CN111064338B - 一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特点是，定子上励磁凸极对由异型极靴铁芯和励磁线圈构成，该异型极靴铁芯的两个凸极圆弧状极靴均由极靴宽部和极靴窄部构成，定子座上相邻两个励磁凸极对异型极靴铁芯的极靴窄部相互交错设置，且相邻两个励磁凸极对异型极靴铁芯的极靴窄部之间存在间隙。本发明能增加激励电流换向导通时励磁线圈内的电感量，降低换向时的电流冲击和避免永磁体退磁，同时还能提高电流换向时的扭矩输出。转子上永磁体能平滑地经过极靴窄部的交错重叠区域，从而降低电机转矩波动。通过电机参数优化设计，可实现用较少地昂贵的永磁材料获得更高转矩输出，以提高永磁材料利用率。

Description

一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机

技术领域

本发明涉及一种永磁开关磁阻电动机，尤其为一种运转平稳的具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机。

背景技术

众所周知，永磁开关磁阻电动机是在转子上采用永磁体来替代传统电动机转子上的导磁体材料。由于电机转子上永磁体与定子上励磁凸极对之间能形成“最短磁回路”，磁作用力会增强，会使电机的力矩输出明显增加，此类双凸极形式的永磁开关磁阻电动机（参见ZL 2011177614.6）转子上的永磁体凸极是间隔设置的，而定子上的励磁凸极之间也是隔开的，此结构会带来诸如电机运转时转矩是间隙性波动和较大的噪声等问题。这使得永磁开关磁阻电机的应用范围受到限制。若将定子上励磁凸极对铁芯的凸极做成极靴形状，参见中国专利ZL 201110199848.8中的图十五、图十六和图十八，与传统的双凸极结构相比较，此类极靴状凸极电机，虽然能增加极靴凸极与转子上永磁体相互之间的磁作用范围，但仍存在着以下问题，其一、当转子上永磁体凸极径向中心线与定子上励磁凸极对径向中心线重合时，该励磁凸极对励磁线圈中激励电流换向，但由于该处于重合位置的转子永磁体与定子上相邻励磁凸极之间的间隙大，使得该永磁体与相邻励磁凸极之间的磁阻很大，致使吸合转矩降低，同时，也带来转矩波动。其二、处在重合位置励磁线圈中激励电流换向时，因换向铁芯中磁极性和永磁体极性相同，从而换向绕组中极低的感抗使该绕组电流急剧上升，形成与充磁方向相反的磁势，这会给稳定永磁体的磁性能带来极其不利因素和隐患。同时也会带来一定的转矩波动，电路控制的可靠性降低。

发明内容

本发明的目的是改进电机定子励磁凸极对极靴凸极的结构设计，提供一种具有异型极靴铁芯永磁开关磁阻电动机。

为实现上述目的，本发明的技术方案是， 一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其构成包括有电动机基座、电动机罩壳、定子、转子、位置传感器、激励控制电源，所述定子由定子座和励磁凸极对构成，励磁凸极对均衡地设置固定于定子座，所述转子由转子支架和偶数个圆弧状永磁体构成，偶数个圆弧状永磁体均衡地设置于转子支架，圆弧状永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧状永磁体的磁极性相异，转子旋转时，固定于转子支架的圆弧状永磁体则能在定子座上各励磁凸极对圆弧状凸极表面经过，圆弧状永磁体与励磁凸极对圆弧状凸极表面之间存在气隙，其特征在于：所述励磁凸极对由异型极靴铁芯和励磁线圈构成，该异型极靴铁芯的两个凸极圆弧状极靴均由极靴宽部和极靴窄部构成，定子座上相邻两个励磁凸极对异型极靴铁芯的极靴窄部相互交错设置，且相邻两个励磁凸极对异型极靴铁芯的极靴窄部之间存在间隙。

在上述技术方案中，相邻两个励磁凸极对异型极靴铁芯的极靴窄部之间间隙范围为0.5毫米至5.0毫米。

在上述技术方案中，所述转子上圆弧状永磁体弧长等于小于C形异型极靴铁芯的弧长 ，且大于等于C形异型极靴铁芯宽部的弧长。

基于上述异型极靴铁芯技术方案，所述励磁凸极对由C形异型极靴铁芯和励磁线圈构成，C形异型极靴铁芯的两个凸极均为圆弧状极靴，每个圆弧状极靴由三个部分构成，中央为极靴宽部，由极靴宽部向两侧延伸的为极靴窄部，同一个C形异型极靴铁芯的极靴窄部在同一条直线上分布，或者不在同一条直线上分布， C形异型极靴铁芯窄部的几何形状为阶梯状和斜坡状。

在上述C形异型极靴铁芯技术方案中，所述定子座为两个，呈轴向相对设置，两个定子座均与电动机罩壳固定，两个定子座内侧各设置有六个空腔体，这六个空腔体以电动机转动轴轴线为中心对称均衡设置，六个腔体之间由一个封闭环形腔体连接，六个独立的励磁凸极对分别固定在腔体内，并以高导热胶体灌封固化，封闭在腔体内，形成一个固态导热体，所述转子由转子支架和八个永磁体构成，转子支架为双侧悬臂结构，在转子支架悬臂两侧分别固定有四个圆弧状永磁体，四个圆弧状永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧状永磁体的磁极性相异，转子旋转时，固定于转子支架悬臂两侧的圆弧状永磁体则能在定子座上各励磁凸极对C形铁芯的两个极靴形凸极之间的圆弧形缝隙中经过。

在上述C形异型极靴铁芯电机技术方案中，所述转子上圆弧状永磁体外表面弧长所对应圆心角度略小于其内表面弧长所对应圆心角度；圆弧状永磁体内表面弧长小于等于C形铁芯异型极靴的弧长，且大于等于C形铁芯异型极靴宽部的弧长，圆弧状永磁体两个侧面开有定位柱销孔，所述转子支架轴向两侧各设置有四个限位块，限位块外圆弧表面弧长所对应圆心角度略大于其内圆弧表面弧长所对应圆心角度，圆弧状永磁体正好能轴向嵌入到两个限位块之间，限位块的倒角与永磁体倒角相吻合，转子支架上的定位突起***到永磁体一侧面定位柱销孔中，定位压环上的定位突起***到永磁体另一侧面定位柱销孔中，而定位压环上的固定孔与限位块上的定位螺孔对齐，用螺钉将定位压环与限位块固定。

在上述C形异型极靴铁芯电机技术方案中，位于对角位置的两个励磁凸极对励磁线圈串联或并联，由三相电源分别供电，三个位置传感器互成一百二十度设置在定子座上，三个位置传感器与电机转轴线的径向距离与转子上永磁体外圆弧表面或内圆弧表面与电机转轴线的径向距离相等，即，当转子转动，转子上永磁体外圆弧表面或内圆弧表面的一侧边缘会从位置传感器贴近处经过，固定于定子座上位置传感器的感应面与转子上永磁体一侧边缘相距2毫米至5毫米，位置传感器在定子座上的圆心角位置满足以下条件，即当转子上某个永磁体的径向中心线与定子上某个励磁凸极对极靴铁芯的径向中心线重合时，此刻，总有一个位置传感器设置在相邻的两个永磁体之间间隙宽度的平分线上。

基于上述异型极靴铁芯技术方案，所述励磁凸极对由U形异型极靴铁芯和励磁线圈构成，U形异型极靴铁芯的两个凸极均为圆弧状极靴，每个圆弧状极靴由三个部分构成，位于中央的为极靴宽部，由极靴宽部向两侧延伸的为极靴窄部，同一个U形异型极靴铁芯的极靴窄部分布在同一条直线上，或者不分布在同一条直线上； U形异型极靴铁芯窄部的几何形状为阶梯状和斜坡状。

在上述U形异型极靴铁芯的技术方案中，所述定子由定子座和六个励磁凸极对构成，定子座上设置有六个空腔体，这六个空腔体以电动机转动轴轴线为中心对称均衡设置，六个腔体之间由一个封闭环形腔体连接，六个独立的励磁凸极对分别固定在腔体内，并以高导热胶体灌封固化，封闭在腔体内，形成一个固态导热体，所述励磁凸极对由U形异型极靴铁芯和励磁线圈构成，U形异型极靴铁芯的两个凸极为圆弧状极靴，每个圆弧状极靴由三个部分构成，位于中央的为极靴宽部和从极靴宽部两侧延伸的部分为极靴窄部，定子座上相邻两个励磁凸极对U形异型极靴铁芯的极靴窄部相互交错设置，且相互之间存在缝隙，所述转子由转子支架、导磁圆筒和八个圆弧状永磁体构成，导磁圆筒固定于转子支架，四个圆弧状永磁体为一组，等间距地设置于导磁圆筒内壁，八个圆弧状永磁体构成两个永磁体环路，两个永磁体环路之间的间距与U形铁芯异型极靴两个凸极的间距相等，所述圆弧状永磁体的磁极性是径向的，且任意相邻两个圆弧状永磁体的磁极性是不同的，即处于同一环路上相邻的两个圆弧状永磁体的磁极性相异，且不同环路上相邻的两个圆弧状永磁体的磁极性也相异，圆弧状永磁体内表面弧长小于等于U形铁芯异型极靴的弧长，且大于等于U形铁芯异型极靴宽部的弧长，当转子旋转，导磁圆筒内壁的两组永磁体分别从定子座上励磁凸极对的两个圆弧状极靴凸极的表面经过，圆弧状永磁体内表面与圆弧状极靴凸极表面之间存在气隙。

