CN1229300A - 带有各种空气隙的电动机 - Google Patents

Abstract

公开一种具有各种空气隙的电动机,通过扩大电动机的定子和转子的对置面积,即便绕组的数目较少,也可以产生相对较大的力矩,而不用增加电动机的体积或者增加绕组的数目。并减少电动机的噪音和振动。该电动机包括设于定子齿对置面和转子齿对置面之间的空气隙,该空气隙具有除枢轴径向以外的至少一个方向。

Description

带有各种空气隙的电动机

本发明涉及换向磁阻电动机，它通过定子齿和转子齿之间形成的空气隙中产生的磁阻转矩转动转子，更具体地说是涉及一种带有各种空气隙的电动机，由于在不同方向如，枢轴的径向、枢轴方向或者其它方向形成了空气隙，即便仅有少量的绕组它也能够产生较大的转矩，并可减少电动机的噪音和振动。

一般来说，按照定子和转子的安装方式，电动机可大致分为两种，一种是对置的圆周型，在其枢轴的径向形成空气隙；另一种是对置的平面型，在其枢轴方向形成空气隙，但无论在径向或者枢轴方向，所形成的这些空气隙一般都是均匀的。

如图1所示，常用的对置圆周型换向磁阻电动机中，在定子1和转子2的对置面上，分别设有多个齿3、4，仅在径向的定子1的齿3和转子2的齿4之间形成空气隙5。

另外，绕组6a、6a’、6b、6b’、6c、6c’缠绕在定子1齿3的外圆周部分，而转子2的外圆周部分却没有缠绕绕组。在此，转子没有永久的磁性，但是安装有软磁性的各向异性材料制作的磁芯，这种材料可在磁场中磁化。因此，一旦缠绕在定子1外圆周部分的某个绕组接通电源，借助于在枢轴径向形成的空气隙5的磁阻转矩转动转子1。

具体地说，在这种换向磁阻电动机中，磁路的磁阻按照转子2的位置周期性地变化。也就是说，当顺序磁化缠绕转子2齿4的绕组6a、6a’、6b、6b’、6c、6c’时，由磁化绕组缠绕的定子1的齿3，按照每一绕组中电流(导线方向)的方向，分别具有一具体的磁极(N极或者S极)，而具有各自具体磁极的定子1的齿3使附近的转子2的齿4磁化，并推动该转子2的齿4，使转子2按步转动。

作为一种实例，图1表示了一种A相绕组6a、6a’和C相绕组6c、6c’同时被磁化的工作状态。在此状态下，仅磁化A相绕组6a、6a’时，转子2以预定角度反时针转动。然后，转子2通过顺序磁化A相绕组6a、6a’和B相绕组6b、6b’、B相绕组6b、6b’、再磁化B相绕组6b、6b’和C相绕组6c、6c’、然后再是C相绕组6c、6c’，从而连续转动转子2。

在此，为了增加转动力矩，需要增加绕组的数目，或者增加定子1和转子2的齿3、4之间的空气隙面积，从而提高磁通量的密度或者磁力。

但是，在现有换向磁阻电动机中，通过增加空气隙的面积提高转矩，定子的直径和转子的磁芯制作的尺寸就会很大，从而会增加整个电动机的尺寸。

另外，如图所示，由于定子齿和转子齿之间的空气隙是沿枢轴的径向形成的，因此只能在枢轴的径向产生磁阻力矩。从而，当两齿直接相互对置时，枢轴就会借助于工作在枢轴径向的磁阻力矩沿径向被推动，引起严重的噪音和振动。

于是，本发明的目的在于提供一种能克服现有技术中存在的问题和缺陷的具有各种空气隙的电动机。

本发明的一个目的就是提供一种具有各种空气隙的电动机，它即便在绕组数目较少的情况下，通过扩大具有同样尺寸的电动机的定子和转子的对置面，进而产生相对较大的转矩，而不用增加电动机的尺寸或者增加绕组的数目。

本发明的另一个目的就是提供一种具有各种空气隙的电动机，通过周期地在定子和转子之问分布磁力，进而减少电动机的噪音和振动，该转子在一个方向上工作，比如：相对于其它方向的枢轴方向或者枢轴的径向。

本发明还有另一目的，就是提供一种便于组装定子和转子的具有各种空气隙的电动机。

为达到按照本发明目的所提出的上述的和其它的效果，如具体地和概括地所述，提出一种具有各种空气隙的电动机，包括一带有多个齿的定子，以及一带有多个与所述的定子齿对置的齿的转子，定子通过作用于定子齿和转子齿之间的磁力驱动转子转动，该转子在其轴心设有一枢轴；一具有各种空气隙的电动机，以及设于定子齿对置面和转子齿对置面之间的空气隙，该空气隙至少具有除枢轴径向以外的一种方向。

