一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机及其控制方法技术

本发明专利技术涉及电机设备领域，具体涉及一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机及其控制方法，包括外圈定子和内圈定子，在外圈定子和内圈定子之间设置有双凸极转子，所述外圈定子为凸极结构，包括外圈定子轭、外圈定子励磁极和外圈定子辅助极，环绕外圈定子辅助极设置有外励磁绕组，在外圈定子励磁极和外圈定子辅助极的端部之间设置有永磁体，永磁体具有第一磁感线，当外圈线圈通电时外圈定子具有第二磁感线，当双凸极转子与外圈定子配合形成磁回路时，第一磁感线与双凸极转子之间形成的磁回路和第二磁感线与双凸极转子之间形成的磁回路方向相同。在不增大电机体积的前提下，产生更大的转矩，也就是增大了电机的转矩密度。也就是增大了电机的转矩密度。也就是增大了电机的转矩密度。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电机领域，更具体地说，它涉及一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机及其控制方法。

技术介绍

[0002]传统的开关磁阻电机是一种双凸极结构电机，其转子上既没有绕组线圈，也没有永磁体，其开关性表现为工作在连续的开关状态，其磁阻性表现为电机运行遵循磁阻最小原理。其起动转矩大、结构简单、启动电流小并且调速范围宽，因此广泛应用在航空、航天、电动车辆以及家用电器等领域。
[0003]但是正由于传统开关磁阻电机的定子、转子上均没有永磁体，因此若需要获得更大的功率及转矩，则需要通过增大励磁功率来实现，但这会使得电机驱动系统的成本增加，电机的转矩密度和功率密度下降。
[0004]为了克服上述传统开关磁阻电机的缺点，人们在传统开关磁阻电机的基础上，提出在电机中嵌入永磁体来提高开关磁阻电机的性能，如申请号为200810209754.2，名称为开关磁阻电机的中国专利中所公开的结构，通过嵌入永磁体的方式可以提高转矩密度和功率密度，同时降低电机转矩脉动。
[0005]然后，这种嵌入永磁体方式的开关磁阻电机，嵌入永磁体的位置并不统一，需要根据电机结构和需求而定，电机的磁场无法通过定式的安装永磁体的方式来由励磁绕组和永磁体混合励磁产生较高效率的转矩密度和更大的转矩。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的是提供一种能够通过定式安装永磁铁的方式，以及通过设置双定子的方式，进而使得开关磁阻电机获得效率更高的混合励磁。
[0007]为实现上述第一目的，通过以下技术手段实现：一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机，包括外圈定子和内圈定子，在外圈定子和内圈定子之间设置有双凸极转子，所述外圈定子为凸极结构，包括外圈定子轭、外圈定子励磁极和外圈定子辅助极，环绕外圈定子辅助极设置有外励磁绕组，在外圈定子励磁极和外圈定子辅助极的端部之间设置有永磁体，永磁体具有第一磁感线，当外圈线圈通电时外圈定子具有第二磁感线，当双凸极转子与外圈定子配合形成磁回路时，第一磁感线与双凸极转子之间形成的磁回路和第二磁感线与双凸极转子之间形成的磁回路方向相同。
[0008]通过上述方案：将高性能稀土永磁材料即永磁体应用于开关磁阻电机之中，使得电机的磁场由励磁绕组和永磁体混合励磁产生，本专利技术中电机的电磁转矩一部分来自磁阻转矩，另一部分来自永磁体的永磁转矩；在不增大电机体积的前提下，产生更大的转矩，也就是增大了电机的转矩密度；在不增大电机体积的前提下，输出更多的功率，也就是增大了电机的功率密度；由于第二磁感线与双凸极转子之间形成的磁回路和第一磁感线与双凸极转子之间形成的磁回路方向相同，进而加入永磁体后，能够提高磁回路密度，电机的电磁转
矩由磁阻转矩和永磁转矩组成，提高了电磁转矩，由转矩脉冲表达式T
R
＝ΔT/T
avg
，永磁体不影响电磁转矩的峰峰值ΔT，同时平均转矩T
avg
由于加入了永磁体而增大，即转矩脉冲T
R
在加入了永磁体后降低了。
[0009]进一步优化为：所述外圈定子由六块外模块化定子组成，每一外模块化定子均包括外模块化定子轭，在外模块化定子轭的两端均设置有朝向内圈定子的外模块化励磁极，在外模块化定子轭的中部设置有朝向内圈定子的外模块化辅助极。
[0010]进一步优化为：在所述外模块化辅助极上绕设有一连续的所述外励磁绕组。
[0011]通过上述方案：将外圈定子变为由外模块化定子组成的方式，提高了容错性能，若永磁体由于高温或猛烈的机械碰撞导致其失磁，电机中仍有励磁绕组可以通过电励磁的方式产生励磁磁场；若励磁绕组由于瞬时电流过大或由于电压过大被击穿等原因导致其无法产生电励磁磁场，电机中仍有永磁体可以产生永磁磁场用来充当励磁磁场；只要永磁体和励磁绕组中有一个可以提供励磁磁场，电机即可继续工作；另一方面，每一外模块化定子都有一条连续的外励磁绕组绕设而成，相当于每个模块化定子的两个励磁极之间只有一组励磁绕组，而普通的外圈定子，需要在每一励磁极上均绕设励磁绕组的方式，相当于每相邻的两个励磁极之间形成槽位会有两组励磁绕组，所以，相比于现有技术中的外圈定子，本专利技术中外模块化定子中的绕组横截面积大，在相同大小的槽中绕一个励磁绕组时的绕组截面积是绕两个励磁绕组时绕组截面积的二倍，电机绕组产生的铜耗小，电机温升小，效率高。
