CN202282658U - 一种短磁路轴向磁通变磁阻电机及其转子总成结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种短磁路轴向磁通变磁阻电机，其中该短磁路轴向磁通变磁阻电机的定子部分包括多个沿机座圆周均匀安装的定子段总成以及嵌入在各个定子段总成外端口侧的永磁体块或隔磁材料块和绕制于定子段中间轭部的励磁绕组组成，其中励磁绕组嵌入于各个定子段总成的定子槽中；其转子部分包括转子体、嵌入于转子体内的多个转子段，转子体由铆钉或其他螺钉紧固而成，以压紧转子段于转子体中；定子段总成中的磁通由永磁体和通电的励磁线圈共同产生，其方向与轴垂直，或成一其他角度；永磁体和励磁绕组产生的混合磁通经定子段组件、气隙和转子段组件形成闭合回路，磁通回路平面与轴平行；本使用新型结构紧凑，可增大变磁阻电机旋转力，提高能量密度，减小振动、维护方便，在同等输出扭矩要求下，其尺寸更小。

Description

一种短磁路轴向磁通变磁阻电机及其转子总成结构

技术领域

本实用新型属于电气传动（机械传动）设备领域，涉及一种盘式电机，尤其涉及一种短磁路轴向磁阻变磁阻电机，属于电机驱动领域；适用于电动汽车电机驱动、核能工业、工控伺服、航空航天、风机等领域。 

背景技术

变磁阻电机，又称开关磁阻电机，是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它具有结构简单坚固、调速范围宽、调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高，等特点。 

通常变磁阻电机包括一个安装在机座内的定子和一个相对于定子旋转的转子，定子和转子上有按照一定间距间隔开的突出磁极，定子和转子的磁极数以一定的规律相对放置。当转子试图旋转到使磁路磁阻最小化的位置或定子绕组电感最大化的位置时，开关磁阻电机就会有磁阻力并产生转矩。 

当定子相对的相位绕组通以电流，就会定子磁极内建立磁场，当转子在这个磁场下旋转时，由于磁路磁阻的变化，转子上将产生力，而这个力并不是全部为有效力（对于旋转式电机，有效力为沿圆周切线方向之力），这个力分为径向力和旋转力（此处以“旋转力”表示圆周切线方向的力），在这个力中，只有圆周切线方向的旋转力用以工作，驱动转子旋转，而径向力对转子的工作并没有贡献。 

为改善盘式电机的制造工艺和性能，中国发明专利：一种新型开关磁阻电机（专利申请号：201010150839.5）采用分段的U型定子段，沿机座侧面一面均匀固定安装的方案，实现了短磁路的目的，然而，该种方案漏磁较大，因此带来很大的噪音及能量消耗，其分开的转子部件由于轴向力过大也可能形成噪声源。而发明专利：轴向开关磁阻电机（专利号：200710024615.8），简化了制造过程，然而磁路没有得到很好的优化；以上两种专利都没有考虑到对气隙磁通的优化，其实质上和传统开关磁阻电机的工作方式是一样的，都具有径向力和旋转力之比偏大的问题，虽然发明专利号为201010150839.5中的方案通过双定子使得径向力（此处为轴向力）相互抵消，然而却使得电机效率没有得到提高，其过大的径向力也会造成严重的振动与噪声问题。 

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种短磁路轴向磁通变磁阻电机及其转子总成结构，以提高旋转周向力和效率或功率密度、减小电机轴向力、降低制造成本。 

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案： 

一种短磁路轴向磁通变磁阻电机，包括有定子部分、转子部分和励磁绕组，其特征在于，所述定子部分包括多个H型定子段及嵌入于各个定子段靠近机座开口处的永磁体块或隔磁块，励磁绕组绕制在中间轭部上，并嵌入于各个定子段的定子槽中；

转子部分包括转子体、嵌入于转字体内的多个转子段，转子体有两部分组成，通过铆钉或螺钉紧固夹紧转子段于转子体中，形成转子部分；

当空载时，励磁绕组不通电，无做功输出，当定子段外开口处嵌入为永磁体时，永磁体产生的磁通通过定子段组件的中间轭部形成回路；当负载时，励磁绕组通电，产生磁通并做功及输出功率，当定子段开口处嵌入为永磁体时，励磁绕组产生的磁通与永磁体产生的磁通混合经定子段、气隙通过转子段组件形成回路，并产生更大的旋转力输出。

