CN113765245A - 一种开关磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机，包括定子组件、转子组件和PCB信号总成；所述转子组件包括转子铁芯、转轴和磁阻转子，所述转子铁芯和磁阻转子固定于所述转轴上，所述转子铁芯插入定子组件中，所述转子组件可相对所述定子组件转动；所述PCB信号总成固定于所述定子组件上，所述PCB信号总成包括励磁绕组、正弦接收绕组、余弦接收绕组和数据处理单元；PCB信号总成和磁阻转子用于判断转子组件的位置信息。本发明通过将转子铁芯设计为偏心结构，可以有效提升电感的上升的时间，进而有效提高电流作用时间，产生更大的平均转矩；通过设置电感式磁阻转子与PCB信号总成，能很大程度上提高转子位置精度，消除负转矩，从而提高电机效率和寿命。

Description

一种开关磁阻电机
技术领域
本发明属于电动工具技术领域，尤其涉及一种开关磁阻电机。
背景技术
开关磁阻电机在电动工具上的应用逐渐成为热点，如图1所示，开关磁阻电机包括定子组件1、转子组件2和霍尔组件5。目前市场上在用的电动工具用单相开关磁阻电机一般选择定子槽数Ns与转子极数Nr相同的结构，图1为6槽6极的结构，其中霍尔中心对准定子组件1的槽中心；转子组件2由转子铁芯3、转轴4和磁环6组成，其中磁环6为2*Nr极，磁环6上的N极与S极交替分布，且N极中心与转子铁芯3的齿中心对齐。由于磁环6每极间偏差在±1.5°左右，会导致霍尔输出信号存在偏差，会影响线圈导通与关断的时间，电机出现负转矩，影响电机输出能力、效率、齿轮寿命、控制器寿命等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种开关磁阻电机，可提高转子位置精度，消除负转矩，从而提高电机效率和寿命。
为解决述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种开关磁阻电机，包括定子组件、转子组件和PCB信号总成；所述转子组件包括转子铁芯、转轴和磁阻转子，所述转子铁芯和磁阻转子固定于所述转轴上，所述转子铁芯插入定子组件中，所述转子铁芯可相对所述定子组件转动；
所述PCB信号总成固定于所述定子组件上，所述PCB信号总成包括励磁绕组、正弦接收绕组、余弦接收绕组和数据处理单元；
所述励磁绕组用于发射正弦电压信号和余弦电压信号；
所述磁阻转子用于间歇遮挡所述励磁绕组发射的正弦电压信号和余弦电压信号，使正弦电压信号和余弦电压信号发生变化；
所述正弦接收绕组用于接收变化的正弦电压信号，并发送给数据处理单元；
所述余弦接收绕组用于接收变化的余弦电压信号，并发送给数据处理单元；
所述数据处理单元用于根据接收的变化的正弦电压信号和变化的余弦电压信号，计算出转子组件的位置信息。
可选的，所述转子铁芯包括多个凸齿和内圆孔，所述多个凸齿间隔分布，所述转轴套装于所述内圆孔内；每个所述凸齿的顶部为圆弧，所述凸齿的一侧为直线，凸齿的另一侧为斜线，所述凸齿顶部的圆弧的一端与直线相连，凸齿顶部的圆弧的另一端与斜线相连；所述凸齿顶部圆弧的中心线与所述内圆孔的圆心不在同一直线上。
可选的，所述凸齿顶部圆弧的中心线与所述内圆孔的圆心之间的偏心距为e；多个所述凸齿顶部圆弧的中心线均相切于同一个圆上，所述圆以所述内圆孔的圆心为圆心，半径为e。
可选的，所述凸齿的直线与所述凸齿顶部圆弧的中心线平行；所述凸齿的斜线与所述凸齿顶部圆弧的中心线成一个角度。
可选的，两个相邻的所述凸齿之间为凹槽，所述凹槽的底部呈圆弧状。
可选的，所述磁阻转子包括扇形导磁域、扇形空气域和轴套；所述扇形导磁域与扇形空气域交替均匀分布在磁阻转子的圆周上；所述磁阻转子通过轴套固定于所述转轴上。
可选的，所述转子铁芯的极数为Nr，所述磁阻转子的极数为Nr*k，其中，Nr为正偶数，k为正整数；所述转子铁芯的极数Nr与所述定子组件的槽数相等。
可选的，所述扇形导磁域为硅钢片或钢。
可选的，所述正弦接收绕组与所述余弦接收绕组相差90°电角度。
可选的，所述PCB信号总成还包括放大电路和滤波电路；所述放大电路用于将正弦接收绕组接收的变化的正弦电压信号和余弦接收绕组接收的变化的余弦电压信号进行放大；所述滤波电路用于过滤掉励磁绕组发射的正弦电压信号和余弦电压信号中的谐波。
