一种两相外转子式开关磁阻电机

本发明涉及一种开关磁阻电机，具体涉及一种两相外转子式开关磁阻电机。

开关磁阻电机是一种新型电机，其电机结构简单坚固，制造工艺简单，成本低廉， 起动转矩大，可允许较高的温升，在宽广的调速和功率范围内都具有高效率，能适用于各种 恶劣、高温甚至强震动环境，已经在许多领域得到了应用。

常规开关磁阻电机定子相数一般为三相以上，如果电机的相数小于三相，电机就 存在转矩死区，无法实现自启动，需要有辅助启动的措施。并且现有开关磁阻电机的转子极 数均为偶数。

本发明要解决的技术问题是提供一种两相外转子式开关磁阻电机，本发明不但有 效解决了低于三相的传统开关磁阻电机不能实现自启动的不足，而且提出了一种转子极数 为奇数个的新型开关磁阻电机结构。

本发明通过以下技术方案实现：

一种两相外转子式开关磁阻电机，包括转子和定子，所述转子设在定子外部，所述转子 上无刷、无绕组、无永磁体，所述转子向内伸出三个齿极，该三个齿极沿着所述转子的内周 面等间距地凸出，所述定子外圈上设有与转子相对应的四个齿极，与转子构成双凸极结构， 定子的每个极上绕有集中式线圈A、A’、B、B’，其径向相对的两个极上的线圈AA’与BB’各组 成一相定子绕组。

本发明进一步技术改进方案是：

当电机处于工作状态时，控制电路给定子极上的三个线圈同时通电,通电次序为：

1)首先定子绕组B、A’、B’同时通电，并且绕组B、A’、B’通电电流的方向必须使得其根据 右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向左、向上、向左；

2)然后给定子绕组A、B、A’同时通电，并且绕组A、B、A’通电电流的方向必须使得其根据 右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向上、向右、向上；

3)然后给定子绕组A、B、B’同时通电，并且绕组A、B、B’通电电流的方向必须使得其根据 右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向上、向左、向左；

4)然后给定子绕组A、A’、B’同时通电，并且绕组A、A’、B’通电电流的方向必须使得其根 据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向下、向下、向左；

5)重复前面1)至4)的过程。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

a.现有技术中的转子极数均为偶数，本发明提出了一种转子极数为奇数个的新型的开 关磁阻电机结构。

b.现有的两相开关磁阻电机不能实现自启动，本发明提出的两相外转子式开关磁 阻电机工作时定子极上的三个线圈同时通电，可以保证转子处于任何位置时，均能实现自 启动，无需辅助启动的措施。

c.降低定转子的极数可以进而降低通过定转子磁通路径的损耗，从而使得电机发 热少，效率高。

d.本发明的两相开关磁阻电机工作时，定子产生的磁密分布不均匀，激发电机产 生强烈的振动和噪声，因此可用作振动电机。因为开关磁阻电机本身成本较低，且不需要另 外设立偏心装置，所以本发明提出的两相开关磁阻电机可以大幅降低振动电机的成本。

图1是本发明的开关磁阻电机的横截面示意图。

图2是本发明的开关磁阻电机控制电路给定子绕组A’、B、B’同时通电产生的 halbach阵列结构的磁场。

图3是本发明的开关磁阻电机相对于图1转子位置转了10度的横截面示意图。

图4是本发明的开关磁阻电机相对于图1转子位置转了30度的横截面示意图。

图5是本发明的开关磁阻电机控制电路给定子绕组A、B、A’同时通电产生的 halbach阵列结构的磁场。

图6是本发明的开关磁阻电机相对于图1转子位置转了40度的横截面示意图。

图7是本发明的开关磁阻电机相对于图1转子位置转了60度的横截面示意图。

图8是本发明的开关磁阻电机控制电路给定子绕组A、B、B’同时通电产生的 halbach阵列结构的磁场。

图9是本发明的开关磁阻电机相对于图1转子位置转了90度的横截面示意图。

图10是本发明的开关磁阻电机控制电路给定子绕组A、A’、B’同时通电产生的 halbach阵列结构的磁场。

图11是本发明的开关磁阻电机相对于图1转子位置转了120度的横截面示意图。

其中，附图标记说明如下：

A、定子线圈；A’、定子线圈；B、定子线圈；B’、定子线圈；1、外转子凸极；2、外转子凸极； 3、外转子凸极。

以下，将参考附图来详细地说明本发明的优选实施方式。

如图1所示，根据本发明的一种两相外转子式开关磁阻电机，包括转子和定子，所 述转子设在定子外部，所述转子上无刷、无绕组、无永磁体，所述转子向内伸出三个齿极1、 2、3，该三个齿极沿着所述转子的内周面等间距地凸出，所述定子外圈上设有与转子相对应 的四个齿极，与转子构成双凸极结构，定子的每个极上设有集中式绕组A、A’、B、B’，其径向 相对的两个极上的线圈AA’与BB’各组成一相定子绕组，四个线圈共组成两相定子绕组。

假设转子凸极1、2、3的起始位置如图1所示，当电机处于工作状态时，控制电路给 定子极上的三个线圈同时通电,通电次序为：

Ⅰ) 首先给定子绕组A’、B、B’同时通电，并且绕组A’通电电流的方向必须使得其根据右 手螺旋定则产生的感应磁场的方向向上，绕组B、B’通电电流的方向必须使得其根据右手螺 旋定则产生的感应磁场的方向均向左，由此产生一种如图2所示的halbach阵列结构的磁 场，左下部的磁场明显增强，右下部的磁场明显减弱，而此时转子2、3与绕组B、B’所属定子 的接触面积大小相等，因此转子3受到的磁引力明显大于转子2受到的磁引力，在磁力的牵 引下，转子沿顺时针方向旋转。图3是转子转了10度的中间图，此时转子2下部与绕组A’所属 的定子接触，转子2下部产生牵引其继续转动的磁力，而转子3和转子2下部受到的磁力仍大 于转子2上部受到的磁力，因此转子继续转动。如图4所示，转子转到转子3与绕组B’所属的 定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位置相差30度。

