CN105529888A - 开关磁阻电机及其绕组布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关磁阻电机及其绕组布置方法。开关磁阻电机包括：外转子；内转子，设置在外转子的内部并与外转子一起同轴转动；定子，位于外转子与内转子之间，定子的内表面具有沿其径向方向凸出的多个定子内齿，定子的外表面具有沿其径向方向凸出的多个定子外齿，相邻的两个定子外齿(22)之间形成第一凹槽，相邻的两个定子内齿(21)之间形成第二凹槽；绕组，绕组绕设在定子的定子轭部(24)上，每个绕组的第一圈边设置在一个第一凹槽内，第二圈边设置在与该第一圈边位于同一径向上的第二凹槽相邻的一个第二凹槽内。本发明的开关磁阻电机，能够有效避免双转子开关磁阻电机内外磁路的共轭现象，提高开关磁阻电机的性能。

Description

开关磁阻电机及其绕组布置方法

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机及其绕组布置方法。

背景技术

现有的一种双转子开关磁阻电机，其定子在径向具有相反方向的两个凸极，并在凸极上绕制有集中绕组，内外表面正对极的绕组为同相，内转子和外转子分别置于定子内侧和外侧。

另一种双转子开关磁阻电机，其包括内转子、定子和外转子，相互之间通过气隙隔开，其定子在径向具有相反方向的两个凸极，并在凸极上绕制有集中绕组，定子轭部具有圆周方向的隔磁环，内外绕组相互独立。

上述两种双转子开关磁阻电机，其相邻凸极所形成的槽口宽度很大，槽内导体极易滑出，极不安全；绕组采用集中卷结构，绕制过程中，必须预留绕线机构的空间，造成槽满率低，电机性能低下；该磁路结构下，磁路长，磁路闭合路径通过整个定子轭部和转子轭部，造成气隙所占磁势下降，并导致铁损增加；定子中间隔磁环的存在使得定子内外凸极完全分离，再装配成整体后，其工艺性复杂，装配困难。

此外，上述的双转子开关磁阻电机，由于内外磁路会产生共轭现象，轭部的磁力线发生叠加，导致磁密较高，为保证该种共轭现象导致的饱和，必须增加轭部厚度；在电机定子内径和外径确定的情况下，会导致定子的槽面积被减小，导线变细，绕组电阻增加，损耗增加。

发明内容

本发明旨在提供一种开关磁阻电机及其绕组布置方法，能够有效避免双转子开关磁阻电机内外磁路的共轭现象，提高开关磁阻电机的性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种开关磁阻电机，包括：外转子；内转子，设置在外转子的内部并与外转子一起同轴转动；定子，位于外转子与内转子之间，定子的内表面具有沿其径向方向凸出的多个定子内齿，定子的外表面具有沿其径向方向凸出的多个定子外齿，相邻的两个定子外齿之间形成第一凹槽，相邻的两个定子内齿之间形成第二凹槽；绕组，绕组绕设在定子的定子轭部上，每个绕组的第一圈边设置在一个第一凹槽内，第二圈边设置在与该第一圈边位于同一径向上的第二凹槽相邻的一个第二凹槽内。

作为优选，每个定子内齿的齿顶端的两侧沿内转子的周向方向凸出地设置有定子内极靴，每个定子外齿的齿顶端的两侧沿内转子的周向凸出地设置有定子外极靴。

作为优选，相应的定子轭部、定子外齿和定子外极靴形成第一凹槽，相应的定子轭部、定子内齿和定子内极靴形成第二凹槽，开关磁阻电机为m相电机，同相的各个定子轭部的绕组相隔m-1个绕组，并且同相的全部绕组串联或者并联形成一相绕组组合。

作为优选，外转子包括：外壳；多个外转子环形齿块，连接于外壳的内表面并沿外壳的内周面均布。

作为优选，定子内齿和定子外齿沿定子的圆周均布。

作为优选，定子内极靴的厚度由其极尖处至定子内齿逐渐变大，定子外极靴的厚度由其极尖处至定子外齿逐渐变大。

作为优选，定子由多个铁芯周向连接形成。

作为优选，每个铁芯具有两条接触边，每个接触边均具有突齿和凹槽，相邻两个铁芯的突齿和凹槽相互适配以使相邻两个铁芯相连接。

作为优选，每个铁芯的一个接触边上的突齿位于该一个接触边的靠近内转子的一侧，该一个接触边的凹槽位于该一个接触边的突齿与外转子之间，每个铁芯的另一个接触边上的凹槽位于该另一个接触边的靠近内转子的一侧，该另一个接触边的突齿位于该另一个接触边的凹槽与外转子之间。

