CN115189488A - 磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机 - Google Patents

磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机 Download PDF

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Abstract

一种磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，包括定子单元和转子单元，所述定子单元包括定子套和以可拆卸的方式安装于定子套上的定子模块；所述转子单元包括转子套和以可拆卸的方式安装于转子套上的分段转子；所述转子单元以可转动的方式设置于定子单元的内部。本发明公开的技术方案中磁阻电机的定子和转子采用分段式结构，拆卸方便，利于定子绕组线圈的布置，单个定子模块作为一相可独立控制，通过改变绕组电流的大小以及换相时刻来满足不同工况的需求，实现换向时刻转矩波动的抑制，提升电机的平均转矩，进而解决了开关磁阻电机转矩脉动大的问题，降低了开关磁阻电机的振动和噪声。

Description

磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机
技术领域
本发明属于旋转磁阻电机技术领域，涉及一种磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机。
背景技术
开关磁阻电机因其结构简单、调速范围宽等优点得到家用电器、航空航天等领域的广泛关注。传统电机多采用整体式结构，定、转子一体冲压成形，由此造成材料的利用率较低；同时，由于其双凸极结构导致开关磁阻电机周向磁通密度分布不均匀，进而产生转矩脉动和径向电磁力并引起开关磁阻电机振动噪声。
为解决以上问题，本发明公开了一种磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，本发明磁阻电机具有分段式结构的定子和转子，提高了制造材料的利用率，通过改变定子和转子的数量、布置方法和改变定子绕组的通电方式，解决了开关磁阻电机转矩脉动大的问题，进而降低了开关磁阻电机的振动和噪声。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，包括定子单元和转子单元，所述定子单元包括定子套和以可拆卸的方式安装于定子套上的定子模块；所述转子单元包括转子套和以可拆卸的方式安装于转子套上的分段转子；所述转子单元以可转动的方式设置于定子单元的内部。
进一步，所述定子模块包括分段定子、绕组线圈和永磁体，所述分段定子具有竖直设置的定子凸极Ⅰ和定子凸极Ⅱ，所述绕组线圈通过缠绕的方式设置于定子凸极Ⅰ和定子凸极Ⅱ之间的位置处形成定子轭部，所述永磁体安装于定子轭部的内部。
进一步，所述分段转子上具有转子齿轭，转子齿轭沿自身长度方向具有两个端部，所述两个端部沿竖直方向向上延伸分别对应的形成转子凸极Ⅰ和转子凸极Ⅱ，所述绕组线圈施加电流激励使定子凸极组成一相并产生磁通，产生的磁通沿定子凸极、电机气隙、转子凸极和转子齿轭闭合形成横向短磁通回路。
进一步，所述定子套为径向封闭的环状结构，定子套上设置有定子安装槽，所述分段定子上设置有定子安装部，所述定子安装部以可拆卸的方式安装于定子安装槽；所述转子套为径向封闭的环状结构，转子套上设置有转子安装槽，所述分段转子上设置有转子安装部，所述转子安装部以可拆卸的方式安装于转子安装槽；分段定子与分段转子之间的间隙为电机气隙。
进一步，所述转子单元还包括转轴和限位环；所述转子套固定安装于转轴，所述限位环至少有两个，两个所述限位环固定安装于转子套并分别对应的设置于转子套轴线方向的两侧端面。
进一步，还包括前端盖和后端盖，所述前端盖沿定子套的轴线方向安装于定子套的前侧，所述后端盖沿定子套的轴线方向安装于定子套的后侧，所述前端盖和后端盖对定子套形成夹持以限位分段定子，所述前端盖和后端盖与定子套相适型。
进一步，所述转子单元以可绕转轴轴线转动的方式安装于前端盖与后端盖之间位置处。
进一步，所述定子模块有若干个，若干个所述定子模块沿定子套的周向均布于定子套上并位于定子套的内部。
进一步，所述分段转子有若干个，若干个所述分段转子沿转子套的周向均布转子套。
进一步，所述定子套的轴线和转子套的轴线为同一轴线。
本发明的有益效果：
