CN207939379U - 开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关磁阻电机，包括同轴地布置的定子组件和转子组件，所述定子组件包括多个定子铁芯，所述多个定子铁芯均呈扩展的W型，并且均包括定子铁芯根部以及从所述定子铁芯根部沿径向朝向所述转子组件延伸的多个齿部，所述多个齿部的总数量N为奇数，且N≥5。本实用新型所提供的电机的重量显著降低，并且还显著减少了噪声和振动的发生。

Description

开关磁阻电机

技术领域

本实用新型属于电机领域，具体地说，本实用新型涉及一种轻量化开关磁阻电机。

背景技术

传统的三相开关磁阻电机的结构简单、控制容易，转子和定子上均设置有多个磁极，通过磁极之间的相互作用驱动转轴旋转，进而带动安装在转轴上的转子旋转。转子的磁极通常为凸出的磁极，电机在运行过程中，当凸出的转子磁极越来越靠近定子磁极时，由于两者之间的间距发生明显的变化，导致在运行时会受到很大的空气阻力，并且还会引起刺耳的尖叫噪声、振动等尤其是低速运行时引起的脉动、低频振动和噪音，结果导致三相开关磁阻电机的效率和性能降低。

另外，现有的电机的转子的转动惯量较大且电机总重量偏大，导致应用范围受限。尤其在电动车辆中，因为轮毂上的封装空间有限，因此对电机的重量具有很高的要求，而目前的三相电机远不能满足这样的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种开关磁阻电机，以短磁路的方式大幅降低转子的转动惯量和电机总重量，从而使得电机应用于电动车辆上成为可能。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种开关磁阻电机，包括同轴地布置的定子组件和转子组件，所述定子组件包括多个定子铁芯，所述多个定子铁芯均呈扩展的W型，并且均包括定子铁芯根部以及从所述定子铁芯根部沿径向朝向所述转子组件延伸的多个齿部，所述多个齿部的总数量N为奇数，且N≥5。

可选地，所述定子铁芯根部沿轴向延伸，且所述多个齿部沿轴向等间隔地分布。

可选地，在所述多个齿部上每隔开一个齿部沿着第一方向缠绕线圈，其他齿部上没有缠绕线圈或者沿着与第一方向相反的第二方向缠绕线圈。

可选地，所述转子组件包括多个转子铁芯，所述多个转子铁芯均呈长条状。

可选地，所述定子组件还包括由非磁性材料制成的定子安装筒体，所述定子铁芯嵌装在所述定子安装筒体上，所述转子组件还包括由非磁性材料制成且与所述定子安装筒体同轴地布置的转子安装筒体，所述转子铁芯嵌装在所述转子安装筒体上，所述转子组件为内转子结构，所述定子铁芯的径向内表面与所述定子安装筒体的径向内表面齐平，所述转子铁芯的径向外表面与所述转子安装筒体的径向外表面齐平。

可选地，所述定子组件还包括由非磁性材料制成的定子安装筒体，所述定子铁芯嵌装在所述定子安装筒体上，所述转子组件还包括由非磁性材料制成且与所述定子安装筒体同轴地布置的转子安装筒体，所述转子铁芯嵌装在所述转子安装筒体上，所述转子组件为外转子结构，所述定子铁芯的径向外表面与所述定子安装筒体的径向外表面齐平，所述转子铁芯的径向内表面与所述转子安装筒体的径向内表面齐平。

可选地，所述转子组件与所述定子组件之间的径向间隙恒定。

可选地，所述开关磁阻电机是三相、四相、五相或七相开关磁阻电机。

可选地，所述多个齿部中处于最外侧的齿部的宽度小于其他齿部的宽度。

可选地，所述定子铁芯根部的径向厚度是处于中间的齿部的轴向厚度的一半或以上。

可选地，所述转子铁芯的径向厚度是处于中间的齿部的轴向厚度的一半。

可选地，所述定子铁芯和所述转子铁芯的总轴向长度相等。

可选地，所述转子铁芯和所述定子铁芯由取向硅钢片或非取向硅钢片制成。

通过设置扩展的W型定子铁芯，能够显著降低定子组件和电机的总重量。通过使定子组件与转子组件的间隙恒定，从而能够显著减少转子组件受到的风阻，降低噪声和振动的发生。

另外，通过将定子铁芯和转子铁芯分别嵌装在各自的筒体上，可有效地确保两者之间的径向间隙不变，并且可简化铁芯的装配。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例的开关磁阻电机的结构示意图；

