一种轴向磁通磁阻电机的制作方法

1.本实用新型涉及磁阻电机技术领域，特别涉及一种轴向磁通磁阻电机。


背景技术：

2.同步磁阻电机是一种遵循磁阻最小路径闭合原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生磁拉力(即磁阻转矩)驱动电动机旋转的新型的交流电动机。与永磁同步电机相比，同步磁阻电动机的转子上没有永磁体，成本更低，并且无弱磁难和失磁的问题，长期使用，效率更稳定。
3.其中，磁阻电机包括径向磁通电机和轴向磁通电机，在轴向磁通电机中，磁通量方向平行于机器旋转轴，而在径向磁通电机中，磁通量方向是沿转子的径向。
4.磁阻转矩是同步磁阻电机的主要转矩来源，在轴向磁通电机发展中，如何提高磁阻转矩，以增大轴向磁通电机的输出转矩是本技术领域人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种轴向磁通磁阻电机，提高磁阻转矩，以增大轴向磁通电机的输出转矩。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种轴向磁通磁阻电机，其包括：
8.导磁的转子，所述转子上沿周向均匀设置有多个磁障组，且相邻的两个所述磁障组的对称轴为d轴；所述磁障组包括多个沿所述转子的轴向依次设置的磁障，且每个所述磁障组的所述磁障的对称轴重合，并为q轴；相邻的所述磁障之间形成为磁桥，所述磁障和所述磁桥与在此处的磁力线走势相同；
9.定子，所述定子与所述磁障的尾端相对，且所述磁障和所述磁桥为向远离所述定子的方向的突出的u型结构。
10.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述磁障与相邻的所述磁桥的宽度比为0.5-0.6。
11.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述磁障为开设在所述转子上沿所述转子的径向贯穿的u型通孔，且所述磁障的尾端与相邻的所述磁桥通过与所述磁障的尾端相对的所述转子的端面连接。
12.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述磁障的尾端的端面为平面或为向所述转子的端面凸出的弧形面。
13.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述磁障与所述磁桥的周向长度沿所述转子的径向逐渐减小，且所述磁障与所述磁桥在所述转子的内圈上与相邻的所述磁障组的磁障和磁桥之间具有间隙。
14.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述磁障内插接有永磁体。
15.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述磁障为与所述磁桥固定连接，且所述磁
障的导磁性能低于所述转子的导磁性能。
16.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述磁障为树脂件，所述磁障与所述磁桥粘接或卡接。
17.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，与所述定子对应的所述磁障组中的磁障的周向长度由靠近该定子向远离该定子的方向逐渐增大。
18.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述磁桥为与所述磁力线匹配的流线型磁桥，且所述磁障为与所述磁力线匹配的流线型磁障；
19.或，
20.所述磁障为与所述磁力线走势相同的直线型磁障，所述磁桥为与所述磁力线走势相同的直线型磁桥。
21.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述磁障为由三个直线段通孔形成的u型孔，且相邻的所述直线段不连通。
22.优选的，上述的轴向磁通磁阻电机中，所述定子为线圈绕组定子，且所述定子为两组，分布在所述转子的两端，两个所述定子的不同极性磁极相对，所述转子具有两周所述磁障组，每个所述定子对应一周所述磁障组；
23.或，
24.所述定子为环形绕组定子，且为一组，所述定子位于所述转子的轴向中间位置，所述磁障组为两周，并关于所述定子对称布置。