本发明磁阻电机的定子和转子采用分段式结构，拆卸方便，利于定子绕组线圈的布置，单个定子模块作为一相可独立控制，通过改变绕组电流的大小以及换相时刻来满足不同工况的需求，实现换向时刻转矩波动的抑制，提升电机的平均转矩，进而解决了开关磁阻电机转矩脉动大的问题，降低了开关磁阻电机的振动和噪声。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明定子套的结构示意图；
图3为本发明转子套的结构示意图；
图4为本发明定子模块的结构示意图；
图5为本发明分段转子的结构示意图；
图6为本发明定子模块剖面图；
图7为本发明磁通示意图；
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明定子套的结构示意图；图3为本发明转子套的结构示意图；图4为本发明定子模块的结构示意图；图5为本发明分段转子的结构示意图；图6为本发明定子模块剖面图；图7为本发明磁通示意图；。
需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是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或元件必须具有特定的方位、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。
如图所示，一种磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，包括定子单元和转子单元，所述定子单元包括定子套6和以可拆卸的方式安装于定子套上的定子模块；所述转子单元包括转子套10和以可拆卸的方式安装于转子套上的分段转子7；所述转子单元以可转动的方式设置于定子单元的内部。本实施例中定子单元和转子单元同轴设置，即所述定子套的轴线和转子套的轴线为同一轴线。
本实施例中，所述定子模块包括分段定子9、绕组线圈5和永磁体12，所述分段定子具有竖直设置的定子凸极Ⅰ和定子凸极Ⅱ，所述绕组线圈通过缠绕的方式设置于定子凸极Ⅰ和定子凸极Ⅱ之间的位置处形成定子轭部，所述永磁体12安装于定子轭部的内部。本实施例中绕组线圈为直流激励绕组线圈，绕组采用叠绕组镶线方式设置于定子轭部。
如图5所示，本实施例中，所述分段转子7上具有转子齿轭，转子齿轭沿自身长度方向具有两个端部，所述两个端部沿竖直方向向上延伸分别对应的形成转子凸极Ⅰ和转子凸极Ⅱ，所述绕组线圈施加电流激励使定子凸极组成一相并产生磁通，产生的磁通沿电机气隙、转子凸极、转子齿轭闭合形成横向短磁通回路。磁通的传递闭合回路为：定子凸极Ⅰ→电机气隙→转子凸极Ⅰ→转子齿轭→转子凸极Ⅱ→电机气隙→定子凸极Ⅱ。
本实施例中，所述定子套为径向封闭的环状结构，定子套上设置有定子安装槽，所述分段定子上设置有定子安装部，所述定子安装部以可拆卸的方式安装于定子安装槽；如图4所示，所述分段定子轴向剖切面呈“H”型结构，定子安装部为设置于分段定子肩部的限位块，定子安装槽为设置于定子套上的“T”型槽，分段定子与定子套采用榫卯连接的方式实现可拆卸的连接装配。所述转子套为径向封闭的环状结构，转子套上设置有转子安装槽，所述分段转子上设置有转子安装部，所述转子安装部以可拆卸的方式安装于转子安装槽；所述分段转子的轴向剖切面呈“U”型结构，转子安装部设置于分段转子肩部，转子安装槽为设置于转子套上并与转子安装部相适形的槽，分段转子与转子套采用榫卯连接的方式实现可拆卸的连接装配。分段定子与分段转子之间的间隙为电机气隙，电机气隙的距离为原则上不大于1mm，本实施例则设计为1mm，即定子单元与转子单元之间的径向绝对间隙为1mm。
本实施例中，所述转子单元还包括转轴4和限位环11；所述转子套10通过过盈配合的方式固定安装于转轴4，为保证转子单元转动平稳，转子套10和转轴4同轴设置。所述限位环11有两个，两个所述限位环通过螺栓连接的方式可拆卸的安装于转轴并分别位于转子套轴线方向的两侧。由于分段转子和转子套是通过榫卯连接，为保证电机工作时分段转子相对转子套的位置不变，故设计两个限位环对转子套以及安装于转子套上分段转子形成夹持限位。
本实施例中，还包括前端盖1和后端盖8，所述前端盖沿定子套的轴线方向安装于定子套的前侧，所述后端盖沿定子套的轴线方向安装于定子套的后侧，所述前端盖和后端盖对定子套形成夹持以限位分段定子，所述前端盖和后端盖与定子套相适型。与此同时，前端盖1、后端盖8和定子套6构成了电机的外壳。
本实施例中，所述转子单元以可绕转轴轴线转动的方式安装于前端盖与后端盖之间位置处。本实施例中，前端盖与后端盖均为圆形，在前端盖的圆心位置处设置有转轴前安装位，在后端盖的圆心位置处设置有转轴后安装位，所述转轴的两个端部分别对应的卡插于转轴前安装位和转轴后安装位。在转轴前安装位和转轴后安装位内均设置有含油轴承2对转轴进行承托以保证转子单元的正常转动。为保证转子单元可以稳定转动，安装时要保证转轴的轴线与转子套的轴线为同一条轴线。
