CN209767257U - 开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种开关磁阻电机，开关磁阻电机包括同轴地布置的定子组件和转子组件，定子组件包括沿周向均匀布置的多个定子铁芯，转子组件包括沿周向均匀布置且沿径向朝向定子组件延伸的多个转子铁芯，每个转子铁芯包括沿周向彼此隔开的多个转子铁芯分齿，每个转子铁芯分齿的周向弧长彼此相等。转子组件可以是气隙连续变化的整体宽齿结构，并且利用宽齿结构转子大幅提前开通角。通过采用根据本实用新型的开关磁阻电机，可减少转矩脉动，提高功率密度，降低制造成本。
Description
技术领域
本实用新型属于开关磁阻电机领域，具体地说，本实用新型涉及一种轻量化的、具有宽齿转子结构的开关磁阻电机。
背景技术
传统的开关磁阻电机的结构简单、控制容易，但是功率密度不高、低速运行时很容易引起的转矩脉动、低频振动和噪音，结果导致开关磁阻电机的应用范围受限。传统的开关磁阻电机的控制系统结构复杂且成本高，这也阻碍了开关磁阻电机的实际应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种宽齿转子结构的开关磁阻电机，以显著减少振动和转矩脉动的发生，提高电机转矩，降低控制系统的成本。
根据本实用新型，提供一种开关磁阻电机，所述开关磁阻电机包括同轴地布置的定子组件和转子组件，定子组件包括沿周向均匀布置的多个定子铁芯，转子组件包括沿周向均匀布置且沿径向朝向定子组件延伸的多个转子铁芯，每个转子铁芯包括沿周向彼此隔开的多个转子铁芯分齿，每个转子铁芯分齿的周向弧长彼此相等。
每个转子铁芯分齿的径向厚度相等。
所述多个转子铁芯分齿中的位于两侧的转子铁芯分齿的径向厚度小于位于中部的转子铁芯分齿的径向厚度，形成台阶式结构。
所述多个转子铁芯分齿中的位于两侧的转子铁芯分齿的径向厚度朝向两侧逐渐减小。
周向相邻的两个转子铁芯之间的周向间隔弧长是单个定子铁芯的周向弧长的1倍至1.2倍。
所述开关磁阻电机是四相开关磁阻电机。
所述四相开关磁阻电机采用H桥控制电路。
通过采用根据本实用新型的开关磁阻电机，可减少转矩脉动，提高功率密度，降低制造成本。
另外，四相开关磁阻电机可具有双向自起动能力。
附图说明
图1是根据本实用新型的四相开关磁阻电机的H桥控制电路的示图；
图2是根据本实用新型的四相开关磁阻电机的H桥控制电路的简化图；
图3A至图3E是根据本实用新型的第一实施例的四相开关磁阻电机的结构示意图和运动状态图；
图4是根据本实用新型的第二实施例的定子组件与转子组件之间的气隙示意图；
图5是根据本实用新型的第三实施例的定子组件与转子组件之间的气隙示意图；
图6是根据本实用新型的第四实施例的定子组件与转子组件之间的气隙示意图。
具体实施方式
根据本实用新型的四相开关磁阻电机采用具有宽齿结构转子的形式来实现开通角的大幅度提前量，从结构上保证开关磁阻电机的四相中的两相始终在第一象限工作区工作，从而得到比较平滑的转矩效果。同时，四相开关磁阻电机的控制系统适合采用H桥控制电路，功率开关数量最少，控制系统变得简单且成本大幅度降低。
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1至图2对本实用新型的四相开关磁阻电机的控制电路进行详细描述。
图1是根据本实用新型的四相开关磁阻电机的H桥控制电路的示图，图2是根据本实用新型的四相开关磁阻电机的H桥控制电路的简化图。
根据本实用新型的四相开关磁阻电机正常工作需要两个条件。第一条件是电路要形成闭环。如图1和图2所示，当功率开关K1与K2或K4同时闭合时电路形成闭环，开关磁阻电机工作。当功率开关K3与K2或K4同时闭合时电路形成闭环，开关磁阻电机也工作。第二条件是四相(A相、B相、C相和D相)中的同时通电的任意两相都要处在第一象限工作区(这里，第一象限工作区指的是开关磁阻电机产生的切向力与转子旋转方向一致的区域)。当满足上述两个条件时，H桥控制电路正常工作。