所包括的附图有助于对本发明的进一步理解，并被编入说明书中，作为本说明书的一部分，解释本发明的实施例，并与说明书一起用于描述本发明的实质。附图中：

图1表示现有换向磁阻电动机的平面图；

图2是图1中沿II-II线的截面图；

图3A表示按照本发明一第一实施例具有各种空气隙的电动机的透视图；

图3B表示按照本发明第一实施例具有各种空气隙的电动机的分解透视图；

图3C表示图3B中“IIIc”部分的一放大图；

图3D表示图3B中“IIId”部分的一放大图；

图4表示图3A中沿IV-IV线的截面图；

图5表示图4中“V”部分的一截面放大图；

图6表示按照本发明和现有技术中具有各种空气隙电动机所产生的感应系数的比较曲线，其中曲线1代表本发明，曲线2代表现有技术；

图7表示按照本发明第二实施例中具有各种空气隙的电动机的部分截面图；

图8表示按照本发明第三实施例中具有各种空气隙电动机的部分截面图；

图9表示按照本发明第四实施例中具有各种空气隙电动机的部分截面图；

图10A是按照本发明第五实施例所述定子的截面图；

图10B表示按照本发明的第五实施例所述二等分磁芯的透视图。

下面详细描述本发明的具体实施例，其实例表示在附图中。

图3A至3D表示按照本发明第一实施例所述的换向磁阻电动机。如图中所示，在定子10和转子20的对置面分别形成多个齿11、21。这类换向磁阻电动机是对置圆周型，其中空气隙30沿径向和枢轴方向设在定子10和转子20的齿11、21之间。

在对置的齿11、21中，又分别重复形成凸出部12、22和凹入部13、23，凸出部12、22分别面向相应的凹入部13、23。具体地说，齿11、21的凸出部12、22分别在其侧部，彼此互不接触，但是相互叠置。因此，如图4所示，定子10的齿11的凸出部12容纳转子20的齿21的凹入部23，同时转子20的齿21的凸出部22容纳定子10的齿11的凹入部13。

于是，在凸出部12、22和与其对应的凹入部13、23之间，在枢轴方向和枢轴径向就形成了连续的空气隙30。因此，与现有技术中只能在枢轴的径向形成空气隙相比较，针对同样厚度的磁芯，按照本发明所述，在枢轴方向和枢轴径向形成的连续的空气隙30，在对置齿11、21的相对面上，具有相对较大的可磁化的面积。

同时，应指出在定子10的齿11的外圆周面上缠绕有绕组，但转子20上没有提供绕组。

按照本发明，在所提供的这种具有各种空气隙的电动机中，一旦一具体的缠绕定子10的绕组接通电源，就会通过作用于空气隙30的磁阻力矩产生转动力矩，进而转动转子20。

更具体地，当磁化环绕具有在枢轴的径向和枢轴方向形成的空气隙30的换向磁阻电动机的定子10的齿11上的绕组时，如上所述，磁阻力矩作用在各种方向上，比如：齿11、21之间的、特别是定子10的齿11的凸出部12和转子20的齿21的凹入部23之间、以及定子10的齿11的凹入部13和转子21的齿21的凸出部22之间的径向Fr，枢轴方向Fa以及其它方向Fv。换句话说，按照本发明的第一实施例，力矩按照产生于各种方向Fr、Fa、Fv的磁阻力矩增加，也随空气隙30尺寸的增加而增加。

参照图6，与现有技术相比，本发明所产生的感应系数在“非校正”点(Lmin)附近增加地很少，而在“校正点”(Lmax)附近有显著增加。在此，需要注意的是，感应系数斜坡段的差值与电动机中产生的力矩差值成正比。上面所述可由等式(1)表示如下：

T＝1/2*dL/dθ*I2......(1)其中，T：转矩，L：感应系数，θ：转子位置，而I：电流。

也就是说，空气隙30中产生的转矩T与感应系数的变化量成正比。

同时，感应系数L的最大值Lmax(在磁铁部分的磁阻与空隙部分相比几乎可以忽略的情况下)可用如下等式表示： $L\max =\frac{N2*A*{\mathrm{\μ}}_0}{g}$ 其中，N：绕组数，A：空气隙面积，μ₀：空气渗透系数，g：空气隙长度。

由此可知，力矩与磁通量密度或者空气隙30磁力的平方成正比，并随具有空气隙30的齿11、21的对置面积成比例增加。因此，按照本发明，力矩与空气隙的表面面积成正比，而所需绕组数比仅在枢轴径向形成空气隙的情况下达到同样的力矩所需的绕组数要少。

同时，在这种具有各种空气隙的电动机中，径向Fr的磁阻力矩引起枢轴振动，但是其它力矩方面的因素，如：枢轴方向Fa和其它各方向Fv的力矩因素对振动不产生实质性的影响。换句话说，在按照本发明所述的电动机中，各个方向上都有引起多种振动的因素，与只能在枢轴径向形成空气隙的情况相比，电动机整体噪音和振动大大降低了。图7表示按照本发明第二实施例所述的具有各种空气隙的电动机。如图中所示，根据定子10A和转子20A齿的对置面的形状，每一空气隙30A构成锯齿形。

