CN213125806U - 一种双并轴向磁通开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双并轴向磁通开关磁阻电机，其包括转子、转轴以及对称设置的第一定子和第二定子，转子、第一定子和第二定子均套设在转轴上；转子包括底板以及分别设置在底板相反的两个面上的第一转子和第二转子，转子铁芯设置于底板上，转子磁极沿轴向设置于转子铁芯上，第一转子和第二转子的转子磁极一一对齐设置。轴向磁通电机产生电磁转矩的有效半径得到扩大，有效地提高了电磁转矩。第一转子和第一定子构成第一电机模型，第二转子和第二定子构成第二电机模型，第一电机模型和第二电机模型实为两台同型且拥有独立轴向气隙磁通的开关磁阻电机，并联运行在同一输出轴上，实现高效、高功率密度能量转换。

Description

一种双并轴向磁通开关磁阻电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种双并轴向磁通开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机遵循磁路磁阻最小原理产生电磁转矩，将电能转换为机械能。目前，普通开关磁阻电机和永磁开关磁阻电机一般是基于径向气隙磁通结构，内转子外定子或内定子外转子轮毂式电机，径向气隙磁通类电机相对于轴向气隙磁通电机而言，其电磁转矩密度较小、功率密度不及轴向气隙磁通电机。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种双并轴向磁通开关磁阻电机，其解决了电磁转矩密度和功率密度小的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

转子、转轴以及对称设置的第一定子和第二定子，所述转子、所述第一定子和所述第二定子均套设在所述转轴上；

所述第一定子和所述第二定子设置于所述转子的两端，所述第一定子和所述第二定子上均设置有多个轴向分布的定子磁极，所述第一定子和所述第二定子的每一个所述定子磁极一一相对布置；

所述转子包括底板以及分别设置在底板相反的两个面上的第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子均包括转子铁芯和多个转子磁极，所述转子铁芯设置于所述底板上，所述转子磁极沿轴向设置于所述转子铁芯上，所述第一转子和所述第二转子的所述转子磁极一一对齐设置；

所述定子磁极的数量为6k，所述转子磁极的数量为4k，k为正整数。

可选地，所述第一转子包括第一转子铁芯和多个第一转子磁极，所述第二转子包括第二转子铁芯和多个第二转子磁极；

多个所述第一转子磁极均匀设置在所述第一转子铁芯的外圆周上且均沿轴向分布，多个所述第二转子磁极均匀设置在所述第二转子铁芯的外圆周上且均沿轴向分布；

所述第一定子包括第一定子铁芯和多个第一定子磁极，多个所述第一定子磁极均匀设置于所述第一定子铁芯的外圆周上且沿轴向分布；

所述第二定子包括第二定子铁芯和多个第二定子磁极，多个所述第二定子磁极均匀设置于所述第二定子铁芯上且沿轴向分布；

所述第一定子磁极与所述第二定子磁极一一相对设置；

所述第一转子磁极朝向所述第一定子磁极，所述第二转子磁极朝向所述第二定子磁极；

所述底板沿径向套设在所述转轴上，所述第一转子铁芯和所述第二转子铁芯分别设置在所述底板相反的第一面和第二面。

可选地，所述第一转子磁极与所述第二转子磁极的极弧角以及厚度均相同，所述第一定子磁极与所述第二定子磁极的极弧角以及厚度均相同，所述第一转子磁极的极弧角大于所述第一定子磁极的极弧角。