图2是图1所示的开关磁阻电机的剖视图；

图3是根据本实用新型的另一实施例的开关磁阻电机的结构示意图；

图4是图3所示的开关磁阻电机的剖视图；

图5是根据本实用新型的实施例的开关磁阻电机的磁路示意图；

图6是图1所示的定子组件的示意图；

图7是图1所示的转子组件的示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好的理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。

参照图1和图2，根据本实用新型的实施例提供了一种开关磁阻电机(以下简称为电机)。该电机可包括由非磁性材料制成的壳体30以及设置在壳体30内的定子组件10和转子组件20，转子组件20与定子组件10同轴地设置并隔开预定间隙，在转子组件20上还可固定有转轴40。

定子组件10包括多个定子铁芯11，定子铁芯11可呈扩展的W型。其中，扩展的W型定子铁芯可由多个连续的W型定子铁芯构成。定子铁芯11可包括定子铁芯根部111和从定子铁芯根部111沿径向朝向所述转子组件延伸或者突出的多个齿部112，即，齿部112面向转子组件20，定子铁芯根部111可沿着轴向延伸，在轴向上具有一定的长度。齿部112的数量N为奇数，并且N可大于或等于5。

多个齿部112可沿着轴向均匀地分布，相邻的两个齿部112可分隔开相等的间距。处于最外侧的两个齿部的轴向宽度可小于其他齿部(即，处于中间的齿部)的轴向宽度，例如，最外侧的齿部的轴向宽度可大体上是其他齿部的一半。另外，定子铁芯根部111的径向厚度可以是处于中间的齿部112的轴向厚度的一半或一半以上，从而可确保在电机运行时在定子铁芯11上的各个磁路上的磁通量大体相等。

在齿部112上可每隔开一个齿部缠绕有线圈13，该线圈13可绕着第一方向缠绕。对于其他的齿部，可以不缠绕线圈。例如，对于具有五个齿部112的定子，可沿着第一方向在第2个和第4个齿部上缠绕线圈。当然，线圈也可缠绕在第1、3和5个齿部上。

在其他的齿部上还可以绕着与第一方向相反的第二方向缠绕线圈14。在一个示例中，可以在第2个和第4个齿部上沿第一方向缠绕有线圈，并在第3个齿部上沿相反方向即第二方向缠绕线圈14，如图5所示，使得在第2个和第4个齿部上的线圈通电时，电机可作为电动机或马达运转，而在仅第3个齿部上的线圈通电时，电机可作为发电机运转。这样，电机便可具有电动机和发电机两种运转模式，从而可扩大电机应用范围。

电机的转子组件20可具有多个转子铁芯21，转子铁芯21可呈长条状，转子铁芯21的径向厚度可大体上等于处于中间的齿部的轴向厚度的一半。转子铁芯21的总轴向长度可大体上等于定子铁芯11的总轴向长度。

如图2和图4所示，由于定子铁芯11呈扩展的W型，所以可以在转子铁芯21和定子铁芯11之间形成多条磁路，从而相对于现有技术中具有相同尺寸的定子和转子，所产生的总磁通量显著增大。因此，在电机输出相等的扭矩时，便可使定子铁芯11和转子铁芯21的径向尺寸减小，例如，可将定子铁芯根部111的径向尺寸减小。在这种情况下，还可以明显降低定子的总重量，进而降低电机的总重量，从而实现电机的轻量化。在结构尺寸允许的情况下，定子铁芯11的齿部112的数量越多，越有利于使定子铁芯11和转子铁芯21的径向尺寸变薄，从而使铁芯的总重量和电机的总重量越小。

本实用新型所提供的开关磁阻电机可以是三相、四相、五相、七相等更多相的开关磁阻电机。除了转子铁芯和定子铁芯的数量和布置(关于数量和具体布置的设置方式是本领域已知的，在此不再赘述)不同以外，这些电机的定子组件和转子组件的结构类似。为了便于描述，下面将以三相开关磁阻电机为例继续对本实用新型进行说明。

