CN208112478U - 一种减少径向振动与转矩脉动的开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种减少径向振动与转矩脉动的开关磁阻电机，包括定子和转子，所述转子的转子磁极包括主体磁极和扩展磁极，所述扩展磁极从所述主体磁极沿周向与所述主体磁极的面对所述定子的端面共面且同曲率地延伸，并且相邻两个转子磁极之间的间隔的周向弧长大于所述定子磁极的周向弧长。通过本实用新型所提供的开关磁阻电机，能够显著减少电机振动和噪声，提高电机效率。

Description

一种减少径向振动与转矩脉动的开关磁阻电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，具体地说，本实用新型涉及一种减少径向振动与转矩脉动的开关磁阻电机。

背景技术

在开关磁阻电机中，随着电机的运行，产生的径向力波动很大，从而引起定子铁芯的径向振动，这个径向振动又是开关磁阻电机噪声的主要原因之一。另外，开关磁阻电机的转矩脉动也给电机性能带来很多不利影响，使得电机效率下降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种减少径向振动与转矩脉动的开关磁阻电机，提高电机的作业效率。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种减少径向振动与转矩脉动的开关磁阻电机，包括定子和转子，所述转子的转子磁极包括主体磁极和扩展磁极，所述扩展磁极从所述主体磁极沿周向与所述主体磁极的面对所述定子的端面共面且同曲率地延伸，并且相邻两个转子磁极之间的周向间隔弧长大于所述定子磁极的周向弧长。

可选地，所述扩展磁极形成在所述主体磁极的一侧或两侧。

可选地，在所述扩展磁极形成在所述主体磁极的两侧时，两侧的扩展磁极相对于所述主体磁极的径向中线对称地设置。

可选地，所述扩展磁极的径向厚度小于所述主体磁极的周向厚度。

可选地，所述扩展磁极的背对所述定子的表面与所述主体磁极的表面之间圆弧过渡。

可选地，在所述定子磁极上的至少一侧的径向外侧部分上开设有第一凹槽和/或在所述主体磁极上的至少一侧的径向外侧部分上开设有第二凹槽。

可选地，在所述定子磁极两侧的径向外侧部分上均开设有第一凹槽，两个第一凹槽相对于所述定子磁极的径向中线对称，在所述主体磁极两侧的径向外侧部分上均开设有第二凹槽，且两个第二凹槽相对于所述主体磁极的径向中线对称。

可选地，所述定子磁极的位于第一凹槽处的周向厚度与所述主体磁极的位于第二凹槽处的周向厚度相等。

可选地，所述开关磁阻电机包括两相、三相、四相、五相或七相开关磁阻电机。

可选地，所述扩展磁极与所述主体磁极为一体成型部件。

根据本实用新型所提供的开关磁阻电机，能够改善电机的径向受力情况，避免径向力大幅度波动，从而能够显著降低电机在运转时产生的振动和噪声，并且还可以使转矩始终保持在较高值范围内，从而能够提高电机效率。

附图说明

图1是现有技术中的开关磁阻电机的结构示意图；

图2A至图2C示出了图1中的现有开关磁阻电机的磁路示意图；

图3是示出了图1中的开关磁阻电机的径向力和切向力变化曲线图；

图4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5A和图5B是图4中的开关磁阻电机的磁路示意图；

图6是示出了图4中的改进后的开关磁阻电机的径向力和切向力变化曲线图；

图7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。

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至图3，现有技术中的开关磁阻电机，比如三相开关磁阻电机，通常包括定子1和转子2，定子1可大体上具有六个磁极，而转子2可大体上具有四个磁极。每个定子磁极上均缠绕有线圈。定子磁极和转子磁极均大体上沿周向均匀分布，并且通常来说，转子磁极的周向弧长大体上等于定子磁极的周向弧长。

在如图1中所示的状态下，定子磁极A和A’与转子磁极E和E’径向对准，且定子磁极A和A’上的线圈处于通电状态。当定子磁极A和A’断电同时定子磁极B和B’通电时，在定子磁极B与转子磁极F以及定子磁极B’与转子磁极F’之间形成短磁路，驱使转子逆时针转动。当转子转动到转子磁极F和F’与定子磁极B和B’径向对准时，定子磁极B和B’断电，然后给定子磁极C和C’通电。此时在定子磁极C与转子磁极E以及定子磁极C’与转子磁极E’之间形成短磁路，继续驱使转子逆时针转动，如此往复地对定子通电和断电，从而使电机持续地运转。

