CN214674581U - 一种交流磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交流磁阻电机，属于电机领域。本发明的交流磁阻电机包含定子铁芯、分布式绕组和转子铁芯，所述定子铁芯按交流异步电机的定子铁芯结构形式设置齿和槽，所述分布式绕组按交流异步电机的绕组布置方式安装在定子铁芯的槽内，所述转子铁芯按开关磁阻电机的转子铁芯结构形式设置转子凸极和转子槽，所述转子凸极数量、转子槽数量与所述分布式绕组励磁形成的磁极数量相等。本实用新型通过结合交流异步电机定子结构和开关磁阻电机转子结构，创造了交流磁阻电机，相比开关磁阻电机，实现了三相交流通电，提高了功率密度；相比交流异步电机，实现了磁阻启动，降低了启动电流。

Description

一种交流磁阻电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，尤其涉及一种交流磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机的通电方式是各相绕组轮流单独通电，各相不能同时通电，因而功率密度较小；开关磁阻电机的工作原理是利用磁阻变小产生正向转矩，不产生感应电流，因而启动电流较小。

交流异步电机的通电方式是各相绕组交流组合通电，各相能够同时通电，因而功率密度较高；交流异步电机的工作原理是利用感应电流产生正向转矩，工作全过程产生感应电流，刚启动时转差率最大感应电流最大，因而启动电流较高。

开关磁阻电机和交流异步电机性能上各有优缺点，能否将两种电机的优势结合，弥补不足，是现有技术急需解决的问题。

实用新型内容

为了改进现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种交流磁阻电机，通过采用交流异步电机定子和开关磁阻电机转子结合设计，开创了一种新的电机，即交流磁阻电机，电机既能保证较高的功率密度，又能保证较低的启动电流。

本实用新型为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种交流磁阻电机，所述交流磁阻电机包括定子铁芯、分布式绕组和转子铁芯，所述定子铁芯按交流异步电机的定子铁芯结构形式设置齿和槽，所述分布式绕组按交流异步电机的绕组布置方式安装在定子铁芯的槽内，所述转子铁芯按开关磁阻电机的转子铁芯结构形式设置转子凸极和转子槽，所述转子凸极数量、转子槽数量与所述分布式绕组励磁形成的磁极数量相等。

本实用新型中，进一步地，所述定子铁芯齿数和槽数均等于分布式绕组数与励磁极数的乘积，即同一相的分布式绕组的同一极线圈的边数为1个，对应安装的槽数为1个，从而使定子铁芯具有最小分布式绕组齿槽数。

本实用新型中，进一步地，所述定子铁芯齿的外端部定义为齿顶；所述转子凸极的径向外侧面设置成中间高两边低的阶梯状，即中间气隙小两边气隙大的阶梯状，中间高的部分定义为极顶，两边低的部分均定义为极翼，连接转子铁芯轭部的部分定义为极身；所述极顶的周向宽度、极身的周向宽度均大于或等于齿顶的周向宽度；所述极翼的每一阶梯的周向宽度均小于齿顶的周向宽度，并且气隙越大宽度越小；所述转子槽的最小周向宽度均大于或等于齿顶的周向宽度、且小于或等于1.5倍的齿顶周向宽度，所述转子凸极的最大周向宽度均大于或等于2倍的齿顶的周向宽度、且小于或等于2.5倍的齿顶周向宽度。

本实用新型中，进一步地，所述极顶的周向宽度、转子槽的最大径向深度均等于齿顶的周向宽度，所述极翼凸出在极身的两侧，即极翼与转子铁芯轭部之间的部分也挖空为转子槽，缩小极身宽度。

本实用新型中，进一步地，所述转子铁芯还包括导电环，所述导电环包围各所述转子凸极的极身设置在所述转子铁芯上。

本实用新型中，进一步地，所述导电环轴向两端通过导电体相互连通为转子感应鼠笼。

本实用新型中，进一步地，所述转子铁芯还包括永磁体，采用永磁体代替导电环，所述永磁体沿轴向设置在各所述凸极极身内，并形成径向磁极磁路，磁化后的所述转子凸极呈N、S、N、S交替分布。

