CN218387215U - 开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种开关磁阻电动机，该开关磁阻电机包括壳体、内定子以及外转子，内定子和外转子均设置在壳体内，外转子可转动地套设在内定子的外侧；其中，内定子包括内定子本体以及设置在内定子本体上且数量相同的多个励磁极和多个辅助极，多个励磁极和多个辅助极均沿内定子本体的周向间隔设置，相邻两个辅助极之间设置有一个励磁极，每一个励磁极上分别独立缠绕有一个绕组；外转子包括非导磁体以及设置在非导磁体上的多个转子极，多个转子极沿非导磁体的周向间隔设置，转子极与相邻的励磁极和辅助极共同形成磁通回路。通过本申请提供的技术方案，能够解决相关技术中的开关磁阻电机的输出效率低的问题。

Description

开关磁阻电机

技术领域

本实用新型涉及磁阻电机技术领域，具体而言，涉及一种开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电动机调速系统是基于计算机和电力电子技术的新型调速系统，开关磁阻电动机调速系统由开关磁阻电动机与微机智能控制器两个部分组成。开关磁阻电动机调速系统的突出特点是效率高、节能效果好、调速范围广、无启动冲击电流、启动转矩大且控制灵活，此外还具有结构简单、坚固可靠以及成本低等优点。

在相关技术中，开关磁阻电机也遵守机电能量守恒定律，开关磁阻电机的磁通路径对其能量转化发挥着重大的作用。

然而，相关技术中的开关磁阻电机的磁通路径较长，使得相关技术中的开关磁阻电机存在输出效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种开关磁阻电动机，以解决相关技术中的开关磁阻电机的输出效率低的问题。

本实用新型提供了一种开关磁阻电机，开关磁阻电机包括壳体、内定子以及外转子，内定子和外转子均设置在壳体内，外转子可转动地套设在内定子的外侧；其中，内定子包括内定子本体以及设置在内定子本体上且数量相同的多个励磁极和多个辅助极，多个励磁极和多个辅助极均沿内定子本体的周向间隔设置，相邻两个辅助极之间设置有一个励磁极，每一个励磁极上分别独立缠绕有一个绕组；外转子包括非导磁体以及设置在非导磁体上的多个转子极，多个转子极沿非导磁体的周向间隔设置，转子极与相邻的励磁极和辅助极共同形成磁通回路。

进一步地，内定子包括4个励磁极和4个辅助极，相邻的励磁极与辅助极之间的夹角为45°。

进一步地，在内定子的周向上，励磁极的宽度尺寸与辅助极的宽度尺寸的比值在1.5至1.7之间。

进一步地，辅助极为T型结构，辅助极的齿宽与辅助极的轭宽相等。

进一步地，外转子包括9个转子极，相邻两个转子极之间的夹角为40°。

进一步地，非导磁体的位于相邻两个转子极之间的部分形成非导磁单元，在外转子的周向上，转子极的圆心角与非导磁单元的圆心角的比值在8.5至9.5之间。

进一步地，非导磁体的横截面形状为圆形结构。

进一步地，非导磁体采用铝材质制成。

进一步地，壳体包括机壳以及与机壳连接的电机轴，外转子与机壳连接。

进一步地，内定子本体的中部设置有避让孔，电机轴可转动地穿设于避让孔。

应用本实用新型的技术方案，开关磁阻电机包括壳体、内定子及外转子，内定子驱动外转子绕其自身轴线转动，外转子带动电机轴转动，电机轴向外输出转矩，由于多个励磁极与多个辅助极交替间隔地设置在内定子本体上，励磁极的数量与辅助极的数量相同，且多个转子极沿非导磁体的周向间隔设置，通过在每个励磁极上分别独立缠绕一个绕组，每相绕组单独通电，使得内定子本体上的每个励磁极均独立地构成一相励磁极，每个励磁极和与其相邻的一个辅助极和一个转子极形成独立的磁通回路，使转子极在任何位置下，开关磁阻电机的磁通路径都是最短的。因此，通过在每个励磁极上分别独立缠绕有一个绕组，缩短开关磁阻电机的磁通路径，在内定子和外转子中的磁通无逆转，在开关磁阻电机的转动换相过程中，避免产生负转矩，能够降低开关磁阻电机的磁阻，提高开关磁阻电机的输出效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例提供的开关磁阻电机的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的开关磁阻电机的磁通路径的示意图；