基于上述异型极靴铁芯技术方案，所述励磁凸极对仅有两个异型极靴凸极，两个异型圆弧形极靴铁芯径向中心线之间的圆心角度为一百八十度，每个异型圆弧状极靴铁芯的中央部位为极靴宽部，而从极靴宽部向两端延伸出去的为极靴窄部，两个异型圆弧形极靴铁芯极靴窄部相互交错设置，且两个异型圆弧形极靴铁芯极靴窄部之间存在间隙，励磁线圈绕制于两个异型圆弧形极靴铁芯极靴的连接部。

在上述仅有两个异型极靴铁芯的技术方案中，所述定子座分为左侧定子座和右侧定子座，左侧定子座内固定有一个所述的励磁凸极对，右侧定子座内也固定有一个所述的励磁凸极对，两个励磁凸极对的结构完全相同且对称设置，单侧励磁凸极对关联两个异型圆弧形极靴的两个连接部外分别围绕制有两组励磁线圈，且连接部左侧的上下两个励磁线圈串联，连接部右侧的上下两组励磁线圈串联；所述转子支架为双侧悬臂结构，在转子支架左右两侧悬臂径向内表面固定有两个圆弧形永磁体，这两个永磁体的磁极性指向是径向的，且这两个永磁体的磁极性不相同，此外，转子支架悬臂左侧固定的两个永磁体的径向中心点连线呈垂直方向，而悬臂支架右侧固定的两个永磁体的径向中心点连线呈水平方向；两个位置传感器分别固定于两侧定子座上，位置传感器的径向距离与圆弧状永磁体内弧面的径向距离相同，当某一侧励磁极靴单元异型极靴径向中心线与该侧圆弧状永磁体径向中心线重合，设置在该侧的位置传感器则正对该侧两个圆弧状永磁体之间缝隙的中央平分线上，当该侧两个圆弧状永磁体相继经过该位置传感器，该位置传感器输出电信号至激励控制电源，使激励控制电源改变该侧励磁凸极对励磁线圈中激励电流的方向。

基于上述异型极靴铁芯技术方案，所述励磁凸极对由一个异型圆弧形极靴铁芯与两组励磁线圈构成，该异型圆弧形极靴铁芯具有两个左右分置的异型圆弧形极靴，左边异型圆弧形极靴的形状分为宽部和窄部，右边异型圆弧形极靴的形状也分为宽部和窄部，左边异型圆弧形极靴的窄部与右边异型圆弧形极靴的窄部相互交错设置，且左边极靴窄部与右边极靴窄部之间存在间隙。

在上述左右分置异型极靴的技术方案中，所述定子由定子座和所述的励磁凸极对构成，定子座为“X”形支架，四个励磁凸极对设置并固定在“X”形支架的上下左右空缺处，上方励磁凸极对的两组励磁线圈分别与下方励磁凸极对的两组励磁线圈串联，左方励磁凸极对的两组励磁线圈分别与右方励磁凸极对的两组励磁线圈串联，四个励磁凸极对的八个铁芯极靴的外边缘线为同心圆，所述励磁凸极对圆弧形极靴铁芯的极靴弧面所对应的圆心角约为二十八度，同一个励磁凸极对的两个极靴的径向中心线所对应圆心角为六十度；所述外转子由转子座、转子轴和永磁体构成，导磁钢环卡装在转子座本体的外边缘处，以形成翻边，六个圆弧形永磁体紧贴于转子座翻边的内壁上，这六个圆弧形永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧形永磁体的磁极性相异，转子轴一端与转子座中心处固定，转子轴另一端穿过定子座“X”形支架中心孔，并通过滚珠轴承与定子座呈可转动连接，此外转子轴的中部设置有径向定位滚珠轴承，转子轴的端部还设置有推力球轴承；所述位置传感器为两个用霍尔传感器，两个传感器固定于定子座上，两个霍尔传感器互成九十度圆心角，位置传感器的径向距离与圆弧状永磁体内弧面的径向距离相同，当上方和下方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体径向中心线重合，设置在定子座的一个霍尔传感器则正处于两个圆弧状永磁体之间缝隙的中央平分线上，当两个圆弧状永磁体相继经过该霍尔传感器，该霍尔传感器输出电信号至激励控制电源，使激励控制电源改变上方和下方励磁凸极对励磁线圈中激励电流的方向，当左方和右方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体径向中心线重合，设置在定子座的另一个霍尔传感器也正处于两个圆弧状永磁体之间缝隙的中央平分线上，当两个圆弧状永磁体相继经过该霍尔传感器，该霍尔传感器输出电信号至激励控制电源，使激励控制电源改变左方和右方励磁凸极对励磁线圈中激励电流的方向。

本发明优点是，定子励磁凸极对铁芯凸极极靴采用宽窄部特异形状，并将相邻定子励磁凸极对的凸极极靴窄部做交错设置。此特殊结构，第一、加大了励磁凸极对各个独立铁芯凸极极靴两端所对应的圆心角度，如附图22中，每一个铁芯凸极极靴两端所对应的圆心角度接近72度，这使得处于重合位置永磁体与相邻铁芯极靴之间距离大大的缩小或已处于搭接状态，而且由于极靴窄部交错，使得相邻励磁凸极对之间磁阻降低，如附图22中，处在重合位置的永磁体Ⅰ和Ⅲ的前端就分别与励磁凸极对B和B′铁芯的窄部存在搭接点，这不但能使处在重合位置励磁凸极对励磁线圈电流在换向导通时励磁线圈内电感量有所增加，从而降低了换向时的电流冲击和避免了使永磁体退磁的因素，而且也显著提高了励磁线圈激励电流换向时的扭矩输出。第二、由于相邻定子励磁凸极对的凸极极靴窄部做交错设置，形成了一个重叠区域，该重叠区域内的两个极靴窄部的磁极性随各自励磁凸极对凸极的磁极性变化而变化，而当转子上的永磁体进入该重叠区域内，两个极靴窄部的磁极性虽然相异，但位于永磁体逆时针方向的励磁凸极对极靴凸极是排斥该永磁体的，而位于该永磁体顺时针方向的励磁凸极对极靴凸极则是吸引该永磁体的，进而使该永磁体在重叠区域形成了平滑地经过。能明显降低电机的转矩波动性。第三、此结构电机还可以通过加大定子上各励磁凸极对铁芯凸极极靴弧长所对应圆心角度来降低转子上永磁体弧长对应角度，从而可以利用较少地昂贵永磁材料获得更高转矩输出，显著提高了永磁材料的利用率。

