开关磁阻电机的制作方法

[0001]
本申请属于开关磁阻电机技术领域，具体而言，涉及一种开关磁阻电机。


背景技术：

[0002]
在相关技术中，开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，并且定转子极数不同。传统的三相12/8结构的开关磁阻电机，在十二个励磁极中，每隔两个个励磁极构成一相，即每四个励磁极形成一相，共三相，使得电机的轴向力容易导致不足，尤其不适于需求较大轴向力的工作环境。


技术实现要素：

[0003]
根据本发明的实施例旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。
[0004]
根据本发明的实施例的目的在于提供一种开关磁阻电机。
[0005]
为实现根据本发明的实施例的目的，本发明的技术方案提供了一种开关磁阻电机，包括：定子组件，定子组件包括定子轭，定子轭内相互交替设有多个励磁极和多个辅助极；绕组线圈，每个励磁极上缠绕一个绕组线圈以构成一个相励磁极；转子组件，转子组件设于定子组件内，转子组件包括非导磁体和多个转子极，多个转子极沿非导磁体的周向相互间隔镶嵌于非导磁体的一个端面内，且每个转子极与相邻的励磁极和辅助极形成一个磁通回路；电机轴，电机轴设于非导磁体上。
[0006]
在该技术方案中，开关磁阻电机主要包括：定子组件、转子组件、电机轴和绕组线圈，定子组件包括定子轭，定子轭为环形结构，定子轭的内侧相互交替设有多个励磁极和多个辅助极，多个励磁极和多个辅助极均匀分布，每个励磁极上缠绕一个绕组线圈以构成一个相励磁极，如此，每相绕组线圈单独通电，产生不对称的单边磁拉力，使得轴向力增大，更适合于需求较大轴向力的工作环境。
[0007]
另外，根据本发明的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：
[0008]
上述技术方案中，励磁极的宽度为辅助极的宽度的1.6倍至1.9倍。
[0009]
在该技术方案中，考虑到磁通饱和程度，励磁极的宽度是辅助极的宽度的1.6倍至1.9倍，相比于长磁通路径，短磁通路径的电机更易于降低磁动势。
[0010]
上述任一技术方案中，励磁极的宽度为辅助极的宽度的1.8倍。
[0011]
在该技术方案中，考虑到磁通饱和程度，励磁极的宽度是辅助极的宽度或定子轭的宽度的1.8倍，使磁通路径更短，磁阻更小，相比于长磁通路径，短磁通路径的电机更易于降低磁动势。
[0012]
上述任一技术方案中，励磁极与相邻的辅助极之间的夹角与励磁极与辅助极的个数之和的乘积为360
°
。
[0013]
在该技术方案中，励磁极辅助极均设置在环形结构的定子轭内，因此，励磁极与相
邻的辅助极之间的夹角与励磁极与辅助极的个数之和的乘积为360
°
，可以满足定子组件与转子组件之间的配合要求。
[0014]
上述任一技术方案中，励磁极和辅助极的个数分别为三个，且励磁极与相邻的辅助极之间的夹角为60
°
，转子极的个数为五个。
[0015]
在该技术方案中，励磁极的个数是三个，且辅助极的个数也同为三个，形成3相六极，而转子是五极，使得转子极和与它相邻的励磁极、辅助极形成独立的闭合磁通回路。转子极的个数为五个，能够保证转子极和与它相邻的励磁极、辅助极形成独立的闭合磁通回路。
[0016]
上述任一技术方案中，每个转子极的转子极角度范围为69.9
°
至70.1
°
。
[0017]
在该技术方案中，每个转子极的转子极角度为70
°
，考虑到加工精度对转子极角度的影响，使得转子极角度的范围为69.9
°
至70.1
°
，能够保证转子极和与它相邻的励磁极、辅助极形成独立的闭合磁通回路。
[0018]
上述任一技术方案中，相邻的两个转子极之间的非导磁体角度范围为1.95
°
至2.05
°
，且转子极角度与非导磁体角度之和与转子极的个数的乘积为360
°
。
[0019]
在该技术方案中，相邻的两个转子极之间的非导磁体角度为2
°
，考虑到加工精度对非导磁体角度的影响，使得非导磁体角度的范围为1.95
°
至2.05
°
，且转子极角度与非导磁体角度之和与转子极的个数的乘积为360
°
，能够保证转子极和与它相邻的励磁极、辅助极形成独立的闭合磁通回路。
[0020]
上述任一技术方案中，转子组件具有圆柱体结构。
[0021]
在该技术方案中，转子组件不是凸极结构，而是圆柱体结构，有利于降低风摩损耗，使得开关磁阻电机能够输出较大的转矩，电磁利用率高，铁心损耗小。