对于三相开关磁阻电机，包括六个定子铁芯11，其可分别称为定子铁芯11-1、11-2、11-3、11-4、11-5和11-6，定子铁芯11在周向上等间隔地设置，即，彼此相隔60度地设置。三相电机还包括四个转子铁芯21，其可在周向上等间隔或均匀地分布，即，彼此相隔90度地设置，并且可分别称为转子铁芯21-1、21-2、21-3和21-4。转子铁芯21和定子铁芯11在轴向上的长度可大体上相等。

定子组件10还可包括由非磁性材料制成的定子安装筒体12，转子组件20还可包括同样由非磁性材料制成的转子安装筒体22，这两个安装筒体可同轴线地设置。为了防止磁力损失，电机的壳体30、定子安装筒体12和转子安装筒体22可由铝镁合金、纤维加强树脂等非磁性材料来制成。

定子铁芯11可作为独立的元件嵌装或镶嵌在定子安装筒体12上，如图2所示。在定子安装筒体12上可开设有多个开口或凹槽，以容纳和安装定子铁芯11，如图6所示。同样，转子铁芯21可作为独立的元件嵌装或镶嵌在转子安装筒体22上，在转子安装筒体22上可开设有与转子铁芯21的形状匹配的凹槽，用来安装转子铁芯21，如图7所示。其中，在图6和图7中仅示意性地示出了定子铁芯11和转系铁芯21及其安装槽。

在本实用新型所提供的开关磁阻电机中，转子组件20和定子组件10之间的位置关系可根据具体应用而适当地设置。例如，转子组件20可以是内转子结构或外转子结构。

在转子组件20是内转子结构的情况下，如图1和2所示，转子铁芯21的径向外表面可与转子安装筒体22的径向外表面齐平，两者可处于同一曲面上，使得转子组件20的外表面是光滑的。定子铁芯11的径向内表面(即，齿部112的径向内表面)可与定子安装筒体12的径向内表面齐平，两者可处于同一曲面上，使得定子组件10的径向内表面是光滑的。另外，为了进一步减小定子组件10的径向尺寸，定子铁芯11的径向外表面(即，定子铁芯根部111的径向外表面)可与定子安装筒体12的径向外表面齐平，两者可处于同一曲面上，使得定子组件10的径向外表面是光滑的。

在转子组件20是外转子结构的情况下，如图3和4所示，转子铁芯21的径向内表面可与转子安装筒体22的径向内表面齐平，两者可处于同一曲面上，使得转子组件20的径向内表面是光滑的。定子铁芯11的径向外表面(即，齿部112的径向外表面)可与定子安装筒体12的径向外表面齐平，两者可处于同一曲面上，使得定子组件10的径向外表面是光滑的。另外，为了进一步减小转子组件20的径向尺寸，转子铁芯21的径向外表面可与转子安装筒体22的径向外表面齐平，两者可处于同一曲面上，使得转子组件20的径向外表面是光滑的。

在以上两种情况下，由于定子安装筒体12和转子安装筒体22同轴地设置，两者之间的径向间隙大体上恒定，因此，在定子铁芯11和转子铁芯21彼此相面对的径向表面与各自的安装筒体的径向表面都齐平或者处于同一曲面上的情况下，定子组件10和转子组件20在径向上彼此相面对的径向表面大体上都是平滑的曲面，并且定子组件10和转子组件20之间的径向间隙G也大体上恒定，而不会随着电机的运转发生变化，从而能够减小转子组件20在旋转时受到的风阻，并且还能够通过恒定的间隙而显著降低噪声和振动的发生。

上述转子铁芯21和定子铁芯11可由多片硅钢片叠加而成，这些硅钢片可以采用非取向硅钢片以及导磁率更高的取向硅钢片、铁基非晶合金或者纳米晶合金制成。具体地，在制作时可采用冲压来制作硅钢片。在采用取向硅钢片制造铁芯时，可使定子铁芯11沿径向上的磁通量更大些，并使转子铁芯21沿轴向上的磁通量更大些。通过采用取向硅钢片等材料，由于其自身的导磁率较高，因此有助于进一步减小定子铁芯11和转子铁芯21的尺寸，从而进一步实现电机的轻量化。