25.本实用新型提供了一种轴向磁通磁阻电机，通过在转子的轴向设置多层的磁障和磁桥，并适应d轴磁力线，使得d轴磁力线能够顺畅通过磁桥，增大了d轴电感，而q轴磁力线很难通过磁障，减小了q轴电感，提高了电机的凸极比，从而提高了输出转矩。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型实施例中公开的流线型磁障的双定子单转子磁阻电机的结构示意图；
28.图2为本实用新型实施例中公开的流线型磁障的双定子单转子磁阻电机的主视图；
29.图3为本实用新型实施例中公开的流线型磁障的双定子单转子磁阻电机的拆解图；
30.图4为本实用新型实施例中公开的流线型磁障的双定子单转子磁阻电机的爆炸图；
31.图5为本实用新型实施例中公开的双定子单转子磁阻电机的流线型磁障转子的结构示意图；
32.图6为本实用新型实施例中公开的双定子单转子磁阻电机的流线型磁障转子的第一角度的主视图；
33.图7为本实用新型实施例中公开的双定子单转子磁阻电机的流线型磁障转子的第二角度的主视图；
34.图8为图7中aa方向的剖视图；
35.图9为本实用新型实施例中公开的流线型磁障的单定子双转子磁阻电机的结构示意图；
36.图10为本实用新型实施例中公开的流线型磁障的单定子双转子磁阻电机的主视图；
37.图11为本实用新型实施例中公开的流线型磁障的单定子双转子磁阻电机的拆解图；
38.图12为本实用新型实施例中公开的流线型磁障的单定子双转子磁阻电机的爆炸图；
39.图13为本实用新型实施例中公开的单定子双转子磁阻电机的流线型磁障转子的主视图；
40.图14为本实用新型实施例中公开的单定子双转子磁阻电机的另一个流线型磁障转子的结构示意图；
41.图15为本实用新型实施例中公开的直线型磁障的双定子单转子磁阻电机的结构示意图；
42.图16为本实用新型实施例中公开的直线型磁障的双定子单转子磁阻电机的主视图；
43.图17为本实用新型实施例中公开的直线型磁障的双定子单转子磁阻电机的拆解图；
44.图18为本实用新型实施例中公开的双定子单转子磁阻电机的直线型磁障转子的主视图；
45.图19为本实用新型实施例中公开的直线型磁障的单定子双转子磁阻电机的结构示意图；
46.图20为本实用新型实施例中公开的直线型磁障的单定子双转子磁阻电机的主视图；
47.图21为本实用新型实施例中公开的直线型磁障的单定子双转子磁阻电机的爆炸图；
48.其中，
49.1为转子、11为磁障、12为磁桥；
50.2为定子、21为定子铁芯、22为线圈绕组、23为环形绕组、24为永磁体件。
具体实施方式
51.本实用新型公开了一种轴向磁通磁阻电机，提高磁阻转矩，以增大轴向磁通电机的输出转矩。
52.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。
53.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
54.如图1-图21所示，本实用新型公开了一种轴向磁通磁阻电机，包括转子 1和定子2。其中，该转子1上沿周向均匀设置有多个磁障组，并限定相邻的两个磁障组的对称轴为d轴，具体的磁障组包括多个沿转子1的轴向依次设置的磁障11。且每个磁障组的磁障11的对称轴重合，并为q轴，相邻的磁障 11之间形成磁桥12。磁障11和磁桥12与此处的磁力线走势相同。而上述的定子2安装时需要与磁障11的尾端相对，并且磁障11和磁桥12为向远离定子2的方向突出的u型结构，以匹配定子2在d轴产生的磁力线的走势。
55.此处需要说明的是，d轴为使得定子2磁链最大的轴线位置，而q轴为超前d轴90
°
电角度的轴线位置。为了便于区分，本技术文件中定义相邻的两个d轴中一者为正d轴，磁力线由此处流出，而另一者为负d轴，磁力线流回的位置，磁桥12和磁障11的走势与此处的磁力线走势相同。
56.由于磁障11的形状与磁力线的走势相同，因此，上述的磁障11和磁桥 12的形状均为弯折的形状，具体为向远离定子2的方向突出，即磁障11和磁桥12均为u型结构，并且沿轴向上的开口朝向定子2。
57.本技术的核心在于，在导磁材料制作的转子1上沿周向设置多个磁障组，而每组磁障组的磁障11均沿转子1的轴向设置。仅向定子2通入d轴电流，会产生由正d轴向负d轴的磁力线。如此当磁力线由正d轴流向相邻的负d 轴时，由于磁桥12和磁障11与此处的磁力线走势相同，使得d轴磁阻最小，因此，磁力线能够顺畅沿磁桥12通过；而当磁力线由正q轴流向相邻的负q 轴时，由正q轴向负q轴流向的磁力线需要穿过磁障组的磁障11，使得磁阻很大。综上，本方案中的d轴和q轴的磁阻不同，并且能够使得凸极比增大，因此，会产生更大的磁力转矩。