[0022]
上述任一技术方案中，绕组线圈的结构为集中绕组。
[0023]
在该技术方案中，采用单相集中绕组，电机匝数减少，且端部绕组较少，可忽略不计，同一输入条件下，电机铜耗小、铁心损耗小、输出转矩大，所以电机的输出效率高。
[0024]
上述任一技术方案中，非导磁体的材质为铝。
[0025]
在该技术方案中，铝材质的非导磁体能够保证相邻的两个转子极不通磁。
[0026]
根据本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实施例的实践了解到。
附图说明
[0027]
根据本发明的实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0028]
图1为根据本发明的一些实施例的开关磁阻电机的俯视结构示意图；
[0029]
图2为根据本发明的一些实施例的开关磁阻电机的磁通回路示意图；
[0030]
图3为根据本发明的一些实施例的开关磁阻电机的输出转矩图。
[0031]
其中，图1至图3中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
[0032]
100：开关磁阻电机；110：定子组件；112：定子轭；114：励磁极；116：辅助极；120：转子组件；122：非导磁体；124：转子极；130：电机轴；140：绕组线圈；150：磁通回路；θ：夹角；200：第一输出转矩曲线；300：第二输出转矩曲线。
具体实施方式
[0033]
为了能够更清楚地理解根据本发明的实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对根据本发明的实施例进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解根据本发明的实施例，但是，根据本发明的实施例还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，根据本发明的实施例的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0035]
在相关技术中，开关磁阻电机调速系统是80年代初随着电力电子、微电脑和控制理论的迅速发展而发展起来的一种新型调速驱动系统。具有结构简单、运行可靠、成本低、效率高等突出优点，目前已成为交流电机调速系统、直流电机调速系统、无刷直流电机调速系统的强有力竞争者。开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化。所以开关磁阻电动机采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，并且定转子极数不同。但开关磁阻电机转矩脉动和噪声大，输出转矩低等缺点，通常采用智能控制和优化电机的结构尺寸可以有效地降低电机的转矩脉动，提高电机的效率。
[0036]
在传统的三相12/8结构的开关磁阻电机中，设置十二个励磁极，每隔两个励磁极构成一相，即每四个励磁极形成一相，共三相。这就导致磁通路径较长，其定子、转子是双凸极结构，并在电机转动换相过程中会发生磁通逆转，致使电机的输出转矩降低、铁耗增加，风摩损耗增加，以及效率降低等等。因此，在电机结构的设计过程中，如何增大电机的输出转矩，降低损耗、提高输出效率成为电机设计的较大障碍。
[0037]
下面参照图1至图3描述根据本发明的一些实施例的开关磁阻电机100。
[0038]
实施例1
[0039]
如图1和图2所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100，包括：定子组件110、转子组件120、电机轴130和绕组线圈140，定子组件110包括定子轭112，定子轭112内相互交替设有多个励磁极114和多个辅助极116。绕组线圈140，每个励磁极114上缠绕一个绕组线圈140以构成一个相励磁极。转子组件120设于定子组件110内，转子组件120包括非导磁体122和多个转子极124，多个转子极124沿非导磁体122的周向相互间隔镶嵌于非导磁体122的一个端面内，且每个转子极124与相邻的励磁极114和辅助极116形成一个磁通回路150。
[0040]
