一種單相磁通切換型變磁阻電機的製作方法

2023-07-21 08:53:16

專利名稱：一種單相磁通切換型變磁阻電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電機，尤其涉及一種單相磁通路徑切換型變磁阻電機，屬於電氣驅動設備領域。
背景技術：
變磁阻電機是一種新型調速電機，調速系統兼具直流、交流兩類調速系統的優點， 是繼變頻調速系統、無刷直流電動機調速系統的最新一代無極調速系統。它的結構簡單堅固，調速範圍寬，調速性能優異，且在整個調速範圍內都具有較高效率，系統可靠性高，特別適於高速運行，在風機，泵等需要高速以及變速驅動的場合，能很好的取代現有異步電機以及永磁同步電機。通常變磁阻電機包括一個安裝在機座內的定子和一個相對於定子旋轉的轉子，定子和轉子上有按照一定間距間隔開的突出磁極，定子和轉子的磁極數以一定的規律相對放置。當轉子試圖旋轉到使磁路磁阻最小化或定子繞組電感最大化的位置時，變磁阻電機產生磁阻力並產生轉矩對外做功。然而，為了降低變磁阻電機的控制成本以及製造成本，通常採用單相或者兩相變磁阻電機結構，以降低控制開關使用的數量，工作中，依賴轉子慣性實現連續運轉，單相或者兩相變磁阻電機實現了控制成本的降低，然而由於過大的扭矩死區導致其沒有自起動能力，並且和普遍電機一樣，定子上複雜的磁通場，使得定子鐵耗過高，改了使普遍變磁阻電機具備自啟動能力，通常必須採用三相以上的定子結構，然後這直接增加了控制的成本，不利於應用推廣。關於磁通切換電機的研究，國內外有過廣泛的研究，中國發明專利申請電勵磁磁通切換電機(專利號申請號201010120388.0)通過利用分段的定子聚磁塊來改善其磁場調節性能，同樣，中國發明專利申請混合勵磁型永磁磁通切換電機(專利申請號 201010176671. 5)也是通過永磁體內置於定子內，通過電勵磁繞組切換永磁體磁場，從而氣隙磁場為混合磁場，同時氣隙磁場可得到調節，達到提高能量密度的目的；以上兩種磁通切換電機的方案都降低了定子鐵損，然而控制成本過高，製造複雜，不利於大規模推廣應用。

發明內容
本發明提供一種新型的單相磁通切換型變磁阻電機，其定子軛上的勵磁磁通總是經過定子軛、磁通切換凸極單元、氣隙和凸極轉子閉合，通過磁通切換凸極單元的靈活的調節作用，改變勵磁磁通閉合路徑，從而達到輸出扭矩同時對外做功的目的。為解決技術背景中所述問題，本發明採用如下技術方案
一種單相磁通切換型變磁阻電機，包括有凸極定子、凸極轉子、勵磁繞組和/或勵磁永磁體，其中，所述凸極定子包括磁通切換單元和定子軛，每個磁通切換凸極單元由兩個定子凸極和兩個磁通切換繞組或者兩個定子凸極和一個磁通切換繞組以及永磁體或者兩個定子凸極和嵌入於磁通切換凸極單元中的槽中的磁通切換線匝組成；勵磁繞組纏繞於定子軛上，勵磁永磁體嵌入於定子軛中，這樣，勵磁磁通可為單獨的電勵磁磁通或者單獨的永磁體磁通，也可以為電勵磁磁通和永磁體磁通形成的混合勵磁磁通；
所述凸極轉子包括三個轉子凸極和轉子軛，三個轉子凸極以一定間隔角度沿圓周均勻排列，這樣，勵磁磁通總是經過定子軛、磁通切換凸極單元、氣隙和凸極轉子閉合，經過磁通切換凸極單元的調節作用改變勵磁磁通經過凸極轉子的路徑，從而對外輸出做功。其中，所述的單相磁通切換型變磁阻電機可以有一個定子軛，此時，定子軛上的勵磁繞組和/或永磁體構成一單相。其中，所述的單相磁通切換型變磁阻電機可以有兩個定子軛，此時，兩個定子軛上的勵磁繞組和/或永磁體構成一單相，而兩個定子軛上的勵磁磁通方向總是相同。其中，所述的磁通切換凸極單元由兩個定子凸極和兩個磁通切換繞組形成時，兩個磁通切換繞組纏繞於兩個定子凸極上，並且相互串聯，使其產生的磁通沿徑向相反。