纵向混合磁阻电机
阅读：283发布：2020-05-11
专利汇可以提供纵向混合磁阻电机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种纵向混合磁阻 电机 ，包括电机壳、 定子 和 转子 ；定子包括绕组线圈和定子 铁 芯，绕组线圈的数目是3的整数倍，绕组线圈呈环形均匀排布；定子铁芯设置在每一组绕组线圈中部，定子铁芯两端向电机中部延伸；转子包括转子保护壳、 永磁体 和 转轴 ，转子保护壳为塑料注塑而成；永磁体嵌套在转子保护壳上，永磁体轴向充磁；转轴设置在转子保护壳上带动转子转动。相对于 开关 磁阻电机，本发明的纵向混合磁阻电机采用塑料的转子保护壳，减少了转子的 转动惯量 和电机的整体 质量 ，有利于提高伺服系统的快速性；在相同重量的情况下，本发明的纵向混合磁阻电机产生的转矩大，功率 密度 大，并且可以节约用 铜 量，降低了生产成本。，下面是纵向混合磁阻电机专利的具体信息内容。
1.一种纵向混合磁阻电机，包括：
电机壳，用于安装和保护电机配件；
定子，设置在所述电机壳内；
转子，设置在所述电机壳内，所述转子位于所述定子内；
其特征在于，
所述定子包括：
绕组线圈，所述绕组线圈的数目是3的整数倍，所述绕组线圈呈环形均匀排布；
定子铁芯，设置在每一组所述绕组线圈中部，所述定子铁芯两端向电机中部延伸；
所述转子包括：
转子保护壳，所述转子保护壳为塑料注塑而成；
永磁体，嵌套在所述转子保护壳上，所述永磁体轴向充磁；
转轴，设置在所述转子保护壳上带动所述转子转动。
2.根据权利要求1所述的纵向混合磁阻电机，其特征在于，还包括用于检测转子初始位置的霍尔传感器。
3.根据权利要求1所述的纵向混合磁阻电机，其特征在于，所述永磁体的数目与所述绕组线圈的数目比是3:2。
纵向混合磁阻电机
技术领域
[0001] 本发明涉及电机领域，特别涉及一种纵向混合磁阻电机。
背景技术
[0002] 开关磁阻电动机是一种定子单边激励，定、转子两边均为凸极结构的磁阻电动机。由于定子电流由变频电源供电，电动机必须在特定的开关模式下工作，所以通常称为“开关磁阻电机”。开关磁阻电动机的铁芯由硅钢片叠压组成，定转子都做成凸极式。一台定子为6个凸极，转子为4个凸极的开关磁阻电动机，通常称为6/4型。定子各个凸极均匀分布在360°圆周上，每个凸极上装有一个集中绕组，对面(即相隔180°)两个极上的绕组正向串联起来组成一组，称为一相。这样，装置在6个凸极上，空间一次相隔60°的三相线圈就构成了一个三相绕组。
[0003] 开关磁阻电机具有结构简单制造方便的优点，但是开关磁阻电机的定转子都是由硅钢片叠压而成，转子的转动惯量大，电机的起动、加速、制动、反转反应时间长，这样就造成了伺服系统反应时间加长，不适用对快速性要求较高的系统。
发明内容
[0004] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种纵向混合磁阻电机，永磁体嵌套在塑料保护壳内，减小了转子转动惯量和电机整体重量，提高了电机的功率密度，具有重量轻、体积小、反应快、功率密度高的优点。
[0005] 根据本发明的第一方面实施例的一种纵向混合磁阻电机，包括：电机壳，用于安装和保护电机配件；定子，设置在所述电机壳内；转子，设置在所述电机壳内，所述转子位于所述定子内；所述定子包括：绕组线圈，所述绕组线圈的数目是3的整数倍，所述绕组线圈呈环形均匀排布；定子铁芯，设置在每一组所述绕组线圈中部，所述定子铁芯两端向电机中部延伸；所述转子包括：转子保护壳，所述转子保护壳为塑料注塑而成；永磁体，嵌套在所述转子保护壳上，所述永磁体轴向充磁；转轴，设置在所述转子保护壳上带动所述转子转动。
[0006] 根据本发明实施例的纵向混合磁阻电机，至少具有如下有益效果：相对于开关磁阻电机，本发明的纵向混合磁阻电机采用塑料的转子保护壳，减少了转子的转动惯量和电机的整体质量，有利于提高伺服系统的快速性；在相同重量的情况下，相对于开关磁阻电机，本发明的纵向混合磁阻电机产生的转矩大，功率密度大，并且可以节约用铜量，降低了生产成本。
