全文摘要
本实用新型公开了一种开关磁阻电机，所述开关磁阻电机包括同轴地布置的定子组件和转子组件，转子组件包括多个转子铁芯，在每个转子铁芯的同一侧或两侧设置转子副铁芯。所述开关磁阻电机利用转子副铁芯大幅提前开通角来显著减少了转矩脉动。所述两相开关磁阻电机具有自起动能力。
主设计要求
1.一种开关磁阻电机，包括同轴地布置的定子组件和转子组件，其特征在于，转子组件包括多个转子铁芯，在每个转子铁芯的同一侧或两侧设置转子副铁芯，转子副铁芯沿径向朝向定子组件延伸。
设计方案
1.一种开关磁阻电机，包括同轴地布置的定子组件和转子组件，其特征在于，
转子组件包括多个转子铁芯，在每个转子铁芯的同一侧或两侧设置转子副铁芯，转子副铁芯沿径向朝向定子组件延伸。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，在每个转子铁芯的同一侧或两侧与所述转子铁芯在周向上隔开地设置转子副铁芯。
3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于，在每个转子铁芯的同一侧设置一个转子副铁芯或更多个彼此隔开的转子副铁芯。
4.根据权利要求2所述的开关磁阻电机，其特征在于，在每个转子铁芯的两侧分别设置一个转子副铁芯或更多个彼此隔开的转子副铁芯，转子副铁芯关于对应的转子铁芯对称地设置。
5.根据权利要求3或4所述的开关磁阻电机，其特征在于，转子组件包括多个定子铁芯。
6.根据权利要求3或4所述的开关磁阻电机，其特征在于，转子副铁芯的朝向定子组件的端面与转子铁芯的朝向定子组件的端面位于同一圆周面上。
7.根据权利要求5所述的开关磁阻电机，其特征在于，转子铁芯沿径向比转子副铁芯沿径向更靠近定子铁芯。
8.根据权利要求5所述的开关磁阻电机，其特征在于，多个转子副铁芯沿径向在远离对应的转子铁芯的方向上逐渐远离定子铁芯。
9.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，转子副铁芯沿周向的宽度小于转子铁芯沿周向的宽度。
10.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其特征在于，所述开关磁阻电机是两相、三相、四相或更多相开关磁阻电机。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于电机领域，具体地讲，本实用新型涉及一种轻量化的、具有转子副铁芯结构的、能够减少转矩脉动的开关磁阻电机。
背景技术
传统的开关磁阻电机的结构简单、控制容易，但是低速运行时很容易引起的转矩脉动、低频振动和噪音，结果导致开关磁阻电机的应用范围受限。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有转子副铁芯结构的开关磁阻电机，以显著减少振动和转矩脉动的发生。
根据本实用新型，提供一种开关磁阻电机，所述开关磁阻电机包括同轴地布置的定子组件和转子组件，转子组件包括多个转子铁芯，在每个转子铁芯的同一侧或两侧设置转子副铁芯，转子副铁芯沿径向朝向定子组件延伸。
在每个转子铁芯的同一侧或两侧与所述转子铁芯在周向上隔开地设置转子副铁芯
在每个转子铁芯的同一侧设置一个转子副铁芯或更多个彼此隔开的转子副铁芯。
在每个转子铁芯的两侧分别设置一个转子副铁芯或更多个彼此隔开的转子副铁芯，转子副铁芯关于对应的转子铁芯对称地设置。
转子组件包括多个定子铁芯。
转子副铁芯的朝向定子组件的端面与转子铁芯的朝向定子组件的端面位于同一圆周面上。
转子铁芯沿径向比转子副铁芯沿径向更靠近定子铁芯。
多个转子副铁芯沿径向在远离对应的转子铁芯的方向上逐渐远离定子铁芯。
转子副铁芯沿周向的宽度小于转子铁芯沿周向的宽度。
所述开关磁阻电机是外转子结构或内转子结构。
