磁阻电机与自控式光耦开关及运动控制、结构组尼、散热方法技术

本发明专利技术公开了一种三相磁阻电动机，它是以椭圆形二极转子铁心（４）取代了现有技术当中具有梯形凸极的多极转子铁心。并利用安装在转子轴杆（５）上的自控式光耦开关，实现定位控制和频率自给进行工作。具有自控式同步电动机的特征，其单位体积功率达到现有技术的四倍以上。低噪声，无振动和运行平稳以及强大的转子轴抗力，尤其适合于直升飞机和电动机车等使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁阻电动机，尤其是涉及到磁阻电动机所用的一种转子铁心的形状。本专利技术还涉及该电动机使用的自控式光耦开关，尤其是涉到该自控式光耦开关当中的可动光栅片，本专利技术还涉及该电动机转子的散热方法，尤其是涉及一种具有自动抽风功能的空心轴杆。本专利技术还涉及该电动机的运动控制、和增加结构阻尼的方法。本专利技术还涉及该电动机利用三相交流电整流供电的方法。
技术介绍
磁阻电动机作为一种连续运行的电气传动装置，其结构和工作原理都与传统的交、直流电动机存在着根本的区别。这种电动机不象传统电动机那样，依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用而产生转矩，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩。即“磁通总是沿着磁导最大的路径闭合，从而产生磁拉力，进而形成磁阻性质的电磁转矩”和“磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性”。因此它的结构原则是，在转子旋转时，磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以，这种电动机的定、转子均采用双凸极结构，并用硅钢片叠制而成。在每个定子磁极上都装有简单的集中绕组，并把径向相对的两个定子磁极上的绕组以串联或并联的方式构成一相。在转子上无任何绕组，也无永磁体。按照电动机的相数，可分为奇数相和偶数相。按照电动机的磁路结构，可分为两极型长磁路结构和四极型短磁路结构。按照电动机的通电励磁模式，有单相励磁和多相励磁之分。这种电动机采用单极型驱动电路和使用直流电开关性供电电源。工作时，由控制器借助安装在转子轴杆上的位置检测传感器所提供的定、转子相对位置信息，按照一定的顺序和控制逻辑，连续不断地接通和断开相应相定子绕组的电流，而使电动机的内部磁场形成旋转，并通过定、转子工作磁极之间存在的可变磁阻回路，使转子受到向磁阻最小位置运动的倾向磁吸力而产生连续运行。调整各相定子绕组之间的通电顺序，即可改变电动机的运行方向。因为当任意相定、转子的凸极处于极对极的状态时，在相邻相定、转子凸极之间都会形成极间部分重叠现象，所以在任意转子位置上，电动机都具有正、反转运行的自起动能力。磁阻电动机以其结构简单，制造方便并可工作于极高转速和适用于各种恶劣、高温环境甚至强振动环境，以及调速性能优良、控制灵活的优点，自上世纪八十年代以来，受到越来越多的学者和企业界的广泛关注，已成为当今电动机领域研究和开发的热门课题之一。据中国专利网2004年6月10日发布的《开关型磁阻电动机转矩脉动及振动控制研究现状》指出瞬时转矩脉动、电机振动、噪声问题是目前开关型磁阻电动机存在的突出问题和研究难点。(TM921，A，文章编号1561-0330(2002)04-004-04，河海大学电气工程学院王宏华)。另据，法国M.Besbes和Z.Ren等学者的比较实验表明，在整个开关型磁阻电动机的噪声中，电磁噪声占据95％。也就是说只要能够有效地抑制电磁噪声的产生，就能够达到对开关型磁阻电动机的降噪目的。通过对现有技术的研究分析，专利技术人认为目前开关型磁阻电动机产生转矩脉动、电机振动和噪声的原因，主要是由以下三个方面造成的(1)由于现有技术的磁阻电动机采用了具有梯形凸极的转子铁心，会在定、转子工作磁极之间的可变磁阻回路上产生第二气隙，因为磁阻电机的双凸极结构使它在运行过程中存在着磁通的周期性变化和出现严重的局部饱和现象，尤其是在出现局部过度饱和时，将有一部分磁力线会经过第二气隙形成闭合而成为“短路磁通”。因为这种“短路磁通”的路径已经趋向最短，但由于气隙的原因使其磁阻不能成为最小，所以就形成了对径向气隙的压缩，但由于结构上的原因，使这种径向压缩的力最终形成了电磁噪声的主要来源。(2)由于磁阻电动机属于连续运行的电气传动装置，在相绕组电流的连续关断与切换过程中，由于相邻相定子绕组之间存在的短时重叠通电现象，导致了相邻定子绕组之间因磁动势的极性相同相斥而产生振动与噪声。这也就是为什么现有技术转矩脉动小的四相电机反而要比转矩脉动大的三相电机噪声大的根本原因所在。