一种单相永磁型开关磁阻电机及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种单相永磁型开关磁阻电机，包括定子和转子，所述定子由前、中、后段定子铁芯组成，三段定子铁芯的凸极数量相等，且三段定子铁芯之间留有间隙，前、后段定子铁芯中的凸极中心线在同一直线上，中段铁芯中的凸极中心线与前、后段铁芯中的凹极中心线重合，三段定子铁芯的凸极上均安装有定子电磁绕组，所述转子由转子铁芯及永磁体组成，转子铁芯的凸极数量与单段定子铁芯的凸极数量相等，在转子铁芯的凸极上嵌装有永磁体，永磁体的充磁方向为径向且极性相异。本发明专利技术在保持了常规开关磁阻电机所特有优点的基础上，消除了常规开关磁阻电机所固有的转矩脉动，同时提升了电机的功率密度，提高了电源输入能量的转换效率，有效的实现了节能的目标。

Single phase permanent magnet type switched reluctance motor and control method thereof

The invention discloses a single-phase permanent magnet type switched reluctance motor includes a stator and a rotor, wherein the stator is composed of before and after section of stator core, stator core three salient pole is equal to the number, and a gap is arranged between the three sections of the stator core, the front section of the stator core of salient pole center the line in the same line, the middle core of the salient pole center line and the front section of the iron core pole concave line three stator salient pole are arranged on the stator winding, wherein the rotor core and permanent magnet rotor core, salient pole number and single segment the stator core is equal to the number of salient pole permanent magnet pole, is embedded in the rotor core convex, permanent magnet magnetization direction for the radial and polar differences. Based on the unique advantages of this invention maintain a conventional switched reluctance motor, eliminates the torque ripple inherent in conventional switched reluctance motor, and improve the power density of the motor, improve the power conversion efficiency of input energy, effective implementation of energy-saving goals.

【技术实现步骤摘要】
一种单相永磁型开关磁阻电机及其控制方法
本专利技术属于电机领域，特别涉及一种输入能量可重复利用的单相永磁型开关磁阻电机及其控制方法。
技术介绍
在常规的单相开关磁阻电机中，由于要考虑电机的启动问题，一般都需要对电机的转子的凸极做变形处理，以使电机能够实现自行启动的目的。但转子的凸极变形后已不再是原有意义上的双凸极结构，因而也会丧失或削弱传统双凸极开关磁阻电机所特有的特性，其控制特性也会发生改变，而且这种电机也不能实现双向运转；此外，常规的单相开关磁阻电机存在输出转矩波动大、输出转矩密度低，不能产生连续转矩的输出等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够使输入的能量重复利用，从而提高输入能量的转换效率，以达到有效节能目的的单相永磁型开关磁阻电机及其控制方法。