所述开关磁阻电机是两相、三相、四相或更多相开关磁阻电机。
根据本实用新型的开关磁阻电机采用具有转子副铁芯结构的形式来实现开通角和关断角的大幅度提前量，从而显著减少转矩脉动，获得比较平滑的转矩。
另外，两相开关磁阻电机可具有自起动能力。
附图说明
图1至图3是根据本实用新型的第一实施例的开关磁阻电机的结构示意图和运动状态图；
图4A至图4D是根据第一实施例的开关磁阻电机的定子与转子之间的气隙示意图；
图5至图8是根据本实用新型的第二实施例的开关磁阻电机的结构示意图和运动状态图。
具体实施方式
根据本实用新型的开关磁阻电机采用具有转子副铁芯结构的形式来实现开通角和关断角的大幅度提前量，从而获得比较平滑的转矩。
为了使本领域技术人员能够更好的理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型的多个具体实施例进行详细描述。
下面将结合图1至图4D对本实用新型的第一实施例进行详细描述。图1至图3是根据本实用新型的第一实施例的开关磁阻电机的结构示意图和运动状态图，图4A至图4D是根据第一实施例的开关磁阻电机的定子与转子之间的气隙示意图。
参照图1至图3，开关磁阻电机包括定子组件110和转子组件120，定子组件110与转子组件120同轴地设置并隔开预定间隙。定子组件110包括沿周向均匀布置的多个定子铁芯111。转子组件120包括沿周向均匀布置的多个转子铁芯121。
为了便于描述，在第一实施例中，将以两相开关磁阻电机为例对本实用新型进行说明。
对于两相8\/4开关磁阻电机，定子组件110包括八个定子铁芯(定子磁极)111，其可分别称为定子铁芯111-1、111-2、111-3、111-4、111-5、111-6，111-7和111-8，八个定子铁芯111在周向上等间隔地设置，即彼此相隔45度地设置。转子组件120包括四个转子铁芯(转子磁极)121，其可在周向上等间隔或均匀地分布，即，彼此相隔90度地设置，并且可分别称为转子铁芯121-1、121-2、121-3和121-4。转子铁芯121和定子铁芯111在轴向上的长度可大体上相等。在转子组件120上还固定有转轴130。
每个定子铁芯111上缠绕有线圈，线圈可被通电(以下简称为“定子铁芯通电”)。在电机运行时，径向相对的定子铁芯111-1、111-3、111-5和111-7在一个时间段同时通电(定子铁芯111-1、111-3、111-5和111-7构成一相)，径向相对的定子铁芯111-2、111-4、111-6和111-8在另一个时间段同时通电(定子铁芯111-2、111-4、111-6和111-8构成另一相)。在定子铁芯111-1、111-3、111-5和111-7通电时，定子铁芯111-2、111-4、111-6和111-8断电。同样地，在定子铁芯111-2、111-4、111-6和111-8通电时，定子铁芯111-1、111-3、111-5和111-7断电，即，每相定子铁芯111轮流地通电和断电。
对于两相开关磁阻电机，可在每个转子铁芯121的一侧与转子铁芯121在周向上隔开地设置有一组转子副铁芯122，共四组，这四组转子副铁芯122可在径向上彼此相对称，每组转子副铁芯122可包括一个或更多个转子副铁芯，在每组转子副铁芯122包括更多个转子副铁芯的情况下，转子副铁芯可彼此隔开，转子副铁芯的朝向定子组件110的端面与转子铁芯121的朝向定子组件110的端面可位于同一圆周面上(转子副铁芯与定子铁芯之间的气隙的厚度是一致的)。为了便于描述，这四组转子副铁芯122可分别称为转子副铁芯122-1、122-2、122-3和122-4。每组转子副铁芯122-1、122-2、122-3和122-4位于各自的转子铁芯121的同一侧，如图1至图3所示。转子副铁芯122沿周向的宽度可小于转子铁芯121沿周向的宽度。
