专利名称：混合短磁路开关磁阻电机及其转子结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机，尤其涉及一种混合励磁的短磁路开关磁阻电机及其转子结构。
背景技术：
开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。通常开关磁阻电机包括一个安装在机座内的定子和一个相对于定子旋转的转子， 定子和转子上有按照一定间距间隔开的突出磁极，定子和转子的磁极数以一定的规律相对放置。当转子试图旋转到使磁路磁阻最小化的位置或定子绕组电感最大化的位置时，开关磁阻电机就会有磁阻力并产生转矩。当定子相对相位绕组通以电流，就会定子磁极内建立磁场，当转子在这个磁场下旋转时，由于磁路磁阻的变化，转子上将产生力，而这个力并不是全部为有效力(对于旋转式电机，有效力为沿圆周切线方向之力)，这个力分为径向力和旋转力(此处以“旋转力”表示圆周切线方向的力)，在这个力中，只有圆周切线方向的旋转力用以工作，驱动转子旋转， 而径向力对转子的工作并没有贡献。为提高开关磁阻电机的体积能量比，中国发明专利短磁路混合励磁开关磁阻电机(专利申请号200510010551. 7)和混合励磁分块定、转子开关磁阻电机(专利申请号201010102M6.X)分别采用混合励磁磁路的方式，其中在所述专利申请号为 201010102546. X的发明专利中采用分段定子式混合短磁路形式的技术方案来减少磁路损耗，该发明虽利用了短磁路，但是由于线圈安装在定子轭上，使得漏磁增加，另外，这两种技术方案虽然采用了短磁路，却都没有考虑到对磁路的处理，而且永磁体放置于槽口，存在消磁或者充磁的现象，影响到电磁的使用寿命，进而影响到电机的性能，本质上，和传统开关磁阻电机的工作方式基本一样，都具有径向力和旋转力之比偏大的问题，而过大的径向力会造成严重的振动与噪声问题。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题是提供一种混合短磁路开关磁阻电机及其转子结构， 以提高旋转力、减小径向力、降低制造成本、提高容错能力。为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案一种混合短磁路开关磁阻电机，包括有定子部分、转子部分和励磁绕组，其中所述定子部分包括多个定子段及放置在各个定子段间的第一永磁体，各个定子段两侧的第一永磁体极性相反；励磁绕组放置于各个定子段的定子槽中；转子部分包括转子体、安装在转字体上的多个环形转子段以及第二永磁体，该第二永磁体放置在环形转子段与转子体的安装部位的开口处，并与环形转子段轭部形成回字形结构。其中，各个定子段槽口放置有抗磁性材料制成的隔磁块。其中，定子段可为C型定子段或其他类型的定子段。其中，定子段及环形转子段均可由软磁材料制作的薄片叠压而成。一种混合短磁路开关磁阻电机的转子结构，其包括转子体；安装在该转字体上的多个环形转子段以及第二永磁体，该第二永磁体放置在环形转子段与转子体的安装部位的开口处，并与环形转子段轭部形成回字形结构。其中，环形转子段可由软磁材料制作的薄片叠压而成。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果本实用新型的混合短磁路开关磁阻电机，其定子部分包括多个定子段及放置在各个定子段间的第一永磁体，各个定子段两侧的第一永磁体极性相反；励磁绕组放置于各个定子段的定子槽中；其转子部分包括转子体、安装在转字体上的多个环形转子段以及第二永磁体，该第二永磁体放置在环形转子段与转子体的安装部位的开口处，并与环形转子段轭部形成回字形结构，当空载时，定子部分的第一永磁体和转子部分的第二永磁体产生的磁场分别通过转子段