CN103312116B - 一种段式平面开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种段式平面开关磁阻电机，包括初级动子和次级定子，所述初级动子包括初级铁心和初级绕组，所述初级铁心具有动子齿，所述次级定子包括次级铁心和定子底座，所述初级铁心包括固定一体的多个X向初级铁心和多个Y向初级铁心，各所述X向初级铁心和各所述Y向初级铁心均至少有一个所述动子齿上绕有所述初级绕组，所述次级铁心包括均固定于所述定子底座上方的多个X向次级铁心和多个Y向次级铁心，在X方向和Y方向上，所述X向次级铁心和所述Y向次级铁心均交替排列而构成定子铁心矩阵。采用初、次级段式铁心结构，缩短了磁路，有效的减小了磁阻和铁损耗，能够有效减少磁漏，提高了效率。

Description

一种段式平面开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机，尤其是一种能够在XY平面内运动的平面开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机的基本原理是：磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，由磁场扭曲而产生电磁拉力。电机按照磁阻最小原则运动：当初级绕组通入电流，就会在对应初级铁心中形成磁场，与次级铁心形成闭合磁路，按照磁阻最小原则，初、次级产生相对移动，直至初、次级铁心对齐，而具有特定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的主轴线重合；若要产生连续相对移动，电机应具有多相，当电机的相数达到一定数量时，电机具有自起动能力。

发明内容

本发明提供一种新的开关磁阻电机。

本发明提供一种段式平面开关磁阻电机，包括初级动子和次级定子，所述初级动子包括初级铁心和初级绕组，所述初级铁心具有动子齿，所述次级定子包括次级铁心和定子底座，所述初级铁心包括固定一体的多个X向初级铁心和多个Y向初级铁心，各所述X向初级铁心和各所述Y向初级铁心均至少有一个所述动子齿上绕有所述初级绕组，所述次级铁心包括均固定于所述定子底座上方的多个X向次级铁心和多个Y向次级铁心，在X方向和Y方向上，所述X向次级铁心和所述Y向次级铁心均交替排列而构成定子铁心矩阵，所述初级动子位于所述定子铁心矩阵上方，所述X向初级铁心上的初级绕组通电时，所述X向初级铁心和X向次级铁心形成闭合磁路，使所述初级动子在所述X向移动；所述Y向初级铁心上的初级绕组通电时，所述Y向初级铁心和Y向次级铁心形成闭合磁路，使所述初级动子在所述Y向移动。

各初级铁心独立设置。各次级铁心独立设置。

各X向次级铁心和Y向次级铁心独立设置并矩阵排列，相当于电机次级采用段式铁心结构。各X向初级铁心和Y向初级铁心均独立设置并均有多个，相当于电机初级采用段式铁心结构。

所述X向初级铁心具有多个相互平行并均在所述Y方向延伸的所述动子齿，其中宽度最大的所述动子齿为第一动子齿；所述Y向初级铁心具有多个相互平行并均在所述X方向延伸的所述动子齿，其中宽度最大的所述动子齿为第一动子齿；所述初级绕组绕在所述第一动子齿上。

各所述X向初级铁心平行并错位排列；各所述Y向初级铁心平行并错位排列。

对于X向初级铁心，是指在X方向上，两个相邻的X向初级铁心有部分重叠，该重叠部分的尺寸即为错位距离；或者是完全错开，两相邻的X向初级铁心的间距即为错位距离。

对于Y向初级铁心，是指在Y方向上，两个相邻的Y向初级铁心有部分重叠，该重叠部分的尺寸即为错位距离；或者是完全错开，两相邻的Y向初级铁心的间距即为错位距离。

错位距离为n是最小为1的自然数，2m为所述段式平面开关磁阻电机的相数，τ为次级极距。n的最大值根据定子铁心矩阵的大小设计，一般的，X向初级铁心和Y向初级铁心不会超出定子铁心矩阵。

