一种外转子盘式永磁开关磁阻电动机的制作方法

本发明涉及一种永磁开关磁阻电动机，尤其为一种轴向尺寸小的超薄外转子盘式永磁开关磁阻电动机。

背景技术：

轴向尺寸较短的外转子盘式永磁开关磁阻电动机在许多场合有着应用。对于这类外转子盘式永磁开关磁阻电动机而言，扭矩、转速、低速大扭矩、节省电能消耗，提高电动机使用效率，一直是电动机研究设计的重要课题，如超小型无人机为获得较大的升空力，要求电动机的旋转扭矩大，电动机散热性能好，自身重量轻，电动机的能效比已成为判断无人机性能优劣的关键因素之一。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供外转子盘式永磁开关磁阻电动机，以满足实际应用之所需。

为实现上述目的，本发明的基础技术方案是，一种外转子盘式永磁开关磁阻电动机，其构成包括有电动机基座、电动机罩壳、定子、转子、位置传感器、激励控制电源，其特征在于：所述外转子由转动轴、转子支架、导磁钢环和偶数个圆弧形永磁体构成，该圆弧形永磁体分为三个部段，中央部段为等宽部段，中央部段的两端为阶梯部段，且两端阶梯部段由宽变窄的方向相反，圆弧形永磁体的磁极性方向为径向，且相邻圆弧形永磁体磁极性相异，偶数个圆弧形永磁体的阶梯部段彼此首尾相对吻合设置，从而构成一个相邻圆弧形永磁体阶梯部段之间存在缝隙的永磁体圆环，该永磁体圆环中的等宽部段为单一磁极性弧面部段，而相邻圆弧形永磁体阶梯吻合部段则为双磁极性弧面部段，该永磁体圆环固定于导磁钢环的内壁，导磁钢环与转子支架固定，转动轴与转子支架固定；所述定子由定子座和若干个独立且相互磁隔离的励磁极靴单元构成，所述励磁极靴单元由励磁线圈和双极靴铁芯构成，若干励磁极靴单元以电动机转动轴线为中心轴均衡设置于定子座上，转子旋转时，所述永磁体圆环与固定于定子座上的各励磁极靴单元的圆弧面极靴之间存在气隙。

基于上述基础技术方案，本发明给出一种单侧驱动结构的外转子盘式永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述转子支架带有悬臂，在转子支架悬臂径向内表面固定导磁钢环，再在导磁钢环径向内表面固定有两个圆弧形永磁体，该圆弧形永磁体中间部段为等宽圆弧部段，圆弧形永磁体的左右两端部段为宽度逐步变窄的阶梯部段，这两个永磁体的阶梯部段彼此首尾交错相合、但不接触、留有缝隙、两个永磁体的磁极性指向为径向、且两个永磁体的磁极性不相同，所述定子由定子座和两个励磁极靴单元构成，两个结构相同的励磁极靴单元对称的设置并固定在定子座内，所述励磁极靴单元由两个圆弧形极靴铁芯和励磁线圈构成，圆弧形极靴铁芯的两个极靴呈圆弧面形，且两个圆弧面形极靴与转子座悬臂内固定的两个圆弧形永磁体相对且相互之间存在气隙。

在上述单侧驱动结构的外转子盘式永磁开关磁阻电动机中，所述两个励磁极靴单元的两个圆弧形极靴铁芯不完全相同，其中一个圆弧形极靴铁芯总弧长所对圆心角为181度至184度，而另一个圆弧形极靴铁芯总弧长所对圆心角则为179度到176度。

基于上述基础技术方案，本发明给出了一种双侧驱动结构的外转子盘式永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述转子支架为双侧悬臂结构，在转子支架左右两侧悬臂径向内表面分别固定导磁钢环，再在两侧导磁钢环径向内表面固定有两个圆弧形永磁体，该圆弧形永磁体中间部段为等宽圆弧部段，圆弧形永磁体的左右两端部段为宽度逐步变窄的阶梯部段，这两个永磁体的阶梯部段彼此首尾交错相合，但不接触，且留有缝隙，这两个永磁体的磁极性指向是径向的，且这两个永磁体的磁极性不相同，转子支架悬臂左侧固定的两个永磁体的圆弧等宽部段的中心点连线呈垂直方向，而悬臂支架右侧固定的两个永磁体的圆弧等宽部段的中心点连线呈水平方向，所述转动轴的左端固定有散热叶轮，所述转子支架右端也固定有散热叶轮；所述定子由定子座和励磁极靴单元构成，所述定子座分为左侧定子座和右侧定子座，左侧定子座和右侧定子座内各固定有两个结构相同的励磁极靴单元，且两个励磁极靴单元上下对称设置，所述励磁极靴单元由两个圆弧形极靴铁芯和励磁线圈构成，圆弧形极靴铁芯的两个极靴呈圆弧面形，励磁线圈固定在圆弧形极靴铁芯的两个圆弧形极靴之间，且上下两个励磁线圈为并联设置，当上下励磁线圈同时通入电流时，上下励磁线圈的同侧产生相同磁极性，从而使上下定子励磁极靴形成了一个磁极对，该磁极对的一个磁极由上下定子励磁极靴左端的两个同极性极靴构成，而该磁极对的另一个磁极由上下定子励磁极靴右端的两个同极性极靴构成，左侧定子座与电动机罩壳左侧端盖固定，在左侧定子座与转动轴之间设置有轴承，且使左侧励磁极靴单元的圆弧形极靴弧面与转子座左侧悬臂固定的两个圆弧形永磁体相对且相互之间存在气隙，同样，右侧定子座与电动机罩壳右侧端盖固定，在右侧定子座与转动轴之间设置有轴承，且使右侧励磁极靴单元的圆弧形极靴弧面与转子座右侧悬臂固定的两个圆弧形永磁体相对且相互之间存在气隙。

