CN111030327B - 一种可高速运行的开关磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可高速运行的开关磁阻电机，其包括：位于中心的轴承和安装在轴承上的转子，转子外部设置定子，定子内壁上具有定子齿，相邻的两个定子齿之间形成定子槽，绕组下在定子槽中并且缠绕在定子齿上；转子为圆柱状，分为导磁区域和非导磁区域，导磁区域为凸出磁极结构，非导磁区域为位于两个凸出磁极之间的两个弧形环，导磁区域和非导磁区域共同形成转子整圆；转子转动过程中，两个凸出磁极依次与绕组接触。本发明通过渗氮工艺将圆形转子的硅钢片材料变成双相硅钢片，形成了导磁区域和非导磁区域两部分，既保证了转子可高速运行，又实现了开关磁阻电机的功能；由于转子为圆形，从而风磨损耗小、转子内部应力小；电机结构简单，可靠性高。

Description

一种可高速运行的开关磁阻电机
技术领域
本发明属于电机类的开关磁阻电机技术领域，涉及一种可高速运行的开关磁阻电机。
背景技术
开关磁阻电机定、转子为双凸极结构，转子无绕组和永磁材料，结构简单可靠、容错能力强、调速性能优异，适合应用于超高速领域。
目前大部分开关磁阻电机为双凸极结构，即定子与转子都为凸出磁极结构，使得电机风磨损耗增加，效率下降，并进一步加剧了震动噪声问题，转子内部应力增加，使得使用寿命减少。
其中，当前开关磁阻电机类型主要包括：
(1)转子形状为整圆：其中典型的是专利CN108933508A一种高速开关磁阻电机，所述电机由定子、转子、绕组和非导磁支撑架构成的开关磁阻电机，定、转子均为凸极结构，转子套在非导磁支撑架上并固定在一起使得转子外表面为圆柱结构，同时转子齿与非导磁支撑架的齿相互错开90°；转子布置在定子内，非导磁支撑架套在转轴上；两个转子齿之间布置有两个转子轭用来增加转子的强度并且减小转子齿之间的磁路耦合。但是，开关磁阻电机转子套在非导磁支撑架上，这使得开关磁阻电机在高速运行时转子结构不稳定，甚至无法实现超高速运行。
(2)转子为凸极结构：专利CN205319806U开关磁阻电机介绍了通过将凸极转子部分设置于凸极定子部分的中心，电机调速电路分别控制凸极定子部和凸极转子部使开关磁阻电机高速运转，具体的，凸极转子部包括第一转子端板、第二转子端板、转轴、转子键以及转子铁心，转轴穿过转子铁心的通孔，转子铁心通过转子键和转轴联结，第一转子端板和转轴联结并倾斜地设置于转子铁心的另一侧，第二转子端板和转轴联结并且与第一转子端板相对倾斜地设置于转子铁心地另一侧。该开关磁阻电机可以将电机高速旋转产生的巨大风力利用起来降低电机工作时产生的热量，但是并不能解决电机高速运行时所带来的风磨损耗和转子内部应力变大的问题。
若选择转子为整圆而改变定子结构时，导致开关磁阻电机结构复杂，生产过程较难，并且往往实现不了高速或超高速运行。并且大部分开关磁阻电机转子为凸极结构，当在高速或超高速运行时，转子内部应力变大，使得转子使用寿命缩短，从而影响电机的可靠性。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种可高速运行的开关磁阻电机，满足高速和超高速环境下使用的同时，提高其可靠性，延长使用寿命。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种可高速运行的开关磁阻电机，其包括：位于中心的轴承8和安装在轴承8上的转子3，转子3外部设置定子，定子内壁上具有定子齿1，相邻的两个定子齿1之间形成定子槽2，绕组下在定子槽2中并且缠绕在定子齿1上；所述转子3为圆柱状，转子3分为导磁区域和非导磁区域，导磁区域为凸出磁极结构，非导磁区域4为位于两个凸出磁极之间的两个弧形环，导磁区域和非导磁区域共同形成转子整圆；转子3转动过程中，两个凸出磁极依次与绕组接触。
