一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機的製作方法
2023-11-30 15:32:46
專利名稱：一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種電氣工程領域的電機。
背景技術：
現有的各種開關磁阻電機，按其內部氣隙磁場的分布特徵可分為徑向磁場、軸向磁場和橫向磁場等三種類型。在這三種不同類型的開關磁阻電機中，氣隙磁場只具有單一的特徵，限制住了電機功率密度的進一步提高。
發明內容本實用新型的目的在於提供通過改進現有開關磁阻電機的結構、充分利用電機內部的磁路、進而提高開關磁阻電機的功率密度和整體性能的一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機。本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是包括定子、中間轉子、左側轉子、右側轉子、軸、電纜線，所述的定子包括定子鐵心、定子磁極、環形槽、定子繞組，定子鐵心中間沿軸向開有軸孔，定子磁極分布在定子鐵心的圓周上，定子磁極沿定子鐵心的徑向突出於其圓柱形側面，定子磁極的側面上開有環形槽，環形槽中安放有定子繞組；所述的中間轉子包括中間轉子鐵心、中間轉子磁極，中間轉子鐵心為中空的圓管形結構，中間轉子磁極分布在轉子鐵心的內表面上，中間轉子鐵心的兩個側面都開設有均勻分布的螺孔；所述的左側轉子包括左側轉子鐵心、左側轉子磁極，左側轉子鐵心為圓盤狀結構，在左側轉子鐵心的內表面上沿圓周方向均勻分布左側轉子磁極，左側轉子磁極的數目與中間轉子磁極的數目相同，左側轉子鐵心的圓心處開設有軸承室和通孔，左側轉子鐵心的邊緣處沿周向開設均勻分布的螺孔，螺孔的數目與中間轉子鐵心上的螺孔的數目相同、 且位置沿軸向對應；所述的右側轉子與左側轉子結構相同；所述的中間轉子安裝在左側轉子和右側轉子中間，定子安裝在中間轉子、左側轉子和右側轉子組成的空間裡，軸穿過定子的軸孔、左側轉子的通孔、右側轉子的通孔，軸與定子鐵心相連，定子繞組的出線端與電纜線的一端連接，電纜線的另一端引至電機的外部。本實用新型還可以包括1、所述的定子磁極至少有四個，且所有定子磁極沿定子鐵心的周向均勻分布。2、所述的定子磁極沿定子鐵心的軸向突出於其兩個端面。3、所述的中間轉子磁極至少有四個，中間轉子磁極徑向突出且沿周向均勻分布在轉子鐵心的內表面上。4、所述的軸上開有過線孔，電纜線經過軸上的過線孔引至電機的外部。本實用新型的優勢在於(1)具有本實用新型特徵的開關磁阻電機，其定子繞組的利用率高。在其定子繞組中不存在有傳統開關磁阻電機繞組中的端部，在電機的運行過程中，流經定子繞組的任意一個部分的電流都被用於形成氣隙主磁場(包括定子與中間轉子間的徑向磁場、定子與左側轉子間的橫向磁場、定子與右側轉子間的橫向磁場)，全部的定子繞組都參與了電機的機電能量轉換過程。(2)具有本實用新型特徵的開關磁阻電機，其功率密度高。在運行過程中，其總的磁阻轉矩由三個分量構成定子與中間轉子間的磁阻轉矩Tl ；定子與左側轉子間的磁阻轉矩T2 ；定子與右側轉子間的磁阻轉矩T3 ；因此與現有的其他電機相比，具有本實用新型結構的開關磁阻電機可以產生更大的轉矩，擁有更高的功率密度。(3)本實用新型提出的開關磁阻電機結構，適用低速開關磁阻電機的設計、開發。 具有本實用新型結構的開關磁阻電機，不僅輸出的磁阻轉矩大，而且由於充分利用了定子繞組的全部長度進行能量轉換，因此在輸出轉速相同的前提下，具有本實用新型結構的電機的質量更輕、體積更小，進而更好地滿足低速拖動場合的需求。
