CN205160321U

CN205160321U - 一种减小开关磁阻电机径向电磁力的结构

Info

Publication number: CN205160321U
Application number: CN201520931639.1U
Authority: CN
Inventors: 邱立; 肖遥; 邓长征
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2025-11-20

Abstract

一种减小开关磁阻电机径向电磁力的结构，通过转子磁极与定子磁极在轴向方向相互嵌套，以减小径向电磁力，减小径向电磁力即可达到降低电机振动和噪声的目的。通过转子磁极与定子磁极在轴向气隙中的磁感应强度，产生开关磁阻电机旋转所需的电磁转矩。该电机结构，包括定子、转子、定子磁极、转子磁极、定子绕组。转子磁极的外半径大于定子磁极的内半径；同时定子磁极和转子磁极在电极轴向为多层结构，轴向分层结构实现定转子磁极的相互嵌套。本实用新型通过转子磁极与定子磁极在轴向方向相互嵌套，依靠转子磁极与定子磁极在轴向气隙中的磁感应强度，产生开关磁阻电机旋转所需的电磁转矩，可极大地减小径向电磁力。

Description

一种减小开关磁阻电机径向电磁力的结构

技术领域

本实用新型一种减小开关磁阻电机径向电磁力的结构，用于减小开关磁阻电机径向电磁力，达到降振减噪的目的。

背景技术

开关磁阻电机是利用磁阻最小原理，即磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用定转子磁极之间的环向电磁力牵引转子旋转。开关磁阻电机为双凸极结构，定子轭部较薄，高速运转时定子绕组中通入的是脉冲电流，产生脉冲转矩，依靠电磁力牵引转子转动。与传统中低转速电机相比，开关磁阻电机具有结构简单坚固、高功率密度、高容错性及高可靠性等特点，且其能适应高温等恶劣运行环境，因而在军事和民用领域有着良好的应用前景。然而，开关磁阻电机在运行过程中，除了产生牵引转子转动的环向电磁力之外，亦会产生一个径向电磁力分量；定转子之间的径向电磁力所致的定子椭圆变形是激发定子振动和噪声的主要来源。这一问题制约了开关磁阻电机的广泛应用。因此，减小径向电磁力是开关磁阻电机降噪减振的最有效的方法之一。

中国专利：专利号ZL200520130139.4《降低噪音和转矩脉动的开关磁阻电动机》，提出一种由多层级联同轴安排的多个单相开关磁阻电动机构成的开关磁阻电动机构成的开关磁阻电动机，其通过在圆周上分散径向电磁力的方法降低噪音。然而这一专利并没有从本质上减小径向电磁力。

中国专利：《一种开关磁阻电机的降噪减振方法及其结构》(公开号CN204538924U)提供了一种开关磁阻电机的降噪减振方法，通过增加定子极对数以增大气隙磁通和环向电磁力，同时通过提前导通和提前关断定子绕组电流以减小径向电磁力。该实用新型还提供了实现开关磁阻电机降噪减振的结构，主要包括定子、转子、定子磁极、转子磁极及定子绕组等，其中定子磁极的极对数为大于等于5的奇数，转子磁极的极对数为2。然而这一专利增加了开关磁极电机的控制难度。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种实现减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，包括定子、转子、定子磁极、转子磁极及定子绕组等，其中转子磁极的外半径大于定子磁极的内半径，同时定子磁极和转子磁极在电极轴向为多层结构。本实用新型通过转子磁极与定子磁极在轴向方向相互嵌套，依靠转子磁极与定子磁极在轴向气隙中的磁感应强度产生开关磁阻电机旋转所需的电磁转矩，可极大地减小径向电磁力，进而能有效地减低电机本体的振动与噪声。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，包括定子、转子、定子磁极、转子磁极、定子绕组。转子磁极的外半径大于定子磁极的内半径；同时定子磁极和转子磁极在电极轴向为多层结构，轴向分层结构实现定转子磁极的相互嵌套。

所述转子磁极与定子磁极的轴向气隙大于等于1mm，小于等于5mm。气隙过小对工程造价过高，气隙过大将导致电磁转矩变小。

所述转子磁极的轴向分层数Lr大于等于1；定子磁极的轴向分层数Ls＝Lr+1。要做到对称，定子磁极的轴向分层需较转子磁极大1。

不同轴向分层的转子磁极在环向方向一致；不同轴向分层的定子磁极11在环向方向一致。环向一致有利于激励电流的控制。一致时励磁电流同时导通与关断便利，若不一致，增大控制难度。