进一步的，图8表示按照本发明第三实施例所述的具有各种空气隙的电动机。如图中所示，根据定子10B和转子20B齿的对置面的形状，每一空气隙30B构成波纹形。

另外，图9表示按照本发明第四实施例所述的具有各种空气隙的电动机。如图中所示，根据定子10C和转子20C齿的对置面的形状，每一空气隙30C构成方向与枢轴方向倾斜的形状，而没有凸凹处。因此，由于在枢轴的枢轴方向以及径向所具有的磁力在空气隙中的影响大于其它方向的磁力，所以本发明所示的第四实施例具有减少振动和噪音的效果。

因此，按照本发明，通过在枢轴的枢轴方向和径向构成波浪形的空气隙，或者构成与枢轴方向倾斜的空气隙，能够增加力矩，而不用增加磁芯的尺寸或者增加绕组的数目。

更进一步地，可在定子齿和转子齿间的各个方向上形成空气隙，从而在各个方向上产生磁阻力矩，进而通过作用于枢轴径向的磁阻力矩、甚至通过在定子齿和转子齿直接对置时的磁阻力矩，防止电动机产生噪音和振动。

按照本发明的实施例，在这种具有各种空气隙的对置圆周型电动机中，转子必须沿枢轴方向插入定子中。但是，也可能有这种情况，即不可能根据定子齿和转子齿的数目，通过把转子插入定子来组装定子和转子。

更具体地，当换向磁阻电动机中定子齿数对转子齿数之比可表示为一整数倍时，比如：6/6、4/4、4/2等等，可毫无困难地组装转子和定子，但是如果其比值不能表示为整倍数，比如是6/4，转子就不能沿枢轴方向插入定子，这是因为当把转子沿枢轴方向插入定子时，如果定子齿数对转子齿数之比不能表示为整倍数，就不可避免地使转子齿接触定子齿的预定部分。

图10A表示按照本发明第五实施例所述的具有空气隙的一种电动机。如图中所示，当定子齿数对转子齿数之比不能表示为整数倍时，就通过沿B或者C方向分开定子，把转子组装到定子上。于是，如图10B所述，即便定子齿数对转子齿数之比不能表示为整倍数，通过二等分可被分开的定子磁芯40、40’，可把转子插入并组装到定子。这里的标号40A表示定子齿。

如上所述，在按照本发明所述的具有各种空气隙的电动机中，每一空气隙沿定子齿和转子齿之间的枢轴的枢轴方向、径向以及其它方向形成，因而具有相对较大的磁化面，进而即便在绕组数目较少、电动机相对较小的情况下，也能起到产生较大力矩的作用。

另外，按照本发明所述的具有各种空气隙的电动机，由于减少了枢轴径向的空气隙中产生的磁阻力矩，能够减少噪音和振动。

进一步地，按照本发明，由于能够减少绕组数目，通过减少绕组的阻力，产生同样力矩的电动机可具有紧凑的尺寸，并能提高电动机的工作效率。特别是，本发明可更有效地用于单相电动机，从而降低成本。

最后，由于定子磁芯设有二等分磁芯，转子可很容易地插入并组装到定子上，而不用考虑定子齿数与转子齿数的比值。

很明显，不超出本发明的精神和范围，上述技术技巧的各种改进和变更都有可能适用于本发明所述的具有各种空气隙的电动机。因此，本发明覆盖由本发明所引出的在后附权利要求书及其等同的范围内的改进和变更。

Claims (9)

1.在一设有定子和转子的电动机中，定子和转子都具有多个齿，转子齿与所述的定子齿对置，通过作用于定子齿和转子齿之间的磁力驱动转子转动，该转子在其中心设有一枢轴，一种具有各种空气隙的电动机，包括：

设于定子齿对置面和转子齿对置面之间的空气隙，该空气隙至少具有一个除枢轴径向以外的方向。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于定子齿和转子齿的对置面彼此互不接触，但相互叠置。

3.如权利要求2所述的电动机，其特征在于根据定子齿和转子齿的对置面所形成的空气隙的形状是不平整的形状，由于空气隙的这种不平整的形状，不平整形式的定子齿和转子齿的对置面彼此交替地接合。

4.如权利要求3所述的电动机，其特征在于凸出部和凹入部分别在定子齿和转子齿的对置面上重复形成，而且定子齿的凸出部被接纳在转子齿的凹入部，同时转子齿的凸出部被接纳在定子齿的凹入部。

5.如权利要求2所述的电动机，其特征在于由定子齿和转子齿的对置面构成的每个空气隙呈锯齿形。

6.如权利要求2所述的电动机，其特征在于由定子齿和转子齿的对置面构成的每个空气隙呈波浪形。

7.如权利要求1所述的电动机，其特征在于由定子齿和转子齿的对置面构成的每个空气隙在与枢轴方向倾斜的方向上形成。

8.如权利要求1所述的电动机，其特征在于定子齿数对转子齿数之比是一整数倍。

9.如权利要求1所述的电动机，其特征在于定子齿数与转子齿数之比不是一整数倍，而且定子包括可分开的二等分磁芯。

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