一种开关磁阻电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关磁阻电机的本体结构技术领域，特别是定子齿或转子齿的结构。
【背景技术】
[0002]开关磁阻电机因为其简单的定转子结构，无转子铜损，无碳刷，被视为调速电机中最适用电动汽车以及其他对可靠性，效率，和高速有要求的各种应用的电机类型的一种。其中电动汽车应用目前最引人注目，有着非常大的经济效应和社会效应。
[0003]开关磁阻电机依靠定子齿形的凸极性和转子齿形的凸极性形成的气隙磁场为减少磁阻路径带动转子运动，静止无负载时在单相绕组供电下，运动方向是朝着绕组缠绕的定子齿的几何中心与最近的转子齿几何中心对齐的方向。一般定子的齿形和转子的齿形都设计成对各自的径向几何中心线对称，这样可以保证转子顺时针方向和逆时针方向旋转时的电机表现特性一致。
[0004]开关磁阻电机转子上的扭矩是交替地由各相定子通电电流存在期间对该相绕组所缠绕的定子齿附近的转子齿的吸引力或推斥力产生的。在电流存在时，瞬时扭矩和电流的平方成正比，和电感对转子电角度的变化率dL/d0=(Lmax - Lmin)/( Θ max - Θ min),成正比。如果希望电机的齿形有所变化来改变扭矩的特性时，一般也只是对称地去改变定转子齿形的斜度及齿顶和齿谷的宽度。开关磁阻电机在某一相通电的整个期间的平均扭矩受控于如何操控相电流。一般合理的操控，譬如电动工况下，应尽量避免在这个期间内相当大百分比的时间段出现在转子上的是和其运动方向相反的负扭矩；这是因为整个通电期间的平均扭矩才是影响电机扭矩速度特性曲线的关键。瞬时扭矩的波动相对是高频信号，基本由电机转子及负载的转动惯量滤波滤掉，留下的平均扭矩水平才是作用在转子轴上的真正扭矩基础。这一点，在较高速度如额定速度下尤其重要，因为反向电动势足够大，大到阻止电流随意上升，为了获得最大的扭矩，不能再像低速时有PWM调节的手段了 ；采用全压控制，结合合理的导通角和关断角来获得电机的最大平均扭矩潜力，这个额定速度和其最大扭矩水平决定了电机的额定功率。由于此工况下扭矩的波形随转子位置较大范围地变化，可利用co-energy的概念，用电机的B_H曲线中的磁场强度从0开始上升到磁场密度最大再回到磁场强度为0的轨迹所包围的面积来衡量电机的能量交换和额定速度下的功率交换。为了增加此面积，需要在上升轨迹中尽可能地多出现大磁场强度小电感值的点。
[0005]电动汽车电机的功率密度要求相对于普通电机而言是比较高的，人们希望同样成本的材料和同样体积大小的电机可以对负载输出更多的扭矩，对于开关磁阻而言，其实是要求同样体积材料的电机其平均扭矩能力更大。既然是平均扭矩，那自然和百分比有关系。如果我们不能改变最大相电感(Lmax)和最小相电感(Lmin)的大小，不能改变定子电流的水平，但我们能改变正向扭矩作用的相对百分比，那么能改变平均扭矩的大小；那么提高功率密度的要求就变成了如何增加有用的转子位置变化区间的问题。本发明就是从这点着手来实现突破。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提出一种能提升在一个旋转方向上的电机功率密度的开关磁阻电机。
[0007]本发明可以有以下三种技术方案。
[0008]方案一:本发明包括定子和转子，在定子上均布形状相同的定子齿，在转子上均布形状相同的转子齿，其特征在于每个转子齿的一侧在其周向上削减，另一侧在其周向上扩增。每个转子齿本身对电机的任意径向线都不对称。
[0009]方案二:本发明包括定子和转子，在定子上均布形状相同的定子齿，在转子上均布形状相同的转子齿，其特征在于每个定子齿的一侧在其周向上削减，另一侧在其周向上扩增。每个定子齿本身对电机的任意径向线都不对称。
[0010]方案三:本发明包括定子和转子，在定子上均布形状相同的定子齿，在转子上均布形状相同的转子齿，其特征在于每个转子齿的一侧在其周向上削减，另一侧在其周向上扩增；每个定子齿的一侧在其周向上削减，另一侧在其周向上扩增；每个转子齿削减侧与每个定子齿扩增侧在周向上同为顺时针方向侧，或同为逆时针方向侧。每个转子齿本身对电机的任意径向线都不对称，每个定子齿本身对电机的任意径向线都不对称。