在上述双侧驱动结构的外转子盘式永磁开关磁阻电动机中，所述励磁极靴单元由两个圆弧形极靴铁芯、励磁线圈及永磁体构成，圆弧形极靴铁芯的两个极靴呈圆弧面形，该铁芯对称设置有两个“t”字缺口，两个缺口横向空间分别绕制两个励磁线圈，两个缺口竖向空间分别嵌入两个永磁体，左侧定子座内固定的两个上下对称设置励磁极靴单元的永磁体磁极性相对，即上方励磁极靴单元永磁体的n极指向左方，下方励磁极鞭单元永磁体的n极指向左方，而右侧定子座内固定的两个上下对称设置励磁极靴单元的永磁体磁极性也是相对，但与左侧励磁极靴单元永磁体磁极性相反，即上方励磁极靴单元永磁体的n极指向右方，下方励磁极鞭单元永磁体的n极指向右方。

在上述双侧驱动结构的外转子盘式永磁开关磁阻电动机中，所述位置传感器为两个霍尔传感器，两个霍尔传感器分别固定于两侧定子座上，当某一侧定子励磁极靴单元极靴的径向中心线与转子上圆弧形永磁体等宽部段的径向中心线重合，设置在该侧的霍尔传感器则正对两个圆弧形永磁体阶梯形状部分之间的某一个轴向缝隙，当该侧两个圆弧形永磁体阶梯形状部分之间的轴向缝隙经过该霍尔传感器，该霍尔传感器输出电信号至激励控制电源，使激励控制电源改变该侧两个励磁极靴单元励磁线圈中激励电流的方向。

基于上述基础技术方案，本发明给出了另一种专用于无人机的外转子盘式永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述外转子由转子座本体、转子轴、导磁钢环和永磁体构成，导磁钢环装在转子座本体的外边缘处，以形成翻边，偶数个圆弧形永磁体紧贴于转子座翻边的内壁上，每个圆弧形永磁体中间部段为圆弧等宽部段，圆弧形永磁体的左右两端为宽度逐步变窄的阶梯部段，偶数个圆弧形永磁体的阶梯部段彼此首尾交错相合，但不接触且留有缝隙，偶数个圆弧形永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧形永磁体的磁极性相异，所述定子由定子座和偶数个励磁极靴单元构成，所述励磁极靴单元由一个铁芯与一个励磁线圈构成，该铁芯具有两个圆弧形极靴，偶数个励磁极靴单元以转动轴为对称轴固定于定子座，偶数个励磁极靴单元的圆弧形极靴所处在的立面与外转子导磁钢环内壁上的偶数个圆弧形永磁体旋转所形成的立面重合，任意两个圆弧形永磁体等宽部段径向中心线之间圆心夹角与每个励磁极靴单元圆弧形极靴的径向中心线之间圆心夹角相等，转子轴一端与转子座中心处固定，转子轴另一端穿过定子座中心孔，并通过滚珠轴承与定子座呈可转动连接，此外转子轴的中部设置有径向定位滚珠轴承，转子轴的端部还设置有推力球轴承。

在上述专用于无人机的外转子盘式永磁开关磁阻电动机中，所述外转子导磁钢环内壁设置的圆弧形永磁体数量为6个或8个或10个或12个或14个或16个或18个，与上述外转子导磁钢环内壁设置的圆弧形永磁体数量一一对应，定子座上励磁极靴单元的数量分别为4个或6个或8个或10个或12个或14个或16个。

在上述专用于无人机的外转子盘式永磁开关磁阻电动机中，所述定子由定子座和励磁极靴单元构成，所述励磁极靴单元由一个具有两个圆弧形极靴铁芯与一个励磁线圈构成，定子座为“x”形支架，四个励磁极靴单元设置并固定在“x”形支架的四个空缺处，四个励磁极靴单元的八个铁芯极靴的外边缘线为同心圆，所述励磁极靴单元圆弧形极靴铁芯的极靴弧面所对应的圆心角为二十四度，同一个励磁极靴单元的两个极靴的径向中心线所对应圆心角为六十度；所述外转子由转子座、转子轴和永磁体构成，导磁钢环卡装在转子座本体的外边缘处，以形成翻边，六个圆弧形永磁体紧贴于转子座翻边的内壁上，每个圆弧形永磁体中间部段为圆弧等宽部段，圆弧形永磁体的左右两端为宽度逐步变窄的阶梯部段，圆弧等宽部段所对应的圆心角为二十五度至三十五度，左右两端阶梯部段所对应的圆心角为二十五度至三十五度，这六个圆弧形永磁体的阶梯部段彼此首尾交错相合，但不接触且留有缝隙，这六个圆弧形永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧形永磁体的磁极性相异，转子轴一端与转子座中心处固定，转子轴另一端穿过定子座“x”形支架中心孔，并通过滚珠轴承与定子座呈可转动连接，此外转子轴的中部设置有径向定位滚珠轴承，转子轴的端部还设置有推力球轴承。