作为优选，每个铁芯的内表面具有沿其径向方向凸出设置的第一定子内齿和第二定子内齿，第一定子内齿的齿顶端沿内转子的周向方向凸出地设置有第一定子内极靴，第二定子内齿的齿顶端沿内转子的周向方向凸出地设置有第二定子内极靴，第一定子内极靴和第二定子内极靴相向设置；每个铁芯的外表面具有沿其径向方向凸出设置的第一定子外齿和第二定子外齿，第一定子外齿的齿顶端沿内转子的周向方向凸出地设置有第一定子外极靴，第二定子外齿的齿顶端沿内转子的周向方向凸出地设置有第二定子外极靴，第一定子外极靴和第二定子外极靴相向设置；其中，相邻两个铁芯的第一定子内齿和第二定子内齿共同形成定子内齿，相邻两个铁芯的第一定子内极靴和第二定子内极靴共同形成定子内极靴；相邻两个铁芯的第一定子外齿和第二定子外齿共同形成定子外齿，相邻两个铁芯的第一定子外极靴和第二定子外极靴共同形成定子外极靴。

作为优选，内转子包括：固定架，其中部具有轴孔；多个扇形齿块，与固定架固定连接且围绕固定架的周向均布。

作为优选，固定架上具有与多个扇形齿块相对应的多个燕尾槽，扇形齿块一一卡接于对应的燕尾槽中。

作为优选，固定架由不锈钢或铸铝或塑料制成。

作为优选，扇形齿块的扇形齿块直边与固定架具有间隔距离。

作为优选，扇形齿块的扇形齿块底边与固定架具有间隔距离。

作为优选，外转子环形齿块的个数与扇形齿块的个数相同且一一对应设置，对应设置的外转子环形齿块的中心线与扇形齿块的中心线在同一条直线上。

作为优选，相邻两个扇形齿块的扇形直边相互平行且距离为G_rb，相邻两个外转子环形齿块的外转子环形齿块直边相互平行且距离为G_ra，其中，min＞20L，L为气隙长度。

作为优选，第一凹槽的第一槽口的宽度为G_sa，第二凹槽的第二槽口的宽度为G_sb，其中，G_sa＞G_ra，G_sb＞G_rb。

作为优选，2L＜G_sa-G_ra＜8L，2L＜G_sb-G_rb＜8L。

作为优选，每个扇形齿块的底部具有多个间隔设置的隔磁小孔。

作为优选，铁芯、扇形齿块和外转子环形齿块为层叠材料后非晶材料叠压而成。

作为优选，相邻的扇形齿块的对称中心线和相邻的外转子环形齿块的对称中心线之间的夹角弧度大于或小于其中，N_sb为定子内齿或定子外齿的齿数。

作为优选，内转子的内转子块数为N_rb，定子的齿数为N_sb，内转子的内转子极弧为β_rb，定子内齿的定子内齿极弧为β_sb，其中，

$-\frac{\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{rb}}}+(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}+{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}}^{\′}-\frac{1}{2}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{rb}}}^{\′})>\mathrm{\δ}$

${{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}}^{\′}=\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{sb}}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}$

${{\mathrm{\β}}_{\mathrm{rb}}}^{\′}=\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{rb}}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{rb}}$

其中，δ为大于0的正数。

作为优选，2°≤δ≤6°。

作为优选，每个绕组的第一圈边所在的第一凹槽与第二圈边所在的第二凹槽沿圆周方向之间的夹角弧度为其中，N_sb为定子内齿或定子外齿的齿数。

根据本发明的另一方面，提供了一种开关磁阻电机的绕组布置方法，包括：步骤S1：在定子的内表面上沿其径向方向形成多个定子内齿，相邻的两个定子内齿之间形成第二凹槽；步骤S2：在定子的外表面上沿其径向方向形成多个定子外齿，相邻的两个定子外齿之间形成第一凹槽；步骤S3：将绕组绕设在定子的定子轭部上，使每个绕组的第一圈边位于一个第一凹槽内，第二圈边位于与该第一圈边位于同一径向上的第二凹槽相邻的一个第二凹槽内。