本实用新型交流磁阻电机的工作原理是：分布式绕组通以交流电，定子励磁为旋转磁场形成旋转磁极，转子凸极被定子磁极吸引，并有对齐趋势使磁路磁阻最小，进而产生转矩，在旋转磁场的作用下，转子凸极跟随定子磁极旋转。在启动阶段某一瞬时，转差率还很大，定子磁极可能在转子凸极的后方靠近转子凸极，则此时转子旋转方向与定子旋转磁场方向相反，但很快，定子磁极旋转至转子凸极的前方靠近转子凸极，则此时转子旋转方向与定子旋转磁场方向相同，当定子旋转磁极与转子凸极的吸引力大于负载时，定子旋转磁极与转子凸极将保持相对固定的前后位置，则此时转子凸极将跟随定子磁极旋转，最后实现同步转速。定子磁极和转子旋转过程中，定子磁极旋转至定子铁芯的当前齿，转子凸极极顶正在趋向于与该当前齿对齐，而同时磁极将旋转至下一齿，故本实用新型设置极翼，转子凸极极翼可同时趋向下一齿对齐，使齿间转矩传递连续，实现跟随旋转。

本实用新型由于转子的结构采用开关磁阻电机转子的结构，在启动时，不产生感应电流，因此使得本实用新型的启动电流较小；在工作过程中，各相绕组交流组合通电，各相能够同时通电，因而能保留功率密度较高的优点。

本实用新型还可以在转子凸极上设置导电环，启动时，转子凸极位置变化时磁场随之变化，导电环产生感应电流，进而产生磁极作用力增加启动力，但由于磁阻转矩是主要转矩，故启动电流仍然比交流异步电机小，同时比交流异步电机感应鼠笼用料减少2/3。

本实用新型还可以在转子凸极上设置永磁体，启动时，永磁体产生磁极作用力增加启动能力，不产生感应电流，故启动电流比交流异步电机小，同时永磁体用量比永磁同步电机减少2/3。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过结合交流异步电机定子结构和开关磁阻电机转子结构，并对转子凸极设置极翼，进行进一步改进，创造了交流磁阻电机，相比开关磁阻电机，实现了三相交流通电，提高了功率密度；相比交流异步电机，实现了磁阻启动，降低了启动电流，主要应用在电机领域。本实用新型的交流磁阻电机在软负载时，如风扇、泵类负载，可直接接交流电源启动；在硬负载时，可使用交流变频器变频启动。

2、本实用新型通过设置极翼，使转子凸极极翼、极顶与定子铁芯齿顶之间形成阶梯气隙，即形成阶梯磁阻，旋转磁场在定子铁芯上逐齿旋转，转子凸极跟随旋转磁场与定子铁芯磁极逐齿对齐，对齐过程中形成阶梯变化磁阻，磁阻波动更小，转矩脉动更小，使电机运行噪音更小。本实用新型中，极翼凸出在极身的两侧，即极翼与转子铁芯轭部之间的也挖空为转子槽，从而降低了转子质量，提高了电机启动能力，同时节约了转子的材料，降低了电机成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的一种交流磁阻电机的结构示意图。

图2是本实用新型实施例1的一种交流磁阻电机的定子铁芯结构示意图。

图3是本实用新型实施例1的一种交流磁阻电机的转子铁芯结构示意图。

图4是本实用新型实施例2的一种交流磁阻电机的转子铁芯结构示意图。

图5是本实用新型实施例3的一种交流磁阻电机的转子铁芯结构示意图。

图中标记的含义是：10-定子铁芯，11-齿，11a-齿顶，12-槽，20-A相分布式绕组，30-B相分布式绕组，40-C相分布式绕组，50-转子铁芯，51-转子凸极，52-转子槽，51a-极顶，51b-极翼，51c-极身，53-导电环,54-永磁体。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例并结合附图1-5，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种交流磁阻电机，所述交流磁阻电机包括定子铁芯10、分布式绕组和转子铁芯50，所述定子铁芯10按交流异步电机的定子铁芯结构形式设置齿11和槽12，具体结构即定子铁芯10内侧设置多个间隔开的定子齿11，定子齿11径向延伸，相邻定子齿11由定子槽12间隔，定子槽12为半闭口槽。所述分布式绕组按交流异步电机的绕组布置方式安装在定子铁芯10的槽12内，所述转子铁芯50按开关磁阻电机的转子铁芯结构形式设置转子凸极51和转子槽52，即转子铁芯50外侧设置多个间隔开的转子凸极51，转子凸极51径向延伸，相邻转子凸极51由转子槽52间隔；所述转子凸极51数量、转子槽52数量与所述分布式绕组励磁形成的磁极数量相等。本实用新型该设计的电机区别于现有的异步电机、同步磁阻电机、永磁同步电机。现有的异步电机、同步磁阻电机、永磁同步电机均没有转子槽，现有开关磁阻电机均为集中式绕组。现有异步电机、同步磁阻电机、永磁同步电机原理上为保证通磁效率，转子外圆必须为整圆，转子上不允许设置转子槽。

