CN202424466U - 一种单相磁通切换型变磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种单相磁通切换型变磁阻电机，包括励磁绕组和/或励磁永磁、磁通切换凸极单元、凸极定子和凸极转子，其中，凸极定子由磁通切换凸极单元和定子轭组成，凸极转子包括三个以一定间隔角度均布的转子凸极和转子轭，励磁绕组或励磁永磁固定于定子轭上，形成单相励磁源，这样，励磁磁通总是通过定子轭、磁通切换凸极单元、气隙和凸极转子形成闭合路径，通过磁通切换凸极单元对励磁磁通的闭合路径的灵活的调节作用，由此，电机输出扭矩对外做功；本实用新型电机结构简单，因转子上没有绕组或永磁体，故而本实用新型电机同时具备更高的可靠性等优点。

Description

一种单相磁通切换型变磁阻电机

技术领域

本实用新型涉及一种电机，尤其涉及一种单相磁通路径切换型变磁阻电机，属于电气驱动设备领域。 

背景技术

变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。它的结构简单坚固，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，特别适于高速运行，在风机，泵等需要高速以及变速驱动的场合，能很好的取代现有异步电机以及永磁同步电机。 

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或定子绕组电感最大化的位置时，变磁阻电机产生磁阻力并产生转矩对外做功。 

然而，为了降低变磁阻电机的控制成本以及制造成本，通常采用单相或者两相变磁阻电机结构，以降低控制开关使用的数量，工作中，依赖转子惯性实现连续运转，单相或者两相变磁阻电机实现了控制成本的降低，然而由于过大的扭矩死区导致其没有自起动能力，并且和普遍电机一样，定子上复杂的磁通场，使得定子铁耗过高，改了使普遍变磁阻电机具备自启动能力，通常必须采用三相以上的定子结构，然后这直接增加了控制的成本，不利于应用推广。 

关于磁通切换电机的研究，国内外有过广泛的研究，中国发明专利申请：电励磁磁通切换电机（专利号申请号：201010120388.0）通过利用分段的定子聚磁块来改善其磁场调节性能，同样，中国发明专利申请：混合励磁型永磁磁通切换电机（专利申请号：201010176671.5）也是通过永磁体内置于定子内，通过电励磁绕组切换永磁体磁场，从而气隙磁场为混合磁场，同时气隙磁场可得到调节，达到提高能量密度的目的；以上两种磁通切换电机的方案都降低了定子铁损，然而控制成本过高，制造复杂，不利于大规模推广应用。 

发明内容

本实用新型提供一种新型的单相磁通切换型变磁阻电机，其定子轭上的励磁磁通总是经过定子轭、磁通切换凸极单元、气隙和凸极转子闭合，通过磁通切换凸极单元的灵活的调节作用，改变励磁磁通闭合路径，从而达到输出扭矩同时对外做功的目的。 

为解决技术背景中所述问题，本实用新型采用如下技术方案： 

一种单相磁通切换型变磁阻电机，包括有凸极定子、凸极转子、励磁绕组和/或励磁永磁体，其中，所述凸极定子包括磁通切换单元和定子轭，每个磁通切换凸极单元由两个定子凸极和两个磁通切换绕组或者两个定子凸极和一个磁通切换绕组以及永磁体或者两个定子凸极和嵌入于磁通切换凸极单元中的槽中的磁通切换线匝组成；励磁绕组缠绕于定子轭上，励磁永磁体嵌入于定子轭中，这样，励磁磁通可为单独的电励磁磁通或者单独的永磁体磁通，也可以为电励磁磁通和永磁体磁通形成的混合励磁磁通；

所述凸极转子包括三个转子凸极和转子轭，三个转子凸极以一定间隔角度沿圆周均匀排列，这样，励磁磁通总是经过定子轭、磁通切换凸极单元、气隙和凸极转子闭合，经过磁通切换凸极单元的调节作用改变励磁磁通经过凸极转子的路径，从而对外输出做功。 

