一种盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法。电机包括两个定子、位于两个定子之间的转子、将两个定子和转子共轴连接的轴承、分别共轴安装在多个定子的中心区域的多个环形接线端子盘。在每个定子上安装有多个定子线圈，每个定子线圈上安装一个定子磁极，在转子上安装有多个转子磁极。每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排，每个端子排的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片，且位于不同层结构上的导电片相互绝缘。本发明专利技术简化接线，使得接线简单，而且端子排坏了容易更换，简化而有序地连接定子线圈和控制器输出端子。

【技术实现步骤摘要】
一种盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法
本专利技术涉及一种电机，特别是涉及一种盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法。
技术介绍
开关磁阻电机是一种新型调速电机，其所在的调速系统能兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。调速系统结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。目前调速系统主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含功率变换器的控制电路，而转子位置检测器则安装在开关磁阻电机的一端。开关磁阻电动机(SRM)是SRD中实现机电能量转换的部件，也是SRD有别于其他电动机驱动系统的主要标志。SRM系双凸极可变磁阻电动机，其定、转子的凸极主要均由普通硅钢片叠压而成。转子既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组联接起来，称为“一相”，SR电动机可以设计成多种不同相数结构，且定、转子的极数有多种不同的搭配。相数多、步距角小，有利于减少转矩脉动，但结构复杂，且主开关器件多，成本高，现今应用较多的是四相(8/6)结构和三相(12/8)结构。现有开关磁阻电机具备以下特点：1.一般做成柱式，形状和鼠笼式电机相同；2.在需要大转矩、大惯量的情况下，如果依然用柱式电机实现，则需要更大的电机体积；3.而用盘式开关磁阻电机实现，则可以在相同体积范围内获得更大的输出转矩和惯量；4.盘式开关磁阻电机更适合应用于风机、水泵、抽油机等需要转矩大、往复运行的场合。然而，现有盘式开关磁阻电机的不足之处：1.存在转矩波动：输出的转矩曲线不够平坦，是盘式开关磁阻电机的主要瓶颈之一；从一个相位通电开始，获得最大转矩，随着转子的旋转，通过磁通变化获得的切向力逐渐变小，力臂不变，转矩逐渐变小，直至转矩减小至0，本相位断电；同时瞬间，下一相位通电并获得最大转矩；周而复始，因此磁阻电机的输出转矩是波动的，这是盘式开关磁阻电机的主要瓶颈之二；2.接线复杂：开关磁阻电机每个定子线圈有一进一出的二个接线头，假如定子数是N，就有2N个接线头，如何设计一个合理的接线端子座，简化而有序地连接定子线圈和控制器输出端子，是开关磁阻电机的设计的另一个目标；3.单个电机难以进一步获得更大的输出转矩：在电机的体积不显著增加的情况下，传统的设计思想难以获得更大的输出转矩；4.控制器复杂体积庞大：开关磁阻电机的控制器输出相数可以是2、3、4相，甚至更多，相数越多，控制器开关元件的数量越多，控制器越复杂、体积越大。另外，输出为3相电的控制器更符合操作者的使用习惯，如何使用3相开关电源驱动开关磁阻电机，并获得更大的转矩、更小的转矩波动是设计目标之一。
技术实现思路
针对现有盘式开关磁阻电机存在的输出转矩以及接线复杂方面的技术问题，本专利技术提供了一种提高转矩的盘式开关磁阻电机及其环形接线端子盘的设计方法。本专利技术具体技术方案如下：一种盘式开关磁阻电机，其包括两个定子、位于两个定子之间的转子、将两个定子和转子共轴连接的轴承；在每个定子上安装有多个定子线圈，每个定子线圈上安装一个定子磁极，在转子上安装有多个转子磁极；多个定子线圈以定子的轴线为圆心均匀的分布在相应定子面向转子的一侧上，并围成至少一圈的同心环结构；转子磁极以转子的轴线为圆心均匀的分布在转子中，也围成至少一圈的同心环结构；每个转子磁极的两端穿透转子的相对两侧，以便围成的形状能与两侧定子上的多个定子线圈围成的形状相对应；该盘式开关磁阻电机还包括多个环形接线端子盘，每个定子的中心区域共轴安装一个环形接线端子盘；每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排，每个端子排的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片，且位于不同层结构上的导电片相互绝缘。作为上述方案的进一步改进，每个端子排的宽度逐层递减，且每层两端分别有一个导电片，使相应的端子排在正面投影上能看到每层两端的导电片。进一步地，在正面投影上，同一个端子排显露的导电片沿环形接线端子盘的直径方向一字排开。再进一步地，在同一个环形接线端子盘，以电源的相数为单位依次分割所有端子排为若干组，使电源的每一相连接每组端子排组的其中一个端子排。、再进一步地，环形接线端子盘在接线时，电源的每一相采用一进一出两条总线的方式供电，每一相的两条总线在环形接线端子盘的内侧以星型接线的方法与相应的定子线圈接线连接，使所有构成该相的力偶对的定子线圈并联到该相的总线上。作为上述方案的进一步改进，以由外圈至内圈的顺序，定子上的第x圈上的定子磁极数和转子上的第x圈上的转子磁极数满足以下关系：一，Sx＝(Tx/W)×j，其中，Sx为转子上的第x圈上的转子磁极数，Tx为定子上的第x圈上的定子磁极数且为偶数，W为电源相数，j为正整数；二，保证转子上的第x圈上的转子磁极数<定子上的第x圈上的定子磁极数。作为上述方案的进一步改进，同一圈上的定子线圈采用同一个电源供电，而不同圈上的定子线圈采用不同的电源供电且其中两圈之间的定子线圈的供电相位存在一定的初始相位角差ΔT。作为上述方案的进一步改进，位于同一圈上的这些定子线圈依次以W个数量为一组，分成Tx/W组定子线圈组，每组定子线圈组分别依次接电源的不同相；这些定子线圈沿定子的一条直径呈中心对称分布，同一直径上的两个定子磁极形成共直径磁极作为驱动相应转子旋转的一对力偶；要使该盘式开关磁阻电机产生(Tx/W)/2对力偶，位于同一圈上的这些定子线圈的通电循环顺序为：Ai_Ai′、Bi_Bi′、Ci_Ci′、……，其中，A、B、C、……分别代表电源的具体电源相，i为1,2，……，(Tx/W)/2。作为上述方案的进一步改进，盘式开关磁阻电机还包括若干轴向多级串联组件，每个轴向多级串联组件包括新增的两个定子、位于新增的两个定子之间的新增的一个转子；若干轴向多级串联组件通过轴承与原来的两个定子、原来的一个转子形成轴向多级串联的结构：定子+转子+定子+定子+转子+定子+……。本专利技术还提供一种盘式开关磁阻电机的环形接线端子盘的设计方法，该盘式开关磁阻电机为上述任意盘式开关磁阻电机；该环形接线端子盘的设计方法为：每个定子的中心区域共轴安装一个环形接线端子盘；每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排，每个端子排的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片，且位于不同层结构上的导电片相互绝缘。本专利技术的有益效果如下：简化接线，使得接线简单，而且端子排坏了容易更换，简化而有序地连接定子线圈和控制器输出端子。附图说明图1为本专利技术实施例1的盘式开关磁阻电机的结构示意图。图2为图1中定子的结构示意图。图3为图1中转子的结构示意图。图4a、图4b、图4c、图4d为本专利技术的盘式开关磁阻电机的通电工作过程状态变化图。图5为本专利技术实施例2的盘式开关磁阻电机的结构示意图。图6为本专利技术实施例3的盘式开关磁阻电机的结构示意图。图7a为图6中转子仿真时的输出转矩示意图。图7b为图6中转子仿真时的另一种输出转矩示意图。图7c为本专利技术实施例5的盘式开关磁阻电机在仿真时的输出转矩示意图。图8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盘式开关磁阻电机，其包括两个定子(1)、位于两个定子(1)之间的转子(2)、将两个定子(1)和转子(2)共轴连接的轴承(6)；在每个定子(1)上安装有多个定子线圈(4)，每个定子线圈(4)上安装一个定子磁极(3)，在转子(2)上安装有多个转子磁极(5)；其特征在于：多个定子线圈(4)以定子(1)的轴线为圆心均匀的分布在相应定子(1)面向转子(2)的一侧上，并围成至少一圈的同心环结构；转子磁极(5)以转子(2)的轴线为圆心均匀的分布在转子(2)中，也围成至少一圈的同心环结构；每个转子磁极(5)的两端穿透转子(2)的相对两侧，以便围成的形状能与两侧定子(1)上的多个定子线圈(4)围成的形状相对应；该盘式开关磁阻电机还包括多个环形接线端子盘，每个定子(1)的中心区域共轴安装一个环形接线端子盘；每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排(9)，每个端子排(9)的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排(9)，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排(9)的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片(93)，且位于不同层结构上的导电片(93)相互绝缘。

