CN209389903U - 盘式开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种盘式开关磁阻电机，所述盘式开关磁阻电机包括同轴地布置的定子组件和转子组件，转子组件呈大致的圆环形，包括沿周向均匀布置的多个转子磁极和多个转子磁极连接部分，每个转子磁极连接部分连接在相邻的两个转子磁极之间，转子磁极沿轴向的宽度大于转子磁极连接部分沿轴向的宽度。本实用新型所提供的开关磁阻电机通过在圆环形转子组件上设置成周向变截面，使定子磁极和转子磁极之间的气隙逐渐变化，从而显著减少电机转矩脉动。本实用新型适用于两相自启动电机和三相、四相双向启动以及更多相盘式开关磁阻电机。

Description

盘式开关磁阻电机

技术领域

本实用新型属于电机领域，具体地讲，本实用新型涉及一种轻量化的、减少转矩脉动的盘式结构开关磁阻电机。

背景技术

传统的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突出的磁极，通过磁极之间的相互作用旋转。但是，传统的开关磁阻电机在低速运行时很容易引起的转矩脉动、低频振动和噪音，高速运行时容易产生气流引起的噪音，结果导致开关磁阻电机的应用范围受限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种盘式开关磁阻电机，以降低开关磁阻电机的总重量，提高扭矩并显著减少噪声和振动和转矩脉动的发生。

根据本实用新型的一方面，提供一种盘式开关磁阻电机，所述盘式开关磁阻电机包括同轴地布置的定子组件和转子组件，转子组件包括呈大致的圆环形，沿周向均匀布置的多个转子磁极和多个转子磁极连接部分，每个转子磁极连接部分连接在相邻的两个转子磁极之间，转子磁极沿轴向的宽度大于转子磁极连接部分沿轴向的宽度。

定子组件包括沿周向均匀布置的多个定子磁极，每个定子磁极包括：第一平坦部分；第二平坦部分，与第一平坦部分平行地布置，并与第一平坦部分隔开第一预定距离；连接部分，连接在第一平坦部分和第二平坦部分的同一侧端部之间。

每个转子磁极的周向截面在转子磁极的沿周向的两侧朝向转子磁极连接部分突然变小。

每个转子磁极的周向截面在转子磁极的沿周向的两侧朝向转子磁极连接部分逐渐变小。

每个转子磁极的周向截面在转子磁极的沿周向的同一侧朝向转子磁极连接部分逐渐变小，每个转子磁极周向截面在转子磁极的沿周向的另一侧朝向转子磁极连接部分突然变小。

转子磁极沿轴向的宽度小于且接近于定子磁极的第一平坦部分和第二平坦部分之间的距离。

转子磁极的周向弧长大致等于定子磁极的周向弧长。

转子磁极的周向弧长大于定子磁极的周向弧长。

所述盘式开关磁阻电机是两相、三相、四相或更多相开关磁阻电机。

根据本实用新型的另一方面，提供一种盘式开关磁阻电机，包括同轴地布置的定子组件和转子组件，转子组件呈圆环形，包括沿周向均匀布置的多个转子磁极和多个转子磁极连接部分，每个转子磁极连接部分连接在相邻的两个转子磁极之间，转子磁极沿轴向的宽度等于转子磁极连接部分沿轴向的宽度，每个转子磁极由软磁材料形成，每个转子磁极连接部分由非磁性材料形成。

根据本实用新型的盘式开关磁阻电机可实现电机轻量化，实现开通角和关断角的大幅度提前量，从而得到比较平滑的转矩效果，显著减少电机转矩脉动。

另外，本实用新型所提供的两相盘式开关磁阻电机都具有自启动能力。

附图说明

图1A是根据本实用新型的第一实施例的盘式开关磁阻电机的转子组件的立体图；

图1B是根据本实用新型的第一实施例的盘式开关磁阻电机的定子组件的定子磁极的立体图；

图1C是根据本实用新型的第一实施例的盘式开关磁阻电机的定子组件和转子组件的装配立体图；

图2A至图2D是根据本实用新型的第一实施例的盘式开关磁阻电机的运行示意图；

图3是根据本实用新型的第二实施例的开关磁阻电机的转子组件的立体图；

图4是根据本实用新型的第三实施例的开关磁阻电机的转子组件的立体图；

图5是采用根据本实用新型第三实施例的转子组件的两相盘式开关磁阻电机装配关系图；

图6A至图6E是根据本实用新型的第三实施例的两相盘式开关磁阻电机的运行示意图；

图7是根据本实用新型的第四实施例的开关磁阻电机的转子组件的立体图。

具体实施方式

根据本实用新型的盘式开关磁阻电机主要采用周向变截面圆环结构转子来达到电机轻量化的目的，采用变截面圆环结构转子形式来实现开通角和关断角的大幅度提前量，从而得到比较平滑的转矩效果，显著减少电机转矩脉动。

