一种带位置检测线圈的开关磁阻电机

摘要

本发明公布了一种带位置检测线圈的开关磁阻电机。所述电机定子由电枢定子和检测定子构成，且二者相互隔离；电枢定子和检测定子均由4个C型结构组成，每个C型结构均有2个齿；电枢定子C型结构的每个齿上均绕有1个电枢线圈，检测定子C型结构的每个齿上均绕有1个检测线圈；电枢磁路和检测磁路均为短磁路结构，二者相互解耦，检测绕组电感不受电枢绕组电流影响，即不受电机饱和程度的影响，转子位置检测精度高；另外，电枢磁路和检测磁路均为短磁路。本发明电机铁心损耗小，效率高；只需采用轴向串联的布置方式，三个单相电机转子相互错位一定角度，便可构造出启动能力强、铁心损耗小，自带位置检测功能的三相开关磁阻电机。

权利要求

1.一种带位置检测线圈的开关磁阻电机，所述电机为单相工作制电机，包括电枢定子、检测定子、转子、电枢线圈和检测线圈；其特征在于：所述电枢定子由4个C型结构组成，每个C型结构包括2个齿；所述检测定子由4个C型结构组成，每个C型结构包括2个齿；所述电枢定子的C型结构比所述检测定子的C型结构大；

所述转子为凸极结构，齿数为12；所述转子的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；

所述电枢定子的C型结构与所述检测定子的C型结构，圆周上交替均匀布置；所述电枢定子的C型结构与所述检测定子的C型结构的中心相差45°，所述电枢定子的4个C型结构空间上相差90°，所述检测定子的4个C型结构空间上相差90°；所述转子布置在电枢定子和检测定子内；

所述电枢定子的每个C型结构的2个齿空间上相差30°；所述检测定子的每个C型结构的

2个齿外边缘的间距等于所述转子1个齿的齿宽；

所述电枢定子的每个C型结构的每个齿上绕有1个电枢线圈，共8个电枢线圈；所述检测定子的每个C型结构的每个齿上绕有1个检测线圈，共8个检测线圈；

8个所述电枢线圈，采用串联或并联方式，连接为1个电枢绕组；8个所述检测线圈串联连接为1个检测绕组；所述电枢绕组导通产生转矩，以实现所述电机运转；所述检测绕组检测转子的位置信号。

说明书

一种带位置检测线圈的开关磁阻电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种带位置检测线圈的开关磁阻电机，属于电机类的开关磁阻电机技术领域。

背景技术

[0002] 开关磁阻电机定、转子为双凸极结构，转子无绕组和永磁体，具有结构简单坚固、低成本、耐高温和高速适应性强等特点，在航空航天、精密加工、电动汽车等军事和民用领域应用广泛。

[0003] 在可靠性要求高、或者环境恶劣等应用场合，位置传感器检测技术是开关磁阻电机的一个技术瓶颈。为提高开关磁阻电机系统的可靠性，常采用无位置传感器技术。在众多无位置传感器技术中，基于位置检测线圈的无位置技术是开关磁阻电机领域中一种重要解决方案，该技术是通过获取检测绕组电感，而进行转子实时位置判别。

[0004] 目前，常规结构开关磁阻电机中的位置检测线圈，受电机饱和影响严重，检测误差大。为此，本申请提出一种新型带位置检测线圈的开关磁阻电机，由于定子为隔离型结构，电枢绕组磁路和检测磁路相互隔离，检测绕组电感基本不受电枢绕组电流的影响，进而解决了电机饱和对位置检测的影响。

发明内容

[0005] 本发明为了克服现有技术的不足，提出一种带位置检测线圈的开关磁阻电机。所述电机为单相工作制电机，其定子由电枢定子和检测定子构成，且二者相互隔离；电枢磁路和检测磁路均为短磁路结构，二者相互解耦；因此，检测绕组电感，不受电枢绕组电流影响，即不受电机饱和程度的影响。另外，电枢磁路和检测磁路均为短磁路，本发明单相开关磁阻电机铁心损耗小，效率高；基于本发明，只需采用轴向串联的布置方式，三个单相电机转子相互错位一定角度，便可构造出启动能力强、铁心损耗小，自带位置检测功能的三相开关磁阻电机。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