应用本发明的技术方案，提供了一种开关磁阻电机。开关磁阻电机包括外转子、内转子和、定子和绕组。内转子设置在外转子的内部并与外转子同轴转动，定子位于外转子与内转子之间。定子的内表面具有沿其径向方向凸出的多个定子内齿，定子的外表面具有沿其径向方向凸出的多个定子外齿。相邻的两个定子外齿之间形成第一凹槽，相邻的两个定子内齿之间形成第二凹槽；绕组绕设在定子的定子轭部上，每个绕组的第一圈边设置在一个第一凹槽内，第二圈边设置在与该第一圈边位于同一径向上的第二凹槽相邻的一个第二凹槽内。本方案中，将绕组斜跨在周向相邻的第一凹槽和第二凹槽内，使绕组端部极大缩短，降低端部铜耗以及端部浪费。其轭部的磁力线沿周向展开，使得内外磁路的磁力线可以沿周向错开分布，能够消除共轭现象，提高铁芯的利用率，提高开关磁阻电机的性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的开关磁阻电机整体结构示意图；

图2示出了本发明的内转子的整体结构示意图；

图3示出了本发明的定子的整体结构示意图；

图4示出了本发明的铁芯的整体结构示意图；

图5示出了本发明的开关磁阻电机优选实施例的整体结构示意图；

图6示出了本发明的开关磁阻电机0度时磁路示意图；

图7示出了本发明的开关磁阻电机12度时磁路示意图；

图8示出了本发明的开关磁阻电机30度时磁路示意图；

图9示出了本发明的开关磁阻电机45度时磁路示意图；

图10示出了本发明的开关磁阻电机内外转子角度相同时的转矩示意图；以及

图11示出了本发明的开关磁阻电机内外转子角度不同时的转矩示意图；

图12示出了本发明的开关磁阻电机的绕组布置流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图9所示，本发明提供了一种开关磁阻电机。

本发明的开关磁阻电机包括外转子10、内转子30以及设置于外转子10和内转子30之间的定子20。

具体地，结合参见图1和图5所示，内转子30设置在外转子10的内部并与外转子10一起同轴转动，定子20位于外转子10与内转子30之间。定子20的朝向内转子30的一面即定子20的内表面，定子20的内表面具有沿其径向方向凸出的多个定子内齿21。定子20的背离内转子30的一面即定子20的外表面，定子20的外表面具有沿其径向方向凸出的多个定子外齿22。相邻的两个定子外齿22之间形成第一凹槽，相邻的两个定子内齿21之间形成第二凹槽。定子20具有定子轭部24，定子轭部24绕有绕组。绕组绕设在定子的定子轭部24上，每个绕组的第一圈边设置在一个第一凹槽内，第二圈边设置在与该第一圈边位于同一径向上的第二凹槽相邻的一个第二凹槽内。

由于各绕组斜跨在周向相邻的第一凹槽和第二凹槽内，其轭部的磁力线沿周向展开，使得内外磁路的磁力线可以沿周向错开分布，能够消除磁路共轭现象，提高铁芯的利用率，提高开关磁阻电机的性能。此种轭部绕线方式使得绕组端部极大缩短，降低端部铜耗以及端部浪费。例如，绕组可以为集中卷的方式。

优选地，每个绕组的第一圈边所在的第一凹槽与第二圈边所在的第二凹槽沿圆周方向之间的夹角弧度为其中，N_sb为定子内齿或定子外齿的齿数。第一圈边相对于与其对应的第二圈边之间的夹角为可以沿圆周方向顺时针旋转弧度，也可以为沿圆周方向逆时针旋转弧度，如何选择需要根据电机设计的转动方向而定。

优选地，每个定子内齿21的齿顶端的两侧沿内转子30的周向方向凸出地设置有定子内极靴211。每个定子外齿22的齿顶端的两侧沿内转子30的周向凸出地设置有定子外极靴221。由于定子20具有极靴结构，在不降低电机凸极比，不降低电机性能的前提下能够提升绕组安全性，同时提升电机性能。因此本发明的开关磁阻电机结构简单且性能和效率较好。

进而地，由于极靴的存在，使得转子齿向定子齿部靠齐时两者之间力的角度同切向的夹角比较小，切向磁拉力分量增加，相同输出下，电机噪音明显减小。本申请的双转子结构能够最大程度的利用绕组产生的磁势，将电磁转换过程中的铜损尽可能的减小。同时，双转子结构，使得绕组有效利用部分增加，提升电机效率。