圖1為本實用新型不包含有定子繞組的定子軸向視圖；圖2圖1的側視圖；圖3圖1的俯視圖；圖4圖1的AA剖面圖；圖5包含有定子繞組的定子軸向視圖；圖6中間轉子軸向視圖；圖7左(右)側轉子軸向視圖；圖8圖7的BB剖面圖；圖9本實用新型總體結構視圖；圖10某相定子繞組通電時，某一時刻電機內部徑向磁場分布示意圖，虛線表示徑向分布主磁通的路徑，箭頭表明方向，圖中只劃出了通電相定子繞組；圖11某相定子繞組通電時，某一時刻電機內部局部橫向磁場分布示意圖，虛線表示橫向分布主磁通的路徑，箭頭表明方向，該圖只顯示了電機內部的局部結構，包括一個定子磁極的局部和橫向分布主磁通同時交鏈的左(或右)側轉子磁極。
具體實施方式
以下結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述結合圖1 11，本實用新型結構上包括有定子、中間轉子、左側轉子、右側轉子、軸等幾個部分組成。具體結構如下(1)定子結構。定子鐵心1為圓柱形結構；定子鐵心1中間沿軸向開有軸孔2 ；多個定子磁極3沿定子鐵心1的周向均勻分布，每一個定子磁極3沿定子鐵心1的徑向突出於其圓柱形側面，同時沿定子鐵心1的軸向突出於其兩個端面；定子磁極3的四個側面上開有環形槽4 ；環形槽4中安放有定子繞組5，定子繞組5由多相繞組構成，繞組相數的選取與常規開關磁阻電機相同。(2)中間轉子結構。中間轉子鐵心6為中空的圓管形結構；在轉子鐵心6的內表面上，沿周向均勻分布有多個徑向突出的中間轉子磁極7，中間轉子磁極7的數目與定子磁極3的數目的選取原則符合常規開關磁阻電機定、轉子磁極數目的選取原則；中間轉子鐵心6 的兩個側面都開設有均勻分布的螺孔8。(3)左側轉子和右側轉子結構。左側轉子和右側轉子結構上完全相同。左(右) 側轉子鐵心9為圓盤狀結構；在左(右)側轉子鐵心9的內表面(即面向定子一側)上， 沿圓周方向均勻分布有多個左(右)側轉子磁極10，左(右)側轉子磁極10的數目與中間轉子磁極7的數目相同；左(右)側轉子鐵心9的圓心處開設有軸承室11和通孔12 』左 (右)側轉子鐵心9的邊緣處沿周向開設有多個均勻分布的螺孔13，螺孔13的數目與中間轉子鐵心6上的螺孔8的數目相同，且位置沿軸向對應。(4)總體結構。軸15通過定子鐵心1上的軸孔2與定子鐵心1固定連接；軸15的兩端安裝有兩個軸承14 ；同時兩個軸承14分別安裝在左側和右側轉子鐵心9上的軸承室 11中；利用中間轉子鐵心6兩個側面上的螺孔8以及左側和右側轉子鐵心9上的螺孔13， 使用螺釘將中間轉子、左側轉子、右側轉子固定在一起；定子繞組5的出線端與電纜線16的一端連接，電纜線16的另一端經過軸15上的過線孔17引至電機的外部，與電機的外部控制器連接；外部控制器的結構形式，以及定子繞組5中每一相繞組與控制器的連接方式，都與現有的常規開關磁阻電機相同。本實用新型工作原理具有本實用新型特徵的開關磁阻電機(以電動工況為例)，通過軸15的兩端與外部裝置固定連接。其定子繞組5通過電纜線16與外部控制器連接。當定子繞組5中的某一相繞組通過外部控制器與外部電源接通時(或多相繞組同時與外部電源接通，通電繞組相數取決於電機的控制策略)，該相繞組內有電流流過，進而形成定子磁場，定子磁場的主磁通按照其磁通路徑的特點可以分成三部分第一部分定子磁場主磁通經過中間轉子磁極 7和中間轉子鐵心6形成閉合迴路，這一部分磁通在電機內部的分布具有徑向磁場開關磁阻電機的特徵，由於中間轉子為凸極結構，根據磁阻最小原理可知，在中間轉子上會產生磁阻轉矩T1 ；第二部分定子磁場主磁通經過左側轉子磁極10形成閉合迴路，這一部分磁通在電機內部的分布具有橫向磁場開關磁阻電機的特徵，同理根據磁阻最小原理可知，在左側轉子上會產生磁阻轉矩T2 ；第三部分定子磁場主磁通經過右側轉子磁極10形成閉合迴路， 這一部分磁通在電機內部的分布具有橫向磁場開關磁阻電機的特徵，同理根據磁阻最小原理可知，在右側轉子上會產生磁阻轉矩T3。磁阻轉矩1\、^3方向相同，共同驅動轉子(包括中間轉子、左側轉子和右側轉子)轉動，隨著轉子的旋轉，定、轉子間的位置發生變化，磁阻轉矩1\、T2, T3的大小也跟隨變化，根據定、轉子間的位置關係，外部控制器控制定子繞組 5換相，使定子磁場的空間位置沿某一固定方向不斷有序變化，進而實現在磁阻轉矩Ι\、Τ2、 T3的作用下，電機轉子能夠不斷轉動，實現機電能量轉換。參照現有開關磁阻電機設計方法，選取定子磁極3和中間轉子磁極7的數目(右側和右側轉子磁極10的數目均等於中間轉子磁極7的數目)，其他結構尺寸，可通過電磁計