单个定子磁极采用台阶式结构，用于绕制定子绕组。便于定子绕组的绕制预留空间。

所述定子绕组绕制在定子磁极凹下的部分，且定子绕组的最外层不超过定子磁极凸起的部分所在平面。防止影响定子与转子之间的气隙。气隙是定子磁极与转子磁极轴向的距离，若绕组凸起则会进入这一区域，使得气隙部分减小，严重时会导致定子磁极旋转时与绕组干涉。

每一层的转子磁极21与其对应的转子轴为一整体，多层转子结构时，采用螺杆4进行轴向连接。相互嵌套安装时，必然需要分块再连接在一起。每一层的定子磁极11与其对应的定子磁轭12为一整体，多层定子结构时采用螺杆4进行轴向连接。相互嵌套安装时必然需要分块再连接在一起。

定子磁极11的极对数ns大于转子磁极21的极对数nr。便于控制定子绕组的导通与关断。定子磁极的极对数多时，励磁绕组导通时定转子磁极之间的间距小，利于增大电磁转矩。

在轴向多层的定子绕组3中，环向角度一致的定子绕组3为同一相绕组，其励磁电流同时导通与关断。同时导通与关断便于控制，且电磁力同步。

与现有最好技术相比，本实用新型一种减小开关磁阻电机径向电磁力的结构的优点在于：

1)、本实用新型通过转子磁极与定子磁极在轴向方向相互嵌套，依靠转子磁极与定子磁极在轴向气隙中的磁感应强度，产生开关磁阻电机旋转所需的电磁转矩，可极大地减小径向电磁力。传统开关磁阻电机中，其气隙为半径方向的一层薄的空气层，此时定转子之间的电磁转矩依靠这一气隙实现，导致径向电磁力大；而本实用新型中采用轴向分层结构，其气隙为轴向方向的多层薄的空气层，此时定转子之间的电磁转矩依靠这一气隙实现时，主要产生的是环向电磁力和轴向电磁力，同时依据对称结构轴向电磁力可相互抵消，从而实现极大地减小径向电磁力。

2)、本实用新型中因为开关磁阻电机的径向电磁力小，能有效地减低电机本体的振动与噪声。

3)、因定转子相互嵌套，故本实用新型的电机需要在轴向进行分层，每一转子磁极及其相应的转轴构成一层，每一定子磁极及其相应的定子磁轭和定子绕组构成一层。不同分层结构依靠螺杆和螺母组装连接。

附图说明

图1为本实用新型单层转子结构的6/4开关磁阻电机装配示意图；

图2为本实用新型单层转子结构的6/4开关磁阻电机零件示意图；

图3为本实用新型单层转子结构的6/4开关磁阻电机剖面示意图。

图4为本实用新型三层转子结构的8/6开关磁阻电机装配示意图；

图5为本实用新型三层转子结构的8/6开关磁阻电机零件示意图；

图6为本实用新型三层转子结构的8/6开关磁阻电机剖面示意图。

图7为α_A＝π/(Ns*Nr)＝π/6时，开关磁阻电机运行原理图；

图8为α_C＝π/(Ns*Nr)＝π/6时，开关磁阻电机运行原理图；

图9为α_B＝π/(Ns*Nr)＝π/6时，开关磁阻电机运行原理图。

图10为α_A＝π/(Ns*Nr)＝π/12时，开关磁阻电机运行原理图；

图11为α_D＝π/(Ns*Nr)＝π/12时，开关磁阻电机运行原理图；

图12为α_C＝π/(Ns*Nr)＝π/12时，开关磁阻电机运行原理图；

图13为α_B＝π/(Ns*Nr)＝π/12时，开关磁阻电机运行原理图。

上述图1～图13中：

1-定子，2-转子，3-定子绕组，4-螺杆，5-螺母，11-定子磁极，12-定子磁轭，21-转子磁极；

α为定子绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αA为A相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αB为B相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αC为C相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角；

αD为D相绕组轴线与最近转子磁极轴线之间的夹角。

具体实施方式

一种减小开关磁阻电机径向电磁力的方法，通过转子磁极21与定子磁极11在轴向方向相互嵌套，以减小径向电磁力；通过转子磁极21与定子磁极11在轴向气隙中的磁感应强度，产生开关磁阻电机旋转所需的电磁转矩。

一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，包括定子1、转子2、定子磁极11、转子磁极21、定子绕组3，转子磁极21的外半径大于定子磁极11的内半径；同时定子磁极11和转子磁极21在电极轴向为多层结构。

所述转子磁极21与定子磁极11的轴向气隙大于等于1mm，小于等于5mm。

不同轴向分层的转子磁极21在环向方向一致；不同轴向分层的定子磁极11在环向方向一致。

单个定子磁极11采用台阶式结构，用于绕制定子绕组。

定子绕组3绕制在定子磁极11凹下的部分，且定子绕组3的最外层不超过定子磁极11凸起的部分所在平面。

每一层的转子磁极21与其对应的转子轴为一整体，多层转子结构时，采用螺杆4、螺母5进行轴向连接。每一层的定子磁极11与其对应的定子磁轭12为一整体，多层定子结构时采用螺杆4、螺母5进行轴向连接。