其中，所述的单相磁通切换型变磁阻电机可以有一个定子轭，此时，定子轭上的励磁绕组和/或永磁体构成一单相。 

其中，所述的单相磁通切换型变磁阻电机可以有两个定子轭，此时，两个定子轭上的励磁绕组和/或永磁体构成一单相，而两个定子轭上的励磁磁通方向总是相同。 

其中，所述的磁通切换凸极单元由两个定子凸极和两个磁通切换绕组形成时，所述磁通切换绕组缠绕于磁通切换凸极单元中的凸极上，且磁通切换凸极单元中的两个磁通切换绕组串联，以使通电时，两个磁通切换绕组产生的磁通方向沿径向相反。 

其中，所述的磁通切换凸极单元，由两个定子凸极和一个磁通切换绕组以及一个永磁体形成时，所述磁通切换凸极单元中的两个凸极，其中一个凸极上缠绕有磁通切换绕组，而另一个凸极中内置有永磁体，或者极靴上表贴有永磁体。 

其中，所述的磁通切换凸极单元，有两个定子凸极和一个磁通切换绕组线匝形成时，磁通切换绕组线匝嵌入于磁通切换凸极单元的凸极槽中。 

其中，所述的凸极定子可为分段定子结构，即由定子轭和磁通切换凸极单元通过燕尾槽以及其他结构形式固定而成。 

其中，所述的凸极转子中的三个或者大于三的奇数个转子凸极以一定间隔角度沿圆周方向均布。 

其中，所述的凸极转子由软磁材料制成的冲压片叠压而成。 

其中，所述的定子轭和磁通切换凸极单元中的定子凸极由软磁材料制成的冲压片叠压而成。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的单相磁通切换型变磁阻电机，凸极定子包括定子轭和磁通切换凸极单元，凸极转子由三个转子凸极以及转子轭组成，通过磁通切换凸极单元的条件作用，改变励磁磁通闭合路径，从而产生扭矩对外做功；相比较不具备自启动能力的普遍单相或者两相变磁阻电机，本实用新型的磁通切换型变磁阻电机具备优良的自启动能力，凸极定子铁损小，能量密度更高，更好地满足高速工作的性能要求，同时结构简单，制造成本低。

附图说明

图1是本实用新型第一具体实施例的单相磁通切换凸极单元中为双磁通切换绕组时的磁通切换型变磁阻电机结构示意图； 

图2是本实用新型第二具体实施例的单相励磁磁通为混合励磁磁通的磁通切换型变磁阻电机结构示意图；

图3是本实用新型第三具体实施例的单相磁通切换凸极单元中磁通切换绕组为线匝时的磁通切换型变磁阻电机结构示意图；

图4是本实用新型第四具体实施例的凸极定子为分段定子时的单相磁通切换型变磁阻电机结构示意图；

图5为本实用新型第五具体实施例的励磁为单永磁体励磁的单相磁通切换型变磁阻电机结构示意图；

图6为本实用新型第六具体实施例的单定子轭的单相磁通切换型变磁阻电机结构示意图；

图7 为本实用新型的第七具体实施例的磁通切换凸极单元中为磁通切换绕组和定子凸极内置永磁体时的单相磁通切换型变磁阻电机结构示意图；

图8为本实用新型的第七具体实施例的磁通切换凸极单元中为磁通切换绕组和定子凸极表贴永磁体时的单相磁通切换型变磁阻电机结构示意图；

具体实施方式

为了获得更加简单的结构以及自启动能力和高速运转能力，同时降低控制成本，本实用新型提供一种单相磁通切换型变磁阻电机，包括有凸极定子、凸极转子、励磁绕组和/或励磁永磁，其特征在于，所述凸极定子包含有磁通切换凸极单元和定子轭，每个磁通切换凸极单元由两个定子凸极以及磁通切换绕组、磁通切换绕组线匝和/或永磁体组成，两个磁通切换凸极单元沿定子内面相对布置；励磁绕组缠绕于定子轭上，励磁磁通也可由电磁通和嵌入于定子轭中的永磁体磁通混合形成，这时，电磁通的方向和永磁体磁通的方向一致；所述凸极转子包含有三个以一定间隔角度沿圆周方向均布的转子凸极以及转子轭；因此，励磁磁通总是通过定子轭、凸极定子和凸极转子以及气息闭合；通过调节磁通切换凸极单元，改变励磁磁通闭合路径，以获得扭矩输出。 

以下以具体实施例加以详细说明，应该说明的是，以下的具体实施例并不打算限制本实用新型或者本实用新型的应用和用途；此外也不打算受前述的技术领域、背景技术、发明内容或者以下的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论的限制；同时也应该注意的是，本实用新型的实施例中可以存在许多可选的或附加的功能关系。 

