專利名稱：一種新型開關(guān)磁阻電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種新型開關(guān)磁阻電機(jī)，屬于電機(jī)、電力電子和電氣傳動領(lǐng)域，特別是 涉及一種橫向氣隙的開關(guān)磁阻電機(jī)，可以應(yīng)用于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、電動車輛、運動控制和 風(fēng)力發(fā)電等應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機(jī)是利用磁阻原理的新一代調(diào)速電機(jī)，具有性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單堅固、 制動和低速轉(zhuǎn)矩大、電流較小，過載能力強(qiáng)，并且在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的具有高效率，正得到日 益廣泛的應(yīng)用。如何進(jìn)一步提高電機(jī)效率、過載能力和簡化散熱結(jié)構(gòu)，是工程技術(shù)人員研究 的方向。傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)是徑向氣隙的雙凸極結(jié)構(gòu)。如圖1所示，傳統(tǒng)8/6結(jié)構(gòu)開關(guān) 磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子1和定子2均由硅鋼片疊成，轉(zhuǎn)子1上無線圈，轉(zhuǎn)子1與定子2之間存在氣 隙。雖然開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子上無線圈，散熱較簡單，但是由于定子2上的定子線圈3密閉 在定子槽內(nèi)，不利于電機(jī)散熱。在較大功率的應(yīng)用中，要增加電機(jī)散熱能力，只能在定子2 上增加鋁合金散熱器5，無疑增加了電機(jī)成本并增大了電機(jī)重量，并且由于散熱器一般尺寸 較大，限制了開關(guān)磁阻電機(jī)在安裝空間有限制的場合中應(yīng)用。圖2為傳統(tǒng)徑向氣隙的開關(guān)磁阻電機(jī)工作中的磁路，從中可以看出電機(jī)磁路較 長，這將導(dǎo)致電機(jī)具有較大的鐵損和較大的磁滯損耗，也必將導(dǎo)致電機(jī)有較多的發(fā)熱。發(fā)明專利①200680043128. X(開關(guān)磁阻電機(jī))，公開了一種減小徑向氣隙開關(guān)磁 阻電機(jī)噪聲和防止電機(jī)過熱的方法。其實質(zhì)是設(shè)計出不同曲率半徑(如橢圓)形狀的定子 和轉(zhuǎn)子，使定子鐵芯突出磁極與轉(zhuǎn)子鐵芯的突出磁極之間的間隙在相電感增大區(qū)氣隙逐漸 減小，在相電感減小區(qū)氣隙逐漸增大。且確?？諝馔ǖ啦槐粯渲顫M，防止開關(guān)磁阻電機(jī)過 熱。雖然這種結(jié)構(gòu)減少了電機(jī)噪聲，減小了轉(zhuǎn)矩脈動，且便于電機(jī)散熱，但缺點在于(1)提 高開關(guān)磁阻電機(jī)功率輸出要求提高相電感的變化率，由于在氣隙的增加導(dǎo)致相電感變化率 減少，雖然減小了轉(zhuǎn)矩脈動和電機(jī)噪聲，但削弱了開關(guān)磁阻電機(jī)性能；(2)雖然這種結(jié)構(gòu)能 確保電機(jī)內(nèi)部空氣流通，一定程度上提高了電機(jī)散熱性能，但由于電機(jī)是封閉的，內(nèi)部的空 氣無法與外部空氣形成對流，導(dǎo)致內(nèi)部熱量無法與外部形成熱量交換，所以散熱性能提高 有限。發(fā)明專利②200510010551. 7 (短磁路混合勵磁開關(guān)磁阻電機(jī))，公開了一種在徑 向氣隙的開關(guān)磁阻電機(jī)中嵌入永磁體，取得了增大開關(guān)磁阻電機(jī)的空間利用率，并減小轉(zhuǎn) 矩較脈動的效果。但是，這種方法的缺點很明顯永磁體具有磁滯效應(yīng)和退磁等問題且價格 昂貴，在制造和安裝上存在困難，并且減小轉(zhuǎn)矩脈動的效果不明顯，改善電機(jī)性能有限。發(fā)明專利③200710024615. 8 (軸向開關(guān)磁阻電機(jī))，公開了一種軸向氣隙的開關(guān) 磁阻電機(jī)，與傳統(tǒng)的徑向氣隙的開關(guān)磁阻電機(jī)不同的是，繞組電機(jī)產(chǎn)生的磁通方向是沿電 機(jī)軸向的，而不是徑向的。這樣定子與轉(zhuǎn)子在軸向拉開距離，減小了電機(jī)的徑向尺寸，且能 量傳輸方式為直接軸向傳輸，能量的利用率提高。但是，仍然沒有擺脫傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)磁路較長，鐵損較大等問題。因此現(xiàn)有電機(jī)存在很多缺陷，需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是針對以往開關(guān)磁阻電機(jī)的缺點，進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，以提高電機(jī)的 綜合性能。