如图2A至图2C所示，分别示出了在定子磁极与转子磁极处于不同状态时两者之间的磁路。在图2A中，定子磁极与转子磁极完全彼此错开，此时磁路从定子磁极可大体上沿着切向方向弯曲。此时，定子受到的总径向力最小，例如，在本文中可以用0来表征，而总切向力大体上为1。当电机继续运转，例如，转动到图2B中的状态时，定子磁极与转子磁极转动到错开一定角度，两者之间的磁路可大体上沿着弯曲的路径达到转子磁极上。此时，定子受到的总径向力处于中间值，例如在本文中可以用0.5或其他小于1的数值来表征，而总切向力也大体上处于中间值，同样，该值也可用小于1的数值来表征，例如0.5。当电机继续运转而转动到图2C中的状态时，定子磁极与转子磁极转动到径向对准，此时定子受到的总径向力大体上达到最大，例如用1来表征，而总切向力大体上处于最小，例如在本文中，可大体上用0来表征。

因此，对于现有技术中的开关磁阻电机而言，定子上的径向力随着电机的运转周期性地在0与1之间变化，如图3所示。径向力和切向力的大幅波动导致定子和转子上的转矩同样大幅波动，进而导致定子和转子在电机运行时振动，还会产生较大的噪声，导致电机效率下降。

参照图4至图6，示出了根据本实用新型的实施例的开关磁阻电机。在本实施例中，开关磁阻电机可以是二相、三相、四相、五相或七相开关磁阻电机，另外，开关磁阻电机还可分成内转子外定子结构和内定子外转子结构，为了便于描述，下面以具有内转子外定子结构的三相开关磁阻电机为例进行说明。

定子10包括沿周向均匀分布的六个定子磁极11，在每个定子磁极11上均缠绕有线圈(未示出)，且相邻两个定子磁极11相隔开预定的距离。转子20处于定子10的径向内侧，且两者同轴地布置。转子20包括沿周向均匀分布的四个转子磁极21，相邻两个转子磁极21相隔开预定的距离。定子磁极11具有面对转子磁极21的径向内端面(可简称端面)12。

转子磁极21可包括主体磁极22和扩展磁极23，主体磁极22可大体上与以上参照图1至图3所描述的转子磁极对应，该主体磁极22的周向厚度RL1可与定子磁极11的周向厚度SL1相等，该主体磁极22的径向厚度为H1。主体磁极22具有大体上沿径向延伸的径向外侧部分25，并具有与定子磁极11面对的径向外端面(可简称端面)24。

在每个主体磁极22上均设置有扩展磁极23，扩展磁极23从主体磁极22沿着周向延伸，并且其径向外表面与主体磁极22的径向外端面24共面且同曲率，也就是说径向外端面24的面积增大了。换言之，扩展磁极23可与主体磁极22为一体成型的部件从而构成转子磁极21。

因为在主体磁极22上设置了沿周向延伸的扩展磁极23，因此，转子磁极21的总周向弧长为主体磁极22的周向弧长与扩展磁极23的周向弧长之和。为了避免转子磁极21的周向弧长延长引起转子20在运转过程中出现转向混乱的情况，相邻的两个转子磁极21需要间隔开预定的长度，在本实用新型的实施例中，相邻两个转子磁极21之间的周向间隔弧长L大于定子磁极11的周向弧长。

这样，在转子磁极21转动过程中，在上一对定子磁极即将断电而下一对即将通电时，转子磁极21与即将通电的那一对定子磁极11之间的间隔要小于与其他定子磁极之间的间隔，也就是说，转子磁极21仅与即将通电的定子磁极11形成短磁路，而不会与其他定子磁极。因此，可有效避免转子磁极21同时与多对定子磁极形成短磁路而影响转向。

扩展磁极23的径向内表面与主体磁极22的径向外侧部分25可采用圆弧过渡的形式，如图4中的圆弧部分26所示，避免影响转子磁极21上的磁路。

如图4所示，在一个实施例中，扩展磁极23可形成在主体磁极22的两侧，因而转子磁极21大致呈T形而具有两个凸耳。处于主体磁极22两侧的这两个扩展磁极23的周向弧长可相等也可不相等，只要使得相邻两个转子磁极21之间的周向间隔弧长大于定子磁极11的周向弧长即可。

例如，两个扩展磁极23可相对于转子磁极21的中心线对称地设置。

对于三相开关磁阻电机而言，每一个定子磁极的弧长可以为πD/12，其中，D是定子磁极的径向内端面的直径。在这种情况下，包括扩展磁极23和主体磁极22的转子磁极21沿着周向的总弧长S可大体上通过下面的不等式来定义：πD/12<S<πD/6。

随着转子20的运转，例如，在转子20从图4中的当前角度顺时针转动时，在转子20到转子磁极F和F’上的处于右侧的扩展磁极23初始与定子磁极B和B’大致对齐同时定子磁极B和B’开始通电时，同时定子磁极A和A'断电，这样避免定子磁极A和A'与转子磁极E和E'对齐，从而保证径向力达不到最大值，大约只达到最大值的一半以下。另外，扩展磁极23的径向厚度H2应该被适当地设定。该径向厚度H2可小于主体磁极22的周向厚度RL1。同时，径向厚度H2也不能设置的太小，以防止在扩展磁极23上出现磁饱和。

