一种风冷式永磁开关磁阻电动机论文和设计-朱石柱

全文摘要

本实用新型涉及一种风冷式永磁开关磁阻电动机，其特点是，定子座为两个，呈轴向相对设置，定子座内侧各设置有六个空腔体，定子座外侧面设置有若干散热翅片，十二个励磁凸极对分别嵌入到定子座各个空腔体内，在励磁凸极对与空腔体之间填充高导热绝缘胶体，转子支架为双侧悬臂结构，在转子支架悬臂两侧分别固定有八个圆弧形两端为阶梯状的永磁体，八个圆弧形永磁体阶梯部段彼此首尾交错相合但不接触，八个永磁体磁极性指向是径向，相邻两个永磁体的磁极性不相同，转子支架另一端固定有风叶轮，动力输出轴根部也固定有风叶轮。本实用新型结构紧凑，复合励磁凸极对的应用提升了电机效率。电机运转平稳、降温效果明显。

主设计要求

1.一种风冷式永磁开关磁阻电动机，其构成包括有电动机基座、电动机罩壳、定子、转子、风叶轮、位置传感器、激励控制电源，其特征在于：所述定子由定子座和励磁凸极对构成，定子座为两个，呈轴向相对设置，两个定子座均与电动机罩壳固定，两个定子座内侧各设置有六个空腔体，这六个空腔体以电动机转动轴轴线为中心对称均衡设置，两个定子座外侧面设置有若干散热翅片，所述励磁凸极对由C形铁芯和励磁线圈构成，十二个励磁凸极对各自被上压板和下压板夹持，再分别嵌入到两个定子座内侧的各个空腔体内，上、下压板设置有螺钉孔，通过螺钉使定子座与空腔体内夹持励磁凸极对的上下压板固定连接，且在励磁凸极对与定子座之间填充高导热绝缘胶体，所述转子由转子支架和若干永磁体构成，转子支架为双侧悬臂结构，在转子支架悬臂两侧分别固定有八个圆弧形永磁体，圆弧形永磁体中间部段的形状为宽度一致圆弧等宽部段，圆弧形永磁体的左右两端部段为宽度逐步变窄的阶梯部段，八个圆弧形永磁体的阶梯部段彼此首尾交错相合但不接触，形成一个永磁体圆环，且留有缝隙地固定于转子支架悬臂侧面，八个永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻的两个永磁体的磁极性不相同，转子旋转时，固定于转子支架悬臂两侧的圆弧形永磁体则能在定子座上各励磁凸极对C形铁芯的弧形缺口中扫过，转子支架的一端通过键孔与电动机动力输出轴定位，并通过螺钉固定，转子支架和动力输出轴由轴承支承，转子支架另一端固定有风叶轮，动力输出轴的根部也固定有风叶轮。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种风冷式永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述励磁凸极对由C形铁芯、线圈骨架和励磁线圈构成，线圈骨架包裹于C形铁芯，励磁线圈绕制于该线圈骨架，线圈骨架设置有四个沉孔，十二个励磁凸极对分别嵌入到两个定子座内侧的各个空腔体内，螺钉穿过线圈骨架上沉孔与定子座固定连接，且在励磁凸极对与定子座空腔体之间填充高导热绝缘胶体。

3.根据权利要求1或2所述的一种风冷式永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述圆弧形永磁体弧长所对应的圆心角度为五十八度，在圆弧形永磁体等宽部段，轴向对称设置有两个或多个不贯穿的圆孔，在圆弧形永磁体两端阶梯部段各设置有贯穿的通孔，八个圆弧形永磁体轴向贴装于转子支架悬臂的侧面，转子支架悬臂上设置有突起，该突起嵌入到圆弧形永磁体等宽部段的不贯穿圆孔内，压环紧贴于八个圆弧形永磁体的另一侧，压环上设置的突起也嵌入到圆弧形永磁体等宽部段的不贯穿圆孔内，压环上还设置通孔，压环上的各个通孔与圆弧形永磁体阶梯部段上的各个贯穿孔以及转子支架悬臂上的各个螺钉孔准直在一条线上，通过非导磁螺钉，将转子支架悬臂两侧各八个圆弧形永磁体及压环紧固为一体。

