CN109888945A - 转子结构及开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机技术领域，公开了一种转子结构，包括转子本体和多个转子凸极；所述转子本体的中心开有安装孔，多个所述转子凸极均匀设置于转子本体的外周，且所述转子凸极沿转子本体的径向方向向外凸出，多个所述转子凸极上均开有沿其轴向贯通的有第一通孔和第二通孔。还公开了一种采用上述转子结构的开关磁阻电机。其有益效果在于：结构简单、安全可靠、经济实用，通过优化转子的结构，提高了电磁转矩，降低了电机换相期间的转矩脉动。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种转子结构。还涉及一种采用上述转子结构的开关磁阻电机。
背景技术
开关磁阻电机结构简单、可靠，定转子均由硅钢片叠压而成，只在定子上有绕组，转子上无永磁体也无绕组，具有较大的起动转矩和较小起动电流；转子无冷却要求，定子散热较快，过负载能力强；可以实现较宽的恒功率调速范围；电机各相绕组单独工作，无需考虑开关器件的短路现象，容错力强；通过改变开通和关断角，可方便实现四象限运行，近年来在汽车、航天等行业中得到了广泛关注，应用前景广阔。然而，由于其固有的双凸极结构，导致开关磁阻电机的转矩脉动和振动噪声较大，制约了其应用推广。
现有技术中，对于开关磁阻电机转矩脉动的抑制大部分围绕电机控制器展开，通过优化控制策略、电流波形等方法实现转矩脉动的抑制，但往往效果有限而且会导致控制策略复杂、电机控制器成本上升，不利于电机的推广。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，能够降低转矩脉动和振动噪声的转子结构。本发明还提供了一种开关磁阻电机。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种转子结构，包括转子本体和多个转子凸极；所述转子本体的中心开有安装孔，多个所述转子凸极均匀设置于转子本体的外周，且所述转子凸极沿转子本体的径向向外凸出，多个所述转子凸极上均开有沿其轴向贯通的有第一通孔和第二通孔。
进一步地，所述第一通孔和第二通孔沿转子凸极的中心轴线对称分布。
进一步地，所述第一通孔和第二通孔均呈矩形。
进一步地，所述第一通孔和第二通孔分别靠近转子凸极的两个侧壁边缘设置。
进一步地，所述第一通孔和第二通孔均靠近转子凸极的顶部边缘设置。
进一步地，所述第一通孔的长度与第一距离之和小于转子凸极的侧壁边缘的长度，此第一距离为第一通孔的短边距转子凸极的顶部边缘的最短距离，所述第一通孔的宽度与第二距离之和小于转子凸极的顶部边缘长度的一半，此第二距离为第一通孔的长边距转子凸极的侧壁边缘的最短距离。
进一步地，所述第二通孔的长度与第三距离之和小于转子凸极的侧壁边缘的长度，此第三距离为第二通孔的短边距转子凸极的顶部边缘的最短距离，所述第二通孔的宽度与第四距离之和小于转子凸极的顶部边缘长度的一半，此第四距离为第二通孔的长边距转子凸极的侧壁边缘的最短距离。
一种开关磁阻电机，包括上述转子结构。
进一步地，还包括定子和绕组；所述定子包括定子基部和从所述定子基部朝向定子的中心凸出的多个定子凸极，多个所述定子凸极的外周均绕制有绕组，所述转子结构安装于定子的内腔中，所述转子凸极与定子凸极之间具有气隙。
进一步地，所述定子包括12个定子凸极，所述转子结构包括8个转子凸极。
本发明的原理为：
