一种短端部短磁路分块式开关磁阻电机及其控制电路与系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及一种短端部短磁路分块式开关磁阻电机及其控制电路与系统。
【背景技术】
[0002] 开关磁阻电机遵循磁通总是要沿着磁导最大的路径闭合的原理，由磁拉力作用产 生具有磁阻性质的电磁转矩。开关磁阻电机结构简单，坚固。定子线圈嵌装容易，端部牢固， 热耗大部分在定子，易于冷却;转子无永磁体，可有较高的最大容许温升，转子上没有绕组， 成本低，电动机可高速旋转而不会导致变形，转子的转动惯量小，易于加、减速度;绕组电流 可通过续流二极管续流，并回馈电能给电源，具有再生作用;开关磁阻电机在宽广的转速和 功率范围内均具有高输出和高效率，非常适合高速运行以及在恶劣的环境中。
[0003] 常规开关磁阻电机定子绕组有整距绕组或集中绕组，转子采用齿极结构。此种结 构的电机内部磁通回路长，铁耗和涡流损耗较大，各绕组的磁通回路的路径相互重叠，导致 定子或转子某一处断裂时对电机磁路影响大，容错能力差;高速时，由于转子齿极结构，导 致转子的风阻大，电机损耗增加。现有分块式开关磁阻电机不能在绕组利用率较高的情况 下同时解决电机脉动大，绕组端部长和磁路长的问题。常规开关磁阻电机采用不对称半桥 电路结构，每相需要的两个控制开关管和两个续流二极管，电机的平均每相的控制成本较 尚。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型为了解决上述问题，提出了一种短端部短磁路分块式开关磁阻电机及 其控制电路与系统，本实用新型可以实现电机运行时磁通路径短，同时绕组端部短，而且能 够比传统开关磁阻电机铁磁材料更加节省，电机损耗更少，效率更高，电机输出力波动更 小，平均每相可控开关管和续流二极管的数目少，成本低。
[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] -种短端部短磁路分块式开关磁阻电机，包括电机定子和分块式电机转子，定子 包括定子铁芯和绕组，转子部分包括转子叠压铁芯和非导磁框架，其中，定子铁芯上均匀分 布有多个定子齿，定子绕组为集中绕组结构，缠绕于定子齿上，转子叠压铁芯均匀分布于定 子齿内侧，内嵌于非导磁框架内部，非导磁框架的中心处设置有转轴;在电机运行过程中， 电机通电相至少有两相且该两相相邻，电机内磁场路径由这相邻两相定子齿和该两相定 子齿之间的定子辄部、转子叠压铁芯和气隙组成。
[0007] 所述转子叠压铁芯可采用类扇形或U形结构。
[0008] 进一步的，所述电机通电相根据电机定转子的相对位置确定，两相通电电流大小 相等，形成的磁场相互串联即两通电相产生的主磁通沿相同的路径形成回路，在回路中两 通电相产生的主磁场方向相同。
[0009] 所述电机相数为奇数且大于等于5。
[0010] 所述定子极数为电机相数的整数倍，且两者并不相同，电机相数和电机定子极数 关系为4=1(\1;1( = 2,3,4,5,6~1为电机相数。
[0011] 所述电机转子极数为整数，
其中，1( = 2,3,4,5,6-，]?为电机相数。
[0012] 所述定转子含有非导磁材料，可通过非导磁材料密度改变转子特性。
[0013] -种用于控制上述电机的控制电路，包括多个桥臂，每个桥臂直接连接在电源母 线或直流母线上，每个桥臂上的两个器件之间由导线引出和电机绕组的一端相连，相应电 机控制主电路的桥臂个数与电机相数相同，有一相桥臂包括两个相互串联的可控开关管， 其他桥臂包括相互串联的一个可控开关器件和一个二极管。
[0014] 进一步的，由一个可控制开关管和一个二极管串联组成的桥臂中，二极管正极与 母线低电压端相连否则负极与母线高电压端相连。
[0015] 由一个可控制开关管和一个二极管串联组成的桥臂中，二极管正极与母线低电压 端相连的桥臂数和二极管负极与母线高电压端相连的桥臂数相同。
[0016] 所述桥臂分为三类，两个相互串联的器件均为可控开关管的桥臂；一个可控制开 关管和一个二极管串联组成的桥臂且二极管正极与母线低电压端相连;一个可控制开关管 和一个二极管串联组成的桥臂且二极管负极与母线高电压端相连，与电机相邻绕组相连的 桥臂不能是同一类桥臂。
[0017] 一种短端部短磁路分块式开关磁阻电机系统，包括上述短端部短磁路分块式开关 磁阻电机和控制电路。
[0018] 本实用新型的工作原理为：
[0019] 根据磁阻最小原理，通过检测电机定转子相对位置来决定电机通电相，使电机绕 组产生的磁场通过定转子形成回路并产生磁拉力。本实用新型采用集中绕组端部短，端部 铜耗小，运行时，根据定转子位置，使电机相邻两相导通，产生磁场，磁场通过导通相的定 子齿、两相定子齿之间的定子辄部、气隙、一个分块转子导磁结构形成主回路。由于磁场经 过的为相邻的定子齿和转子的一个分块的导磁结构，磁路短，端部短，铁耗和端部铜耗同时 得到较大的减小。