因此，通过设置扩展磁极23，使得电机具有一定的开通角提前量G1和一定的关断角提前量G2，提供了电力利用效率，使得定子和转子上的切向力始终保持在较高值的范围内而不会减小到零，同时使得径向力始终保持在较低值的范围内而不会增大到较高的值。进而通过减小径向力波动和幅值，可有效地减小电机的振动和噪声，并且通过使电机始终具有较高的转矩而能够显著提高电机效率。

除此以外，根据本实用新型的实施例，在定子磁极11的至少一侧的径向外侧部分13上还可以开设有第一凹槽14，在主体磁极22的至少一侧的径向外侧部分25上还可以开设有第二凹槽27。第一凹槽14从定子磁极11的主体部分延伸且没有延伸到径向端面12的位置，同样，第二凹槽27也在主体磁极22上延伸且没有延伸到径向外端面24的位置。

可以在定子磁极11的两侧均开设第一凹槽14，这两个第一凹槽14可相对于定子磁极11的径向中心线对称。在主体磁极22的两侧也可均开设第二凹槽27，这两个第二凹槽27也相对于主体磁极22的径向中心线对称。

通过开设第一凹槽14和第二凹槽27，相对于在定子磁极11和转子磁极21上分别进一步限定扩展部分，尽可能扩大磁力线弯曲成切向方向的区间，有助于进一步减小电机运转时受到的径向力作用。

如图5A和图5B，示出了定子磁极11和转子磁极21之间的磁路，其中，在定子磁极11开始通电时，磁路会经过转子磁极21上的扩展磁极23。

因此，总体上来说，径向力大体上在0与1之间的不到1的范围内变化。径向力的最小值可取决于扩展磁极的周向弧长以及定子的关断角和开通角的提前量。在一个实施例中，如图6所示，定子10受到的径向力可被调节成在0至0.4的范围内变化，而切向力大体上在0.6至1的范围内变化，或者径向力和切向力可通过调节扩展磁极的尺寸而在其他范围内变化。因而可显著改善定子10和转子20的受力状况，减小径向力波动，进而可减少电机的振动和噪声，并且还显著提高电机的转矩。

在本实用新型的另一实施例，如图7所示，该三相开关磁阻电机的转子磁极21可设置有一个扩展磁极23，该扩展磁极23形成在主体磁极22的一侧，因此，该扩展磁极23的周向弧长相对于如图4所示的两个扩展磁极23可设置地相对大些，只要相邻两个转子磁极21之间的周向间隔弧长L大于定子磁极的周向弧长即可。

通过本实用新型所提供的开关磁阻电机，能够减少由于径向力波动而产生的振动和相应的转矩脉动以及产生的噪声，改善电机的性能，从而提高电机效率。

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 (10)

1.一种减少径向振动与转矩脉动的开关磁阻电机，包括定子和转子，其特征在于，所述转子的转子磁极包括主体磁极和扩展磁极，所述扩展磁极从所述主体磁极沿周向与所述主体磁极的面对所述定子的端面共面且同曲率地延伸，并且相邻两个转子磁极之间的周向间隔弧长大于所述定子磁极的周向弧长。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述扩展磁极形成在所述主体磁极的一侧或两侧。

3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于，在所述扩展磁极形成在所述主体磁极的两侧时，两侧的扩展磁极相对于所述主体磁极的径向中线对称地设置。

4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述扩展磁极的径向厚度小于所述主体磁极的周向厚度。

5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述扩展磁极的背对所述定子的表面与所述主体磁极的表面之间圆弧过渡。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的开关磁阻电机，其特征在于，在所述定子磁极上的至少一侧的径向外侧部分上开设有第一凹槽和/或在所述主体磁极上的至少一侧的径向外侧部分上开设有第二凹槽。

7.根据权利要求6所述的开关磁阻电机，其特征在于，在所述定子磁极两侧的径向外侧部分上均开设有第一凹槽，两个第一凹槽相对于所述定子磁极的径向中线对称，在所述主体磁极两侧的径向外侧部分上均开设有第二凹槽，且两个第二凹槽相对于所述主体磁极的径向中线对称。

8.根据权利要求7所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述定子磁极的位于第一凹槽处的周向厚度与所述主体磁极的位于第二凹槽处的周向厚度相等。

9.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述开关磁阻电机包括两相、三相、四相、五相或七相开关磁阻电机。

10.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述扩展磁极与所述主体磁极为一体成型部件。