定子磁极11的极对数ns大于转子磁极21的极对数nr。

在轴向多层的定子绕组3中，环向角度一致的定子绕组3为同一相绕组，其励磁电流同时导通与关断。

具体实施方案1：

图1～图3为单层转子结构的6/4开关磁阻电机结构示意图，其中图1为单层转子结构的6/4开关磁阻电机装配示意图，图2为单层转子结构的6/4开关磁阻电机零件示意图，图3为单层转子结构的6/4开关磁阻电机剖面示意图。定子磁极的极对数Ns为3，转子磁极的极对数Nr为2；转子磁极的轴向分层数Lr等于1；定子磁极的轴向分层数Ls＝2；两层定子磁极通过螺杆和螺母组装连接。图7～图9为这一电机的运行原理。首先，当检测到α_A＝π/(Ns*Nr)＝π/6时(图7所示位置)，A相绕组导通，产生电磁力驱动转子旋转；当转子旋转到α_C＝π/(Ns*Nr)＝π/6时((图8所示位置))，A相绕组关断、同时C相绕组导通，C相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到α_B＝π/(Ns*Nr)＝π/6时(图9所示位置)，C相绕组关断、同时B相绕组导通，B相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；这样不停的重复上述过程，转子便持续地旋转。

具体实施方案2：

图4～图6为三层转子结构的8/6开关磁阻电机结构示意图，图4为三层转子结构的8/6开关磁阻电机装配示意图，图5为三层转子结构的8/6开关磁阻电机零件示意图，图6为三层转子结构的8/6开关磁阻电机剖面示意图。定子磁极的极对数Ns为4，转子磁极的极对数Nr为3；转子磁极的轴向分层数Lr等于3；定子磁极的轴向分层数Ls＝4；三层转子磁极通过螺杆和螺母组装连接，四层定子磁极通过螺杆和螺母组装连接。图10～图13为这一电机的运行原理。首先，当检测到α_A＝π/(Ns*Nr)＝π/12时(图10所示位置)，A相绕组导通，产生电磁力驱动转子旋转；当转子旋转到α_D＝π/(Ns*Nr)＝π/12时((图11所示位置))，A相绕组关断、同时D相绕组导通，D相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到α_C＝π/(Ns*Nr)＝π/12时(图12所示位置)，D相绕组关断、同时C相绕组导通，C相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；当转子旋转到α_B＝π/(Ns*Nr)＝π/12时(图13所示位置)，C相绕组关断、同时B相绕组导通，B相绕组产生电磁力驱动转子继续旋转；这样不停的重复上述过程，转子便持续地旋转。

Claims

1.一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，包括定子(1)、转子(2)、定子磁极(11)、转子磁极(21)、定子绕组(3)，其特征在于：转子磁极(21)的外半径大于定子磁极(11)的内半径；同时定子磁极(11)和转子磁极(21)在电极轴向为多层结构。

2.根据权利要求1所述一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，其特征在于：所述转子磁极(21)与定子磁极(11)的轴向气隙大于等于1mm，小于等于5mm。

3.根据权利要求1或2所述一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，其特征在于：所述转子磁极(21)的轴向分层数Lr大于等于1；定子磁极(11)的轴向分层数Ls＝Lr+1。

4.根据权利要求1所述一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，其特征在于：不同轴向分层的转子磁极(21)在环向方向一致；不同轴向分层的定子磁极(11)在环向方向一致。

5.根据权利要求1所述一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，其特征在于：单个定子磁极(11)采用台阶式结构，用于绕制定子绕组。

6.根据权利要求1所述一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，其特征在于：定子绕组(3)绕制在定子磁极(11)凹下的部分，且定子绕组(3)的最外层不超过定子磁极(11)凸起的部分所在平面。

7.根据权利要求1所述一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，其特征在于：每一层的转子磁极(21)与其对应的转子轴为一整体，多层转子结构时，采用螺杆(4)进行轴向连接；每一层的定子磁极(11)与其对应的定子磁轭(12)为一整体，多层定子结构时采用螺杆(4)进行轴向连接。

8.根据权利要求1所述一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，其特征在于：定子磁极(11)的极对数ns大于转子磁极(21)的极对数nr。

9.根据权利要求1所述一种减小开关磁阻电机径向电磁力的电机结构，其特征在于：在轴向多层的定子绕组(3)中，环向角度一致的定子绕组(3)为同一相绕组，其励磁电流同时导通与关断。