为了便于描述，在第一实施例中，将以图3A至图3E为例对根据本实用新型的四相开关磁阻电机进行说明。图3A至图3E是根据本实用新型的第一实施例的四相开关磁阻电机的结构示意图和运动状态图(沿轴向观看)。
参照图3A至图3E，根据本实用新型的第一实施例的四相开关磁阻电机包括定子组件10和转子组件20，定子组件10与转子组件20同轴地设置并隔开预定间隙。定子组件10包括沿周向均匀布置的多个定子铁芯11。转子组件20包括沿周向均匀布置的多个转子铁芯21，转子铁芯21沿径向朝向定子组件10延伸。
为了便于描述，在第一实施例中，将以四相8/6内转子开关磁阻电机为例对本实用新型进行说明。
对于四相8/6开关磁阻电机，定子组件10包括四对、八个定子铁芯(也称为定子磁极)11，其可分别称为定子铁芯11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6，11-7和11-8，八个定子铁芯在周向上等间隔地设置，即彼此相隔45度地设置。径向相对的两个定子铁芯组成一对(构成一相)，一共四对(构成四相)，即，定子铁芯11-1和11-5、定子铁芯11-2和11-6、定子铁芯11-3和11-7、以及定子铁芯11-4和11-8。转子组件20包括三对、六个转子铁芯(也称为转子磁极)21，并且可分别称为转子铁芯21-1、21-2、21-3、21-4、21-5、21-6，六个转子铁芯21可在周向上等间隔或均匀地分布，即，彼此相隔60度设置。径向相对的两个转子铁芯组成一对，一共三对，即，转子铁芯21-1和21-4、转子铁芯21-2和21-5、以及转子铁芯21-3和21-6。转子铁芯11和定子铁芯21在轴向上的长度可大体上相等。周向相邻的两个转子铁芯21之间的周向间隔弧长略大于或等于单个定子铁芯11的周向弧长(例如，周向相邻的两个转子铁芯21之间的周向间隔弧长是单个定子铁芯11的周向弧长的1倍至1.2倍)。在转子组件20上还固定有旋转轴30，转子组件20的旋转可带动旋转轴30一起旋转。
每个定子铁芯11上缠绕有线圈，线圈可被通电(以下简称为“定子铁芯通电”)。
应该理解，对于四相内转子开关磁阻电机，定子铁芯的数量不限于8，也可以是8的整数倍，转子铁芯的数量不限于6，也可以是6的整数倍，例如，定子铁芯的数量/转子铁芯的数量也可以是16/12、24/18等。
参照图3A，当开关磁阻电机运行到如图3A所示的状态时，定子铁芯11-1、11-5与转子铁芯21-1、21-4即将要进入第一象限工作区，并且定子铁芯11-4、11-8与转子铁芯21-3、21-6已经在第一象限工作区，此时两对定子铁芯11-1、11-5以及11-4、11-8通电。根据磁阻最小原理，定子铁芯11-1与转子铁芯21-1之间、定子铁芯11-5与转子铁芯21-4之间、定子铁芯11-4与转子铁芯21-3之间、以及定子铁芯11-8与转子铁芯21-6之间趋向于形成磁阻最小的闭合路径，使得转子组件20沿逆时针方向旋转。
参照图3B，当开关磁阻电机运行到如图3B所示的状态时，定子铁芯11-1、11-5与转子铁芯21-1、21-4还在第一象限工作区，所以定子铁芯11-1、11-5要通电；而此时定子铁芯11-4、11-8与转子铁芯21-3、21-6要离开第一象限工作区，所以定子铁芯11-4、11-8要断电；同时定子铁芯11-2、11-6与转子铁芯21-2、21-5即将要进入第一象限工作区，所以定子铁芯11-2、11-6要通电。此时两对定子铁芯11-1、11-5以及11-2、11-6通电，根据磁阻最小原理，定子铁芯11-1与转子铁芯21-1之间、定子铁芯11-5与转子铁芯21-4之间、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21-5之间趋向于形成磁阻最小的闭合路径，使得转子组件20继续沿逆时针方向旋转。