图3示出了本实施例提供的开关磁阻电机的输出转矩与对比例提供的传统开关磁阻电机的输出转矩的对比图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、内定子；11、内定子本体；12、励磁极；121、绕组；13、辅助极；14、避让孔；

20、外转子；21、非导磁体；211、非导磁单元；22、转子极；

30、磁通回路；

40、电机轴；

L1、本实施例提供的开关磁阻电机的输出转矩；

L2、对比例提供的传统开关磁阻电机的输出转矩；

B1、励磁极的宽度尺寸；

B2、辅助极的宽度尺寸；

B3、辅助极的齿宽；

B4、辅助极的轭宽；

A1、相邻的励磁极与辅助极之间的夹角；

A2、相邻两个转子极之间的夹角；

A3、转子极的圆心角；

A4、非导磁单元的圆心角。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括壳体、内定子10以及外转子20，内定子10和外转子20均设置在壳体内，外转子20可转动地套设在内定子10的外侧，其中，内定子10包括内定子本体11以及设置在内定子本体11上且数量相同的多个励磁极12和多个辅助极13，多个励磁极12和多个辅助极13均沿内定子本体11的周向间隔设置，相邻两个辅助极13之间设置有一个励磁极12，每一个励磁极12上分别独立缠绕有一个绕组121，外转子20包括非导磁体21以及设置在非导磁体21上的多个转子极22，多个转子极22沿非导磁体21的周向间隔设置，转子极22与相邻的励磁极12和辅助极13共同形成磁通回路30。

应用本实用新型的开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括壳体、内定子10及外转子20，内定子10驱动外转子20绕其自身轴线转动，外转子20带动电机轴转动，电机轴向外输出转矩，由于多个励磁极12与多个辅助极13交替间隔地设置在内定子本体11上，励磁极12的数量与辅助极13的数量相同，且多个转子极22沿非导磁体21的周向间隔设置，通过在每个励磁极12上分别独立缠绕一个绕组121，每相绕组121单独通电，使得内定子本体11上的每个励磁极12均独立地构成一相励磁极12，每个励磁极12和与其相邻的一个辅助极13和一个转子极22形成独立的磁通回路30，使转子极22在任何位置下，开关磁阻电机的磁通路径都是最短的。因此，通过在每个励磁极12上分别独立缠绕有一个绕组121，缩短开关磁阻电机的磁通路径，在内定子10和外转子20中的磁通无逆转，在开关磁阻电机的转动换相过程中，避免产生负转矩，能够降低开关磁阻电机的磁阻，提高开关磁阻电机的输出效率。

其中，本实施例的开关磁阻电机采用内定子10和外转子20，相较于对比例中同尺寸的采用内转子和外定子的传统开关磁阻电机，本实施例提供的外转子20的半径更大，外转子20的转动惯量大，且内定子10的散热效果好，有利于降低风摩损耗，使得本实施例具有输出转矩大，电磁利用率高，铁心损耗小的优点，进一步提高开关磁阻电机的输出效率。

具体地，每相绕组121单独通电，产生不对称的单边磁拉力，增大开关磁阻电机的轴向力，使得开关磁阻电机的更适合较大轴向力的工作环境。

如图2所示，内定子10包括4个励磁极12和4个辅助极13，相邻的励磁极12与辅助极13之间的夹角A1为45°。由于相邻的励磁极12与辅助极13之间的夹角A1为45°，使得4个励磁极12与4个辅助极13交替间隔地设置在内定子本体11上，且励磁极12与辅助极13在内定子本体11上均匀分布，使转子极22在任何位置下，每个由励磁极12、辅助极13以及转子极22形成的磁通回路30都是相同的，在开关磁阻电机的转动换相过程中，提高开关磁阻电机的输出稳定性。

需要说明的是，相邻的励磁极12与辅助极13之间的夹角指的是，相邻的励磁极12的中心与辅助极13的中心分别与内定子10的中心的连线之间的夹角。

其中，通过在每个励磁极12上分别独立缠绕一个绕组121，每相绕组121单独通电，使得内定子10能够形成A、B、C、D四相独立的励磁极12，减少端部绕组，提高开关磁阻电机的输出稳定性。

在本实施例中，在内定子10的周向上，励磁极12的宽度尺寸与辅助极13的宽度尺寸的比值在1.5至1.7之间。采用上述比值范围，每个励磁极12能够和与其相邻的一个辅助极13和一个转子极22形成独立闭合的磁通回路30，缩短开关磁阻电机的磁通路径，降低开关磁阻电机的磁动势和磁阻，提高开关磁阻电机的输出效率。