结合参见图1、图4和图6至图9所示，相应的定子轭部24、定子外齿22和定子外极靴221形成第一凹槽，相应的定子轭部24、定子内齿21和定子外极靴221形成的第二凹槽中，同相的各个定子轭部24的绕组相隔m-1个绕组，并且同相的全部绕组串联或者并联形成一相绕组组合。

定子绕组可以由三相或者多相独立绕组组成。例如，本实施例中的开关磁阻电机为三相电机，一个定子轭部24的绕组与相隔其2个定子轭部24的另一个定子轭部24的绕组串联或者并联形成一相绕组。当然本发明可以包含多种槽极配合，例如，三相6槽4极、三相12槽8极、三相24槽16极、四相8槽6极、四相16槽12极、四相24槽18极、五相10槽8极、五相20槽16极等。

结合参见图1所示，外转子10包括外壳11和多个外转子环形齿块12。多个外转子环形齿块12连接于外壳11的内表面，多个外转子环形齿块12沿外壳11的内周面均布。例如，多个外转子环形齿块12可以焊接或者工装连接于外壳11的内表面。

如图1所示，定子内齿21和定子外齿22沿定子20的圆周均布。制作简单，且电机性能稳定。

本实施例在图中未示出，具体为，定子内极靴211的厚度由其极尖处至定子内齿21逐渐变大，定子外极靴221的厚度由其极尖处至定子外齿22逐渐变大。也就是说，定子内极靴211的厚度由其极尖处至该定子内极靴211与定子内齿21的相交处逐渐变大，定子外极靴221的厚度由其极尖处至该定子外极靴221与定子内齿21的相交处逐渐变大。

如图3和图4所示，定子20由多个铁芯23周向连接形成，相邻的铁芯23通过接触边上的突出的齿和凹陷的槽进行啮合，连接配合简单又牢固。每个铁芯23具有两个接触边231，每个铁芯23的接触边231均具有突齿232和凹槽233，相邻两个铁芯23的突齿232和凹槽233相互适配以使相邻两个铁芯23相连接。具体地，每个铁芯23的一个接触边231上的突齿232位于这个接触边231的靠近内转子30的一侧，这个接触边231的凹槽233位于这个接触边231上的突齿232与外转子10之间。每个铁芯23的另一个接触边231上的凹槽233位于这个接触边231的靠近内转子30的一侧，这个接触边231的突齿232位于这个接触边231上的凹槽233与外转子10之间。

如图4所示，优选地，突齿232和凹槽233均呈V形，多个铁芯23通过V形突齿232和V形凹槽233进行配合连接。定子20由多个铁芯23周向连接形成，这样可以减少硅钢片的使用量，节约成本。

进一步地，如图4所示，每个铁芯23的一个接触边231上的突齿232位于凹槽233的外侧，而另一个接触边231上的突齿232位于凹槽233的内侧。这样的设计使得相邻的铁芯23连接的更加稳固。

进而地，如图1、图3和图4所示，每个铁芯23的内表面即铁芯23的朝向定子20的一面具有沿其径向方向凸出设置的第一定子内齿21a和第二定子内齿21b，第一定子内齿21a和第二定子内齿21b均朝向定子20的方向延伸。第一定子内齿21a的齿顶端沿内转子30的周向方向凸出地设置有第一定子内极靴211a，第二定子内齿21b的齿顶端沿内转子30的周向方向凸出地设置有第二定子内极靴211b，第一定子内极靴211a和第二定子内极靴211b相向设置。第一定子内极靴211a的延伸方向为沿内转子30的周向方向并朝向第二定子内齿21b，第二定子内极靴211b的延伸方向为沿内转子30的周向方向并朝向第一定子内齿21a。

每个铁芯23的外表面即铁芯23的背离定子20的一面具有沿其径向方向凸出设置的第一定子外齿22a和第二定子外齿22b，第一定子外齿22a和第二定子外齿22b均朝向背离定子20的方向延伸。第一定子外齿22a的齿顶端沿内转子30的周向方向凸出地设置有第一定子外极靴221a，第二定子外齿22b的齿顶端沿内转子30的周向方向凸出地设置有第二定子外极靴221b，第一定子外极靴221a和第二定子外极靴221b相向设置。第一定子外极靴221a的延伸方向为沿内转子30的周向方向并朝向第二定子外齿22b，第二定子外极靴221b的延伸方向为沿内转子30的周向方向并朝向第一定子外齿22a。