各所述X向、Y向初级铁心的第一动子齿有两个，各所述X向、Y向初级铁心的动子齿均具有位于两个所述第一动子齿之间的第二动子齿、位于两个所述第一动子齿外侧的两个第三动子齿。

所述第一动子齿的宽度为2w，所述第二动子齿的宽度为所述第三动子齿的宽度为w，τ为次级极距，2m为所述段式平面开关磁阻电机的相数。当然，初级铁心的动子齿的数量和宽度尺寸可以根据要求设计。

所述X向初级铁心和Y向初级铁心均有两个。

所述X向初级铁心和Y向初级铁心的数量均设为x，所述X向初级铁心和Y向初级铁心的第一动子齿的数量均设为a，则所述段式平面开关磁阻电机的相数2m=2xa。X向初级铁心和Y向初级铁心的数量可以相同，也可以不相同；X向初级铁心的第一动子齿的数量和Y向初级铁心的第一动子齿的数量也可以相同或不相同。

所述次级定子还包括矩阵分布的多个X向底垫和多个Y向底垫，在所述X方向和Y方向上，所述X向底垫和Y向底垫均交替排列；所述X向底垫具有在所述Y向延伸的安装槽，各所述X向次级铁心均嵌入固定于与其对应的所述X向底垫的安装槽；所述Y向底垫具有在所述X向延伸的安装槽，各所述Y向次级铁心均嵌入固定于与其对应的所述Y向底垫的安装槽。底垫和定子底座可以采用非导磁金属材料。

所述次级铁心为导磁材料薄片叠压而成的实体块。次级铁心如工字形、T字形、上大下小的楔形等没有齿槽的实体结构。

本发明的有益效果是：采用初、次级段式铁心结构，缩短了磁路，有效的减小了磁阻和铁损耗，能够有效减少磁漏，提高了效率。

附图说明

图1是本实施方式段式平面开关磁阻电机的结构示意图；

图2至图4是本实施方式的初级动子的三个不同视角的立体结构示意图；

图5是本实施方式的初级铁心的立体结构示意图；

图6是本实施方式在X方向上进行第一段运动时的结构示意图；

图7是本实施方式在X方向上进行第二段运动时的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图7所示，本实施方式段式平面开关磁阻电机包括初级动子和次级定子。

初级动子包括初级铁心和初级绕组8，初级铁心有四个并被分为两组，其中，X向初级铁心2和X向初级铁心9为一组，Y向初级铁心1和Y向初级铁心6为另一组，X向初级铁心2和X向初级铁心9产生X方向的电磁推力，Y向初级铁心1和Y向初级铁心6产生Y方向的电磁推力。各X向初级铁心和Y向初级铁心均具有至少一个动子齿，其中宽度最大的动子齿是第一动子齿11，初级绕组8绕制在第一动子齿11上。次级定子包括多个X向次级铁心3、多个Y向次级铁心4、多个底垫5和定子底座7。各X向次级铁心3和Y向次级铁心4嵌入固定在对应的底垫5上，初级铁心、初级绕组、次级铁心、底垫及定子底座由上向下依次排列；X向次级铁心3和Y向次级铁心4依次沿水平面两垂直方向(即X方向和Y方向)交替排列，组成定子铁心矩阵。X向初级铁心2、9和X向次级铁心3的叠压方向相同，Y向初级铁心1、6和Y向次级铁心4的叠压方向相同。

