一种异形开关磁阻电机及工具机头的制作方法

1.本实用新型涉及电机领域，具体是涉及一种开关磁阻电机。


背景技术：

2.开关磁阻电机是一种双凸极结构的电机，主要原材料为硅钢片和金属铜，与传统电动机的工作原理不同，开关磁阻电机不需要使用永磁体，包括定子和转子，其中，转子齿上并没有环绕线圈，因此其并不是通过通电导线在磁场中的受力来推动转子转动的，而是利用磁阻最小原理，靠定子齿与转子齿两者齿极之间的吸引力来拉动转子旋转的。其线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，具有结构简单，价格低廉的优点，而且可以完全避免永磁体退磁对电机性能带来的负面影响，在家电、航空航天、电动汽车等领域具有广阔的应用前景。
3.现有技术中的开关磁阻电机截面图如附图1所示，该电机为三相6/4磁阻电机，包括定子1、转子2、绕组3和旋转轴4，其整体的外轮廓呈圆形，将其具体应用于某些设备时，设备的外壳大小以及特定的功能需求要该开关磁阻电机的外径应当限制在某个特定的取值范围内，如角磨、切割机等设备，其在使用时，对切片或者磨片的切割深度有一定的要求，因此，当采用直驱开关磁阻电机驱动时，要求电机的轴中心和某个单边（如底部）的距离要与相应的切割深度相匹配，这无疑进一步限制了现有技术中的圆形开关磁阻电机的外径。为了达到符合需求的输出功率，这时往往需要增加电机的叠厚，电机叠厚的增大又将增大铜、铁用量，提高电机成本，且此时，还存在着设备内部的空间利用率过低的问题，此外，电机叠厚的增大会限制使用场合。