下面对根据本实用新型第一实施例的开关磁阻电机的操作进行具体描述。
当定子铁芯111-1、111-3、111-5和111-7上的线圈通电时，电机大体上处于如图1所示的状态。当定子铁芯111-1、111-3、111-5和111-7上的线圈断电而定子铁芯111-2、111-4、111-6和111-8上的线圈通电时，因为转子副铁芯122的存在，在定子铁芯111-2与转子副铁芯122-2之间、定子铁芯111-4与转子副铁芯122-3之间、定子铁芯111-6与转子副铁芯122-4之间以及定子铁芯111-8与转子副铁芯122-1之间形成短磁路，驱使转子组件120逆时针转动，从而为电机提供自起动能力。
如图2所示，转子组件120逆时针转动，使得转子铁芯121-1在径向上位于定子铁芯111-8和定子铁芯111-1之间，转子铁芯121-2在径向上位于定子铁芯111-2和定子铁芯111-3之间，转子铁芯121-3在径向上位于定子铁芯111-4和定子铁芯111-5之间，转子铁芯121-4在径向上位于定子铁芯111-6和定子铁芯111-7之间。
转子组件120继续逆时针转动。如图3所示，当转子铁芯121-1、121-2、121-3和121-4转动到分别与定子铁芯111-8、111-2、111-4和111-6径向对准时，定子铁芯111-2、111-4、111-6和111-8上的线圈断电，同时给定子铁芯111-1、111-3、111-5和111-7上的线圈通电，由此在定子铁芯111-1与转子副铁芯122-2之间、定子铁芯111-3与转子副铁芯122-3之间、定子铁芯111-5与转子副铁芯122-4之间以及定子铁芯111-7与转子副铁芯122-1之间形成短磁路，继续驱动转子组件120逆时针转动。当转子铁芯121-1、121-2、121-3和121-4转动到分别与定子铁芯111-1、111-3、111-5和111-7径向对准时，便返回到图1所示的状态，然后以类似的方式依次轮换地给一组相对的定子铁芯111上的线圈通电和断电，驱使转子组件120继续旋转，从而带动转轴130转动。
在本实用新型第一实施例所提供的开关磁阻电机中，转子组件120和定子组件110之间的位置关系可根据具体应用而适当地设置。例如，开关磁阻电机可以是内转子结构(如图1至图3所示)或外转子结构。
在本实用新型第一实施例所提供的开关磁阻电机中，转子组件120和定子组件110之间的气隙可根据具体应用而适当地设置。如图4A至图4D所示，转子副铁芯122与定子铁芯111之间的气隙的厚度逐渐变小(转子铁芯121沿径向比转子副铁芯122沿径向更靠近定子铁芯111，多个转子副铁芯122沿径向在远离对应的转子铁芯121的方向上逐渐远离定子铁芯111)，也就是说磁阻逐渐变小，从而得到比较平滑的转矩效果。气隙的变化可以通过调整转子铁芯121和转子副铁芯122的形状和尺寸来得到，也可以通过调整定子铁芯111的形状和尺寸来得到。
上述转子组件120和定子组件110可由多片硅钢片叠加而成。具体地，在制作时可采用冲压或卷片方式来制作硅钢片。
通过本实用新型的第一实施例，可取得以下技术效果：在结构尺寸允许的情况下，定子组件110的定子铁芯111数量越多，越有利于使定子组件110和转子组件120的径向尺寸变小，从而使铁芯的重量和电机的总重量越小。对于两相开关磁阻电机，定子铁芯于转子铁芯的数量比例为可以是4\/2、6\/3、8\/4、10\/5、12\/6等等，甚至更多。
根据本实用新型第一实施例的外转子开关磁阻电机可应用于电动自行车、摩托车上的直驱式轮毂电机。也可以应用于风机、压缩机、水泵等领域。
下面将结合图5至图8对本实用新型的第二实施例进行详细描述。
根据本实用新型第二实施例的图5至图8的开关磁阻电机，通过在转子磁极两侧设置一个或更多个转子副铁芯来实现大幅度提前开通角的目的。
