CN220382917U - 一种磁通结构的开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种磁通结构的开关磁阻电机，包括定子和转子，定子安装于电机壳体的内壁上，转子固定于转轴上，定子上设置有U型定子齿，绕组缠绕于U型定子齿的两端，转子上设置有U型转子齿；定子与转子构成凸极单元，凸极单元沿轴向设置为第一凸极单元和第二凸极单元，两凸极单元中的U型转子齿径向错开设置。转子齿、定子齿均在轴向呈U型结构，磁通沿U型定子齿、U型转子齿走电机轴向，电机定子之间有更多的空间可以放置绕组，相比同功率的传统开关磁阻电机，本申请的横向磁通具有脉动小、转矩大、功率密度更高的优点，由于U型定子齿和U型转子齿为分块结构，电机的极数和相数易于拓展，参数的选择自由度大。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电机技术领域，更具体地说，它涉及一种磁通结构的开关磁阻电机。
背景技术
开关磁阻电机作为一种结构简单、容错能力强、调速范围广的新型调速系统在电动汽车、高转速电机、伺服系统和通用工业领域得到了广泛应用。开关磁阻电机为双凸极铁芯结构，其定子铁芯有硅钢片叠压而成，定子上绕有几种绕组，径向相对的两个绕组串联构成一对磁极，形成 “一相”，转子上无绕组，装有定位传感器提供绕组通电信号，按相数分类，有单相和多相结构，按磁通方向可分为径向和横向结构。
磁悬浮开关磁阻电机是将磁悬浮技术运用到传统的开关磁阻电机上，转子无摩擦旋转解决传统开关磁阻电机能量耗损严重、机械使用寿命短的缺陷，极大的提高了电机的转速，降低了摩擦损耗。现在的磁悬浮开关磁阻电机使用宽窄极混合定子齿结构，其宽定子齿提供转子径向的悬浮力，窄定子齿提供转矩，两相邻的宽定子齿之间设置有两个窄定子齿，转矩磁通在相邻两窄定子齿中形成环流，但是其换相转矩小，功率密度低。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：传统开关磁阻电机换相转矩小，功率密度低的缺陷。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种磁通结构的开关磁阻电机，包括定子和转子，所述定子安装于电机壳体的内壁上，所述转子固定于转轴上，所述定子上设置有U型定子齿，绕组缠绕于所述U型定子齿的两端，所述转子上设置有U型转子齿；
所述定子与转子构成凸极单元，所述凸极单元沿轴向设置为第一凸极单元和第二凸极单元，所述第一凸极单元中的U型转子齿与第二凸极单元中的U型转子齿径向错开设置。
进一步地：所述U型定子齿与U型转子齿的气隙为0.4-0.6mm。
进一步地：所述转子上设置有绝缘体，所述绝缘体填充于相邻两U型转子齿之间。
进一步地：所述转子的励磁超前角为α，α＜6°。
进一步地：所述转子的励磁超前角为5°＜α＜6°。
进一步地：所述转子由硅钢片叠加制成。
进一步地：所述定子由硅钢片叠加制成。
进一步地：所述电机壳体的外侧设置有散热槽。
进一步地：相邻两所述绝缘体于U型转子齿的齿槽中连接为一体，位于U型转子齿周边的绝缘体内侧设有倒角。
本实用新型的有益效果是：转子齿、定子齿均在轴向呈U型结构，磁通沿U型定子齿、U型转子齿走电机轴向，电机定子之间有更多的空间可以放置绕组，相比同功率的传统开关磁阻电机，本申请的横向磁通具有脉动小、转矩大、功率密度更高的优点，由于U型定子齿和U型转子齿为分块结构，电机的极数和相数易于拓展，参数的选择自由度大。
附图说明
图1为一种磁通结构的开关磁阻电机的示意图；
图2为转子的示意图；
图3为第一凸极单元绕组示意图；
图4为第二凸极单元绕组示意图；
图5为转子0°-60°转矩与悬浮控制原理图；
图6为转子60°-120°转矩与悬浮控制原理图；
图7为U型转子齿的励磁超前角示意图；
图中：1、定子；11、U型定子齿；2、转子；21、U型转子齿；3、电机壳体；31、散热槽；4、绝缘体。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。
根据图1-2所示，一种磁通结构的开关磁阻电机，包括定子1和转子2，定子1安装于电机壳体3的内壁上，转子2固定于转轴上，定子1上设置有U型定子齿11，绕组缠绕于U型定子齿11的两端，转子2上设置有U型转子齿21；定子1与转子2构成凸极单元，凸极单元沿轴向设置为第一凸极单元和第二凸极单元，第一凸极单元中的U型转子齿21与第二凸极单元中的U型转子齿21径向错开30°，转子2上设置有绝缘体4，绝缘体4填充于相邻两U型转子齿21之间。
本申请中每个凸极单元中均设有三个转子2齿和六个定子1齿，转子2齿、转子2齿均在轴向呈U型结构，磁通沿U型定子齿11、U型转子齿21走电机轴向，电机定子1之间有更多的空间可以放置绕组，相比同功率的传统磁通开关磁阻电机，本申请的横向磁通具有脉动小、转矩大、功率密度更高的优点，由于U型定子齿11和U型转子齿21为分块结构，电机的极数和相数易于拓展，参数的选择自由度大。
根据图3-4所示，第一凸极单元的绕组绕制方式如图3所示，第二凸极单元的绕组绕制方式如图4所示，本申请的开关磁阻电机以A、B、C、D四相为例，单绕组控制方式，每相绕组即可用来控制悬浮又可用来控制转矩，每相绕组匝数为40匝，每一相绕组分别串联，第一凸极单元中绕组有A相和C相，第二凸极单元中有B相和D相，第一凸极单元和第二凸极单元绕组的励磁方向相同，因此轴向磁通的方向也相同。