其中，所述转子3由硅钢片制成，通过渗氮工艺将转子硅钢片处理成导磁区域和非导磁区域4。
其中，所述转子导磁区域的凸出磁极的齿数为2；2个所述转子齿圆周上均匀分布，齿与齿相差180°，且齿宽相等。
其中，所述定子中，定子齿1为6个；6个所述定子齿圆周上均匀布置，齿与齿间隔60°，且齿宽相等；相邻两个定子齿1之间形成的定子槽2有6个。
其中，所述绕组分为A、B、C三相，分别绕在定子齿1上，第一A相绕组5-1和第二A相绕组5-2为A相绕组，第一B相绕组6-1和第二B相绕组6-2为B相绕组，第一C相绕组7-1和第二C相绕组7-2为C相绕组；第一B相绕组6-1、第二B相绕组6-2、第二C相绕组7-2、第一C相绕组7-1、第二A相绕组5-2、第一A相绕组5-1顺时针排布。
其中，每相所述绕组由四个线圈串联而成，同相绕组在空间上相隔90°。
其中，当所述A相绕组通电后会产生磁力线，磁力线在定、转子之间形成闭合回路，对转子齿产生切向磁拉力，驱动转子沿轴线逆时针旋转，直至转子齿与A相定子齿完全对齐，以此类推，B相绕组和C相绕组同理。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的可高速运行的开关磁阻电机，通过渗氮工艺将圆形转子的硅钢片材料变成双相硅钢片，形成了导磁区域和非导磁区域两部分，既保证了转子可高速运行，又实现了开关磁阻电机的功能；由于转子为圆形，从而风磨损耗小、转子内部应力小；电机结构简单，可靠性高。
附图说明
图1是本发明可高速运行的新型开关磁阻电机的总装示意图。
图2是本发明可高速运行的新型开关磁阻电机的定子及绕组分布图。
图3是本发明可高速运行的新型开关磁阻电机的转子结构示意图。
图中：1：定子齿，2：定子槽，3：转子，4：非导磁区域，5-1：第一A相绕组，5-2：第二A相绕组，6-1：第一B相绕组，6-2：第二B相绕组，7-1：第一C相绕组，7-2：第二C相绕组，8：轴承。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1和图3所示，本发明可高速运行的开关磁阻电机包括：位于中心的轴承8和安装在轴承8上的转子3，转子3外部设置定子，定子内壁上具有定子齿1，相邻的两个定子齿1之间形成定子槽2，绕组下在定子槽2中并且缠绕在定子齿1上；所述转子3为圆柱状，转子3分为导磁区域和非导磁区域，导磁区域为凸出磁极结构，非导磁区域4为位于两个凸出磁极之间的两个弧形环，导磁区域和非导磁区域共同形成转子整圆；转子3转动过程中，两个凸出磁极依次与绕组接触。
转子3由硅钢片制成，通过渗氮工艺将转子硅钢片处理成导磁区域和非导磁区域4。转子导磁区域的凸出磁极的齿数为2；2个所述转子齿圆周上均匀分布，齿与齿相差180°，且齿宽相等。
如图2所示，所述定子凸极结构，定子齿1为6个；6个所述定子齿圆周上均匀布置，齿与齿间隔60°，且齿宽相等；相邻两个定子齿1之间形成的定子槽2有6个。
本实施例中，绕组分为A、B、C三相，分别绕在定子齿1上，第一A相绕组5-1和第二A相绕组5-2为A相绕组，第一B相绕组6-1和第二B相绕组6-2为B相绕组，第一C相绕组7-1和第二C相绕组7-2为C相绕组。每相绕组由四个线圈串联而成，同相绕组在空间上相隔90°。