附图说明

图1是本发明极靴凸极呈“Z”字形的C形铁芯结构外形图。

图2是本发明极靴凸极呈“T”字形的C形铁芯结构外形图。

图3是本发明极靴凸极呈倒“T”字形的C形铁芯结构外形图。

图4是本发明极靴凸极呈斜坡状的C形铁芯外形示意图。

图5是本发明极靴凸极呈“Z”字形的U形铁芯结构外形图。

图6是本发明励磁凸极对二阶梯状极靴窄部的铁芯结构示意图。

图7是本发明励磁凸极对三阶梯状极靴窄部的铁芯结构示意图。

图8是本发明励磁凸极对斜坡状极靴窄部的铁芯结构示意图。

图9是本发明由左右两个部分结构励磁凸极对二阶梯状极靴窄部交错铁芯结构示意图。

图10是本发明励磁凸极对的异型极靴铁芯（单宽部与单窄部构成一个凸极）外形示意图。

图11是本发明相邻励磁凸极对极靴窄部交错设置的间隙范围和最大重叠区域示意图。

图12是本发明相邻励磁凸极对极靴窄部交错设置，最小重叠区域示意图。

图13是本发明永磁体最大尺寸与励磁凸极对极靴凸极尺寸的关系示意图。

图14是本发明永磁体最小尺寸与励磁凸极对极靴凸极尺寸的关系示意图。

图15是本发明斜坡状极靴铁芯之间的尺寸关系示意图。

图16是本发明实施例一具有C形异型极靴铁芯电机结构剖面图。

图17是本发明实施例一电机单侧六个励磁凸极对与四个永磁体相互之间位置关系外形图。

图18是本发明实施例一电机定子上励磁凸极对外形示意图。

图19是本发明实施例一电机转子支架结构外形示意图。

图20是本发明实施例一电机转子上永磁体形状结构示意图。

图21是本发明实施例一电机AA′相激励电源换向之前，定子励磁凸极对、转子永磁体、传感器的三者位置关系示意图。

图22是本发明实施例一电机AA′相激励电源换向过程中，激励电流为零时刻，定子励磁凸极对、转子永磁体、传感器的三者位置关系示意图。

图23是本发明实施例一电机AA′相激励电源换向之后，定子励磁凸极对、转子永磁体、传感器的三者位置关系示意图。

图24是沿着附图21中励磁凸极对A′径向中心线剖开、平铺、并将永磁体和外极靴凸极做九十度翻转后的位置关系示意图。

图25是沿着附图22中励磁凸极对A′径向中心线剖开、平铺、并将永磁体和外极靴凸极做九十度翻转后的位置关系示意图。

图26是沿着附图23中励磁凸极对A′径向中心线剖开、平铺、并将永磁体和外极靴凸极做九十度翻转后的位置关系示意图。

图27是本发明实施例一电机CC′相激励电源换向过程中，激励电流为零时刻，定子励磁凸极对、转子永磁体、传感器的三者位置关系示意图。

图28是本发明实施例一电机BB′相激励电源换向过程中，激励电流为零时刻，定子励磁凸极对、转子永磁体、传感器的三者位置关系示意图。

图29是本发明实施例二具有U形异型极靴铁芯电机转子永磁体与定子励磁凸极对结构示意图。

图30是本发明实施例二具有U形异型极靴铁芯电机结构剖面示意图。

图31是本发明实施例二电机中AA′相改变激励电流方向时刻位置关系示意图。

图32是本发明实施例二电机中CC′相改变激励电流方向时刻位置关系示意图。

图33是本发明实施例二电机中BB′相改变激励电流方向时刻位置关系示意图。

图34是本发明实施例三高速电机结构剖面图。

图35是本发明实施例三高速电机中，左侧励磁凸极对及永磁体与右侧励磁凸极对及永磁体相对安装位置示意图。

图36是本发明实施例三高速电机中，单侧转子支架及永磁体顺时钟旋转，永磁体径向中心线与极靴铁芯径向中心线未重合时刻示意图。

图37是本发明实施例三高速电机中，单侧转子支架及永磁体顺时钟继续旋转，永磁体径向中心线与极靴铁芯径向中心线处于重合位置时刻示意图。

图38是本发明实施例三高速电机中，单侧转子支架及永磁体顺时钟继续旋转，永磁体径向中心线与极靴铁芯径向中心线离开重合位置时刻示意图。

图39是本发明实施例三高速电机左侧部分位置传感器和右侧部分传感器的设置示意图。

图40是本发明实施例四中，四个励磁凸极对与“X”形支架的装配示意图。

图41是本发明实施例四无人机专用电机结构的剖面示意图。

图42是本发明实施例四电机运转到特定位置，即，左方和右方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体径向中心线重合位置的示意图。

图43是本发明实施例四电机运转偏离图4特定位置之后，转子永磁体与定子励磁凸极对之间形成磁作用力时位置示意图。

图44是本发明实施例四电机运转到另一个特定位置，即，上方和下方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体径向中心线重合位置的示意图。

以上附图中，10是C形铁芯连接部件，11是极靴凸极宽部，12是极靴凸极窄部，13是连接部件的凸部，14是极靴凸极宽部，15是极靴凸极窄部，16是极靴凸极宽部，17是极靴凸极窄部，18是极靴凸极宽部，19是极靴凸极窄部，20是U形铁芯连接部件，21是U形铁芯极靴凸极的宽部，22是U形铁芯极靴凸极的窄部，23是U形铁芯连接部件的凸部，24是导磁圆筒，25是圆弧状永磁体（外圆弧面呈N极，内圆弧面呈S极），26是圆弧状永磁体（外圆弧面呈S极，内圆弧面呈N极），27是U形铁芯极靴凸极，28是励磁线圈，29是圆弧状永磁体（外圆弧面呈S极，内圆弧面呈N极），30是极靴凸极宽部，31是极靴凸极窄部，32是两凸极连接部段，33是极靴凸极的宽部，34是极靴凸极的窄部，35是极靴凸极的宽部，36是极靴凸极的窄部，37是极靴凸极的宽部，38是极靴凸极的窄部，39是两凸极连接部段的凸部，40是极靴凸极的宽部，41是极靴凸极的窄部，42是两凸极连接部段，LK是极靴凸极宽部，LZ是极靴凸极窄部，LC是相邻极靴窄部的重叠区域，LCM是相邻极靴窄部的最大重叠区域，LCm是相邻极靴窄部的最小重叠区域，LYM是永磁体最大长度，LYm是永磁体最小长度，LJ是相邻极靴窄部交错设置的间隙，LJJ是相邻极靴窄部交错设置的径向间隙， LJZ是相邻极靴窄部交错设置的轴向间隙，LJX是相邻极靴窄部交错设置的斜向间隙，101是动力输出轴，102是风叶轮， 103是定子座，104是C形铁芯 ，105是固定压环，106是圆弧形永磁体，107是转子支架，108是线圈固定框架，109励磁线圈一，110是励磁线圈二，111是铆钉，112是轴承， 113是C形异型极靴铁芯，114是线圈固定框架，115是励磁线圈一，116是励磁线圈二，117是限位块，118是定位柱销，119是螺孔，120是转子支架，121是圆弧状永磁体，122是永磁体侧面定位柱销孔，123是圆弧状永磁体外表面弧长所对应圆心角度与其内表面弧长所对应圆心角度之差，124是励磁凸极对铁芯的径向中心线，125是永磁体径向中心线，126是C形铁芯外极靴凸极，127是C形铁芯内极靴凸极，SA是位置传感器A，SB是位置传感器B，SC是位置传感器C。201是转轴，202是风叶，203是轴承，204是定子座，205是端盖，206是转子支架，207是导磁圆环，208是永磁体，209是U形极靴铁芯，210是励磁线圈，211是连接螺钉，212是套筒，213是基座，Sa是位置传感器A ，Sb是位置传感器B， Sc是位置传感器C， YA是电机左侧圆弧状永磁体，YB是电机右侧圆弧状永磁体。301是动力输出轴，302是电机端盖，303是散热叶轮，304是左侧定子座，305是励磁凸极对铁芯的缠绕励磁线圈部段，306是励磁线圈，307是励磁凸极对铁芯的极靴窄部， 308是圆弧状永磁体， 309是非导磁限位块， 310是转子座，311是非导磁限位块，312是电机右侧位置传感器，313是轴承，314是电机左侧极靴单元铁芯极靴宽部的径向中心线，315是电机右侧极靴单元铁芯极靴宽部的径向中心线，316是电机左侧两个永磁体的径向中心线，317是电机右侧两个永磁体的径向中心线，318是电机转动轴线，SA是电机左侧位置传感器，SB是电机右侧位置传感器，YA是电机左侧圆弧状永磁体，YB是电机右侧圆弧状永磁体。401是滚珠轴承， 402是转子轴，403是转子盖板，404是转子座本体，405是转子导磁钢环，406是圆弧形永磁体，407是异型极靴铁芯的窄部，408是异型极靴铁芯，409是励磁线圈，410 “X”形定子座， 411是推力球轴承。

具体实施方式

实施例一，本实施例结构剖面如附图16所示。

本实施例中，定子座103为两个，呈轴向相对设置，两个定子座103均与电动机罩壳固定，两个定子座103内侧各设置有六个空腔体，这六个空腔体以电动机转动轴轴线为中心对称均衡设置，六个腔体之间由一个封闭环形腔体连接，十二个独立的励磁凸极对各自被嵌入到两个定子座内侧的各个空腔体内，通过螺钉将励磁凸极对整体与定子座固定，并以高导热胶体灌封固化，将励磁凸极对整体封闭在腔体内，形成一个固态导热体，转子支架107为双侧悬臂结构，参见附图19，转子支架120轴向两侧各设置有四个限位块117，限位块117外圆弧表面弧长所对应圆心角度与其内圆弧表面弧长所对应圆心角度之差为5.5°度，而圆弧状永磁体121（参见附图20）内圆弧表面弧长所对应圆心角度与其外圆弧表面弧长所对应圆心角度之差123也为（73°- 62°）/2=5.5°，故永磁体正好能轴向嵌入到两个限位块之间，转子支架上的定位柱销118***到永磁体一侧面定位柱销孔122中，定位压环105（参见附图16）上的定位柱销***到永磁体另一侧面定位柱销孔中，而定位压环105上的固定孔与限位块117上的定位螺孔119对齐，用螺钉将定位压环105与限位块117固定。

