CN106130277A - 一种永磁式开关磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁式开关磁阻电机，包括电机壳（10）、定子铁芯（20）、绕组（30）、转子铁芯（40）、永磁体（50）、电机轴（60），所述一种永磁式开关磁阻电机包含k个定子铁芯（20）和k个转子铁芯（40），每个定子铁芯（20）均只安装1相绕组（30），并通过铁芯凸极错位安装构成相间机械角，相间机械角为360°/nk，并在转子铁芯（40）凸极上安装永磁体（50），所述一种永磁式开关磁阻电机，任一相绕组在电感上升区和电感下降区均能通电工作，在一个通电周期内，各相绕组通电时间可接近整个通电周期的100%，解决了传统开关磁阻电机各相绕组通电利用率低的问题，主要应用在开关磁阻电机领域。

Description

一种永磁式开关磁阻电机
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机领域，尤其涉及一种永磁式开关磁阻电机。
背景技术
目前的开关磁阻电机从工作原理来看，电磁转矩与电流方向无关，只与各相通断顺序有关，开关磁阻电机工作在单方向电流脉冲下，电磁转矩必须在电感上升区域产生，在电感下降区域到来前，必须完成相绕组相间换流，以避免产生制动转矩，由此可见电机各相绕组通电利用率较低，以常用的3相开关磁阻电机为例，在一个通电周期内，各相绕组通电时间可以大于整个通电周期的1/3但不超过整个通电周期的1/2，从而导致开关磁阻电机的功率密度偏低。并且传统观念设计的开关磁阻电机采用一个铁芯上布置多相，为了不间断输出必然需要不间断换相，至少需要两相存在重叠通电区域，由于开关磁阻电机采用的是集中绕组，两相通电产生的是并列磁极，而并列磁极联合工作磁场非常复杂难以准确控制，因此两相通电重叠区域应尽可能少，常稍大于整个通电周期的1/3。与异步电机和永磁电机不同，异步电机和永磁电机采用的是分布绕组，两相通电产生的是共同磁极，共同磁极的两相联合工作磁场相对简单，控制相对容易，因此各相绕组通电时间可以等于整个通电周期的1/2。由此可见，集中绕组的开关磁阻电机应避免两相绕组产生的磁场互相干扰，采用多铁芯布相可以轻易解决此问题。综上所述，设计一种能够提高开关磁阻电机绕组通电利用率的电机，也是急需解决的技术问题。
发明内容
为了改进现有技术的不足，本发明的目的是提供一种永磁式开关磁阻电机，该电机能够提高各相绕组通电利用率，从而提高开关磁阻电机功率密度。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：一种永磁式开关磁阻电机，包括电机壳、定子铁芯、绕组、转子铁芯、永磁体、电机轴，所述一种永磁式开关磁阻电机包含k个定子铁芯和k个转子铁芯，k≥2并为自然数，所述定子铁芯凸极和所述转子铁芯凸极个数相等并且均为n个，n为正偶数，每个所述定子铁芯均只安装1相绕组，并且相邻凸极绕组绕向相反，k个定子铁芯即有k相绕组，一个所述定子铁芯和一个所述转子铁芯对齐为一对并沿着电机轴向成对分布；k个所述转子铁芯凸极对齐安装，k个所述定子铁芯凸极错位安装，并且构成相间机械角，或者k个所述定子铁芯凸极对齐安装，k个所述转子铁芯凸极错位安装，并且构成相间机械角，又或者k个所述定子铁芯凸极和k个所述转子铁芯凸极均错位安装，并且错位角之和构成相间机械角，k相绕组的相间机械角为360°/nk；所述永磁体安装在所述转子铁芯凸极上，并且相邻凸极顶部磁极极性相反。
进一步的，所述转子铁芯凸极顶部设置有矩形凹槽，所述永磁体安装在所述矩形凹槽上。
进一步的，所述一种永磁式开关磁阻电机为内转子电机，k个所述转子铁芯凸极对齐安装在所述电机轴上，k个所述定子铁芯凸极错位安装在所述电机壳上。
进一步的，所述电机轴外圆设置有凹槽，所述转子铁芯内圆设置有凸齿，所述凹槽用于与所述凸齿对齐配合安装，所述电机壳内圆设置有凹槽，所述凹槽夹角＝∣360°/nk＋360°N/n∣，N为整数，所述定子铁芯外圆设置有凸齿，所述凹槽用于与所述凸齿错位配合安装，即可构成k相绕组的相间机械角。
本发明的原理是：所述一种永磁式开关磁阻电机通过铁芯凸极错位安装构成相间机械角，相间机械角为360°/nk，并在转子铁芯凸极上安装永磁体，使转子铁芯凸极具有固定磁极极性，而定子铁芯凸极通过绕组变换电流方向可以变换定子铁芯凸极磁极极性，若在电感上升区，绕组通以正向电流产生正向电磁转矩，则在电感下降区，绕组通以反向电流也可以产生正向电磁转矩，因此，相比传统开关磁阻电机，所述一种永磁式开关磁阻电机，任一相绕组在电感上升区和电感下降区均能通电工作，在一个通电周期内，各相绕组通电时间可接近整个通电周期的100%，各相绕组功率可以叠加，从而提高了开关磁阻电机功率密度。
本发明的有益效果是：开辟了一种永磁式开关磁阻电机，能够提高各相绕组通电利用率，从而提高开关磁阻电机功率密度。
附图说明
图1是本发明实施例的电机安装状态平面示意图。
图2是本发明实施例的铁芯安装状态3D结构示意图。
图3是本发明实施例的电机壳结构平面示意图。