算獲得。定子鐵心1採用鐵磁材料製成。定子磁極3採用鐵磁材料製成。定子鐵心1和定子磁極3為整體結構。定子繞組5採用漆包線繞制，各相繞組的繞制方法和空間放置位置與現有的徑向磁場開關磁阻電機相同。中間轉子鐵心6採用鐵磁材料製成。中間轉子磁極7採用鐵磁材料製成。中間轉子鐵心6和中間轉子磁極7為整體結構。左(右)側轉子鐵心9採用非導磁材料製成。左(右)側轉子磁極10採用鐵磁材料製成。左(右)側轉子鐵心9與左(右)側轉子磁極10採用焊接等方式固定連接在一起。兩個軸承14採用滾珠軸承，也可根據需要採用其他種類的軸承。軸15採用機械強度、硬度等指標能夠滿足設計要求的金屬材料製成。定子鐵心1與軸15之間採用緊配合、鍵連接等方式連接。兩個軸承14與軸15之間採用緊配合等方式連接。軸承14與左(右)側轉子鐵心9上的軸承室11之間採用緊配合等方式連接。軸15的兩端分別從左側和右側轉子鐵心9上的通孔12穿過，用於與外部設備連接。電纜線16採用多芯電纜線，電纜線6—端的多個接頭分別與定子繞組5的各相繞組接頭連接在一起，另一端經過軸15上的過線孔17與外部控制器接在一起。利用螺釘通過中間轉子左側面上的螺孔8和左側轉子上的螺孔13，將中間轉子和左側轉子固定在一起。利用螺釘通過中間轉子左側面上的螺孔8和右側轉子上的螺孔13，將中間轉子和右側轉子固定在一起。具有本實用新型特徵的開關磁阻電機(以電動工況為例)，通過軸15的兩端與外部裝置固定連接。其定子繞組5通過電纜線16與外部控制器連接。當定子繞組5中的某一相繞組通過外部控制器與外部電源接通時(或多相繞組同時與外部電源接通，通電繞組相數取決於電機的控制策略)，該相繞組內有電流流過，進而形成定子磁場，定子磁場的主磁通按照其磁通路徑的特點可以分成三部分第一部分定子磁場主磁通經過中間轉子磁極7 和中間轉子鐵心6形成閉合迴路，這一部分磁通在電機內部的分布具有徑向磁場開關磁阻電機的特徵，由於中間轉子為凸極結構，根據磁阻最小原理可知，在中間轉子上會產生磁阻轉矩Tl ；第二部分定子磁場主磁通經過左側轉子磁極10形成閉合迴路，這一部分磁通在電機內部的分布具有橫向磁場開關磁阻電機的特徵，同理根據磁阻最小原理可知，在左側轉子上會產生磁阻轉矩T2 ；第三部分定子磁場主磁通經過右側轉子磁極10形成閉合迴路，這一部分磁通在電機內部的分布具有橫向磁場開關磁阻電機的特徵，同理根據磁阻最小原理可知，在右側轉子上會產生磁阻轉矩T3。磁阻轉矩T1、T2、T3方向相同，共同驅動轉子(包括中間轉子、左側轉子和右側轉子)轉動，隨著轉子的旋轉，定、轉子間的位置發生變化，磁阻轉矩Tl、Τ2、Τ3的大小也跟隨變化，根據定、轉子間的位置關係，外部控制器控制定子繞組5換相，使定子磁場的空間位置沿某一固定方向不斷有序變化，進而實現在磁阻轉矩Tl、 Τ2、Τ3的作用下，電機轉子能夠不斷轉動，實現機電能量轉換。本實用新型還可以有如下形式定子鐵心1和定子磁極3分別獨立加工，再採用焊接等方式固定連接在一起。[0057] 中間轉子鐵心6和中間轉子磁極7分別獨立加工，再採用焊接等方式固定連接在一起。
