CN113078793B - 一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其包括定子和转子；所述的转子转动设置在定子内；所述的转子包括转子内层和转子外层；所述的转子外层沿转子内层圆周方向固定设置；所述的转子内层包括内层内圈、第一导向齿槽和固定基座安装槽；所述的转子外层包括外层外圈、第二导向齿槽、弹性连杆、导磁阻尼片安装槽和固定基座。该气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，通过定转子结构实现气隙自适应调整，降低开关磁阻电机输出转矩脉动，增大电机输出转矩，减少振动与噪声，提高开关磁阻电机效率，便于广泛推广和使用。

Description

一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机的技术领域，尤其是一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构。
背景技术
随着社会的不断发展，开关磁阻电机在各行各业中得到了广泛的运用。开关磁阻电机，是一种新型调速电机，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，系统可靠性高。完整系统主要有电机实体、功率变换器、控制器与位置检测器等部分组成。控制器内包含功率变换器和控制电路，而转子位置检测器则安装在电机的一端。目前市场上使用的开关磁阻电机存在较大的振动及噪声问题，以及转矩脉动问题，究其原因在于开关磁阻电机是由双凸极结构组成，其电磁力径向分量较大，受到非线性和磁路饱和的影响，各个凸极上的脉冲转矩叠加在转子上，现有的开关磁阻电机的定子和转子之间的气隙是固定不变的，在形成非恒定的合成输出转矩，存在一定的谐波分量和脉动，造成开关磁阻电机的低速运行性能下降，产生剧烈的噪声和振动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决上述背景技术中存在的问题，提供一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，通过定转子结构实现气隙自适应调整，减小开关磁阻电机振动与噪声，同时增大电机输出转矩，提高开关磁阻电机效率，便于广泛推广和使用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，包括定子和转子；所述的转子转动设置在定子内；所述的转子包括转子内层和转子外层；所述的转子外层沿转子内层圆周方向固定设置；所述的转子内层包括内层内圈、第一导向齿槽和固定基座安装槽；所述的内层内圈呈圆环形结构，所述的第一导向齿槽和固定基座安装槽沿内层内圈圆周方向固定设置，所述的第一导向齿槽固定设置在固定基座安装槽上端面上；所述的转子外层包括外层外圈、第二导向齿槽、弹性连杆、导磁阻尼片安装槽和固定基座；所述的第二导向齿槽固定开设在外层外圈下端面上，所述的弹性连杆呈Z形结构，所述的弹性连杆固定设置在第二导向齿槽之间；所述的导磁阻尼片安装槽分别设置在弹性连杆上部夹角处与下部夹角处；所述的导磁阻尼片安装槽内设置导磁阻尼片；所述的固定基座固定设置在弹性连杆下端面上。
进一步地说明，上述技术方案中，所述的定子包括定子外圈和定子凸极；所述的定子外圈呈圆环形结构，所述的定子凸极沿定子外圈内壁圆周方向固定设置；定子外圈与定子凸极为一体结构，这样的设计是为了提高其整体的强度。
进一步地说明，上述技术方案中，所述的转子内层中的第一导向齿槽与转子外层中的第二导向齿槽相互插接实现固定连接；这样的设计可以实现其转子内层与转子外层的自由装卸，方便人们的检修。
进一步地说明，上述技术方案中，所述的转子外层中的固定基座嵌入设置在转子内层中的固定基座安装槽实现插接固定；一方面提高其组装的稳定性，另一方面便于后续的自由装卸。
进一步地说明，上述技术方案中，所述的导磁阻尼片截面呈三角形结构；可以通过导磁阻尼片在旋转过程中的拉伸变形，来使得磁阻、扭矩以及气隙的调整。
进一步地说明，上述技术方案中，所述的转子还包括转子凸极，所述的第一导向齿槽和固定基座安装槽固定设置在转子凸极上；这样的设计是为了实现转子内层的固定安装。
进一步地说明，上述技术方案中，所述的转子外层固定插设在转子内层上；这样的设计便于后续的自由装卸。
进一步地说明，上述技术方案中，所述的定子凸极为偶数个中的一种；这样的设计可以便于使用人员根据不同的工况需求进行自由选择配对使用。
进一步地说明，上述技术方案中，所述的转子凸极为偶数个中的一种；这样的设计可以便于使用人员根据不同的工况需求进行自由选择配对使用。
本发明的有益效果是：本发明提出的一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，通过定转子结构实现气隙自适应调整，减小开关磁阻电机振动与噪声，同时增大电机输出转矩，提高开关磁阻电机效率，便于广泛推广和使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中定子的结构示意图；