通过该定子和转子结构的设置，在启动时，转子不产生感应电流，因此使得本实用新型的启动电流较小；在工作过程中，各相绕组交流组合通电，各相能够同时通电，因而能保留功率密度较高的优点。

在一些优选的实施例中，所述定子铁芯10齿数和槽数均等于分布式绕组数与励磁极数的乘积，即同一相的分布式绕组的同一极线圈的边数为1个，对应安装的槽数为1个。同一相分布式绕组同一极线圈边数为1个，使定子铁芯10励磁后同一极磁化的最大齿数为2个、最小齿数为1个，最大磁化齿数与最小磁化齿数比值最小，便于转子凸极51设置阶梯气隙，磁极转化齿数跨度小，气隙值跨度也小，使最大气隙也能设置成较小的合理值。而现有的异步电机原理上需要一定的转差率才能保证励磁磁极变换旋转时切割转子导体，同时由于定子齿槽数大于转子导体数，因此现有异步电机同一相分布式绕组同一极线圈边数均大于2个，与本实用新型存在本质不同。

在一些优选的实施例中，所述定子铁芯齿11的外端部定义为齿顶11a；所述转子凸极51的径向外侧面设置成中间高两边低的阶梯状，即中间气隙小两边气隙大的阶梯状，中间高的部分定义为极顶51a，两边低的部分均定义为极翼51b，连接转子铁芯50轭部的部分定义为极身51c；所述极顶51a的周向宽度、极身51c的周向宽度均大于或等于齿顶11a的周向宽度；所述极翼51b的每一阶梯的周向宽度均小于齿顶11a的周向宽度，并且气隙越大宽度越小；所述转子槽52的最小周向宽度均大于或等于齿顶11a的周向宽度、且小于或等于1.5倍的齿顶11a周向宽度，所述转子凸极51的最大周向宽度均大于或等于2倍的齿顶11a的周向宽度、且小于或等于2.5倍的齿顶11a周向宽度。本实用新型将转子凸极51的径向外侧面设置成中间高两边低的阶梯状，使得转子凸极51径向外侧面与定子齿顶11a之间的气隙为阶梯气隙，即形成阶梯磁阻，旋转磁场在定子铁芯10上逐齿旋转，转子凸极51跟随旋转磁场与定子铁芯10磁极逐齿对齐，对齐过程中形成阶梯变化磁阻，磁阻波动更小，转矩脉动更小，使电机运行噪音更小。

另外，在极顶51a两侧设置极翼51b，从而加宽转子凸极51径向外侧面的周向宽度，在定子磁极和转子凸极51旋转过程中，定子磁极旋转至定子铁芯10的当前齿11，转子凸极极顶51a正在趋向与该当前齿11对齐，而同时定子磁极将旋转至下一齿11，设置极翼51b后，加宽径向外侧面的周向宽度，转子凸极极翼51b可同时趋向下一齿11对齐，使齿间转矩传递连续，实现跟随旋转。优选所述极顶51a的周向宽度、转子槽52的最大径向深度均等于齿顶11a的周向宽度。并优选所述极翼51b凸出在极身51c的两侧，即极翼51b与转子铁芯50轭部之间的部分也挖空为转子槽52，缩小极身51c宽度。从而降低了转子质量，提高了电机启动性能，同时节约了转子的材料，降低了电机成本。

在一些优选的实施例中，所述转子铁芯50还包括导电环53，所述导电环53包围各所述转子凸极51的极身51c设置在所述转子铁芯50上。通过设置导电环53，启动时，导电环53产生感应电流，进而产生磁极作用力增加启动力，但由于磁阻转矩是主要转矩，故启动电流仍然比交流异步电机小，同时比交流异步电机感应鼠笼用料减少2/3。本领域技术人员还可以将导电环53轴向两端通过导体相互连通为转子感应鼠笼。