在上述专用于无人机的外转子盘式永磁开关磁阻电动机中，所述位置传感器采用霍尔传感器且固定于定子座，若干个霍尔传感器布置在以电动机轴线为圆心所形成的圆周线上，布置位置传感器的圆周线直径略小于转子上圆弧形永磁体所构成永磁体圆环的内径，位置传感器在圆周线上的具体设置位置要满足以下条件，即在转子旋转过程中，当永磁体圆环中某个圆弧形永磁体等宽部段的径向中心线与定子上某个励磁极靴单元极靴的径向中心线重合时，所设置的某个位置传感器正对着永磁体圆环某个轴向缝隙，当永磁体圆环轴向缝隙经过该位置传感器，该位置传感器能探测到相邻两个圆弧形永磁体阶梯部段轴向缝隙的磁极性变化，并输出电信号至激励控制电源，使输入到该励磁凸极对励磁线圈中激励电流方向改变。

在上述专用于无人机的外转子盘式永磁开关磁阻电动机中，所述励磁极靴单元由一个铁芯、两个励磁线圈及两个永磁体构成，该铁芯具有两个圆弧形极靴，该铁芯对称设置有两个倒“t”字缺口，两个缺口横向空间分别绕制两个励磁线圈，两个缺口竖向空间分别嵌入两个永磁体。

本发明的优点是1.结构极其简单，轴向尺寸小、重量轻、扭矩大，当采用开关频率较高的激励电源，能提升转速。2.单侧驱动结构电动机中，两个励磁极靴单元的采用了新颖的非对称结构设计，在保持电机轴向尺寸小的前提下，巧妙地解决电机启动问题。3.双侧驱动结构电动机中，双悬臂转子支架与两侧励磁极靴单元结构设计，有效地解决了电机启动问题，降低了对激励电流的要求。4.复合励磁极靴单元的应用，进一步增加了电动机的旋转扭矩，节省了电能消耗，提高了电动机使用效率。5.采用了风冷散热结构设计，提高了电机的环境适应性。