图3是本发明中转子外层的结构示意图；
图4是本发明中导磁阻尼片在本申请中位置的结构示意图；
图5是本发明中转子内层的结构示意图；
图6是本发明中定子与转子运行状态的结构示意图；
图7是本发明中的定子与转子气隙变化示意图；
图8是本发明中转子内层与转子外层的装配示意图。
附图中的标号为：1、定子，2、转子，3、转子内层，4、转子外层，5、内层内圈，6、第一导向齿槽，7、固定基座安装槽，8、外层外圈，9、第二导向齿槽，10、弹性连杆，11、导磁阻尼片安装槽，12、固定基座，13、导磁阻尼片，14、定子外圈，15、定子凸极，16、转子凸极，16-1、第一凸极，16-2、第二凸极，16-3、第三凸极，16-4、第四凸极。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本申请的气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，包括定子1、转子2、转子外层4、导磁阻尼片13和转子内层3；定子1选取了6个定子凸极15，转子2选取了4个转子凸极16，在实际应用中可根据需要选取不同凸极数组合；比如定子凸极15选取8个，转子凸极17选用对应的6个；定子凸极15选取12个，转子凸极17选用对应的8个。
如图2所示，定子1包括定子外圈14和定子凸极15，定子凸极15呈360度均匀分布于定子外圈14之内。
如图3所示，转子外层4包括转子外层外圈8、第二导向齿槽9、弹性连杆10、导磁阻尼片安放槽11和固定基座12，第二导向齿槽9分布于转子外层外圈8内侧，弹性连杆10连接转子外层外圈8和固定基座12，导磁阻尼片安放槽11位于转子外层外圈8和转子外层弹性连杆10之间，或者转子外层弹性连杆10和固定基座12之间，本实例案例中，单个转子外层4中设有3个外层弹性连杆10，每个外层弹性连杆10有2个导磁阻尼片安放槽11，在实际应用中可根据转子凸极16尺寸设计外层弹性连杆10个数，选取1个或1个以上。
如图4所示，导磁阻尼片13由弹性导磁材料构成如有机硅导磁胶，导磁阻尼片13相对安装在每个导磁阻尼片安放槽11中。
如图5所示，转子内层3包括转子内层内圈5、第一导向齿槽6和转子内层固定基座安装槽7，第一导向齿槽6均匀分布于转子内层3的外圈上，转子内层固定基座安装槽7设计在转子内层内圈5与第一导向齿槽6之间；转子外层4的固定基座12安装于转子内层固定基座安装槽7之中。
如图6所示，转子中第一凸极16-1与第三凸极16-3构成A相，转子中第二凸极16-2与第四凸极16-4构成B相，以竖直向上的箭头方向为极坐标零度方向，假设转子沿顺时针方向旋转；旋转的箭头表示转动方向；如图7所示，横坐标为角度，纵坐标为气隙，实线描述了不同转子在不同角度时A相对应的气隙变化曲线，虚线描述了不同转子在不同角度时B相对应的气隙变化曲线。
见图1～7所示的是一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，包括定子1和转子2；转子2转动设置在定子1内；转子2包括转子内层3和转子外层4；转子外层4沿转子内层3圆周方向固定设置；转子内层3包括内层内圈5、第一导向齿槽6和固定基座安装槽7；内层内圈5呈圆环形结构，第一导向齿槽6和固定基座安装槽7沿内层内圈5圆周方向固定设置，第一导向齿槽6固定设置在固定基座安装槽7上端面上；转子外层4包括外层外圈8、第二导向齿槽9、弹性连杆10、导磁阻尼片安装槽11和固定基座12；第二导向齿槽11固定开设在外层外圈8下端面上，弹性连杆10呈Z形结构，弹性连杆10固定设置在第二导向齿槽9之间；导磁阻尼片安装槽11分别设置在弹性连杆10上部夹角处与下部夹角处；导磁阻尼片安装槽11内设置导磁阻尼片13；固定基座12固定设置在弹性连杆10下端面上。
其中，定子1包括定子外圈14和定子凸极15；定子外圈14呈圆环形结构，定子凸极15沿定子外圈14内壁圆周方向固定设置。转子内层3中的第一导向齿槽6与转子外层4中的第二导向齿槽11相互插接实现固定连接。转子外层4中的固定基座12嵌入设置在转子内层3中的固定基座安装槽7实现插接固定。导磁阻尼片13截面呈三角形结构。转子2还包括转子凸极16，第一导向齿槽6和固定基座安装槽7固定设置在转子凸极16上。转子外层4固定插设在转子内层3上。定子凸极15为偶数个中的一种。转子凸极16为偶数个中的一种。
该气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构的操作原理如下：