当A相绕组通电后会产生磁力线，磁力线在定、转子之间形成闭合回路，对转子齿产生切向磁拉力，驱动转子沿轴线逆时针旋转，直至转子齿与A相定子齿完全对齐。
相比于传统开关磁阻电机双凸极结构，本申请在传统凸出磁极的转子外围添加圆弧使其形成一个整圆，并且通过渗氮工艺将转子的硅钢片材料变成双相硅钢片，形成了凸出磁极为导磁区域和圆弧为非导磁区域两部分，使得开关磁阻电机可实现高速或超高速运行；本申请的开关磁阻电机在高速时转子外圆的风磨损耗显著减少，提高了电机的工作效率；本申请的开关磁阻电机在高速运行时转子内部应力小，防止了传统凸极式结构的转子高速运行时由于内部应力大而损坏的问题。
现有的开关磁阻电机大多是双凸极结构，这使得转子在高速运行时产生较大的风磨损耗，并且转子内部应力也会相应变大，影响电机的效率和寿命。当然也有极少部分的转子为整圆的设计，但这些技术结构复杂、不易生产，甚至有的技术中的转子是通过支撑架实现转子为整圆，这使得电机在高速运行时结构不稳定。本提案转子采用渗氮工艺处理，将圆形硅钢片处理成双相硅钢片，实现简单，结构更加可靠，电机效率更高。与现有技术相比，本提案的技术优势体现在以下几个方面：
(1)结构简单，生产过程方便。
(2)相比于凸极型转子结构，本申请的开关磁阻电机转子为整圆，内部应力小，产品使用寿命更长。
(3)相比于其他开关磁阻电机，本申请的新型开关磁阻电机可以高速或超高速运行，并且风磨损耗更少，效率更高。
(4)经过渗氮工艺处理后的硅钢片在材料机械强度方面并不会削弱，反而会有所增加。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种可高速运行的开关磁阻电机，其特征在于，包括：位于中心的轴承（8）和安装在轴承（8）上的转子（3），转子（3）外部设置定子，定子内壁上具有定子齿（1），相邻的两个定子齿（1）之间形成定子槽（2），绕组下在定子槽（2）中并且缠绕在定子齿（1）上；所述转子（3）为圆柱状，转子（3）分为导磁区域和非导磁区域，导磁区域为凸出磁极结构，非导磁区域（4）为位于两个凸出磁极之间的两个弧形环，导磁区域和非导磁区域共同形成转子整圆；转子（3）转动过程中，两个凸出磁极依次与绕组接触；
所述转子（3）由硅钢片制成，通过渗氮工艺将转子硅钢片处理成导磁区域和非导磁区域（4）；
所述转子导磁区域的凸出磁极的齿数为2；2个所述转子齿圆周上均匀分布，齿与齿相差180°，且齿宽相等；
所述定子中，定子齿（1）为6个；6个所述定子齿圆周上均匀布置，齿与齿间隔60°，且齿宽相等；相邻两个定子齿（1）之间形成的定子槽（2）有6个；
所述绕组分为A、B、C三相，分别绕在定子齿（1）上，第一A相绕组（5-1）和第二A相绕组（5-2）为A相绕组，第一B相绕组（6-1）和第二B相绕组（6-2）为B相绕组，第一C相绕组（7-1）和第二C相绕组（7-2）为C相绕组；第一B相绕组（6-1）、第二B相绕组（6-2）、第二C相绕组（7-2）、第一C相绕组（7-1）、第二A相绕组（5-2）、第一A相绕组（5-1）顺时针排布。
2.如权利要求1所述的可高速运行的开关磁阻电机，其特征在于，每相所述绕组由四个线圈串联而成，同相绕组在空间上相隔90°。
3.如权利要求2所述的可高速运行的开关磁阻电机，其特征在于，当所述A相绕组通电后会产生磁力线，磁力线在定、转子之间形成闭合回路，对转子齿产生切向磁拉力，驱动转子沿轴线逆时针旋转，直至转子齿与A相定子齿完全对齐，以此类推，B相绕组和C相绕组同理。
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