参考图1，为本实用新型一种单相磁通切换型变磁阻电机的第一具体实施例结构示意图。

本实施例的单相磁通切换型变磁阻电机（1），包括有凸极定子（2）、凸极转子（3）、励磁绕组（6）、励磁绕组（5）、磁通切换绕组（7）、磁通切换绕组（8）、磁通切换绕组（9）、磁通切换绕组（10）、和输出轴（4）组成，凸极定子（2）包括定子轭（2-1）和定子轭（2-2）以及定子凸极（11）、定子凸极（12）、定子凸极（13）、定子凸极（14），励磁绕组（6）缠绕在定子轭（2-1）和励磁绕组（5）缠绕在定子轭（2-2）上，通电后产生方向相同的励磁磁场，定子凸极（11）、定子凸极（12）和磁通切换绕组（7）、磁通切换绕组（8）组成了一个磁通切换凸极单元，定子凸极（13）、定子凸极（14）和磁通切换绕组（9）、磁通切换绕组（10）组成了另一个磁通切换凸极单元，两个磁通切换凸极单元沿凸极定子内面相对布置；凸极转子包括转子凸极（A）、转子凸极（B）、转子凸极（C）和转子轭（3-1），转子凸极（A）、转子凸极（B）、转子凸极（C）沿圆周方向均布；输出轴（4）通过花键或者其他结构形式与凸极转子（3）固定安装；这样，本具体实施例中，定子轭（2-1）上的励磁绕组（6）和定子轭（2-2）上的励磁绕组（5）构成一相，其产生方向总是相同的励磁磁通形成混合励磁，该混合励磁磁通通过定子轭（2-1）、定子轭（2-2）、磁通切换凸极单元、气隙以及凸极转子闭合，通过磁通切换凸极单元中的磁通切换绕组（7、8、9、10）的调节作用，改变以上混合励磁磁通经过凸极转子（3）的路径，由此，输出扭矩对外做功； 

本实施例中，励磁绕组（6）和励磁绕组（5）产生的磁通方向相同，而磁通切换绕组（7）和磁通切换绕组（8）产生的磁通方向相反，磁通切换绕组（9）和磁通切换绕组（10）产生的磁通方向同样相反，这样，励磁磁场的闭合路径总是倾向通过磁通切换凸极单元中的一个定子凸极，然后，经过凸极转子和气隙以及定子轭闭合。

参考图2，为本实用新型一种单相磁通切换型变磁阻电机的第二具体实施例结构示意图；

本具体实施例一种混合励磁的单相磁通切换型变磁阻电机，其励磁磁通是由电励磁磁通和永磁体磁通共同组成，电励磁磁通由励磁绕组（161）和励磁绕组（151）产生，永磁体磁通由永磁体（15）和永磁体（16）产生，永磁体（15）、和永磁体（16）内置于定子轭上，励磁绕组（151）和励磁绕组（161）缠绕于定子轭上，励磁绕组（151）和励磁绕组（161）产生的磁通方向与永磁体的磁通方向相同，这样，电励磁磁通和永磁体磁通形成了一种混合励磁磁通，共同经过定子轭、磁通切换凸极单元、气隙和凸极转子闭合；

其他和第一具体实施例相同，本具体实施例的磁通切换型变磁阻电机也同样由凸极定子、凸极转子、励磁绕组和磁通切换绕组以及输出轴组成，此处不再赘述。

参考图3，为本实用新型一种单相磁通切换型变磁阻电机的第三具体实施例结构示意图；

本具体实施例为一种磁通切换绕组为线匝的单相磁通切换型变磁阻电机，其磁通切换凸极单元由定子凸极(212)、定子凸极（213）、定子凸极（222）、定子凸极（223）和磁通切换绕组线匝（210）、磁通切换绕组线匝（220）组成，磁通切换绕组线匝（210）和磁通切换绕组线匝（220）分别嵌入于磁通切换凸极单元中的槽（211）和槽（221）中，这样，通过磁通切换绕组线匝产生的磁场使得励磁磁通总是倾向于通过磁通切换凸极单元中的一个定子凸极，从而产生扭矩做功；

