[發明專利]一種產生軸向力的短磁路開關磁阻電機

有效

• 申請號: 201410231386.7
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104009557A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 孫玉坤;胡文宏;朱志瑩;袁野;張新華
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/18;H02K1/24;H02K1/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于電機領域，具體是一種產生軸向力的開關磁阻電機。

背景技術

開關磁阻電機具有結構簡單堅固、制造工藝簡單、成本低、起動轉矩大、低速性能好以及效率高等優點，能適應各種惡劣的工作環境，使得開關磁阻電機在航空航天、礦山等環境惡劣且安全性要求很高的領域得到了廣泛應用。

傳統的開關磁阻電機為雙凸極結構，如圖1所示的12/8結構的開關磁阻電機的徑向結構，開關磁阻電機包括定子A、轉子B、轉軸C組成，定子A固定在電機外殼的內壁上，轉子B同軸固定套在轉軸C上，定子A同軸套在轉子B外部，定子A和轉子B之間留有徑向氣隙。定子A有定子齒極A1、定子軛部A2兩部分，定子齒極A1和定子軛部A2一般是一個完整的整體。轉子B有轉子齒極B1、轉子軛部B2兩部分，轉子齒極B1和轉子軛部B2一般是一個完整的整體，定子齒極A1與轉子齒極B1之間留有徑向氣隙。如圖2所示，定子齒極A1和轉子齒極B1的軸向截面均呈矩形。三相繞組依次安放在定子齒極A1上，當某一定子齒極上的繞組加載激勵時，附近轉子極便受到指向該定子齒極A1的轉矩作用，不同的三相導通順序產生方向不同的轉矩，當采用合適的開通、關斷角時，轉子B便受到持續不斷的轉矩作用，進而電機得以較為穩定地轉動運行。開關磁阻電機的這種工作方式是基于“磁阻最小原理”，封閉的磁場路徑如圖3中的磁路a和磁路b，封閉的磁路的總磁阻由定子、轉子鐵芯磁阻與空氣磁阻共同組成，而“磁阻最小原理”為轉矩使得轉子向封閉磁路總磁阻減小的方向轉動，空氣段磁路長度越小，空氣部分磁路磁阻就越小，則產生的轉矩使得轉子齒極B1向定子齒極A1靠攏，因此，對轉矩的產生起主要作用的磁路部分是“定子齒極A1-氣隙-轉子齒極B1”，而定子軛部A2、轉子軛部B2只是起磁路連接作用以形成封閉磁路，對于轉矩的產生不起作用，因此，整個電機的有效磁回路較長；因定子軛部A2、轉子軛部B2的存在仍產生鐵耗，便降低了電機的工作效率；同時，定子軛部A2、轉子軛部B2的磁路連接作用要求其必須是高導磁材料構成，而這類材料因密度較高必然給電機增加了額外質量，使得電機更加笨重。

發明內容

針對現有開關磁阻電機存在的有效磁回路較長、電機效率低、笨重的問題，本發明提出一種產生軸向力的短磁路的開關磁阻電機結構，有效降低電機整體質量，實現短磁路的流通，降低磁路在定子、轉子鐵芯中流通時產生的鐵耗，提高電機的工作效率。

本發明采用的技術方案是：本發明包括電機外殼、定子齒極、轉子齒極以及轉軸，最外部是電機外殼，電機外殼的內壁上沿徑向截面的圓周方向均布有多個定子齒極，轉軸外固定套一個套筒，套筒的外壁上沿徑向截面的圓周方向均布有多個轉子齒極，定子齒極和轉子齒極之間留有徑向氣隙，沿外殼圓周相對的兩個定子齒極上繞有同屬一相繞組的線圈；每個定子齒極的軸向截面形狀均是由四個面圍成的具有一個L型缺口的矩形，每個轉子齒極在同一軸向截面上的形狀是由兩個垂直面圍成的所述L型，轉子齒極的徑向端與定子齒極的徑向端之間留有徑向氣隙，轉子齒極的軸向端與定子齒極的軸向端之間均留有軸向氣隙，定子齒極的軸向截面形狀與轉子齒極的軸向截面形狀圍成一個留有兩個氣隙的完整的矩形。

?本發明的有益效果是：

1、本發明在傳統的開關磁阻電機結構基礎上，通過改變定子齒極和轉子齒極的結構以改變磁路，實現了短磁路的流通，提升了開關磁阻電機的各項性能。

2、本發明去掉了定子軛部、轉子軛部，可以使用輕質材料制造與轉軸固定在一起的套筒，在有效降低電機整體質量的同時還減小了轉子質量，使電機具有更快的起動、停止速度。

3、本發明的磁路不再如傳統的開關磁阻電機一樣經過轉子軛部，磁路更短，有效降低了磁路在定子、轉子鐵芯中流通時產生的鐵耗，提高了電機的工作效率。

4、本發明因定子齒極的改進能產生軸向電磁力，當開關磁阻電機作為磁懸浮電機并豎直放置時，需要額外的軸向磁懸浮軸承以平衡轉子重量，定子、轉子之間的軸向磁拉力便能減小軸向磁懸浮軸承的功率輸出，可以通過調節本發明電機的繞組電流大小實現轉子軸向懸浮，即不再需要增加額外的軸向磁軸承便可實現電機豎直放置情況下的轉子懸浮。

附圖說明

圖1是背景技術中傳統的12/8結構的開關磁阻電機的徑向結構圖；

圖2是圖1的X1-X1剖面圖；

圖3是圖1中的開關磁阻電機在某一相單獨激勵時的磁場路徑，該相磁路由磁路a、磁路b兩部分組成；

圖4是本發明一種產生軸向力的短磁路的開關磁阻電機的徑向結構圖；