本发明采用的技术方案，具有如下有益效果：
本发明通过将转子铁芯设计为偏心结构，可以有效提升电感的上升的时间，进而有效提高电流作用时间，产生更大的平均转矩；通过设置电感式磁阻转子与PCB信号总成，能很大程度上提高转子位置精度，消除负转矩，从而提高电机效率和寿命。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为现有技术开关磁阻电机结构示意图；
图2本发明开关磁阻电机结构示意图；
图3本发明转子铁芯结构示意图；
图4本发明开关磁阻电机电感-时间曲线；
图5本发明磁阻转子结构示意图；
图6本发明开关磁阻电机转矩-时间曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。例如下述的“上”、“下”、“前”、“后”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明公开一种开关磁阻电机，如图2所示，包括定子组件7、转子组件和PCB信号总成8。
如图2所示，转子组件包括转子铁芯9、转轴10和磁阻转子11，所述转子铁芯9和磁阻转子11固定于所述转轴10上，所述转子铁芯9插入定子组件7中，所述转子组件可相对所述定子组件7转动。所述转子铁芯9的极数Nr与所述定子组件7的槽数相等。
如图3所示，转子铁芯9包括多个凸齿91和内圆孔92，所述多个凸齿91间隔分布，所述转轴10套装于所述内圆孔92内；每个所述凸齿91的顶部为圆弧911，所述凸齿的一侧为直线912，凸齿的另一侧为斜线913，所述凸齿顶部的圆弧911的一端与直线912相连，凸齿顶部的圆弧911的另一端与斜线913相连；所述凸齿顶部圆弧的中心线914与所述内圆孔92的圆心不在同一直线上。两个相邻的所述凸齿91之间为凹槽93，所述凹槽93的底部呈圆弧状。
所述凸齿顶部圆弧911的中心线914与所述内圆孔92的圆心之间的偏心距为e；多个所述凸齿顶部圆弧911的中心线914均相切于同一个圆上，所述圆以所述内圆孔的圆心为圆心，半径为R,R=e。
所述凸齿91的直线912与所述凸齿顶部圆弧的中心线914平行；所述凸齿的斜线913与所述凸齿顶部圆弧的中心线成一个角度θ。
其中，凸齿的斜线913和直线912的位置可以互换，要与开关磁阻电机的转向相匹配，图3中所示的转子铁芯的结构匹配如图示看开关磁阻电机转向为逆时针。
如图4所示，图中横坐标为时间t,纵坐标为电感L，实线12为现有技术开关磁阻电机电感L随时间t上升轨迹，虚线13为本实施例开关磁阻电机电感L随时间t上升轨迹，由图4可见，本实施例转子铁芯采用上述结构，能有效提升电感的上升时间，由于开关磁阻电机只有在电感斜率为正的时候通电流才能产生正转矩，电感上升时间长，能有效提高电流作用时间，产生更大的平均转矩。
如图5所示，所述磁阻转子11包括扇形导磁域111、扇形空气域112和轴套113；所述扇形导磁域111与扇形空气域112交替均匀分布在磁阻转子11的圆周上，每个扇形导磁域111与扇形空气域112所占的角度相等，每个扇形导磁域111与扇形空气域112的横截面积相等；所述磁阻转子11通过轴套113固定于所述转轴10上。
所述转子铁芯9的极数为Nr，所述磁阻转子11的极数为Nr*k，其中，Nr为正偶数，k为正整数。
所述扇形导磁域111为硅钢片或钢。
所述PCB信号总成8固定于所述定子组件7上，所述PCB信号总成8包括励磁绕组、正弦接收绕组、余弦接收绕组、数据处理单元、放大电路和滤波电路。
其中，所述励磁绕组用于发射正弦电压信号和余弦电压信号；
所述磁阻转子11用于间歇遮挡所述励磁绕组发射的正弦电压信号和余弦电压信号，使正弦电压信号和余弦电压信号发生变化；
所述正弦接收绕组用于接收变化的正弦电压信号，并发送给数据处理单元；
所述余弦接收绕组用于接收变化的余弦电压信号，并发送给数据处理单元；
所述数据处理单元用于根据接收的变化的正弦电压信号和变化的余弦电压信号，计算出转子组件的位置信息，转子组件位置可以通过arc(Vsin/Vcos)确定。
所述正弦接收绕组与所述余弦接收绕组相差90°电角度。