在本具体实施例中，磁通切换绕组线匝（210）和磁通切换绕组线匝（220）的通电方向可以相同或者相反，也即可串联或并联。

应该要说明的是，本具体实施例揭示的内容可应用于电励磁磁通和永磁磁通单独励磁或者混合励磁的情况；其他的和第一具体实施例以及第二具体实施例相同，此处不再赘述。 

参考图4，为本实用新型一种单相磁通切换型变磁阻电机的第四具体实施例结构示意图；

本具体实施例为一种分段的单相磁通切换型变磁阻电机，其凸极定子由定子轭(17)、定子轭（19）以及磁通切换凸极单元（18）和磁通切换凸极单元（20）通过燕尾槽（23）、燕尾槽（24）、燕尾槽（25）、燕尾槽（26）固定而成，即为分段的凸极定子结构，以利于降低生产成本。

应该要说明的是，本具体实施例揭示的内容可应用于本实用新型一种磁通切换型变磁阻电机任何一种实施情况；其他的和第一、第二以及第三具体实施例相同，此处不再赘述。 

参考图5 为本实用新型一种单相磁通切换型变磁阻电机的第五具体实施例结构示意图；

本具体实施例一种单独永磁体励磁的单相磁通切换型变磁阻电机，励磁磁通单独由定子轭（270）和定子轭（280）上的永磁体（27）和永磁体（28）产生，其通过定子轭、磁通切换凸极单元、气隙以及凸极转子闭合，通过磁通切换凸极单元的调节作用，达致输出扭矩做功的目的；

本实施例中采用分段的凸极定子结构，应该要说明的是，同样可应用于整体式凸极定子即非分段凸极定子；其他的与第一具体实施例、第二具体实施例、第三具体实施例以及第四具体实施例相同，此处不再赘述。

参考图6 为本实用新型的一种单相磁通切换型变磁阻电机的第六具体实施例结构示意图；

本具体实施例为一种单定子轭的单相磁通切换型变磁阻电机，定子轭（30）通过燕尾槽（35）和燕尾槽（36）与磁通切换凸极单元（31）和磁通切换凸极单元（32）固定链接，这样凸极定子，而永磁体（29）嵌入于定子轭（30）中作为励磁源，为一单相，磁通切换绕组线匝（33）和磁通切换绕组线匝（34）分别嵌入于磁通切换凸极单元（31）和磁通切换凸极单元（32）的槽中，这样通过磁通切换绕组线匝的磁通调节作用，改变励磁闭合路径，产生扭矩输出；

应该要说明的是，本具体实施例一种单定子轭的单相磁通切换型变磁阻电机，单相励磁磁通为单永磁体磁通，同样可用于单电励磁以及混合励磁的状况，也适应于本实用新型一种单相磁通切换型变磁阻电机的其他所有状况，即采用单定子轭以实现扭矩输出，而不在乎其励磁磁通源的不同以及磁通切换凸极单元的不同。

参考图7 为本实用新型的一种单相磁通切换型变磁阻电机的第七具体实施例结构示意图；

本具体实施例为一种磁通切换凸极单元中为磁通切换绕组和定子凸极内置永磁体时的单相磁通切换型变磁阻电机，一个磁通切换凸极单元由定子凸极（370）、定子凸极（371）、永磁体（372）和磁通切换绕组（373），另一个磁通切换凸极单元由定子凸极（380）、定子凸极（381）、永磁体（382）和磁通切换绕组（383）组成，永磁体（372）和永磁体（382）分别内置于定子凸极（371）和定子凸极（381）中，其充磁方向为径向，这样当磁通切换绕组不通电时，励磁磁通总是倾向于通过定子轭、定子凸极（370）和定子凸极（380）以及凸极转子和气隙闭合，在转子凸极受力倾向与磁通切换凸极单元中间共线时，由于磁路磁阻大，响应快，也有利于减少感抗对磁路的影响；

