CN106998106A - 磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁阻电机，所述定子由软磁材料制成，所述定子包括3Nr个磁芯组，其中Nr为大于等于1的自然数，所述3Nr个磁芯组绕所述转轴均匀分布；所述磁芯组包括二个第一磁芯和一个第二磁芯，这种磁阻电机改变了以往磁路的形态，定子凸极与转子凸极形成路程较短的磁路，一个电磁线圈可以产生多个磁路，从而减小磁路长度，增加磁路横截面的面积，降低磁阻，达到提高扭矩和工作效率的目的；每通一相电，转子转动的幅度极小，充分利用励磁功率，电能转换成动能的效率极高。

Description

磁阻电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种磁阻电机。

背景技术

磁阻电机是一种连续运行的电气传动装置，其结构及工作原理与传统的交、直流电动机有很大的区别。它不依靠定、转子绕组电流所产生磁场的相互作用而产生转矩，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩，所谓“磁阻最小原理”，即：“磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，从而产生磁拉力，进而形成磁阻性质的电磁转矩”和“磁力线具有力图缩短磁通路径以减小磁阻和增大磁导的本性”。磁阻电机的效率和扭矩取决于磁阻的大小，磁阻由磁路的几何形状、尺寸、材料的磁特性等因素决定，一段磁路上的磁阻定义为Rm=Um/Φ，Um为磁路两端的磁位差，Φ为磁路横截面上的磁通量，磁阻还可以被定义为Rm=l/（μA），其中l为磁路的长度，A为磁路的横截面的面积，μ等于真空磁导率，所以为了提高扭矩和电机效率，可以增加磁路的数量和磁路横截面上的磁通量，而为了增加磁通量可以增加磁导率高的永磁材料，也可以增大磁路的横截面面积，但是如果增加磁路的横截面面积就势必要将电机的尺寸做大，电机的尺寸受到应用环境的限制，所以这并不是很好的选择；公开号为CN1560987，公开日为2005.01.05的中国专利公开了一种混合励磁开关磁阻电机，由定子、转子、激励绕组、永磁体组成；定子是导磁材料制成的圆柱套，其内圆柱面上开有多个宽槽和窄槽；转子是导磁材料制成的圆柱体，转子的外圆柱面上均匀开有多个槽；永磁体镶嵌在每个宽槽中，永磁体的N极和S极分别连接宽槽的两个竖壁面上；定子中的每个极身的根部上都绕有激励绕组，定子套在转子的外侧，并使定子的内圆柱面与转子的外圆柱面之间设有气隙，它的工作原理是：当电磁绕组不通电时，永磁体的磁力线不通过气隙，而是通过定子的极身、轭部闭合；当电磁绕组通有电流时，其电励磁磁力线的路径与永磁体4的磁力线路径形成并联磁路，两个磁场通过气隙、转子形成磁通回路。它利用永磁体增加磁路的数量，而永磁体的磁力线与电励磁磁力线配合，增加磁通量，从而提高扭矩，这种混合励磁开关磁阻电机在一定程度上提高了扭矩和工作效率，但受到永磁体磁导率的限制，提高的幅度有限，所以本发明从其它角度出发，对磁阻电机的结构重新设计，降低电机的磁阻，提高扭矩和工作效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明的目的是提供一种具有新型结构的磁阻电机，提高扭矩和工作效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磁阻电机，包括：

转轴；

定子，所述定子由软磁材料制成，所述定子包括3Nr个磁芯组，其中Nr为大于等于1的自然数，所述3Nr个磁芯组绕所述转轴均匀分布；所述磁芯组包括二个第一磁芯和一个第二磁芯，其中，所述第二磁芯位于所述二个第一磁芯之间并与它们相连，所述第一磁芯的外壁具有Ns个径向凸起的定子凸极，其中Ns为大于等于1的自然数，所有所述定子凸极的顶部在同一圆柱的侧面上，此圆柱与所述转轴同轴；所述第二磁芯上设置有电磁绕组，所述电磁绕组的绕向与所述转轴的轴线共面；