在一些优选的实施例中，所述转子铁芯50上的还包括永磁体54，采用永磁体54代替导电环53，永磁体54沿轴向设置在凸极极身51c内，并形成径向磁极磁路，磁化后的所述转子凸极51呈N、S、N、S交替分布。启动时，永磁体54产生磁极作用力增加启动能力，不产生感应电流，故启动电流比交流异步电机小，同时永磁体54用量比永磁同步电机减少2/3。

实施例1

参见图1，示出了一种交流磁阻电机的定转子结构示意图，该电机包括定子铁芯10、分布式绕组和转子铁芯50，继续参考图2，定子铁芯10按交流异步电机的定子铁芯结构形式设置齿11和槽12，其中齿数和槽数均为12个，分布式绕组按交流异步电机的绕组布置方式安装在定子铁芯10的槽12内，本实施例中设为3相，包括A相分布式绕组20，B相分布式绕组30，C相分布式绕组40，3相分布式绕组通电后励磁形成4个定子磁极。继续参见图3，转子铁芯50按开关磁阻电机的转子铁芯50结构形式设置，包括转子铁芯50轭部和转子凸极51，转子凸极51数量为4个，与分布式绕组励磁形成的磁极数量相等；定子铁芯10齿数和槽数均等于分布式绕组数与励磁极数的乘积，即同一相的分布式绕组的同一极线圈的边数为1个，对应安装的槽数为1个；该三相分布式绕组，两相有电流一相无电流励磁磁极为两齿，三相有电流励磁磁极为一齿，两相有电流一相无电流为瞬时状态，其余时间均为三相有电流为长时状态，因此励磁磁极相当于逐齿变换逐齿旋转，同一相分布式绕组同一极线圈边数为1个是实现励磁磁极逐齿变换逐齿旋转的必要条件，同时也是最优条件。因此，本实施例的电机区别于现有的异步电机、同步磁阻电机、永磁同步电机。

本实施例中，具体地，定子铁芯齿11的外端部定义为齿顶11a；所述转子凸极51的径向外侧面设置成中间高两边低的阶梯状，即是中间气隙小两边气隙大的阶梯状，则转子凸极51径向外侧面与定子铁芯齿顶11a之间形成阶梯气隙。中间高的部分定义为极顶51a，两边低的部分均定义为极翼51b，连接转子铁芯50轭部的部分定义为极身51c；极翼51b凸出在极身51c的两侧，即极翼51b与转子铁芯50轭部之间的部分也挖空为转子槽52，缩小极身51c宽度；所述极顶51a的周向宽度、极身51c的周向宽度均大于或等于齿顶11a的周向宽度；所述极翼51b的每一阶梯的周向宽度均小于齿顶11a的周向宽度，并且气隙越大宽度越小；所述转子槽52的最小周向宽度均大于或等于齿顶11a的周向宽度、且小于或等于1.5倍的齿顶11a周向宽度，所述转子凸极51的最大周向宽度均大于或等于2倍的齿顶11a的周向宽度、且小于或等于2.5倍的齿顶11a周向宽度。通过该设置，使转子凸极51径向外侧面与定子铁芯齿顶11a之间形成阶梯气隙，即形成阶梯磁阻，旋转磁场在定子铁芯10上逐齿旋转，转子凸极51跟随旋转磁场与定子铁芯10磁极逐齿对齐，对齐过程中形成阶梯变化磁阻，磁阻波动更小，转矩脉动更小，使电机运行噪音更小。

该交流磁阻电机的工作原理：分布式绕组通以交流电，定子励磁为旋转磁场形成旋转磁极，转子凸极51被定子磁极吸引，并有对齐趋势使磁路磁阻最小，进而产生转矩，在旋转磁场的作用下，转子凸极51跟随定子磁极旋转。在启动阶段某一瞬时，转差率还很大，定子磁极可能在转子凸极51的后方靠近转子凸极51，则此时转子旋转方向与定子旋转磁场方向相反，但很快，定子磁极旋转至转子凸极51的前方靠近转子凸极51，则此时转子旋转方向与定子旋转磁场方向相同，当定子旋转磁极与转子凸极51的吸引力大于负载时，定子旋转磁极与转子凸极51将保持相对固定的前后位置，则此时转子凸极51将跟随定子磁极旋转，最后实现同步转速。定子磁极和转子旋转过程中，定子磁极旋转至定子铁芯10的当前齿11，转子凸极极顶51a正在趋向于与该当前齿11对齐，而同时磁极将旋转至下一齿11，故本实用新型设置极翼51b，增加转子凸极51径向外侧面的周向宽度，转子凸极极翼51b可同时趋向下一齿11对齐，使齿11间转矩传递连续，实现跟随旋转。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，转子铁芯50各极身51c径向外侧面的弧长与所述定子铁芯10各齿11径向外侧面的弧长相等。且参看图4，转子铁芯50还包括导电环53，导电环53包围各转子凸极51的极身51c设置在转子铁芯50上；导电环53可以为铝材质压铸到转子铁芯50上，也可以是铝线或铜线绕制到转子铁芯50上。通过设置导电环53，启动时，转子凸极51位置变化时磁场随之变化，导电环53产生感应电流，进而产生磁极作用力增加启动力，但由于磁阻转矩是主要转矩，故启动电流仍然比交流异步电机小，同时比交流异步电机感应鼠笼用料减少2/3。本领域技术人员还可以进一步将导电环53轴向两端通过导体相互连通为转子感应鼠笼，启动时，转子感应鼠笼产生感应电流，进而产生安倍力增加启动能力，但由于磁阻转矩是主要转矩，故启动电流仍然比交流异步电机小，同时比交流异步电机感应鼠笼用料减少1/2。