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多个具体实施例进行详细描述。

下面将结合图1A至图2D对本实用新型的第一实施例进行详细描述。

图1A是根据本实用新型的第一实施例的盘式开关磁阻电机的转子组件的立体图，图1B是根据本实用新型的第一实施例的盘式开关磁阻电机的定子组件的定子磁极的立体图，图1C是根据本实用新型的第一实施例的盘式开关磁阻电机的定子组件和转子组件的装配立体图。

如图1A至图1C所示，盘式开关磁阻电机包括定子组件110和转子组件 120，定子组件110与转子组件120同轴地设置(即，定子组件110的轴心与转子组件120的轴心重合)，在定子组件110与转子组件120之间存在预定间隙(气隙)。

定子组件110包括沿周向均匀布置的多个定子磁极(定子铁芯)111。在每个定子磁极111上可缠绕有线圈。具体地，参照图1B，每个定子磁极111 包括第一平坦部分1111；第二平坦部分1112，与第一平坦部分1111平行地布置，并与第一平坦部分1111隔开第一预定距离；连接部分1113，连接在第一平坦部分1111和第二平坦部分1112的同一侧端部之间。连接部分1113可呈 C形。多个定子磁极111可分别固定地嵌装在定子组件安装主体(未示出)上。

转子组件120采用周向变截面的圆环结构。转子组件120可一体地形成。转轴(未示出)可沿轴向固定安装到转子组件120的中空部分中，以与转子组件120一起旋转。具体地，参照图1A，转子组件120呈大致的圆环结构，包括沿周向均匀布置的多个转子磁极121和多个转子磁极连接部分122，每个转子磁极连接部分122连接在相邻的两个转子磁极121之间。转子磁极121 沿轴向的宽度大于转子磁极连接部分122沿轴向的宽度(转子磁极121的周向截面大于转子磁极连接部分122的周向截面)。转子磁极121沿轴向的宽度小于且接近于定子磁极111的第一平坦部分1111和第二平坦部分1112之间的距离，以便在旋转过程中转子磁极121与定子磁极111重合时产生足够小的气隙，使得转子磁极121与定子磁极111形成短磁路，转子磁极121与定子磁极111错开时气隙足够大，使得转子磁极121与定子磁极111不能形成磁路回路，定子与转子之间的没有吸力，由此实现开关磁阻电机的持续旋转。转子磁极121沿周向的弧长大致等于定子磁极111的周向弧长(即，第一平坦部分1111或第二平坦部分1112沿周向的弧长)。

参照图1A，在本实用新型的第一实施例中，每个转子磁极121的周向截面在转子磁极121的沿周向的两侧朝向转子磁极连接部分122突变(突然变小)。

为了便于描述，在第一实施例中，将以三相内转子盘式开关磁阻电机为例对本实用新型进行说明。

图2A至图2D是根据本实用新型的第一实施例的盘式开关磁阻电机的运行示意图。下面参照图2A至图2D详细说明。

对于三相开关磁阻电机，定子组件110包括六个定子磁极(定子铁芯) 111，其可分别称为定子磁极111-1、111-2、111-3、111-4、111-5和111-6，定子磁极111在周向上等间隔地设置，即，彼此相隔60度地设置。三相开关电机还包括四个转子磁极121，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121-1、121-2、121-3和121-4。四个转子磁极121连成周向变截面圆环结构。

每个定子磁极111上缠绕有线圈，线圈可被通电(以下简称为“定子磁极通电”)。当开关磁阻电机运行时，定子磁极111-1和111-4同时通电，定子磁极111-2和111-5同时通电，定子磁极111-3和111-6同时通电。在定子磁极111-1和111-4通电时，定子磁极111-2、111-3、111-5和111-6断电。同样地，在定子磁极111-2和111-5通电时，定子磁极111-1、111-3、111-4和111-6 断电，在定子磁极111-3和111-6通电时，定子磁极111-1、111-2、111-4和111-5断电。即，每对径向相对的定子磁极111构成一相(一共三相)，每对径向相对的定子磁极111轮流地通电和断电。