所有初级动子部件装配在同一固件上构成初级动子，X向初级铁心2和X向初级铁心9产生X方向的电磁推力，Y向初级铁心1和Y向初级铁心6产生Y方向的电磁推力。图6和图7表示一组初级铁心及次级铁心的位置对应关系，则该段式平面开关磁阻电机相数2m为8，其包括A、B、C、D四相初级绕组。若起始位置为B相的初、次级对齐、及初级铁心的齿槽中心线与次级铁心的中心线对齐，当C相初级绕组通入电流后，初级动子则会向图示箭头方向移动一定距离τ/m，τ为次级极距，接着断开C相并接通D相，则初级动子会向相同方向再移动相同距离τ/m，接着断开D相并接通A相,初级动子又会向相同方向再移动相同距离τ/m，再接着断开A相并接通B相，则初级动子会向相同方向再移动相同距离τ/m；若是电机初级动子连续向指定方向移动只需使C、D、A、B四相依次循环导通关断。若要使电机初级动子向相反方向连续移动，则只需使B、A、D、C四相依次循环导通关断即可，电机的运行方向只与B、A、D、C四相的导通次序有关，而与四相的通入电流方向无关。当然，各相初级绕组的通电顺序可以根据具体要求设计。

本实施方式中，X向初级铁心可以具有多个相互平行并均在Y方向延伸的动子齿；Y向初级铁心可以具有多个相互平行并均在X方向延伸的动子齿；相邻动子齿之间形成齿槽13。底垫5有多个并呈矩阵分布，其包括与X向次级铁心一一对应的X向底垫及与Y向次级铁心一一对应的Y向底垫。各X向底垫、Y向底垫均固定在定子底座上，且X向次级铁心嵌入固定于与其对应的X向底垫，Y向次级铁心嵌入固定于与其对应的Y向底垫。

本实施方式中，X向底垫具有沿Y方向延伸的安装槽，X向次级铁心嵌入该安装槽。Y向底垫具有沿X方向延伸的安装槽。一般的，安装槽贯穿底垫。

本实施方式中，各X向初级铁心和Y向初级铁心均可以有两个第一动子齿11，其还可以具有位于两个第一动子齿之间的一个第二动子齿10，及位于两个第一动子齿外侧的两个第三动子齿12。第一动子齿11的宽度最大，第三动子齿12的宽度最小，如：第三动子齿的宽度为w，τ为次级极距，第一动子齿的宽度为2w，第二动子齿10的宽度为

本实施方式中，X向初级铁心和Y向初级铁心均有两个，从而在X方向和Y方向均能实现两段式驱动。各X向次级铁心和Y向次级铁心独立、交替排列而构成定子铁心矩阵，相当于次级铁心也是分段结构。

对于段式平面开关磁阻电机，其包括初级动子和次级定子，初级动子包括初级铁心和初级绕组，初级铁心包括能够提供X方向电磁推力的多个X向初级铁心和能够提供Y方向电磁推力的多个Y向初级铁心，各X向、Y向初级铁心均可以包括至少一个动子齿，且各动子齿中至少有一个动子齿上绕制有初级绕组。次级定子包括定子底座、矩阵分布的多个X向次级铁心和多个Y向次级铁心，各X向次级铁心和Y向次级铁心均固定在定子底座上并交替排列。X向初级铁心和X向次级铁心能够产生闭合磁路，进而带动整个初级动子在X方向运动。Y向初级定子和Y向次级铁心能够产生闭合磁路，进而带动整个初级动子在Y方向运动。

对于段式平面开关磁阻电机，X向初级铁心和Y向初级铁心的段数均为x（x=2，3......），一段初级铁心的宽度最大的动子齿(即第一动子齿)的数目为a（a=1，2，3......），则电机为2m相开关磁阻电机，m=xa；τ为次级极距，两段初级铁心平行并错位分布，其错位距离为n=1，2，3...，即n是自然数。

对于段式平面开关磁阻电机，初级铁心的端部可以添加特定的延伸结构，如弧形、三角形等。

对于段式平面开关磁阻电机，初级铁心和次级铁心可以由导磁材料薄片叠压而成，如由硅钢片叠压而成；其它部分如底垫、定子底座等均由非导磁金属材料制成。另外，次级铁心(包括X向次级铁心和Y向次级铁心)可以采用无齿槽结构，即次级铁心可以是一个由导磁材料薄片叠压而成的实体块，如工字形实体块。