下面对本实用新型所提供的电机的操作进行具体描述。当定子铁芯11-1和11-4上的线圈通电时，电机大体上处于如图1和图3所示的状态。当定子铁芯11-1和11-4上的线圈断电而定子铁芯11-3和11-6上的线圈通电时，在定子铁芯11-2与转子铁芯21-2之间以及定子铁芯11-6与转子铁芯21-4之间形成短磁路，驱使转子组件20顺时针转动，从而为电机提供自驱能力。当转子铁芯21-2和21-4转动到分别与定子铁芯11-3和11-6径向对准时，转子铁芯21-2和21-4分别与定子铁芯11-3和11-6之间的磁路最短。之后按照传统的方式以预定的频率依次轮换地给一组相对的定子铁芯11上的线圈通电和断电而驱使转子组件20继续顺时针旋转，从而带动转轴40转动，进而将电能转换成机械能

在电机运转过程中，由于定子铁芯11作为独立元件嵌装在定子安装筒体12上且转子铁芯21同样作为独立元件嵌装在转子安装筒体22上，从而在定子组件10与转子组件20之间的间隙G始终恒定，而不存在突变或渐变，从而显著减小了转子组件20受到的空气阻力，并且还能够显著降低振动和噪声，而不会因为间隙突变发生尖叫噪声。

通过本实用新型的实施例，可取得以下技术效果：通过设置扩展的W型定子铁芯，可以在设置更薄的定子铁芯的情况下在定子铁芯与转子铁芯之间形成相同的磁通量，从而能够显著降低定子组件、转子组件和电机的总重量，铁芯的总重量大体上可相对于现有电机的铁芯减小70％-80％的重量。通过使定子组件与转子组件的间隙恒定，从而能够显著减少转子受到的风阻，降低噪声和振动的发生。

根据本实用新型的开关磁阻电机可应用于电动车辆上的轮毂电机，其可直接封装在车辆的轮毂上，从而作为动力源来直接驱动车辆行驶，包括前进和倒车，并且还能够显著简化电动车辆中的传动系统，另外还可以简化驱动操作和控制，可以仅通过控制电机的输出扭矩便可控制车辆的行驶。甚至，可完全摒弃耗费燃油或天然气的内燃发动机，实现新型的新能源车辆。

当然，该开关磁阻电机也可以应用到其他任何需要电驱动的设备。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种开关磁阻电机，包括同轴地布置的定子组件和转子组件，其特征在于，所述开关磁阻电机是三相、四相、五相、七相或更多相开关磁阻电机，所述定子组件包括多个定子铁芯，所述多个定子铁芯均呈扩展的W型，并且均包括定子铁芯根部以及从所述定子铁芯根部沿径向朝向所述转子组件延伸的多个齿部，所述多个齿部的总数量N为奇数，且N≥5。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述多个定子铁芯根部沿轴向延伸，且所述多个齿部沿轴向等间隔地分布。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，在所述多个齿部上每隔开一个齿部沿着第一方向缠绕线圈，在其他齿部上没有缠绕线圈或者沿着与第一方向相反的第二方向缠绕线圈。

4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述转子组件包括多个转子铁芯，所述多个转子铁芯均呈长条状。

5.根据权利要求4所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述定子组件还包括由非磁性材料制成的定子安装筒体，所述定子铁芯嵌装在所述定子安装筒体上，所述转子组件还包括由非磁性材料制成且与所述定子安装筒体同轴地布置的转子安装筒体，所述转子铁芯嵌装在所述转子安装筒体上，所述转子组件为内转子结构，所述定子铁芯的径向内表面与所述定子安装筒体的径向内表面齐平，所述转子铁芯的径向外表面与所述转子安装筒体的径向外表面齐平。

6.根据权利要求4所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述定子组件还包括由非磁性材料制成的定子安装筒体，所述定子铁芯嵌装在所述定子安装筒体上，所述转子组件还包括由非磁性材料制成且与所述定子安装筒体同轴地布置的转子安装筒体，所述转子铁芯嵌装在所述转子安装筒体上，所述转子组件为外转子结构，所述定子铁芯的径向外表面与所述定子安装筒体的径向外表面齐平，所述转子铁芯的径向内表面与所述转子安装筒体的径向内表面齐平。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述转子组件与所述定子组件之间的径向间隙恒定。