附图说明

图1是本发明实施例一，双侧驱动开关磁阻电动机结构剖视图。

图2是本发明实施例一中，左侧定子座与励磁极靴单元的结构示意图。

图3是本发明实施例一中，左侧定子座与励磁极靴单元的a－a剖面图。

图4是本发明实施例一中，左右两侧励磁极靴单元与转子座上左右两侧永磁体之间的装配关系示意图。

图5是本发明实施例一中，霍尔位置传感器设置示意图。

图6是本发明实施例一中，励磁极靴单元中叠片铁芯的结构外形示意图。

图7是本发明实施例一中，三阶圆弧形永磁体外形示意图。

图8是本发明实施例一中，电机底座及罩壳形状示意图。

图9是本发明实施例二，单侧驱动开关磁阻电动机结构剖视图。

图10是本发明实施例二中，两个励磁极靴单元偏置线示意图。

图11是本发明实施例二中，弧长圆心角为183度的圆弧形极靴铁芯结构示意图。

图12是本发明实施例二中，弧长圆心角为177度的圆弧形极靴铁芯结构示意图。

图13是本发明实施例二中，二阶圆弧形永磁体外形示意图。

图14是本发明实施例三的结构剖面示意图。

图15是本发明实施例三中，上下复合励磁极靴单元与转子圆弧形永磁体结构示意图。

图16是本发明实施例三中，左右两侧复合励磁极靴单元与圆弧形永磁体结构示意图。

图17是本发明实施例三中，左侧的上下复合励磁励极鞭单元磁线圈无激励电流输入，上永磁体和下永磁体形成的静态磁回路示意图。

图18是本发明实施例三中，右侧的上下复合励磁励极鞭单元磁线圈无激励电流输入，上永磁体和下永磁体形成的静态磁回路示意图。

图19是本发明实施例三中，左侧的上下复合励磁励极鞭单元磁线圈输入正向激励电流，极靴经过圆弧形永磁体及导磁钢环形成的复合励磁磁回路示意图。

图20是本发明实施例三中，右侧的上下复合励磁励极鞭单元磁线圈输入正向激励电流，极靴经过圆弧形永磁体及导磁钢环形成的复合励磁磁回路示意图。

图21是本发明实施例四的外形示意图。

图22是本发明实施例四的结构剖面示意图。

图23是本发明实施例四中，定子座及四个励磁极靴单元与六个圆弧形永磁体的位置关系示意图。

图24是本发明实施例四中，位置传感器与定子及六个圆弧形永磁体结构示意图。

图25是本发明实施例四中，“x”形定子座结构示意图。

图26是本发明实施例四中，两极靴铁芯形状示意图。

图27是本发明实施例四中，两极靴铁芯结构示意图。

图28是本发明实施例四中，三阶圆弧形永磁体外形示意图。

图29是本发明实施例四中，三阶圆弧形永磁体结构示意图。

图30是图29的俯视图。

图31是本发明实施例五中，定子座及四个励磁极靴单元与六个圆弧形永磁体的位置关系示意图。

图32是本发明实施例五中，定子与六个圆弧形永磁体及导磁钢环的结构示意图。

图33是本发明实施例五中，复合励磁极靴单元的铁芯结构示意图。

图34是本发明实施例五中，复合励磁极靴单元未附加永磁体，励磁线圈输入激励电流，两个极靴与转子上永磁体形成最短闭合磁回路示意图。

图35是本发明实施例五中，复合励磁极靴单元附加有永磁体，励磁线圈未输入激励电流，两个永磁体在经励磁极靴单元铁芯形成永磁回路示意图。

图36是本发明实施例五中，复合励磁极靴单元，在励磁线圈输入正向激励电流，两个极靴与转子上永磁体及导磁钢环形成最短闭合复合励磁回路示意图。

图37是本发明实施例五中，复合励磁极靴单元，有励磁线圈输入反向激励电流，两个极靴与转子上永磁体及导磁钢环形成最短闭合复合励磁回路示意图。

图38是本发明实施例五的结构剖面示意图。

以上附图中，301是动力输出轴，302是电机端盖，303是散热叶轮，304是左侧定子座，305是上方叠片铁芯，306是上方励磁线圈，307是电机罩壳，308是导磁钢环，309是圆弧形永磁体ⅰ，310是转子座，311是圆弧形永磁体ⅲ，312是圆弧形永磁体ⅳ，313是圆弧形永磁体永磁体ⅱ，314是轴承，315是下方叠片铁芯，316是下方励磁线圈，320是左侧下方叠片铁芯，321是三阶圆弧形永磁体永磁体ⅱ（左侧），322是左侧定子座，323是三阶圆弧形永磁体ⅰ（左侧），324是左侧上方叠片铁芯，325是励磁线圈，326是三阶圆弧形永磁体ⅳ（右侧），327是励磁线圈，328是右侧上方叠片铁芯，329是右侧定子座，330是右侧下方叠片铁芯，331是励磁线圈，332是三阶圆弧形永磁体ⅲ（右侧），333是霍尔位置传感器，340是叠片铁芯的弧形极靴，341是安装励磁线圈的缺口，342是固定叠片铁芯螺钉孔，343是叠片铁芯定位槽，344是三阶圆弧形永磁体的阶梯部段，345是三阶圆弧形永磁体的宽部段，346是三阶圆弧形永磁体的阶梯部段，347是电机罩壳，348是电机底座；351是动力输出轴，352是散热叶轮，353是电机端盖，354是定子座，355是上方圆弧形极靴铁芯，356是上方励磁线圈，357是电机罩壳，358是导磁钢环，359是圆弧形永磁体ⅰ，360是转子座，361是轴承，362是圆弧形永磁体ⅱ，363是下方圆弧形极靴铁芯，364是下方励磁线圈，365是圆弧形永磁体ⅰ，366是圆弧形永磁体ⅱ，367是上方圆弧形极靴铁芯，368是下方圆弧形极靴铁芯，369是圆弧形永磁体之间的缝隙，370是圆弧形永磁体之间的缝隙，371是圆弧形永磁体之间的缝隙，372是圆弧形永磁体之间的缝隙，373是上方圆弧形极靴铁芯偏置线，374是上方圆弧形极靴铁芯，375是上方圆弧形极靴铁芯偏置圆心角，376是下方圆弧形极靴铁芯，377是下方圆弧形极靴铁芯偏置圆心角，378是二阶圆弧形永磁体的阶梯部段，379是二阶圆弧形永磁体的宽部段，380是二阶圆弧形永磁体的阶梯部段，381是永磁体，382是励磁线圈，383是极靴铁芯，384是定子座，385是导磁钢环，386是圆弧形永磁体，387是转子支架，388是两个三阶圆弧形永磁体之间的缝隙，389是位置传感器，390是转子支架悬臂左侧固定的两个三阶圆弧形永磁体的圆弧等宽部段的中心点连线（垂直），391是转子支架悬臂支架右侧固定的两个三阶圆弧形永磁体的圆弧等宽部段的中心点连线（水平），392是静态永磁磁力线，393是静态永磁磁力线。394是圆弧形极靴，395是励磁线圈，396是“t”字缺口的横向空间，397是永磁体。