其中，所述的磁通切換凸極單元，由兩個定子凸極和一個磁通切換繞組以及一個永磁體形成時，磁通切換繞組纏繞於一個定子凸極上，而永磁體內置於另一個定子凸極或者表貼於另一個定子凸極的極靴上。其中，所述的磁通切換凸極單元，有兩個定子凸極和一個磁通切換繞組線匝形成時，磁通切換繞組線匝嵌入於磁通切換凸極單元的槽中。其中，所述的凸極定子可為分段定子，即由定子軛和磁通切換凸極單元通過燕尾槽以及其他結構形式固定而成。其中，所述的凸極轉子中的三個或者大於三的奇數個轉子凸極以一定間隔角度沿圓周方向均布。其中，所述的凸極轉子由軟磁材料製成的衝壓片疊壓而成。其中，所述的定子軛和磁通切換凸極單元中的定子凸極由軟磁材料製成的衝壓片疊壓而成。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果
本發明的單相磁通切換型變磁阻電機，凸極定子包括定子軛和磁通切換凸極單元，凸極轉子由三個轉子凸極以及轉子軛組成，通過磁通切換凸極單元的條件作用，改變勵磁磁通閉合路徑，從而產生扭矩對外做功；相比較不具備自啟動能力的普遍單相或者兩相變磁阻電機，本發明的磁通切換型變磁阻電機具備優良的自啟動能力，凸極定子鐵損小，能量密度更高，更好地滿足高速工作的性能要求，同時結構簡單，製造成本低。


圖1是本發明第一具體實施例的單相磁通切換凸極單元中為雙磁通切換繞組時的磁通切換型變磁阻電機結構示意圖2是本發明第二具體實施例的單相勵磁磁通為混合勵磁磁通的磁通切換型變磁阻電機結構示意圖3是本發明第三具體實施例的單相磁通切換凸極單元中磁通切換繞組為線匝時的磁通切換型變磁阻電機結構示意圖4是本發明第四具體實施例的凸極定子為分段定子時的單相磁通切換型變磁阻電機結構示意圖5為本發明第五具體實施例的勵磁為單永磁體勵磁的單相磁通切換型變磁阻電機結構示意圖6為本發明第六具體實施例的單定子軛的單相磁通切換型變磁阻電機結構示意圖； 圖7為本發明的第七具體實施例的磁通切換凸極單元中為磁通切換繞組和定子凸極內置永磁體時的單相磁通切換型變磁阻電機結構示意圖8為本發明的第七具體實施例的磁通切換凸極單元中為磁通切換繞組和定子凸極表貼永磁體時的單相磁通切換型變磁阻電機結構示意具體實施例方式為了獲得更加簡單的結構以及自啟動能力和高速運轉能力，同時降低控制成本， 本發明提供一種單相磁通切換型變磁阻電機，包括有凸極定子、凸極轉子、勵磁繞組和/或勵磁永磁，其特徵在於，所述凸極定子包含有磁通切換凸極單元和定子軛，每個磁通切換凸極單元由兩個定子凸極以及磁通切換繞組、磁通切換繞組線匝和/或永磁體組成，兩個磁通切換凸極單元沿定子內面相對布置；勵磁繞組纏繞於定子軛上，勵磁磁通也可由電磁通和嵌入於定子軛中的永磁體磁通混合形成，這時，電磁通的方向和永磁體磁通的方向一致； 所述凸極轉子包含有三個以一定間隔角度沿圓周方向均布的轉子凸極以及轉子軛；因此， 勵磁磁通總是通過定子軛、凸極定子和凸極轉子以及氣息閉合；通過調節磁通切換凸極單元，改變勵磁磁通閉合路徑，以獲得扭矩輸出。以下以具體實施例加以詳細說明，應該說明的是，以下的具體實施例並不打算限制本發明或者本發明的應用和用途；此外也不打算受前述的技術領域、背景技術、發明內容或者以下的詳細描述中給出的任何明示或暗示的理論的限制；同時也應該注意的是，本發明的實施例中可以存在許多可選的或附加的功能關係。參考圖1，為本發明一種單相磁通切換型變磁阻電機的第一具體實施例結構示意圖。