一种轴向磁通开关磁阻电机的定转子机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有新型定转子结构的轴向磁通开关磁阻电机，该定转子机构包括同轴安装的定子以及转子，其中定子包括定子齿部、定子轭部；定子齿部由有取向硅钢片叠压而成，其取向方向沿定子机构的轴向方向；定子轭部采用无取向硅钢片沿所子机构的轴向方向叠压而成，无取向钢片之间留有空隙用于安装定子齿部；转子由沿硅钢片沿定子机构的径向方向叠压。按照本发明，能够充分利用其轧制方向上高导磁性，有效降低了电枢电流及电机损耗，而定转子的模块化设计在利用有取向硅钢片轧制方向上高导磁特性的同时也避免了传统轴向电机铁芯材料卷绕加工的复杂工艺，可以有效降低电机生产成本。
【专利说明】一种轴向磁通开关磁阻电机的定转子机构
【技术领域】
[0001]本发明属于电机领域，更具体地，涉及一种具有新型定转子结构的轴向磁通开关磁阻电机。
【背景技术】
[0002]电机作为现代社会最重要的电气设备之一，承担着把机械能转换到电能的重要作用，在国民经济的各个方面得到了广泛的应用，是现代社会必不可少的能量转换设备。随着功率电子开关器件和微电子学的迅速发展，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。
[0003]轴向磁通电机具有轴向长度短、功率/重量比高等优点，由于其结构特点，轴向磁通电机适用于短轴、薄型安装的场合。将轴向磁通结构用于开关磁阻电机，就构成了轴向磁通开关磁阻电机，这种电机综合了轴向磁通和开关磁阻电机的优势，在新能源汽车、航空、水下作业等领域有着广泛的应用前景。
[0004]开关磁阻电机为双凸极铁芯结构，其定转子铁芯由硅钢片叠压而成。定子上绕有集中绕组，径向(或轴向)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，装有位置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、轴向和横向结构。
[0005]开关磁阻电机和步进电机一样遵循“磁阻最小原理”运行，即磁通始终沿着磁阻最小的路径闭合，因此，当转子轴线与定子磁极轴线不重合时，会有切向磁拉力作用在转子上形成磁阻转矩使其趋于磁阻最小的位置，从而带动转子运动。其构成原则是转子旋转时，磁路的磁阻变化要尽可能大。如果改变绕组电流通电次序，则转子的旋转方向发生改变。即转子的旋转方向仅由绕组通电次序决定，而和绕组通电方向无关。
[0006]轴向磁通开关磁阻电机一般采用无取向硅钢片作为定子和转子铁芯叠片材料，利用伺服机床控制槽距，在硅钢片上冲槽，利用卷和冲的方式形成盘式结构。当定子一相绕组励磁时，产生的电磁力将拖动转子旋转到转子极轴线与定子极轴线的重合位置上，并使该相励磁绕组的电感最大。
[0007]在轴向磁通开关磁阻电机中，为了提高电机的功率密度，通常采用增大导通角和绕组电流等手段。然而随着绕组电流的提高，开关磁阻电机定转子铁芯的饱和程度进一步加深，导致电机涡流损耗和磁滞损耗增加，从而降低了电机效率。
[0008]其中，现有技术(专利申请号为CN200810041184.0)中提供的一种盘式电机定子铁芯的制造方法，该方法是将带形电工钢加工成一定宽度的电工钢卷带，安装在冲槽卷绕机床的放带盘上，放带盘将电工钢卷带定时送进送料台，由送料台将电工钢卷带送入冲压模冲出槽形，冲完槽形后的电工钢卷带在收卷盘上卷绕成铁芯盘，然而以上加工方法在单层卷带上单个冲槽，然后再卷绕起来。现有技术轴向磁通开关磁阻电机的主要缺点如下:
(I)定转子铁芯叠片制造工艺复杂，加工速度较慢，且卷绕成型后加工面光滑度差、毛刺多。(2)开关磁阻电机转子上仅有硅钢片而没有励磁绕组和永磁体，所以开关磁阻电机在简化转子结构的同时，也使其能量转换密度较低。