 其中，励磁绕组和/或永磁体产生的混合磁通与轴垂直或成一角度，而经由定子段、气隙和转子段组成的磁通回路平面与轴平行，但不共面。

 其中，各个定子段靠近气隙侧的为极靴，极靴靠近槽口的伸出部分为极靴尖，极靴尖上固定安装有抗磁性材料制成的隔磁块。

 其中，定子段靠近机座侧开口处可嵌入永磁体块或隔磁块，并且永磁体块和隔磁块可轻松更换。

 其中，定子段由软磁材料制作的薄片叠压而成，且相对转子为径向叠压。

 其中，支撑并固定定子部分的机座可采用隔磁材料制成。

 一种短磁路轴向磁通变磁阻电机的转子总成结构，其特征在于，转子总成由转子段和转子体组成，转子体由两部分组成，每个部分沿圆周方向均布有转子段形状基本一致的槽，这样，当用铆钉或其他螺钉把两部分转子体紧固在一起时，转子段刚好被夹紧于转子体中，形成转子结构。

 其中，转子段由软磁材料制作的薄片叠压而成，相对转子径向叠压。

 其中，转子段两端可为一个或多个三角尖突出，或为平面，

 其中，转子段两端可为为一个或者多个凹进部位。

 其中，转子体和转子段均以中心面为对称面对称，转子体采用抗磁性材料制成，其与轴固定或者自由转动连接。

 本实用新型的短磁路轴向磁通变磁阻电机及其转子总成结构，其定子部分包括多个定子段及放置在各个定子段靠近机座侧开口处的永磁体或隔磁块，各个定子段的永磁体极性不定；励磁绕组嵌入于各个定子段的定子槽中；其转子部分包括转子体、安装在转字体上的多个环形转子段；当空载时，不输出功率做功；当定子段靠近机座侧开口处嵌入为永磁体时，永磁体产生的磁通通过定子段中间轭部形成回路，不产生工作力；当负载时，励磁绕组通电，对外输出做功，当定子段嵌入为永磁体时，绕组产生的磁通极性与永磁体极性相同的磁通，这使得定子段中间轭部磁阻变大，永磁体产生的磁场则改为通过定子段、气隙和转子段组件形成回路，进而产生更大旋转力；采用此种磁路结构，有利于增大旋转力，减小径向力（此处为轴向力），进而有利于减少噪声。永磁体嵌入于定子段靠近机座侧的开口处，容易安装，而且受绕组影响小，漏磁也同时减少，因此拥有更大的能量密度，更小的振动噪声，与现有技术的电机相比，在同等输出扭矩要求下，本实用新型拥有更高的能量密度，更小的体积。而且安装制造简易，成本也得到很大降低。随着定子段靠近机座侧开口处嵌入状态为置空、隔磁材料块、低能永磁体块、高能永磁体块的不同，电机亦可获得不同的驱动性能。

本实用新型可应用于电动汽车电机驱动、机器人、工控伺服等对驱动性能要求较高的场合，亦可应用于要求变速驱动和低成本的风机场合。 

附图说明

图1是本实用新型的8/6短磁路轴向磁通变磁阻电机通过轴输出示意图； 

图2是本实用新型短磁路轴向磁通变磁阻电机的转子结构B-B示意图；

图3是本实用新型短磁路轴向磁通变磁阻电机的定子结构A-A示意图；

图4是本实用新型8/6变磁阻电机定子和转子（两端为尖三角）截面结构和磁路结构C-C示意图；

图5是本实用新型8/6变磁阻电机定子和转子（两端为尖三角）不共线时的截面结构和磁路结构C-C示意图；

图6是本实用新型8/6变磁阻电机定子和转子（两端为凸出部位）截面结构和磁路结构示意图；

图7是本实用新型8/6变磁阻电机定子和转子（两端为尖三角）不共线时的截面结构和磁路结构示意图；

图8是本实用新型的短磁路轴向磁通变磁阻电机转子作为输出示意图；

图9是本实用新型的短磁路轴向磁通变磁阻电机的转子作为输出沿轴向扩展的双电机示意图；

图10是本实用新型的短磁路轴向磁通变磁阻电机轴向扩展双电机定转子组成的磁路结构示意图。

具体实施方式

本实用新型核心思想在于产生一个与轴平行但不共线的磁回路，对磁路重新进行设计；与现有技术相同，本实用新型的短磁路轴向磁通变磁阻电机包括有定子部分、转子部分和励磁绕组，但关键地，本实用新型中定子部分包括沿机座侧面沿圆周方向均匀布置安装有多个定子段，各个定子段两侧有开口，轭部位于定子段中间，靠近气息的开口处固定有隔磁块，靠近机座的开口处嵌入为永磁体或隔磁块，励磁绕组绕制与中间轭部上，并嵌入于定子的两个槽中。 

而转子部分包括转子体、转子段，转子体由两部分或多余两部分通过铆钉或螺钉固定夹紧转子段于转子体中，形成转子结构；其与输出轴固定连接，通过轴输出功率做工；如用作电动汽车轮毂电机驱动车轮等特殊用途，转子作为功率输出端，则转子与轴转动连接，而定子与轴固定连接。 