开关磁阻电机在运行过程中内部存在磁场，转子受到磁场作用力从而产生电磁转矩，由于开关磁阻电机的双凸极结构特性，即磁路饱和以及磁场边缘效应，导致开关磁阻电机在换相期间转矩跌落，从而导致转矩脉动现象，影响电机性能；本发明的转子结构在每个转子凸极中均对称开有第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔可在电机换相期间，改变气隙中的磁场分布，从而影响转子受到的磁场力，起到了抑制电机转矩脉动和降低转子震动的效果。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、本发明中的转子结构其设计合理，加工方便，通过在转子凸极上开设相对称的第一通孔和第二通孔，优化电机内部磁场分布，改善了气隙中的磁密分布，增大了电机换相期间气隙中的切向磁密，降低了电机换相期间气隙中的径向磁密；通过增大气隙中的切向磁密，提高了转子受到的切向磁场力，起到了增加电机输出转矩的作用，提高了电机性能，提高了电磁转矩，降低了电机换相期间的转矩脉动；通过降低气隙中的切向磁密，降低了转子受到的切向磁场力，对于减少电机振动和噪音有积极作用。
2、本发明中的开关磁阻电机，其结构简单、安全可靠、经济实用，在实现性能优化的同时减轻了电机的重量，有利于电机性能的提高。
附图说明
图1是现有的转子结构的示意图；
图2是本发明中的转子结构的示意图；
图3是本发明中第一通孔和第二通孔的尺寸示意图；
图4是本发明中的开关磁阻电机的结构示意图；
图中，1为转子本体；2为转子凸极；3为安装孔；4为第一通孔；5为第二通孔；6为定子基部；7为定子凸极；8为绕组；9为气隙；10为侧壁边缘；11为顶部边缘；α1为磁通入射角；α2为磁通出射角；Β为磁场磁密；Βn为径向磁密；Bt为切向磁密；C1为第一通孔的长度；C2为第一通孔的宽度；D1为第一距离；D2为第二距离。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1-图3所示的一种转子结构，包括转子本体1和多个转子凸极2；所述转子本体1的中心开有安装孔3，多个所述转子凸极2均匀设置于转子本体1的外周，且所述转子凸极2沿转子本体1的径向方向向外凸出，多个所述转子凸极2上均开有沿其轴向贯通的有第一通孔4和第二通孔5。安装孔3中设有键槽，安装孔3用于安装转轴。
所述第一通孔4和第二通孔5沿转子凸极2的中心轴线对称分布。此设计保证了转子运行时的动平衡，同时对电机正、反两方向运行的转矩脉动都有的作用。
所述第一通孔4和第二通孔5均呈矩形。将第一通孔4和第二通孔5设计成矩形，结构简单，易于加工。
所述第一通孔4和第二通孔5分别靠近转子凸极2的两个侧壁边缘10设置。所述第一通孔4和第二通孔5均靠近转子凸极2的顶部边缘11设置。第一通孔4和第二通孔5分别靠近转子凸极的外边缘设置，能够有效的改变磁密分布，达到抑制转矩脉动的效果。
如图3所示，所述第一通孔的长度C1与第一距离D1之和小于转子凸极2的侧壁边缘10的长度，此第一距离D1为第一通孔4的短边距转子凸极2的顶部边缘11的最短距离，所述第一通孔的宽度C2与第二距离D2之和小于转子凸极2的顶部边缘11长度的一半，此第二距离D2为第一通孔4的长边距转子凸极2的侧壁边缘10的最短距离。
所述第二通孔5的长度与第三距离之和小于转子凸极2的侧壁边缘10的长度，此第三距离为第二通孔5的短边距转子凸极2的顶部边缘11的最短距离，所述第二通孔5的宽度与第四距离之和小于转子凸极2的顶部边缘11长度的一半，此第四距离为第二通孔5的长边距转子凸极2的侧壁边缘10的最短距离。
第一通孔4与第二通孔5的尺寸相同。第三距离与第一距离D1等长，第四距离与第二距离D2等长。
第一通孔4的长度范围为2-5mm；第一通孔5的宽度范围为：3-5mm；第一距离D1的范围为：3-7mm；第二距离D2的范围为:1-3mm；
如图4所示的一种开关磁阻电机，包括上述转子结构，还包括定子和绕组8；所述定子包括定子基部6和从所述定子基部6朝向定子的中心凸出的多个定子凸极7，多个所述定子凸极7的外周均绕制有绕组8，所述转子结构安装于定子的内腔中，所述转子凸极2与定子凸极7之间具有气隙9，此电机为三相12/8极，其中，定子包括十二个定子凸极7，转子结构包括八个转子凸极2。