参照图3C，当开关磁阻电机运行到如图3C所示的状态时，定子铁芯11-1、11-5与转子铁芯21-1、21-4要离开第一象限工作区，所以定子铁芯11-1、11-5要断电；定子铁芯11-2、11-6与转子铁芯21-2、21-5还在第一象限工作区，所以定子铁芯11-2、11-6要通电；同时定子铁芯11-3、11-7与转子铁芯21-3、21-6即将要进入第一象限工作区，所以定子铁芯11-3、11-7要通电。此时两对定子铁芯11-3、11-7以及11-2、11-6通电，根据磁阻最小原理，定子铁芯11-3与转子铁芯21-3之间、定子铁芯11-7与转子铁芯21-6之间、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21-5之间趋向于形成磁阻最小的闭合路径，使得转子组件20继续沿逆时针方向旋转。
参照图3D，当开关磁阻电机运行到图3D所示的状态时，定子铁芯11-3、11-7与转子铁芯21-3、21-6还在第一象限工作区，所以定子铁芯11-3、11-7要通电；定子铁芯11-2、11-6与转子铁芯21-2、21-5要离开第一象限工作区，所以定子铁芯11-2、11-6要断电；而此时定子铁芯11-4、11-8与转子铁芯21-4、21-1即将要进入第一象限工作区，所以定子铁芯11-4、11-8要通电。此时两对定子铁芯11-3、11-7以及11-4、11-8通电，根据磁阻最小原理，定子铁芯11-3与转子铁芯21-3之间、定子铁芯11-7与转子铁芯21-6之间、定子铁芯11-4与转子铁芯21-4之间、以及定子铁芯11-8与转子铁芯21-1之间趋向于形成磁阻最小的闭合路径，使得转子组件20继续沿逆时针方向旋转。
参照图3E，当开关磁阻电机运行到如图3E所示的状态时，此时定子铁芯11与转子铁芯21之间的相对位置关系与如图3A所示的状态相同。这样，开关磁阻电机工作完成一个循环，定子组件10旋转60°。
在本实用新型所提供的开关磁阻电机中，转子组件10和定子组件20之间的位置关系可根据具体应用而适当地设置。例如，开关磁阻电机可以是内转子结构或外转子结构。
转子铁芯11和定子铁芯21可由多片硅钢片叠置而成。具体地，在制作时可采用对叠置的硅钢片进行冲压或卷片，来制成转子铁芯11和定子铁芯21。
通过本实用新型的第一实施例，可取得以下技术效果：四相开关磁阻电机始终处在两相同时工作的状态，这有助于减少电机转矩的脉动，同时提高电机转矩。从控制电路来看，H桥控制电路的功率开关数量最少，所以可大幅度减少控制系统的成本。
另外，从根据本实用新型的第一实施例的铁芯结构来看，定子铁芯11的周向弧长和转子铁芯21的周向弧长不相等(转子铁芯21的周向弧长大于定子铁芯11的周向弧长)，转子铁芯21是宽齿转子铁芯结构。为了进一步使开关磁阻电机满足两相同时工作在第一象限的基本要求，在宽齿转子结构的气隙做出调整。下面通过图4、图5、图6说明不同气隙变化的转子组件21的结构。
图4是根据本实用新型的第二实施例的定子组件与转子组件之间的气隙示意图。
参照图4，转子铁芯21为台阶式的宽齿转子铁芯，转子铁芯21的径向厚度从转子铁芯21的中部向转子铁芯21的两侧突然减小，形成台阶式结构。因为存在台阶，所以定子铁芯11与转子铁芯21之间的气隙沿径向的厚度是变化的。因此，可以按照需求设置定子铁芯11与转子铁芯21之间的最小磁阻位置，以便控制开关磁阻电机正常工作。
图5是根据本实用新型的第三实施例的定子组件与转子组件之间的气隙示意图。
参照图4，转子铁芯21为连续变化的宽齿转子铁芯，转子铁芯21的径向厚度从转子铁芯21的中部向转子铁芯21的两侧逐渐减小。定子铁芯11与转子铁芯21之间的气隙沿径向的厚度是连续变化的。因此，可以按照需求设置定子铁芯11与转子铁芯21之间的最小磁阻位置，以便控制开关磁阻电机正常工作。
图6是根据本实用新型的第四实施例的定子组件与转子组件之间的气隙示意图。
