CN202856573U - 一种多自由度的开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多自由度的开关磁阻电机，包括内转子、环绕内转子的定子、环绕定子的外转子，两个转子与定子之间均设置有气隙；内转子和外转子朝向定子的一侧均设置有无绕组的凸极齿，定子的内外两侧均设置有凸极齿，定子内外两侧分别设置有套在凸极齿上的内侧绕组和外侧绕组，定子的轭部嵌有隔磁环。本实用新型在原有开关磁阻电机的空间内集成了两套电机系统，内外电机相互独立，可以分别控制，工作于不同状态以满足负载的要求，提供了两条功率路径，大大提高了系统的可靠性和灵活性。
Description
技术领域
本实用新型属于电机制造及其应用的领域，涉及一种多自由度的开关磁阻电机，适合于任意相数、任意定转子齿槽数配合的开关磁阻电机。
背景技术
随着电力电子技术和控制技术的发展，以及稀土永磁材料价格的快速上涨，不需永磁体的开关磁阻电机系统的应用变得越来越广泛。开关磁阻电机为双凸极结构，定转子均由硅钢片压叠制成，转子上无永磁体也无绕组，定子上只有集中式绕组，其依据“磁阻最小”原理工作。开关磁阻电机制造和维护成本低，结构简单牢靠、鲁棒性好，起动时电流小、转矩大，调速范围宽，动态响应快，有容错能力，且转子上无永磁体和绕组，非常适合于高速运行。开关磁阻电机应用范围十分广泛，在工业调速系统、家用电器、电气传动等方面已展现出竞争力，特别是在电动汽车领域它有着先天的优势，显示出强大的发展潜力。
目前所提出的开关磁阻电机主要都是一个定子一个转子的结构，其中应用最多是内转子结构，这样的结构在某些场合并不能产生足够的功率密度和调控灵活性。因此，本实用新型提出一种新型的多自由度的开关磁阻电机，通过将两台开关磁阻电机巧妙组合，形成一台具备多种工作模式的多自由度的开关磁阻电机，进一步拓展开关磁阻电机的应用范围。
实用新型内容
技术问题：本实用新型提供了一种具有更高功率密度和调控灵活性的多自由度的开关磁阻电机。
技术方案：本实用新型的多自由度的开关磁阻电机，包括内转子、环绕内转子的定子、环绕定子的外转子，两个转子与定子之间均设置有气隙；内转子和外转子朝向定子的一侧均设置有无绕组的凸极齿，定子的内外两侧均设置有凸极齿，定子内外两侧分别设置有套在凸极齿上的内侧绕组和外侧绕组，定子的轭部嵌有隔磁环。
本实用新型中，内侧绕组和外侧绕组均为多相集中式电枢绕组。
与普通的单定子、单转子开关磁阻电机相比，本实用新型的多自由度的开关磁阻电机可以等效为两台普通开关磁阻电机的复合体，其内转子和定子内侧的铁心及电枢绕组构成一个内电机，外转子和定子外侧的铁心及电枢绕组构成一个外电机，定子内侧绕组的磁路和外侧绕组的磁路可以通过隔磁环隔离。因此，可以将该新型多自由度的开关磁阻电机看作为两台互不影响、独立运行的电机，仅仅依靠定子部分实现机械上的集成，但无磁路与电路的耦合。
需要指出的是本实用新型提出的新型多自由度的开关磁阻电机的内电机和外电机的定转子齿槽配合和相数等参数均可以依据系统性能要求灵活调整。
有益效果：目前已有的由定子、中间转子、内转子三部分组成的双转子开关磁阻电机，其定子内侧齿上绕有一套电枢绕组，中间转子上无绕组，内转子齿上绕有一套电枢绕组。这种结构决定了它必须使用电刷和滑环完成内转子绕组的通电，而电刷和滑环的使用会大大降低电机的可靠性。本实用新型的多自由度的开关磁阻电机不需要电刷和滑环，显示出了优势。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
1．电机不需要使用永磁体，材料和制作成本较低，可工作于恶劣环境。
2．电机的旋转部分均不需绕组，从而省去了电刷和滑环，大大提高了电机的可靠性，降低了维护成本，尤其避免了常见双转子电机内转子温升严重的问题。