本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)磁阻電機(jī)，旨在解決現(xiàn)有的開關(guān)磁阻電機(jī)存在電 機(jī)繞組和磁路的利用率很低，電機(jī)的功率密度小，轉(zhuǎn)矩脈動比較大的問題。一種新型開關(guān)磁阻電機(jī)，包括非導(dǎo)磁機(jī)座、固定在非導(dǎo)磁機(jī)座上的至少一個以上U 型導(dǎo)磁定子塊、貫穿U型導(dǎo)磁定子塊中軸線的電機(jī)軸，以及固定在電機(jī)軸上的導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子，所 述定子與轉(zhuǎn)子沿軸向相對設(shè)置，所述U型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊之間設(shè)置有間隙，所述定子 繞組產(chǎn)生的磁通與所述電機(jī)軸平行，其中兩個相鄰的轉(zhuǎn)子塊中間裝有由非導(dǎo)磁材料制成的 隔磁板。所述的電機(jī)，其中，兩個U型導(dǎo)磁定子塊設(shè)置在所述非導(dǎo)磁機(jī)座的兩端，兩個導(dǎo)磁 轉(zhuǎn)子設(shè)置在兩個U型導(dǎo)磁定子塊之間的電機(jī)軸上。所述的電機(jī)，其中，兩個導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述非導(dǎo)磁機(jī)座上電機(jī)軸的兩端，兩個U 型導(dǎo)磁定子塊設(shè)置在兩個導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子之間的電機(jī)軸上。所述的電機(jī)，其中，所述U型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊的極對數(shù)對應(yīng)設(shè)置。所述的電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子塊是扁平型轉(zhuǎn)子塊，在轉(zhuǎn)子塊徑向位置設(shè)置至少兩個 突起。所述的電機(jī)，其中，所述突起的個數(shù)為2個或3個或4個或5個或者6個或者7個 或8個或9個或10個或12個。所述的電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子塊是星型或是齒輪狀。所述的電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子塊的突起與兩組U型定子塊之間的間隙相對設(shè)置所述的電機(jī)，其中，所述U型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊的極對數(shù)對應(yīng)設(shè)置，所述U型定 子塊與所述轉(zhuǎn)子塊的極對數(shù)配合形式6/4或8/6或12/8或12/10。一種新型開關(guān)磁阻電機(jī)，包括非導(dǎo)磁機(jī)座、固定在非導(dǎo)磁機(jī)座上的至少一個以上C 型導(dǎo)磁定子塊、貫穿C型導(dǎo)磁定子塊中軸線的電機(jī)軸，以及固定在電機(jī)軸上的導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子，所 述定子與轉(zhuǎn)子沿軸向相對設(shè)置，所述C型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊之間設(shè)置有間隙，每個C型導(dǎo) 磁定子塊上設(shè)置有可使導(dǎo)磁定子對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生排斥力的定子繞組，所述定子繞組產(chǎn)生的磁通 與所述電機(jī)軸平行，其中兩個相鄰的轉(zhuǎn)子塊中間裝有由非導(dǎo)磁材料制成的隔磁板。有益效果，在本發(fā)明中，開關(guān)磁阻電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間同時存在吸合力和排斥 力，它們大小相等，方向一致，這樣與傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)相比，提高了電機(jī)的功率密度，并 且提高了電機(jī)繞組和磁路的利用率，減小了轉(zhuǎn)矩脈動。


圖1是傳統(tǒng)的8/6結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖2是傳統(tǒng)8/6結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)；圖3是電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖之一；
