专利名称：开关磁阻电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开关磁阻电机。
背景技术：
近来，例如汽车、航空航天、军事、医疗设备等各个行业对电机的需求大大地增加。 特别是，由于稀土材料价格的迅速增长，使得使用永磁体的电机成本也出现增长，因此，开关磁阻电机(在此，指的是SR电机)已经有益地成为一种新的选择。开关磁阻电机的驱动原理是利用磁阻转矩使转子旋转，该磁阻转矩是根据磁阻的
变化产生。通常，如图I所示，开关磁阻电机设置为包括定子10和转子20，其中，定子10包括多个固定的凸极11，转子20包括多个与多个固定的凸极11相对的转动凸极22。更具体地，定子10设置为包括多个固定的凸极11和线圈12，凸极11沿着定子10的内周表面的周向方向以预定的距离朝向转子20突出，线圈12围绕每一个固定的凸极11缠绕。转子20与铁芯21堆叠，其中与固定的凸极11中的每一个相对的多个转动凸极22在周向方向以预定的距离突出。进一步地，转子20的中心与将电机的驱动力传递到外界的转动轴30相结合，从而
与转子20 —同转动。进一步地，集中类型线圈12围绕固定的凸极11缠绕，同时转子20仅配置有铁芯而没有任何类型的励磁装置，例如，绕组线圈或者永磁体。 因此，当电流从外界流过线圈12时，转子20产生磁阻转矩，并且通过线圈12产生的电磁力使该磁阻转矩在线圈12的方向上移动，因此转子20在磁路中磁阻减小的方向旋转。但是，由于磁通量的路径同时穿过定子10和转子20，根据现有技术的开关磁阻电机可能会出现铁芯损耗(core loss)。
发明内容
本发明致力于提供一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机能够在降低定子重量的同时降低制造成本。另外，本发明致力于提供一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括π形形状的定子铁芯，从而使得磁通量路径较短。
根据本发明的优选实施方式，提供一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括转子和定子，其中转子设置有多个沿着该转子的外周表面突出的凸极；所述定子包括多个η形形状的定子铁芯，该定子铁芯使所述转子可旋转地容纳于定子铁芯中，所述定子铁芯与所述多个凸极相对，并且具有围绕所述定子铁芯缠绕的线圈，其中磁通量路径沿着η形形状的所述定子铁芯和与所述定子铁芯相对的所述凸极形成。所述一个定子铁芯可以包括磁轭；和两个定子凸极，该两个定子凸极从所述磁轭突出，从而与所述凸极相对，其中与转动轴正交的所述定子铁芯的横截面是η形形状。所述定子还包括填充在所述多个定子铁芯之间的支撑部件，从而固定每一个所述定子铁芯。所述支撑部件可以由为非磁性材料和绝缘材料的树脂材料制成。 填充在所述定子铁芯之间的所述支撑部件可以具有冷却单元，该冷却单元固定在所述支撑部件的内部，从而释放由电机产生的热量。为非磁性材料和绝缘材料的所述树脂材料可以结合在所述凸极之间。所述转子可以包括转子铁芯，该转子铁芯设置有中空孔，转动轴固定于该中空孔；和所述凸极，该凸极由所述转子铁芯的外周表面突出，以与所述定子铁芯相对。所述转子铁芯可以设置有多个孔，该孔沿周向方向布置在所述中空孔和所述凸极之间。所述定子可以形成三相，包括六个π形形状的定子铁芯，以使所述定子凸极和所述转子凸极的比率是12 10。所述磁轭的两个端部延伸至相邻磁轭的面对的端部，并且相互面对以延伸形成的磁轭的端部分别为压配合。所述磁轭的一个端部设置有向外突出的突起部分，并且所述磁轭的另一个端部具有结合凹槽，以与形成在相邻的所述磁轭的一个端部上的突起部分压配合。在磁轭上形成有以预定的间距相互间隔的多个阻断孔，从而阻断磁通量流入与所述磁轭的两个端部连接的所述定子铁芯。所述定子凸极具有从所述磁轭到与所述凸极相对的端部倾斜的锥形形状。所述磁轭的两个端部可以朝向相邻的所述磁轭的端部延伸，从而相互间相互结合，以使所述多个η形形状的定子铁芯相互间一体连接。在所述磁轭上形成有以预定的间距相互间隔的多个阻断孔，从而阻断通过所述转子凸极流入所述磁轭的所述磁通量流入与所述磁轭的两个端部连接的磁轭。