技术实现要素：

4.基于现有技术的不足，本实用新型设计了一种异形开关磁阻电机，可有效利用空间，既可提高电机的效率，又在满足输出功率要求的同时降低了电机的叠厚。
5.一方面，提供了一种异形开关磁阻电机，其包括：
6.包括定子、转子、绕组和旋转轴，所述绕组设置在所述定子上，所述转子与所述旋转轴固定连接；
7.其中，所述定子包括定子轭，所述定子轭与所述旋转轴正交的截面由第一轮廓线和第二轮廓线封闭而成；所述第二轮廓线呈圆弧状，且所述第二轮廓线的圆弧度数为90
°
~270
°
。
8.在其他优化的技术方案中，所述开关磁阻电机的相数为单相、两相或者两相以上中的任一种。
9.在其他优化的技术方案中，所述定子轭沿周向在所述第二轮廓线上设置若干定子齿，所述绕组设置在所述定子齿上。
10.在其他优化的技术方案中，所述转子包括转子轭，以及沿所述转子轭周向设置的若干转子齿，所述转子轭与所述旋转轴固定连接。
11.在其他优化的技术方案中，所述定子齿沿所述第二轮廓线的周向等间隔分布设置，相邻的所述定子齿之间形成定子槽；所述转子齿沿所述转子轭的周向等间隔设置，相邻的所述转子齿之间形成转子槽；
12.其中，所述定子槽的槽深大于所述转子槽的槽深。
13.在其他优化的技术方案中，所述开关磁阻电机还包括第一气隙和第二气隙；
14.当所述定子齿与所述转子齿相对时，所述定子齿表面与相对的所述转子齿表面之间形成的间隙为所述第一气隙；当所述定子齿与所述转子齿错开时，所述定子齿表面与相对的所述转子槽底部之间形成的间隙为所述第二气隙；
15.其中，所述第二气隙的间隙高度不小于所述第一气隙间隙高度的20倍。
16.在其他优化的技术方案中，所述第二轮廓线的圆弧度数为120
°
~240
°
。
17.在其他优化的技术方案中，所述开关磁阻电机为内转子、外转子、盘式、直线式或滚动转子结构中的任一种。
18.另一方面，提供了一种工具机头，其包括：
19.主轴和壳体；
20.所述主轴上固定有驱动组件和机件；所述壳体以所述主轴为轴线区段式构成驱动外壳和机件罩，所述驱动外壳上垂直于所述主轴的方向设置安装端口；所述驱动组件布置于所述驱动外壳的内部，所述机件被所述机件罩环绕；
21.其中，所述驱动组件为上述任一技术方案中所述的异形开关磁阻电机。
22.本实用新型的有益效果是：
23.相较于现有的截面为圆环的定子轭，本实用新型的开关磁阻电机采用两端不封闭的定子轭，并进一步限定了该定子轭设置定子齿一侧的轮廓线形状以及该轮廓线对应的圆弧度数，从而得到了本实用新型要保护的异形开关磁阻电机，该电机在使用过程中，可以有效利用空间，并具有高输出功率和高效率的优点，可以在满足输出功率要求的同时降低电机的叠厚。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为现有技术中的6定子齿4转子齿开关磁阻电机的截面结构示意图；
26.图2为实施例1中的6定子齿10转子齿异形开关磁阻电机的截面结构示意图；
27.图3为实施例1中的6定子齿6转子齿异形开关磁阻电机的截面结构示意图；
28.图4为实施例1中的12定子齿12转子齿异形开关磁阻电机的截面结构示意图；
29.图5为实施例2中的6定子齿10转子齿异形开关磁阻电机的截面结构示意图。
30.附图标记说明：
31.1—定子，2—转子，3—绕组，4—旋转轴，11—定子轭，111—第一轮廓线，112—第二轮廓线，12—定子齿，13—定子槽，21—转子轭，22—转子齿，23—转子槽，51—第一气隙，52—第二气隙。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，“第一”“第二”等描述仅仅用于描述目的，不应当理解为其指示或隐含指示所限定的技术特征的数量。本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
) 仅用于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定状态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。在本实用新型的描述中，“若干”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.开关磁阻电机（以下简称sr电机）是实现机电能量转换的部件，如附图1所示，是现有技术中常见的一种三相6/4（包括6定子齿4转子齿）sr电机的截面结构示意图，其截面呈圆形，包括定子1，转子2，绕组3和旋转轴4，其中，定子1和转子2可由硅钢片叠压而成，叠压的厚度称为叠厚。更具体地，该定子1包括定子轭11和定子齿12，转子2包括转子轭21和转子齿22，将该sr电机应用于角磨机中时，由于对切片的切割深度有一定的要求，因此，要求该sr电机的旋转轴4的中心距离定子轭11底部要保持一定的距离，这间接限制了旋转轴4的中心到某个单边（如底部）的距离，进而限制了该圆形sr电机的外径大小，如附图1所示，该sr电机的外径为20mm，此时，如要满足预期的功率要求，则需要增加sr电机的叠厚。虽然该方法可以提高该sr电机的输出转矩，然而却会导致转矩波动系数增大，而绕组电流峰值基本保持不变。且sr电机叠厚的增加又将会增大铜、铁用量，提高sr电机的生产成本。
35.实施例1：
36.如附图2所示，为本实用新型提供的一种异形开关磁阻电机（以下简称异形sr电机）的实施方式之一。
37.在本实施例中，提供的异形sr电机包括定子1、转子2、绕组3和旋转轴4。该定子1、转子2是通过沿旋转轴4方向堆叠多个钢片所形成，具有一定的厚度，定子1与转子2之间保持很小的缝隙，转子2可在定子1内自由转动。上述绕组3由环绕在定子1上的线圈构成，向该异形sr电机提供工作磁场。
38.上述定子1包括定子轭11，该定子轭11与上述旋转轴4正交的截面由第一轮廓线111和第二轮廓线112封闭而成；其中，该第二轮廓线112呈圆弧状，且该第二轮廓线112的圆弧度数α为180
°