在上述实施例中，相邻两个铁芯23的第一定子内齿21a和第二定子内齿21b共同形成定子内齿21，相邻两个铁芯23的第一定子内极靴211a和第二定子内极靴211b共同形成定子内极靴211。相邻两个铁芯23的第一定子外齿22a和第二定子外齿22b共同形成定子外齿22，相邻两个铁芯23的第一定子外极靴221a和第二定子外极靴221b共同形成定子外极靴221。

如图2所示，内转子30包括固定架31和多个扇形齿块32。固定架31的中部具有轴孔50，多个扇形齿块32与固定架31固定连接且围绕固定架31的周向均布。

进而地，如图2所示，固定架31上具有与多个扇形齿块32相对应的多个燕尾槽，扇形齿块32一一卡接于对应的燕尾槽中。例如，一个扇形齿块32卡接于一个燕尾槽中以使得该扇形齿块32与固定架31相连接。

优选地，固定架31由不锈钢或铸铝或塑料制成。

如图2所示，扇形齿块32的扇形齿块直边322与固定架31具有间隔距离。扇形齿块32的扇形齿块底边323与固定架31具有间隔距离。每个扇形齿块32的底部具有多个间隔设置的隔磁小孔321。在满足机械强度条件下，相邻隔磁小孔321之间的距离尽可能的小。上述设计，能够最大限度的降低转子铁芯中的涡流损耗，提升电机效率。

优选地，外转子环形齿块12的个数与扇形齿块32的个数相同且一一对应设置，对应设置的外转子环形齿块12的中心线与扇形齿块32的中心线在同一条直线上，电机的性能达到最佳。当然，对应设置的外转子环形齿块12的中心线与扇形齿块32的中心线也可以在不同一条直线上，即当存在角度差值时，电机性能会略有下降，但有利于降低转矩脉动。

优选地，铁芯23、扇形齿块32和外转子环形齿块12为层叠材料后非晶材料叠压而成，可以使电机获得更好的工作性能。

结合参见图10和图11所示，相邻的扇形齿块32的对称中心线和相邻的外转子环形齿块12的对称中心线之间的夹角弧度可以等于也可以大于或小于

结合参见图10所示，当相邻的扇形齿块32的对称中心线和相邻的外转子环形齿块12的对称中心线之间的夹角弧度等于时，内外转子转矩的输出曲线不存在差值，内转子转矩的输出曲线2与外转子转矩的输出曲线3的转矩峰峰叠加，谷谷叠加，形成合成转矩曲线1，整体转矩脉动(Tmax-Tmin)有所增加。

结合参见图11所示，当相邻的扇形齿块32的对称中心线和相邻的外转子环形齿块12的对称中心线之间的夹角弧度不等于即大于或小于时，内转子转矩的输出曲线2与外转子转矩的输出曲线3的输出存在一个相位差，可以峰谷错开，使得合成转矩曲线1的(Tmax-Tmin)有所下降，使得电机的输出更加平稳，变化相对来说比较平缓，有利于降低转矩脉动。

如图5所示，相邻两个扇形齿块32的扇形直边322相互平行且距离为G_rb，相邻两个外转子环形齿块12的外转子环形齿块直边121相互平行且距离为G_ra，相互平行可使得扇形齿块32、外转子环形齿块12同定子内齿21、定子外齿22在接近过程中的接触的面积是最大的，且会减小局部饱和引起的脉动。还有利于减小最小电感，增加凸极比，同时减少由于局部饱和导致的转矩脉动。其中，min(G_ra、G_rb)＞20L，即G_ra以及G_rb的最小值均应大于20倍气隙长度，其中，L为气隙长度。本实施例中的气隙指的是定子内径和转子外径的差值一半。

绕组建立的磁势首先通过气隙，有一个磁压降，如果定子槽口的距离大，则定子槽口漏磁大。相反，由于气隙的存在，转子隔磁部分可以略小。如图5所示，第一凹槽的第一槽口25的宽度为G_sa，第二凹槽的第二槽口26的宽度为G_sb，其中，G_sa＞G_ra，G_sb＞G_rb。优选地，2L＜G_sa-G_ra＜8L，2L＜G_sb-G_rb＜8L。这样设计的尺寸关系，有利于减小漏磁。

设定如下参数，内转子30的内转子块数为N_rb，定子20的齿数为N_sb，内转子30的内转子极弧为β_rb，定子内齿21的定子内齿极弧为β_sb，在本实施例中，为进一步地降低转矩脉动，并保证双向启动，因此这些参数之间应该满足如下关系：