所述放大电路用于将正弦接收绕组接收的变化的正弦电压信号和余弦接收绕组接收的变化的余弦电压信号进行放大；所述滤波电路用于过滤掉励磁绕组发射的正弦电压信号和余弦电压信号中的谐波。
如图6所示，图中横轴为时间，纵轴为转矩，采用上述电感式磁阻转子与PCB信号总成，使得本实施例开关磁阻电机的转矩为正转矩，消除了负转矩。同时，采用上述电感式磁阻转子与PCB信号总成，能使每极角度偏差从±1.5°提高到±0.5°以下，能很大程度上提高转子位置精度，从而提高电机效率和寿命。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种开关磁阻电机，其特征在于：包括定子组件、转子组件和PCB信号总成；所述转子组件包括转子铁芯、转轴和磁阻转子，所述转子铁芯和磁阻转子固定于所述转轴上，所述转子铁芯插入定子组件中，所述转子组件可相对所述定子组件转动；
所述PCB信号总成固定于所述定子组件上，所述PCB信号总成包括励磁绕组、正弦接收绕组、余弦接收绕组和数据处理单元；
所述励磁绕组用于发射正弦电压信号和余弦电压信号；
所述磁阻转子用于间歇遮挡所述励磁绕组发射的正弦电压信号和余弦电压信号，使正弦电压信号和余弦电压信号发生变化；
所述正弦接收绕组用于接收变化的正弦电压信号，并发送给数据处理单元；
所述余弦接收绕组用于接收变化的余弦电压信号，并发送给数据处理单元；
所述数据处理单元用于根据接收的变化的正弦电压信号和变化的余弦电压信号，计算出转子组件的位置信息。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述转子铁芯包括多个凸齿和内圆孔，所述多个凸齿间隔分布，所述转轴套装于所述内圆孔内；每个所述凸齿的顶部为圆弧，所述凸齿的一侧为直线，凸齿的另一侧为斜线，所述凸齿顶部的圆弧的一端与直线相连，凸齿顶部的圆弧的另一端与斜线相连；所述凸齿顶部圆弧的中心线与所述内圆孔的圆心不在同一直线上。
3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述凸齿顶部圆弧的中心线与所述内圆孔的圆心之间的偏心距为e；多个所述凸齿顶部圆弧的中心线均相切于同一个圆上，所述圆以所述内圆孔的圆心为圆心，半径为e。
4.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述凸齿的直线与所述凸齿顶部圆弧的中心线平行；所述凸齿的斜线与所述凸齿顶部圆弧的中心线成一个角度。
5.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于：两个相邻的所述凸齿之间为凹槽，所述凹槽的底部呈圆弧状。
6.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述磁阻转子包括扇形导磁域、扇形空气域和轴套；所述扇形导磁域与扇形空气域交替均匀分布在磁阻转子的圆周上；所述磁阻转子通过轴套固定于所述转轴上。
7.根据权利要求6所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述转子铁芯的极数为Nr，所述磁阻转子的极数为Nr*k，其中，Nr为正偶数，k为正整数；所述转子铁芯的极数Nr与所述定子组件的槽数相等。
8.根据权利要求6所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述扇形导磁域为硅钢片或钢。
9.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述正弦接收绕组与所述余弦接收绕组相差90°电角度。
10.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于：所述PCB信号总成还包括放大电路和滤波电路；所述放大电路用于将正弦接收绕组接收的变化的正弦电压信号和余弦接收绕组接收的变化的余弦电压信号进行放大；所述滤波电路用于过滤掉励磁绕组发射的正弦电压信号和余弦电压信号中的谐波。
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