【技术特征摘要】
1.一种盘式开关磁阻电机，其包括两个定子(1)、位于两个定子(1)之间的转子(2)、将两个定子(1)和转子(2)共轴连接的轴承(6)；在每个定子(1)上安装有多个定子线圈(4)，每个定子线圈(4)上安装一个定子磁极(3)，在转子(2)上安装有多个转子磁极(5)；其特征在于：多个定子线圈(4)以定子(1)的轴线为圆心均匀的分布在相应定子(1)面向转子(2)的一侧上，并围成至少一圈的同心环结构；转子磁极(5)以转子(2)的轴线为圆心均匀的分布在转子(2)中，也围成至少一圈的同心环结构；每个转子磁极(5)的两端穿透转子(2)的相对两侧，以便围成的形状能与两侧定子(1)上的多个定子线圈(4)围成的形状相对应；该盘式开关磁阻电机还包括多个环形接线端子盘，每个定子(1)的中心区域共轴安装一个环形接线端子盘；每个环形接线端子盘包括多个多层结构的绝缘端子排(9)，每个端子排(9)的外形呈扇环以拼凑成环形的一圈端子排(9)，因而形成一个环形接线端子盘；每个端子排(9)的每层结构上设置电性连接在一起的至少两个导电片(93)，且位于不同层结构上的导电片(93)相互绝缘。2.如权利要求1所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于：每个端子排(9)的宽度逐层递减，且每层两端分别有一个导电片(93)，使相应的端子排(9)在正面投影上能看到每层两端的导电片(93)。3.如权利要求2所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于：在正面投影上，同一个端子排(9)显露的导电片(93)沿环形接线端子盘的直径方向一字排开。4.如权利要求3所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于：在同一个环形接线端子盘，以电源的相数为单位依次分割所有端子排(9)为若干组，使电源的每一相连接每组端子排(9)组的其中一个端子排(9)。5.如权利要求1所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于：环形接线端子盘在接线时，电源的每一相采用一进一出两条总线的方式供电，每一相的两条总线在环形接线端子盘的内侧以星型接线的方法与相应的定子线圈接线连接，使所有构成该相的力偶对的定子线圈并联到该相的总线上。6.如权利要求1所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于：以由外圈至内圈的顺序，定子(1)上的第x圈上的定子磁极数和转子(...

【专利技术属性】
技术研发人员：文长明，裴世聪，文可，
申请(专利权)人：中工科安科技有限公司，文长明，文可，
类型：发明
国别省市：安徽,34