实施例3

本实施例与实施例2的不同之处在于，采用永磁体54代替导电环53，参见图5，在转子铁芯50设置永磁体54，永磁体54沿轴向设置在各凸极极身51c内，并形成径向磁极磁路，磁化后的所述转子凸极51呈N、S、N、S交替分布。电机启动时，永磁体54产生磁极作用力增加启动能力，不产生感应电流，故启动电流比交流异步电机小，同时永磁体54用量比永磁同步电机减少2/3。

任何实用新型创造均是通过对现有技术的运用和组合以创造出新的事物，对于众多技术问题的主次判断，以及对于众多技术手段的运用组合，是存在无限可能的，以上所述仅是本实用新型优选的实施方式的描述，应当指出由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本领域普通的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种交流磁阻电机，其特征在于：所述交流磁阻电机包括定子铁芯、分布式绕组和转子铁芯，所述定子铁芯按交流异步电机的定子铁芯结构形式设置齿和槽，所述分布式绕组按交流异步电机的绕组布置方式安装在定子铁芯的槽内，所述转子铁芯按开关磁阻电机的转子铁芯结构形式设置转子凸极和转子槽，所述转子凸极数量、转子槽数量与所述分布式绕组励磁形成的磁极数量相等。

2.根据权利要求1所述的一种交流磁阻电机，其特征在于：所述定子铁芯齿数和槽数均等于分布式绕组数与励磁极数的乘积，即同一相的分布式绕组的同一极线圈的边数为1个，对应安装的槽数为1个。

3.根据权利要求1所述的一种交流磁阻电机，其特征在于：所述定子铁芯齿的外端部定义为齿顶；所述转子凸极的径向外侧面设置成中间高两边低的阶梯状，即中间气隙小两边气隙大的阶梯状，中间高的部分定义为极顶，两边低的部分均定义为极翼，连接转子铁芯轭部的部分定义为极身；所述极顶的周向宽度、极身的周向宽度均大于或等于齿顶的周向宽度；所述极翼的每一阶梯的周向宽度均小于齿顶的周向宽度，并且气隙越大宽度越小；所述转子槽的最小周向宽度均大于或等于齿顶的周向宽度、且小于或等于1.5倍的齿顶周向宽度，所述转子凸极的最大周向宽度均大于或等于2倍的齿顶的周向宽度、且小于或等于2.5倍的齿顶周向宽度。

4.根据权利要求3所述的一种交流磁阻电机，其特征在于：所述极顶的周向宽度、转子槽的最大径向深度均等于齿顶的周向宽度，所述极翼凸出在极身的两侧，即极翼与转子铁芯轭部之间的部分也挖空为转子槽。

5.根据权利要求1所述的一种交流磁阻电机，其特征在于：所述转子铁芯还包括导电环，所述导电环包围各所述转子凸极的极身设置在所述转子铁芯上。

6.根据权利要求5所述的一种交流磁阻电机，其特征在于：所述导电环轴向两端通过导电体相互连通为转子感应鼠笼。

7.根据权利要求1所述的一种交流磁阻电机，其特征在于：所述转子铁芯还包括永磁体，所述永磁体沿轴向设置在各所述凸极极身内，并形成径向磁极磁路，磁化后的所述转子凸极呈N、S、N、S交替分布。

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