[0011]本发明以上三种技术方案都是定子齿几何上对自身不存在径向对称中心线或者转子齿几何上对自身不存在径向对称中心线，都可实现提升电机在一个旋转方向上的功率密度的目的，同时也减少开关磁阻电机的机械振动。
[0012]方案一是:在转子齿对自己的径向几何中心线对称时定子齿对自己不存在径向对称中心线。
[0013]方案二是:在定子齿对自己的径向几何中心线对称时转子齿对自己不存在径向对称中心线。
[0014]方案三是:定子齿对自己不存在几何上径向对称中心线，同时转子齿也不存在对自己的径向几何中心线。
【附图说明】
[0015]图1为现有电机中定子齿和转子齿都分别以各自的径向中心线为对称中心的起始Lmin位置示意图。
[0016]图2为现有电机中定子齿和转子齿都分别以各自的径向中心线为对称中心的对齐Lmax位置示意图。
[0017]图3为现有电机中定子齿和转子齿都分别以各自的径向中心线为对称中心的结束Lmin位置示意图。
[0018]图4为现有电机中定子齿和转子齿都分别以各自的径向中心线为对称中心的电感、电流和扭矩在额定速度下随转子位置变化一个周期内的波形图。
[0019]图5为本发明结构的电感、电流和扭矩在额定速度下随转子位置变化一个周期内的波形图。
[0020]图6为本发明技术方案一条件下的磁阻开始明显减小的转子位置图。
图7为本发明技术方案一条件下的磁阻最小的转子位置图。
[0021]图8为本发明技术方案一条件下的到达原对称齿形的磁阻开始明显增大的转子位置图。
[0022]图9为本发明技术方案一条件下的磁阻开始明显增大的转子位置图。
[0023]图10为本发明技术方案二条件下的磁阻开始明显减少的转子位置图。
[0024]图11为本发明技术方案二条件下的到达原对称齿形的磁阻最小的转子位置图。
[0025]图12为本发明技术方案二条件下的磁阻最小的转子位置图。
[0026]图13为本发明技术方案二条件下的磁阻开始明显增大的转子位置图。
[0027]图14为本发明技术方案三条件下的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]一、本发明具体方案:
1、如图6所示，本发明包括定子和转子，在定子上均布形状相同的定子齿1，在转子上均布形状相同的转子齿1。每个定子齿1以各自的径向中心线3呈对称设计。但是，每个转子齿2的一侧在其周向上削减，另一侧在其周向上扩增。本发明形成的每个转子齿2本身对电机的任意径向线都不对称。
[0029]图6中虚线部分7为以各自的径向中心线4呈对称设计的转子齿2的两个侧边。
[0030]2、如图10所示，本发明包括定子和转子，在定子上均布形状相同的定子齿1，在转子上均布形状相同的转子齿1。每个转子齿2以各自的转子齿顶径向中心线4呈对称设计。但是，每个定子齿1的一侧在其周向上削减，另一侧在其周向上扩增。本发明形成的每个定子齿1本身对电机的任意径向线都不对称。
[0031]图10中3为原对称设计的定子齿1的径向中心线。
[0032]3、如图14所示，本发明还可以是:本发明包括定子和转子，在定子上均布形状相同的定子齿，在转子上均布形状相同的转子齿。每个转子齿2的一侧在其周向上削减，另一侧在其周向上扩增；每个定子齿1的一侧在其周向上削减，另一侧在其周向上扩增；并且每个转子齿2的削减侧与每个定子齿1的扩增侧在周向上同为逆时针方向侧。
[0033]每个转子齿的削减侧与每个定子齿的扩增侧在周向上也可以同为顺时针方向侧(图省略)。
[0034]二、原理分析:
图1、2、3的电机中设有由定子和转子，在定子上均布形状相同的定子齿，在转子上均布形状相同的转子齿，各个定子齿或转子齿都设计成对各自的径向几何中心线对称。要讨论的某一个定子齿1和某一个转子齿2都是关于径向对称的，定子齿1相对于定子齿顶径向中心线3左右对称，转子齿2相对于转子齿顶径向中心线4左右对称。
[0035]图1至图3中，5和6分别为定子齿1两侧的两个定子槽的径向中心线。
[0036]图1给出了在图示旋转方向下从最大的磁阻位置，最小的相电感(Lmin)位置开始要进入磁阻减少的区域。这时转子齿顶径向中心线4和定子槽径向中心线5对齐，在这个位置定子到转子间的气隙间距最大。
[0037]图2是转子齿2从图1中的起始位置移动了一个到距离，此时转子齿顶径向中心线4和定子齿顶径向中心线3对齐，这时磁阻最小，相电感最大，到了 Lmax。