[0008] 根据本发明第一方面所述的纵向混合磁阻电机，所述永磁体的数目与所述绕组线圈的数目比是3:2。
[0010] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0011] 图1为本发明的纵向混合磁阻电机的结构示意图；
[0012] 图2为图1的纵向混合磁阻电机的内部结构示意图；
[0013] 图3为图1的纵向混合磁阻电机的控制电路图；
[0014] 图4是本发明的纵向混合磁阻电机的6个工作状态示意图。
具体实施方式
[0015] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0016] 在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0017] 在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0018] 本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
[0019] 下面参考图1至图4以具体的实施例详细描述根据本发明实施例的纵向混合磁阻电机。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。
[0020] 参照图1，根据本发明实施例的纵向混合磁阻电机，包括电机壳100、定子和转子，定子和转子设置在电机壳100内部，电机壳100用于安装和保护定子和转子。
[0021] 参照图2，定子由绕组线圈111和定子铁芯112组成。绕组线圈111设置有多个，并呈环形均匀排布在电机壳100内。本实施例的纵向混合磁阻电机应用于三相交流电机，因此，绕组线圈111的数目是3的整数倍，如设置6/9/12 个，如图2所示，本实施例的电机壳100内设置有6个绕组线圈111，相隔18 0度的绕组线圈111的相位相同。定子铁芯112设置在每一组绕组线圈111中部，绕组线圈111围绕定子铁芯112绕制。定子铁芯112沿电机轴向设置，且定子铁芯112两端向电机中部延伸，到达转子上下两端。
[0022] 转子包括转子保护壳121、永磁体122和转轴123。转子保护壳121为塑料注塑而成，减少了转子的转动惯量和电机的整体质量。转轴123设置在转子保护壳121上带动转子转动。永磁体122嵌套在转子保护壳121上，永磁体12 2轴向充磁。永磁体122的数目与绕组线圈111的数目比是3:2。如图2所示，本实施例的电机壳100内设置有6个绕组线圈111，以及4个永磁体122，每隔180度的永磁体122的极性相同。此外，在其他实施例中，还可以设置9个绕组线圈和6个永磁体，或者设置12个绕组线圈和8个永磁体。
[0023] 本发明的纵向混合磁阻电机内还设置有用于检测转子初始位置的霍尔传感器。
[0024] 参照图3、图4，本发明以6/4极的混合磁阻电机为例，说明纵向混合磁阻电机的工作过程。如图3所示，纵向混合磁阻电机的驱动方式是6个MOSFET 管驱动，由电机内部的霍尔位置传感器测出转子的位置，将位置信号输出控制器中，控制根据预先设计的通电逻辑生成6路PWM波形，来控制MOSFET管的通断，按照通电逻辑将电压加在电枢绕组上，进而控制电机的转向和速度。
[0025] 以6/4极电机为例，说明纵向无刷直流电机的通电逻辑。与开关磁阻电机相似，“对齐位置”为定子铁心与永磁体位置重合，此时磁阻最小,如图4-（1）中A 相处于“对齐位置”，则B相C相为“非对齐位置”。
[0026] (1)初始位置为图4-（1）所示，位置由霍尔传感器检测，此时有控制器控制驱动电路中的T3T6打开，其余关闭，则B相电流为正，C相电流为负，由右手定则可知B相感应磁场方向为垂直于纸面向外，根据同性相斥异性相吸，B相与永磁体N极相斥，产生逆时针转矩；由右手定则可知C相感应磁场方向为垂直于纸面向内，根据同性相斥异性相吸，C相与永磁体N相吸，也产生逆时针转矩，产生的转矩使转子发生逆时针旋转，使转子位置达到图4-（2）所示位置。