[0020] 本实用新型的有益效果是：
[0021 ] 1.电机转子采用分块式的结构，节约导磁材料的用量，减少电机材料成本。同时转 子中采用了非导磁材料，可以减少电机的整体密度。在相同体积下，电机更加轻。
[0022] 2.电机磁路短，铁耗小，效率更高。
[0023] 3.本电机采用集中绕组，定子绕组在端部无交叠，端部用铜量较少，可靠性能更 尚。
[0024] 4.电机运行时，相邻两相同时通电断电，提高电机气隙磁场宽度，提高电机输出转 矩，增高电机力密度。
[0025] 5.采用同三相桥式电路类似的Μ相桥式电路，减小平均每相的开关管数目，平均每 相控制成本小。
[0026] 6.电机相数较多，电机转矩脉动小。
【附图说明】
[0027]图1(a)是本实用新型的一种五相定子10极，转子的叠压铁芯采用类扇形的短端部 短磁路分块式开关磁阻电机的整体结构图；
[0028] 图1(b)是本实用新型的一种五相定子10极，转子的叠压铁芯采用U形结构的短端 部短磁路分块式开关磁阻电机的整体结构图；
[0029] 图2是本实用新型的一种五相短端部短磁路分块式开关磁阻电机的控制主电路拓 扑结构示意图；
[0030] 图3是本实用新型的一种五相10极，转子的叠压铁芯采用类扇形的短端部短磁路 分块式开关磁阻电机的绕组电流参考方向标定结构示意图；
[0031 ]图4是本实用新型的一种五相短端部短磁路分块式开关磁阻电机的控制主电路拓 扑结构与电机绕组连线的结构示意图；
[0032] 图5是本实用新型的一种定子10极的短端部短磁路分块式开关磁阻电机的定子部 分的结构示意图；
[0033] 图6是本实用新型的一种短端部短磁路分块式开关磁阻电机的转子分块式导磁材 料的结构示意图；
[0034] 图7(a)是本实用新型的一种五相定子10极，转子的叠压铁芯采用类扇形的短端部 短磁路分块式开关磁阻电机在本实用新型的控制主电路拓扑结构的驱动下A、B两相导电时 电流流向示意图；
[0035] 图7(b)是本实用新型的一种五相定子10极，转子的叠压铁芯采用类扇形的短端部 短磁路分块式开关磁阻电机在本实用新型的控制主电路拓扑结构的驱动下电机内部磁力 线不意图；
[0036] 图8是本实用新型的一种五相短端部短磁路分块式开关磁阻电机的一种各相导电 方式的示意图；
[0037] 图9(a)是本实用新型的一种七相定子14极，转子的叠压铁芯采用类扇形的短端部 短磁路分块式开关磁阻电机的整体结构图；
[0038] 图9(b)是本实用新型的一种七相定子14极，转子的叠压铁芯采用U形结构的短端 部短磁路分块式开关磁阻电机的整体结构图
[0039] 图10是本实用新型的一种七相定子14极，转子的叠压铁芯采用U形结构的短端部 短磁路分块式开关磁阻电机的两相导电时的电机内部磁力线示意图；
[0040] 图11是本实用新型的一种五相短端部短磁路分块式开关磁阻电机静态转矩仿真 示意图；
[0041] 图12是本实用新型的一种七相短端部短磁路分块式开关磁阻电机静态转矩仿真 示意图；
[0042] 其中，1、轴承，2、转子铁芯，3、转子非导磁结构框架，4、励磁绕组，5、定子铁芯，6、 定子内径圆弧，7、转子外径圆弧，8、定转子间的气隙。
【具体实施方式】：
[0043] 下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
[0044] 短端部短磁路分块式开关磁阻电机是一个多相电机，该电机定子极数为偶数，电 机相数为M，电机定子极数为N，电机相数和电机定子极数关系为:N = KXM;K = 2,3,4,5, 6···。其中电机相数Μ 2 5且为奇数。转子分块式导磁材料个数即转子
端部短磁路分块式开关磁阻电机的一种控制主电路包括若干个桥臂，桥臂是由两个相互串 联的可控开关器件或二极管器件组成，桥臂直接连接在电源母线或直流母线上，电机控制 主电路的桥臂个数W与相应电机相数Μ的关系为:W=M。其中至多W-1个桥臂由一个可控制开 关管和一个二极管串联组成，其中二极管方向为正极与母线低电压端相连否则负极与母线 高电压端相连，至少一个桥臂由两个可控制开关管组成。每个桥臂上的两个器件之间由导 线引出和电机相绕组的一端相连，若该桥臂与母线高压端相连的为可控开关管与母线低 压端相连的为二极管则为正向电流输出桥臂(A1、C3)，若该桥臂与母线高压端相连的为二 极管与母线低压端相连的为可控开关管则为负向电流输出桥臂(B2、E5)，若该桥臂与母线 高压