本实施例中，开关磁阻电机100主要包括：定子组件110、转子组件120、电机轴130和绕组线圈140，定子组件110包括定子轭112，定子轭112为环形结构，定子轭112的内侧相互交替设有多个励磁极114和多个辅助极116，多个励磁极114和多个辅助极116均匀分布，每个励磁极114上缠绕一个绕组线圈140以构成一个相励磁极，如此，每相绕组线圈140单独通电，产生不对称的单边磁拉力，使得轴向力增大，更适合于需求较大轴向力的工作环境。
[0041]
转子组件120设于定子组件110内，转子组件120包括非导磁体122和多个转子极124，非导磁体122为圆柱体结构，有利于降低风摩损耗，具有输出转矩大，电磁利用率高，铁心损耗小的优点。非导磁体122的外侧沿周向均布有多个凸起部位，相邻的两个凸起部位之间设置转子极124，通过将一系列离散的转子极124镶嵌在非导磁体122里，使相邻两个转子极124之间的电磁隔离，使转子组件120在任何位置下，电机的磁通路径都是最短的。多个转子极124沿非导磁体122的周向相互间隔镶嵌于非导磁体122的一个端面内，且每个转子极
124与相邻的励磁极114和辅助极116形成一个磁通回路150。由于采用短磁通路径，在定子组件110和转子组件120中，磁通无逆转，在电机转动换相过程中，具有不会产生负转矩的优点。
[0042]
实施例2
[0043]
如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：
[0044]
励磁极114的宽度为辅助极116的宽度的1.6倍至1.9倍。
[0045]
本实施例中，考虑磁通饱和程度，励磁极114的宽度是辅助极116的宽度的1.6倍至1.9倍之间，相比于长磁通路径，短磁通路径的电机更易于降低磁动势。
[0046]
实施例3
[0047]
如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：
[0048]
励磁极114的宽度为辅助极116的宽度的1.8倍。
[0049]
本实施例中，考虑磁通饱和程度，励磁极114的宽度是辅助极116的宽度或定子轭112宽度的1.8倍，使磁通路径更短，磁阻更小，相比于长磁通路径，短磁通路径的电机更易于降低磁动势。
[0050]
实施例4
[0051]
如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：
[0052]
励磁极114与相邻的辅助极116之间的夹角θ与励磁极114与辅助极116的个数之和的乘积为360
°
。
[0053]
本实施例中，励磁极114辅助极116均设置在环形结构的定子轭112内，因此，励磁极114与相邻的辅助极116之间的夹角θ与励磁极114与辅助极116的个数之和的乘积为360
°
，可以满足定子组件110与转子组件120之间的配合要求。
[0054]
实施例5
[0055]
如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：
[0056]
励磁极114和辅助极116的个数分别为三个，且励磁极114与相邻的辅助极116之间的夹角θ为60
°
，转子极124的个数为五个。
[0057]
本实施例中，励磁极114的个数是三个，且辅助极116的个数也同为三个，形成3相六极，而转子是五极，使得转子极124和与它相邻的励磁极114、辅助极116形成独立的闭合磁通回路150。转子极124的个数为五个，能够保证转子极124和与它相邻的励磁极114、辅助极116形成独立的闭合磁通回路150。
[0058]
实施例6
[0059]
如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：
[0060]
每个转子极124的转子极角度范围为69.9
°
至70.1
°
。
[0061]
本实施例中，每个转子极124的转子极角度为70
°
，考虑到加工精度对转子极角度的影响，允许的公差范围在
±
10％之内，使得转子极角度的范围为69.9
°
至70.1
°
，能够保证
转子极124和与它相邻的励磁极114、辅助极116形成独立的闭合磁通回路150。
[0062]
实施例7
[0063]
如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：
[0064]
相邻的两个转子极124之间的非导磁体角度范围为1.95
°
至2.05
°
，且转子极角度与非导磁体角度之和与转子极124的个数的乘积为360