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种单相永磁型开关磁阻电机，包括定子、转子、电机输出轴以及控制系统，所述定子和转子的凸极之间为气隙,所述定子和转子的对应关系是内转子结构或者是外转子结构，所述转子固定套接在电机输出轴外周，其特征在于：所述定子由前段定子铁芯、中段定子铁芯和后段定子铁芯组成，三段定子铁芯的凹、凸极数量及凹、凸极宽度均相等，且凹、凸极数量均为偶数，所述三段定子铁芯之间留有间隙，所述前段定子铁芯和后段定子铁芯中的凸极部位保持一致，即两段定子铁芯中凸极的中心线在同一直线上，所述中段定子铁芯中的凸极部位的中心线与前、后两段定子铁芯中凹极的中心线相重合，所述的前段定子铁芯、中段定子铁芯和后段定子铁芯的凸极部位均安装有定子电磁绕组；所述转子由转子铁芯和永磁体组成，所述转子铁芯的凸极数量与任一段定子铁芯的凸极数量相等，且定子铁芯上的凸极宽度小于转子铁芯的凸极宽度，所述转子铁芯分为前、中、后三段，在所述转子铁芯的中段对应凸极部位嵌装有永磁体，所述永磁体的充磁方向为径向，中段转子铁芯中相邻的各凸极所嵌装的永磁体的极性相异，所述中段转子铁芯的极性与其对应的前、后段转子铁芯的极性相异，所述前、中、后三段转子铁芯的凸极的中心线重合，所述转子铁芯安装在电机输出轴上，且与电机输出轴同步转动。本专利技术所述的单相永磁型开关磁阻电机，其所述前、后段转子铁芯对应的凸极部位无永磁体。本专利技术所述的单相永磁型开关磁阻电机，其所述前段定子铁芯、中段定子铁芯和后段定子铁芯的长度均相等，所述转子铁芯的总长度与定子铁芯的总长度相等，所述转子铁芯的前、中、后段分别与定子铁芯的前、中、后段对应，所述中段转子铁芯中的对应凸极部位所嵌装的永磁体与中段定子铁芯对应配合。本专利技术所述的单相永磁型开关磁阻电机，其在所述前段定子铁芯、中段定子铁芯及后段定子铁芯之间分别嵌有非导磁体。本专利技术所述的单相永磁型开关磁阻电机，其在各段定子铁芯的凸极上安装的电磁绕组，对各段而言均满足任一相邻的凸极上安装的电磁绕组其绕制方向相反，且各凸极上安装的电磁绕组均按头、尾相连的方式连接。本专利技术所述的单相永磁型开关磁阻电机，其所述控制系统中设置有极性检测电路、位置检测电路以及能量回收电路。本专利技术所述的单相永磁型开关磁阻电机，其前、后段定子铁芯上定子电磁绕组的两根引出线分别按头、尾相连的方式连接，前段定子铁芯上定子电磁绕组的头和后段定子铁芯上定子电磁绕组的尾以及中段定子铁芯上定子电磁绕组的头、尾分别与控制系统设置的方向控制电路相连接，所述控制系统设置的方向控制电路可改变中段定子铁芯上定子电磁绕组的头、尾端与连接在一起的前、后段定子铁芯上定子电磁绕组的头、尾端的连接方向，以此可改变电机的运行方向。一种单相永磁型开关磁阻电机的控制方法，其特征在于：所述控制系统可采用恒功率控制模式或恒转矩控制模式驱动电机旋转。本专利技术所述的单相永磁型开关磁阻电机的控制方法，其所述的恒功率控制模式是指，电机由某一稳定位置经由非稳定位置向下一稳定位置运动的过程中，根据位置检测电路给出的位置控制信号在开始位置使功率驱动电路导通，给定子电磁绕组供电，驱动转子旋转，当到达非稳定位置时，关闭功率驱动电路，使转子在电机所特有的磁动力和续流电流的共同作用下继续旋转，直至到达下一稳定位置，当到达下一稳定位置时，功率驱动电路改变导通方向，给定子电磁绕组反向供电，驱动转子继续旋转，余此类推。本专利技术所述的单相永磁型开关磁阻电机的控制方法，其所述的恒转矩控制模式是指，电机由某一稳定位置经由非稳定位置向下一稳定位置运动的过程中，根据位置检测电路给出的位置控制信号在开始位置使功率驱动电路导通，给定子电磁绕组供电，驱动转子旋转，当到达位置检测电路给出的位置控制信号所在的位置时，即下一稳定位置，关闭功率驱动电路，使定子电磁绕组快速续流，当到达下一稳定位置时，功率驱动电路改变导通方向，给定子电磁绕组反向供电，驱动转子继续旋转，余此类推。本专利技术在保持了常规开关磁阻电机所特有优点的基础上，消除了常规开关磁阻电机所固有的转矩脉动，同时由于使用了永磁材料，从而大幅度的提升了电机的功率密度，并提高了电源输入能量的转换效率，有效的实现了节能的目标。本专利技术产生的有益效果是：1、本专利技术实现了永磁体的惯性做功，采用本专利技术的输入能量可重复利用的单相永磁型开关磁阻电机与常规的三相开关磁阻电机相比较，在相同的电机体积和相同的电磁参数的情况下，可以使电机的功率密度提高3～5倍，且消除了常规开关磁阻电机所固有的转矩脉动大、噪声大的缺点，保留了常规开关磁阻电机的所有优点。2、本专利技术可实现单相永磁型开关磁阻电机的双向运行或单向运行。3、本专利技术采用的控制方案使用了能量存储（转换）电路，因而可以使由电源所输入能量获得重复利用，故可以在保持相同的电机特性的情况下，减少电源的输入，从而获得良好的节能效果。4、本专利技术的电机具有结构简单、便于设计及计算，同时还便于建模和仿真。5、本专利技术的控制回路结构简单便于设计且控制编程方便，该控制方式可以应用于各种功率的电机，并可以满足各种调速控制的需求。6、本专利技术的电机与常规永磁电机相比较，在输出功率相同的情况下，可以减少铁芯、线圈铜线、以及永磁体的用量，具有较大的成本优势。