转子，所述转子是由软磁材料制成的中空圆柱体，所述转子套于所述定子外并与所述转轴同轴固定，所述转子的内壁上具有沿周向均布的Nr*（6Ns+1）个转子凸极，所述转子凸极的弧度等于定子凸极的弧度，相邻两个所述转子凸极间的第一凹槽的弧度等于所述磁芯组中相邻二个所述定子凸极间的第二凹槽的弧度；

轴承座，所述轴承座与所述定子固定连接，所述轴承座具有轴承室，所述轴承室中设置有轴承，所述轴承的内圈与所述转轴配合，所述转轴与转子同轴固定。

一种磁芯组的结构，所述第一磁芯具有夹持面，在每个所述磁芯组中，所述第二磁芯的两侧与二个所述第一磁芯的夹持面贴合。

作为优选，所述夹持面包括相连的第一平面和第二平面，在每个所述磁芯组中，二个所述第一磁芯的第一平面相对并且二个所述第一平面的间距在径向上从内至外渐小，二个所述第一磁芯的第二平面相对并且二个所述第二平面的间距在径向上从外至内渐小。

作为优选，所述第二磁芯的外壁为向内凹陷的外弧面，所述第二磁芯的内壁为向外凹陷的内弧面，所述电磁绕组嵌入所述外弧面和内弧面中。

作为优选，相邻二个所述磁芯组的二个相邻的第一磁芯连为一体。

另一种磁芯组的结构，在每个所述磁芯组中，所述第二磁芯与二个所述第一磁芯连为一体。

作为优选，相邻二个所述定子凸极之间填充有第一填充部，相邻二个所述转子凸极之间填充有第二填充部，所述轴承座、第一填充部和第二填充部均由非导电且非导磁材料制成。

作为优选，所述Nr=2，Ns=3。

作为优选，所述定子凸极的顶部所在圆柱的直径略小于转子凸极的顶部所在圆柱的直径。

作为优选，所述转子凸极的弧度等于第一凹槽的弧度。

本发明的有益效果是，这种磁阻电机改变了以往磁路的形态，定子凸极与转子凸极形成路程较短的磁路，一个电磁线圈可以产生多个磁路，从而减小磁路长度，增加磁路横截面的面积，降低磁阻，达到提高扭矩和工作效率的目的；每通一相电，转子转动的幅度极小，充分利用励磁功率，电能转换成动能的效率极高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的磁阻电机的实施例1的***结构示意图。

图2是本发明的磁阻电机的实施例1的局部结构示意图。

图3是本发明的磁阻电机的实施例1的局部结构示意图。

图4是本发明的磁阻电机的实施例1的局部结构示意图。

图5是现有的磁阻电机的磁路形态和分布情况。

图6是本发明的磁阻电机的实施例1的磁路形态和分布情况。

图7是本发明的磁阻电机的实施例2的局部结构示意图。

图中1、转轴，2、定子，4、转子，5、罩壳，301、第一磁芯，302、第二磁芯，303、第一平面，304、第二平面，305、外弧面，306、内弧面，307、定子凸极，308、第一填充部，401、转子凸极。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1~4所示，本发明提供了一种磁阻电机的实施例1，包括：