本申请中电机转子2采用硅钢片材料；分为转子内层3和转子外层4，转子内层3为固定层，在转子内层3的外圈上设计有不规则的第一导向齿槽6，转子内层3的内圈上设计有卡口；转子外层4为可移动层，在转子外层4中设计有弹性连杆10，转子外层4的弹性连杆10的内圈末端设有固定基座12，另一端设计有不规则的第二导向齿槽11，在弹性连杆10的中间放置弹性导磁阻尼片13；转子外层4固定基座与转子内层2卡口装配固定。初始状态时，转子外层4的弹性连杆10未发生形变，导磁阻尼片13不受力，处于松弛状态，转子外层4与转子内层3径向距离最小，转子外层4与定子凸极15径向距离最大处，气隙处于最大状态。当转子外层4转动到接近定子凸极15时，受到定子凸极15磁场力吸引作用，转子外层4弹性连杆10沿着力的方向产生弹性变形，导磁阻尼片13弹性连杆10牵引下产生变形，储存弹性势能；转子外层4的外圈沿着第二导向齿槽11产生径向向外移动，转子外层4与定子凸极15之间气隙逐渐减小；当转子外层4与定子凸极15正对时，径向位移达到最大值，此时，气隙最小；在开关磁阻电机相绕组断电瞬间，定转子凸极间电磁吸引力会产生突变，对于气隙不变的开关磁阻电机,电磁力突变激发定、转子振动，对于本申请的变气隙开关磁阻电机，由于弹性连杆10的存在，电磁力突变主要激发转子外层4振动，并且该振动在弹性连杆10阻尼作用下快速消耗，实现了对定子1振动及其辐射噪声的有效抑制。当转子外层4转动远离定子凸极15时，定子凸极15磁场力吸引作用减弱，转子外层4上弹性连杆10和导磁阻尼片13的弹性恢复力大于磁场吸引力，转子外层4外圈将沿着第二导向齿槽11产生径向向内移动，转子外层4与定子凸极15之间气隙增大，逐渐恢复到初始状态。
本申请相对传统开关磁阻电机具有如下有益效果：本申请的可移动转子结构，可以自适应的改变定子与转子之间的气隙，从而增加电机的输出转矩，提高电机功率因数；由于转子外层4和定子凸极15之间的气隙随着二者的相对角度的改变而改变，当转子外层4接近定子凸极15时，电磁力增大，在电磁力作用下，转子外层4弹性连杆10产生变形，转子外层4向外移动，气隙逐渐变小，磁阻也逐渐变小，正向输出扭矩增大；当二者的相对角度为零时，气隙最小，正向输出扭矩最大；转子继续旋转，二者相对角度反向时，输出扭矩反向，电磁力减小，导磁阻尼片13和弹性连杆10的弹性力大于电磁力，转子外层4向内移动，气隙逐渐增大，磁阻也加速变大，反向输出扭矩快速减小；转子2继续旋转，接近下一个定子凸极15，重复上述过程，如此交替变化形成磁场过渡渐变，使得磁场波形的正弦性变好，可有效的降低转矩的矩形波特性，与固定气隙的定转子结构电机相比，可减少电机输出转矩脉动，降低噪声与振动。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其特征在于：包括定子和转子；所述的转子转动设置在定子内；所述的转子包括转子内层和转子外层；所述的转子外层沿转子内层圆周方向固定设置；所述的转子内层包括内层内圈、第一导向齿槽和固定基座安装槽；所述的内层内圈呈圆环形结构，所述的第一导向齿槽和固定基座安装槽沿内层内圈圆周方向固定设置，所述的第一导向齿槽固定设置在固定基座安装槽上端面上；所述的转子外层包括外层外圈、第二导向齿槽、弹性连杆、导磁阻尼片安装槽和固定基座；所述的第二导向齿槽固定开设在外层外圈下端面上，所述的弹性连杆呈Z形结构，所述的弹性连杆固定设置在第二导向齿槽之间；所述的导磁阻尼片安装槽分别设置在弹性连杆上部夹角处与下部夹角处；所述的导磁阻尼片安装槽内设置导磁阻尼片；所述的固定基座固定设置在弹性连杆下端面上。
2.根据权利要求1所述的一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其特征在于：所述的定子包括定子外圈和定子凸极；所述的定子外圈呈圆环形结构，所述的定子凸极沿定子外圈内壁圆周方向固定设置。
3.根据权利要求1所述的一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其特征在于：所述的转子内层中的第一导向齿槽与转子外层中的第二导向齿槽相互插接实现固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其特征在于：所述的转子外层中的固定基座嵌入设置在转子内层中的固定基座安装槽实现插接固定。
5.根据权利要求1所述的一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其特征在于：所述的导磁阻尼片截面呈三角形结构。
6.根据权利要求2所述的一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其特征在于：所述的转子还包括转子凸极，所述的第一导向齿槽和固定基座安装槽固定设置在转子凸极上。
7.根据权利要求1所述的一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其特征在于：所述的转子外层固定插设在转子内层上。
8.根据权利要求6所述的一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其特征在于：所述的定子凸极为偶数个中的一种。
9.根据权利要求8所述的一种气隙自适应的开关磁阻电机定转子结构，其特征在于：所述的转子凸极为偶数个中的一种。
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