4.根据权利要求1或2所述的一种风冷式永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述位置传感器采用霍尔传感器且固定于定子座，若干个霍尔传感器布置在以电动机轴线为圆心所形成的圆周线上，布置位置传感器的圆周线直径略小于转子上圆弧形永磁体所构成永磁体圆环的内径、或略大于转子上圆弧形永磁体所构成永磁体圆环的外径，位置传感器在圆周线上的具体设置位置要满足以下条件，即在转子旋转过程中，当永磁体圆环中某个圆弧形永磁体等宽部段的径向中心线与定子上某个励磁凸极对凸极的径向中心线重合时，某个位置传感器正对着永磁体圆环某个轴向缝隙，当永磁体圆环轴向缝隙经过该位置传感器，该位置传感器能探测到相邻两个圆弧形永磁体阶梯部段轴向缝隙的磁极性变化，并输出电信号至激励控制电源，使输入到该励磁凸极对励磁线圈中激励电流方向改变。

5.根据权利要求4所述的一种风冷式永磁开关磁阻电动机，其特征在于：所述霍尔传感器的个数与激励控制电源提供给定子上励磁凸极对励磁电流的相线个数相同。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种开关磁阻电动机，尤其是一种具有风冷降温效果的永磁开关磁阻电动机。

背景技术

永磁开关磁阻电动机是继传统感应式电动机之后出现的新型电动机，随着永磁材料性能地不断提高，永磁开关磁阻电动机性能日趋完善，其应用场合不断扩大。但是，永磁材料在高温条件下容易退磁，进而会降低其磁特性，所以，对于永磁开关磁阻电动机，尤其是大功率或高转速的永磁开关磁阻电动机，维持电动机运转时的温度也成为了永磁开关磁阻电动机的一个重要课题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有风冷散热效果的永磁开关磁阻电动机。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种风冷式永磁开关磁阻电动机，其构成包括有电动机基座、电动机罩壳、定子、转子、风叶轮、位置传感器、激励控制电源，其特征在于：所述定子由定子座和励磁凸极对构成，定子座为两个，呈轴向相对设置，两个定子座均与电动机罩壳固定，两个定子座内侧各设置有六个空腔体，这六个空腔体以电动机转动轴轴线为中心对称均衡设置，两个定子座外侧面设置有若干散热翅片，所述励磁凸极对由C形铁芯和励磁线圈构成，十二个励磁凸极对各自被上压板和下压板夹持，再分别嵌入到两个定子座内侧的各个空腔体内，上、下压板设置有螺钉孔，通过螺钉使定子座与空腔体内夹持励磁凸极对的上下压板固定连接，且在励磁凸极对与定子座之间填充高导热绝缘胶体，所述转子由转子支架和若干永磁体构成，转子支架为双侧悬臂结构，在转子支架悬臂两侧分别固定有八个圆弧形永磁体，圆弧形永磁体中间部段的形状为宽度一致圆弧等宽部段，圆弧形永磁体的左右两端部段为宽度逐步变窄的阶梯部段，八个圆弧形永磁体的阶梯部段彼此首尾交错相合但不接触，形成一个永磁体圆环，且留有缝隙地固定于转子支架悬臂侧面，八个永磁体的磁极性指向是径向的，且相邻的两个永磁体的磁极性不相同，转子旋转时，固定于转子支架悬臂两侧的圆弧形永磁体则能在定子座上各励磁凸极对C形铁芯的弧形缺口中扫过，转子支架的一端通过键孔与电动机动力输出轴定位，并通过螺钉固定，转子支架和动力输出轴由轴承支承，转子支架另一端固定有风叶轮，动力输出轴的根部也固定有风叶轮。

在上述技术方案中，所述励磁凸极对由C形铁芯、线圈骨架和励磁线圈构成，线圈骨架包裹于C形铁芯，励磁线圈绕制于该线圈骨架，线圈骨架设置有四个沉孔，十二个励磁凸极对分别嵌入到两个定子座内侧的各个空腔体内，螺钉穿过线圈骨架上沉孔与定子座固定连接，且在励磁凸极对与定子座空腔体之间填充高导热绝缘胶体。