本實施例的單相磁通切換型變磁阻電機(1)，包括有凸極定子(2)、凸極轉子(3)、 勵磁繞組(6 )、勵磁繞組(5 )、磁通切換繞組(J)、磁通切換繞組(8 )、磁通切換繞組(9 )、磁通切換繞組(10)、和輸出軸(4)組成，凸極定子(2)包括定子軛(2-1)和定子軛(2-2)以及定子凸極(11)、定子凸極(12)、定子凸極(13)、定子凸極(14)，勵磁繞組(6)纏繞在定子軛 (2-1)和勵磁繞組(5)纏繞在定子軛(2-2)上，通電後產生方向相同的勵磁磁場，定子凸極 (11)、定子凸極(12)和磁通切換繞組(7)、磁通切換繞組(8)組成了一個磁通切換凸極單元，定子凸極(13)、定子凸極(14)和磁通切換繞組(9)、磁通切換繞組(10)組成了另一個磁通切換凸極單元，兩個磁通切換凸極單元沿凸極定子內面相對布置；凸極轉子包括轉子凸極(A)、轉子凸極(B)、轉子凸極(C)和轉子軛(3-1)，轉子凸極(A)、轉子凸極(B)、轉子凸極 (C)沿圓周方向均布；輸出軸(4)通過花鍵或者其他結構形式與凸極轉子(3)固定安裝；這樣，本具體實施例中，定子軛(2-1)上的勵磁繞組(6)和定子軛(2-2)上的勵磁繞組(5)構成一相，其產生方向總是相同的勵磁磁通形成混合勵磁，該混合勵磁磁通通過定子軛(2-1 )、 定子軛(2-2)、磁通切換凸極單元、氣隙以及凸極轉子閉合，通過磁通切換凸極單元中的磁通切換繞組(7、8、9、10)的調節作用，改變以上混合勵磁磁通經過凸極轉子(3)的路徑，由此，輸出扭矩對外做功；
本實施例中，勵磁繞組(6)和勵磁繞組(5)產生的磁通方向相同，而磁通切換繞組(7) 和磁通切換繞組(8)產生的磁通方向相反，磁通切換繞組(9)和磁通切換繞組(10)產生的磁通方向同樣相反，這樣，勵磁磁場的閉合路徑總是傾向通過磁通切換凸極單元中的一個定子凸極，然後，經過凸極轉子和氣隙以及定子軛閉合。參考圖2，為本發明一種單相磁通切換型變磁阻電機的第二具體實施例結構示意本具體實施例一種混合勵磁的單相磁通切換型變磁阻電機，其勵磁磁通是由電勵磁磁通和永磁體磁通共同組成，電勵磁磁通由勵磁繞組(161)和勵磁繞組(151)產生，永磁體磁通由永磁體(15)和永磁體(16)產生，永磁體(15)、和永磁體(16)內置於定子軛上，勵磁繞組(151)和勵磁繞組(161)纏繞於定子軛上，勵磁繞組(151)和勵磁繞組(161)產生的磁通方向與永磁體的磁通方向相同，這樣，電勵磁磁通和永磁體磁通形成了一種混合勵磁磁通， 共同經過定子軛、磁通切換凸極單元、氣隙和凸極轉子閉合；
其他和第一具體實施例相同，本具體實施例的磁通切換型變磁阻電機也同樣由凸極定子、凸極轉子、勵磁繞組和磁通切換繞組以及輸出軸組成，此處不再贅述。參考圖3，為本發明一種單相磁通切換型變磁阻電機的第三具體實施例結構示意本具體實施例為一種磁通切換繞組為線匝的單相磁通切換型變磁阻電機，其磁通切換凸極單元由定子凸極012)、定子凸極(213)、定子凸極(222)、定子凸極(223)和磁通切換繞組線匝(210)、磁通切換繞組線匝(220)組成，磁通切換繞組線匝(210)和磁通切換繞組線匝(220)分別嵌入於磁通切換凸極單元中的槽(211)和槽(221)中，這樣，通過磁通切換繞組線匝產生的磁場使得勵磁磁通總是傾向於通過磁通切換凸極單元中的一個定子凸極， 從而產生扭矩做功；
在本具體實施例中，磁通切換繞組線匝(210)和磁通切換繞組線匝(220)的通電方向可以相同或者相反，也即可串聯或並聯。應該要說明的是，本具體實施例揭示的內容可應用於電勵磁磁通和永磁磁通單獨勵磁或者混合勵磁的情況；其他的和第一具體實施例以及第二具體實施例相同，此處不再贅述。參考圖4，為本發明一種單相磁通切換型變磁阻電機的第四具體實施例結構示意本具體實施例為一種分段的單相磁通切換型變磁阻電機，其凸極定子由定子軛(17)、 定子軛(19)以及磁通切換凸極單元(18)和磁通切換凸極單元(20)通過燕尾槽(23)、燕尾槽(24)、燕尾槽(25)、燕尾槽(26)固定而成，即為分段的凸極定子結構，以利於降低生產成本。應該要說明的是，本具體實施例揭示的內容可應用於本發明一種磁通切換型變磁阻電機任何一種實施情況；其他的和第一、第二以及第三具體實施例相同，此處不再贅述。參考圖5為本發明一種單相磁通切換型變磁阻電機的第五具體實施例結構示意本具體實施例一種單獨永磁體勵磁的單相磁通切換型變磁阻電機，勵磁磁通單獨由定子軛(270)和定子軛(280)上的永磁體(27)和永磁體(28)產生，其通過定子軛、磁通切換凸極單元、氣隙以及凸極轉子閉合，通過磁通切換凸極單元的調節作用，達致輸出扭矩做功的目的；