在本实施例中，励磁凸极对由C形铁芯和励磁线圈构成，C形铁芯的两个凸极均为圆弧状极靴，如附图1所示，C形铁芯由三个部件构成，部件一为C形连接部件10，部件二为外极靴凸极，部件三为内极靴凸极， C形连接部件两个端头各有一个凸部13，两个凸部分别嵌入到外极靴凸极的凹槽内和内极靴凸极的凹槽内，形成一个整体。C形铁芯的两个凸极均为圆弧状极靴，位于中央的为极靴宽部11，由极靴宽部11两侧延伸的极靴窄部12。该C形铁芯凸极的极靴窄部不在同一条直线上分布，即，从径向看，极靴状凸极类似“Z”字形。

在本实施例中，每一个C形铁芯均绕制有两组励磁线圈，一组励磁线圈通入正向激励电流，另一组励磁线圈通入反向激励电流。当两组励磁线圈输入激励电流均为零时，极靴凸极无磁极性。当一组励磁线圈输入正向激励电流时，外极靴凸极呈现N磁极性，内极靴凸极呈现S磁极性，当另一组励磁线圈输入反向激励电流时，外极靴凸极呈现S磁极性，内极靴凸极呈现N磁极性。

附图17为本实施例电机单侧定子励磁凸极对与转子永磁体相对位置关系示意图。转子旋转时，固定于转子支架悬臂两侧的圆弧状永磁体则能在定子座上各励磁凸极对C形铁芯的两个极靴形凸极之间的圆弧形缝隙中经过。四个圆弧状永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧状永磁体的磁极性相异。四个圆弧状永磁体的径向中心线互成90度圆心角设置。永磁体与C形铁芯上极靴形凸极和下极靴形凸极之间存在气隙，永磁体经上、下气隙与C形铁芯上极靴形凸极和下极靴形凸极之间形成磁回路。

在本实施例中，参见附图22，每个圆弧状永磁体内弧面所对应的圆心角为72.5度，相邻两个永磁体之间间隔所对应的圆心角为17.5度。六个励磁凸极对的径向中心线互成60度圆心角设置。相邻两个励磁凸极对C形铁芯极靴窄部相互交错设置，且相互之间存在2毫米的轴向和径向间隙，每一个励磁凸极对极靴总弧长所对应的圆心角接近75度，极靴宽部弧长所对应的圆心角接近45度，极靴窄部弧长所对应的圆心角接近15度。

本实施例中，共有十二个励磁凸极对，单侧定子座中设置六个励磁凸极对，每一个C形铁芯均绕制有两组励磁线圈，一组励磁线圈输入正向电流，另一组励磁线圈输入反向电流。相对设置的两个励磁凸极对A和A′为一组，励磁凸极对A的输入正向电流励磁线圈与励磁凸极对A′输入正向电流励磁线圈串联或并联，励磁凸极对A的输入反向电流励磁线圈与励磁凸极对A′输入反向电流励磁线圈串联或并联。与此类似，励磁凸极对B和励磁凸极对B′为一组，励磁凸极对C和励磁凸极对C′为一组，各自励磁线圈做对应的串联或并联，参见附图21。单侧的三组励磁凸极对的励磁线圈再与另侧的三组励磁凸极对的励磁线圈相并联，形成由四个励磁凸极对的励磁线圈为一个合并组，三个合并组由激励控制电源的Ⅰ（A）相线、Ⅱ（B）相线和Ⅲ（C）相线分别提供激励电流。

本实施例中，三个位置传感器SA、传感器SB、传感器SC互成一百二十度圆心角分别设置在定子座上，三个位置传感器与电机转轴线的径向距离等同于永磁体的圆弧内表面与电机转轴线的径向距离。参见附图21。位置传感器在定子座上的圆心角位置满足以下条件，即当转子上某个永磁体的径向中心线与定子上某个励磁凸极对极靴铁芯的径向中心线重合时，此刻，总有一个位置传感器设置在相邻的两个永磁体之间间隙宽度的平分线上。如附图22所示，永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ的径向中心线与励磁凸极对A和A′极靴铁芯的径向中心线重合，此刻，位置传感器SA正处于永磁体Ⅰ和永磁体Ⅱ之间间隙宽度的平分线上，即位置传感器SA距离永磁体Ⅰ和永磁体Ⅱ的距离相等。当转子转动，转子上永磁体内圆弧表面的一侧边缘会从位置传感器贴近处经过，而固定于定子座上位置传感器的感应面与转子上永磁体内圆弧表面一侧边缘相距3毫米， 位置传感器能感受到相继经过永磁体的不同磁极性，并输出信号至激励控制电源，致使激励控制电源实时向Ⅰ（A）相线、Ⅱ（B）相线和Ⅲ（C）相线输入正向或反向激励电流。

下面结合附图，介绍本实施例电机的运转及激励控制过程。由于本实施例电机左右两侧结构及电气连接完全相同，故以该电机左侧部分作为介绍对象。

附图21给出了AA′并联相线中激励电流换向之前，定子励磁凸极对、转子永磁体、传感器的三者位置示意图。此刻，激励控制电源向AA′并联相线中输入的是正向激励电流，励磁凸极对A和A′的外极靴凸极为S极。励磁凸极对A和A′的内极靴凸极为N极。励磁凸极对A和A′分别对永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ吸引，产生正向力矩。此刻，永磁体Ⅱ分别受到励磁凸极对B的磁排斥力和励磁凸极对C的磁吸引力，形成正向力矩，同理，此刻，永磁体Ⅳ分别受到励磁凸极对B′的磁排斥力和励磁凸极对C′的磁吸引力，形成正向力矩。

为了方便理解和深度讨论，沿着附图21中励磁凸极对A′径向中心线剖开，平铺，并且将励磁凸极对的外极靴凸极移至永磁体的上方，将励磁凸极的内极靴凸极移到永磁体的下方，并将四个永磁体和外极靴凸极做了九十度的向上翻转，形成附图24。

图24中，永磁体Ⅰ和Ⅲ的径向中心线与励磁凸极对A和A′的径向中心线并未重合，存在α角度差，励磁凸极对A和A′励磁线圈和励磁凸极对B和B′励磁线圈输入有正向激励电流，外极靴凸极（图24所示上排极靴凸极）呈S极，内极靴凸极（图24所示下排极靴凸极）呈N极，由于永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ的外圆弧面为N极，内圆弧面为S极，永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ除受到励磁凸极对A和A′的吸引力外，也会受到励磁凸极对B和B′的吸引力，因为永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ的内外圆弧面与励磁凸极对B和B′的极靴窄部有重叠，同时，由于此刻励磁凸极对C和C′输入有反向激励电流，外极靴凸极呈N极，内极靴凸极呈S极，励磁凸极对C和C′也会对永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ形成排斥力，因为永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ的内外圆弧面与励磁凸极对C和C′的极靴窄部有重叠。同样理由，此刻永磁体Ⅱ和永磁体Ⅳ除受到励磁凸极对C和C′的吸引力外，也会受到励磁凸极对B和B′的排斥力。

附图22给出了转子继续沿顺时钟方向旋转，永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ转动到重合位置处，该位置处，永磁体Ⅰ的径向中心线与励磁凸极对A的径向中心线重合，同样，永磁体Ⅲ的径向中心线与励磁凸极对A′的径向中心线重合，此刻，位置传感器SA发出信号至激励控制电源，激励控制电源停止向AA′并联相线中输入正向激励电流，此刻，励磁凸极对A和A′的外极靴凸极和内极靴凸极为失去磁极性，不对永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ产生磁作用力。

为了方便理解和深度讨论，沿着附图22中励磁凸极对A′径向中心线剖开，平铺，将励磁凸极对的外凸极移至永磁体的上方，将励磁凸极极的内凸极移到永磁体的下方，并将四个永磁体和外极靴凸极做了九十度的向上翻转，形成附图25。

图25中，永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ的径向中心线与励磁凸极对A和励磁凸极对A′的径向中心线重合，此刻，传感器SA发送信号到激励控制电源，使输入到励磁凸极对A和励磁凸极对A′励磁线圈中的激励电流由正向改变为反向，激励电流方向改变过程中，有极其短暂时间，激励电流为零，激励电流为零时刻，励磁凸极对A和励磁凸极对A′的极靴凸极不呈磁极性，此刻，永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ与励磁凸极对A和励磁凸极对A′之间无磁作用力，而此刻，永磁体Ⅱ和永磁体Ⅳ与励磁凸极对C和励磁凸极对C′之间仍存在磁吸引力，永磁体Ⅱ和永磁体Ⅳ仍与励磁凸极对B和励磁凸极对B′之间存在磁排斥力。