在上述技术方案中，所述圆弧形永磁体弧长所对应的圆心角度为五十八度，在圆弧形永磁体等宽部段，轴向对称设置有两个或多个不贯穿的圆孔，在圆弧形永磁体两端阶梯部段各设置有贯穿的通孔，八个圆弧形永磁体轴向贴装于转子支架悬臂的侧面，转子支架悬臂上设置有突起，该突起嵌入到圆弧形永磁体等宽部段的不贯穿圆孔内，压环紧贴于八个圆弧形永磁体的另一侧，压环上设置的突起也嵌入到圆弧形永磁体等宽部段的不贯穿圆孔内，压环上还设置通孔，压环上的各个通孔与圆弧形永磁体阶梯部段上的各个贯穿孔以及转子支架悬臂上的各个螺钉孔准直在一条线上，通过非导磁螺钉，将转子支架悬臂两侧各八个圆弧形永磁体及压环紧固为一体。

在上述技术方案中，所述位置传感器采用霍尔传感器且固定于定子座，若干个霍尔传感器布置在以电动机轴线为圆心所形成的圆周线上，布置位置传感器的圆周线直径略小于转子上圆弧形永磁体所构成永磁体圆环的内径、或略大于转子上圆弧形永磁体所构成永磁体圆环的外径，位置传感器在圆周线上的具体设置位置要满足以下条件，即在转子旋转过程中，当永磁体圆环中某个圆弧形永磁体等宽部段的径向中心线与定子上某个励磁凸极对凸极的径向中心线重合时，所设置的某个位置传感器正对着永磁体圆环某个轴向缝隙，当永磁体圆环轴向缝隙经过该位置传感器，该位置传感器能探测到相邻两个圆弧形永磁体阶梯部段轴向缝隙的磁极性变化，并输出电信号至激励控制电源，使输入到该励磁凸极对励磁线圈中激励电流方向改变。

在上述技术方案中，所述霍尔传感器的个数与激励控制电源提供给定子上励磁凸极对励磁电流的相线个数相同。

本实用新型的优点是，1.各励磁凸极对嵌入到定子座空腔中固定的结构设计，能提高电动机各励磁凸极对相互之间、各励磁凸极对与转子座上永磁体之间的装配精度。2.在定子座空腔体与各励磁凸极对之间灌注高导热绝缘胶，能将励磁凸极对的铁芯和线圈所产生的热量传递到定子座上，再通过旋转的风叶轮和定子座外侧的散热翅片散布到电动机外部空气中。3.形状呈“阶梯状-等宽带-阶梯状”圆弧形永磁体首尾交错环状设置，使得电动机运转过程中，转子更为平稳，此外，也减少了励磁线圈因电流换向而形成的反向冲击电流，以避免永磁体退磁。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的外形结构示意图。