°
。
[0065]
本实施例中，相邻的两个转子极124之间的非导磁体角度为2
°
，考虑到加工精度对非导磁体角度的影响，且允许的公差范围在
±
5％之内，使得非导磁体角度的范围为1.95
°
至2.05
°
。转子极角度与非导磁体角度之和与转子极124的个数的乘积为360
°
，能够保证转子极124和与它相邻的励磁极114、辅助极116形成独立的闭合磁通回路150。
[0066]
实施例8
[0067]
如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：
[0068]
转子组件120具有圆柱体结构。
[0069]
本实施例中，如图1和图2所示，转子组件120不是凸极结构，而是圆柱体结构，有利于降低风摩损耗，使得开关磁阻电机100能够输出较大的转矩，电磁利用率高，铁心损耗小。
[0070]
实施例9
[0071]
如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：
[0072]
绕组线圈140的结构为集中绕组。
[0073]
本实施例中，采用单相集中绕组，电机匝数减少，且端部绕组较少，可忽略不计，同一输入条件下，电机铜耗小、铁心损耗小、输出转矩大，所以电机的输出效率高。
[0074]
实施例10
[0075]
如图1所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100。除上述实施例的技术特征之外，本实施例还包括以下技术特征：
[0076]
非导磁体122的材质为铝。
[0077]
本实施例中，铝材质的非导磁体122能够保证相邻的两个转子极124不通磁。
[0078]
实施例11
[0079]
如图1和图2所示，本实施例提供了一种开关磁阻电机100，开关磁阻电机100为单励磁开关磁阻电机，包括壳体、定子组件110和转子组件120，定子组件110可以简称为定子，转子组件120可以简称为转子，其中，定子固定在壳体上，电机轴130通过转子的中心带动转子运动。定子的定子轭112上交替地设置有励磁极114和辅助极116，励磁极114和辅助极116共计六个，励磁极114的宽度是辅助极116的宽度或定子轭112的宽度的1.8倍。绕组线圈140独立缠绕在每个励磁极114上，使得开关磁阻电机100的三个励磁极114分别独立地构成一相励磁极，形成a相励磁极、b相励磁极和c相励磁极，构成了3相励磁极电机。如图1所示，a相的绕组线圈140的输入电流为i
+a
，a相的绕组线圈140的输出电流为i-a
，b相的绕组线圈140的输入电流为i
+b
，b相的绕组线圈140的输出电流为i-b
，c相的绕组线圈140的输入电流为i
+c
，b相的绕组线圈140的输出电流为i-c
。每相的绕组线圈140单独通电，产生了不对称的单边磁拉力，使得开关磁阻电机100的轴向力增大，更适合于需求较大轴向力的工作环境。
[0080]
转子包括五个独立的转子极124和一个非导磁体122，其中，非导磁体122的截面为圆形，为铝制品。
[0081]
各转子极124可均匀地镶嵌在非导磁体122里，且各独立的转子极124和与它相邻的励磁极114、辅助极116形成独立的磁通回路150，如图2所示。其中，图2中的a+表示电流流入，a-表示电流流出。
[0082]
因为开关磁阻电机的工作原理遵循磁磁阻最小原理，即磁通总是要沿着磁阻最小路径闭合。绕组线圈140也可以称为励磁线圈或励磁绕组，通过励磁线圈缠绕方式的不同，使磁力线通过励磁极114和其相邻的两个辅助极116形成一个闭合的短磁通路径。相邻的励磁极114与辅助极116之间形成定子齿槽，每个定子齿槽中的导体只产生自身的磁动势，定子齿槽与定子齿槽之间的绕组产生的互感很小，可以忽略不计。在这种电机结构下，端部绕组较少，铜耗小，电机的磁通路径很短，并且在定子和转子中没有发生磁通逆转的现象，降低了电机的铁心损耗。
[0083]
本实施例中将单励磁开关磁阻电机应用于汽车冷却风扇装置，用户也可根据需要将该开关磁阻电机应用于其他装置。
[0084]
本发明实施例中的单励磁结构开关磁阻电机与传统12/8开关磁阻电机的输出转矩相比，两种电机的尺寸和输入参数相同。如图3所示，12/8的传统开关磁阻电机的输出转矩曲线为第一输出转矩曲线200，第一输出转矩曲线200的平均输出转矩是1.778牛顿
·
米(n
·
m)，而开关磁阻电机100的输出转矩曲线为第二输出转矩曲线300，第二输出转矩曲线300的平均输出转矩是2.275n