图I是根据现有技术的开关磁阻电机的横截面视图。图2Α和图2Β是驱动根据本发明的优选实施方式的开关磁阻电机的横截面视图。图3是图2所示的开关磁阻电机的立体图。图4是根据本发明的另一优选实施方式的开关磁阻电机的横截面视图。图5是图4所示的开关磁阻电机的立体图。图6是根据本发明的另一优选实施方式的开关磁阻电机的横截面视图。图7是图6所示的开关磁阻电机的立体图。
图8是根据本发明的优选实施方式的改进的转子的横截面视图。图9是图8所示的改进的转子应用于开关磁阻电机的横截面视图。图10是根据本发明的优选实施方式的应用了改进的定子的开关磁阻电机的横截面视图。
具体实施例方式本发明的上述以及其它目的、特征和优点将通过下面结合附图的详细描述而更清楚地理解。在说明书中，全部附图的部件添加了附图标记，应该注意的是相同的附图标记表示相同的部件，即使该部件出现在不同的附图中。此外，说明书中的措词“第一”、“第二”、“一表面”和“另一表面”等用来区分一个部件与另一部件，但是该部件不限定于上述措词的诠释。在对本发明进行描述时，相关的已知功能或者结构的详细描述将省略，从而不会使本发明的主旨不清楚。
以下，将参考附图来详细地说明本发明的优选实施方式。图2A和图2B是驱动根据本发明的优选实施方式的开关磁阻电机的横截面示意图，以及图3是图2所示的开关磁阻电机的立体示意图。如图所示，根据本发明的优选实施方式的开关磁阻电机包括定子100和转子200，其中，转子200带动定子100沿由磁力产生的磁阻转矩的方向旋转。更具体地，转子200包括转子铁芯210和多个凸极220。如图所示，转子铁芯210的中心具有中空孔211，将电机的转动力传递到外界的转动轴230安装在中空孔211。另外，本发明的优选实施方式应用于三相开关磁阻电机。如图所示，总共形成了 10个由转子铁芯210的外周表面突起的凸极220。进一步地，在本发明的优选的实施方式中，可以形成总共10个的转子凸极，然而也可以形成从转子铁芯突出的总共5个转子凸极。另外，转子铁芯210和凸极220由金属材料制成，从而产生磁阻转矩。如图所示，定子100包括多个定子铁芯100a、IOOb和100c，支撑部件140和冷却单元 150。更具体地，多个定子铁芯100a、IOOb和IOOc布置成圆柱形状，从而可以在其中转动地容纳转子200。进一步地，一个定子铁芯IOOa设置为包括磁轭IlOa和多个定子的凸极120a。另外，如图所示，为了形成单相，一个定子铁芯IOOa和另一个定子铁芯IOOa可以设置在同一条线上，这样使其互相相对。更具体地，定子凸极120a由磁轭IlOa的内周表面突出，从而与凸极220相对，并且一个磁轭Iio布置有两个定子凸极120a。因此，一个定子凸极120a具有正交于转动轴的π形或者TT形的横截面。根据本发明的优选实施方式，多个定子铁芯100a、IOOb和IOOc类似地形成具有Ji形或者TT形的形状。另外，施加了来自外部电力的线圈130围绕定子凸极120a缠绕多次。另外,磁轭IlOa和定子凸极120a由金属材料制成,从而产生磁阻转矩。
进一步地，如上所述，本发明的优选实施方式应用于三相开关磁阻电机。因此，与转子200相对的定子铁芯的数量是三对定子铁芯100a、IOOb和100c，这样相互间面对的定子铁芯形成一相。因此，定子100设置为具有总共六个π形形状的定子铁