本實施例中採用分段的凸極定子結構，應該要說明的是，同樣可應用於整體式凸極定子即非分段凸極定子；其他的與第一具體實施例、第二具體實施例、第三具體實施例以及第四具體實施例相同，此處不再贅述。參考圖6為本發明的一種單相磁通切換型變磁阻電機的第六具體實施例結構示意本具體實施例為一種單定子軛的單相磁通切換型變磁阻電機，定子軛(30)通過燕尾槽 (35)和燕尾槽(36)與磁通切換凸極單元(31)和磁通切換凸極單元(32)固定連結，這樣凸極定子，而永磁體(29)嵌入於定子軛(30)中作為勵磁源，為一單相，磁通切換繞組線匝 (33)和磁通切換繞組線匝(34)分別嵌入於磁通切換凸極單元(31)和磁通切換凸極單元 (32)的槽中，這樣通過磁通切換繞組線匝的磁通調節作用，改變勵磁閉合路徑，產生扭矩輸出；
應該要說明的是，本具體實施例一種單定子軛的單相磁通切換型變磁阻電機，單相勵磁磁通為單永磁體磁通，同樣可用於單電勵磁以及混合勵磁的狀況，也適應於本發明一種單相磁通切換型變磁阻電機的其他所有狀況，即採用單定子軛以實現扭矩輸出，而不在乎其勵磁磁通源的不同以及磁通切換凸極單元的不同。參考圖7為本發明的一種單相磁通切換型變磁阻電機的第七具體實施例結構示意本具體實施例為一種磁通切換凸極單元中為磁通切換繞組和定子凸極內置永磁體時的單相磁通切換型變磁阻電機，一個磁通切換凸極單元由定子凸極(370)、定子凸極 (371)、永磁體(372)和磁通切換繞組(373)，另一個磁通切換凸極單元由定子凸極(380)、 定子凸極(381)、永磁體(382 )和磁通切換繞組(383 )組成，永磁體(372 )和永磁體(382 )分別內置於定子凸極(371)和定子凸極(381)中，其充磁方向為徑向，這樣當磁通切換繞組不通電時，勵磁磁通總是傾向於通過定子軛、定子凸極(370)和定子凸極(380)以及凸極轉子和氣隙閉合，在轉子凸極受力傾向與磁通切換凸極單元中間共線時，由於磁路磁阻大，響應快，也有利於減少感抗對磁路的影響；
同樣，應該說明的是，本具體實施例揭示的內容可應用於單電勵磁或單永磁體勵磁或者混合勵磁的不同狀況；其他的和前述具體實施例相同，此處不再贅述。參考圖8為本發明的一種單相磁通切換型變磁阻電機的第八具體實施例結構示意本具體實施例為一種單相磁通切換凸極單元中為磁通切換繞組和定子凸極表貼永磁體的磁通切換型變磁阻，磁通切換凸極單元由定子凸極(390)、定子凸極(391)、永磁體 (394)以及磁通切換繞組(393)組成，另一個磁通切換凸極單元由定子凸極(400)、定子凸極(401)、永磁體(404)以及磁通切換繞組(403 )組成，永磁體(394)和永磁體(404)分別表貼於定子凸極(390)的極靴(392)和定子凸極(400)的極靴(402)上，而磁通切換繞組(393) 和磁通切換繞組(40 分別纏繞在定子凸極(391)和定子凸極001)上；
同樣，應該說明的是，本具體實施例揭示的內容可應用於單電勵磁或單永磁體勵磁或者混合勵磁的不同狀況；其他的和前述具體實施例相同，此處不再贅述。 雖然本發明的較佳實施例已揭露如上，本發明並不受限於上述實施例，任何本技