以上附图中，401是转子盖板，402是风冷叶片，403是转子座本体，404是转子导磁钢环，405是圆弧形永磁体，406是转子轴，407是滚珠轴承，408是推力球轴承，409是“x”形定子座，410是双极靴铁芯，411是励磁线圈，412是励磁极靴单元压板，413是圆弧形永磁体ⅰ，414是圆弧形永磁体ⅱ，415是圆弧形永磁体ⅲ，416是圆弧形永磁体ⅳ，417是圆弧形永磁体ⅴ，418是圆弧形永磁体ⅵ，419是位置传感器，419是位置传感器ⅰ，420是励磁线圈ⅰ，421是励磁线圈ⅱ，422是位置传感器ⅱ，423是励磁线圈ⅲ，424是励磁线圈ⅳ，425是铁芯极靴，426是铁芯极靴，427是铁芯极靴，428是铁芯极靴，451是铁芯极靴，452是铁芯极靴ⅱ。460是圆弧形永磁体，461是铁芯，462是永磁体，463是励磁线圈，464是“x”形定子支架，465是导磁钢环，466是位置传感器，467是相邻圆弧形永磁体之间的轴向缝隙，468是圆弧形极靴，469是倒t字形缺口的横向空间，470是倒t字形缺口的纵向空间，471是励磁线圈ⅰ，472是励磁线圈ⅱ，473是复合励磁极靴单元未附加永磁体，474是励磁线圈ⅰ输入激励电流，两个极靴与转子上永磁体及导磁钢环形成最短闭合磁回路的励磁磁通磁力线及方向，475是永磁体ⅰ，476是永磁体ⅱ，477是励磁线圈未输入激励电流，永磁体ⅰ在铁芯形成中形成的静态永磁磁通磁力线及方向，478是励磁线圈未输入激励电流，永磁体ⅱ在铁芯形成中形成的静态永磁磁通磁力线及方向，479是励磁线圈ⅰ和励磁线圈ⅱ串联，输入正向激励电流，由励磁线圈ⅰ所产生的励磁磁通ⅰ磁力线及方向，480是励磁线圈ⅰ和励磁线圈ⅱ串联，输入正向激励电流，由励磁线圈ⅱ所产生的励磁磁通ⅱ磁力线及方向，481是励磁线圈ⅰ和励磁线圈ⅱ串联，输入正向激励电流，永磁体ⅰ的动态磁通磁力线及方向，482是励磁线圈ⅰ和励磁线圈ⅱ串联，输入正向激励电流，永磁体ⅱ的静态磁力线及方向，483是励磁线圈ⅰ和励磁线圈ⅱ串联，输入反向激励电流，由励磁线圈ⅰ所产生的励磁磁通ⅰ磁力线及方向，484是励磁线圈ⅰ和励磁线圈ⅱ串联，输入反向激励电流，由励磁线圈ⅱ所产生的励磁磁通ⅱ磁力线及方向，485是励磁线圈ⅰ和励磁线圈ⅱ串联，输入反向激励电流，永磁体ⅱ的动态磁通磁力线及方向，486是励磁线圈ⅰ和励磁线圈ⅱ串联，输入反向激励电流，永磁体ⅰ的静态磁力线及方向，487是导磁钢环，488是三阶圆弧形永磁体，489是励磁线圈，490是双极靴铁芯，491是“x”形定子座，492是永磁体。

具体实施方式

实施例一，本实施例为一种双侧驱动高速开关磁阻电动机，其结构如附图1所示。

本实施例中，转子座310为悬臂支架结构，采用铝合金材料制成，在悬臂支架左右两侧悬臂的径向内表面分别固定有导磁钢环308，再在导磁钢环308径向内表面固定有两个尺寸形状相同的永磁体309和313以及311和312。永磁体309和永磁体313的形状为圆弧形，这两个永磁体的“阶梯部段”彼此吻合相对但不接触，永磁体309和永磁体313的磁极性指向都是径向的，而永磁体309与永磁体313的磁极性方向则不相同，若永磁体309指向电机轴线方向的磁极性为n极，永磁体313指向电机轴线方向的磁极性为s极，而且永磁体309和永磁体313的“等宽部段”的中心位置点的连线呈垂直方向（如附图4左侧的垂直方向点划线所示）。固定于转子座右侧的永磁体311和永磁体312的形状也为圆弧形，这两个永磁体的“阶梯部段”彼此吻合相对，但不接触，永磁体311和永磁体312的磁极性指向都是径向的，而永磁体311与永磁体312的磁极性方向则不相同，若永磁体311指向电机轴线方向的磁极性为n极，永磁体312指向电机轴线方向的磁极性为s极，永磁体311和永磁体312“等宽部段”的中心位置点的连线呈水平方向设置（如附图4右侧的水平方向点划线所示）。

在本实施例中，定子分为左侧定子和右侧定子，左右两侧定子的结构完全相同。现以左侧定子为例，描述其结构特点，参见附图2和附图3，左侧定子由一个定子座304和两个结构相同的励磁极靴单元构成，上方励磁极靴单元又由励磁线圈305和叠片铁芯306构成，下方励磁极靴单元由叠片铁芯315和励磁线圈316构成，上下励磁极靴单元以水平线为对称轴通过螺钉与定子座304固定连接。

附图4给出了左右两侧励磁极靴单元与转子座悬臂支架上左右两侧圆弧形永磁体之间的装配位置示意图。附图4中可以看出，左右两侧的励磁极靴单元是完全相同的，但左侧的两个圆弧形永磁体321和323的等宽部段中心点在同一条垂直线上（如附图4中的垂直点划线所示），而右侧的两个的圆弧形永磁体326和332的等宽部段中心点在同一条水平线上（如附图4中的水平点划线所示），这样配置，保证电机在输入激励电流情况下正常启动运转。