。定子轭11沿周向在该第二轮廓线112上设置若干定子齿12，绕组3设置在该定子齿12上。更具体的描述：在本实施例中，定子轭11与旋转轴4正交的截面形状为扇环，第一轮廓线111包括该扇环的外圆弧线与两条连接内外圆弧线的直线连接线，第二轮廓线112为该扇环的内圆弧线。相较于现有技术中的电机形状设计（参见附图1），本实施例中的这种异形sr电机，能够有效利用空间，同时在既定的安装空间内，增大了定子1的外径，有利于提高输出转矩，从而提高电机的输出功率。通过设计这种较大的定子外径，也可以降低电流峰值，降低电机的铜耗，从而提高电机的效率，也能够较大程度地减小转矩波动。
39.上述转子2包括转子轭21，以及沿该转子轭21周向设置的若干转子齿22，该转子轭21与旋转轴4通过嵌合的方式固定，且转子轭所在的圆形区域的圆心与旋转轴的轴心重合。
40.继续参照附图2，在本实施例中，该异形sr电机为三相结构的电机，包括六个沿第二轮廓线112的周向等间隔设置的定子齿12和十个沿转子轭21的周向等间隔设置的转子齿22。相邻的每个定子齿12之间形成定子槽13，相邻的每个转子齿22之间形成转子槽23，且上述定子槽13的槽深大于转子槽23的槽深。定子槽13的槽深设计的比较大，可以为绕组3提供尽可能大的卷绕空间，从而得到较大的绕组线圈截面，有利于减小该异形sr电机的铜损耗。
41.一般在具体的应用场景中，安装该异形sr电机的尺寸空间已经给定，此时绕组3的有效卷绕空间也是一定的，因此，在其他优化的实施例中，在保证额定输出功率且绕组空间允许的情况下，每组绕组3的线圈匝数可适当加密，此时，匝数越多，绕组线圈中通过的电流的峰值越小，对降低开关管的伏安容量有利，同时由于sr电机的铜耗正比于电流有效值的平方，因此，本实施例中的异形sr电机设计方案，也可以显著降低该电机的铜耗，从而提高电机的效率。
42.在其他优选的实施例中，该异形sr电机的相数，也可以依照具体的应用需求灵活设计，如设计成单相、两相、三相、四相及多相等不同相数的结构，也可以灵活设计成每极单齿结构、每极多齿等结构。
43.在其他优选的实施例中，电机的结构可以设计为内转子、外转子结构，且所述转子与所述旋转轴同轴固定连接；也可以设计为盘式结构、直线式结构或者滚动转子结构等。
44.进一步的设计，在本实施例中，该异形sr电机还包括第一气隙51和第二气隙52；继续参照附图2可知，当定子齿12与转子齿22相对时，该定子齿12表面与相对的转子齿22表面之间形成的间隙为上述第一气隙51；当定子齿12与转子齿22错开时，该定子齿12表面与相对的转子槽底部之间形成的间隙为上述第二气隙52；且第二气隙52的间隙高度设计不低于该第一气隙51的间隙高度的20倍。其中，第一气隙51的大小会影响电机的最大电感值；第二气隙52的大小会影响电机的最小电感值。在本实施例中，为了满足电机可靠运行的要求，第一气隙51的取值不小于0.25mm，第二气隙52的取值可在第一气隙51的间隙高度的30倍左右调节，一则有利于提高电机的输出功率，二则适当控制第二气隙52的大小，便于设计满足电机运行要求的轴径和转子轭21的轭高。
45.本实施例中的异形sr电机，可以应用于角磨机或切割机等工具机头中。以角磨机为例，本实施例中的工具机头包括主轴和壳体；该主轴上固定有驱动组件和机件；该壳体以主轴为轴线区段式构成驱动外壳和机件罩，上述驱动外壳上垂直于主轴的方向设置安装端口；驱动组件布置于驱动外壳的内部，该机件被机件罩环绕；其中，驱动组件即为本实用新型任一实施例中提供的异形sr电机。
46.该角磨机对所安装的驱动组件的要求如附图2所示，要求该驱动组件，即本实施例中的异形sr电机的旋转轴4的中心距离该驱动外壳至少20 mm。若采用附图1中的现有sr电机，则定子1的外径必然不大于20 mm，但采用本实施例的异形sr电机，如附图2所示，可更有效地利用驱动外壳内部的空间，并显著增大定子1的外径。
47.将本实施例提供的异形开关磁阻电机（参见附图2）与现有技术中的传统开关磁阻电机（参见附图1）分别安装在上述角磨机中，进行性能测试，测试过程中，设定输入功率为400w，电机转速为8000rpm，得到相应的测试结果对比如下表： 电机转矩（n
·
m)转速（rpm)输出功率（w)效率（%）异形开关磁阻电机0.38800032080
传统开关磁阻电机0.17800014636.5
48.可见，本实施例提供的异形开关磁阻电机表现出显著的优异性能，在不增加电机叠厚的前提下，能够保持高输出转矩、高输出功率和高效率。
49.在其他优选的实施例中，参见附图3，该异形sr电机设计为三相结构，包括六个等间隔设置的定子齿12和六个等间隔设置的转子齿22。且定子轭11与旋转轴4正交的截面形状为扇环，且该扇环内圆弧所对应的圆心角的角度α为240
°
。
50.在其他优选的实施例中，参见附图4，该异形sr电机设计为三相结构，包括十二个等间隔设置的定子齿12和十二个等间隔设置的转子齿22。且定子轭11与旋转轴4正交的截面形状为扇环，且该扇环内圆弧所对应的圆心角的角度为240
°
。
51.实施例2：
52.在实施例1的基础上，本实施例提供了另一种结构的异形sr电机。
53.参见附图5，该异形sr电机设计为三相结构，包括六个等间隔设置的定子齿12和十个等间隔设置的转子齿22，该定子轭11与上述旋转轴4正交的截面由第一轮廓线111和第二轮廓线112封闭而成，且定子轭11的外轮廓为方形结构，内轮廓即所述第二轮廓线112为圆弧状，且该圆弧所对应的圆心角的角度α为180
°
。该结构的异形sr电机可适用于驱动组件的安装空间为方形的应用场景，且该设计下的定子轭11的平均轭高较高，有利于防止轭部铁心出现最大磁通密度时出现过饱和现象，其他结构设计同实施例1。需要说明的是，实际应用中，根据异形sr电机所适用的驱动组件的安装空间形状不同，所述定子轭11的外轮廓即所述第一轮廓线111可以适应性的构造为不同形状或结构，包括但不限于本说明书实施例中所描述的圆弧形或方形。
54.在其他优选的实施例中，也可以根据实际的应用场景，在保证电机满足工作要求的前提下，将定子轭的外轮廓设计为其他形状，以能够有效利用空间，同时扩增定子外径，提高电机的输出功率为准。
55.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的技术构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的各种等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型权利要求书中所定义的范围。