Ⅱ) 然后给定子绕组A、B、A’同时通电，并且绕组B通电电流的方向必须使得其根 据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向右，绕组A、A’通电电流的方向必须使得其根据右 手螺旋定则产生的感应磁场的方向均向上，由此产生一种如图5所示的halbach阵列结构的 磁场，右下部的磁场明显增强，右上部的磁场明显减弱，而此时转子1、2与绕组A、A’所属定 子的接触面积大小相等，因此转子2受到的磁引力明显大于转子1受到的磁引力，在磁力的 牵引下，转子沿顺时针方向旋转。图6是相对于图4所示转子位置转了10度的中间图，此时转 子1下部与绕组B所属的定子接触，转子1下部产生牵引其继续转动的磁力，而转子2和转子1 下部受到的磁力仍大于转子1上部受到的磁力，因此转子继续转动。如图7所示，转子转到转 子2与绕组A’所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位置相差60度。

Ⅲ) 然后给定子绕组A、B、B’同时通电，并且绕组A通电电流的方向必须使得其根 据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向上，绕组B、B’通电电流的方向必须使得其根据右 手螺旋定则产生的感应磁场的方向均向左，由此产生一种如图8所示的halbach阵列结构的 磁场，右上部的磁场明显增强，左上部的磁场明显减弱，因此转子1受到的磁引力明显大于 转子3受到的磁引力，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力一直牵引转子转到如 图9所示转子1与绕组B所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位置相差90 度。

Ⅳ) 然后给定子绕组A、A’、B’同时通电，并且绕组B’通电电流的方向必须使得其 根据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向左，绕组A、A’通电电流的方向必须使得其根据 右手螺旋定则产生的感应磁场的方向均向下，由此产生一种如图10所示的halbach阵列结 构的磁场，左上部的磁场明显增强，左下部的磁场明显减弱，因此转子3受到的磁引力明显 大于转子2受到的磁引力，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力一直牵引转子转 到如图11所示转子3与绕组A所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位置 相差120度。

Ⅴ) 然后给定子绕组A’、B、B’同时通电，并且绕组A’、B、B’通电电流的方向必须使 得其根据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向上、向左、向左，由此产生一种如图2所示 的halbach阵列结构的磁场，左下部的磁场明显增强，右下部的磁场明显减弱，因此转子2受 到的磁引力明显大于转子1受到的磁引力，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力 一直牵引转子转到转子2与绕组B’所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始 位置相差150度。

Ⅵ) 然后给定子绕组A、B、A’同时通电，并且绕组A、B、A’通电电流的方向必须使得 其根据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向上、向右、向上，由此产生一种如图5所示的 halbach阵列结构的磁场，右下部的磁场明显增强，右上部的磁场明显减弱，因此转子1受到 的磁引力明显大于转子3受到的磁引力，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力一 直牵引转子转到转子1与绕组A’所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位 置相差180度。

Ⅶ) 然后给定子绕组A、B、B’同时通电，并且绕组A、B、B’通电电流的方向必须使得 其根据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向上、向左、向左，由此产生一种如图8所示的 halbach阵列结构的磁场，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力一直牵引转子转 到转子3与绕组B所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位置相差210度。

Ⅷ) 然后给定子绕组A、A’、B’同时通电，并且绕组A、A’、B’通电电流的方向必须使 得其根据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向下、向下、向左，由此产生一种如图10所示 的halbach阵列结构的磁场，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力一直牵引转子 转到转子2与绕组A所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位置相差240 度。

Ⅸ) 然后给定子绕组B、A’、B’同时通电，并且绕组B、A’、B’通电电流的方向必须使 得其根据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向左、向上、向左，由此产生一种如图2所示 的halbach阵列结构的磁场，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力一直牵引转子 转到转子1与绕组B’所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位置相差270 度。

Ⅹ) 然后给定子绕组A、B、A’同时通电，并且绕组A、B、A’通电电流的方向必须使得 其根据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向上、向右、向上，由此产生一种如图5所示的 halbach阵列结构的磁场，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力一直牵引转子转 到转子3与绕组A’所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位置相差300度。

Ⅺ) 然后给定子绕组A、B、B’同时通电，并且绕组A、B、B’通电电流的方向必须使得 其根据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向上、向左、向左，由此产生一种如图8所示的 halbach阵列结构的磁场，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力一直牵引转子转 到转子2与绕组B所属的定子轴线重合的位置，此时转子不再转动，与起始位置相差330度。

Ⅻ) 然后给定子绕组A、A’、B’同时通电，并且绕组A、A’、B’通电电流的方向必须使 得其根据右手螺旋定则产生的感应磁场的方向向下、向下、向左，由此产生一种如图10所示 的halbach阵列结构的磁场，在磁力的牵引下，转子沿顺时针方向旋转。磁力一直牵引转子 转到转子1与绕组A所属的定子轴线重合的位置即起始位置，此时转子不再转动。

重复前述Ⅰ至Ⅻ的过程，转子继续转动，这样不停的重复下去，转子就会不停的旋 转。

本发明的开关磁阻电机不存在转矩死区，无论转子起始位置在前述Ⅰ至Ⅻ过程中 的任一位置，控制电路给相应的三个定子绕组通电，转子均可以实现自启动，无需辅助启动 的措施。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括 由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。