[0027] (2)此时由霍尔传感器获得转子的位置，控制器控制T3T2打开，其余关闭，则B相电流为正，A相电流为负。由右手定则可知B相感应磁场方向为垂直于纸面向外，根据同性相斥异性相吸，B相与永磁体S极相吸，产生逆时针转矩；A相感应磁场方向为垂直于纸面向内，根据同性相斥异性相吸，A相与永磁体S极相斥，也产生逆时针转矩产生的转矩使转子发生逆时针旋转，使转子位置达到图4-（3）所示位置。
[0028] (3)此时由霍尔传感器获得转子的位置，控制器控制T5T2打开，其余关闭，则C相电流为正，A相电流为负。由右手定则可知C相感应磁场方向为垂直于纸面向外，根据同性相斥异性相吸，C相与永磁体N极相斥，产生逆时针转矩；A相感应磁场方向为垂直于纸面向内，根据同性相斥异性相吸，A相与永磁体N极相吸，也产生逆时针转矩产生的转矩使转子发生逆时针旋转，使转子位置达到图4-（4）所示位置。
[0029] (4)此时由霍尔传感器获得转子的位置，控制器控制T5T4打开，其余关闭，则C相电流为正，B相电流为负。由右手定则可知C相感应磁场方向为垂直于纸面向外，根据同性相斥异性相吸，C相与永磁体S极相吸，产生逆时针转矩；B相感应磁场方向为垂直于纸面向内，根据同性相斥异性相吸，B相与永磁体S极相斥，也产生逆时针转矩产生的转矩使转子发生逆时针旋转，使转子位置达到图4-（5）所示位置。
[0030] (5)此时由霍尔传感器获得转子的位置，控制器控制T1T4打开，其余关闭，则A相电流为正，B相电流为负。由右手定则可知A相感应磁场方向为垂直于纸面向外，根据同性相斥异性相吸，A相与永磁体N极相斥，产生逆时针转矩；B相感应磁场方向为垂直于纸面向内，根据同性相斥异性相吸，B相与永磁体N极相吸，也产生逆时针转矩产生的转矩使转子发生逆时针旋转，使转子位置达到图4-（6）所示位置。
[0031] (6)此时由霍尔传感器获得转子的位置，控制器控制T1T6打开，其余关闭，则A相电流为正，C相电流为负。由右手定则可知A相感应磁场方向为垂直于纸面向外，根据同性相斥异性相吸，A相与永磁体S极相吸，产生逆时针转矩；C相感应磁场方向为垂直于纸面向内，根据同性相斥异性相吸，A相与永磁体S极相斥，也产生逆时针转矩产生的转矩使转子发生逆时针旋转，使转子位置达到图4-（1）所示位置。
[0032] 由此可见，只要通电逻辑正确，电机可以持续的向下旋转。同理可以推导出电机反转的逻辑，总结如下：
[0033] 表1
[0034]
[0035] 注：(0+-)表示A相电流为0，B相电流为正，C相电流为负。T1、T2、T3、T4、T5、T6 为0表示MOSFET管关闭，为1表示MOSFET导通。
[0036] 在结构上，相对于开关磁阻电机，本发明的纵向混合磁阻电机采用塑料制成的转子保护壳121，永磁体122嵌套在塑料保护壳121内，减少了转子的转动惯量和电机的整体质量，有利于提高伺服系统的快速性；本发明的永磁体采用轴向充磁，可以把电机做的细长；在相同重量的情况下，相对于开关磁阻电机，本发明的纵向混合磁阻电机产生的转矩大，功率密度大，并且可以节约用铜量，降低了生产成本。因此，本发明的纵向混合磁阻电机具有重量轻、体积小、反应快、功率密度高的优点。
[0037] 在控制方法上，本发明的纵向混合磁阻电机利用的是永磁体同性相斥、异性相吸的特点和磁阻最小原理产生电磁转矩使电机按固定的方向持续旋转，因此，本发明的纵向混合磁阻电机控制逻辑简单，相对于复杂的控制算法，本发明专利软硬件成本低，实现容易。
[0038] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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