[發(fā)明專利]高扭矩密度磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610296366.7
• 申請(qǐng)日: 2016-05-06
• 公開（公告）號(hào): CN107346920A
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷德軍;時(shí)巖;王舸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué);王舸
• 主分類號(hào): H02K1/14
• 分類號(hào): H02K1/14;H02K1/24
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 王培松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁阻電機(jī)領(lǐng)域，具體而言涉及一種高扭矩密度磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

背景技術(shù)

磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)是利用轉(zhuǎn)子磁阻不均勻而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的小功率同步電動(dòng)機(jī)，又稱反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)。它不依靠定、轉(zhuǎn)子繞組電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而是依靠“磁阻最小原理”產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即：磁通總是沿著磁導(dǎo)最小的路徑閉合，從而產(chǎn)生磁拉力，進(jìn)而形成磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。

在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁路的磁阻要有盡可能大的變化。所以，磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子均采用雙凸極結(jié)構(gòu)，并用硅鋼片疊制而成，轉(zhuǎn)子上無任何繞組。在每個(gè)定子磁極上都裝有簡(jiǎn)單的集中繞組，并把徑向相對(duì)的兩個(gè)定子磁極上的繞組以串聯(lián)或并聯(lián)的方式構(gòu)成一相。

磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)一般靠實(shí)心轉(zhuǎn)子的感應(yīng)渦流并借助于鋁或銅所起籠型繞組的作用起動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，借助凸極效應(yīng)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子會(huì)自動(dòng)拉入同步。磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上因?yàn)榧葲]有勵(lì)磁繞組也沒有集電環(huán)，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，在家用電器、電工工具、電動(dòng)汽車等場(chǎng)合具有廣泛的應(yīng)用。

圖1、圖2所示為現(xiàn)有磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意，結(jié)合圖示，磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)基于磁阻最小原理，即線圈產(chǎn)生的磁通沿磁阻最小的路徑閉合，利用定子與轉(zhuǎn)子凸極間的吸引力拉動(dòng)轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖1、圖2所示的磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)，以內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)為例，定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙厚度沿徑向均勻分布，定子線圈通電后其產(chǎn)生的磁通經(jīng)過定子凸極、氣隙、轉(zhuǎn)子凸極及轉(zhuǎn)子鐵芯而閉合，產(chǎn)生的吸引力大小受氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度(或磁力線密度)及齒極間的相互作用面積影響較大。

隨著家用電器、電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)驅(qū)動(dòng)能力和效率提升的迫切需求，現(xiàn)有磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)由于其扭矩密度問題的限制，影響電機(jī)的最大負(fù)載能力和扭矩密度，限制了磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)在這些場(chǎng)合的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種高扭矩密度磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)，通過電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間氣隙優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高扭矩密度。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括：

定子組件，其具有定子本體，其限定一內(nèi)部空腔，所述定子本體內(nèi)壁上設(shè)置有定子凸極；所述定子凸極上配置有定子線圈，用于在外部導(dǎo)入電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)并沿著縱向軸線隨限定空腔的內(nèi)表面延伸；

轉(zhuǎn)子組件，設(shè)置在所述空腔內(nèi)部，并被設(shè)置成圍繞所述縱向軸線而旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)子組件包括軸以及周向圍繞所述軸進(jìn)行定位的轉(zhuǎn)子本體；所述轉(zhuǎn)子本體上具有多個(gè)轉(zhuǎn)子凸極；

位于定子組件與轉(zhuǎn)子組件之間的氣隙；

其中，位于定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間的氣隙至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子凸極的自由端面上設(shè)置有多個(gè)齒槽，與所述定子凸極的自由端面上設(shè)置有多個(gè)齒槽相適配。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述定子組件的定子本體為分割式構(gòu)造，具有至少兩個(gè)大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，還提出一種磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括：

定子組件，其具有定子本體，所述定子本體外壁上設(shè)置有定子凸極；所述定子凸極上配置有定子線圈，用于在外部導(dǎo)入電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)；

轉(zhuǎn)子組件，圍繞定子本體，并被設(shè)置成可繞其縱向軸線而旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)子組 件具有轉(zhuǎn)子本體，所述轉(zhuǎn)子本體上具有多個(gè)轉(zhuǎn)子凸極；

位于定子組件與轉(zhuǎn)子組件之間的氣隙；

其中，位于定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間的氣隙至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子本體或定子本體的軸截面上部分交叉。

進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)子本體為分割式構(gòu)造，具有至少兩個(gè)大致呈扇環(huán)狀的可組合的分體。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明在傳統(tǒng)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將定子與轉(zhuǎn)子的凸極設(shè)計(jì)為多齒結(jié)構(gòu)，使得定子凸極和轉(zhuǎn)子凸極之間的氣隙至少在一個(gè)轉(zhuǎn)子或定子的軸截面上，至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布，其具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)有效增加了定子與轉(zhuǎn)子凸極間的相互作用面積，磁力線通過齒頂、齒根和齒面分別閉合；

2)由于磁力線閉合路徑的分散，有效降低了氣隙的磁通密度，在保證磁通不飽和的情況下，允許通入更大的電流，從而產(chǎn)生較大的吸引力，提高磁阻旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭矩密度。