开关磁阻电动机制造技术

定子总成，其具有分布绕组结构。多相开关磁阻电动机总成3002可能包括定子总成，该定子总成有处于分布绕组结构中的多个线圈。该定子总成可能具有中心孔，具有多个极的转子总成被接纳在该中心孔内并配置为旋转。控制开关磁阻电动机的方法可能包括至少三个相，其中，在每个导电周期中，用负向电流对第一相通电，用正电流对第二相通电，且存在至少一个非通电相。在每个换相周期内，第一相或第二相被切断到非通电状态，用与被切断的第一相或第二相相同方向电流将非通电相中的一个切换到通电状态。开关磁阻电动机可能包括分布绕组结构。

switched reluctance motor

【技术实现步骤摘要】
开关磁阻电动机1相关申请的交叉引用本申请要求2014年1月17日提交的申请号为61/928547的美国临时专利申请的优先权，并通过引用将其包括在内。2关于联邦资助研究或开发的声明不适用3合作研究开发的当事人的名字不适用4序列表不适用5本专利技术的背景5.1
本专利技术涉及电子整流电动机，特别是开关磁阻电动机，及其使用。这些类型的电子整流电动机产生连续的旋转转矩而无需使用永磁体。本专利技术还涉及尺寸小、低噪音输出的开关磁阻电动机。在一些方面，这些电动机可能用在用于治疗、预防和/或改善呼吸相关的紊乱的医疗设备或装置中。5.2
技术介绍
5.2.1电子整流电动机电子整流电动机的一个子群为无刷直流电动机。无刷直流电动机是众所周知的，并用在各种设备中。无刷直流电动机通常包括连接到转子或连接在转子上的永磁体，以及形成在叠层定子上的绕组，当电流施加到该叠层定子上时，该叠层定子形成电磁体。在电动机中使用的高能永磁体可能由包括钐钴和钕铁硼等稀土金属的材料制成。然而，这样的永磁体是昂贵的，导致较高成本的发电机。此外，这些稀土金属的可用性受到限制。为了降低成本，开发出了其他形式的无刷直流电动机，其无需永磁体或与转子相关的绕组。另一类不包括永磁体的电子整流电动机被称为开关磁阻(SR)电动机。开关磁阻电动机通过产生磁阻转矩运行，该磁阻转矩与SR电动机中的自感的对齐和未对齐值的差异成比例。传统的SR电动机包括在定子中的集中绕组，该集中绕组由于单相的自感变化斜率和施加到该相的正DC电流产生转矩。对齐的电感和未对齐的电感之间的电感比率在生成转矩中很重要，并且可能在3-8的范围内变化。因此，SR电动机用于输入功率水平超过几百瓦的应用，并且通常是具有大于50mm的定子外径的较大定子。这样的现有技术的SR电动机已经用于驱动汽车、真空清洁器和洗衣机等设备，以及其他大型应用。它们由于在具有低电感比率的小型排布中不能产生足够的转矩，因此不适合驱动低功率(小于一百瓦)或小型(定子外径小于50mm)的高速设备(高达60000rpm)。SR电动机还已经用于存在高温或低温等恶劣环境条件的条件下。SR电动机的定子通常缠绕有在集中绕组排布中的三、四或五个相。SR电动机通常具有比定子极少的转子极。图1展示了三相SR定子和转子排布的例子。这三个相由三组集中绕组组成：10a、10b、10c和10d形成第一相；12a、12b、12c和12d形成第二相；14a、14b、14c和14d形成第三相。在这种集中绕组排布中，具有边10a和10b的线圈围绕定子20的定子齿或极22缠绕，因此绕组围绕一个定子齿22集中。转子30由软磁材料，例如，层压硅钢形成，并且包括突出的磁极32，以在沿着极的转子和定子之间和极之间的磁阻产生差异。SR电动机通常已经通过施加电流以一次给单个定子相通电，并且切换定子相之间的电流以引起转子的旋转而被驱动。通过通电的定子极和转子极生成电通量，该电通量将转子极拉向通电的定子极，并且与通电的定子极对齐。将电流切换到第二相邻的定子相导致拉动转子极与第二定子相对齐。按围绕定子的相邻定子相的顺序的连续电流切换导致转子的旋转。控制电流切换的时序控制了转子旋转的连续性。为了降低随转子旋转的转矩波动或镶齿，需要在转子的最佳位置切换电流。转矩波动可能导致电动机内的振动和噪声。为了降低转矩波动，在切换步骤中施加到相邻相的电流已经被重叠。