$-\frac{\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{rb}}}+(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}+{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}}^{\′}-\frac{1}{2}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{rb}}}^{\′})>\mathrm{\δ}$

${{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}}^{\′}=\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{sb}}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}$

${{\mathrm{\β}}_{\mathrm{rb}}}^{\′}=\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{rb}}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{rb}}$

其中，δ为大于0的正数。

优选地，在上述实施例中，2°≤δ≤6°。

在本实施例中，扇形齿块32、外转子环形齿块12以及定子20的铁芯23为层叠材料如硅钢片或者非晶材料叠压而成。尤其地，本发明中的转子采用分块式结构，可以减少硅钢片的使用量，节约成本。

本发明还提供了关于开关磁阻电机的磁路的四个优选的实施例，具体如下：

如图6示出了本发明的开关磁阻电机0度时磁路示意图：A相开始导通，位于定子轭部24内部的A相圈边即另一个圈边42，产生磁势，磁路通过定子轭部24、定子内齿21、定子内极靴211、气隙、空气间隙60进行闭合；位于定子轭部24外部的A相圈边即一个圈边41，产生磁势，磁路通过定子轭部24、定子外齿22、定子外极靴221、气隙、空气间隙60进行闭合；由于经过空气磁路较长，气隙磁密低，内、外转子在磁拉力作用下开始旋转，以旋转至12度如图7为例。本实施例中的A相包括两组绕组，一组绕组对应的圈边组为A和A’，另一组绕组对应的圈边组为A1和A1’，两组绕组之间相隔m-1个绕组。以A和A’为例，在此过程中，产生了以A为中心的内磁路和以A’为中心的外磁路，两个磁路之间相差弧度，使得两个磁路沿电机的周向依次分布，并未位于同一径向方向上，不会产生重叠磁路，发生共轭现象，因此也避免了磁路饱和的现象，使得定子轭部24可以做得较薄，降低了材料损耗，也增加了槽面积使用，使得转子导磁部分减少，定子磁路变短，有效的降低了铁损，提高了电机效率。

图7示出了本发明的开关磁阻电机12度时磁路示意图：A相导通，位于定子轭部24外部的A相圈边即一个圈边41，产生磁势，磁路通过定子轭部24、定子外齿22、定子外极靴221、气隙、外转子环形齿块12的前沿进行闭合；位于定子轭部24内部的A相圈边即另一个圈边42，产生磁势，磁路通过定子轭部24、定子内齿21、定子内极靴211、扇形齿块32的前沿进行闭合，由于经过大部分为导磁物质，磁密增加、磁拉力增加以及扭矩增加。

图8示出了本发明的开关磁阻电机30度时磁路示意图：A相电流最大，A相磁路同图7基本相同，但随着导磁面积增加，磁密进一步增加，但随着定、转子凸极位置的逐渐对齐，切向磁拉力开始减小；A相扭矩输出减小；B相开始导通，A相开始关断；此时内转子30、外转子10在A相续流激励和B相绕组激励的作用下，旋转至30度。本实施例中的B相包括两组绕组，一组绕组对应的圈边组为B和B’，另一组绕组对应的圈边组为B1和B1’，两组绕组之间相隔m-1个绕组。

图9示出了本发明的开关磁阻电机45度时磁路示意图：B相导通，B相磁路同A相在12度位置下相同，此时，切换至B相，按照图7和图8的状态，继续旋转至60度后，继而切换至C相；一个电周期完成。本实施例中的C相包括两组绕组，一组绕组对应的圈边组为C和C’，另一组绕组对应的圈边组为C1和C1’，两组绕组之间相隔m-1个绕组。

结合参见图12所示，根据本发明的另一方面，提供了一种开关磁阻电机的绕组布置方法，包括：步骤S1：在定子20的内表面上沿其径向方向形成多个定子内齿21，相邻的两个定子内齿21之间形成第二凹槽；步骤S2：在定子20的外表面上沿其径向方向形成多个定子外齿22，相邻的两个定子外齿22之间形成第一凹槽；步骤S3：将绕组绕设在定子的定子轭部24上，使每个绕组的第一圈边位于一个第一凹槽内，第二圈边位于与该第一圈边位于同一径向上的第二凹槽相邻的一个第二凹槽内。通过上述绕组布置方法，可以得到本发明实施例中的开关磁阻电机。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