附图23给出了转子继续旋转，永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ继续转动离开重合位置，此刻，激励控制电源在位置传感器SA的触发下，已向AA′并联相线中输入反向激励电流，励磁凸极对A和A′的外极靴凸极改变为N极。励磁凸极对A和A′的内极靴凸极为S极。此刻，永磁体Ⅰ开始分别受到励磁凸极对A的磁排斥力和励磁凸极对B的磁吸引力，形成正向力矩，同理，此刻，永磁体Ⅲ也开始分别受到励磁凸极对A′的磁排斥力和励磁凸极对B′的磁吸引力，形成正向力矩。此刻，永磁体Ⅱ则继续分别受到励磁凸极对B的磁排斥力和励磁凸极对C的磁吸引力，形成正向力矩，同理，此刻，永磁体Ⅳ也继续分别受到励磁凸极对B′的磁排斥力和励磁凸极对C′的磁吸引力，形成正向力矩。

为了方便理解和深度讨论，沿着附图23中励磁凸极对A′径向中心线剖开，平铺，并且将励磁凸极对的外凸极移至永磁体的上方，将励磁凸极极的内凸极移到永磁体的下方，并将四个永磁体和外极靴凸极做了九十度的向上翻转，形成附图26。

图26中，永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ的径向中心线离开励磁凸极对A和励磁凸极对A′的径向中心线重合位置，偏离了β角度，此刻，激励控制电源向励磁凸极对A和励磁凸极对A′输入反向激励电流。励磁凸极对A和励磁凸极对A′凸极磁极性发生改变，外极靴凸极呈N极，内极靴凸极呈S极，此刻，励磁凸极对A和励磁凸极对A′会对永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ形成磁排斥力。

当转子继续旋转，会进入第二个重合位置，（参见附图27）即永磁体Ⅱ和永磁体Ⅳ的径向中心线分别与励磁凸极对C和励磁凸极对C′的径向中心线重合，此刻，位置传感器SC发出信号至激励控制电源，激励控制电源停止向CC′并联相线中输入正向激励电流，此刻，励磁凸极对C和C′的外极靴凸极和内极靴凸极为失去磁极性。此刻，在激励控制电源开始向CC′并联相线中输入反向激励电流，励磁凸极对C和C′的外极靴凸极改变为S极。

由于本实施例电机定子上励磁凸极对和转子上永磁体都是以电机转动轴线为基准线，对称均衡布置的，所以，基于之前做过的详细讨论，可以推知，永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ与励磁凸极对A和励磁凸极对A′之间发生的位置改变及作用过程，同样会发生在永磁体Ⅱ和永磁体Ⅳ与励磁凸极对C和励磁凸极对C′之间位置改变及作用过程中。在此，不再详细讨论。

当转子继续旋转，进入第三个重合位置，（参见附图28）即永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ的径向中心线分别与励磁凸极对B和励磁凸极对B′的径向中心线重合，此刻，位置传感器SB发出信号至激励控制电源，激励控制电源停止向BB′并联相线中输入正向激励电流，此刻，励磁凸极对B和B′的外极靴凸极和内极靴凸极为失去磁极性。此刻，在激励控制电源开始向BB′并联相线中输入反向激励电流，励磁凸极对B和B′的外极靴凸极改变为N极。

可以进一步推知，永磁体Ⅱ和永磁体Ⅳ与励磁凸极对C和励磁凸极对C′之间位置改变及作用过程，同样会发生在永磁体Ⅰ和永磁体Ⅲ的径向中心线分别与励磁凸极对B和励磁凸极对B′之间位置改变及作用过程中。在此，也不再详细讨论。

在本实施例中，转子每旋转三十度圆心角，就会有两个永磁体的径向中心线与两个励磁凸极对径向中心线重合。

在本实施例中， 由于相邻励磁凸极对极靴凸极的窄部交错设置，形成重叠区域LC（参见附图11和附图12）。该重叠区域LC具体参数在电机产品设计阶段可做调整。而且，该重叠区域LC参数调整与极靴凸极的其它参数调整相关，参见附图11至附图14，相关的极靴凸极参数有极靴凸极宽部LK、极靴凸极窄部LZ以及相邻极靴窄部之间的轴向间隙LJZ和相邻极靴窄部之间的径向间隙LJJ，若统筹调整上述极靴凸极各参数值，可以获得小于等于最大重叠区域LCM和大于等于最小重叠区域LCm的重叠区域LC参数值，若再将永磁体的尺寸在最大长度LYM和最小长度LYm之间做适当选择，并与上述极靴凸极参数及重叠区域LC参数值结合，进行优化设计，即可实现性能优异的电机。

在上述极靴凸极各参数中，如附图11和附图14所示，两个极靴窄部之间存在的轴向间隙LJZ 和径向间隙LJJ尤为关键。轴向间隙LJZ调节范围为0.5毫米至5.0毫米，径向间隙LJJ调节范围也为0.5毫米至5.0毫米。轴向间隙LJZ和径向间隙LJJ既可以相同，也可以不相同。

相邻励磁凸极对极靴凸极的窄部交错设置，形成重叠区域LC是本实施例电机的一个重要特点，当转子上永磁体旋转进入该重叠区域，会达到以下三个技术效果。

第一、由于加大了励磁凸极对各个独立铁芯凸极极靴两端所对应的圆心角度，如附图22中，每一个铁芯凸极极靴两端所对应的圆心角度接近72度，这使得处于重合位置永磁体与相邻铁芯极靴之间距离大大的缩小或已处于搭接状态，如附图22中，处在重合位置的永磁体Ⅰ和Ⅲ的前端就分别与励磁凸极对B和B′铁芯的窄部存在搭接，这不但能使处在重合位置励磁凸极对励磁线圈电流在换向导通时励磁线圈内电感量有所增加，从而降低换向时的电流冲击和避免使永磁体退磁的因素，而且也能显著提高励磁线圈激励电流换向时的扭矩输出。

第二、重叠区域LC内的两个极靴窄部的磁极性随各自励磁凸极对凸极的磁极性变化而变化，而当转子上的永磁体进入该重叠区域内，两个极靴窄部的磁极性虽然相异，但位于永磁体逆时针方向的励磁凸极对极靴凸极是排斥该永磁体的，而位于该永磁体顺时针方向励磁凸极对的极靴凸极则是吸引该永磁体的，即，永磁体会受到其后方励磁凸极对的排斥推力和其前方励磁凸极对的吸引拉力。如附图26中，永磁体Ⅰ会同时受到励磁凸极对A的磁排斥力和励磁凸极对B的磁吸引力，永磁体Ⅲ也同时受到励磁凸极对A′的磁排斥力和励磁凸极对B′的磁吸引力。相邻极靴凸极窄部交错形成的重叠区域类似田径4乘400米接力比赛场地中的交接棒区域，相邻励磁凸极对窄部交错的重叠区域会使得永磁体（类似拉力棒）有前、后两个励磁凸极对的拉、推，从而更加平稳、平顺、有力地旋转，能明显降低电机的转矩波动性。

第三、由于存在重叠区域LC，可通过加大定子上各励磁凸极对铁芯凸极极靴弧长所对应圆心角度来降低转子上永磁体弧长对应角度，即永磁体可取最小长度LYm，参见附图14，从而可以利用较少的、昂贵的永磁材料获得更高的转矩输出，显著提高永磁材料利用率。

在本实施例中，还可以采用三个如附图2所示的C形铁芯和三个如附图3所示的C形铁芯。将三个“T”字形极靴的励磁凸极对与三个倒“T”字形极靴的励磁凸极相间地设置于定子座，相邻两个励磁凸极对的极靴窄部交错，且极靴窄部相互之间存在间隙。

在本实施例中，还可以采用如附图4所示的C形铁芯，该C形铁芯凸极极靴窄部位于极靴宽部两端且呈斜坡状，相邻两个励磁凸极对的极靴窄部交错，且极靴窄部相互之间存在间隙。如附图15所示，该C形铁芯极靴凸极的宽部LK、窄部LZ、轴向间隙LJZ、斜向间隙LJX限定了相邻极靴凸极窄部的重叠区域LC的范围，而将范围确定的重叠区域LC与转子上永磁体的长度做统筹考虑，优化设计，即可实现性能优异的电机。