權利要求1.一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是包括定子、中間轉子、左側轉子、右側轉子、軸、電纜線，所述的定子包括定子鐵心、定子磁極、環形槽、定子繞組，定子鐵心中間沿軸向開有軸孔，定子磁極分布在定子鐵心的圓周上，定子磁極沿定子鐵心的徑向突出於其圓柱形側面，定子磁極的側面上開有環形槽，環形槽中安放有定子繞組；所述的中間轉子包括中間轉子鐵心、中間轉子磁極，中間轉子鐵心為中空的圓管形結構，中間轉子磁極分布在轉子鐵心的內表面上，中間轉子鐵心的兩個側面都開設有均勻分布的螺孔；所述的左側轉子包括左側轉子鐵心、左側轉子磁極，左側轉子鐵心為圓盤狀結構，在左側轉子鐵心的內表面上沿圓周方向均勻分布左側轉子磁極，左側轉子磁極的數目與中間轉子磁極的數目相同，左側轉子鐵心的圓心處開設有軸承室和通孔，左側轉子鐵心的邊緣處沿周向開設均勻分布的螺孔，螺孔的數目與中間轉子鐵心上的螺孔的數目相同、且位置沿軸向對應； 所述的右側轉子與左側轉子結構相同；所述的中間轉子安裝在左側轉子和右側轉子中間， 定子安裝在中間轉子、左側轉子和右側轉子組成的空間裡，軸穿過定子的軸孔、左側轉子的通孔、右側轉子的通孔，軸與定子鐵心相連，定子繞組的出線端與電纜線的一端連接，電纜線的另一端引至電機的外部。
2.根據權利要求1所述的一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是所述的定子磁極至少有四個，且所有定子磁極沿定子鐵心的周向均勻分布。
3.根據權利要求1或2所述的一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是 所述的定子磁極沿定子鐵心的軸向突出於其兩個端面。
4.根據權利要求1或2所述的一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是 所述的中間轉子磁極至少有四個，中間轉子磁極徑向突出且沿周向均勻分布在轉子鐵心的內表面上。
5.根據權利要求3所述的一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是所述的中間轉子磁極至少有四個，中間轉子磁極徑向突出且沿周向均勻分布在轉子鐵心的內表面上。
6.根據權利要求1或2所述的一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是 所述的軸上開有過線孔，電纜線經過軸上的過線孔引至電機的外部。
7.根據權利要求3所述的一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是所述的軸上開有過線孔，電纜線經過軸上的過線孔引至電機的外部。
8.根據權利要求4所述的一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是所述的軸上開有過線孔，電纜線經過軸上的過線孔引至電機的外部。
9.根據權利要求5所述的一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，其特徵是所述的軸上開有過線孔，電纜線經過軸上的過線孔引至電機的外部。
專利摘要本實用新型的目的在於提供一種具有多方向磁場特徵的開關磁阻電機，包括定子、中間轉子、左側轉子、右側轉子、軸、電纜線，所述的中間轉子安裝在左側轉子和右側轉子中間，定子安裝在中間轉子、左側轉子和右側轉子組成的空間裡，軸穿過定子的軸孔、左側轉子的通孔、右側轉子的通孔，軸與定子鐵心相連，定子繞組的出線端與電纜線的一端連接，電纜線的另一端引至電機的外部。本實用新型功率密度高，定子繞組的利用率高，不僅輸出的磁阻轉矩大，而且由於充分利用了定子繞組的全部長度進行能量轉換，因此在輸出轉速相同的前提下，具有本實用新型結構的電機的質量更輕、體積更小，進而更好地滿足低速拖動場合的需求。
文檔編號H02K16/00GK202309430SQ201120379689
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者劉政宇, 姜雲橋, 張強, 張敬南, 畢洪大, 趙凱岐 申請人:哈爾濱工程大學