CN108199506B - 6/8极开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种6/8极开关磁阻电机，包括开关磁阻电机本体和位置检测系统，开关磁阻电机本体包括转子、设于转子外周上的定子、用于支撑转子的轴承、以及用于架设定子的端盖，定子包括定子铁芯及固定连接于定子铁芯上的定子线圈，定子铁芯包括定子本体及周向设于定子本体内的六个定子磁极，转子包括转子本体及周向设于转子本体外的八个转子磁极，各个定子磁极和各个转子磁极的端部均设有用于使定子和转子进行气隙优化的极弧末端结构。本发明提供的6/8极开关磁阻电机，结构简单、无电刷磨损、电机使用寿命长；转子无永磁体无高温退磁现象、成本低，允许较高的工作温度；启动转矩大，低速性能好，在宽调速范围内可实现高效率。

Description

6/8极开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及6/8极开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。开关磁阻电机结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。然而，由于传统开关磁阻电机的双凸极结构，电机转子上的转矩由一系列脉冲转矩叠加而成，合成转矩非恒定，这导致开关磁阻电机存在固有转矩脉动，尤其电机低速运行时转矩脉动较大，而高速运行时，因转子凸极结构导致受到的空气阻力随转速增加而变大，降低工作效率和提高工作噪音。所以将是本发明产品的针对事项

因此，现有开关磁阻电机转矩脉动和噪音大，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出的6/8极开关磁阻电机，旨在解决现有开关磁阻电机转矩脉动和噪音大技术问题。

本发明提出的6/8极开关磁阻电机，包括开关磁阻电机本体及与开关磁阻电机本体相连的位置检测系统，开关磁阻电机本体包括转子、设于转子外周上的定子、用于支撑转子的轴承、以及用于架设定子的端盖，定子包括定子铁芯及固定连接于定子铁芯上的定子线圈，定子铁芯包括定子本体及周向设于定子本体内的六个定子磁极，转子包括转子本体及周向设于转子本体外的八个转子磁极，各个定子磁极和各个转子磁极的端部均设有用于使定子和转子进行气隙优化的极弧末端结构。

进一步地，定子线圈的数量为六个，每个定子线圈均包括励磁线圈及用于固定励磁线圈的线圈骨架，各个线圈骨架靠近定子磁极的一端均设有骨架扣位，定子磁极上对应设置有与骨架扣位相匹配的定子极靴，定子极靴设于所述定子磁极的两侧且定子极靴的端面与定子磁极的端部连成一体并呈弧形设置。

进一步地，励磁线圈包括相对设置的第一励磁线圈和第二励磁线圈、相对设置的第三励磁线圈和第四励磁线圈、以及相对设置的第五励磁线圈和第六励磁线圈，第一励磁线圈和第二励磁线圈首尾相连以形成第一定子绕组；第三励磁线圈和第四励磁线圈首尾相连以形成第二定子绕组；第五励磁线圈和第六励磁线圈首尾相连以形成第三定子绕组。

进一步地，位置检测系统分别与第一定子绕组和第二定子绕组电连接，用于接通/断开第一定子绕组和第二定子绕组以分别对第一定子绕组或第二定子绕组进行励磁。

进一步地，位置检测系统包括依次相连的编码支架、编码环、位置检测支架、位置检测板和控制器，编码支架、编码环、位置检测支架、位置检测板依次按序连接，编码支架用于固定编码环并与转子磁极同步旋转；位置检测支架用于与定子磁极同角度设置；位置检测板上设有霍尔开关，用于检测转子磁极的位置信号；控制器与位置检测板电连接，用于接通或断开第一定子绕组或第二定子绕组以分别对第一定子绕组或第二定子绕组进行励磁。

进一步地，转子还包括设于转子本体中心的转子轴，编码支架用于将编码环固定于转子轴上。

进一步地，轴承包括设于转子两端用于支撑转子的第一轴承和第二轴承；端盖包括安装于第一轴承前端的前端盖及用于安装于第二轴承后端的后端盖，开关磁阻电机还包括安装于位置检测板的后端用于固定位置检测支架的后盖。

进一步地，每个定子磁极的截面呈梯形。

进一步地，转子由耐高温绝缘非导磁材料封装而成。

进一步地，各个转子磁极的外壁上设有磁极加强筋。

本发明所取得的有益效果为：

本发明提供的6/8极开关磁阻电机，与现有的6/4极和8/6极开关磁阻电机相比，颠覆性地使用外定子6极、内封装转子8极结构，从而保证在电机低速运行的情况下也能实现扭矩最大输出并转矩脉动最小；通过转子磁极和定子磁极的端部进行优化，采用极弧末端结构对定子、转子进行气隙优化，有效地降低了定子、转子接触和脱离时的转矩脉动，从而有效降低短节距和整节距的转矩脉动，并且提高了平均转矩，同时还消除部分转矩的低频谐波和高频谐波，减少振动；采用位置检测系统对励磁线圈进行励磁，力图产生使转子磁极与定子绕组的轴线相重合的磁阻转矩，减小转矩脉动。本发明提供的6/8极开关磁阻电机，结构简单、无电刷磨损、电机使用寿命长；转子无永磁体无高温退磁现象、成本低，允许较高的工作温度；启动转矩大，低速性能好，在宽调速范围内可实现高效率。