转轴1；

定子2，定子2由软磁材料制成，软磁材料可以是常用的硅钢，也可以是具有高导磁的铁氧体、非晶体材料等等；定子2包括3Nr个磁芯组，其中Nr为大于等于1的自然数，表示磁芯组的数量为3个、6个、9个、12个……3Nr个磁芯组绕转轴1均匀分布；磁芯组包括二个第一磁芯301和一个第二磁芯302，其中，第二磁芯302位于二个第一磁芯301之间并与它们相连，在此实施例中，第一磁芯301具有夹持面，夹持面包括相连的第一平面303和第二平面304，在每个磁芯组中，二个第一磁芯301的第一平面303相对并且二个第一平面303的间距在径向上从内至外渐小，二个第一磁芯301的第二平面304相对并且二个第二平面304的间距在径向上从外至内渐小，第二磁芯302的两侧也为平面，分别与二个第一平面303贴合，从而对第二磁芯302的两侧进行限位，由于二个第一磁芯301的第一平面303的间距从内至外渐小，第二磁芯302无法在径向上向外移动，二个第一磁芯301的第二平面304从外至内渐小，第二磁芯302无法在径向上向内移动，从而在径向上对第二磁芯302进行限位；此实施例中的夹持面还可以是圆弧面，第二磁芯302的侧面相应调整为与夹持面相配的圆弧面，从而实现对第二磁芯302的限位，夹持面还可以改为较深的凹槽，第二磁芯302的两端嵌入凹槽中，也可以实现对第二磁芯302的限位；由此可知，对于第二磁芯302的限位结构不局限于上述三种。

第二磁芯302上设置有电磁绕组（未示出），电磁绕组的绕向与转轴1的轴线共面，为了方便绕线，第二磁芯302的外壁为向内凹陷的外弧面305，第二磁芯302的内壁为向外凹陷的内弧面306，电磁绕组嵌入外弧面305和内弧面306中。第二磁芯302与第一磁芯301的分体结构，目的是先在第二磁芯302上绕线，然后再插到两个第一磁芯301之间，这样对于大体积的这种磁阻电机，绕线时较为省力，如果是一体结构，磁芯组的重量和体积太大，绕线时非常费力。

第一磁芯301的外壁具有Ns个径向凸起的定子凸极307，其中Ns为大于等于1的自然数，表示每个第一磁芯301上的定子凸极307的数量为1个、2个、3个、4个……在此实施例中，Nr为2，Ns为3。所有定子凸极307的顶部在同一圆柱的侧面上，此圆柱与转轴1同轴；

转子4，转子4是由软磁材料制成的中空圆柱体，转子4内套于钢制罩壳5中并与之固定，转子4套于定子2外并与转轴1同轴固定，转子4的内壁上具有沿周向均布的38个转子凸极401，定子凸极307和转子凸极401均为扇环，转子凸极401的弧度等于定子凸极307的弧度，相邻两个转子凸极401之间的第一凹槽的形状为扇环，或者是在扇环形的基础上第一凹槽的底部略作变形，相邻二个定子凸极307之间也具有与第一凹槽相似的第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽的弧度相等，转子凸极401的弧度等于第一凹槽的弧度。通过这样的结构，使定子凸极和转子凸极之间相对的面积最大，使短磁路的横截面的面积最大，从而进一步提高扭矩和电机的效率。

轴承座，轴承座与定子2固定连接，轴承座具有轴承室，轴承室中设置有轴承（未示出），轴承的内圈与转轴1配合，转轴1通过罩壳5与转子4同轴固定。

如图5所示，是现有的磁阻电机的磁路形态和分布情况；

如图6所示，是这种磁阻电机通电时形成的磁路形态和分布情况，在一个磁芯组中，当第二磁芯302上通电时，二个第一磁芯301上的6个定子凸极307和转子4上的6个转子凸极401形成3组磁路，与现有磁阻电机径向贯穿整个电机的磁路相比，本发明的磁阻电机所形成的的磁路只形成在第二磁芯302、定子凸极307、转子凸极401和它们之间的磁隙中，磁路的长度大大的缩短，原来一个绕组形成的是一条长磁路，现在一个绕组形成的是多个短磁路，而且多个磁路的横截面积累计要比原先一条磁路的横截面增加很多，磁路长度的缩短和横截面的增加使磁阻降低，从而提高扭矩和电机的效率。这种磁阻电机目标是缩短磁路，因此定子凸极307与转子凸极401之间的磁隙应该尽量的小，但是定子凸极307与转子凸极401之间也不能发生接触，不然会阻碍转子4的转动，因此所有的定子凸极307的顶部所在同一个圆柱的直径略小于所有转子凸极401的顶部所在同一个圆柱的直径，并且在加工条件允许的情况下它们的直径大小应该尽量接近。

