[发明专利]模块化定子非晶合金磁阻电机、系统以及控制方法

说明书

本发明提供了一种模块化定子非晶合金磁阻电机、系统以及控制方法，模块化定子非晶合金磁阻电机包括：模块化定子铁心、电枢绕组和转子铁心；所述模块化定子铁心包括多个独立且对称的U型定子铁心单元，且U型定子铁心单元凸极齿朝向气隙，U型定子铁心单元由非晶合金材料卷叠制成；所述电枢绕组放置于模块化定子铁心上。本发明通过采用分离的U型定子铁心单元构成电机定子，每个独立的U型定子铁心单元结构小巧，加工简单，可以采用非晶合金材料卷叠制成，避免了大规模切割和叠压对非晶合金材料的不利影响，有助于充分发挥非晶合金材料低铁耗优势，提升高速非晶磁阻电机的运行效率，使电机适合高速运行。

技术领域

本发明涉及磁阻电机领域，具体地，涉及模块化定子非晶合金磁阻电机、系统以及控制方法。

背景技术

电机在不同转子位置下可以具有不同的磁路，而当电机随着转子旋转而产生磁路变化进而得到不同的磁路磁阻时，电机可以依靠磁阻的变化而产生磁阻转矩，即遵循磁阻最小原理。相应的，通过加载合适的电枢电流而得到磁阻转矩的电机是一种常见的电机类型。一般来说，完全依赖磁阻转矩工作的电机被统称为磁阻电机，磁阻电机只具有一套放置于定子上的电枢绕组，而转子上无绕组或永磁体，电机结构简单、可靠性高、鲁棒性好。进一步的，磁阻电机依据加载电流波形的区别，可以进一步被划分为开关磁阻电机和同步磁阻电机。常见的开关磁阻电机的转子铁心为凸极齿结构，通常配合基于不对称半桥电路拓扑的功率变换器而加载单极性方波电流。常见的同步磁阻电机的转子铁心利用多极磁障结构而构成凸极，通常配合基于多相全桥电路拓扑的功率变换器而加载正弦电流；

值得注意的是，由于转子结构简单可靠，磁阻电机适合高速运行。但是，当磁阻电机高速运行时，电频率不可避免的铁耗大幅加大，影响电机的运行效率和整体运行性能。因此，降低高速运行的磁阻电机的铁耗是一个重要研究课题，受到了学术界和工业界的广泛关注；

近年来，非晶合金材料作为一种新型绿色铁心材料正崭露头角。非晶合金材料的生产从热钢液到薄带成品一次成型，省掉了一般传统冷轧硅钢片铁心制造工艺中的许多中间工序，相比于作为传统电机铁心材料的硅钢片的生产耗能大大降低。更重要的是，非晶合金材料和传统硅钢片相比，具有更高的电阻率和更薄的带材厚度，所以非晶合金用作铁心材料时可以使铁耗降低70％～90％左右。但是，非晶合金材料的硬度高，切割加工非常困难，且它对机械应力也十分敏感，复杂的加工过程容易对非晶合金材料的性能带来不利影响。基于以上原因，当前非晶合金材料在铁心形状简单的变压器领域中已有大量产品问世，但在铁心形状较为复杂的旋转电机领域中的非晶合金产品仍然较少；

综上，找到一种结构新颖、可以充分结合非晶合金材料特性和加工特性的非晶合金磁阻电机拓扑结构，是提升高速运行性能和大规模加工可行性的关键。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供模块化定子非晶合金磁阻电机、系统以及控制方法。

根据本发明提供的一种模块化定子非晶合金磁阻电机，包括：模块化定子铁心、电枢绕组和转子铁心；所述模块化定子铁心包括多个独立且对称的U型定子铁心单元，且U型定子铁心单元凸极齿朝向气隙，U型定子铁心单元由非晶合金材料采用卷叠方法制成；所述电枢绕组放置于模块化定子铁心上，电枢绕组的线圈分别嵌套于U型定子铁心单元两个朝向气隙方向的凸极齿上、或电枢绕组的线圈嵌套于U型定子铁心单元轭部；所述模块化定子铁心与所述转子铁心为同心布置；

优选的，所述模块化定子铁心为凸极结构，具有朝向气隙侧的凸极齿；

优选地，所述转子铁心具有朝向气隙的凸极齿结构、或具有构成凸极转子的磁障结构；

优选地，所述模块化定子铁心的凸极齿个数与转子铁心的凸极个数不相等；

优选地，所述U型定子铁心单元分别关于转子铁心的中心轴线上呈对称环形分布；