实施例二，本实施例电机结构剖面如附图30所示。

本实施例中，六个励磁凸极对均衡地固定于定子座204，相邻两个励磁凸极对的径向中心线之间的圆心角为六十度。导磁圆筒207固定于转子支架206，四个圆弧状永磁体208为一组，同步距地设置于导磁圆筒207内壁，形成两个有间距的永磁体环，相邻两个圆弧状永磁体的径向中心线之间的圆心角为九十度，圆弧状永磁体的磁极性是径向的，且任意相邻两个圆弧状永磁体的磁极性是不同的，即处于同一环路上相邻的两个圆弧状永磁体（26和27）的磁极性相异，且不同环路上相邻的两个圆弧状永磁体（26和29）的磁极性也相异。

本实施例中，如图5所示，励磁凸极对由U形铁芯和两组励磁线圈构成，两个励磁线圈的绕制方向相反，当其中一个励磁线圈输入激励电流时，U形铁芯的一个极靴凸极21、22呈N极，U形铁芯的另一个极靴凸极则呈S极，当另一个励磁线圈输入激励电流时，U形铁芯的一个极靴凸极21、22呈S极，U形铁芯的另一个极靴凸极则呈N极。U形铁芯由极靴凸极部件和连接部件构成，连接部件的凸部23与极靴凸极部件的燕尾形凹部结合固定，如附图5所示。本实施例U形铁芯两个凸极为圆弧状极靴，每个圆弧状极靴由三个部分构成，位于中央的为极靴宽部21，由极靴宽部两侧延伸的为极靴窄部22，U形铁芯极靴凸极宽部21两端的极靴窄部不在同一条直线上分布，即，从径向看，单个极靴状凸极类似“Z”字形。定子座上相邻两个励磁凸极对U形铁芯凸极极靴窄部相互交错设置，且相互之间存在间隙。参见附图29，当转子旋转，导磁圆筒24内壁的两组永磁体25、26、29等分别从定子座上励磁凸极对27的两个圆弧状极靴凸极的表面经过，圆弧状永磁体内表面与圆弧状极靴凸极表面之间存在气隙。

本实施例中，位于对角位置两个励磁凸极对的励磁线圈串联或并联，由三相电源分别供电，即励磁凸极对A的两组励磁线圈分别与励磁凸极对A′的两组励磁线圈串联或并联，同理，励磁凸极对B的两组励磁线圈分别与励磁凸极对B′的两组励磁线圈串联或并联，同理，励磁凸极对C的两组励磁线圈分别与励磁凸极对C′的两组励磁线圈串联或并联。

本实施例中，共设置有三个位置传感器Sa、Sb、Sc。参见附图31，三个位置传感器互成一百二十度圆心角。三个位置传感器与电机转轴线的径向距离与转子永磁体内圆弧表面与电机转轴线的径向距离相等，即，当转子转动，转子上永磁体内圆弧表面的一侧边缘会从位置传感器贴近处经过。

本实施例中，电机外转子顺时钟方向旋转。

附图31为永磁体Ⅰ和Ⅲ径向中心线与励磁凸极对A和A′径向中心线处于重合位置示意图。假定，永磁体Ⅰ和Ⅲ径向中心线与励磁凸极对A和A′径向中心线重合位置时刻为t₀，在t₀时刻之前的-Δt₀时刻，激励控制电源向励磁凸极对A和A′励磁线圈中输入正向激励电流，励磁凸极对A和A′极靴凸极的磁极性与永磁体Ⅰ和Ⅲ的磁极性相异，存在磁吸引作用，形成正向转矩；在t₀时刻，位置传感器Sa发送信号至激励控制电源，使激励控制电源停止向励磁凸极对A和A′输入正向激励电流，励磁凸极对A和A′的两个极靴凸极瞬间不呈现磁极性。一旦永磁体Ⅰ和Ⅲ径向中心线偏离励磁凸极对A和A′径向中心线，即在t₀之后的Δt₀时刻，激励控制电源开始向励磁凸极对A和A′输入反向激励电流，励磁凸极对A和A′极靴凸极的磁极性与永磁体Ⅰ和Ⅴ的磁极性相同，存在磁排斥作用，形成正向转矩。

附图32为永磁体Ⅱ和Ⅳ径向中心线与励磁凸极对C和C′径向中心线重合位置示意图。位置传感器Sc发送信号至激励控制电源，使励磁凸极对C和C′励磁线圈中激励电流换向。永磁体Ⅱ、Ⅳ和励磁凸极对C和C′之间磁作用变化过程与永磁体Ⅰ、Ⅲ和励磁凸极对A、A′之间的磁作用变化过程完全相同。

附图33为永磁体Ⅰ和Ⅲ径向中心线与励磁凸极对B和B′径向中心线重合位置示意图。位置传感器Sb发送信号至激励控制电源，使励磁凸极对B和B′励磁线圈中激励电流换向。永磁体Ⅰ、Ⅲ和励磁凸极对B、B′之间磁作用变化过程与永磁体Ⅰ、Ⅲ和励磁凸极对A、A′之间的磁作用变化过程完全相同。

可以推知，转子每旋转三十度，就会出现永磁体径向中心线与励磁凸极对径向中心线重合的状态。

在本实施例中，采用如实施例一中所述的参数优化设计即可实现性能优异的电机。

本实施例的技术效果与实施例一相同。

实施例三，本实施例电机结构剖面如附图34所示。

在本实施例中，励磁凸极对采用二阶交错双部件组合极靴励磁单元铁芯34，如附图9所示，该组合极靴励磁单元铁芯左部件的极靴宽部37与组合极靴铁芯右部件的极靴宽部37相同，组合极靴铁芯左部件的极靴窄部38与组合极靴铁芯右部件的极靴窄部38交错，组合极靴铁芯左部件绕制励磁线圈部段的端部有突键39，该突键39与组合极靴铁芯右部件的键槽配合组装。

在本实施例中，电机左侧励磁凸极对和电机右侧励磁凸极对分别设置于左侧定子座和右侧定子座。参见附图35，两侧励磁凸极对的设置方向相同，即左侧励磁凸极对极靴宽部径向中心线连线314为水平直线，右侧励磁凸极对极靴宽部径向中心线连线315也为水平直线，而电机左侧两个永磁体的径向中心线连线316和电机右侧两个永磁体的径向中心线连线317相互垂直。

在本实施例中，电机左侧励磁线圈的接线如附图36所示。励磁线圈A0和励磁线圈A0′串联，励磁线圈A1和励磁线圈A1′串联。与电机左侧励磁线圈接线方式相同，电机右侧励磁线圈B0和励磁线圈B0′串联，励磁线圈B1和励磁线圈B1′串联。

在本实施例中，电机左侧和电机右侧各设置一个位置传感器，电机右侧位置传感器312设置在右侧定子座上方十二点位置处，参见附图34，位置传感器312的径向距离与圆弧状永磁体外弧面的径向距离相同，电机右侧两个永磁体旋转会相继经过该位置传感器312，若前一个永磁体尾端t1时刻离开该位置传感器312，后一个永磁体前端t2时刻到达该位置传感器312，该位置传感器312会发出位置信号到激励控制电源，激励控制电源随即改变电机右侧励磁线圈中的电流方向，即，由输入正向激励电流改为输入反向激励电流，从而使电机右侧励磁凸极对的极靴磁极性发生改变。而电机左侧的位置传感器则设置在电机左侧定子座三点或九点位置处，该位置传感器的径向距离与圆弧状永磁体外弧面的径向距离相同，电机左侧的两个永磁体旋转相继经过该位置传感器，若前一个永磁体尾端t3时刻离开该位置传感器，后一个永磁体前端t4时刻到达该位置传感器，该位置传感器会发出位置信号到激励控制电源，激励控制电源随即改变电机左侧励磁线圈中的电流方向，即，由输入反向激励电流改为输入正向激励电流，从而使电机左侧励磁凸极对的极靴磁极性发生改变。电机左侧位置传感器SA和电机右侧位置传感器SB相互之间的圆心角度为九十度，参见附图39。

本实施例电机的运转及控制过程如下：

如附图36所示，此刻电机左侧两个永磁线径向中心线与左侧励磁凸极对极靴宽部径向中心线并未重合时，此刻，A0与A0′两端输入正向激励电流，励磁凸极对左端呈S极性，对左端永磁体有磁吸引作用，而励磁凸极对右端则呈N极性，对右端永磁体有磁吸引作用，形成沿转子顺时针方向的正向力矩。

当电机左侧两个永磁线径向中心线与左侧励磁凸极对极靴宽部径向中心线处于重合位置时，如附图37所示，此刻，A0与A0′两端输入激励电流为零，励磁凸极对左端和右端无磁极性，从而不再对永磁体有磁吸引作用。而此刻，电机右侧的励磁线圈B0与B0′两端输入有反向激励电流，右侧励磁凸极对的两个极靴对右侧两个永磁体具有磁吸引力，保持对电机转动轴的正向力矩。