(3)由于现有技术的磁阻电机在定、转子的可变磁阻回路上存在着阶梯式气隙和使用开关性供电电源两种突变因素，直接导致磁阻电机的转矩脉动，按照目前这种结构，想要从根本上消除磁阻电动机的转矩脉动现象，几乎是不可能的。除此之外，现有技术的磁阻电动机，还存在相绕组因通电区间太小使电动机的单位体积功率低和控制系统复杂而且成本高的缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种低振动，低噪声和运行平稳、相绕组的通电区间大和控制方法简单成本低廉的磁阻电动机，在该电动机当中的定、转子之间不存在阶梯式的第二气隙，在定子绕组换相时，相邻相定子绕组之间也不会产生磁动势极性相同而相斥的现象，更重要的是，这种电动机还可以采用三相交流电的整流电源直接起动运行。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了奇数相开关型磁阻电动机的定子结构。并使各相邻定子绕组之间的极性成为相反，且定子磁极的宽度与间距相等。将现有技术当中具有梯形凸极的多极转子铁心，改作椭圆形二极转子铁心。然后在电动机轴承端盖的外部另设空间把位于转子轴杆上的自控式光耦开关从电机内部移出安装于此，并采用单极型驱动方式进行工作。工作时，通过自控式光耦开关，按照一定的顺序，依次给各相定子绕组施加电流、电压，使电动机的内部磁场形成旋转。并依靠椭圆形二极转子铁心与定子工作磁极之间存在的渐开线不均匀气隙所构成的可变磁阻回路，使椭圆形二极转子铁心的长轴受到向磁阻最小位置运动的倾向磁吸力的作用而产生连续运行。调整各相定子绕组之间的通电顺序，即可改变电动机的运行方向，在任意转子位置上，电动机都具有进行正、反转运行的自起动能力。为了增加对机械噪声与振动的抑制吸收，在定子铁心和电机机座之间设置了有色金属合金材料或耐高温、耐老化和导热性优良的工程塑料、树脂等组成的结构阻尼层，也可以用耐高、低温和电气性能优良的工程塑料或橡胶、树脂类，对各相邻定子绕组之间的空隙部分给予充填，还可以在电动机的转子轴杆上设置橡胶或塑料类的弹性阻尼环来阻断和吸收噪声的产生与传播。为了在转子铁心上增加结构阻尼，阻断和吸收转子的振动和噪声，用耐高低温和电气性能优良的高强度工程塑料在以椭圆形转子铁心长轴直径的圆周所包含的面积内对所有欠缺部分进行充填嵌塑，使其成为正圆柱体，并将嵌塑面扩大到圆柱形转子体的两个端面上，使其形成稳定的结构。为了解决电动机的温升问题，采用具有自动抽风功能的空心轴做转子轴杆，即在空心轴杆预封闭一端的侧面上设多个离心孔口，其孔口与空心轴杆内部的轴心孔相通。也可以用一个空气桨插件连接在空心轴的一端使空心轴在旋转时获得自动抽风的功能。也可以把一个在盲管封闭端的内部带有扩大内腔和在该扩大内腔的端面或侧面上的离心位置上设有旋叶式窗口的空气桨连接在空心轴杆的一端.也可以在空心轴杆的内壁上先浇注一层低溶点的金属材料，然后在上面制出螺纹线来达到空气导流散热的目的。为了满足下一代高新技术的需要，还可以在自控式光耦开关当中的可动光栅片上沿圆周方向按照固定的间隔距离排列多个生成脉冲信号的透光孔和在另一个圆周上单独设置一个零点位置透光孔。它们与光源固定盘上的发光元件和固定光栅盘上的两个光敏二极管相互作用。共同完成对电动机转速和转子转动的起始位置与旋转量的信息检测与输出。为了支持下一代开发在转子轴杆上无任何传感器的磁阻电动机，还可以把设置在各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻电机，定、转子的磁极数不同，均采用双凸极结构和各定子磁极在圆周上作等距分布，每个定子磁极上都装有简单的集中绕组，并把径向相对的两个定子磁极上的绕组串联或并联构成一相，采用奇数相定子结构和使用单极型驱动电路，并使各相邻定子绕组产生的磁动势极性互为相反。工作时，采用单相通电励磁或多相通电励磁模式，并按照一定的顺序连续不断地给各相定子绕组施加电流、电压，使电动机的内部磁场形成位移旋转，依靠定、转子工作磁极之间存在的可变磁阻回路，使转子铁心受到向磁阻最小位置运动的倾向磁吸力而产生连续运行。调整各相定子绕组之间的通电顺序，即可改变电动机的运行方向。在任意转子位置上，电动机都具有反、正转运行的自起动能力。其特征是：所述转子铁心（４）为椭圆形二极构件，转子轴杆（５）采用带空心（５′）的轴。各相定子绕组（Ｌ↓［１］Ｌ↓［４］与Ｌ↓［２］Ｌ↓［５］和Ｌ↓［３］Ｌ↓［６］）的通电工作区间均大于定子磁极本身宽度的时间机械角，且转子铁心（４）的转动方向与电机内部旋转磁场的转动方向相一致。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张玉宝，
申请(专利权)人：张玉宝，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]