需要说明的是，励磁极12的宽度尺寸B1指的是励磁极12在内定子10的周向上的相对的两侧之间的距离，辅助极13的宽度尺寸B2指的是励磁极12在内定子10的周向上的相对的两侧之间的距离。

具体地，励磁极12的宽度尺寸B1与辅助极13的宽度尺寸B2的比值可以为1.5、1.55、1.6、1.65、1.7以及1.5至1.7之间的其它任一值。

在本实施例中，励磁极12的宽度尺寸B1与辅助极13的宽度尺寸B2的比值为1.6。

如图1所示，辅助极13为T型结构，辅助极13的齿宽B3与辅助极13的轭宽B4相等。由于辅助极13为齿宽与轭宽相等的T型结构，使得每个辅助极13能够和与其相邻的一个励磁极12和一个转子极22形成独立闭合的磁通回路30，缩短开关磁阻电机的磁通路径，降低开关磁阻电机的磁动势和磁阻，提高开关磁阻电机的输出效率。并且，采用上述T型结构的辅助极13，使得相邻的励磁极12与辅助极13之间的绕组121只产生自身的磁动势，同一励磁极12的两侧的绕组121产生的互感很小，可以忽略不计，缩短开关磁阻电机的磁通路径，并且在内定子10和外转子20中的磁通无逆转，降低了电机的铁心损耗，提高开关磁阻电机的输出效率。

如图2所示，外转子20包括9个转子极22，相邻两个转子极22之间的夹角A2为40°。由于相邻两个转子极22之间的夹角A2为40°，使得9个转子极22均匀间隔地沿非导磁体21的周向设置，各转子极22和与其相邻的励磁极12和辅助极13形成独立的磁通回路30，使得转子极22在任何位置，开关磁阻电机的磁通路径都是最短的，降低开关磁阻电机的磁动势和磁阻，提高开关磁阻电机的输出效率。

需要说明的是，相邻两个转子极22之间的夹角A2指的是，相邻两个转子极22的中心分别与内定子10的中心的连线之间的夹角。

如图1所示，非导磁体21的位于相邻两个转子极22之间的部分形成非导磁单元211，在外转子20的周向上，转子极22的圆心角A3与非导磁单元211的圆心角A4的比值在8.5至9.5之间。采用上述比值范围，在开关磁阻电机的转动换相过程中，电机轴向外输出转矩的波动程度弱，提高开关磁阻电机的输出稳定性。

需要说明的是，转子极22的圆心角A3指的是转子极22在外转子20的周向上的相对设置的两端分别与外转子20的中心的连线之间的夹角，非导磁单元211的圆心角A4指的是相邻两个转子极22的相邻的两个端点分别与外转子20的中心的连线之间的夹角。

具体地，励磁极12的宽度尺寸与辅助极13的宽度尺寸的比值可以为8.5、8.8、9.0、9.3、9.5以及8.5至9.5之间的其它任一值。

在本实施例中，励磁极12的宽度尺寸与辅助极13的宽度尺寸的比值为9。

如图1所示，非导磁体21的横截面形状为圆形结构。采用上述圆形截面的非导磁体21，增大外转子20的半径和转动惯量，有利于降低风摩损耗，使得开关磁阻电机具有输出转矩大，电磁利用率高，铁心损耗小的优点，进一步提高开关磁阻电机的输出效率。

在本实施例中，非导磁体21采用铝材质制成。采用上述铝材质的非导磁体21，降低开关磁阻电机的端部绕组，提高开关磁阻电机的输出效率。

如图1所示，壳体包括机壳以及与机壳连接的电机轴40，外转子20与机壳连接。通过向每个绕组121单独通电，使得内定子10能够形成四相独立的励磁极12，每个励磁极12能够和与其相邻的一个辅助极13和一个转子极22形成独立闭合的磁通回路30，内定子10驱动外转子20绕其自身轴线转动，外转子20带动机壳转动，进而外转子20带动电机轴40转动，电机轴40向外输出转矩。

如图1所示，内定子本体11的中部设置有避让孔14，电机轴40可转动地穿设于避让孔14。由于电机轴40可转动地穿设于避让孔14，使得电机轴40向外输出转矩时，电机轴40在避让孔14中转动，通过避让孔14保证电机轴40的转动轴线的稳定，提高开关磁阻电机的输出稳定性。