当电机左侧两个永磁线径向中心线与左侧励磁凸极对极靴宽部径向中心线离开重合位置时，如附图38所示，此刻，A1与A1′两端输入反向激励电流，励磁凸极对左端呈N极性，对左端永磁体有磁排斥作用，同时，左端永磁体还受到右端极靴窄部S极的吸引，因为此刻左端永磁体已搭接右端极靴窄部，相对应地，励磁凸极对右端则呈S极性，对右端永磁体有磁排斥作用，右端永磁体还受到左端极靴窄部N极的吸引，因为此刻右端永磁体已搭接左端极靴窄部。左右两端永磁体均受“前吸后推”的磁作用力，形成沿转子顺时针方向的正向力矩。

由于电机左侧两个永磁体的径向中心线连线与右侧两个永磁体径向中心线连线的圆心角度之差为九十度，故电机转子每旋转九十度，就会在电机的左侧和右侧交替出现附图37所示的状态，即两个永磁线径向中心线与励磁凸极对极靴宽部径向中心线处于重合位置。电机左侧和右侧励磁线圈交替改变输入激励电流的方向，使得电机转动轴上始终能获得正向力矩。

在本实施例中，励磁凸极对铁芯还可以分别采用如附图6、附图7、附图8所示结构。励磁凸极对的铁芯为一个整体，附图6是励磁凸极对铁芯极靴窄部呈二阶梯状交错设置，附图7是励磁凸极对铁芯极靴窄部呈三阶梯状交错设置，附图8是励磁凸极对铁芯极靴窄部呈斜坡状交错设置。

在本实施例中，采用如实施例一中所述的参数优化设计即可实现性能优异的电机。

本实施例的技术效果与实施例一相同。

实施例四，本实施例为一种专用于无人机的永磁开关磁阻电动机，其结构剖面如附图41所示。

如附图10所示，本实施例异型圆弧形极靴铁芯具有两个左右分置的异型圆弧形极靴，左边和右边异型圆弧形极靴的形状分为宽部40和窄部41，左边异型圆弧形极靴的窄部与右边异型圆弧形极靴的窄部相互交错设置，且左边极靴窄部与右边极靴窄部之间存在间隙，两组励磁线圈绕制于该铁芯左边极靴和右边极靴连接部42。

本实施例中，参见附图41，外转子由转子座、转子轴402和六个圆弧形永磁体406构成，其中转子座又由转子座本体404、转子盖板403和转子导磁钢环405构成，导磁钢环405卡装在转子座本体404的外边缘处，以形成翻边，六个圆弧形永磁体406紧贴于转子座导磁钢环405形成翻边的内壁上，转子盖板403则从轴向紧贴于转子座本体404。这六个圆弧形永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧形永磁体的磁极性相异，若一个圆弧形永磁体的外圆弧面呈N极，内圆弧面呈S极，与其相邻圆弧形永磁体的外圆弧面呈S极，内圆弧面呈N极。

本实施例中，电动机定子由“X”形定子座410和四个励磁凸极对构成，励磁凸极对A和A′上下对称设置，励磁凸极对B和B′左右对称设置。上方励磁凸极对的两组励磁线圈分别与下方励磁凸极对的两组励磁线圈串联，左方励磁凸极对的两组励磁线圈分别与右方励磁凸极对的两组励磁线圈串联。四个励磁凸极对的极靴圆弧面与外转子上六个圆弧形永磁体的圆弧面之间存在气隙。采用压板将四个励磁凸极对与“X”形定子座410固定。本实施例中，位置传感器采用霍尔位置传感器，如附图42所示，霍尔传感器Sa所在位置圆心角度与霍尔传感器Sb所在位置圆心角度之间相差九十度。

本实施例运转和控制过程如下：

如附图42所示，当转子旋转到此特征位置，即，当右方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体Ⅰ和Ⅱ的径向中心线重合，左方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体Ⅳ和Ⅴ的径向中心线重合，此刻设置在定子座的霍尔传感器Sb则正处于两个圆弧状永磁体Ⅱ和Ⅲ之间缝隙的中央平分线上，该霍尔传感器Sb输出电信号至激励控制电源，激励控制电源首先关闭之前输入的正向电流，使右方励磁凸极对异型极靴和左方励磁凸极对异型极靴瞬间失去磁极性，随即，激励控制电源改变右方和左方励磁凸极对励磁线圈中激励电流的方向，右方励磁凸极对异型极靴和左方励磁凸极对异型极靴再次呈磁极性，且磁极性发生改变。此后，电机进入了如附图43所示运转状态。该运转状态，上方和下方励磁凸极对励磁线圈中输入正向激励电流，上方和下方励磁凸极对左边极靴呈N极性，上方和下方励磁凸极对右边极靴呈S极性，左方和右方励磁凸极对励磁线圈中输入反向激励电流，左方和右方励磁凸极对上边极靴呈S极性，上方和下方励磁凸极对下边极靴呈N极性。在此时间段内，四个励磁凸极对与转子上六个永磁体均存在磁作用力，或为磁吸引作用，或为磁排斥作用，均形成正向旋转力矩，直到出现如附图44的状态。

如附图44所示，当上方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体Ⅳ和Ⅴ的径向中心线重合，下方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体Ⅱ和Ⅲ的径向中心线重合，霍尔传感器Sa也正处于两个圆弧状永磁体Ⅵ和Ⅰ之间缝隙的中央平分线上，该霍尔传感器Sa输出电信号至激励控制电源，使激励控制电源改变上方和下方励磁凸极对励磁线圈中激励电流的方向，进而使上方励磁凸极对异型极靴和下方励磁凸极对异型极靴再次呈磁极性，且磁极性发生改变。此后，电机再次进入到四个励磁凸极对与转子上六个永磁体均存在磁作用力的运转状态。直到出现左方和右方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与其它两个圆弧状永磁体的径向中心线重合位置状态。可以推知，转子每旋转十五度，就会出现永磁体径向中心线与励磁凸极对宽部径向中心线重合的状态。

在本实施例中，采用如实施例一中所述的参数优化设计即可实现性能优异的电机。

本实施例的技术效果与实施例一相同。

Claims (13)

1.一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其构成包括有电动机基座、电动机罩壳、定子、转子、位置传感器、激励控制电源，所述定子由定子座和励磁凸极对构成，励磁凸极对均衡地设置固定于定子座，所述转子由转子支架和偶数个圆弧状永磁体构成，偶数个圆弧状永磁体均衡地设置于转子支架，圆弧状永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧状永磁体的磁极性相异，转子旋转时，固定于转子支架的圆弧状永磁体则能在定子座上各励磁凸极对圆弧状凸极表面经过，圆弧状永磁体与励磁凸极对圆弧状凸极表面之间存在气隙，其特征在于：所述励磁凸极对由异型极靴铁芯和励磁线圈构成，该异型极靴铁芯的两个凸极圆弧状极靴均由极靴宽部和极靴窄部构成，定子座上相邻两个励磁凸极对异型极靴铁芯的极靴窄部相互交错设置，且相邻两个励磁凸极对异型极靴铁芯的极靴窄部之间存在间隙。

2.根据权利要求1所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：相邻两个励磁凸极对异型极靴铁芯的极靴窄部之间间隙范围为0.5毫米至5.0毫米。

3.根据权利要求1所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述转子上圆弧状永磁体弧长等于小于异型极靴铁芯的弧长 ，且大于等于异型极靴铁芯宽部的弧长。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述励磁凸极对由C形异型极靴铁芯和励磁线圈构成，C形异型极靴铁芯的两个凸极均为圆弧状极靴，每个圆弧状极靴由三个部分构成，中央为极靴宽部，由极靴宽部向两侧延伸的为极靴窄部，同一个C形异型极靴铁芯的极靴窄部在同一条直线上分布，或者不在同一条直线上分布， C形异型极靴铁芯窄部的几何形状为阶梯状和斜坡状。

5.根据权利要求4所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述定子座为两个，呈轴向相对设置，两个定子座均与电动机罩壳固定，两个定子座内侧各设置有六个空腔体，这六个空腔体以电动机转动轴轴线为中心对称均衡设置，六个腔体之间由一个封闭环形腔体连接，六个独立的励磁凸极对分别固定在腔体内，并以高导热胶体灌封固化，封闭在腔体内，形成一个固态导热体，所述转子由转子支架和八个永磁体构成，转子支架为双侧悬臂结构，在转子支架悬臂两侧分别固定有四个圆弧状永磁体，四个圆弧状永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧状永磁体的磁极性相异，转子旋转时，固定于转子支架悬臂两侧的圆弧状永磁体则能在定子座上各励磁凸极对C形铁芯的两个极靴形凸极之间的圆弧形缝隙中经过。