开关磁阻电机的转子组件120的四个转子磁极121可径向相对地设置。

下面对根据本实用新型第一实施例的盘式开关磁阻电机的操作进行具体描述。

当定子磁极111-1和111-4上的线圈通电时，开关磁阻电机大体上处于如图2A所示的状态。当定子磁极111-1和111-4上的线圈断电而定子磁极111-2 和111-5上的线圈通电时，在定子磁极111-2与转子磁极121-2之间以及定子磁极111-5与转子磁极121-4之间形成短磁路，驱使转子组件120逆时针转动，成为图2A的状态。接着，当定子磁极111-2和111-5上的线圈断电而定子磁极111-3和111-6上的线圈通电时，在定子磁极111-3与转子磁极121-3之间以及定子磁极111-6与转子磁极121-1之间形成短磁路，驱使转子组件120 逆时针转动，成为图2C的状态。接着，当定子磁极111-3和111-6上的线圈断电而定子磁极111-1和111-4上的线圈通电时，在定子磁极111-1与转子磁极121-2之间以及定子磁极111-4与转子磁极121-4之间形成短磁路，驱使转子组件120逆时针转动，成为图2D的状态。也就是说，针对转子磁极121 与定子磁极111的相对位置来说，又返回到图2A所示的状态，完成一个工作循环。然后，以类似的方式依次轮换地给每对径向相对的定子磁极121上的线圈通电和断电而驱使转子组件120继续旋转，从而带动转轴转动。

在本实用新型所提供的盘式开关磁阻电机中，转子组件120和定子组件 110之间的位置关系可根据具体应用而适当地设置。例如，盘式开关磁阻电机可以是内转子结构或外转子结构。

定子组件110可由多片硅钢片叠加而成，也可以卷片叠加而成。

转子组件120可一体地形成，可通过将磁性材料(例如硅钢片)卷成后加工而成。这些硅钢片可以采用非取向硅钢片、取向硅钢片以及导磁率更高的铁基非晶合金或者纳米晶合金制成。具体地，可采用冲压或卷片方式来制作硅钢片。由于非晶合金等材料的导磁率较高，因此有助于进一步减小定子组件110和转子组件120的尺寸，从而进一步实现开关磁阻电机的轻量化。

通过本实用新型的第一实施例，可取得以下技术效果：如图1A至图2D 所示，转子组件120是空心结构。三相开关磁阻电机的定子磁极111与转子磁极121的数量比例可以是6/4、12/8、18/12或更多形式。在结构尺寸允许的情况下，定子组件110的定子磁极111的数量越多，越有利于使定子组件 110和转子组件120的径向尺寸变薄，从而使铁芯重量越小。

根据本实用新型第一实施例的外转子结构的开关磁阻电机可应用于电动车辆上用作直驱式轮毂电机。

下面将结合图3对根据本实用新型的第二实施例的盘式开关磁阻电机进行详细描述。图3是根据本实用新型的第二实施例的开关磁阻电机的转子组件的立体图。

参照图3，根据本实用新型的第二实施例的开关磁阻电机与根据本实用新型的第一实施例的开关磁阻电机在结构上类似，主要差别在于：在第二实施例中，转子组件220的每个转子磁极221的周向截面在转子磁极221的沿周向的两侧朝向转子磁极连接部分222渐变(逐渐变小)，转子磁极221的周向弧长大于定子磁极的周向弧长。

具体地，转子组件220采用周向变截面的圆环结构。转子组件220呈大致的圆环结构，包括沿周向均匀布置的多个转子磁极221和多个转子磁极连接部分222，每个转子磁极连接部分222连接在相邻的两个转子磁极221之间。转子磁极221沿轴向的宽度大于转子磁极连接部分222沿轴向的宽度。每个转子磁极221包括转子主磁极2211以及从转子主磁极2211两侧沿周向延伸的第一转子副磁极2212和第二转子副磁极2213。第一转子副磁极2212和第二转子副磁极2213的周向截面沿周向朝向转子磁极连接部分222渐变 (逐渐变小)。每个转子磁极连接部分222连接在一个转子磁极221的第一转子副磁极2212与另一个转子磁极221的第二转子副磁极2213之间。

下面将结合图4对根据本实用新型的第三实施例的盘式开关磁阻电机进行详细描述。图4是根据本实用新型的第三实施例的开关磁阻电机的转子组件的立体图。

参照图4，根据本实用新型的第三实施例的开关磁阻电机与根据本实用新型的第一实施例的开关磁阻电机在结构上类似，主要差别在于：在第三实施例中，转子组件320的每个转子磁极321的周向截面在转子磁极321的沿周向的同一侧朝向转子磁极连接部分322渐变(逐渐变小)，转子组件320的每个转子磁极321的周向截面在转子磁极321的沿周向的另一侧朝向转子磁极连接部分322突变(突然变小)，转子磁极221的周向弧长大于定子磁极的周向弧长。