[0012]进一步优化为：所述永磁体分别设置于外模块化励磁极和外模块化辅助极的端部之间。
[0013]通过上述方案：能够防止励磁绕组从外模块化定子中掉出。
[0014]进一步优化为：所述内圈定子包括内模块化定子，所述内模块化定子包括交替设置的第一内圈定子和第二内圈定子，所述第一内圈定子和第二内圈定子均设置3个，所述第一内圈定子包括第一内圈定子轭，在第一内圈定子轭的端部分别设置有朝向外圈定子的第一内圈励磁极，在第一内圈定子轭的中部设置有朝向外圈定子的第一内圈辅助极；所述第二内圈定子包括第二内圈定子轭，在第二内圈定子轭的两端分别设置有朝向外圈定子的第二内圈励磁极。
[0015]进一步优化为：在所述第一内圈辅助极上绕有连续的第一内励磁绕组，在第二内圈励磁极上均绕有第二内励磁绕组。
[0016]通过上述方案：通过将内圈定子分为第一内圈定子和第二内圈定子的方式，能够进一步的提高容错率；由于采用了双凸极转子，从而双凸极转子还能与内圈定子之间形成励磁效应，通过绕设的第一内励磁绕组和第二内励磁绕组的方式，能够进一步提高对双凸极转子的磁回路密度和电磁转矩。
[0017]进一步优化为：所述双凸极转子与外圈定子和内圈定子之间均留有气隙。
[0018]本专利技术的第二目的在于提供一种针对上述技术方案中的模块化双定子混合励磁开关磁阻电机的控制方法。
[0019]为实现上述第二目的，通过以下技术手段实现：一种基于上述技术方案中的模块化双定子混合励磁开关磁阻电机的控制方法，
[0020]步骤一：测量电机的转子位置、各相电流值；
[0021]步骤二：由给定的参考转速ω
ref
和由测量得到的电机实际转速ω计算差值，输入
PI控制模块，进行比例积分控制，计算得出此时需要的占空比D；
[0022]步骤三：将由PI控制模块计算得到的占空比D输入PWM模块，根据给定的控制频率f
con
，生成相应的PWM波形；
[0023]步骤四：根据步骤一中测量的转子位置θ、给定的开通角θ
on
和关断角θ
off
，计算得到控制信号g；
[0024]步骤五：根据步骤五中计算得到的控制信号g、给定的最大电流I
max
和根据步骤一中测量的电机电流i，判断此时是否需要进行电流斩波，并得到控制信号g'；
[0025]步骤六：将步骤五中得到的控制信号g'通过驱动装置转化为各相电压信号并施加于开关磁阻电机，以使开关磁阻电机运行。
[0026]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，包括外圈定子和内圈定子，在外圈定子和内圈定子之间设置有双凸极转子(2)，所述外圈定子为凸极结构，包括外圈定子轭、外圈定子励磁极和外圈定子辅助极，环绕外圈定子辅助极设置有外励磁绕组(5)，在外圈定子励磁极和外圈定子辅助极的端部之间设置有永磁体(4)，永磁体(4)具有第一磁感线(71)，当外圈线圈通电时外圈定子具有第二磁感线(72)，当双凸极转子(2)与外圈定子配合形成磁回路时，第一磁感线(71)与双凸极转子(2)之间形成的磁回路和第二磁感线(72)与双凸极转子(2)之间形成的磁回路方向相同。2.根据权利要求1所述的一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，所述外圈定子由六块外模块化定子(1)组成，每一外模块化定子(1)均包括外模块化定子(1)轭，在外模块化定子(1)轭的两端均设置有朝向内圈定子的外模块化励磁极(12)，在外模块化定子(1)轭的中部设置有朝向内圈定子的外模块化辅助极(13)。3.根据权利要求2所述的一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，在所述外模块化辅助极(13)上绕设有一连续的所述外励磁绕组(5)。4.根据权利要求2所述的一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，所述永磁体(4)分别设置于外模块化励磁极(12)和外模块化辅助极(13)的端部之间。5.根据权利要求1所述的一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，所述内圈定子包括内模块化定子，所述内模块化定子包括交替设置的第一内圈定子(31)和第二内圈定子(32)，所述第一内圈定子(31)和第二内圈定子(32)均设置3个，所述第一内圈定子(31)包括第一内圈定子轭(311)，在第一内圈定子轭(311)的端部分别设置有朝向外圈定子的第一内圈励磁极(312)，在第一内圈定子轭(311)的中部设置有朝向外圈定子的第一内圈辅助极(313)；所述第二内圈定子(32)包括第二内圈定子轭(321)，在第二内圈定子轭(321)的两端分别设置有朝向外圈定子的第二内圈励磁极(322)。6.根据权利要求5所述的一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，在所述第一内圈辅助极(313)上绕有连续的第一内励磁绕组(61)，在第二内圈励磁极(322)上均绕有第二内励磁绕组(62)。7.根据权利要求1所述的一种模块化双定子混合励磁开关磁阻电机，其特征在于，所述双凸极转子与外圈定子和内圈定子之间均留有气隙。8.一种基于如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：方恬，
申请(专利权)人：浙江立久佳运动器材有限公司，
类型：发明
国别省市：