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Λ ο因此，定子凸极120的数目是总共12个。另外，根据本发明的优选实施方式，三相开关 磁阻电机可以包括6个π形形状的定子铁芯，这样定子凸极120与转子200的凸极220的比率是12 10，但是也可以包括3个η形形状的定子铁芯，这样定子凸极与转子凸极的比率是6 5。进一步地，支撑部件140填充在配置于一个定子铁芯IOOa的定子凸极120a和配置于该定子铁芯IOOa的另一个定子凸极120a之间，以及相互相邻的定子铁芯100a、100b和IOOc之间。更具体地，根据本发明的优选实施方式，定子铁芯100a、100b和IOOc以扇形的形式相互间隔开，这样支撑部件140填充在定子铁芯IOOa和定子铁芯IOOb以及定子铁芯IOOa和定子铁芯IOOc之间，从而使得定子铁芯之间相互结合。另外，根据本发明的优选实施方式，为了阻止磁通量在定子铁芯IOOaUOOb和IOOc之间移动，支撑部件140可以由为非磁性材料和绝缘材料的树脂材料制成。因此，与根据现有技术的整个定子均由金属制成的开关磁阻电机相比，根据本发明的优选实施方式只有磁通量流过的η形形状的定子铁芯由金属材料制成，定子的其余部分由树脂材料制成，这样可以减小定子的重量和降低定子的制造成本。进一步地，由于长时间地运行，开关磁阻电机会产生热量。如图2A，图2B和图3所示，为了释放电机内部产生的热量，冷却单元150结合于位于相互相邻的定子铁芯100a、IOOb和IOOc之间的支撑部件140的内部。更详细地，冷却单元150可以与支撑部件140的中心相结合，从而和围绕相互相邻的定子铁芯IOOaUOOb和IOOc缠绕的线圈130不接触。另外，根据本发明的优选实施方式的冷却单元150设置为水冷管道，但是本发明的优选实施方式可以使用采用其它致冷剂的冷却单元，而不必局限于此。因此，如图2A所示，当电力施加到线圈130上时，根据磁阻的变化产生磁阻转矩，并且然后转子200朝向具有最近似形形状的定子铁芯IOOa的定子凸极120a转动。在此情况中，穿过定子铁芯IOOa和转子200的磁通量流穿过具有π形形状的磁轭110a、两个定子凸极120a和转子200。更详细地,磁通量流如下所述。首先，磁通量流入与一个定子凸极120a相对的一个凸极220，通过转子铁芯210沿着其他剩余的凸极220流动，并且，然后通过其他剩余的定子凸极120a流入磁轭110a，这样磁通量的路径比现有技术中的开关磁阻电机的要短。因此，与现有技术中的开关磁阻电机相比，通过π形形状的定子铁芯100a、100b和IOOc与转子200相对，使得磁通量路径变短，从而减少铁芯损耗。图4是根据本发明的另一优选实施方式的开关磁阻电机的横截面视图以及图5是图4所示的开关磁阻电机的立体示意图。在对本发明的优选实施方式的描述中，与前面的优选实施方式中相同的或者相应的部件由相同的附图标记标识，并且，因此，将省略重复部分的描述。下面，将参考图4和图5描述根据本发明的优选实施方式的开关磁阻电机。如图所示，开关磁阻电机包括定子300和转子200，其中定子300包括多个定子铁芯300a、300b和300c，转子200通过定子300和磁阻转矩在一个方向转动。更具体地，一个定子铁芯300a设置为包括磁轭310a和从磁轭310a的内周表面突出的两个定子凸极320a。因此，根据本发明的优选实施方式的多个定子铁芯300a、300b和300c类似地形成具有π形或者TT形的形状。进一步地，一个定子磁轭310a的两个端部330a和332a相互结合，从而使得端部330a和332a向相互相邻的定子磁轭的端部332b和330c延伸。更具体地，一个定子磁轭310a的一端330a设置有向外部突出的突起部分331a。 进一步地，相对的另一端部332a设置有对应于突起部分331a的形状的结合凹槽333a0因此，如图4中的放大视图A和B所示，通过利用形成在磁轭310a的两个端部330a和332a上的突起部分331a和结合凹槽333a，定子铁芯300a与设置在定子铁芯300a两侧的定子铁芯300b和300c相配合。更具体地，形成在磁轭310a的一个端部330a上的突起部分331a与形成在相邻的磁轭310b的另一端部332b上的结合凹槽333b压配合。另外，形成在磁轭310a的一个端部332a上的结合凹槽333a与形成在磁轭310c的另一端部330c上的突起部分331c压配合。因此，在制造电机的过程中，因为定子铁芯的结合很容易实现，因此可以提高组件