[0007] 一种带位置检测线圈的开关磁阻电机，所述电机为单相工作制电机，包括电枢定子、检测定子、转子、电枢线圈和检测线圈；其特征在于，

[0008] 所述电枢定子由4个C型结构组成，每个C型结构包括2个齿；所述检测定子由4个C型结构组成，每个C型结构包括2个齿；所述电枢定子的C型结构比所述检测定子的C型结构大；

[0009] 所述转子为凸极结构，齿数为12；所述转子的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；

[0010] 所述电枢定子的C型结构与所述检测定子的C型结构，圆周上交替均匀布置；所述电枢定子的C型结构与所述检测定子的C型结构的中心相差45°，所述电枢定子的4个C型结构空间上相差90°，所述检测定子的4个C型结构空间上相差90°；所述转子布置在电枢定子和检测定子内；

[0011] 所述电枢定子的每个C型结构的2个齿空间上相差30°；所述检测定子的每个C型结构的2个齿外边缘的间距等于所述转子1个齿的齿宽；

[0012] 所述电枢定子的每个C型结构的1个齿上绕有1个电枢线圈，共8个电枢线圈；所述检测定子的每个C型结构的1个齿上绕有1个检测线圈，共8个检测线圈；

[0013] 8个所述电枢线圈，采用串联或并联方式，连接为1个电枢绕组；8个所述检测线圈串联连接为1个检测绕组；所述电枢绕组导通产生转矩，以实现所述电机运转；所述检测绕组检测转子的位置信号。

[0014] 本发明的有益效果：本发明提出了一种带位置检测线圈的开关磁阻电机，采用本发明的技术方案，能够达到如下技术效果：

[0015] （1）可通过检测线圈获得转子的实时位置；

[0016] （2）检测线圈电感不受电机饱和影响，检测精度高；

[0017] （3）电枢磁路和检测磁路均为磁路结构，且相互隔离无耦合，铁心损耗小；

[0018] （4）只需采用轴向串联的布置方式，三个本发明电机的转子相互错位一定角度，便可构造出启动能力强、铁心损耗小，自带位置检测功能的三相开关磁阻电机。

附图说明

[0019] 图1是本发明电机的二维结构图。

[0020] 图2是本发明电机转子处于不对齐位置时的磁力线分布图。

[0021] 图3是本发明电机转子处于对齐位置时的磁力线分布图。

[0022] 图4是本发明不同电枢电流时的电枢绕组电感的有限元计算结果。

[0023] 图5是本发明不同电枢电流时的检测绕组电感的有限元计算结果。

[0024] 附图标记说明：图1至图5中，1是电枢定子，2是检测定子，3转子，4是电枢线圈，5是检测线圈，6是转子处于不对齐位置时的电枢绕组电流产生的磁力线，7是转子处于不对齐位置时的检测绕组电流产生的磁力线，8是转子处于对齐位置时的电枢绕组电流产生的磁力线，9是转子处于对齐位置时的检测绕组电流产生的磁力线，10是电枢电流im=1A时的电枢绕组电感曲线，11是电枢电流im=10A时的电枢绕组电感曲线，12是电枢电流im=50A时的电枢绕组电感曲线，13是电枢电流im=1A时的检测绕组电感曲线，14是电枢电流im=10A时的检测绕组电感曲线，15是电枢电流im=50A时的检测绕组电感曲线。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图，对本发明一种带位置检测线圈的开关磁阻电机的技术方案进行详细说明：

[0026] 如图1所示，是本发明电机的二维结构图，其中，1是电枢定子，2是检测定子，3转子，4是电枢线圈，5是检测线圈。

[0027] 所述带位置检测线圈的开关磁阻电机，为单相工作制电机，包括电枢定子、检测定子、转子、电枢线圈和检测线圈；

[0028] 所述电枢定子由4个C型结构组成，所述检测定子由4个C型结构组成；

[0029] 所述电枢定子的C型结构比所述检测定子的C型结构大；

[0030] 所述电枢定子的每个C型结构包括2个齿；所述检测定子的每个C型结构包括2个齿；

[0031] 所述转子为凸极结构，齿数为12；所述转子的12个齿圆周上均匀布置，齿与齿相差30°；

[0032] 所述电枢定子的C型结构与所述检测定子的C型结构在圆周上交替均匀布置；所述电枢定子的C型结构与所述检测定子的C型结构的中心相差45°，所述电枢定子的4个C型结构空间上相差90°，所述检测定子的4个C型结构空间上相差90°；所述转子布置在电枢定子和检测定子内；