圖4是電機(jī)磁路圖之一；圖5是電機(jī)結(jié)構(gòu)圖之；圖6是U型定子塊；圖7是電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖之二；圖8是電機(jī)內(nèi)部的C型定子塊。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例1如圖3，圖4圖5，圖6所示，一種新型開關(guān)磁阻電機(jī)，電機(jī)由扁平型轉(zhuǎn)子塊1B、U型 定子塊2B、勵磁繞組3B、機(jī)座4B、電機(jī)軸5B和隔磁板6B組成。機(jī)座4B由非導(dǎo)磁材料制成， 轉(zhuǎn)子塊IB和U型定子塊2B和是導(dǎo)磁體，可由硅鋼片、電工鋼等導(dǎo)磁材料制成，其中轉(zhuǎn)子塊 IB中間裝有由非導(dǎo)磁材料制成的隔磁板6B，U型定子塊2B均勻固定在機(jī)座4B上，與轉(zhuǎn)子 塊沿軸向相對，且中間有預(yù)定的間隙，轉(zhuǎn)子塊IB均勻固定在電機(jī)軸5B上，U型定子塊2B均 勻固定在機(jī)座5B上；沿電機(jī)軸向布置有對稱的兩組U型定子塊。在U型定子塊2B上有繞 有勵磁繞組3B。U型定子塊2B與轉(zhuǎn)子塊IB的極對數(shù)配合形式，可采用現(xiàn)有的開關(guān)磁阻電 機(jī)形式，如6/4，8/6、12/8等。以上技術(shù)方案實施以后，電機(jī)工作時的磁力線如圖4所示，可見磁路11縮短了很 多，大大減小了電機(jī)損耗。由于電機(jī)繞組和U型定子塊是開放式的，便于空氣對流，散熱效 果好，大大簡化了散熱裝置，而且制造、安裝和維修均很方便，可以模塊化生產(chǎn)，適合企業(yè)大 批量推廣應(yīng)用。具體實施例2如圖3，圖6所示電機(jī)由扁平型轉(zhuǎn)子塊1B、U型定子塊2B、勵磁繞組3B、機(jī)座4B、 電機(jī)軸5B和隔磁板6B組成。電機(jī)的磁路采用軸向氣隙的布局方式。扁平型轉(zhuǎn)子塊IB和U 型定子塊2B是導(dǎo)磁體，可由硅鋼片等軟磁體疊壓而成。U型定子塊2B和扁平型轉(zhuǎn)子塊IB 之間是預(yù)定的間隙，扁平型轉(zhuǎn)子塊IB均勻分布在電機(jī)軸5B上，U型定子塊2B均勻固定在 機(jī)座4B上，在定子上有集中式勵磁繞組3B，一個U型定子塊2B上的勵磁繞組3B形成一個 兩極磁極，稱為“一相”。如圖3所示電機(jī)運行過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子塊IB接近U型定子塊2B時，勵磁繞組3B通 電勵磁。根據(jù)最小磁阻原理，U型定子塊2B對轉(zhuǎn)子塊IB產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩將力圖使轉(zhuǎn)子塊1轉(zhuǎn) 動到轉(zhuǎn)子塊1的主軸線與U型定子塊2的主軸線重合的位置，因為這時磁阻最小，U型定子 塊2B與轉(zhuǎn)子塊IB之間將形成如圖四所示的磁路。當(dāng)轉(zhuǎn)子塊IB離開U型定子塊2B時，勵磁繞組3B斷電，以免產(chǎn)生反向電磁轉(zhuǎn)矩。這 樣，輪流對每相勵磁繞組通電、斷電，電機(jī)就連續(xù)轉(zhuǎn)動起來了。傳統(tǒng)的徑向氣隙的開關(guān)磁阻電機(jī)是徑向相對的兩個繞組構(gòu)成兩極，形成一相繞組，定子軛部較長、磁路較長(如圖2所示)，電機(jī)較重、鐵損較大、功率密度不大。本發(fā)明 中，電機(jī)的氣隙是軸向的，取消了定子軛部，定子和轉(zhuǎn)子直接構(gòu)成磁通回路，磁路很短，鐵損 很低。為消除單邊軸向拉力，電機(jī)沿軸向?qū)ΨQ布置了兩個扁平型轉(zhuǎn)子塊IB和兩組U型定子 塊及兩組勵磁繞組3B，隔磁板6B將兩個轉(zhuǎn)子塊IB隔開，保證軸向相對的U型定子塊2B沒有磁通回路。傳統(tǒng)的徑向氣隙的開關(guān)磁阻電機(jī)的勵磁繞組繞制在狹小的定子槽內(nèi)(如圖1所 示)，定子與轉(zhuǎn)子被軸向兩端的電機(jī)端蓋所密封，所以槽內(nèi)空氣流通不暢，很明顯，這對于繞 組的散熱不利，只能依靠外部的散熱器加快熱量交換。本發(fā)明中，勵磁繞組、轉(zhuǎn)子和定子均 是開放式結(jié)構(gòu)，空氣容易形成對流，方便形成熱交換，這對于防止電機(jī)過熱，提高電機(jī)的過 載能力是十分有利的。具體實施例3如圖7，圖8所示電機(jī)由扁平型轉(zhuǎn)子塊1C、C型定子塊2C、勵磁繞組3C、機(jī)座4C 和電機(jī)軸5C組成。電機(jī)的磁路采用軸向氣隙的布局方式。扁平型轉(zhuǎn)子塊1C和C型定子塊 2C是導(dǎo)磁體，可由硅鋼片等軟磁體疊壓而成。C型定子塊2C和扁平型轉(zhuǎn)子塊1C之間是預(yù) 定的間隙，扁平型轉(zhuǎn)子塊1C均勻分布在電機(jī)軸5C上，C型定子塊2C均勻固定在機(jī)座4C上， 在定子上有集中式勵磁繞組3C，軸向相對的兩個C型定子塊2C上的勵磁繞組3C形成一個 兩極磁極，稱為“一相”。