图2是本实用新型实施例一的结构剖面示意图。

图3是本实用新型实施例一中，定子座上各励磁凸极对的C形叠片铁芯与转子支架上的各圆弧形永磁体之间的位置关系示意图。

图4是本实用新型实施例一中，由A相电源供电的励磁凸极对单元与输出控制A相电源换向的霍尔传感器位置示意图。

图5是本实用新型实施例一中，圆弧形永磁体与转子支架所构成转子的结构示意图。

图6是本实用新型实施例一中，二阶圆弧形永磁体的外形结构示意图。

图7是图6二阶圆弧形永磁体侧面结构示意图。

图8是图6二阶圆弧形永磁体俯视结构示意图。

图9是本实用新型实施例一中，三阶圆弧形永磁体的外形结构示意图。

图10是本实用新型实施例一中，三阶圆弧形永磁体侧面结构示意图。

图11是图10三阶圆弧形永磁体俯视结构示意图。

图12是本实用新型实施例一定子座与励磁凸极对装配结构示意图。

图13是本实用新型实施例二中，带沉孔线圈骨架结构示意图。

图14是本实用新型实施例二中，C形叠片铁芯与带沉孔线圈骨架结构示意图。

图15是本实用新型实施例三的结构剖面示意图。

图16是本实用新型实施例三中，转子结构剖面示意图。

图17是本实用新型实施例三中，转子外形示意图。

以上附图中，101是动力输出轴，102是轴承，103是风叶轮，104是散热翅片，105是定子座，106是固定螺钉，107是电动机罩壳，108是固定压环，109是圆弧形永磁体，110是转子支架，111是上压板，112是C形叠片铁芯，113是励磁线圈，114是下压板，115是风叶轮，116是电机基座，117是转子支架悬臂上设置的突起，121是圆弧形永磁体， 122是霍尔位置传感器，123是由激励控制电源A相供电的励磁凸极对单元，124是圆弧形永磁体，125是圆弧形永磁体，126是由激励控制电源A相供电的励磁凸极对单元，127是圆弧形永磁体，131是动力输出轴，132是压环，133是螺钉，134是转子支架，135是圆弧形永磁体，141是贯穿通孔，142是永磁体S磁极面，143是不贯穿圆洞，144是贯穿通孔，145是永磁体N磁极面，151是贯穿通孔，152是圆弧形永磁体的S磁极面，153是不贯穿圆洞， 154是贯穿通孔，155是圆弧形永磁体的N磁极面，161是定子座，162是轴承，163是散热翅片，164是填充导热胶体的缝隙，165是固定螺钉，166是上压板， 167是C形叠片铁芯，168是励磁线圈，169是下压板，170是沉孔，171是线圈骨架，172是C形叠片铁芯。601是动力轴，602是轴承，603是散热叶轮，604是定子座，605是螺钉，606是外壳，607是腔体，608是压环，609是圆弧形永磁体，610是转子支架，611是励磁线圈，612是C形铁芯，613是腔体，614是轴承外衬套，615是轴承内衬套，616是圆形压盘，617是铆钉，618是电机底座，619是动力轴法兰盘。

具体实施方式

实施例一，本实施例外部形状如附图1所示，本实施例结构剖面如附图2所示。

本实施例中，定子座105为两个，呈轴向相对设置，两个定子座105均与电动机罩壳107固定，两个定子座105内侧各设置有六个空腔体，这六个空腔体以电动机转动轴轴线为中心对称均衡设置，两个定子座105外侧面设置有若干散热翅片104， C形叠片铁芯112和励磁线圈113构成励磁凸极对，十二个励磁凸极对各自被上压板111和下压板114夹持，再分别嵌入到两个定子座内侧的各个空腔体内，上压板111、下压板114设置有螺钉孔，通过螺钉106使定子座105与空腔体内夹持励磁凸极对的上下压板固定连接，转子支架110为双侧悬臂结构，在转子支架110悬臂两侧分别固定有八个二阶圆弧形永磁体109，该圆弧形永磁体的形状和结构参见附图6，该圆弧形永磁体中间部段的形状为宽度一致圆弧等带状，该圆弧形永磁体的左右两端部段为宽度变窄的阶梯状。八个圆弧形永磁体的阶梯状部分彼此首尾交错相合但不接触，且留有缝隙地固定于转子支架悬臂侧面（参见附图5），八个永磁体的磁极性指向是径向的（参见附图7），且相邻的两个永磁体的磁极性不相同。每个圆弧形永磁体弧长所对应的圆心角度为五十八度，在圆弧形永磁体宽带部段的中央处，设置有两个不贯穿的圆洞143，在圆弧形永磁体两端阶梯状部段各设置有贯穿的通孔141和144（参见附图6至附图8），八个圆弧形永磁体轴向贴装于转子支架悬臂的侧面，转子支架悬臂上设置有突起117，该突起嵌入到圆弧形永磁体宽带部段的不贯穿圆洞143内，压环108紧贴于八个圆弧形永磁体的另一侧，压环108上设置的突起也嵌入到圆弧形永磁体宽带部段的不贯穿圆洞143内，压环108上还设置有通孔，压环108上的各个通孔与圆弧形永磁体上贯穿通孔141和144以及转子支架110悬臂上的螺钉孔准直为一条直线，通过螺钉，在转子支架110悬臂的两侧各固定八个圆弧形永磁体（参见附图5）。转子支架110的一端通过键孔与电动机动力输出轴101定位，并通过螺钉固定，转子支架110和动力输出轴101由轴承102支承。