【发明内容】
[0009]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有新型定转子结构的轴向磁通开关磁阻电机，其目的在于解决了现有同类型电机装配复杂，能量转换密度较低等问题。
[0010]本发明提供了一种轴向磁通开关磁阻电机的定转子机构，其特征在于，该定转子机构包括同轴安装的定子以及转子，其中定子包括定子齿部、定子轭部；定子齿部由有取向硅钢片叠压而成，其取向方向沿所述定子机构的轴向方向；定子轭部采用无取向硅钢片沿所述定子机构的轴向方向叠压而成，所述无取向钢片之间留有空隙用于安装所述定子齿部；转子由沿硅钢片沿所述定子机构的径向方向叠压。
[0011]进一步地，所述叠加成转子的硅钢片为有取向的，其取向方向沿所述定子机构的轴向方向。
[0012]进一步地,所述定子齿部的娃钢叠片的一端开有卡合口，叠片叠加后形成固定条安装的卡和槽，用于所述定子齿部的安装固定。
[0013]进一步地，所述定子轭部通过沿定子机构轴向的上下绝缘板及卡合于所述卡合槽内的固定条进行封装。
[0014]进一步地，所述定子轭部与所述定子齿部通过沿所述定子机构轴向方向两面设置定子背板固定组合安装。
[0015]进一步地，所述转子还包括护套，其中护套的材料为有机塑料、铝镁合金或不锈钢。
[0016]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用有取向硅钢片作为轴向磁通定转子铁芯材料，能够充分利用其轧制方向上高导磁性，有效降低了电枢电流及电机损耗，而定转子的模块化设计在利用有取向硅钢片轧制方向上高导磁特性的同时也避免了传统轴向电机铁芯材料卷绕加工的复杂工艺，可以有效降低电机生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为按照本发明的定转子机构的爆炸图；
[0018]图2是按照本发明的定子齿叠片整体示意图；
[0019]图3(a)是按照本发明的定子齿叠片固定方式的示意图；
[0020]图3(b)是按照本发明的定子齿叠片固定方式中的实施例2的示意图；
[0021]图4(a)是按照本发明的定子轭部叠片的实施例1的示意图；
[0022]图4(b)是按照本发明的定子轭部叠片的实施例2的示意图；
[0023]图5(a)是按照本发明的定子轭部和齿部模块化安装的示意图；
[0024]图5(b)是按照本发明的定子轭部和定子齿部模块化安装中的背板的示意图；
[0025]图6(a)是按照本发明的转子齿叠片的示意图；
[0026]图6(b)是按照本发明的转子护套的示意图。
[0027]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:
[0028]1-定子 2-转子 3-电机轴 4-固定条安装槽 5-定子齿部 6_定子轭部7-定子背板8-转子护套
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0030]本实施例提出了一种以轴向磁通开关磁阻电机为对象，利用有取向硅钢片制作定转子齿叠片，提出定子齿和定子轭模块化组装，定子齿沿径向方向叠压而成，定子轭部沿轴向叠压而成。
[0031]如图1所示，为本发明的定子结构结构的爆炸图，其中，该机构由定子1、转子和电机轴3组成，其中虚线的双向箭头表示两个定子有取向硅钢片的轧制方向，，其中弯曲的双向箭头表示转子的转动方向。