为了方便制造和装配，相邻二个磁芯组的二个相邻的第一磁芯301连为一体。

电机运行时，定子凸极307和转子凸极401由于长期受到磁力的作用，容易变形，因此相邻二个定子凸极307之间填充有第一填充部308，相邻二个转子凸极401之间填充有第二填充部（未示出），轴承座、第一填充部308和第二填充部均由非导电且非导磁材料制成，例如塑料。轴承座与第一填充部308可以使用相应的模具一体注塑到定子2上。

如图7所示，本发明还提供了一种磁阻电机的实施例2，它与实施例1的区别在于，在每个磁芯组中，第二磁芯302与二个第一磁芯301连为一体，这样的磁芯组便于装配。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种磁阻电机，其特征在于，包括：

转轴；

定子，所述定子由软磁材料制成，所述定子包括3Nr个磁芯组，其中Nr为大于等于1的自然数，所述3Nr个磁芯组绕所述转轴均匀分布；所述磁芯组包括二个第一磁芯和一个第二磁芯，其中，所述第二磁芯位于所述二个第一磁芯之间并与它们相连，所述第一磁芯的外壁具有Ns个径向凸起的定子凸极，其中Ns为大于等于1的自然数，所有所述定子凸极的顶部在同一圆柱的侧面上，此圆柱与所述转轴同轴；所述第二磁芯上设置有电磁绕组，所述电磁绕组的绕向与所述转轴的轴线共面；

转子，所述转子是由软磁材料制成的中空圆柱体，所述转子套于所述定子外并与所述转轴同轴固定，所述转子的内壁上具有沿周向均布的Nr*（6Ns+1）个转子凸极，所述转子凸极的弧度等于定子凸极的弧度，相邻两个所述转子凸极间的第一凹槽的弧度等于所述磁芯组中相邻二个所述定子凸极间的第二凹槽的弧度；

轴承座，所述轴承座与所述定子固定连接，所述轴承座具有轴承室，所述轴承室中设置有轴承，所述轴承的内圈与所述转轴配合，所述转轴与转子同轴固定。

2.如权利要求1所述的磁阻电机，其特征在于：所述第一磁芯具有夹持面，在每个所述磁芯组中，所述第二磁芯的两侧与二个所述第一磁芯的夹持面贴合。

3.如权利要求2所述的磁阻电机，其特征在于：所述夹持面包括相连的第一平面和第二平面，在每个所述磁芯组中，二个所述第一磁芯的第一平面相对并且二个所述第一平面的间距在径向上从内至外渐小，二个所述第一磁芯的第二平面相对并且二个所述第二平面的间距在径向上从外至内渐小。

4.如权利要求3所述的磁阻电机，其特征在于：所述第二磁芯的外壁为向内凹陷的外弧面，所述第二磁芯的内壁为向外凹陷的内弧面，所述电磁绕组嵌入所述外弧面和内弧面中。

5.如权利要求4所述的磁阻电机，其特征在于：相邻二个所述磁芯组的二个相邻的第一磁芯连为一体。

6.如权利要求1所述的磁阻电机，其特征在于：在每个所述磁芯组中，所述第二磁芯与二个所述第一磁芯连为一体。

7.如权利要求1~6任一项所述的磁阻电机，其特征在于：相邻二个所述定子凸极之间填充有第一填充部，相邻二个所述转子凸极之间填充有第二填充部，所述轴承座、第一填充部和第二填充部均由非导电且非导磁材料制成。

8.如权利要求7所述的磁阻电机，其特征在于：所述Nr=2，Ns=3。

9.如权利要求7所述的磁阻电机，其特征在于：所述定子凸极的顶部所在圆柱的直径略小于转子凸极的顶部所在圆柱的直径。

10.如权利要求7所述的磁阻电机，其特征在于：所述转子凸极的弧度等于第一凹槽的弧度。