)形接線端子盤。每個(gè)環(huán)形接線端子盤包括多個(gè)多層結(jié)構(gòu)的絕緣端子排9，每個(gè)端子排9的外形呈扇環(huán)以拼湊成環(huán)形的一圈端子排9，因而形成一個(gè)環(huán)形接線端子盤。每個(gè)端子排9的每層結(jié)構(gòu)上設(shè)置電性連接在一起的至少兩個(gè)導(dǎo)電片93，且位于不同層結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電片93相互絕緣。接線端子9可為絕緣材料制成，在本實(shí)施例中，呈上下兩層的絕緣安裝結(jié)構(gòu)。上層絕緣安裝結(jié)構(gòu)92和下層絕緣安裝結(jié)構(gòu)91相互絕緣，并分別安裝有導(dǎo)電片93。每個(gè)端子排9的寬度逐層遞減，且每層兩端分別有一個(gè)導(dǎo)電片93，如圖12所示，使相應(yīng)的端子排9在正面投影上能看到每層兩端的導(dǎo)電片93，如圖13所示。在正面投影上，同一個(gè)端子排9顯露的導(dǎo)電片93沿環(huán)形接線端子盤的直徑方向一字排開。在同一個(gè)環(huán)形接線端子盤，以電源的相數(shù)為單位依次分割所有端子排9為若干組，使電源的每一相連接每組端子排9組的其中一個(gè)端子排9。環(huán)形接線端子盤在接線時(shí)，電源的每一相采用一進(jìn)一出兩條總線的方式供電，每一相的兩條總線在環(huán)形接線端子盤的內(nèi)側(cè)以星型接線的方法與定子線圈4接線連接，所有構(gòu)成該相的力偶對(duì)的定子線圈4并聯(lián)到該相的總線上。如在本實(shí)施例中，A、B、C三相則共有總線：A+、A-，B+、B-，C+、C-。實(shí)施例1的盤式開關(guān)磁阻電機(jī)，定子磁極數(shù)為48，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)為32，圖12的環(huán)形端子座共48×2＝96個(gè)接線端子，96根線。該接線端子9從驅(qū)動(dòng)器輸入A、B、C三相，如圖14的A相的接線示意圖，每個(gè)相的兩條總線在環(huán)形接線端子盤的內(nèi)側(cè)沿線布局而大致呈多個(gè)同心環(huán)形狀，每相2根總線，一線出驅(qū)動(dòng)器，另一線回驅(qū)器，需要與A相電性連接的定子線圈4均以并聯(lián)的形式接入。根據(jù)A相的接線方式，施加在B相和C相上，得到的等效電路圖如圖15所示，每個(gè)定子線圈4均并聯(lián)在相應(yīng)的電源相下。這樣，即便其中一個(gè)定子線圈4出問(wèn)題，也不會(huì)影響其他定子線圈4的通斷，而且圖14的環(huán)形接線方式可以大大形成有效的走線規(guī)則，方便后續(xù)維修，也可以簡(jiǎn)化走線。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3