然而，当电流同步施加到传统SR电机的两个相上时，电机是低效的，因为尽管提供了两次电源输入，但是转矩没有明显增加。在这样的SR电动机中，当转子被拉到与通电的定子极对齐时，一个转子极通常配置为与单个定子极对齐。例如，如图1所示，当包括定子线圈边10a与10b和10c与10d的定子相10已经通电，转子极32b和32c被拉到与定子齿1和4分别对齐。因此，电磁力的法向分量和径向分量施加到定子齿和转子极上。这样的径向力可能相对较高，并且可以是电动机内的振动和噪声的来源。已经做出一些努力来减少由SR电动机产生的电动机噪声。例如，第5239217号美国专利描述了一种多相SR电动机，其包括具有集中绕组的定子和多个转子极。每个定子极和转子极均可能包括多个齿。定子包括用于每个电动机相的至少一个冗余极组，以助于随着其旋转在电动机总成上分布椭圆力，并减少电动机噪声。第6028385号美国专利建议了通过使用具有2个宽转子极和2个窄转子极的转子极来减少转矩波动的影响。该三相磁阻电动机具有集中绕组，包括12个定子极和4个转子极。在每个通电相过程中，在每次一个相通电的情况下，转子循序向前，以致宽转子极的前缘与第一通电的定子极相互作用，然和窄转子极被牵引至与相同相的第二通电的定子极对齐。然而，为了使得这样的排布产生显著的转矩，这些SR电动机将要求相对较大以随着增加的定子极数量维持大约7的电感比率。第5111095号美国专利据说提供了一种产生增大的转矩和效率的SR电动机。该SR电动机包括具有均匀分布的集中绕组极的定子和具有非均匀分布的转子极的转子。为了提供控制的转子旋转，两个相邻的相一直通电。相邻的绕组以使得这对绕组通有电流时定子极的极性具有相反极性的方式绕定子的极的方向缠绕，从而在每对的极之间创建磁路。相邻的定子极对与转子极的一半(例如，4个)对齐，并且，当下一对相邻的定子极通电时，这些定子极对与转子极的另一半(例如，其他4个)对齐。这样的SR电动机排布将不适于用在高速小型设备中。公开号为CN102035333A的中国专利申请据说描述了一种采用分布绕组的永磁开关磁阻电动机。定子采用分布式结构的三相电枢绕组，相邻定子齿槽体间只有一个绕组线圈，将每跨过两个定子槽的线圈连接起来成一相绕组。永磁体还嵌入在定子中。定子齿的数量和转子齿的数量的比率为6:4，它们的极的数量处于6/4或12/8的形式。如果SR电动机要用在医疗设备中和/或在低噪声是很重要的条件下，如睡眠过程中，还有减少SR电动机的噪声、振动和/或尺寸的需要。5.5.2电动机应用电动机用于驱动在各自各样的应用中的各种设备，包括但不限于风扇、医疗设备、汽车工业、航天工业、玩具、电动工具、磁盘驱动器、家用电器等等。电动机已经被用在医疗设备中以生成加压气体的供给，例如，在气道正压通气(PAP)设备和呼吸机中。这些设备通常包括永磁体无刷直流电动机。由于SR电动机通常较大的尺寸和较高的噪声水平，因此SR电动机通常没有用在这样的设备中。由一些医疗设备产生的噪声需要相对较低从而不会打扰使用者。特别是可能要长时间(如整天，和/或睡眠时)使用的医疗设备，如PAP设备和/或呼吸机，发出的噪声水平是重大问题。以下列出了各种对象的声音压力值。6
技术实现思路
本专利技术针对开关磁阻电动机和包括这样的开关磁阻电动机的设备。本专利技术的第一方面涉及包括具有分布绕组结构的定子的开关磁阻电动机。本专利技术的另一方面涉及开关磁阻电动机，其具有较高的总转矩和分布力。本专利技术的另一方面涉及开关磁阻电动机，其具有减少的径向力和噪声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多相开关磁阻电动机总成，包括：/n定子总成，其包括多个线圈和带有中心孔的定子，以及/n转子总成，其具有多个极，所述转子总成布置在所述定子总成的所述中心孔内，并且配置为在其中旋转，/n其中，所述多个线圈配置在分布绕组结构中，/n其中，所述定子包括多个突出的定子齿，这些定子齿在它们之间形成多个定子槽，并且/n其中，定子槽的总数是所述电动机的相数量和转子极数量的倍数个。/n