附图5给出了图4中右侧部分的霍尔位置传感器的安装位置，霍尔位置传感器333设置在靠近圆弧形永磁体332和326吻合相对部段的中间气隙附近。当转子旋转，固定于转子悬臂支架右侧的永磁体332和永磁体326吻合相对部段的中间缝隙经过霍尔位置传感器333时，如附图5所示的位置，霍尔位置传感器333会输出电信号至激励控制电源，激励控制电源随即改变励磁线圈327中激励电流的方向，使铁芯极靴328的磁极性也发生改变，极靴328和极靴330不再对永磁体332和永磁体326形成磁吸引力，反而因极靴328和极靴330的磁极性与位于极靴处永磁体的磁极性相同而产生了排斥力。而此刻，参见附图4，固定于转子悬臂支架左侧永磁体321和永磁体323正受到左侧铁芯极靴320和铁芯极靴324的吸引，而形成旋转力矩。直到永磁体321和永磁体323吻合相对部段的中间缝隙经过设置于左侧定子座上霍尔位置传感器时，该霍尔位置传感器也会输出电信号至激励控制电源，激励控制电源随即改变励磁线圈325中激励电流的方向，使铁芯极靴320和324的磁极性也发生改变，极靴320和324不再对永磁体321和永磁体324形成磁吸引力，也会因极靴320和极靴324的磁极性与位于极靴处永磁体的磁极性相同而产生了排斥力。这样，电动机右侧部分励磁线圈和左侧部分的励磁线圈交替改变激励电流的方向，右侧部分的极靴单元和左侧部分的极靴单元也交替对固定于转子上的永磁体产生吸引力和排斥力，使该电动机保持连续运转。

本实施例中，叠片铁芯的两个极靴340呈圆弧形，参见附图6，励磁线圈固定在叠片铁芯的两个圆弧形极靴之间的缺口341内，叠片铁芯极靴轴向厚度与圆弧形永磁体（参见附图7）等宽部段345的轴向尺寸相同，以获得最大的磁作用力。

在本实施例中，如附图1所示，左侧定子座装配上、下两个励磁极靴单元后，与附图8所示的电动机外壳347左侧固定，在左侧定子座与转动轴之间设置有轴承314，且使左侧上、下励磁极靴单元叠片铁芯的圆弧形极靴与转子座悬臂支架左侧固定的永磁体相对，且相互之间存在气隙，同样，右侧定子座装配上、下两个励磁极靴单元后，再与电动机外壳347右侧固定，在右侧定子座与转动轴之间设置也设置有轴承，且使右侧上、下励磁极靴单元叠片铁芯的弧形极靴与转子座悬臂支架右侧固定的永磁体相对且相互之间存在气隙。

实施例二，本实施例为一种单侧驱动高速开关磁阻电动机，其结构剖面如附图9所示。

本实施例中，转子支架360为单悬臂，在该悬臂径向内表面固定导磁钢环358，再在导磁钢环358径向内表面固定有两个圆弧形永磁体359和362，转子支架360与动力轴351轴向对接固定，并由轴承361支承。由圆弧形极靴铁芯355和励磁线圈356构成上方的励磁极靴单元，由圆弧形极靴铁芯363和励磁线圈364构成下方的励磁极靴单元，上、下励磁极靴单元嵌入到定子座354的上、下槽腔内固定。励磁线圈356和励磁线圈364为并联，由同一个激励电源供电控制。

本实施例中，两个圆弧形永磁体为二阶圆弧形永磁体，其形状如附图13所示。上方励磁极靴单元圆弧形极靴铁芯的形状如附图11所示，圆弧形极靴铁芯总弧长所对应圆心角为183度，下方励磁极靴单元圆弧形极靴铁芯的形状如附图12所示，圆弧形极靴铁芯总弧长所对应圆心角为177度。上、下圆弧形极靴铁芯按附图10所示偏置线373安装固定。上、下圆弧形极靴铁芯的偏置，使得电机启动控制极其简单。其机理如下，由于上、下圆弧形极靴铁芯的偏置，在电机没有加载激励电源情况下，转子支架上的两个圆弧形永磁体与定子上的两个圆弧形极靴铁芯之间形成非平衡的静态永磁回路，一旦激励电源加载到励磁线圈，两个圆弧形极靴铁芯的极靴即产生励磁磁势，该励磁磁势对转子支架上的圆弧形永磁体产生磁作用力，迅速改变未加载电源时静态永磁磁回路的非平衡状态，使得转子支架朝着一个固定方向旋转。

在本实施例中，参见附图10，二阶圆弧形永磁体365与二阶圆弧形永磁体366首尾交错相合，形成四个轴向缝隙369、370、371、372。设置在定子座上的一个霍尔传感器正对四个轴向缝隙中的一个，如附图10中的缝隙370位置处。该霍尔位置传感器敏感地检测到两个圆弧形永磁体之间轴向缝隙经过时的磁场强度变化，并输出电信号至激励控制电源，激励控制电源随即改变励磁线圈356、364中激励电流的方向，使极靴铁芯355和363的磁极性也同时发生改变。极靴铁芯355和363的励磁磁势与转子支架上圆弧形永磁体之间的磁作用力，形成电机运转所需的旋转力矩。转子支架每旋转一周，极靴铁芯355和363的磁极性改变一次，从而使电机转子获得持续的旋转力矩。

实施例三，本实施例为另一种双侧驱动高速开关磁阻电动机，其整机结构剖面如附图14。

本实施例与实施例一的结构大致相似，主要区别是在两侧的上励磁极靴单元和下励磁极靴单元铁芯中嵌入了永磁体，构成了一种能将励磁磁通和永磁磁通叠加输出的复合励磁极靴单元。