[0033] 所述电枢定子的每个C型结构的2个齿空间上相差30°；所述检测定子的每个C型结构的2个齿外边缘的间距等于所述转子1个齿的齿宽；

[0034] 所述电枢定子的每个C型结构的1个齿上绕有1个电枢线圈，共8个电枢线圈；所述检测定子的每个C型结构的1个齿上绕有1个检测线圈，共8个检测线圈；

[0035] 8个所述电枢线圈，采用串联或并联方式，连接为1个电枢绕组；8个所述检测线圈串联为1个检测绕组；所述电枢绕组导通产生转矩，以实现所述电机运转；所述检测绕组仅作为位置信号检测使用，产生的转矩可忽略不计。

[0036] 当采用轴向串联的布置方式时，本发明的3个单相电机转子相互错位一定角度，便可构造出一种三相开关磁阻电机，该电机具有启动能力强、铁心损耗小，并自带位置检测功能。每个单相电机的电枢线圈连接为一相绕组，每个单相电机的检测线圈连接为一相检测绕组，三相绕组轮流导通即可产生连续的转矩，以实现电机运行；三相检测绕组通入高频电流信号，即可获得每个单相电机的转子的实时位置，进而得到三相电枢绕组的开通和关断角度。

[0037] 如图2和图3所示，分别是本发明电机转子处于不对齐位置和对齐位置时的磁力线分布图。其中，6是转子处于不对齐位置时的电枢绕组电流产生的磁力线，7是转子处于不对齐位置时的检测绕组电流产生的磁力线，8是转子处于对齐位置时的电枢绕组电流产生的磁力线，9是转子处于对齐位置时的检测绕组电流产生的磁力线。

[0038] 定义转子齿与齿中心线与电枢定子齿中心重合时为不对齐位置，即转子位置为零度；转子齿中心线与电枢定子齿中心线重合时为对齐位置，即转子位置角为15°。

[0039] 电枢电流产生的电枢磁路仅经每个电枢定子的C型结构、转子和气隙闭合，为短磁路结构，且所述电枢定子的每个C型结构的电枢磁路也相互隔离；

[0040] 检测绕组电流产生的检测磁路仅经每个检测定子的C型结构、转子和气隙闭合，也为短磁路结构，且所述检测定子的每个C型结构的检测磁路也相互隔离；另外，检测磁路与电枢磁路同样相互隔离，无耦合。

[0041] 如图4和图5所示，分别是本发明不同电枢电流时的电枢绕组电感和检测绕组电感的有限元计算结果。其中，10是电枢电流im=1A时的电枢绕组电感曲线，11是电枢电流im=10A时的电枢绕组电感曲线，12是电枢电流im=50A时的电枢绕组电感曲线，13是电枢电流im=1A时的检测绕组电感曲线，14是电枢电流im=10A时的检测绕组电感曲线，15是电枢电流im=50A时的检测绕组电感曲线。

[0042] 有限元计算结果显示，一个转子周期角为30°，检测绕组电感和电枢绕组电感具有相同的变化规律。

[0043] 通过电机优化设计，可使在检测绕组电感上升区间（0 15°），检测绕组电感随转子~位置角递增，在电感下降区间（15°30°），检测绕组电感随转子位置角递减，因此通过判别~
检测绕组电感值即可实时获得转子的位置角度，从而为电枢绕组的开通和关断提供位置信号。

[0044] 图4显示，当电枢电流im=10A时，电枢绕组电感开始减小，说明电机已进入饱和状态；当电枢电流im=50A时，电枢绕组电感已非常小，说明电机已严重饱和。

[0045] 图5显示，电枢电流为不同值时，检测绕组电感基本不发生变化，说明检测绕组电感不受电枢电流的影响，即基于本发明技术方案，检测绕组电感不受电机饱和影响，检测精度更高。

[0046] 综上所述，本发明一种带检测线圈的开关磁阻电机，电枢定子与检测定子相互隔离，电枢磁路与检测磁路也相互隔离解耦，进而检测绕组电感不受电枢绕组电流的影响，即不受电机饱和程度的影响，转子位置实时检测精度高；另外，电枢磁路和检测磁路均为短磁路，本发明电机铁心损耗小，电流利用率高，效率高。

[0047] 对该技术领域的普通技术人员而言，根据以上实施类型可以很容易联想其他的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述具体实例，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员根据上述具体实例通过各种等同替换所得到的技术方案，均应包含在本发明的权利要求范围及其等同范围之内。