开关磁阻电机在运行时，定、转子之间存在磁场，该磁场磁密B在转子凸极2上可分解为径向和切向两个方向的分量。其中切向磁密Bt是对应于电机转矩的作用力，径向磁密Bn对电磁转矩没有贡献，但是会导致转子振动及噪声。在电机换相期间，由于开关磁阻电机本体结构导致的磁路饱和与边缘磁通效应，电机存在转矩跌落现象。普通电机结构无法改变换相期间电机的磁场分布。通过对比图1和图2对比可知，本发明通过在转子凸极2上开设相对称的第一通孔4和第二通孔5，在电机换相期间减小了磁通出射角α2，进而减小了磁通入射角α1。根据相应电磁场理论分析可知，本转子结构改善了气隙9中的磁密分布，增大了电机换相期间气隙9中的切向磁密Bt，降低了电机换相期间气隙9中的径向磁密Bn；通过增大气隙9中的切向磁密Bt，提高了转子受到的切向磁场力，起到了增加电机输出转矩的作用，降低了电机换相期间的转矩脉动；通过降低气隙9中的切向磁密Bt，降低了转子受到的切向磁场力，对于减少电机振动和噪音有积极作用。
本发明中对开关磁阻电机本体结构进行改进，不涉及控制策略、位置传感等方面，避免了通过复杂的控制策略带来的电机控制单元成本增加，有利于降低电机成本和电机推广。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种转子结构，其特征在于：包括转子本体和多个转子凸极；所述转子本体的中心开有安装孔，多个所述转子凸极均匀设置于转子本体的外周，且所述转子凸极沿转子本体的径向向外凸出，多个所述转子凸极上均开有沿其轴向贯通的有第一通孔和第二通孔。
2.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于：所述第一通孔和第二通孔沿转子凸极的中心轴线对称分布。
3.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于：所述第一通孔和第二通孔均呈矩形。
4.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于：所述第一通孔和第二通孔分别靠近转子凸极的两个侧壁边缘设置。
5.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于：所述第一通孔和第二通孔均靠近转子凸极的顶部边缘设置。
6.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于：所述第一通孔的长度与第一距离之和小于转子凸极的侧壁边缘的长度，此第一距离为第一通孔的短边距转子凸极的顶部边缘的最短距离，所述第一通孔的宽度与第二距离之和小于转子凸极的顶部边缘长度的一半，此第二距离为第一通孔的长边距转子凸极的侧壁边缘的最短距离。
7.根据权利要求1所述的转子结构，其特征在于：所述第二通孔的长度与第三距离之和小于转子凸极的侧壁边缘的长度，此第三距离为第二通孔的短边距转子凸极的顶部边缘的最短距离，所述第二通孔的宽度与第四距离之和小于转子凸极的顶部边缘长度的一半，此第四距离为第二通孔的长边距转子凸极的侧壁边缘的最短距离。
8.一种开关磁阻电机，包括转子结构，其特征在于：所述转子结构为权利要求1-7中任一项所述的转子结构。
9.根据权利要求8所述的开关磁阻电机，其特征在于：还包括定子和绕组；所述定子包括定子基部和从所述定子基部朝向定子的中心凸出的多个定子凸极，多个所述定子凸极的外周均绕制有绕组，所述转子结构安装于定子的内腔中，所述转子凸极与定子凸极之间具有气隙。
10.根据权利要求9所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述定子包括12个定子凸极，所述转子结构包括8个转子凸极。
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