本实施例中，复合励磁极靴单元结构如附图17所示，图17显示了左侧的上下两个对称的复合励磁极靴单元。上方复合励磁极靴单元铁芯具有两个圆弧形极靴394，该铁芯中央设置有一个“t”字缺口，励磁线圈395绕制于“t”字缺口的横向空间396，一个永磁体397设置在“t”字缺口纵向空间处。如附图17所示，左侧的上下复合励磁励极靴单元励磁线圈在无激励电流输入情况下，上永磁体397会在铁芯形成顺时针方向的静态磁回路φ永，下永磁体会在铁芯形成逆时针方向的静态磁回路φ永。而右侧的上下复合励磁励极靴单元磁线圈在无激励电流输入情况下，由于所设置永磁体磁极性原因，如附图18所示，上永磁体会在铁芯形成逆时针方向的静态磁回路φ永，下永磁体会在铁芯形成顺时针方向的静态磁回路φ永。当左侧上下复合励磁极靴单元的励磁线圈同时输入正向激励电流时，如附图19所示，上下极靴经过转子上圆弧形永磁体及导磁钢环能形成由励磁磁通φ励和永磁磁通φ永叠加形成的复合励磁磁通。而当左侧上下复合励磁极靴单元的励磁线圈同时输入反向激励电流时，上下极靴经过转子上圆弧形永磁体及导磁钢环仅能形成励磁磁回路。同理，当右侧上下复合励磁极靴单元的励磁线圈同时输入反向激励电流时，如附图20所示，上下极靴经过转子上圆弧形永磁体及导磁钢环能形成由励磁磁通φ励和永磁磁通φ永叠加形成的复合励磁磁通。当右侧上下复合励磁极靴单元的励磁线圈同时输入正向激励电流时，上下极靴经过转子上圆弧形永磁体及导磁钢环仅能形成励磁磁回路。

在本实施例中，如附图15所示，分别在左侧定子座和右侧定子座正上方位置，各设置一个位置传感器389，当转子上两个圆弧形永磁体之间的缝隙388经过位置传感器的时刻，位置传感器输出信号控制激励电源，改变激励电流的方向。如附图16所示，由于转子支架悬臂左侧固定的两个圆弧形永磁体的圆弧等宽部段的中心点连线390呈垂直方向，而转子支架悬臂右侧固定的两个永磁体的圆弧等宽部段的中心点连线391呈水平方向。这样，转子每旋转九十度，就会有一侧励磁线圈的激励电流改变方向，转子每旋转一百八十度，左侧或右侧励磁线圈改变一次激励电流的方向，使左侧和右侧的复合励磁极靴交替地在一百八十度范围产生复合励磁磁势。

本实施例通过复合励磁极靴单元的应用，进一步增加了电动机的旋转扭矩，节省了电能消耗，提高了电动机使用效率。

实施例四，本实施例为单侧驱动且专用于无人机的外转子盘式永磁开关磁阻电动机，外形如附图21所示，其结构剖面如附图22所示。

本实施例中，电动机定子由“x”形定子座409和励磁极靴单元构成，参见附图23，励磁极靴单元由一个具有两个圆弧形极靴铁芯410与一个励磁线圈411构成，四个励磁极靴单元设置并固定在“x”形定子座409的四个空缺处，四个励磁极靴单元的八个铁芯极靴外边缘线为同心圆。

本实施例中，外转子由转子座、转子轴406和六个圆弧形永磁体405构成，参见附图22，其中转子座又由转子座本体403、转子盖板401和转子导磁钢环404构成，导磁钢环404卡装在转子座本体403的外边缘处，以形成翻边，六个圆弧形永磁体紧贴于转子座导磁钢环404形成翻边的内壁上，转子座本体403上设置有风冷叶片402，盖板401则从轴向紧贴于转子座本体403，压板与转子座本体之间留有风道。

本实施例中，定子座及四个励磁极靴单元与六个圆弧形永磁体的位置关系如附图23所示。六个圆弧形永磁体413、414、415、416、417、418中间部段的形状为宽度一致圆弧带形状，六个圆弧形永磁体的左右两端部段为宽度逐步变窄的三阶梯形状，固定于外转子导磁钢环内壁翻边内壁上六个圆弧形永磁体的三阶梯形状部段彼此首尾交错相合，但不接触且留有缝隙，如附图23所示，这六个圆弧形永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧形永磁体的磁极性相异，若一个圆弧形永磁体的外圆弧面呈n极，内圆弧面呈s极，与其相邻圆弧形永磁体的外圆弧面呈s极，内圆弧面呈n极。四个励磁极靴单元设置于“x”形定子座409的上下左右空档处，并用压板412将四个励磁极靴单元与“x”形定子座409固定。

本实施例中，单个励磁极靴单元圆弧形极靴铁芯的极靴弧面所对应的圆心角为二十度，同一个励磁极靴单元的两个极靴的径向中心线所对应圆心角为六十度（参见附图27）。单个圆弧形永磁体的中间宽度一致圆弧带状部段所对应的圆心角为二十八度，左右两端阶梯状部段所对应的圆心角均为三十一度（参见附图29）。