和定子段形成回路，不产生工作力；当负载时，励磁绕组通电，产生磁通，迫使定子部分第一永磁体产生的磁场改道通过转子形成回路，磁通通过转子段时，破坏转子段上固有的第二永磁体的闭合回路，一部分与转子段上的第二永磁体产生的磁通形成闭合回路，同时产生旋转力，由于回字形结构的转子迫使来自定子段组件的磁场沿着转子圆柱外层通过，增大旋转力的同时也有利于减小径向力，且采用回字形结构使得转子磁路磁阻具有柔性变化的特征，与传统转子相比，其有利于减少扭矩波动和振动，另外，第一永磁体用于定子段组件之间，容易安装，而且受绕组影响小，漏磁也同时减少，因此拥有更大的能量密度，更小的振动噪声，而且与现有技术的电机相比，在同等输出扭矩要求下，本实用新型拥有更高的能量密度，更小的体积。而且方面安装，制造成本也得到很大降低。
图1是本实用新型第一具体实施例的8/6开关磁阻电机结构示意图；图2A是根据本实用新型第一具体实施例开关磁阻电机采用的标准C型定子段结构示意图；图2B是根据本实用新型第一具体实施例开关磁阻电机采用的转子段结构示意图；图3是本实用新型第二具体实施例的8/6开关磁阻电机结构示意图；图4是本实用新型第三具体实施例的8/6开关磁阻电机结构示意图；图4A是根据本实用新型第三具体实施例开关磁阻电机采用的定子段结构示意图；图4B是根据本实用新型第三具体实施例开关磁阻电机采用的转子段结构示意图；图5是本实用新型第四具体实施例的外转子8/6开关磁阻电机结构示意图。
具体实施方式
本实用新型核心在于采用破坏、然后重建的思想，对磁路重新进行布置，与现有技术相同，本实用新型的混合短磁路开关磁阻电机包括有定子部分、转子部分和励磁绕组，但关键地，本实用新型中定子部分包括多个定子段及放置在各个定子段间的第一永磁体，各个定子段两侧的第一永磁体极性相反；励磁绕组放置于各个定子段的定子槽中。而转子部分包括转子体、安装在转字体上的多个环形转子段以及第二永磁体，该第二永磁体放置在环形转子段与转子体的安装部位的开口处，并与环形转子段轭部形成类似于“回”字形的结构(下述简称为回字形结构)。这样，当空载时，定子部分的第一永磁体和转子部分的第二永磁体产生的磁场分别通过转子段和定子段形成回路，不产生工作力；而当负载时，励磁绕组通电，产生磁通，迫使定子部分第一永磁体产生的磁场改道通过转子形成回路，磁通通过转子段时，破坏转子段上固有的第二永磁体的闭合回路，一部分与转子段上的第二永磁体产生的磁通形成闭合回路，同时产生旋转力，由于转子段磁阻实际上是变化的，随着绕组电流的增加，对于绕组和定子段的永磁体磁场来说，转子段的磁阻将逐渐变小，使得产生的力矩更加平稳。也同时消除了永磁体对绕组的影响，也避免绕组对永磁体消磁或者充磁的副作用，经久耐用，能够广泛应用于电动汽车等电驱动系统，下面以优选实施例进行说明。参考图1，本实施例为四相标准C型定子8/6结构开关磁阻电机，四相励磁线圈为 A1-A2，B1-B2, C1-C2，D1-D2，该开关磁阻电机具体包括励磁绕组1、标准C型定子段2、永磁体3(分为定子部分的第一永磁体及转子部分的第二永磁体)、极靴极尖4、隔磁块5、环形转子段6、机座突出块7、轴心8及转子体9。需要说明的，本实施例中转子部分的永磁体3(即第二永磁体)放置在环形转子段 6与转子体9的安装部位的开口处，并与环形转子段6轭部形成回字形结构。通过所述的回子形结构可让通过其上的磁路与转子圆柱面相切，永磁体3的极性布置参见图1中标注所示。