这样，当空载时，不产生工作力；而当负载时，励磁绕组通电，产生磁通，并对外做功；当定子段靠近定子机座侧开口处嵌入为永磁体时，由于中间轭部磁阻增加，永磁体磁通和励磁绕组磁通混合通过定子段、气息和转子段形成闭合磁通回路，当转子往电感最大值位置转动时，产生旋转力。 

下面以优选实施例进行说明。 

具体实施例1 

参考图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，为本实用新型的一种8/6结构四相短磁路轴向磁通变磁阻电机，具体包括机座1、气息2、永磁体3、励磁绕组4、隔磁锲块5、绝缘层6、转子段7、定子段8、轴10、转子体9-1 、转子体9-2以及机座和轴的连接轴承11，定子段8和转子段7由软磁材料冲压成的薄片径向叠压而成。其中定子段像一个H形，两端具有开口，中间的梁为中间轭部16，中间轭部两边为两个槽，励磁绕组4绕制与定子段的中间的轭部16上，并嵌入于两个槽中，励磁绕组4与定子段8通过绝缘层6绝缘；定子靠近气息侧有极靴尖13，而由非导磁材料制成的隔磁锲块5固定于极靴尖13上，定子段靠近机座侧开口处嵌入为非导磁材料制成的隔磁块或永磁材料制成永磁体块；由定子段7、励磁绕组4、绝缘层6以及永磁体快3或非导磁材料制成的隔磁块3组成的定子段组件固定于机座1上；转子段两边有三角形突出15，以固定转子段7于转子体9-1、9-2中。转子体9-1、9-2通过铆钉或螺钉紧固，并与输出轴10固定连接，而机座1与轴10通过轴承11连接。

参考图2，本实施例的转子结构平面图，包括转子段7、转子体9和固定连接孔12。为夹紧转子段于转子体中，转子体中分布有沿圆周均匀间隔的六个圆环形孔，其边缘形状几乎与转子段侧面一致，使用铆钉或螺钉通过连接孔12紧固，实现简易高效率的转子总成制造工艺。 

参考图3，本实施例的8/6四相短磁路轴向磁通变磁阻电机定子结构平面图，定子上的四相励磁绕组分别为4-1 A和4-1B、4-2A和4-2B、4-3A和4-3B、4-4A和4-4B，定子段8固定于机座1中。 

参考图4、图5、图6和图7，分别为当电感值最小和最大时，转子段7相对定子所处的位置，以及转子段两端设计成三角突出15和凹进14的状态。励磁绕组4产生磁通（蓝色线）与轴垂直或成一其他角度，而由定子段8、气息2和转子段7组成的磁通回路与输出轴10平行，组成本实用新型的轴向磁通变磁阻电机；负载时，永磁体产生的磁通与励磁绕组产生的磁通混合通过磁通回路，当转子由电感最小位置转向最大位置时，产生旋转力，对外做功输出功率。 

需要说明的是，本实施例中转子段的两端可设计为平面、多突出和多凹进等其他状态，这样转子体可以由多于两部分组成，以便于固定转子段在转子体中。定子段8靠近机座侧开口处嵌入可为非导磁材料制成的隔磁块或者永磁体块3。更需要说明的是，本实用新型的短磁路轴向磁通变磁阻电机相数及结构并不限于本实施例的8/6四相以及转子两侧边配置双定子的结构，可采用6/4、12/10、12/8以及单侧定子和定子两侧边双转子等结构形式。 

上述结构使得在转子靠近定子极靴极尖13时，旋转力增大，轴向力减小， 

从而降低噪声，而绕组嵌入于定子槽中，增大了散热面积，因此获得更高的过载做功能力，从而实现电机的高效平稳功率输出；定转子总成制造工艺简单、坚固，成本低廉。

具体实施例2 

参考图8，该图是本实用新型第二具体实施例的短磁路轴向磁通变磁阻电机，由机座11、气息21、永磁体31、励磁绕组41、隔磁锲块51、绝缘层61、转子段71、定子段81、轴101、转子体91-1 、转子体91-2以及机座和轴的连接轴承161组成，与第一具体实施例不同的是，转子总成与轴非固定连接，而是通过轴承161形成自由转动连接，这样功率经过转子体91-1、91-2输出；而机座及定子总成与轴161固定连接。其他与第一具体实施例相同，这里不再赘述。