可选地，所述第一定子磁极上设置有第一磁极绕组，所述第二定子磁极上设置有第二磁极绕组；

所述第一磁极绕组与所述第二磁极绕组均为鼓状绕组，所述第一磁极绕组与所述第二磁极绕组的线径、匝数以及绕制方向均相同。

可选地，所述第一定子上属于同一相的所述磁极绕组依次反向串联成第一相绕组；

所述第二定子上属于同一相的所述磁极绕组依次反向串联成第二相绕组；

所述第一相绕组与所述第二相绕组串联或并联后采用不对称H桥作为功率供电电路。

可选地，所述第一转子铁芯、所述第二转子铁芯、第一定子铁芯以及所述第二定子铁芯均采用软磁复合材料制成。

可选地，所述第一定子和所述第二定子的极距角相等，所述第一定子的槽弧角与所述第一定子的极弧角相等，所述第二定子的槽弧角与所述第二定子的极弧角相等。

可选地，所述底板为非导磁金属板。

可选地，所述双并轴向磁通开关磁阻电机还包括：

旋变转子位置检测器，所述旋变转子位置检测器设置于所述转轴上。

可选地，所述双并轴向磁通开关磁阻电机还包括：

壳体、第一端盖和第二端盖；

所述第一端盖和所述第二端盖分别设置于所述壳体的两端；

所述转子和所述转轴套设在所述壳体内，所述转轴的第一端与所述第一端盖转动连接，所述转轴的第二端与所述第二端盖转动连接；

所述第一定子设置于所述第一端盖上，所述第二定子设置于所述第二端盖上。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：轴向磁通电机产生电磁转矩的有效半径得到扩大，有效地提高了电磁转矩。第一转子和第一定子构成第一电机模型，第二转子和第二定子构成第二电机模型，第一电机模型和第二电机模型实为两台同型且拥有独立轴向气隙磁通的开关磁阻电机，并联运行在同一输出轴上，实现高效、高功率密度能量转换。

附图说明

图1为本实用新型的双并轴向磁通开关磁阻电机的分解示意图；

图2为本实用新型的双并轴向磁通开关磁阻电机的轴向剖视图；

图3为本实用新型的双并轴向磁通开关磁阻电机的第二定子的结构示意图；

图4为本实用新型的双并轴向磁通开关磁阻电机的转子结构示意图；

图5a为本实用新型的双并轴向磁通开关磁阻电机的第一磁极绕组的连接展开图；

图5b为本实用新型的双并轴向磁通开关磁阻电机的第二磁极绕组的连接展开图；

图6a为本实用新型的双并轴向磁通开关磁阻电机的第一相绕组连接图；

图6b为本实用新型的双并轴向磁通开关磁阻电机的第二相绕组连接图；

图7为本实用新型的双并轴向磁通开关磁阻电机的功率电路图。

【附图标记说明】

01：第一端盖；02：轴承；03：第一定子铁芯；04：第一定子磁极；05：第一磁极绕组；06：机壳；08：第一转子磁极；09：第一转子铁芯；10：底板；11：第二端盖；12：第二转子磁极；13：第二转子铁芯；14：第二定子磁极；15：第二磁极绕组；16：第二定子铁芯；19：转轴；20：旋变转子位置检测器；

T1：第一功率管；T2：第二功率管；T3：第三功率管；T4：第四功率管；T5：第五功率管；T6：第六功率管。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”...... 等方位名词以图1的定向为参照。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实用新型提供了一种双并轴向磁通开关磁阻电机，如图1和图2所示，双并轴向磁通开关磁阻电机包括转子、转轴19以及对称设置的第一定子和第二定子，转子、第一定子和第二定子均套设在转轴19上。轴向磁通电机产生电磁转矩的有效半径得到扩大，有效地提高了电磁转矩。第一定子和第二定子设置于转子的两端，第一定子和第二定子上均设置有沿轴向均匀分布的多个定子磁极，第一定子和第二定子的每一个定子磁极一一相对布置。第一定子和第二定子的电路、磁路彼此独立，相当于将发热源置于电机两端，更加有利于电机的散热，从而保护电机。转子包括底板10以及分别设置在底板10相反的两个面上的第一转子和第二转子，第一转子和第二转子均包括转子铁芯和多个转子磁极，转子铁芯设置于底板10上，转子磁极沿轴向设置于转子铁芯上，第一转子和第二转子的转子磁极一一对齐设置。第一转子朝向第一定子，第一转子和第一定子构成第一电机模型，第二转子朝向第二定子，第二转子和第二定子构成第二电机模型，第一电机模型和第二电机模型实为两台同型且拥有独立轴向气隙磁通的开关磁阻电机，并联运行在同一输出轴上，实现高效、高功率密度能量转换。其中，定子磁极的数量为6k，第一转子的转子磁极的数量与第二转子的转子磁极的数量均为4k，k为正整数，本实用新型以6/4极结构(即k等于1)对双并轴向磁通开关磁阻电机进行说明。