上述结构使得在转子靠近定子极靴极尖4时，旋转力增大，径向力减少；另外，实验结果也显示，转子段组件的两侧面靠近外表面1/3厚度以上部位对磁力并没有实际影响，因此，可在其侧面开槽固定于转子体9上，永磁体3放置于C型定子段2之间，由于在C 型定子段2两边的永磁体3极性相反而相吸，当线圈不通电即空载时，C型定子段2两边的永磁体3及转子段6上的永磁体3通过定子段轭和转子段轭构成闭合回路；当通电即负载时，由于定子段轭磁阻增加，使得定子段两边的永磁体磁力线改道通过气隙、转子段、气隙而闭合，同时由于转子段磁阻增加，转子段原有的永磁体磁力线闭合回路遭到破坏，与定子段永磁体磁力线闭合，产生的磁力线通过气隙而闭合，并与电励磁磁力线形成并联。如图1所示，此时B相与转子段重合，即将进入下一个循环，于是A相通电，永磁体的极性布置如图上标注的S、N所示，A相中的A2、A1线匝中的电流方向应垂直图面向外，即向读者方向，即一相中的两绕组电流应并联，这样定子轭中的磁阻增加，并与永磁体的磁力线反向，迫使永磁体的磁力线改道通过气隙和转子段，在通过转子段时，一部分与转子永磁体磁极形成回路，一部分通过转子段轭部，再通过气隙形成回路。参考图2A，为本实施例采用的标准C型定子段示意图。标准C型定子段的开口处往里凸出的为极靴极尖4 (参考图1)，其上安装有非导磁的隔磁块5 (参考图1)，以实现固定励磁绕组并增大定子段开口处磁阻，具体实现时C型定子段可通过安装机座突出块7固定于基座上(参考图1)。参考图2B，为本实施例采用的一个转子段示意图，转子段轭部由软磁材料制成的薄片叠压而成，转子段的开口处放置有永磁体，永磁体与环形转子段轭部形成回字形结构， 其中回字的中间部分11为气隙或者抗磁性材料。参考图3，该图是本实用新型第二具体实施例的8/6开关磁阻电机结构示意图，本实施例中定子段采用标准C型定子段，同样的，本实施例中转子部分的永磁体3放置在环形转子段6与转子体9的安装部位的开口处，并与环形转子段6轭部形成回字形结构。安装有上述回字形结构的转子体9处于定子的外部，定子段2之间放置有永磁体 3，其极性如图中标注S、N所示。转子部分的永磁体3通过回字型的转子段轭部形成闭合回路，转子轭固定于机座中。其工作原理与图1第一具体实施例类似，这里不再赘述。如图3 所示，此时A(A1-A2)相重合并断电，B(B1-B2)相导通并开始产生磁阻扭矩，对于定子部分的永磁体3而言，此时定子轭部磁阻增加，当定子轭部的磁阻增加到大于转子轭部的磁阻时，定子永磁体产生的磁场将经过气隙、回字形结构转子段轭形成回路。当磁场达到一定程度时，回字形结构转子段上永磁体的闭合磁路被破坏，从而其两磁极磁场通过气隙与定子磁场形成闭合回路。由于此过程是逐步完成，所以能获得更平稳的扭矩，增大旋转扭矩的同时，也获得了更平稳的动力输出。回字形结构转子段可通过侧面开槽安装与转子体上，定子永磁体能很好的固定于C型定子段之间，安装方便。参考图4，该图为本实用新型第三具体实施例的8/6开关磁阻电机结构示意图，本实施例中定子段采用特殊C型定子段(参考图4A)，同样的，转子部分的永磁体3放置在环形转子段6与转子体9的安装部位的开口处，并与环形转子段6轭部形成回字形结构(参考图4B)。环形转子段6安装于转子体9上，环形转子段组件同样起着让磁力线沿转子圆柱切线方向，产生更高的磁阻旋转力，更小的振动，本实施例中电机的工作原理及永磁体极性的布置与第一、第二具体实施例类似，这里不再赘述。参考图5，该图是本实用新型第四具体实施例的外转子8/6开关磁阻电机结构示意图。本实施例中定子段采用特殊C型定子段，同样地，转子部分的永磁体3放置在环形转子段6与转子体9的安装部位的开口处，并与环形转子段6轭部形成回字形结构，本实施例中电机的工作原理及永磁体极性的布置与前述具体实施例类似，这里不再赘述。