根据图5-6所示，转矩控制原理，图5（a）中转子2位置为初始0°位置，在0°时刻A相导通，第一凸极单元产生转矩带动转子2逆时针旋转30°后A相断开，转子2转到图5(b)所示位置；紧接着导通B相，第二凸极单元产生转矩带动转子2逆时针旋转30°后B相断开，转子2转到图6（c）所示位置；接着导通C相绕组，第一凸极单元产生转矩带动转子2逆时针旋转30°后C相断开，转子2转到图6（d）所示位置；接着导通D相绕组，第二凸极单元产生转矩带动转子2逆时针旋转30°货到图5（a）所示位置，至此绕组转矩控制的一个周期结束。
第一凸极单元中的A、C相与第二凸极单元中的B、D相交替产生转矩与悬浮励磁电流，电机所需悬浮力方向为y轴方向，规定转子2旋转方向为逆时针方向，图5（a）转子2位置为初始0°位置，在0°到30°区间内绕组D1、D3通电流iy，可以得到两个方向的悬浮力FD1、FD3，定子1齿径向间隔60°，其产生的合力为y轴正方向Fy；图5（b）转子2在30°-60°位置，绕组A1通电流iy，则产生y轴正方向的悬浮力Fy；图6（c）转子2在60°-90°位置，绕组B1通电流iy,则产生y轴正方向的悬浮力Fy；图6（d）转子2在90°-120°区间内绕组C1、C3通电流iy,则得到两个方向的悬浮力FC1、FC3，因定子1齿径向间隔60°，同样可产生y轴正方向的悬浮力Fy，至此绕组悬浮控制的一个周期结束，同理，按照该方式可以得到其它方向所需的力。
U型定子齿11与U型转子齿21的气隙为0.4-0.6mm，定子1齿与转子2齿之间的气隙大小直接影响到最大磁导值或最大电感值，电机能够得到较大的输出转矩时，定子1齿与转子2齿的气隙要尽可能小，气隙越小，机械部件加工精度的要求就越高，由于机械加工条件的限制，结合电机运行时震动、外部扰动的因素，本申请中气隙优选0.5mm。
根据图7所示，转子2的励磁超前角为α，α＜6°，当转子2的励磁超前角小于6°时，转矩的最小值不变，大于6°时，转矩最大值随着励磁超前角的增大而增大，因此转矩最大值与最小值的差值即转矩脉动越来越大，为了即满足转矩最小值不过低，又满足转矩脉动最小，本申请中励磁超前角的优选值为5.5°。
转子2由硅钢片叠加制成，定子1由硅钢片叠加制成，电机壳体3的外侧设置有散热槽31。转子2在转动时，热量随着转子2转速的提高而提高，硅钢片制成的定子1和转子2散热效果较好，开设在电机外壳外壁上的散热槽31可以加快传递到电机外壳上的热量。
转子2和定子1上均设置有绝缘体4，转子2上相邻两绝缘体4于U型转子齿21的齿槽中连接为一体，位于U型转子齿21周边的绝缘体4内侧设有倒角。绝缘体4的设置用于相邻绕组的电绝缘和减少磁干扰，绝缘体4上设置蜂窝孔和倒角，便于散热。
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、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
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。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种磁通结构的开关磁阻电机，包括定子（1）和转子（2），所述定子（1）安装于电机壳体（3）的内壁上，所述转子（2）固定于转轴上，其特征是：所述定子（1）上设置有U型定子齿（11），绕组缠绕于所述U型定子齿（11）的两端，所述转子（2）上设置有U型转子齿（21）；
所述定子（1）与转子（2）构成凸极单元，所述凸极单元沿轴向设置为第一凸极单元和第二凸极单元，所述第一凸极单元中的U型转子齿（21）与第二凸极单元中的U型转子齿（21）径向错开设置。
2.根据权利要求1所述的磁通结构的开关磁阻电机，其特征是：所述U型定子齿（11）与U型转子齿（21）的气隙为0.4-0.6mm。
3.根据权利要求2所述的磁通结构的开关磁阻电机，其特征是：所述转子（2）上设置有绝缘体（4），所述绝缘体（4）填充于相邻两U型转子齿（21）之间。
4.根据权利要求3所述的磁通结构的开关磁阻电机，其特征是：所述转子（2）的励磁超前角为α，α＜6°。
5.根据权利要求4所述的磁通结构的开关磁阻电机，其特征是：所述转子（2）的励磁超前角为5°＜α＜6°。
6.根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的磁通结构的开关磁阻电机，其特征是：所述转子（2）由硅钢片叠加制成。
7.根据权利要求6所述的磁通结构的开关磁阻电机，其特征是：所述定子（1）由硅钢片叠加制成。
8.根据权利要求7所述的磁通结构的开关磁阻电机，其特征是：所述电机壳体（3）的外侧设置有散热槽（31）。
9.根据权利要求3所述的磁通结构的开关磁阻电机，其特征是：相邻两所述绝缘体（4）于U型转子齿（21）的齿槽中连接为一体，位于U型转子齿（21）周边的绝缘体（4）内侧设有倒角。
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