本实施例中，所述定子模块有八个，八个所述定子模块沿定子套的周向均布于定子套上并位于定子套的内部。
本实施例中，所述分段转子有六个，六个所述分段转子沿转子套的周向均布于转子套。
本实施例中定子套与转子套均采用非导磁热处理强化铝合金材质，分段定子和分段转子均采用DW470硅钢片冲压夹紧而成。
本发明公开的技术方案中，开关磁阻电机定子和转子采用分段式结构，拆卸方便，且有利于定子绕组线圈的布置；该开关磁阻电机采用短磁路励磁模式，给单个分段定子模块的绕组线圈施加电流激励，根据磁阻最小原理，所产生的磁通沿电机气隙、转子凸极、转子齿轭闭合形成横向短磁通回路，产生电机所需的转矩；单个分段定子模块轭部内嵌有永磁体12，提升电机磁通密度，进一步提升电机转矩性能。该开关磁阻电机单个定子模块作为一相，两对极定子模块可独立控制，可通过改变绕组电流的大小以及换相时刻来满足所要求的性能，实现换向时刻转矩波动的抑制，提升电机的平均转矩；进一步，任一对极独立导通可最大程度抑制故障时电机性能的恶化。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：包括定子单元和转子单元，所述转子单元以可转动的方式设置于定子单元的内部，所述定子单元包括定子套和以可拆卸的方式安装于定子套上的定子模块；所述转子单元包括转子套和以可拆卸的方式安装于转子套上的分段转子。
2.根据权利要求1所述的磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：所述定子模块包括分段定子、绕组线圈和永磁体，所述分段定子具有竖直设置的定子凸极Ⅰ和定子凸极Ⅱ，所述绕组线圈通过缠绕的方式设置于定子凸极Ⅰ和定子凸极Ⅱ之间的位置处形成定子轭部，所述永磁体安装于定子轭部的内部。
3.根据权利要求2所述的磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：所述分段转子上具有转子齿轭，转子齿轭沿自身长度方向具有两个端部，所述两个端部沿竖直方向向上延伸分别对应的形成转子凸极Ⅰ和转子凸极Ⅱ，所述绕组线圈施加电流激励使定子凸极组成一相并产生磁通，产生的磁通沿定子凸极、电机气隙、转子凸极和转子齿轭闭合形成横向短磁通回路。
4.根据权利要求3所述的磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：所述定子套为径向封闭的环状结构，定子套上设置有定子安装槽，所述分段定子上设置有定子安装部，所述定子安装部以可拆卸的方式安装于定子安装槽；所述转子套为径向封闭的环状结构，转子套上设置有转子安装槽，所述分段转子上设置有转子安装部，所述转子安装部以可拆卸的方式安装于转子安装槽，分段定子与分段转子之间的间隙为电机气隙。
5.根据权利要求4所述的磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：所述转子单元还包括转轴和限位环；所述转子套固定安装于转轴，所述限位环至少有两个，两个所述限位环固定安装于转子套并分别对应的设置于转子套轴线方向的两侧端面。
6.根据权利要求5所述的磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：还包括前端盖和后端盖，所述前端盖沿定子套的轴线方向安装于定子套的前侧，所述后端盖沿定子套的轴线方向安装于定子套的后侧，所述前端盖和后端盖对定子套形成夹持以限位分段定子，所述前端盖和后端盖与定子套相适型。
7.根据权利要求6所述的磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：所述转子单元以可绕转轴轴线转动的方式安装于前端盖与后端盖之间位置处。
8.根据权利要求7所述的磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：所述定子模块有若干个，若干个所述定子模块沿定子套的周向均布于定子套上并位于定子套的内部。
9.根据权利要求8所述的磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：所述分段转子有若干个，若干个所述分段转子沿转子套的周向均布于转子套。
10.根据权利要求9所述的磁通横向型分段式混合励磁开关磁阻电机，其特征在于：所述定子套的轴线和转子套的轴线为同一轴线。
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