【技术特征摘要】
20140117 US 61/928,5471.多相开关磁阻电动机总成，包括：
定子总成，其包括多个线圈和带有中心孔的定子，以及
转子总成，其具有多个极，所述转子总成布置在所述定子总成的所述中心孔内，并且配置为在其中旋转，
其中，所述多个线圈配置在分布绕组结构中，
其中，所述定子包括多个突出的定子齿，这些定子齿在它们之间形成多个定子槽，并且
其中，定子槽的总数是所述电动机的相数量和转子极数量的倍数个。


2.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述多个定子槽中的每个定子槽包括来自所述多个线圈中的一个的线圈段。


3.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述定子槽的总数还包括倍数个的绕组分布参数，以致所述定子槽的总数满足以下等式：
定子槽的总数＝相的数量×转子极的数量×绕组分布参数。


4.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述多个线圈包括用于所述多相开关磁阻电动机的每个相的线圈组，线圈组中的每个线圈包括一对线圈段，每个线圈组的所述线圈段均匀分布在所述定子槽之间。


5.根据权利要求4所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，每个线圈组包括至少一个线圈。


6.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述多相开关磁阻电动机总成包括至少三个电动机相，其中，在使用中，在导电周期内，两个电动机相是通电的，至少一个相是未通电的。


7.根据权利要求6所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，在每个换相周期内，这两个通电的相中的一个被切断到非通电状态，非通电的相中的一个被接通到通电状态。


8.根据权利要求6或7所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，这两个通电的相中的一个提供有正向电流，这两个通电的相中的另一个提供有负向电流。


9.根据权利要求8所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，在至少两个连贯的导电周期内，所述电动机的每个相均是以一电流值通电的。


10.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述多相开关磁阻电动机总成具有小于3的电感比率。


11.根据权利要求10所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述电感比率在2和2.5之间。


12.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述定子具有小于50mm的外径。


13.根据权利要求12所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述定子具有小于或等于45mm的外径。


14.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，每个转子极的宽度均大于所述多个定子齿中的一个的宽度。


15.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述分布绕组结构包括多个相，而该多个相的至少一个相包括多个线圈绕组。


16.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，每个转子极宽度均是相等的。


17.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，每个定子齿宽度均是相等的。


18.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，所述定子总成和转子总成配置为，在定子中心角与转子中心角之间具有差异，该差异在5度到30度的差异范围中。


19.根据权利要求18所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，在定子中心角和转子中心角之间的所述差异为约27度。


20.根据权利要求1所述的多相开关磁阻电动机总成，其特征在于，每个定子齿包括齿尖。


21.定子总成，其用于多相开关磁阻电动机，包括：
由定子槽分开并围绕中心孔的多个定子齿；
配置在分布绕组结构中的多个线圈，所述多个线圈包括用于所述多相开关磁阻电动机的每个相的线圈组，
其中，所述中心孔配置为接纳具有多个极的转子总成，且定子槽的总数为所述电动机的相数量和转子极数量的倍数个。


22.根据权利要求21所述的定子总成，其特征在于，每个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·S·纳戈尔诺，夏瓦什·萨德吉，大卫·詹姆斯·弗莱明，迈克尔·布鲁斯·莫伊尔，
申请(专利权)人：瑞思迈发动机及马达技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US