6.根据权利要求4所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述转子上圆弧状永磁体外表面弧长所对应圆心角度略小于其内表面弧长所对应圆心角度；圆弧状永磁体内表面弧长小于等于C形铁芯异型极靴的弧长，且大于等于C形铁芯异型极靴宽部的弧长，圆弧状永磁体两个侧面开有定位柱销孔，所述转子支架轴向两侧各设置有四个限位块，限位块外圆弧表面弧长所对应圆心角度略大于其内圆弧表面弧长所对应圆心角度，圆弧状永磁体正好能轴向嵌入到两个限位块之间，限位块的倒角与永磁体倒角相吻合，转子支架上的定位突起***到永磁体一侧面定位柱销孔中，定位压环上的定位突起***到永磁体另一侧面定位柱销孔中，而定位压环上的固定孔与限位块上的定位螺孔对齐，用螺钉将定位压环与限位块固定。

7.根据权利要求4所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：位于对角位置的两个励磁凸极对励磁线圈串联或并联，由三相电源分别供电，三个位置传感器互成一百二十度设置在定子座上，三个位置传感器与电机转轴线的径向距离与转子上永磁体外圆弧表面或内圆弧表面与电机转轴线的径向距离相等，即，当转子转动，转子上永磁体外圆弧表面或内圆弧表面的一侧边缘会从位置传感器贴近处经过，固定于定子座上位置传感器的感应面与转子上永磁体一侧边缘相距2毫米至5毫米，位置传感器在定子座上的圆心角位置满足以下条件，即当转子上某个永磁体的径向中心线与定子上某个励磁凸极对极靴铁芯的径向中心线重合时，此刻，总有一个位置传感器设置在相邻的两个永磁体之间间隙宽度的平分线上。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述励磁凸极对由U形异型极靴铁芯和励磁线圈构成，U形异型极靴铁芯的两个凸极均为圆弧状极靴，每个圆弧状极靴由三个部分构成，位于中央的为极靴宽部，由极靴宽部向两侧延伸的为极靴窄部，同一个U形异型极靴铁芯的极靴窄部分布在同一条直线上，或者不分布在同一条直线上； U形异型极靴铁芯窄部的几何形状为阶梯状和斜坡状。

9.根据权利要求8所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述定子由定子座和六个励磁凸极对构成，定子座上设置有六个空腔体，这六个空腔体以电动机转动轴轴线为中心对称均衡设置，六个腔体之间由一个封闭环形腔体连接，六个独立的励磁凸极对分别固定在腔体内，并以高导热胶体灌封固化，封闭在腔体内，形成一个固态导热体，所述励磁凸极对由U形异型极靴铁芯和励磁线圈构成，U形异型极靴铁芯的两个凸极为圆弧状极靴，每个圆弧状极靴由三个部分构成，位于中央的为极靴宽部和从极靴宽部两侧延伸的部分为极靴窄部，定子座上相邻两个励磁凸极对U形异型极靴铁芯的极靴窄部相互交错设置，且相互之间存在缝隙，所述转子由转子支架、导磁圆筒和八个圆弧状永磁体构成，导磁圆筒固定于转子支架，四个圆弧状永磁体为一组，等间距地设置于导磁圆筒内壁，八个圆弧状永磁体构成两个永磁体环路，两个永磁体环路之间的间距与U形铁芯异型极靴两个凸极的间距相等，所述圆弧状永磁体的磁极性是径向的，且任意相邻两个圆弧状永磁体的磁极性是不同的，即处于同一环路上相邻的两个圆弧状永磁体的磁极性相异，且不同环路上相邻的两个圆弧状永磁体的磁极性也相异，圆弧状永磁体内表面弧长小于等于U形铁芯异型极靴的弧长，且大于等于U形铁芯异型极靴宽部的弧长，当转子旋转，导磁圆筒内壁的两组永磁体分别从定子座上励磁凸极对的两个圆弧状极靴凸极的表面经过，圆弧状永磁体内表面与圆弧状极靴凸极表面之间存在气隙。

10.根据权利要求1或2或3所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述励磁凸极对仅有两个异型极靴凸极，两个异型圆弧形极靴铁芯径向中心线之间的圆心角度为一百八十度，每个异型圆弧状极靴铁芯的中央部位为极靴宽部，而从极靴宽部向两端延伸出去的为极靴窄部，两个异型圆弧形极靴铁芯极靴窄部相互交错设置，且两个异型圆弧形极靴铁芯极靴窄部之间存在间隙，励磁线圈绕制于两个异型圆弧形极靴铁芯极靴的连接部。

11.根据权利要求10所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述定子座分为左侧定子座和右侧定子座，左侧定子座内固定有一个所述的励磁凸极对，右侧定子座内也固定有一个所述的励磁凸极对，两个励磁凸极对的结构完全相同且对称设置，单侧励磁凸极对关联两个异型圆弧形极靴的两个连接部外分别围绕制有两组励磁线圈，且连接部左侧的上下两个励磁线圈串联，连接部右侧的上下两组励磁线圈串联；所述转子支架为双侧悬臂结构，在转子支架左右两侧悬臂径向内表面固定有两个圆弧形永磁体，这两个永磁体的磁极性指向是径向的，且这两个永磁体的磁极性不相同，此外，转子支架悬臂左侧固定的两个永磁体的径向中心点连线呈垂直方向，而悬臂支架右侧固定的两个永磁体的径向中心点连线呈水平方向；两个位置传感器分别固定于两侧定子座上，位置传感器的径向距离与圆弧状永磁体内弧面的径向距离相同，当某一侧励磁极靴单元异型极靴径向中心线与该侧圆弧状永磁体径向中心线重合，设置在该侧的位置传感器则正对该侧两个圆弧状永磁体之间缝隙的中央平分线上，当该侧两个圆弧状永磁体相继经过该位置传感器，该位置传感器输出电信号至激励控制电源，使激励控制电源改变该侧励磁凸极对励磁线圈中激励电流的方向。

12.根据权利要求1或2或3所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述励磁凸极对由一个异型圆弧形极靴铁芯与两组励磁线圈构成，该异型圆弧形极靴铁芯具有两个左右分置的异型圆弧形极靴，左边异型圆弧形极靴的形状分为宽部和窄部，右边异型圆弧形极靴的形状也分为宽部和窄部，左边异型圆弧形极靴的窄部与右边异型圆弧形极靴的窄部相互交错设置，且左边极靴窄部与右边极靴窄部之间存在间隙。

13.根据权利要求12所述的一种具有异型极靴铁芯的永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述定子由定子座和所述的励磁凸极对构成，定子座为“X”形支架，四个励磁凸极对设置并固定在“X”形支架的上下左右空缺处，上方励磁凸极对的两组励磁线圈分别与下方励磁凸极对的两组励磁线圈串联，左方励磁凸极对的两组励磁线圈分别与右方励磁凸极对的两组励磁线圈串联，四个励磁凸极对的八个铁芯极靴的外边缘线为同心圆，所述励磁凸极对圆弧形极靴铁芯的极靴弧面所对应的圆心角约为二十八度，同一个励磁凸极对的两个极靴的径向中心线所对应圆心角为六十度；所述外转子由转子座、转子轴和永磁体构成，导磁钢环卡装在转子座本体的外边缘处，以形成翻边，六个圆弧形永磁体紧贴于转子座翻边的内壁上，这六个圆弧形永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻两个圆弧形永磁体的磁极性相异，转子轴一端与转子座中心处固定，转子轴另一端穿过定子座“X”形支架中心孔，并通过滚珠轴承与定子座呈可转动连接，此外转子轴的中部设置有径向定位滚珠轴承，转子轴的端部还设置有推力球轴承；所述位置传感器为两个用霍尔传感器，两个传感器固定于定子座上，两个霍尔传感器互成九十度圆心角，位置传感器的径向距离与圆弧状永磁体内弧面的径向距离相同，当上方和下方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体径向中心线重合，设置在定子座的一个霍尔传感器则正处于两个圆弧状永磁体之间缝隙的中央平分线上，当两个圆弧状永磁体相继经过该霍尔传感器，该霍尔传感器输出电信号至激励控制电源，使激励控制电源改变上方和下方励磁凸极对励磁线圈中激励电流的方向，当左方和右方励磁凸极对异型极靴宽部的径向中心线与圆弧状永磁体径向中心线重合，设置在定子座的另一个霍尔传感器也正处于两个圆弧状永磁体之间缝隙的中央平分线上，当两个圆弧状永磁体相继经过该霍尔传感器，该霍尔传感器输出电信号至激励控制电源，使激励控制电源改变左方和右方励磁凸极对励磁线圈中激励电流的方向。

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