的产量。进一步地，在电机的运行过程中，由于出现破损，可以更换或者修理定子铁芯。另外，为了阻止磁通量在定子铁芯300b和300c与一个磁轭310a的两侧结合的方向移动，可以形成多个阻断孔340。因此，如图所示，因为磁通量路径仅仅由定子铁芯300a和两个相对于定子铁芯300a的凸极220形成，因此，与现有技术中的开关磁阻电机相比，磁通量路径可以变短。进一步地，通过定子凸极320a进入磁轭310a的磁通量路径从凸极220流入阻断孔340，从而使得磁通量路径更短。图6是根据本发明的另一优选实施方式的开关磁阻电机的横截面视图以及图7是图6所示的开关磁阻电机的立体图。在对本发明的优选实施方式的描述中，与前面的优选实施方式中相同的或者相应的部件由相同的附图标记标识，并且，因此，将省略重复部分的描述。下面，将参考图6和图7描述根据本发明的优选实施方式的开关磁阻电机。如图所示，开关磁阻电机包括定子500和转子200，其中转子200通过定子500和磁阻转矩在一个方向转动。更具体地，定子500设置为包括磁轭510和从磁轭510向相对的凸极220突出的多个定子凸极520。因此,定子500具有形或者TT形的形状。如图所示，相互相邻的磁轭510a、510b和510c —体地相互连接，从而形成圆柱外侧530，因此配置定子500。
因此，根据本发明的第三优选实施方式，多个π形形状的定子铁芯500a、500b和500c 一体制造。图8是根据本发明的优选实施方式的改进的转子的横截面视图以及图9是图8所示的改进的转子应用于开关磁阻电机的横截面视图。如图所不，树脂材料430结合于转子铁芯410的外周表面和每一个凸极420之间。更具体地，树脂材料430由非磁性材料和绝缘材料制成，从而阻止沿着一个凸极420移动的磁通量流移动到另一个相邻的凸极420，并且可以在结构上支撑每一个凸极420.另外，可以防止由凸极420之间的真空空间可能产生的转动噪声并且还可以通过减少与空气的摩擦而提高转动力。进一步地，多个阻断孔412形成在用于转动轴(未示出)固定的中空孔411和沿 着转子410的周向方向的凸极420之间。更具体地，如图9所示，通过凸极420进入转子铁芯410的磁通量通过多个阻断孔412流入阻断孔412，从而使得磁通量路径变短。进一步地，转子400可以应用于图9示出的31形形状的定子铁芯100a、100b和100c，应用于与图4示出的相互相邻的定子铁芯相结合的定子，以及应用于图6中示出的整体的定子。图10示出了根据本发明的优选实施方式的改进定子应用于开关磁阻电机的横截面视图。如图所示，开关磁阻电机包括定子700和转子200，其中定子700包括多个定子铁芯700a、700b和700c，转子200通过定子700和磁阻转矩在一个方向转动。更具体地，一个定子铁芯700a设置为包括磁轭710a和从磁轭710a的内周表面突出的两个定子凸极720a。因此，根据本发明的优选实施方式，多个定子铁芯700a、700b和700c类似地形成具有π形或者TT形的形状。更具体地，定子凸极720a具有锥形，以从磁轭710a向与凸极220相对的端部721a逐渐倾斜。因此，通过防止磁通量在定子凸极720a的端部721a被穿透饱，可以将磁通量平滑地移动到π形形状的定子铁芯700a、700b和700c以及与定子铁芯700a、700b和700c相对转子200的凸极220。如上所述，本发明的优选实施方式可以提供π形形状的定子铁芯，从而使磁通路
径变短。另外，本发明的优选的实施方式可以使得磁通路径较短，从而改善电机的特性和效率并且减少铁芯损耗。另外，本发明的优选实施方式可以提供π形形状的定子铁芯，从而以单独的形式、结合的一体形式或者多个η形形状的定子铁芯结合的一体形式制造定子，从而降低电机的制造成本和定子的重量。虽然出于解释的目的已经公开了本发明的优选实施方式，但该优选实施方式用于具体说明本发明，从而根据本发明的开关磁阻电机并不限于此，在不脱离附属权利要求所公开的本发明的范围和精神情况下，本领域技术人员可以做出各种修改、增加和替代。