具体地，转子组件320采用周向变截面的圆环结构。转子组件320呈大致的圆环结构，包括沿周向均匀布置的多个转子磁极321和多个转子磁极连接部分322，每个转子磁极连接部分322连接在相邻的两个转子磁极321之间。转子磁极321沿轴向的宽度大于转子磁极连接部分322沿轴向的宽度。每个转子磁极321包括转子主磁极3211以及从转子主磁极3211的同一侧沿周向延伸的转子副磁极3212。转子副磁极3212的周向截面沿周向朝向转子磁极连接部分322渐变(逐渐变小)。每个转子磁极连接部分222连接在一个转子磁极321的主磁极3211与另一个转子磁极321的转子副磁极3212之间。

根据本实用新型第三实施例和第四实施例的盘式开关磁阻电机因为转子副磁极的存在，定子组件可以提前通电并对转子磁极产生作用，并且产生作用是逐步的，所以转矩变化比较平滑。

图5是采用根据本实用新型第三实施例的转子组件的两相盘式开关磁阻电机装配关系图。

根据本实用新型第三实施例的两相盘式开关磁阻电机，通过在转子主磁极3211沿周向的一侧设置一个扩展的转子副磁极3212来达到两相电机的自启动效果。

参照图5，两相盘式开关磁阻电机可包括由定子组件310和转子组件320。

转子组件320包括在周向上均匀分布的多个转子磁极321。对于两相开关磁阻电机，定子磁极对应与转子磁极的数量比例可以是4/2、6/3、8/4、10/5、 12/6等。

为了便于描述，在第三实施例中，以两相8/4开关磁阻电机为例进行详细描述。对于两相8/4开关磁阻电机，定子组件310包括八个定子磁极311，其可分别称为定子磁极311-1、311-2、311-3、311-4、311-5、311-6，311-7和 311-8，定子磁极311在周向上等间隔地设置，即，彼此相隔45度地设置。两相开关磁阻电机的转子组件320包括四个转子磁极321，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321-1、321-2、321-3和321-4。

在电机运行时，定子磁极311-1、311-3、311-5和311-7同时通电，定子磁极311-2、311-4、311-6和311-8同时通电。在定子磁极311-1、311-3、311-5 和311-7通电时，定子磁极311-2、311-4、311-6和311-8断电。同样地，在定子磁极311-2、311-4、311-6和311-8通电时，定子磁极311-1、311-3、311-5 和311-7断电，即，构成一相的径向相对的4个定子磁极311(311-1、311-3、 311-5和311-7)与构成另一相的径向相对的其余4个定子磁极311(311-2、311-4、311-6和311-8)轮流地通电和断电。

对于两相开关磁阻电机，每个转子磁极321包括转子主磁极3211以及从转子主磁极3211的同一侧沿周向延伸的转子副磁极3212。转子副磁极3212 的周向截面沿周向朝向转子磁极连接部分322渐变(逐渐变小)。转子副磁极 3212的周向弧长可小于转子主磁极3211的周向弧长。转子磁极321的周向弧长为其所包括的转子主磁极3211的周向弧长与转子副磁极3212的周向弧长之和。转子磁极321的周向弧长大于定子磁极311的周向弧长。

下面参照图6A至图6E对本实用新型第三实施例所提供的两相盘式开关磁阻电机的操作进行具体描述。图6A至图6E是根据本实用新型的第三实施例的两相盘式开关磁阻电机的运行示意图。

当定子磁极311-1、311-3、311-5和311-7上的线圈通电时，两相开关磁阻电机大体上处于如图6A所示的状态。当定子磁极311-1、311-3、311-5和 311-7上的线圈断电而定子磁极311-2、311-4、311-6和311-8上的线圈通电时，因为转子副磁极3212的存在，在定子磁极311-2与转子副磁极3212-2 之间、定子磁极311-4与转子副磁极3212-3之间、定子磁极311-6与转子副磁极3212-4之间以及定子磁极311-8与转子副磁极3212-1之间形成短磁路，驱使转子组件320逆时针转动，从而为两相开关磁阻电机提供自启动能力。如图6B和图6C所示。当转子主磁极3211-1、3211-2、3211-3和3211-4转动到分别与定子磁极311-8、311-2、311-4和311-6径向对准时，转子组件320 转动到图6C所示的位置，这时使定子磁极311-2、311-4、311-6和311-8上的线圈断电，同时给定子磁极311-1、311-3、311-5和311-7上的线圈通电。此时，在定子磁极311-1与转子副磁极3212-2之间、定子磁极311-3与转子副磁极3212-3之间、定子磁极311-5与转子副磁极3212-4之间以及定子磁极 311-7与转子副磁极3212-1之间形成短磁路，继续驱动转子组件320逆时针转动，如图6D所示。