[0032]其中，本实施例的定子I包括定子齿部5和定子轭部6，如图2所示，本发明中定子齿部5由娃钢叠片叠加组成,叠片的一端开有卡合的槽口，叠加之后形成固定条安装槽4,通过定子轴向方向的上下绝缘板、螺母、安装于固定条安装槽4的固定条构成模块定子齿，其叠片压紧程度由施加在螺母上的预紧力决定，其中向下的箭头表示硅钢片的取向方向。其中图3(a)采用双螺栓紧固方式实现定子齿叠片径向夹紧；图3(b)采用沉头螺栓作为定子齿内径出紧固点实现定子齿叠片径向夹紧。上述两种紧固方式都能实现定子齿部5的模块化加工，方便绕组下线，模块化加工指定子磁和绕组可预先绕线加工好后再装配至定子轭部6，相对于在一体化的定子上进行绕线要简单方便。
[0033]如图4(a)所示，本发明中定子轭部6采用无取向硅钢片沿轴向方向叠压，分别在外径和内径处打孔与端盖连接固定。如图4(a)所示，其中一种实施方式可以采用定子轭部开口方式可以降低硅钢片用量；如图4(b)所示，另外一种实施方式可以采用定子轭部闭口方式有利于加工装配。
[0034]如图5(a)所示，上述两种定子轭部6的实施例与定子齿部5可以实现模块化组装，即通过图5(b)所示的定子背板7通过螺栓实现定子轭部和齿部的打孔连接固定。
[0035]本实施例中转子部分由有取向硅钢叠片和护套8构成，转子齿部有取向硅钢片叠压方向如图6(a)与图6(b)所示，其中向下的实线箭头表示硅钢片的取向方向，加粗的箭头表示叠片的叠加方向，与定子齿部类似，转子齿也采用有取向硅钢片沿径向方向叠压而成，有取向硅钢片轧制方向沿轴向分布，充分利用其轧制方向上高导磁性，进一步降低电枢电流及电机损耗，采用双层护套对向螺栓压紧转子硅钢叠片保证电机运行时定、转子间气隙处于安全范围。其中转子护套8采用工程塑料或者铝镁合金或不锈钢等高强度材料实现转子齿部叠片夹紧和装配。
[0036]其中，图1给出的是一种单转子双定子的结构，但是在设置中，各种定转子极对数(如定子18极，转子12极；定子6极，转子4极等)及各种定转子数量和相对位置(如双定子单转子结构、单定子单转子结构、单定子双转子结构等)拓扑结构都可以实现，在此不再赘述。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种轴向磁通开关磁阻电机的定转子机构，其特征在于，该定转子机构包括同轴安装的定子(1)以及转子(2)，其中定子(1)包括定子齿部(5)、定子轭部￠);定子齿部(5)由有取向硅钢片叠压而成，其取向方向沿所述定子机构的轴向方向；定子轭部(6)采用无取向硅钢片沿所述定子机构的轴向方向叠压而成，所述无取向钢片之间留有空隙用于安装所述定子齿部(5);转子(2)由硅钢片沿所述定子机构的径向方向叠压。
2.如权利要求1所述的轴向磁通开关磁阻电机的定转子机构，其特征在于，所述叠加成转子(2)的硅钢片为有取向的，其取向方向沿所述定子机构的轴向方向。
3.如权利要求1或2所述的轴向磁通开关磁阻电机的定转子机构，其特征在于，所述定子齿部(5)的娃钢叠片的一端开有卡合口，叠片叠加后形成固定条安装的卡合槽(4),用于所述定子齿部(5)的安装固定。
4.如权利要求3所述的轴向磁通开关磁阻电机的定转子机构，其特征在于，所述定子齿部(5)通过沿定子机构轴向的上下绝缘板及卡合于所述卡合槽(4)内的固定条进行封装。
5.如权利要求4所述的轴向磁通开关磁阻电机的定转子机构，其特征在于，所述定子轭部(6)与所述定子齿部(5)通过沿所述定子机构轴向方向两面设置定子背板(7)固定组合安装。
6.如权利要求5所述的轴向磁通开关磁阻电机的定转子机构，其特征在于，所述转子(2)还包括护套(8)，其中护套(8)的材料为有机塑料、铝镁合金或不锈钢。
【文档编号】H02K1/22GK104319913SQ201410610388
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】李健, 曲荣海, 马霁旻, 付赞松 申请人:华中科技大学