将绕组斜跨在周向相邻的第一凹槽和第二凹槽内，使绕组端部极大缩短，降低端部铜耗以及端部浪费。定子轭部的磁力线沿周向展开，使得内外磁路的磁力线可以沿周向错开分布，能够消除共轭现象，提高铁芯的利用率，提高开关磁阻电机的性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (26)

1.一种开关磁阻电机，其特征在于，包括：

外转子(10)；

内转子(30)，设置在所述外转子(10)的内部并与所述外转子(10)一起同轴转动；

定子(20)，位于所述外转子(10)与所述内转子(30)之间，所述定子(20)的内表面具有沿其径向方向凸出的多个定子内齿(21)，所述定子(20)的外表面具有沿其径向方向凸出的多个定子外齿(22)，相邻的两个所述定子外齿(22)之间形成第一凹槽，相邻的两个所述定子内齿(21)之间形成第二凹槽；

绕组，所述绕组绕设在所述定子的定子轭部(24)上，每个所述绕组的第一圈边设置在一个所述第一凹槽内，第二圈边设置在与该第一圈边位于同一径向上的所述第二凹槽相邻的一个所述第二凹槽内。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，每个所述定子内齿(21)的齿顶端的两侧沿所述内转子(30)的周向方向凸出地设置有定子内极靴(211)，每个所述定子外齿(22)的齿顶端的两侧沿所述内转子(30)的周向凸出地设置有定子外极靴(221)。

3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于，相应的所述定子轭部(24)、所述定子外齿(22)和所述定子外极靴(221)形成所述第一凹槽，相应的所述定子轭部(24)、所述定子内齿(21)和所述定子内极靴(211)形成所述第二凹槽，所述开关磁阻电机为m相电机，同相的各个所述定子轭部(24)的绕组相隔m-1个绕组，并且同相的全部所述绕组串联或者并联形成一相绕组组合。

4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述外转子(10)包括：

外壳(11)；

多个外转子环形齿块(12)，连接于所述外壳(11)的内表面并沿所述外壳(11)的内周面均布。

5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述定子内齿(21)和所述定子外齿(22)沿所述定子(20)的圆周均布。

6.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述定子内极靴(211)的厚度由其极尖处至所述定子内齿(21)逐渐变大，所述定子外极靴(221)的厚度由其极尖处至所述定子外齿(22)逐渐变大。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述定子(20)由多个铁芯(23)周向连接形成。

8.根据权利要求7所述的开关磁阻电机，其特征在于，每个所述铁芯(23)具有两条接触边(231)，每个所述接触边(231)均具有突齿(232)和凹槽(233)，相邻两个所述铁芯(23)的所述突齿(232)和所述凹槽(233)相互适配以使相邻两个所述铁芯(23)相连接。

9.根据权利要求8所述的开关磁阻电机，其特征在于，每个所述铁芯(23)的一个所述接触边(231)上的所述突齿(232)位于该一个所述接触边(231)的靠近所述内转子(30)的一侧，该一个所述接触边(231)的所述凹槽(233)位于该一个所述接触边(231)的所述突齿(232)与所述外转子(10)之间，每个所述铁芯(23)的另一个所述接触边(231)上的所述凹槽(233)位于该另一个所述接触边(231)的靠近所述内转子(30)的一侧，该另一个所述接触边(231)的所述突齿(232)位于该另一个所述接触边(231)的所述凹槽(233)与所述外转子(10)之间。

10.根据权利要求7所述的开关磁阻电机，其特征在于，

每个所述铁芯(23)的内表面具有沿其径向方向凸出设置的第一定子内齿(21a)和第二定子内齿(21b)，所述第一定子内齿(21a)的齿顶端沿所述内转子(30)的周向方向凸出地设置有第一定子内极靴(211a)，所述第二定子内齿(21b)的齿顶端沿所述内转子(30)的周向方向凸出地设置有第二定子内极靴(211b)，所述第一定子内极靴(211a)和所述第二定子内极靴(211b)相向设置；

每个所述铁芯(23)的外表面具有沿其径向方向凸出设置的第一定子外齿(22a)和第二定子外齿(22b)，所述第一定子外齿(22a)的齿顶端沿所述内转子(30)的周向方向凸出地设置有第一定子外极靴(221a)，所述第二定子外齿(22b)的齿顶端沿所述内转子(30)的周向方向凸出地设置有第二定子外极靴(221b)，所述第一定子外极靴(221a)和所述第二定子外极靴(221b)相向设置；