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種新型開關(guān)磁阻電機(jī)，其特征在于，包括非導(dǎo)磁機(jī)座、固定在非導(dǎo)磁機(jī)座上的至少一個以上U型導(dǎo)磁定子塊、貫穿U型導(dǎo)磁定子塊中軸線的電機(jī)軸，以及固定在電機(jī)軸上的導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子，所述定子與轉(zhuǎn)子沿軸向相對設(shè)置，所述U型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊之間設(shè)置有間隙，所述定子繞組產(chǎn)生的磁通與所述電機(jī)軸平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于兩個U型導(dǎo)磁定子塊設(shè)置在所述非導(dǎo)磁 機(jī)座的兩端，兩個導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子設(shè)置在兩個U型導(dǎo)磁定子塊之間的電機(jī)軸上，其中，相鄰的兩個 導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子之間設(shè)置一非導(dǎo)磁隔磁板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于兩個導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述非導(dǎo)磁機(jī)座上 電機(jī)軸的兩端，兩個U型導(dǎo)磁定子塊設(shè)置在兩個導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子之間的電機(jī)軸上，其中，相鄰的兩 個U型導(dǎo)磁定子塊之間設(shè)置一非導(dǎo)磁隔磁板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于所述U型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊的極對數(shù) 對應(yīng)設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子塊是扁平型轉(zhuǎn)子塊，在轉(zhuǎn)子塊徑 向位置設(shè)置至少兩個突起。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其特征在于所述突起的個數(shù)為2個或3個或4個或5 個或者6個或者7個或8個或9個或10個或12個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子塊是星型或是齒輪狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子塊的突起與兩組U型定子塊之 間的間隙相對設(shè)置
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于所述U型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊的極對數(shù) 對應(yīng)設(shè)置，所述U型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊的極對數(shù)配合形式6/4或8/6或12/8或12/10。
10.一種新型開關(guān)磁阻電機(jī)，其特征在于，包括非導(dǎo)磁機(jī)座、固定在非導(dǎo)磁機(jī)座上的至 少一個以上C型導(dǎo)磁定子塊、貫穿C型導(dǎo)磁定子塊中軸線的電機(jī)軸，以及固定在電機(jī)軸上的 導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子，所述定子與轉(zhuǎn)子沿軸向相對設(shè)置，所述C型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊之間設(shè)置有間 隙，所述定子繞組產(chǎn)生的磁通與所述電機(jī)軸平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型開關(guān)磁阻電機(jī)，包括非導(dǎo)磁機(jī)座、固定在非導(dǎo)磁機(jī)座上的至少一個以上U型導(dǎo)磁定子塊、貫穿U型導(dǎo)磁定子塊中軸線的電機(jī)軸，以及固定在電機(jī)軸上的導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子，所述定子與轉(zhuǎn)子沿軸向相對設(shè)置，所述U型定子塊與所述轉(zhuǎn)子塊之間設(shè)置有間隙，所述定子繞組產(chǎn)生的磁通與所述電機(jī)軸平行，在本發(fā)明中，開關(guān)磁阻電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間同時存在吸合力和排斥力，它們大小相等，方向一致，這樣與傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機(jī)相比，提高了電機(jī)的功率密度，并且提高了電機(jī)繞組和磁路的利用率，減小了轉(zhuǎn)矩脈動。
文檔編號H02K29/00GK101860159SQ201010150839
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者楊忠, 陳克銀, 陳龍 申請人:深圳市軸心自控技術(shù)有限公司