術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的範圍內，當可作些許的改動與調整。
權利要求
1.一種單相磁通切換型變磁阻電機，包括有凸極定子、凸極轉子、單相勵磁繞組和/或單相勵磁永磁以及輸出軸，其特徵在於，所述凸極定子包含有磁通切換凸極單元和定子軛， 每個磁通切換凸極單元由兩個定子凸極以及磁通切換繞組、磁通切換繞組線匝和/或永磁體組成，兩個磁通切換凸極單元沿定子內面相對布置；單相勵磁繞組纏繞於定子軛上，勵磁磁通也可由電磁通和嵌入於定子軛的永磁體磁通混合形成，這時，電磁通的方向和永磁體磁通的方向一致；因此，勵磁磁通總是通過定子軛、磁通切換凸極單元和凸極轉子以及氣息閉合；所述凸極轉子包含有三個以一定間隔角度沿圓周方向均布的轉子凸極以及轉子軛；負載工作時，通過磁通切換凸極單元的磁阻變化功能，改變勵磁磁通的閉合路徑，從而對外輸出做功。
2.根據權利要求1所述的單相磁通切換型變磁阻電機，其特徵在於，所述磁通切換繞組纏繞於磁通切換凸極單元中的凸極上，且磁通切換凸極單元中的兩個磁通切換繞組串聯，以使通電時，兩個磁通切換繞組產生的磁通方向沿徑向相反。
3.根據權利要求1所述的單相磁通切換變磁阻電機，其特徵在於，所述磁通切換凸極單元中的兩個凸極，其中一個凸極上纏繞有磁通切換繞組，而另一個凸極中內置有永磁體， 或者極靴上表貼有永磁體。
4.根據權利要求1所述的單相磁通切換型變磁阻電機，其特徵在於，所述磁通切換繞組線匝嵌入於磁通切換凸極單元的凸極槽中，兩個磁通切換繞組線匝可並聯或者串聯連結，即通入磁通切換繞組線匝的電流方向可以相同或相反。
5.根據權利要求1所述的單相磁通切換型變磁阻電機，其特徵在於，所述凸極定子可為定子軛和磁通切換凸極單元兩個部分通過燕尾槽或者其他結構形式固定而成，即分段定子結構。
6.根據權利要求1所述的單相磁通切換型變磁阻電機，其特徵在於，所述的磁通切換型變磁阻電機包含兩個定子軛，兩個定子軛上纏繞有勵磁繞組，兩個勵磁繞組構成一相，其勵磁磁通方向總是相同，這時，由兩個定子軛上的勵磁磁通形成的總勵磁磁通共同經過定子軛、磁通切換凸極單元、氣息以及凸極轉子閉合。
7.根據權利要求1所述的單相磁通切換型變磁阻電機，其特徵在於，所述的單相磁通切換型變磁阻電機包含一個定子軛，定子軛上纏繞有勵磁繞組和/或者嵌入有永磁體，這樣，一個定子軛上的勵磁繞組和/或有磁體即構成一相，其勵磁磁通通過定子軛、磁通切換凸極單元、氣息以及凸極轉子閉合。
8.根據權利要求1所述的單相磁通切換型變磁阻電機，其特徵在於，所述的定子軛上的勵磁磁通可由電勵磁磁通和永磁體磁通混合形成。
9.根據權利要求1所述的單相磁通切換型變磁阻電機，其特徵在於，所述的定子軛上的勵磁磁通可單獨由電勵磁磁通或者永磁體磁通形成。
10.根據權利要求1所述的單相磁通切換型變磁阻電機，其特徵在於，所述的凸極定子和凸極轉子均由軟磁材料衝片疊壓而成。
全文摘要
本發明公開一種單相磁通切換型變磁阻電機，包括勵磁繞組和/或勵磁永磁、磁通切換凸極單元、凸極定子和凸極轉子，其中，凸極定子由磁通切換凸極單元和定子軛組成，凸極轉子包括三個以一定間隔角度均布的轉子凸極和轉子軛，勵磁繞組或勵磁永磁固定於定子軛上，形成單相勵磁源，這樣，勵磁磁通總是通過定子軛、磁通切換凸極單元、氣隙和凸極轉子形成閉合路徑，通過磁通切換凸極單元對勵磁磁通的閉合路徑的靈活的調節作用，由此，電機輸出扭矩對外做功；本發明電機結構簡單，因轉子上沒有繞組或永磁體，故而本發明電機同時具備更高的可靠性等優點。
文檔編號H02K29/00GK102412691SQ20111033743
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者不公告發明人 申請人:何嘉穎