附图说明

图1为本发明6/8极开关磁阻电机一优选实施例的结构示意图；

图2为本发明6/8极开关磁阻电机第一优选实施例的爆炸示意图；

图3为本发明6/8极开关磁阻电机第二优选实施例的爆炸示意图；

图4为本发明6/8极开关磁阻电机第一优选实施例的径向工作截面图；

图5为本发明6/8极开关磁阻电机中的极弧末端结构第一优选实施例的结构示意图；

图6为图5中A部分的放大示意图；

图7为本发明6/8极开关磁阻电机中的极弧末端结构第一优选实施例的径向工作示意图；

图8为图7中B部分的放大示意图；

图9为本发明6/8极开关磁阻电机的位置检测系统的结构示意图；

图10为本发明6/8极开关磁阻电机中的转子旋转到开通角时位置检测系统的工作原理示意图；

图11为本发明6/8极开关磁阻电机中的转子旋转到开通角时开关磁阻电机本体的工作原理示意图；

图12为本发明6/8极开关磁阻电机中的转子旋转到关断角时位置检测系统的工作原理示意图；

图13为本发明6/8极开关磁阻电机中的转子旋转到关断角时开关磁阻电机本体的工作原理示意图；

图14为本发明6/8极开关磁阻电机中的转子结构示意图。

附图标号说明：

10、开关磁阻电机本体；20、位置检测系统；11、转子；12、定子；13、轴承；14、端盖；121、定子铁芯；122、定子线圈；1211、定子本体；1212、定子磁极；111、转子本体；112、转子磁极；1221、励磁线圈；1222、线圈骨架；12221、骨架扣位；12121、定子极靴；12211、第一励磁线圈；12212、第二励磁线圈；12213、第三励磁线圈；12214、第四励磁线圈；21、编码支架；22、编码环；23、位置检测支架；24、位置检测板；241、霍尔开关；113、转子轴；131、第一轴承；132、第二轴承；141、前端盖；142、后端盖；30、后盖；1121、磁极加强筋。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

如图1至图8所示，本发明第一实施例提出一种6/8极开关磁阻电机，包括开关磁阻电机本体10及与开关磁阻电机本体10相连的位置检测系统20，开关磁阻电机本体10包括转子11、设于转子11外周上的定子12、用于支撑转子11的轴承13、以及用于架设定子12的端盖14，定子12包括定子铁芯121及固定连接于定子铁芯121上的定子线圈122，定子铁芯121包括定子本体1211及周向设于定子本体1211内的六个定子磁极1212，转子11包括转子本体111及周向设于转子本体111外的八个转子磁极112，各个定子磁极1212和各个转子磁极112的端部均设有用于使定子12和转子11进行气隙优化的极弧末端结构。其中，六个定子磁极1212周向均布于定子本体1211的内圆周上；八个转子磁极112周向均布于转子本体111的外圆周上。定子磁极1212的端部形成向内凹的内弧形面，转子磁极112的端部形成向外凸的外弧形面。具体地，定子磁极1212与转子磁极112正对时，位于定子磁极1212与转子磁极112两弧形面之间的中间间隙处构成第一气隙L1，位于定子磁极1212与转子磁极112两弧形面之间的两侧间隙构成辅助气隙L2。

本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，与现有的6/4极和8/6极开关磁阻电机相比，颠覆性地使用外定子6极、内封装转子8极结构，从而保证在电机低速运行的情况下也能实现扭矩最大输出并转矩脉动最小；通过转子磁极和定子磁极的端部进行优化，采用极弧末端结构对定子、转子进行气隙优化，有效地降低了定子、转子接触和脱离时的转矩脉动，从而有效降低短节距和整节距的转矩脉动，并且提高了平均转矩，同时还消除部分转矩的低频谐波和高频谐波，减少振动；采用位置检测系统对励磁线圈进行励磁，力图产生使转子磁极与定子绕组的轴线相重合的磁阻转矩，减小转矩脉动。本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，结构简单、无电刷磨损、电机使用寿命长；转子无永磁体无高温退磁现象、成本低，允许较高的工作温度；启动转矩大，低速性能好，在宽调速范围内可实现高效率。