需要说明的，上述实施例中通过提供一个分段标准或特殊C型定子和转子段与其上的永磁体组成的回字形结构，定子段间放置有永磁体，其目的在于增大电机能量密度的同时，与转子上的永磁体形成闭合回路；回字形结构中转子段由软磁材料制作的薄片叠压而成，与转子体安装的相应位置有开口，在开口处放置有永磁体，其目的在于迫使从定子段出来的磁场沿着转子段轭部的外层通过，同时也增加转子段的磁阻，使得转子段具有变磁阻的功能(实际中，这种磁阻并不带来能量的损失)，从而达到提高力矩密度、用于工作的旋转力增加、同时力矩的波动和径向力减小的目的，也提高了电机的动态响应能力；定子段开口处放置有抗磁材料的隔磁块，其目的在于增大定子段开口处的磁阻。对于给定转矩输出，该种开关磁阻电机能量密度得到很大改善和/或电机尺寸减小并且有更小的振动；分段定子段组件使得该种电机制造成本降低；同时，短磁路降低了磁路损耗，提高了磁能利用率。转子体用抗磁材料设计成任何满足强度要求的结构，可减轻转子重量，提高电机的动态性能，同时该种电机解决了普遍开关磁阻电机槽满率低的问题。而永磁体只是在工作时才产生力矩，工作时，与绕组线匝产生的磁场构成并联的混合励磁磁场使得电机输出扭矩增加，能量密度增大，除此，永磁体放置于C型定子段之间和转子的轭部，方便安装制造，对绕组线匝的影响也将降低；固定永磁体的机座突出块有助于减少永磁体磁场的端部损耗。另外，还需要说明的，本实用新型同样可应用其他形式的开关磁阻电机，例如其他6/4、12/10、12/8等结构应用本实用新型的内外转子开关磁阻电机实施方式均与以上的 8/6结构开关磁阻电机类似，这里不再赘述。虽然本实用新型的较佳实施例已揭露如上，本实用新型并不受限于上述实施例， 任何本技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的范围内，当可作些许的改动
与调整。
权利要求1.一种混合短磁路开关磁阻电机，包括有定子部分、转子部分和励磁绕组，其特征在于，所述定子部分包括多个定子段及放置在各个定子段间的第一永磁体，各个定子段两侧的第一永磁体极性相反；励磁绕组放置于各个定子段的定子槽中；转子部分包括转子体、安装在转字体上的多个环形转子段以及第二永磁体，该第二永磁体放置在环形转子段与转子体的安装部位的开口处，并与环形转子段轭部形成回字形结构。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，各个定子段槽口放置有隔磁块。
3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，定子段为C型定子段。
4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，定子段及环形转子段均由软磁材料制作的薄片叠压而成。
5.一种混合短磁路开关磁阻电机的转子结构，其特征在于，包括转子体；安装在该转字体上的多个环形转子段以及相应的第二永磁体，所述第二永磁体放置在环形转子段与转子体的安装部位的开口处，并与环形转子段轭部形成回字形结构。
6.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于，环形转子段由软磁材料制作的薄片叠压而成。
专利摘要本实用新型公开一种混合短磁路开关磁阻电机及其转子结构，其中该混合短磁路开关磁阻电机的定子部分包括多个定子段及放置在各个定子段间的第一永磁体，各个定子段两侧的第一永磁体极性相反；励磁绕组放置于各个定子段的定子槽中；其转子部分包括转子体、安装在转字体上的多个环形转子段以及第二永磁体，该第二永磁体放置在环形转子段与转子体的安装部位的开口处，并与环形转子段轭部形成回字形结构。本实用新型可以增大变磁阻电机旋转力，提高能量密度，减小振动，在同等输出扭矩要求下，其尺寸更小。
文档编号H02K1/17GK201994818SQ20112009109
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者何嘉颖, 周智庆 申请人:周智庆