[发明专利]开关磁阻电机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以2011年1月10日提交、名称为“Switched Reluctance Motor(开关磁阻电机)”的韩国专利申请No.10-2011-0002436为优先权，该申请的全部内容在此作为参考结合于本申请。

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机。

背景技术

一般的开关磁阻电机具有定子和转子皆为凸极的磁性结构。此外，定子具有围绕定子集中缠绕的线圈，并且转子仅由铁芯形成而不采用任何激励装置(例如绕组、永久磁体等)以具有优秀的价格竞争力。进一步地，借助采用功率半导体元件和位置传感器的转换器，速度可变的开关磁阻电机可以稳定地产生持续的扭矩，并且可以根据用于各种应用所要求的性能容易地进行控制。

尽管开关磁阻电机由于简单的转子结构而价格便宜，但是该开关磁阻电机具有多个问题：该开关磁阻电机采用由半导体开关构成的转换器以产生磁阻扭矩，增加了整个系统的成本，并且为了在快速驱动中恰当地进行控制，需要包括能够进行快速处理的昂贵的控制电路。

主要应用在清洁器、电动工具等领域中的通用电机采用简单机械结构的换向器和电刷，而不是使用转换器和位置传感器以产生扭矩，由于具有价格便宜的电机结构而非通过控制改进性能的优点，因此在上述领域中已经得到广泛使用。但是，在通用电机中，线圈围绕转子和定子缠绕，导致材料成本的增加以及转子的铜损(copper loss)。因此，在要求高效率的高端模式中使用通用电机较为困难。

图1是根据现有技术的开关磁阻电机的结构示意图。该开关磁阻电机100(在图1中只显示开关磁阻电机100的一个相位)包括转子110、形成有定子电极(stator poles)121的定子120，以及围绕定子电极121缠绕的线圈130，并且在定子电极121和转子110之间产生引力以旋转转子110。

此外，当多个相绕组围绕多个定子电极缠绕时，定子电极的相绕组一个接一个地被激励以产生扭矩，从而旋转转子。在这种情况下，由于要求转子的位置反馈因此需要位置传感器，并且还需要由功率半导体元件形成的转换器来根据转子的位置对定子的绕组施加电流。而且，需要安装在其中的具有数字信号处理器(DSP)的控制器、微控制单元(MCU)等以实现复杂快速地处理。

如上所述，因为根据现有技术的开关磁阻电机必要地包括用于驱动的转换器、控制器以及位置传感器，因而可能无法通过低成本实现，由于复杂的技术结构，在设计中开关磁阻电机具有较小的自由度，并且具有较高的出现故障或出错的可能性。

发明内容

本发明致力于提供一种开关磁阻电机，在该开关磁阻电机中线圈围绕转子缠绕代替围绕定子缠绕，并且由于减少了绕组，只有一个相绕组能够产生持续的扭矩，因而减少了生产成本，由于增加了备用区(spare area)，间隔部(space part)围绕定子电极形成，因而增加了空气流动，从而提高了清洁器(cleaner)的性能，通过使用换向器和电刷而不是转换器和位置传感器来产生完成机械换相的扭矩，从而能够通过简单的机械机构以低成本实现。

而且，本发明致力于提供一种开关磁阻电机，在该开关磁阻电机中，通过改变换向器和电刷的位置和弧形角控制对电机性能具有直接影响的提前角和闭合角，从而能够根据最佳操作点(最大功率、最大扭矩等)完成设计，并且通过使用设计方法来控制在两对定子电极中分别产生的正扭矩区域，来改变叠加的扭矩，从而能够实现减少扭矩波动(torque ripple)的设计。

根据本发明的第一优选实施方式，提供了一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括：转子，该转子具有围绕该转子缠绕的线圈；换向器，该换向器连接于所述转子的两端；电刷，该电刷通过所述转子的旋转与所述换向器机械接触；以及定子，该定子具有固定在所述定子上的所述电刷并且具有定子电极，其中，所述电刷以与彼此相对的所述定子电极的连接轴线成提前角的方式移动并安装。

在所述转子顺时针方向旋转的情况下，所述电刷以与彼此相对的所述定子电极的连接轴线逆时针成所述提前角的方式移动并安装，并且所述提前角为施加电压和电感增加之间的区域。

闭合角和电压施加周期由所述换向器和所述电刷的弧形角控制。

所述闭合角可以定义为d＝X+2Y，其中X表示所述电刷的弧形角以及Y表示所述换向器的弧形角。

可以设定所述闭合角以使电压在反扭矩产生之前断开。

所述换向器可以具有连接到围绕所述转子缠绕的所述线圈的两端。