同样，应该说明的是，本具体实施例揭示的内容可应用于本实用新型的单电励磁或单永磁体励磁或者混合励磁的不同状况；其他的和前述具体实施例相同，此处不再赘述。

参考图8 为本实用新型的一种单相磁通切换型变磁阻电机的第八具体实施例结构示意图；

本具体实施例为一种单相磁通切换凸极单元中为磁通切换绕组和定子凸极表贴永磁体的磁通切换型变磁阻，磁通切换凸极单元由定子凸极（390）、定子凸极（391）、永磁体（394）以及磁通切换绕组（393）组成，另一个磁通切换凸极单元由定子凸极（400）、定子凸极（401）、永磁体（404）以及磁通切换绕组（403）组成，永磁体（394）和永磁体（404）分别表贴于定子凸极（390）的极靴（392）和定子凸极（400）的极靴（402）上，而磁通切换绕组(393)和磁通切换绕组(403)分别缠绕在定子凸极(391)和定子凸极(401)上；

同样，应该说明的是，本具体实施例揭示的内容可应用于本实用新型的单电励磁或单永磁体励磁或者混合励磁的不同状况；其他的和前述具体实施例相同，此处不再赘述。

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 (10)

1.一种单相磁通切换型变磁阻电机，包括有凸极定子、凸极转子、单相励磁绕组和/或单相励磁永磁以及输出轴，其特征在于，所述凸极定子包含有磁通切换凸极单元和定子轭，每个磁通切换凸极单元由两个定子凸极以及磁通切换绕组、磁通切换绕组线匝和/或永磁体组成，两个磁通切换凸极单元沿定子内面相对布置；单相励磁绕组缠绕于定子轭上，励磁磁通也可由电磁通和嵌入于定子轭的永磁体磁通混合形成，这时，电磁通的方向和永磁体磁通的方向一致；因此，励磁磁通总是通过定子轭、磁通切换凸极单元和凸极转子以及气隙闭合；

所述凸极转子包含有三个以一定间隔角度沿圆周方向均布的转子凸极以及转子轭；负载工作时，通过磁通切换凸极单元的磁阻变化功能，改变励磁磁通的闭合路径，从而对外输出做功。

2.根据权利要求1所述的单相磁通切换型变磁阻电机，其特征在于，所述磁通切换绕组缠绕于磁通切换凸极单元中的凸极上，且磁通切换凸极单元中的两个磁通切换绕组串联，以使通电时，两个磁通切换绕组产生的磁通方向沿径向相反。

3.根据权利要求1所述的单相磁通切换变磁阻电机，其特征在于，所述磁通切换凸极单元中的两个凸极，其中一个凸极上缠绕有磁通切换绕组，而另一个凸极中内置有永磁体，或者极靴上表贴有永磁体。

4.根据权利要求1所述的单相磁通切换型变磁阻电机，其特征在于，所述磁通切换绕组线匝嵌入于磁通切换凸极单元的凸极槽中，两个磁通切换绕组线匝可并联或者串联链接，即通入磁通切换绕组线匝的电流方向可以相同或相反。

5.根据权利要求1所述的单相磁通切换型变磁阻电机，其特征在于，所述凸极定子可为定子轭和磁通切换凸极单元两个部分通过燕尾槽或者其他结构形式固定而成，即分段定子结构。

6.根据权利要求1所述的单相磁通切换型变磁阻电机，其特征在于，所述的磁通切换型变磁阻电机包含两个定子轭，两个定子轭上缠绕有励磁绕组，两个励磁绕组构成一相，其励磁磁通方向总是相同，这时，由两个定子轭上的励磁磁通形成的总励磁磁通共同经过定子轭、磁通切换凸极单元、气隙以及凸极转子闭合。

7.根据权利要求1所述的单相磁通切换型变磁阻电机，其特征在于，所述的单相磁通切换型变磁阻电机包含一个定子轭，定子轭上缠绕有励磁绕组和/或者嵌入有永磁体，这样，一个定子轭上的励磁绕组和/或有磁体即构成一相，其励磁磁通通过定子轭、磁通切换凸极单元、气隙以及凸极转子闭合。

8.根据权利要求1所述的单相磁通切换型变磁阻电机，其特征在于，所述的定子轭上的励磁磁通可由电励磁磁通和永磁体磁通混合形成。

9.根据权利要求1所述的单相磁通切换型变磁阻电机，其特征在于，所述的定子轭上的励磁磁通可单独由电励磁磁通或者永磁体磁通形成。

10.根据权利要求1所述的单相磁通切换型变磁阻电机，其特征在于，所述的凸极定子和凸极转子均由软磁材料冲片叠压而成。

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