具体实施例3 

参考图8及图9，分别为本实施例的轴向扩展双电机短磁路轴向磁通变磁阻电机及其磁路结构平面示意图，其由机座12-1和1-2、气息22、永磁体或隔磁块32、励磁绕组42-1和42-2和42-3、隔磁锲块52、绝缘层62、转子段72-1和72-2、定子段82-1和82-2和82-2、轴102、转子体92-1和92-2和92-3以及转子体和轴102连接的两个轴承162-1、162-2组成，与第二具体实施例不同的是，进行了轴向扩展，采用三个定子部分和两个部分总成，沿轴向安装。两边的定子段部分中的定子段组件82-1、82-2与第二具体实施例中相同，这里不再赘述；中间定子总成中的定子段组件82-3两侧边靠近气息，并都为极靴并设计有极靴尖182和192，极靴尖上固定安装有非导磁材料制成的隔磁块200，而励磁绕组42-3绕制在中间轭部上，嵌入于定子段的两个槽中，定子段82-3和励磁绕组42-3组成的定子总成通过机座1-2固定，并与轴形成固定连接；和第一具体实施例一样，转子段采用突出三角尖152以便固定了转子体92-1、92-2、92-3中。转子总成通过轴承162-1、162-2与轴102形成可自由转动的连接，其他与第二具体实施例相同，这里不再赘述。

需要说明的是，本实施例中的转子体92-1可根据需要分成两部分，分别与转子体92-1和转子体92-2通过铆钉或者螺钉紧固，形成了两个自由转动的转子，这样可以根据需要启动一个转子或者两个转子以满足实际工作的需要。本实用新型的轴向扩展短磁路轴向磁通变磁阻电机并不限于两个转子总成的形式，同样可以适用于两个以上转子的结构形式。此外更需要说明的是，通过轴输出的短磁路轴向磁通变磁阻电机同样可以采用磁路方法进行轴向扩展。 

 虽然本实用新型的较佳实施例已揭露如上，本实用新型并不受限于上述实施例，任何本技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的范围内，当可作些许的改动与调整。

Claims (2)

1.一种短磁路轴向磁通变磁阻电机，包括有定子部分、转子部分和励磁绕组，其特征在于，所述定子部分包括多个H型定子段及嵌入于各个定子段靠近机座开口处的永磁体块或隔磁块，励磁绕组绕制在中间轭部上，并嵌入于各个定子段的定子槽中；

转子部分包括转子体、嵌入于转字体内的多个转子段，转子体有两部分组成，通过铆钉或螺钉紧固夹紧转子段于转子体中，形成转子部分；

当空载时，励磁绕组不通电，无做功输出，当定子段外开口处嵌入为永磁体时，永磁体产生的磁通通过定子段组件的中间轭部形成回路；当负载时，励磁绕组通电，产生磁通并做功及输出功率，当定子段开口处嵌入为永磁体时，励磁绕组产生的磁通与永磁体产生的磁通混合经定子段、气隙通过转子段组件形成回路，并产生更大的旋转力输出。

2.根据权利要求1所述的短磁路轴向磁通变磁阻电机，其特征在于，励磁绕组和/或永磁体产生的混合磁通与轴垂直或成一角度，而经由定子段、气隙和转子段组成的磁通回路平面与轴平行，但不共面。

3. 根据权利要求1所述的短磁路轴向磁通变磁阻电机，其特征在于，各个定子段靠近气隙侧的为极靴，极靴靠近槽口的伸出部分为极靴尖，极靴尖上固定安装有抗磁性材料制成的隔磁块。

4. 根据权利要求1所述的短磁路轴向磁通变磁阻电机，其特征在于，定子段靠近机座侧开口处可嵌入永磁体块或隔磁块，并且永磁体块和隔磁块可轻松更换。

5. 根据权利要求1所述的短磁路轴向磁通变磁阻电机，其特征在于，定子段由软磁材料制作的薄片叠压而成，且相对转子为径向叠压。

6. 根据权利要求1所述的短磁路轴向磁通变磁阻电机，其特征在于，支撑并固定定子部分的机座可采用隔磁材料制成。

7. 一种短磁路轴向磁通变磁阻电机的转子总成结构，其特征在于，转子总成由转子段和转子体组成，转子体由两部分组成，每个部分沿圆周方向均布有转子段形状基本一致的槽，这样，当用铆钉或其他螺钉把两部分转子体紧固在一起时，转子段刚好被夹紧于转子体中，形成转子结构。

8. 根据权利要求7所述的转子总成结构，其特征在于，转子段由软磁材料制作的薄片叠压而成，相对转子径向叠压。

9. 根据权利要求7所述的转子总成结构，其特征在于，转子段两端可为一个或多个三角尖突出，或为平面，或为一个或者多个凹进部位。

10. 根据权利要求7所述的转子总成结构，其特征在于，转子体和转子段均以中心面为对称面对称，转子体采用抗磁性材料制成，其与轴固定或者自由转动连接。

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