本实施例中，外转子与定子的装配关系是，如附图22所示，转子轴406一端与转子座本体403中心处固定，转子轴406另一端穿过“x”形定子座409中心孔，并通过滚珠轴承407与定子座409呈可转动连接，此外转子轴406的端部还设置有推力球轴承408。

本实施例中，位置传感器采用霍尔位置传感器，如附图24所示，该霍尔传感器419和420固定于定子座。本实施例共有四个励磁极靴单元，垂直方向的两个励磁极靴单元的励磁线圈420、423相串联或并联，水平方向的两个励磁极靴单元的励磁线圈421、424相串联或并联，由激励控制电源的a相线为励磁线圈420和423提供激励电流、由激励控制电源的b相线为励磁线圈421和424提供激励电流。定子座上的两个霍尔位置传感器419和422设置在同一个圆心的圆周线上，两个霍尔传感器所形成圆心角度为一百二十度，设置霍尔传感器圆周线的直径略小于圆弧形永磁体所构成圆环的内径。

当励磁线圈420所激励铁芯极靴425的圆弧形面正对圆弧形永磁体ⅵ418的等宽圆弧形面时，此刻励磁线圈420所激励铁芯极靴426的圆弧形面也正对圆弧形永磁体ⅰ413的等宽圆弧形面（参见附图23），此刻，励磁线圈423所激励铁芯极靴427的圆弧形面正对圆弧形永磁体ⅲ415的等宽圆弧形面，励磁线圈423所激励铁芯极靴428的弧形面正对圆弧形永磁体ⅳ416的等宽圆弧形面，与此同时，霍尔位置传感器419正位于圆弧形永磁体ⅵ418和圆弧形永磁体ⅰ413阶梯状部段之间的缝隙处，霍尔位置传感器419能感受到“缝隙”经过时磁极性的变化，并输出电信号给激励控制电源，使激励控制电源随即改变a相线中励磁电流的方向。当转子顺时针旋转六十度，励磁线圈421所激励铁芯两个极靴的圆弧形面分别正对圆弧形永磁体ⅰ413和圆弧形永磁体ⅱ414的等宽圆弧形面，此刻励磁线圈424所激励铁芯两个极靴的圆弧形面分别正对圆弧形永磁体ⅳ416和圆弧形永磁体ⅴ417的等宽圆弧形面，与此同时，霍尔位置传感器422正位于圆弧形永磁体ⅰ413和圆弧形永磁体ⅱ414阶梯状部段之间的缝隙处，霍尔位置传感器422能感受到“缝隙”经过时磁极性的变化，并输出电信号给激励控制电源，使激励控制电源随即改变b相线中励磁电流的方向。这样，霍尔位置传感器419和422交替输出电信号至激励控制电源，激励控制电源交替改变a相线和b相线的激励电流方向。

实施例五，本实施例与实施例四的结构大致相似，主要区别是在励磁极靴单元的铁芯中嵌入了永磁体462，构成了一种能将励磁磁通和永磁磁通叠加的复合励磁极靴单元。

本实施例定子座、四个复合励磁极靴单元、六个圆弧形永磁体之间位置关系及结构如附图31所示。

本实施例定子座、四个复合励磁极靴单元、六个圆弧形永磁体及导磁钢环、位置传感器之间位置关系结构如附图32所示。

在本实施例中，该复合励磁极靴单元由一个铁芯、两个励磁线圈及两个永磁体构成，该铁芯形状结构如附图33所示，该铁芯具有两个圆弧形极靴468，该铁芯对称设置有两个倒“t”字缺口，两个缺口横向空间469分别绕制两个励磁线圈，两个缺口纵向空间470分别嵌入两个永磁体。

若未在本实施例复合励磁极靴单元铁芯纵向空间设置永磁体，如附图34所示，当励磁线圈471和472输入激励电流，铁芯两个极靴与转子上永磁体及导磁钢环仅形成最短闭合励磁磁通回路。该励磁磁通为φ励ⅰ473和φ励ⅱ474的叠加。

若在本实施例复合励磁极靴单元铁芯纵向空间设置有永磁体ⅰ475和永磁体ⅱ476，如附图35所示，当励磁线圈471和472未输入激励电流，永磁体ⅰ475在铁芯内部形成静态逆时针永磁磁通磁力线477，永磁体ⅱ476在铁芯内部形成静态顺时针永磁磁通磁力线478。

如附图36所示，当向励磁线圈471、472输入正向激励电流，两个极靴与转子上永磁体及导磁钢环之间能形成最短闭合的复合励磁磁通回路。该复合励磁磁通由φ励ⅰ479和φ励ⅱ480和φ永ⅰ481叠加形成。而位于右侧永磁体ⅱ的永磁磁通磁力线482仍然在铁芯中形成。

如附图37所示，当向励磁线圈471、472输入反向激励电流，两个极靴与转子上永磁体及导磁钢环之间能形成最短闭合的复合励磁磁通回路。该复合励磁磁通由φ励ⅰ483和φ励ⅱ484和φ永2485叠加形成。而位于左侧永磁体ⅰ的永磁磁通磁力线486仍然在铁芯中形成。

本实施例整机结构剖面如附图38所示。

本实施例运转机理及控制方式同实施例四，在此不重复叙述。

本实施例通过复合励磁极靴单元的应用，进一步增加了电动机的旋转扭矩，节省了电能消耗，提高了电动机使用效率。