图中标记的含义是： 10.电机壳，11.凹槽，20.定子铁芯，21.凸极，22.凸齿，30.绕组，40.转子铁芯，41.凸极，42.凹槽，43.凸齿，50.永磁体，60.电机轴，61.凹槽。
具体实施方式
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。
在图1、图2、图3所示的施例中，一种永磁式开关磁阻电机，包括电机壳10、定子铁芯20、绕组30、转子铁芯40、永磁体50、电机轴60，所述一种永磁式开关磁阻电机包含2个定子铁芯20和2个转子铁芯40，定子铁芯20凸极21和转子铁芯40凸极41个数相等并且均为6个，每个定子铁芯20均只安装1相绕组30，并且相邻凸极21绕向相反，2个定子铁芯20即有2相绕组，一个定子铁芯20和一个转子铁芯40对齐为一对并沿着电机轴向成对分布；2个转子铁芯40凸极41对齐安装，2个定子铁芯20凸极21错位安装，并且构成相间机械角，2相绕组的相间机械角为360°/nk=30°；图1所示的施例中，其中一定子铁芯20上绕组30定义为A相，另一定子铁芯20上绕组30定义为B相，即A相、B相的相间机械角为30°；永磁体50安装在转子铁芯40凸极41上，并且相邻凸极41顶部磁极极性相反，即分别是S极、N极在径向外侧。
在图1、图2所示的施例中，转子铁芯40凸极41顶部设置有矩形凹槽42，永磁体50安装在矩形凹槽42上。
在图1、图2、图3所示的施例中，所述一种永磁式开关磁阻电机为内转子电机，2个转子铁芯40凸极41对齐安装在电机轴60上，2个定子铁芯20凸极21错位安装在电机壳10上。
在图1、图2、图3所示的施例中，电机轴60外圆设置有凹槽61，转子铁芯40内圆设置有凸齿43，凹槽61用于与凸齿43对齐配合安装，电机壳10内圆设置有凹槽11，凹槽夹角＝∣360°/nk＋360°N/n∣=30°，N=0，定子铁芯20外圆设置有凸齿22，凹槽11用于与凸齿22错位配合安装，即可构成两个定子铁芯两相绕组的相间机械角。
本发明实施例的原理是：所述一种永磁式开关磁阻电机通过2个定子铁芯20凸极21错位安装构成相间机械角，相间机械角为360°/nk=30°，并在转子铁芯40凸极41上安装永磁体50，使转子铁芯40凸极41具有固定磁极极性，而定子铁芯20凸极21通过绕组30变换电流方向可以变换定子铁芯20凸极21磁极极性，若在电感上升区，绕组30通以正向电流产生正向电磁转矩，则在电感下降区，绕组30通以反向电流也可以产生正向电磁转矩，因此，相比传统开关磁阻电机，所述一种永磁式开关磁阻电机，任一相绕组在电感上升区和电感下降区均能通电工作，在一个通电周期内，各相绕组通电时间可接近整个通电周期的100%，各相绕组功率可以叠加，从而提高了开关磁阻电机功率密度。另外传统两相开关磁阻电机是不能任意位置启动的，因此传统开关磁阻电机主要发展的是三相电机，然而实施例中的两相开关磁阻电机很好地解决了此问题，即用两相绕组代替三相绕组解决了任意位置启动的问题，对开关磁阻电机来说是突破性的创新发展。
本发明实施例的有益效果是：开辟了一种永磁式开关磁阻电机，能够提高各相绕组通电利用率，从而提高开关磁阻电机功率密度。
以上所述仅是本发明优选的实施方式的描述，应当指出由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本领域普通的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种永磁式开关磁阻电机，包括电机壳、定子铁芯、绕组、转子铁芯、永磁体、电机轴，其特征在于：所述一种永磁式开关磁阻电机包含k个定子铁芯和k个转子铁芯，k≥2并为自然数，所述定子铁芯凸极和所述转子铁芯凸极个数相等并且均为n个，n为正偶数，每个所述定子铁芯均只安装1相绕组，并且相邻凸极绕组绕向相反，k个定子铁芯即有k相绕组，一个所述定子铁芯和一个所述转子铁芯对齐为一对并沿着电机轴向成对分布；k个所述转子铁芯凸极对齐安装，k个所述定子铁芯凸极错位安装，并且构成相间机械角，或者k个所述定子铁芯凸极对齐安装，k个所述转子铁芯凸极错位安装，并且构成相间机械角，又或者k个所述定子铁芯凸极和k个所述转子铁芯凸极均错位安装，并且错位角之和构成相间机械角，k相绕组的相间机械角为360°/nk；所述永磁体安装在所述转子铁芯凸极上，并且相邻凸极顶部磁极极性相反。
2.根据权利要求1所述的一种永磁式开关磁阻电机，其特征在于：所述转子铁芯凸极顶部设置有矩形凹槽，所述永磁体安装在所述矩形凹槽上。
3.根据权利要求1所述的一种永磁式开关磁阻电机，其特征在于：所述一种永磁式开关磁阻电机为内转子电机，k个所述转子铁芯凸极对齐安装在所述电机轴上，k个所述定子铁芯凸极错位安装在所述电机壳上。
4.根据权利要求3所述的一种永磁式开关磁阻电机，其特征在于：所述电机轴外圆设置有凹槽，所述转子铁芯内圆设置有凸齿，所述凹槽用于与所述凸齿对齐配合安装，所述电机壳内圆设置有凹槽，所述凹槽夹角＝∣360°/nk＋360°N/n∣，N为整数，所述定子铁芯外圆设置有凸齿，所述凹槽用于与所述凸齿错位配合安装。
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