具体地，如图3和图4所示，第一转子包括第一转子铁芯09和第一转子磁极08，第二转子包括第二转子铁芯13和第二转子磁极12。底板10沿径向套设在转轴19上，第一转子铁芯09和第二转子铁芯13分别设置在底板10相反的第一面和第二面，第一转子磁极08和第二转子磁极12分别沿相反的方向延伸，第一转子磁极08和第二转子磁极12均为轴向。第一定子包括第一定子铁芯03和第一定子磁极04，第二定子包括第二定子铁芯16 和第二定子磁极14，第一定子磁极04沿轴向设置于第一定子铁芯03上，第二定子磁极14沿轴向设置于第二定子铁芯16上，第一定子磁极04与第二定子磁极14一一相对设置。第一转子磁极08沿轴向均匀设置在第一转子铁芯09上，第一转子磁极08朝向第一定子磁极04，第一转子磁极08和第一定子磁极04之间形成轴向气隙。第二转子磁极12沿轴向均匀设置在第二转子铁芯13上，第二转子磁极12朝向第二定子磁极14，第二转子磁极12与第二定子磁极14之间形成轴向气隙。底板10为非导磁金属板，而第一转子铁芯09和第二转子铁芯13均与转轴19无直接接触，确保了第一转子铁芯 09和第二转子铁芯13均相对于转轴19呈现高磁阻状态，第一转子铁芯09 和第二转子铁芯13之间不导磁。

优选地，第一转子磁极08与第二转子磁极12的极弧角以及厚度均相同，第一定子磁极04与第二定子磁极14的极弧角以及厚度均相同，第一转子磁极08的极弧角大于第一定子磁极04的极弧角。第一定子和第二定子的极距角相等，第一定子的槽弧角与第一定子的极弧角相等，第二定子的槽弧角与第二定子的极弧角相等。

如图5a和图5b所示，第一定子磁极04上设置有第一磁极绕组05，第二定子磁极14上设置有第二磁极绕组。第一磁极绕组05与第二磁极绕组均为鼓状绕组，第一磁极绕组05与第二磁极绕组的线径、匝数以及绕制方向均相同。各磁极绕组的同名端用“*”表示，第一磁极绕组05的首端用符号 a₁，a₂...a_n，b₁，b₂...b_n，c₁，c₂...c_n，末端分别用x₁，x₂...x_n，y₁，y₂...y_n，z₁， z₂...z_n表示。第二磁极绕组首端符号用a₁’，a₂’...a_n’，b₁’，b₂’...b_n’，c₁’，c₂’...c_n’，末端分别用x₁’，x₂’...x_n’，y₁’，y₂’...y_n’，z₁’，z₂’...z_n’表示。第一定子上属于同一相的磁极绕组依次反向串联成第一相绕组，第二定子上属于同一相的磁极绕组依次反向串联成第二相绕组。第一定子或第二定子上属于同一相的磁极绕组依次末末-首首相连接。相绕组供电励磁后，同一相磁极分布为N、S、 N、S…或S、N、S、N…分布，如图6a和图6b所示。第一定子的三相绕组有AX，BY和CZ，第二定子的三相绕组有A’X’，B’Y’和C’Z’。电机采用不对称H桥作为功率电路，如图7所示，第一相绕组的AX与第二相绕组的 A’X’正向串联后，A点与第一功率管T1的发射极连接，X’点与第四功率管 T4的集电极连接；第一相绕组的BY与第二相绕组的B’Y’正向串联后，B 点与第三功率管T3的发射极连接，Y’点与第六功率管T6的集电极连接；第一相绕组的CZ与第二相绕组的C’Z’正向串联后，C点与第五功率管T5的发射极连接，Z’点与第二功率管T2的集电极连接。在低压大电流供电环境下，也可采用对应相的相绕组并联使用。

第一转子铁芯09、第二转子铁芯13、第一定子铁芯03以及第二定子铁芯16均采用软磁复合材料制成，导磁率高，铁耗少。第一转子铁芯09和第二转子铁芯13均紧固在非导磁的底板10左右相反的两个面上，形成轴向气隙的一体化转子；一体化转子通过非导磁的底板10紧固在转子轴中央的设计位置上，第一转子铁芯09和第二转子铁芯13均与转轴19无直接接触，确保第一转子铁芯09和第二转子铁芯13之间呈高磁阻隔磁状态。

如图2所示，双并轴向磁通开关磁阻电机还包括旋变转子位置检测器 20，旋变转子位置检测器20设置于转轴19上。

如图1和图2所示，双并轴向磁通开关磁阻电机还包括壳体06、第一端盖11和第二端盖01。第一端盖11和第二端盖01分别设置于壳体06的两端。转子和转轴19套设在壳体06内，转轴19的第一端与第一端盖11通过轴承 02转动连接，转轴19的第二端与第二端盖01通过轴承02转动连接。第一定子设置于第一端盖11上，第二定子设置于第二端盖01上，第一定子和第二定子均与转轴19通过轴承02转动连接。第一定子磁极04和第二定子磁极14的电路和磁路彼此独立，发热源置于电机两端，更易于散热和冷却。