当转子主磁极3211-1、3211-2、3211-3和3211-4转动到分别与定子磁极 311-7、311-1、311-3和311-5径向对准时，转子组件320转动到图6E所示的位置，也就是说，针对转子磁极321与定子铁芯311的相对位置来说，又返回到图6A所示的状态。然后，以类似的方式依次轮换地给构成一相的径向相对的4个定子磁极311与构成另一相的径向相对的其余4个定子磁极311 通电和断电，驱使转子组件320继续旋转。

在本实用新型所提供的盘式开关磁阻电机中，转子组件320和定子组件 310之间的位置关系可根据具体应用而适当地设置。例如，盘式开关磁阻电机可以是内转子结构或外转子结构。

此外，图1A、图3和图4示出了转子磁极关于转子磁极连接部分沿轴向对称地设置，然而本实用新型不限于此，转子磁极也可关于转子磁极连接部分沿轴向非对称地设置，例如，每个转子磁极的沿轴向的一侧相对于转子磁极连接部分的沿轴向的同一侧突起，而每个转子磁极的沿轴向的另一侧与转子磁极连接部分的沿轴向的另一侧平齐(共面)。

另外，本实用新型第三实施例所提供的两相盘式开关磁阻电机可具有自启动能力。

下面将结合图7对根据本实用新型的第四实施例的盘式开关磁阻电机进行描述。图7是根据本实用新型的第四实施例的开关磁阻电机的转子组件的立体图。

在第四实施例中，转子组件420采用周向等截面的圆环结构。转子组件 420包括沿周向均匀布置的多个转子磁极421和多个转子磁极连接部分422，每个转子磁极连接部分422连接在相邻的两个转子磁极421之间。转子磁极 221沿轴向的宽度等于转子磁极连接部分222沿轴向的宽度。每个转子磁极 421由软磁材料形成，每个转子磁极连接部分422由非磁性材料形成。

在第四实施例中，开关磁阻电机也可分成内转子外定子结构和内定子外转子结构。

定子组件的布置和线圈缠绕方式与本实用新型第一实施例相同。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，本实用新型适用于两相自启动电机和三相、四相双向启动以及更多相盘式开关磁阻电机。

另外，本实用新型所提供的所有两相电机都具有自启动能力。

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)

1.一种盘式开关磁阻电机，包括同轴地布置的定子组件和转子组件，其特征在于，

转子组件呈大致的圆环形，包括沿周向均匀布置的多个转子磁极和多个转子磁极连接部分，每个转子磁极连接部分连接在相邻的两个转子磁极之间，转子磁极沿轴向的宽度大于转子磁极连接部分沿轴向的宽度。

2.根据权利要求1所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于，定子组件包括沿周向均匀布置的多个定子磁极，

每个定子磁极包括：第一平坦部分；第二平坦部分，与第一平坦部分平行地布置，并与第一平坦部分隔开第一预定距离；连接部分，连接在第一平坦部分和第二平坦部分的同一侧端部之间。

3.根据权利要求2所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于，每个转子磁极的周向截面在转子磁极的沿周向的两侧朝向转子磁极连接部分突然变小。

4.根据权利要求2所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于，每个转子磁极的周向截面在转子磁极的沿周向的两侧朝向转子磁极连接部分逐渐变小。

5.根据权利要求2所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于，每个转子磁极的周向截面在转子磁极的沿周向的同一侧朝向转子磁极连接部分逐渐变小，每个转子磁极周向截面在转子磁极的沿周向的另一侧朝向转子磁极连接部分突然变小。

6.根据权利要求3-5中的任一项所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于，转子磁极沿轴向的宽度小于且接近于定子磁极的第一平坦部分和第二平坦部分之间的距离。

7.根据权利要求3所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于，转子磁极的周向弧长大致等于定子磁极的周向弧长。

8.根据权利要求4或5所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于，转子磁极的周向弧长大于定子磁极的周向弧长。

9.根据权利要求1所述的盘式开关磁阻电机，其特征在于，所述盘式开关磁阻电机是两相、三相、四相或更多相开关磁阻电机。

10.一种盘式开关磁阻电机，包括同轴地布置的定子组件和转子组件，其特征在于，

转子组件呈圆环形，包括沿周向均匀布置的多个转子磁极和多个转子磁极连接部分，每个转子磁极连接部分连接在相邻的两个转子磁极之间，转子磁极沿轴向的宽度等于转子磁极连接部分沿轴向的宽度，每个转子磁极由软磁材料形成，每个转子磁极连接部分由非磁性材料形成。