参照图6，转子铁芯21为分齿式结构。每个转子铁芯21可包括沿周向彼此隔开的多个转子铁芯分齿。转子铁芯分齿的数量不受限制，转子铁芯分齿可以是等分的(每个转子铁芯分齿的周向弧长彼此相等)。转子铁芯分齿高度(径向厚度)可以是高度均匀的，也可以被设计成台阶式结构或斜面结构。具体地，每个转子铁芯分齿的径向厚度相等；或者，多个转子铁芯分齿中的位于两侧的转子铁芯分齿的径向厚度小于位于中部的转子铁芯分齿的径向厚度，形成台阶式结构(与图4类似)；或者，所述多个转子铁芯分齿中的位于两侧的转子铁芯分齿的径向厚度朝向两侧逐渐减小，形成斜面结构(与图5类似)。
此外，每个转子铁芯分齿的周向弧长也可彼此不等，或者多个转子铁芯分齿中的仅一部分转子铁芯分齿的周向弧长彼此相等。
转子铁芯21的分齿结构有利于磁极的磁通量分布均匀，利于增大切向力，减小径向力，从而增大转矩。分齿结构根据相同或不同的分齿齿宽、齿高来设计成不同的气隙变化，以有利于开关磁阻电机的工作。另外，转子铁芯21的分齿结构有利于卷片方式来制作转子铁芯21。
通过采用根据本实用新型的开关磁阻电机，可减少转矩脉动，提高功率密度，降低制造成本。另外，根据本实用新型的四相开关磁阻电机可具有双向自起动能力。
应该理解，虽然以四相开关磁阻电机为例描述了本实用新型，但是本实用新型不限于四相开关磁阻电机，这里描述的四相开关磁阻电机的定子组件和转子组件的结构也可适用于其他相(例如两相、三相或更多相)开关磁阻电机，只是需要采用与之配套的相应的控制电路。
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，
定子组件包括沿周向均匀布置的多个定子铁芯，转子组件包括沿周向均匀布置且沿径向朝向定子组件延伸的多个转子铁芯，每个转子铁芯包括沿周向彼此隔开的多个转子铁芯分齿，每个转子铁芯分齿的周向弧长彼此相等。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，每个转子铁芯分齿的径向厚度相等。
3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述多个转子铁芯分齿中的位于两侧的转子铁芯分齿的径向厚度小于位于中部的转子铁芯分齿的径向厚度，形成台阶式结构。
4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述多个转子铁芯分齿中的位于两侧的转子铁芯分齿的径向厚度朝向两侧逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，周向相邻的两个转子铁芯之间的周向间隔弧长是单个定子铁芯的周向弧长的1倍至1.2倍。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述开关磁阻电机是四相开关磁阻电机。
7.根据权利要求6所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述四相开关磁阻电机采用H桥控制电路。
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Cited By (1)
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- 2019-06-14 CN CN201920898856.3U patent/CN209767257U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN111193332A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-05-22 | 石镇德 | 开关磁阻电机 |
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Granted publication date: 20191210 |
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