3．电机的内转子和外转子上既没有绕组，也没有永磁体，转动惯量小，调速响应快，宜于高速运行。
4．绕组为集中式线圈，绕制难度低，端部较短，有效的减少了铜耗并且利于电机的散热。
5．电机具有内外两套定子绕组，且两者之间的互感可以忽略（电路、磁路完全隔离），实现了内电机和外电机的完全解耦，且内电机和外电机可以独立灵活控制，在故障情况下还可以互为冗余。
6．电机具有很好的容错性能，可以灵活选择内外电机参数，提高冗余性和可靠性。
7．极大的提高了电机的空间利用率，电机系统效率和功率密度相比普通开关磁阻电机更高，结构更紧凑。
8．结构灵活，可以根据需要选择内电机和外电机的相数以及齿槽数配合，且内电机和外电机的相数与齿槽数可以相同也可以不同。
9．内外两个电机系统相互独立，具有冗余性，且可以灵活控制，调整它们的工 作状态，可工作在电动-电动、发电-电动、电动-发电、发电-发电等多种模式，满足负载的不同需要。
10．可以完成电气无级调速的功能，以取代行星齿轮和有刷电机调速装置，在混合动力汽车和风力发电系统中有较大的应用前景。
附图说明
图1是一台本实用新型的内电机三相定子12槽/转子8极、外电机三相定子12槽/转子8极的多自由度的开关磁阻电机的横向剖视结构示意图。
其中有：内转子1，定子2，外转子3，内侧绕组21，外侧绕组22，隔磁环23。
具体实施方式
以如图1所示的一台内电机三相定子12槽/转子8极、外电机三相定子12槽/转子8极的多自由度的开关磁阻电机为例，具体说明本实用新型的技术方案。
本实用新型的电机包括内转子1、环绕内转子1的定子2、环绕定子2的外转子3，两个转子与定子2之间均设置有气隙；内转子1和外转子3朝向定子2的一侧均设置有无绕组的凸极齿，定子2的内外两侧均设置有凸极齿，定子2内外两侧分别设置有套在凸极齿上的内侧绕组21和外侧绕组22，定子2的轭部嵌有隔磁环23。本实施例中，内转子1的凸极齿为8个，定子2为双凸极结构，定子2内侧和外侧的凸极齿均为12个，外转子3的凸极齿为8个。需要指出的是，这里所说的朝向均指在径向上。
定子内侧的凸极齿上套有线圈，每四组串联组成一相集中绕组，从而构成三相集中的内侧绕组21。定子外侧的凸极齿上套有线圈，每四组串联组成一相集中绕组，从而构成三相集中的外侧绕组22。
此多自由度的开关磁阻电机的内外两个电机子系统之间无电磁耦合，可以按照两个普通开关磁阻电机进行独立控制，可控参数大大多于普通开关磁阻电机，十分灵活。
当此多自由度的开关磁阻电机的内外两个电机子系统都做电动运行时，可以输出两组不同功率、不同转速、不同转矩的机械能量，以应用于不同负载。
当此多自由度的开关磁阻电机的内外两个电机子系统都做发电运行时，可以输出两组不同功率、不同频率、不同幅值的电能。
甚至，此多自由度的开关磁阻电机的内外两个电机子系统可以一个做发电运行，另一个做电动运行，以满足不同的需要。
本实用新型所提出的新型多自由度的开关磁阻电机在一个电机的空间内将两个普通的开关磁阻电机集成起来，提供两条功率流动路径。大大提高了系统的灵活性，拓展了应用范围。
Claims (2)
1. 一种多自由度的开关磁阻电机，其特征在于，该电机包括内转子（1）、环绕所述内转子（1）的定子（2）、环绕所述定子（2）的外转子（3），所述的两个转子与定子（2）之间均设置有气隙；
内转子（1）和外转子（3）朝向定子（2）的一侧均设置有无绕组的凸极齿，定子（2）的内外两侧均设置有凸极齿，定子（2）内外两侧分别设置有套在凸极齿上的内侧绕组（21）和外侧绕组（22），定子（2）的轭部嵌有隔磁环（23）。
2. 根据权利要求1所述的多自由度的开关磁阻电机，其特征在于，所述内侧绕组（21）和外侧绕组（22）均为多相集中式电枢绕组。
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