因此，这些修改、增加和替换也应该理解为落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括 转子，该转子设置有多个沿着该转子的外周表面突出的凸极；和定子，该定子包括多个π形形状的定子铁芯，该定子铁芯使所述转子可旋转地容纳于定子铁芯中，所述定子铁芯与所述多个凸极相对，并且具有围绕所述定子铁芯缠绕的线圈，其中，磁通量路径沿着H形形状的所述定子铁芯和与所述定子铁芯相对的所述凸极形成。
2.根据权利要求I所述的开关磁阻电机，其中，一个定子铁芯包括 磁轭；和 两个定子凸极，该两个定子凸极从所述磁轭突出，从而与所述凸极相对，其中，与转动轴正交的所述定子铁芯的横截面是η形形状。
3.根据权利要求I所述的开关磁阻电机，其中，所述定子还包括填充在所述多个定子铁芯之间的支撑部件，从而固定每一个所述定子铁芯。
4.根据权利要求3所述的开关磁阻电机，其中，所述支撑部件由为非磁性材料和绝缘材料的树脂材料制成。
5.根据权利要求3所述的开关磁阻电机，其中，填充在所述定子铁芯之间的所述支撑部件具有冷却单元，该冷却单元固定在所述支撑部件的内部，从而释放由电机产生的热量。
6.根据权利要求I所述的开关磁阻电机，其中，为非磁性材料和绝缘材料的所述树脂材料结合在所述凸极之间。
7.根据权利要求I所述的开关磁阻电机，其中，所述转子包括 转子铁芯，该转子铁芯设置有中空孔，转动轴固定于该中空孔；和 所述凸极，该凸极由所述转子铁芯的外周表面突出，以与所述定子铁芯相对。
8.根据权利要求7所述的开关磁阻电机，其中，所述转子铁芯设置有多个孔，该孔沿周向方向布置在所述中空孔和所述凸极之间。
9.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其中，所述定子形成三相，包括六个π形形状的定子铁芯，以使所述定子凸极和所述转子凸极的比率是12 10。
10.根据权利要求I所述的开关磁阻电机，其中，所述磁轭的两个端部延伸至相邻磁轭的面对的端部，并且相互面对以延伸形成的磁轭的端部分别为压配合。
11.根据权利要求10所述的开关磁阻电机，其中，所述磁轭的一个端部设置有向外突出的突起部分，并且所述磁轭的另一个端部设置有结合凹槽，以与形成在相邻的所述磁轭的一个端部上的突起部分压配合。
12.根据权利要求10所述的开关磁阻电机，其中，在所述磁轭上形成有以预定的间距相互间隔的多个阻断孔，从而阻断磁通量流入与所述磁轭的两个端部连接的所述定子铁芯。
13.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其中，所述定子凸极具有从所述磁轭到与所述凸极相对的端部倾斜的锥形形状。
14.根据权利要求I所述的开关磁阻电机，其中，所述磁轭的两个端部朝向相邻的所述磁轭的端部延伸，从而相互间相互结合，以使所述多个η形形状的定子铁芯相互间一体连接。
15.根据权利要求14所述的开关磁阻电机，其中，在所述磁轭上形成有以预定的间距相互间隔的多个阻断孔，从而阻断通过所述转子凸极流入所述磁轭的所述磁通量流入与所述磁轭 的两个端部连接的磁轭。
全文摘要
本发明公开了一种开关磁阻电机，该开关磁阻电机包括转子和定子，其中转子设置有多个沿着该转子的外周表面突出的凸极；所述定子包括多个π形形状的定子铁芯，该定子铁芯使所述转子可旋转地容纳于定子铁芯中，所述定子铁芯与所述多个凸极相对，并且具有围绕所述定子铁芯缠绕的线圈，其中磁通量路径沿着π形状的所述定子铁芯和与所述定子铁芯相对的所述凸极形成。
文档编号H02K29/00GK102810964SQ20111037843
公开日2012年12月5日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年6月2日
发明者金昶成, 崔昌焕, 裴汉京, 李根洪 申请人:三星电机株式会社