·
m，输出转矩提高了27.95％。
[0085]
本实施例中的单励磁开关磁阻电机的定子是3相6极，而转子是5极的结构，定子上交替设置有励磁极114和辅助极116，考虑磁通饱和程度，励磁极114的宽度是辅助极116或定子轭112的宽度的1.8倍，励磁绕组分别单独缠绕在a相、b相、c相构成的3个励磁极114上，采用集中绕组的结构形式，端部绕组较少，可忽略不计，转子极124和辅助极116上不缠绕绕组或者镶嵌永磁体。
[0086]
转子组件120包括5个独立的转子极124和1个非导磁体122，各转子极124镶嵌在非导磁体122里，且各独立的转子极124和与它相邻的励磁极114、辅助极116形成独立的闭合磁通回路150。
[0087]
定子为3相6极，转子为5极。转子为分块转子，转子极角度为70
°
。相邻的两个转子极124之间的非导磁体角度为2
°
，定子的励磁极114与相邻的辅助极116之间的夹角为60
°
。定子的励磁极114的宽度是辅助极116或定子轭112的宽度的1.8倍。
[0088]
一相绕组线圈140单独设置在一个定子齿槽内且独立通电。绕组线圈140采用集中绕组的结构形式。
[0089]
由于本实施例中的开关磁阻电机100为单励磁开关磁阻电机，定子是3相6极，而转子是5极的带有分块转子的开关磁阻电机。励磁绕组分别缠绕在3个独立的励磁极114上，其显著特点是其电机结构不同于传统3相开关磁阻电机，相比传统的电机中的一个定子极相对的励磁极是同一相励磁极，本实施例中的开关磁阻电机100中的励磁极114分别独立地构成一相励磁极，形成a、b、c共3相励磁极。转子包括5个独立的转子极124和1个非导磁体122，转子极124镶嵌在非导磁体122里，通过将一系列离散的转子极124镶嵌在铝质的非导磁体122里，使相邻的两个转子极124之间的电磁能够隔离。
[0090]
本实施例中的开关磁阻电机100使转子在任何位置下，磁通路径都是最短的。考虑磁通饱和程度，励磁极114的宽度是辅助极116的宽度或定子轭112的宽度的1.8倍，此结构使磁通路径更短，磁阻更小，相比于长磁通路径，短磁通路径的电机更易于降低磁动势。每相绕组单独通电，产生不对称的单边磁拉力，轴向力增大，更适合于需求较大轴向力的工作环境。开关磁阻电机100的转子不是凸极结构，而是圆形结构，有利于降低风摩损耗，具有输出转矩大，电磁利用率高，铁心损耗小的优点。由于采用短磁通路径，在定子和转子中，磁通无逆转，在电机转动换相过程中，具有不会产生负转矩的优点。开关磁阻电机100采用单相集中绕组，电机匝数减少，且端部绕组较少，可忽略不计，同一输入条件下，电机铜耗小、铁心损耗小、输出转矩大，所以开关磁阻电机100的输出效率高。
[0091]
综上，根据本发明的实施例的有益效果为：
[0092]
1.缠绕在每个励磁极114上的每相绕组线圈140单独通电，能够产生不对称的单边磁拉力，使得轴向力增大，更适合于需求较大轴向力的工作环境。
[0093]
2.励磁极114的宽度是辅助极116的宽度或定子轭112的宽度的1.8倍，使磁通路径更短，磁阻更小，更易于降低磁动势。
[0094]
3.开关磁阻电机100采用单相集中绕组，电机匝数减少，且端部绕组较少。
[0095]
在根据本发明的实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在根据本发明的实施例中的具体含义。
[0096]
根据本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述根据本发明的实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对根据本发明的实施例的限制。
[0097]
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于根据本发明的实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0098]
以上仅为根据本发明的实施例的优选实施例而已，并不用于限制根据本发明的实施例，对于本领域的技术人员来说，根据本发明的实施例可以有各种更改和变化。凡在根据本发明的实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在根据本发明的实施例的保护范围之内。