其中，相邻两个所述铁芯(23)的所述第一定子内齿(21a)和所述第二定子内齿(21b)共同形成所述定子内齿(21)，相邻两个所述铁芯(23)的所述第一定子内极靴(211a)和所述第二定子内极靴(211b)共同形成所述定子内极靴(211)；

相邻两个所述铁芯(23)的所述第一定子外齿(22a)和所述第二定子外齿(22b)共同形成所述定子外齿(22)，相邻两个所述铁芯(23)的所述第一定子外极靴(221a)和所述第二定子外极靴(221b)共同形成所述定子外极靴(221)。

11.根据权利要求7所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述内转子(30)包括：

固定架(31)，其中部具有轴孔(50)；

多个扇形齿块(32)，与所述固定架(31)固定连接且围绕所述固定架(31)的周向均布。

12.根据权利要求11所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述固定架(31)上具有与所述多个扇形齿块(32)相对应的多个燕尾槽，所述扇形齿块(32)一一卡接于对应的所述燕尾槽中。

13.根据权利要求11所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述固定架(31)由不锈钢或铸铝或塑料制成。

14.根据权利要求11所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述扇形齿块(32)的扇形齿块直边(322)与所述固定架(31)具有间隔距离。

15.根据权利要求11所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述扇形齿块(32)的扇形齿块底边(323)与所述固定架(31)具有间隔距离。

16.根据权利要求11所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述外转子环形齿块(12)的个数与所述扇形齿块(32)的个数相同且一一对应设置，对应设置的所述外转子环形齿块(12)的中心线与所述扇形齿块(32)的中心线在同一条直线上。

17.根据权利要求16所述的开关磁阻电机，其特征在于，相邻两个所述扇形齿块(32)的扇形直边(322)相互平行且距离为G_rb，相邻两个所述外转子环形齿块(12)的外转子环形齿块直边(121)相互平行且距离为G_ra，其中，min(G_ra、G_rb)＞20L，L为气隙长度。

18.根据权利要求17所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述第一凹槽的第一槽口(25)的宽度为G_sa，所述第二凹槽的第二槽口(26)的宽度为G_sb，其中，G_sa＞G_ra，G_sb＞G_rb。

19.根据权利要求18所述的开关磁阻电机，其特征在于，2L＜G_sa-G_ra＜8L，2L＜G_sb-G_rb＜8L。

20.根据权利要求11所述的开关磁阻电机，其特征在于，每个所述扇形齿块(32)的底部具有多个间隔设置的隔磁小孔(321)。

21.根据权利要求11所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述铁芯(23)、所述扇形齿块(32)和所述外转子环形齿块(12)为层叠材料后非晶材料叠压而成。

22.根据权利要求11所述的开关磁阻电机，其特征在于，相邻的所述扇形齿块(32)的对称中心线和相邻的所述外转子环形齿块(12)的对称中心线之间的夹角弧度大于或小于其中，N_sb为定子内齿或定子外齿的齿数。

23.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述内转子(30)的内转子块数为N_rb，所述定子(20)的齿数为N_sb，所述内转子(30)的内转子极弧为β_rb，所述定子内齿(21)的定子内齿极弧为β_sb，其中，

$-\frac{\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{rb}}}+(\frac{1}{2}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}+{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}}^{\′}-\frac{1}{2}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{rb}}}^{\′})>\mathrm{\δ}$

${{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}}^{\′}=\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{sb}}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{sb}}$

${{\mathrm{\β}}_{\mathrm{rb}}}^{\′}=\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{rb}}}-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{rb}}$

其中，δ为大于0的正数。

24.根据权利要求23所述的开关磁阻电机，其特征在于，2°≤δ≤6°。

25.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，每个所述绕组的所述第一圈边所在的第一凹槽与所述第二圈边所在的第二凹槽沿圆周方向之间的夹角弧度为其中，N_sb为定子内齿或定子外齿的齿数。

26.一种开关磁阻电机的绕组布置方法，其特征在于，包括：

步骤S1：在定子(20)的内表面上沿其径向方向形成多个定子内齿(21)，相邻的两个所述定子内齿(21)之间形成第二凹槽；

步骤S2：在所述定子(20)的外表面上沿其径向方向形成多个定子外齿(22)，相邻的两个所述定子外齿(22)之间形成第一凹槽；

步骤S3：将绕组绕设在所述定子的定子轭部(24)上，使每个所述绕组的第一圈边位于一个所述第一凹槽内，第二圈边位于与该第一圈边位于同一径向上的所述第二凹槽相邻的一个所述第二凹槽内。