58.综上，本实用新型中的轴向磁通磁阻电机，通过在转子1的轴向设置多层的磁障11和磁桥12，并适应d轴磁力线，使得d轴磁力线能够顺畅通过磁桥12，增大了d轴电感，而q轴磁力线很难通过磁障11，减小了q轴电感，提高了电机的凸极比，从而提高了输出转矩。
59.此外，通过在轴向磁通电机的转子1中设置不同形状的磁障11，可使转子1不需要永磁体，提高了转子1的结构强度，使得电机可以在高速下稳定运行。
60.在具体应用中，可将上述的磁障11与相邻的磁桥12的宽度比设置为 0.5-0.6，即该电机的磁障11与磁桥12的隔离系数为0.5-0.6。在实际中，相邻的磁障11之间形成磁桥12，以使磁力线顺畅通过。对于隔离系数的具体数值可根据不同的需要设置，且均在保护范围内。
61.对于电机的极数等于d轴(保证正d轴和负d轴)的数量，本技术实施例中示出的电机极数均为四个，即沿周向的每周上设置四组磁障组。而每组磁障组的磁障11的数量可不固定，本实用新型实施例中示出的每组磁障组的磁障11的数量均为三个，当然，在其他实施例中还可为其他数量的磁障11。
62.结合附图1-图21所示，重点参照图8所示内容，上述的磁障11为开设在转子1上沿转子1的径向贯穿的通孔，即为在转子1上挖取一部分空间形成空气磁障。为了保证转子1的
完整性，并形成磁桥12结构，在对磁障11 进行挖取时，在轴向上磁障11与转子1的端面不连通，即在轴向上磁障11 为盲孔，使磁障11的尾端与相邻的磁桥12通过与磁障11尾端相对的转子1 的端面连接，即转子1端面连接磁障11与相邻的磁桥12。
63.还可简单理解为，在转子1上挖设径向上贯穿而轴向上不贯穿的通孔，从而使得相邻的通孔之间的转子铁芯的材料部分形成磁桥12。
64.由于空气的磁阻的很大，磁力线很难通过，因此，可对q轴产生的磁力线产生很大的磁阻，使得减小q轴的电感，有利于增大磁阻转矩。
65.结合图6和图13所示，上述的磁障11的尾端的端面为平面，此外，在其他实施例中还可将上述的磁障11的尾端设置为向转子1的端面凸出的弧形面。对于磁障11的尾端的具体形状可在实际中根据需求选定。此外，对于磁障11的尾端距离转子1端面的距离在此也不限定。
66.对于盘式电机而言，转子1为圆柱型结构，由于外圈的周长会大于内圈的周长，在转子1上沿径向开设通孔时，需要保证通孔的周向长度沿转子1 的径向方向逐渐减小，以避免周向上的通孔在转子1的内圈上会重叠，而影响转子1内圈的一体性。结合上述分析，在开设磁障11的过程中，需要将磁桥12和磁障11的周向长度设置为沿转子1的径向逐渐减小，并保证磁障11 与磁桥12在转子1的内圈上与相邻的磁障组的磁障11和磁桥12之间具有间隙，即相邻磁障组的磁障11之间不连通。
67.对于磁障11在转子1的内圈上的周向长度可根据不同需要设置，且均在保护范围内。此外，对于磁障11的周向长度以及磁桥12的周向长度也可结合磁力线的走势设置，在此不做具体限定。
68.在实际应用中，可在磁障11内插接一些永磁体件24，如图21所示，以产生永磁磁力线，从而产生永磁转矩。利用永磁体件24进行辅助，可提高电机性能表现。具体的，可选取性能较差，成本低廉的永磁体，如此可在提高电机性能的同时不会大幅增加成本。
69.另一实施方式中，还可将磁障11设置为非导磁件，在此说明，本技术中的非导磁件的导磁性能低于转子1的导磁性能，例如可为树脂件等。在生产中，可将非导磁的磁障11固定在转子1上，并在相邻的磁障11之间形成磁桥12，即磁障11与磁桥12为固定连接，优选的，可采用粘接或卡接等连接方式实现磁障11与磁桥12的连接。
70.采用上述设置可取消磁障11尾端与转子1的端面的连接，即不需要在转子1上开设通孔，从而不存在转子1一体性的问题，而是在转子1上固定一些非导磁材料，从而形成磁障11，可进一步提高q轴磁阻。
71.通过取消磁障11尾端与转子1的端面的连接，即可使磁障11尾端直接连接至转子1的端面，从而可取消因磁障尾端处的转子材料导致的q轴磁力线与d轴磁路交叉耦合的问题，进而可提高凸极比。