在本实施例中，开关磁阻电机采用集中绕组，减少开关磁阻电机的电机匝数减少，在同一输入条件下，降低开关磁阻电机的铜耗、铁心损耗，增大开关磁阻电机的输出转矩，提高开关磁阻电机的输出效率高。

在本实施例中，开关磁阻电机应用于汽车冷却风扇装置，用户也可根据需要将该开关磁阻电机应用于其他装置。

如图3所示，选择与本实施例的开关磁阻电机的尺寸和输入参数相同的传统的8/6开关磁阻电机作为对比例，L1为本实施例提供的开关磁阻电机的输出转矩，L2为对比例提供的传统开关磁阻电机的输出转矩，对比例的平均输出转矩是1.61N·m，而本实施例的平均输出转矩是2.03N·m，本实施例的输出转矩相较于对比例的输出转矩提高了26.1％。

其中，图3中的横坐标α指的是外转子角度，图3中的纵坐标T指的是输出转矩。

应用本实施例提供的开关磁阻电机，具有以下有益效果：

(1)通过在每个励磁极12上分别独立缠绕有一个绕组121，缩短开关磁阻电机的磁通路径，在内定子10和外转子20中的磁通无逆转，在开关磁阻电机的转动换相过程中，避免产生负转矩，降低开关磁阻电机的磁阻，提高开关磁阻电机的输出效率；

(2)由于励磁极12的宽度尺寸与辅助极13的宽度尺寸的比值在1.5至1.7之间，使得每个励磁极12能够和与其相邻的一个辅助极13和一个转子极22形成独立闭合的磁通回路30，缩短开关磁阻电机的磁通路径，降低开关磁阻电机的磁动势和磁阻，提高开关磁阻电机的输出效率；

(3)采用上述T型结构的辅助极13，使得相邻的励磁极12与辅助极13之间的绕组121只产生自身的磁动势，同一励磁极12的两侧的绕组121产生的互感很小，可以忽略不计，缩短开关磁阻电机的磁通路径，并且在内定子10和外转子20中的磁通无逆转，降低了电机的铁心损耗，提高开关磁阻电机的输出效率；

(4)本实施例提供的开关磁阻电机的结构简单、设计合理、便于安装和实施。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关磁阻电机，其特征在于，所述开关磁阻电机包括壳体、内定子(10)以及外转子(20)，所述内定子(10)和所述外转子(20)均设置在所述壳体内，所述外转子(20)可转动地套设在所述内定子(10)的外侧；

其中，所述内定子(10)包括内定子本体(11)以及设置在所述内定子本体(11)上且数量相同的多个励磁极(12)和多个辅助极(13)，多个所述励磁极(12)和多个所述辅助极(13)均沿所述内定子本体(11)的周向间隔设置，相邻两个所述辅助极(13)之间设置有一个所述励磁极(12)，每一个所述励磁极(12)上分别独立缠绕有一个绕组(121)；

所述外转子(20)包括非导磁体(21)以及设置在所述非导磁体(21)上的多个转子极(22)，多个所述转子极(22)沿所述非导磁体(21)的周向间隔设置，所述转子极(22)与相邻的所述励磁极(12)和所述辅助极(13)共同形成磁通回路(30)。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述内定子(10)包括4个所述励磁极(12)和4个所述辅助极(13)，相邻的所述励磁极(12)与所述辅助极(13)之间的夹角为45°。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，在所述内定子(10)的周向上，所述励磁极(12)的宽度尺寸与所述辅助极(13)的宽度尺寸的比值在1.5至1.7之间。

4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述辅助极(13)为T型结构，所述辅助极(13)的齿宽与所述辅助极(13)的轭宽相等。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述外转子(20)包括9个所述转子极(22)，相邻两个所述转子极(22)之间的夹角为40°。

6.根据权利要求5所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述非导磁体(21)的位于相邻两个所述转子极(22)之间的部分形成非导磁单元(211)，在所述外转子(20)的周向上，所述转子极(22)的圆心角与所述非导磁单元(211)的圆心角的比值在8.5至9.5之间。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述非导磁体(21)的横截面形状为圆形结构。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述非导磁体(21)采用铝材质制成。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述壳体包括机壳以及与所述机壳连接的电机轴(40)，所述外转子(20)与所述机壳连接。

10.根据权利要求9所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述内定子本体(11)的中部设置有避让孔(14)，所述电机轴(40)可转动地穿设于所述避让孔(14)。

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