7、本专利技术的电机具有结构紧凑、重量轻且功率扩展方便，因而具有良好的功率密度和转矩密度。8、采用本专利技术的电机及其控制方法可以使电机的效率更高，并具有更好的节能效果。9、本专利技术的电机具有温升低、无脉动、噪声小、可靠性更高的优良特性。10、本专利技术的电机可根据负载的状况，灵活选择各种不同的控制方案，以满足恒转矩负载或恒功率负载的不同需求，并获得最佳的控制效果。11、本专利技术的电机可满足大功率负载的的需求，克服了以往单相电机只能应用于小功率负载的状况。附图说明图1是本专利技术的前、后段定子与转子对应配合的截面图。图2是本专利技术的中段定子与转子对应配合的截面图。图3是本专利技术的定子和转子的展开结构示意图。图4是本专利技术的中段定、转子的总体结构及绕组磁场的分布图。图5是本专利技术的前、后段定、转子的总体结构及绕组磁场的分布图。图6是本专利技术的功率驱动电路原理图。图7是本专利技术的方向控制电路原理图。图8是本专利技术的恒功率控制模式中单管续流时的电路波形图图9是本专利技术的恒功率控制模式中快速续流时的电路波形图图10是本专利技术的恒转矩控制模式中的电路波形图图中标记：1为定子，2为转子，3为永磁体，4为定子电磁绕组，5为储能电路，C为储能电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相永磁型开关磁阻电机，包括定子（1）、转子（2）、电机输出轴以及控制系统，所述定子（1）和转子（2）的凸极之间为气隙, 所述定子（1）和转子（2）的对应关系是内转子结构或者是外转子结构，所述转子（2）固定套接在电机输出轴外周，其特征在于：所述定子（1）由前段定子铁芯、中段定子铁芯和后段定子铁芯组成，三段定子铁芯的凹、凸极数量及凹、凸极宽度均相等，且凹、凸极数量均为偶数，所述三段定子铁芯之间留有间隙，所述前段定子铁芯和后段定子铁芯中的凸极部位保持一致，即两段定子铁芯中凸极的中心线在同一直线上，所述中段定子铁芯中的凸极部位的中心线与前、后两段定子铁芯中凹极的中心线相重合，所述的前段定子铁芯、中段定子铁芯和后段定子铁芯的凸极部位均安装有定子电磁绕组（4）；所述转子（2）由转子铁芯和永磁体（3）组成，所述转子铁芯的凸极数量与任一段定子铁芯的凸极数量相等，且定子铁芯上的凸极宽度小于转子铁芯的凸极宽度，所述转子铁芯分为前、中、后三段，在所述转子铁芯的中段对应凸极部位嵌装有永磁体（3），所述永磁体（3）的充磁方向为径向，中段转子铁芯中相邻的各凸极所嵌装的永磁体（3）的极性相异，所述中段转子铁芯的极性与其对应的前、后段转子铁芯的极性相异，所述前、中、后三段转子铁芯的凸极的中心线重合，所述转子铁芯安装在电机输出轴上，且与电机输出轴同步转动。...

【技术特征摘要】
1.一种单相永磁型开关磁阻电机，包括定子（1）、转子（2）、电机输出轴以及控制系统，所述定子（1）和转子（2）的凸极之间为气隙,所述定子（1）和转子（2）的对应关系是内转子结构或者是外转子结构，所述转子（2）固定套接在电机输出轴外周，其特征在于：所述定子（1）由前段定子铁芯、中段定子铁芯和后段定子铁芯组成，三段定子铁芯的凹、凸极数量及凹、凸极宽度均相等，且凹、凸极数量均为偶数，所述三段定子铁芯之间留有间隙，所述前段定子铁芯和后段定子铁芯中的凸极部位保持一致，即两段定子铁芯中凸极的中心线在同一直线上，所述中段定子铁芯中的凸极部位的中心线与前、后两段定子铁芯中凹极的中心线相重合，所述的前段定子铁芯、中段定子铁芯和后段定子铁芯的凸极部位均安装有定子电磁绕组（4）；所述转子（2）由转子铁芯和永磁体（3）组成，所述转子铁芯的凸极数量与任一段定子铁芯的凸极数量相等，且定子铁芯上的凸极宽度小于转子铁芯的凸极宽度，所述转子铁芯分为前、中、后三段，在所述转子铁芯的中段对应凸极部位嵌装有永磁体（3），所述永磁体（3）的充磁方向为径向，中段转子铁芯中相邻的各凸极所嵌装的永磁体（3）的极性相异，所述中段转子铁芯的极性与其对应的前、后段转子铁芯的极性相异，所述前、中、后三段转子铁芯的凸极的中心线重合，所述转子铁芯安装在电机输出轴上，且与电机输出轴同步转动。2.根据权利要求1所述的单相永磁型开关磁阻电机，其特征在于：所述前、后段转子铁芯对应的凸极部位无永磁体（3）。3.根据权利要求1所述的单相永磁型开关磁阻电机，其特征在于：所述前段定子铁芯、中段定子铁芯和后段定子铁芯的长度均相等，所述转子铁芯的总长度与定子铁芯的总长度相等，所述转子铁芯的前、中、后段分别与定子铁芯的前、中、后段对应，所述中段转子铁芯中的对应凸极部位所嵌装的永磁体（3）与中段定子铁芯对应配合。4.根据权利要求1所述的单相永磁型开关磁阻电机，其特征在于：在所述前段定子铁芯、中段定子铁芯及后段定子铁芯之间分别嵌有非导磁体。5.根据权利要求1所述的单相永磁型开关磁阻电机，其特征在于：在各段定子铁芯的凸极上安装的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奚平，
申请(专利权)人：上海鼎特电器有限公司，陈奚平，
类型：发明
国别省市：上海,31