72.需要保证的是，不论是开设通孔形成空气磁障的方式还是增加非导磁材料而形成非导磁磁障的方式，都需要保证所有的磁障11以及磁桥12都沿磁力线走势布置即可。
73.从附图中可以看出，本实用新型保护的电机可为单定子电机或双定子电机，但是，不论是单定子还是双定子，在转子1上都有与定子2匹配的磁障组。需要说明的是，与定子2对应的磁障组中的磁障11的周向长度由靠近该定子2的一侧向远离该定子的一侧的方向逐渐增大。以图1-图4为例，对于双定子单转子电机而沿，转子1的两端分别设置有磁障组，并
且每端的磁障组对应一个定子2。磁障组的磁障11的周向长度沿转子1的端部向中间部分的方向逐渐增大。
74.同理，对于图9-图12所示为单定子双转子电机，定子2位于中间，即该定子2对应两个转子1，则每个转子1的磁障组的磁障11的周向长度也均为由靠近定子2向远离定子2的方向逐渐增大。
75.此外，在实际应用中，为了顺应磁力线的走势，并提高d轴电感，使得电机的d轴电感大于q轴电感，以提高电机的凸极比，从而提高输出转矩，在图1-图14所示实施例中，将磁桥12和磁障11均设置为流线型结构。具体的，磁桥12为与磁力线匹配的弧形磁桥，相应的，磁障11为与磁力线匹配的弧形磁障。
76.需要说明的是，本技术文件中涉及到的匹配为形状相同。
77.另外，为了方便加工，还可将上述的磁障11和磁桥12均设置为直线型，例如图15-图21所示。在实际中，可根据磁力线的走势，将磁障11设置为弯折的直线型，相较于流线型的磁障11，可简化加工，降低加工成本。相应的，磁桥12也为弯折的直线型。
78.结合图15-图18所示，磁障11和磁桥12可为连续的直线型结构，即磁障11为整体加工的u型通孔，相应的，磁桥12为整体的u型结构。
79.此外，在图19-图21中示出，磁桥12和磁障11还可为不连续的直线型结构，即为多个直线段拼接成的结构。具体的，磁障11可为三个不连通的直线段通孔拼凑成的u型孔，采用此种设置方式可进一步简化加工该过程，降低生产成本。具体的，磁障11包括三个直线段通孔，分别为第一段、第二段和第三段，其中，第二段为与转子1端面平行的直线段，而第一段和第三段关于第二段对称布置，且第一段和第三段均为向远离对方的方向倾斜，如此，形成u型孔。
80.结合图21所示，设置为不连续的直线型结构，可便于在磁障11内插设永磁体件24。优选的，可将永磁体件24插设在上述第二段内，对于永磁体件 24的具体尺寸可与第二段的尺寸相同。为了防止永磁体件24在转子转动过程中从第二段内脱离，可将永磁体件24与第二段过盈配合，或采用粘接等连接方式实现固定连接。
81.下面结合具体电机进行说明：
82.图1-图8示出的是双定子单转子电机，其中，定子2包括定子铁芯21和绕设在定子铁芯21上的线圈绕组22，具体的，两个定子2分别与转子1的两端相对。在实际中，两个定子2有两种排布方式，第一种为：两个定子2的绕组排布及通电方式完全相同，两个定子2产生的磁力线一部分为平行于磁阻电机的转轴，另一部分沿着磁桥12的方向；第二种为：在绕组排布及通电方式完全平面对称的基础上，其中一个定子2旋转180
°
电角度(电角度等于机械角度乘以极对数)，定子2产生的磁力线全部沿着磁桥12的方向。
83.而图15-图18示出的双定子单转子电机与上述的双定子单转子电机的区别仅在于转子的磁障11为直线型磁障。
84.图9-图14示出的是单定子双转子电机，并且定子2位于两个转子1的中间，并在两个转子1上均设置了磁障组，需要保证的是，两个转子1上的磁障11的开口均朝向定子2，即磁障11向远离定子2的方向凸出。此实施例中的定子2包括定子铁芯21和安装在定子铁芯21上的环形绕组23。此定子2 仅通入d轴电流后会产生由正d流向负d轴的磁力线。转子1上设置的磁障 11和磁桥12与磁力线匹配。
85.而图19-图21示出的单定子双转子电机与上述的单定子双转子电机的区别在于，磁障11为直线型磁障。
86.需要说明的是，不论是单定子双转子电机还是双定子单转子电机，且不论是流线型磁障还是直线型磁障都可设置永磁体件24。
87.如本实用新型和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
88.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
89.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。