优选地，如图7至图13所示，本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，定子线圈122的数量为六个，每个定子线圈122均包括励磁线圈1221及用于固定励磁线圈1221的线圈骨架1222，各个线圈骨架1222靠近定子磁极1212的一端均设有骨架扣位12221，定子磁极1212上对应设置有与骨架扣位12221相匹配的定子极靴12121，定子极靴12121设于所述定子磁极1212的两侧且定子极靴12121的端面与定子磁极1212的端部连成一体并呈弧形设置。实施例提供的6/8极开关磁阻电机，定子线圈122独立绕装，与定子极靴12121扣位安装，无需使用传统电机的定子绝缘纸和槽签，从而可自动化生产。

优选地，请见图7至图13，本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，励磁线圈1221包括相对设置的第一励磁线圈12211和第二励磁线圈12212、相对设置的第三励磁线圈12213和第四励磁线圈12214、以及相对设置的第五励磁线圈和第六励磁线圈，第一励磁线圈12211和第二励磁线圈12212首尾相连以形成第一定子绕组；第三励磁线圈12213和第四励磁线圈12214首尾相连以形成第二定子绕组；第五励磁线圈和第六励磁线圈首尾相连以形成第三定子绕组。

优选地，请见图7至图13，本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，位置检测系统20分别与第一定子绕组和第二定子绕组电连接，用于接通/断开第一定子绕组和第二定子绕组以分别对第一定子绕组或第二定子绕组进行励磁。

优选地，请见图10至图13，本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，位置检测系统20包括依次相连的编码支架21、编码环22、位置检测支架23、位置检测板24和控制器，编码支架21、编码环22、位置检测支架23、位置检测板24依次按序连接，编码支架21用于固定编码环22并与转子磁极112同步旋转；位置检测支架23用于与定子磁极1212同角度设置；位置检测板24上设有霍尔开关241，用于检测转子磁极112的位置信号；控制器与位置检测板24电连接，用于接通或断开第一定子绕组或第二定子绕组以分别对第一定子绕组或第二定子绕组进行励磁。具体地，转子11还包括设于转子本体111中心的转子轴113，编码支架21用于将编码环22固定于转子轴113上。工作时，位置检测支架23和位置检测板24不动，编码环22和编码支架21通过转子轴113固定，与转子磁极112的实时角度同步。

优选地，如图2所示，本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，轴承13包括设于转子11两端用于支撑转子11的第一轴承131和第二轴承132；端盖14包括安装于第一轴承131前端的前端盖141及用于安装于第二轴承132后端的后端盖142，开关磁阻电机还包括安装于位置检测板24的后端用于固定位置检测支架23的后盖30。

优选地，如图1至图5所示，本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，每个定子磁极1212的截面呈梯形。定子磁极1212采用梯形结构，改善磁通密度，有利于对抗开关磁阻电机工作时磁极通断时产生的径向拉力，减小因磁极通断时产生的电磁噪音。

优选地，如图和图5所示，本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，转子11由耐高温绝缘非导磁材料封装而成。在本实施全例中，转子采用耐高温绝缘非导磁材料封装处理，并在成型后精加工外圆，对磁路无影响，并有助于减少定子、转子间的漏磁和减低转子表面粗糙度，使转子受到的空气阻力不随转速的增加而增大，提高了电机高速运行时的效率和降低电机噪音，并且增加了转子的转动惯性，有助于减少转矩脉动。开关磁阻电机在高速运行下的会产生的一种刺耳的噪音，是由于转子的开口式构造和小气隙的存在，当一个转子磁极经过一个定子磁极时会发出像汽笛一样的声音。在本实施例中，通过利用将转子表面封装成光滑的圆柱体。从而有效地抑制转子旋转过程中发生的压力变化，明显降低所发生的噪音；同时有效的改善转子的动平衡性能。

优选地，如图14所示，本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，各个转子磁极112的外壁上设有磁极加强筋1121。在本实施例中，转子磁极112添加磁极加强筋1121，改善转子磁通密度的同时固定转子封装材料；并且增加转子的转动惯性，并进一步减少转矩脉动。