本实施例中，位置传感器采用霍尔位置传感器122，该霍尔传感器固定于定子座，霍尔位置传感器122的固定位置参见附图4。本实施例共有十二个励磁凸极对，单侧定子座中设置六个励磁凸极对，相对设置的两个励磁凸极对为一组，单侧的三组励磁凸极对的励磁线圈再与另侧的三组励磁凸极对的励磁线圈相并联，形成由四个励磁凸极对的励磁线圈为一个合并组，三个合并组由激励控制电源的A相线、B相线和C相线分别提供激励电流。附图4中只给出一只霍尔位置传感器的设置示意，当A相线激励的励磁凸极对123和126凸极的径向中心线与转子上圆弧形永磁体124和127的径向中心线重合时，霍尔位置传感器122正位于圆弧形永磁体121和圆弧形永磁体124阶梯状部段之间的缝隙处，霍尔位置传感器122能感受到“缝隙”经过时磁极性的变化，并输出电信号给激励控制电源，使激励控制电源随即改变A相线中励磁电流的方向。同理，对于由激励控制电源的B相线和C相线供电的两个励磁凸极对合并组，也需要在定子座上再分别设置两只霍尔位置传感器，以实现另外两个励磁凸极对合并组激励电流方向的改变。在本实施例中，三只霍尔位置传感器布置在同一个圆心的圆周线上，相邻两个霍尔传感器圆周弧线所形成圆心角度为五十八度，布置霍尔传感器圆周线的直径略小于八个圆弧形永磁体所构成圆环的内径。

转子旋转时，固定于转子支架悬臂两侧的圆弧形永磁体则能在定子座上各励磁凸极对C形铁芯的弧形缺口中扫过，当转子上圆弧形永磁体的径向中心线与励磁凸极对凸极的径向中心线重合时，霍尔位置传感器正好位于相邻两个圆弧形永磁体阶梯状部段之间的缝隙处，霍尔位置传感器输出电信号给激励控制电源，改变该励磁凸极对励磁线圈中激励电流方向，使得该励磁凸极对C形铁芯的弧形缺口处的磁极性同步发生改变。

本实施例中，为了提高散热冷却效果，在转子支架另一端固定有风叶轮，动力输出轴的根部也固定有风叶轮，电动机运转时，能将电动机内部产生的热量通过强制对流的形式散布到外部空间。

本实施例中，参见附图12，还在励磁凸极对与定子座之间缝隙164中填充导热胶体，使电动机主要发热元件的热量能通过导热胶体传导到定子座上，再通过定子座上的散热翅片163和电动机罩壳辐射到外部空间。

在本实施例中，可以采用如附图9所示的三阶圆弧形永磁体来替代如附图6所示的二阶圆弧形永磁体。八个三阶圆弧形永磁体分别固定在转子支架110悬臂两侧，八个永磁体的磁极性指向是径向的（参见附图10），且相邻的两个永磁体的磁极性不相同。每个圆弧形永磁体弧长所对应的圆心角度为五十八度，在圆弧形永磁体宽带部段的中央处相对设置有两个不贯穿的圆洞153，在圆弧形永磁体两端阶梯状部段各设置有贯穿的通孔151和154（参见附图9至附图11）。霍尔位置传感器设置于两个三阶圆弧形永磁体阶梯状吻合相对部段中间的缝隙处。

实施例二，本实施例结构与实施例一基本相同，区别仅在于所述励磁凸极对由C形铁芯、线圈骨架和励磁线圈构成，参见附图13和附图14，线圈骨架171包裹于C形铁芯172，励磁线圈绕制于该线圈骨架，线圈骨架设置有四个沉孔170，十二个励磁凸极对分别嵌入到两个定子座内侧的各个空腔体内，螺钉穿过线圈骨架171上沉孔170与定子座固定连接，且在励磁凸极对与定子座空腔体之间填充高导热绝缘胶体。

实施例三，本实施例电动机整机结构剖面如附图15所示。

本实施例与实施例一的区别是，与转子支架连接固定的转动轴为一根通轴，该转动轴结构剖面如附图16所示，外形如附图17所示。转动轴的法兰盘619和圆形压板616从两侧面将转子支架610夹持，并通过铆钉617铆固为一整体。

设计图

一种风冷式永磁开关磁阻电动机论文和设计

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