段式平面开关磁阻电机采用初、次级段式铁心结构，缩短了磁路，有效的减小了磁阻和铁损耗，能够有效减少磁漏，提高了效率。可以采用次级无槽结构设计，使电机风阻大大减小，提高了运行稳定性。该段式平面开关磁阻电机在XY平面运动区域任意位置都具有X方向和Y方向的自起动能力。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种段式平面开关磁阻电机，包括初级动子和次级定子，所述初级动子包括初级铁心和初级绕组，所述初级铁心具有动子齿，所述次级定子包括次级铁心和定子底座，其特征在于，所述初级铁心包括固定一体的多个X向初级铁心和多个Y向初级铁心，各所述X向初级铁心和各所述Y向初级铁心均至少有一个所述动子齿上绕有所述初级绕组，所述次级铁心包括均固定于所述定子底座上方的多个X向次级铁心和多个Y向次级铁心，在X方向和Y方向上，所述X向次级铁心和所述Y向次级铁心均交替排列而构成定子铁心矩阵，所述初级动子位于所述定子铁心矩阵上方，所述X向初级铁心上的初级绕组通电时，所述X向初级铁心和X向次级铁心形成闭合磁路，使所述初级动子在所述X向移动；所述Y向初级铁心上的初级绕组通电时，所述Y向初级铁心和Y向次级铁心形成闭合磁路，使所述初级动子在所述Y向移动；所述X向初级铁心具有多个相互平行并均在所述Y方向延伸的所述动子齿，其中宽度最大的所述动子齿为第一动子齿；所述Y向初级铁心具有多个相互平行并均在所述X方向延伸的所述动子齿，其中宽度最大的所述动子齿为第一动子齿；所述初级绕组绕在所述第一动子齿上。

2.如权利要求1所述的段式平面开关磁阻电机，其特征在于，各所述X向初级铁心平行并错位排列；各所述Y向初级铁心平行并错位排列。

3.如权利要求2所述的段式平面开关磁阻电机，其特征在于，错位距离为n是最小为1的自然数，2m为所述段式平面开关磁阻电机的相数，τ为次级极距。

4.如权利要求1所述的段式平面开关磁阻电机，其特征在于，各所述X向、Y向初级铁心的第一动子齿有两个，各所述X向、Y向初级铁心的动子齿均具有位于两个所述第一动子齿之间的第二动子齿、位于两个所述第一动子齿外侧的两个第三动子齿。

5.如权利要求4所述的段式平面开关磁阻电机，其特征在于，所述第一动子齿的宽度为2w，所述第二动子齿的宽度为所述第三动子齿的宽度为w，τ为次级极距，2m为所述段式平面开关磁阻电机的相数。

6.如权利要求5所述的段式平面开关磁阻电机，其特征在于，所述X向初级铁心和Y向初级铁心均有两个。

7.如权利要求1所述的段式平面开关磁阻电机，其特征在于，所述X向初级铁心和Y向初级铁心的数量均设为x，所述X向初级铁心和Y向初级铁心的第一动子齿的数量均设为a，则所述一种段式平面开关磁阻电机的相数2m＝2xa。

8.如权利要求1所述的段式平面开关磁阻电机，其特征在于，所述次级定子还包括矩阵分布的多个X向底垫和多个Y向底垫，在所述X方向和Y方向上，所述X向底垫和Y向底垫均交替排列；所述X向底垫具有在所述Y向延伸的安装槽，各所述X向次级铁心均嵌入固定于与其对应的所述X向底垫的安装槽；所述Y向底垫具有在所述X向延伸的安装槽，各所述Y向次级铁心均嵌入固定于与其对应的所述Y向底垫的安装槽。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的段式平面开关磁阻电机，其特征在于，所述次级铁心是导磁材料薄片叠压而成的实体块。