如图1至图14所示，本实施例提供的6/8极开关磁阻电机，其工作原理如下所示：

开关磁阻电机开始工作时，位置检测板24将检测到的转子磁极位置信号发送给控制器，控制器根据位置信号进行判定，接通定子第一励磁线圈12211励磁，产生力图使临近转子磁极112与第一励磁线圈12211轴线相重合的磁阻转矩。转子磁极112和定子磁极1212间的气隙由过度气隙转到工作气隙，从而减缓转矩骤然升高，减小转矩脉动，当转子到达关断角θoff时，第一定子绕组断电，转子磁极112和定子磁极1212间的气隙由工作气隙转为过度气隙，减小因第一定子绕组断电产生的反向电动势对转子的转矩的影响。第一定子绕组断电后，控制器接通第二定子绕组，第二定子绕组励磁产生通用磁阻转矩，周而复始。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种6/8极开关磁阻电机，其特征在于，包括开关磁阻电机本体（10）及与所述开关磁阻电机本体（10）相连的位置检测系统（20），所述开关磁阻电机本体（10）包括转子（11）、设于所述转子（11）外周上的定子（12）、用于支撑所述转子（11）的轴承（13）、以及用于架设所述定子（12）的端盖（14），所述定子（12）包括定子铁芯（121）及固定连接于所述定子铁芯（121）上的定子线圈（122），所述定子铁芯（121）包括定子本体（1211）及周向设于所述定子本体（1211）内的六个定子磁极（1212），所述转子（11）包括转子本体（111）及周向设于所述转子本体（111）外的八个转子磁极（112），各个所述定子磁极（1212）和各个所述转子磁极（112）的端部均设有用于使所述定子（12）和所述转子（11）进行气隙优化的极弧末端结构；六个所述定子磁极（1212）周向均布于所述定子本体（1211）的内圆周上；八个所述转子磁极（112）周向均布于所述转子本体（111）的外圆周上；

所述定子线圈（122）的数量为六个，每个所述定子线圈（122）均包括励磁线圈（1221）及用于固定所述励磁线圈（1221）的线圈骨架（1222），各个所述线圈骨架（1222）靠近所述定子磁极（1212）的一端均设有骨架扣位（12221），所述定子磁极（1212）上对应设置有与所述骨架扣位（12221）相匹配的定子极靴（12121），所述定子极靴（12121）设于所述定子磁极（1212）的两侧且所述定子极靴（12121）的端面与所述定子磁极（1212）的端部连成一体并呈弧形设置；

所述励磁线圈（1221）包括相对设置的第一励磁线圈（12211）和第二励磁线圈（12212）、相对设置的第三励磁线圈（12213）和第四励磁线圈（12214）、以及相对设置的第五励磁线圈和第六励磁线圈，所述第一励磁线圈（12211）和第二励磁线圈（12212）首尾相连以形成第一定子绕组；所述第三励磁线圈（12213）和第四励磁线圈（12214）首尾相连以形成第二定子绕组；所述第五励磁线圈和所述第六励磁线圈首尾相连以形成第三定子绕组；

所述位置检测系统（20）分别与所述第一定子绕组和所述第二定子绕组电连接，用于接通/断开所述第一定子绕组和所述第二定子绕组以分别对所述第一定子绕组或所述第二定子绕组进行励磁；

所述位置检测系统（20）包括依次相连的编码支架（21）、编码环（22）、位置检测支架（23）、位置检测板（24）和控制器，所述编码支架（21）、所述编码环（22）、所述位置检测支架（23）、所述位置检测板（24）依次按序连接，所述编码支架（21）用于固定所述编码环（22）并与所述转子磁极（112）同步旋转；所述位置检测支架（23）用于与所述定子磁极（1212）同角度设置；所述位置检测板（24）上设有霍尔开关（241），用于检测所述转子磁极（112）的位置信号；所述控制器与所述位置检测板（24）电连接，用于接通或断开所述第一定子绕组或所述第二定子绕组以分别对所述第一定子绕组或所述第二定子绕组进行励磁。

2.根据权利要求1所述的6/8极开关磁阻电机，其特征在于，所述转子（11）还包括设于所述转子本体（111）中心的转子轴（113），所述编码支架（21）用于将所述编码环（22）固定于所述转子轴（113）上。

3.根据权利要求2所述的6/8极开关磁阻电机，其特征在于，所述轴承（13）包括设于所述转子（11）两端用于支撑所述转子（11）的第一轴承（131）和第二轴承（132）；所述端盖（14）包括安装于所述第一轴承（131）前端的前端盖（141）及用于安装于所述第二轴承（132）后端的后端盖（142），所述开关磁阻电机还包括安装于所述位置检测板（24）的后端用于固定所述位置检测支架（23）的后盖（30）。

4.根据权利要求1至3任一项所述的6/8极开关磁阻电机，其特征在于，每个所述定子磁极（1212）的截面呈梯形。

5.根据权利要求1至3任一项所述的6/8极开关磁阻电机，其特征在于，所述转子（11）由耐高温绝缘非导磁材料封装而成。

6.根据权利要求1至3任一项所述的6/8极开关磁阻电机，其特征在于，每个所述转子磁极（112）的外壁上均设有磁极加强筋（1121）。