双并轴向气隙磁通开关磁阻电机的运行原理与普通开关磁阻电机相同，遵循磁阻最小原理，工作方式同普通开关磁阻电机，在此不在赘述。

本实用新型双并轴向气隙磁通开关磁阻电机的气隙磁通为轴向磁通，相对于径向磁通电机而言，轴向磁通电机产生电磁转矩的有效半径得到扩大，更有利于电磁转矩的提升，从而提高电机的效率。电机的定子和转子的铁芯均采用软磁复合材料制作，导磁效率高，铁耗少。结构设计上形成对称的两套轴向磁通开关磁阻电机，并联运行在同一电机输出轴上，实现了高效且高功率密度的能量转换，从而使电机的运行效率更高，应用更广。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述双并轴向磁通开关磁阻电机包括转子、转轴以及对称设置的第一定子和第二定子，所述转子、所述第一定子和所述第二定子均套设在所述转轴上；

所述第一定子和所述第二定子设置于所述转子的两端，所述第一定子和所述第二定子上均设置有多个轴向分布的定子磁极，所述第一定子和所述第二定子的每一个所述定子磁极一一相对布置；

所述转子包括底板以及分别设置在底板相反的两个面上的第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子均包括转子铁芯和多个转子磁极，所述转子铁芯设置于所述底板上，所述转子磁极沿轴向设置于所述转子铁芯上，所述第一转子和所述第二转子的所述转子磁极一一对齐设置；

所述定子磁极的数量为6k，所述转子磁极的数量为4k，k为正整数。

2.如权利要求1所述的双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述第一转子包括第一转子铁芯和多个第一转子磁极，所述第二转子包括第二转子铁芯和多个第二转子磁极；

多个所述第一转子磁极均匀设置在所述第一转子铁芯的外圆周上且均沿轴向分布，多个所述第二转子磁极均匀设置在所述第二转子铁芯的外圆周上且均沿轴向分布；

所述第一定子包括第一定子铁芯和多个第一定子磁极，多个所述第一定子磁极均匀设置于所述第一定子铁芯的外圆周上且沿轴向分布；

所述第二定子包括第二定子铁芯和多个第二定子磁极，多个所述第二定子磁极均匀设置于所述第二定子铁芯上且沿轴向分布；

所述第一定子磁极与所述第二定子磁极一一相对设置；

所述第一转子磁极朝向所述第一定子磁极，所述第二转子磁极朝向所述第二定子磁极；

所述底板沿径向套设在所述转轴上，所述第一转子铁芯和所述第二转子铁芯分别设置在所述底板相反的第一面和第二面。

3.如权利要求2所述的双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述第一转子磁极与所述第二转子磁极的极弧角以及厚度均相同，所述第一定子磁极与所述第二定子磁极的极弧角以及厚度均相同，所述第一转子磁极的极弧角大于所述第一定子磁极的极弧角。

4.如权利要求2所述的双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述第一定子磁极上设置有第一磁极绕组，所述第二定子磁极上设置有第二磁极绕组；

所述第一磁极绕组与所述第二磁极绕组均为鼓状绕组，所述第一磁极绕组与所述第二磁极绕组的线径、匝数以及绕制方向均相同。

5.如权利要求4所述的双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述第一定子上属于同一相的所述磁极绕组依次反向串联成第一相绕组；

所述第二定子上属于同一相的所述磁极绕组依次反向串联成第二相绕组；

所述第一相绕组与所述第二相绕组串联或并联后采用不对称H桥作为功率供电电路。

6.如权利要求2所述的双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述第一转子铁芯、所述第二转子铁芯、第一定子铁芯以及所述第二定子铁芯均采用软磁复合材料制成。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述第一定子和所述第二定子的极距角相等，所述第一定子的槽弧角与所述第一定子的极弧角相等，所述第二定子的槽弧角与所述第二定子的极弧角相等。

8.如权利要求1-6中任意一项所述的双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述底板为非导磁金属板。

9.如权利要求1-6中任意一项所述的双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述双并轴向磁通开关磁阻电机还包括：

旋变转子位置检测器，所述旋变转子位置检测器设置于所述转轴上。

10.如权利要求1-6中任意一项所述的双并轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，所述双并轴向磁通开关磁阻电机还包括：

壳体、第一端盖和第二端盖；

所述第一端盖和所述第二端盖分别设置于所述壳体的两端；

所述转子和所述转轴套设在所述壳体内，所述转轴的第一端与所述第一端盖转动连接，所述转轴的第二端与所述第二端盖转动连接；

所述第一定子设置于所述第一端盖上，所述第二定子设置于所述第二端盖上。

Images