定子铁芯对转子铁芯产生作用，因为转子副铁芯的存在，定子铁芯可以提前通电并且对转子铁芯和转子副铁芯产生作用，并且产生作用是逐步的，所以转矩变化比较平稳。
参照图5，根据本实用新型的第二实施例提供了一种三相开关磁阻电机(以下简称为电机)。该电机可包括定子组件210和转子组件220。定子组件210与转子组件220同轴地设置并隔开预定间隙。在转子组件220上还有固定有转轴230。定子组件110与转子组件120同轴地设置并隔开预定间隙。
定子组件210包括在周向上均匀分布的多个定子铁芯211。转子组件220包括在周向上均匀分布的多个转子铁芯221。对于三相开关磁阻电机，定子铁芯211与转子铁芯211的数量比例可以是6\/4、12\/8、18\/12等等。
为了便于描述，在第二实施例中，以定子铁芯211的数量为6、转子铁芯221的数量为4为例进行描述。
如图5所示，六个定子铁芯211可分别称为定子铁芯211-1、211-2、211-3、211-4、211-5和211-6，定子铁芯211在周向上等间隔地设置，即，彼此相隔60度地设置。四个转子铁芯221可在周向上等间隔或均匀地分布，即彼此相隔90度地设置，并且可分别称为转子铁芯221-1、221-2、221-3和221-4。
每个定子铁芯211上缠绕有线圈，线圈可被通电(以下简称为“定子铁芯通电”)。在电机运行时，定子铁芯211-1和211-4同时通电，定子铁芯211-2和211-5同时通电，定子铁芯211-3和211-6同时通电。在定子铁芯211-1和211-4通电时，定子铁芯211-2、211-3、211-5和211-6断电。同样地，在定子铁芯211-2和211-5通电时，定子铁芯211-1、211-3、211-4和211-6断电，在211-3和211-6通电时，定子铁芯211-1、211-2、211-4和211-5断电。即，每对径向相对的定子铁芯211构成一相(一共三相)，每对径向相对的定子铁芯211轮流地通电和断电。
电机的转子组件220的四个转子铁芯221可径向相对地设置。为了便于描述，可将转子铁芯221分别称为转子铁芯221-1、221-2、221-3和221-4。转子铁芯221的总轴向长度可大体上等于定子铁芯211的总轴向长度。
对于三相开关磁阻电机，在每个转子铁芯221的两侧与转子铁芯221在周向上隔开地设置一组转子副铁芯222(共四组)，所述一组转子副铁芯222可对称地设置在转子铁芯221的两侧，四组转子副铁芯222可在径向上彼此相对称。为了便于描述，四组转子副铁芯222可分别称为转子副铁芯222-1、222-2、222-3和222-4。每组转子副铁芯222处于各自的转子铁芯221的两侧，如图5至图8所示。
下面对本实用新型第一实施例所提供的电机的操作进行具体描述。
当定子铁芯211-1和211-4上的线圈通电时，电机大体上处于如图5所示的状态。当定子铁芯211-1和211-4上的线圈断电而定子铁芯211-2和211-5上的线圈通电时，在定子铁芯211-2与转子铁芯221-2之间、定子铁芯211-5与转子铁芯221-4之间形成短磁路，驱使转子组件220逆时针转动，成为图6所示的状态。接着定子铁芯211-2和211-5上的线圈断电，定子铁芯211-3和211-6上的线圈通电，在定子铁芯211-3与转子铁芯221-3之间、定子铁芯211-6与转子铁芯221-1之间形成短磁路，驱使转子组件220逆时针转动，成为图7所示的状态。接着定子铁芯211-3和211-6上的线圈断电，定子铁芯211-1和211-4上的线圈通电，在定子铁芯211-1与转子铁芯221-2之间、定子铁芯211-4与转子铁芯221-4之间形成短磁路，驱使转子组件220逆时针转动，成为图8所示的状态。进而，定子铁芯和转子铁芯之间的状态又返回到图5的状态，完成一个工作循环。然后，以类似的方式依次轮换地给一组径向相对的定子铁芯221上的线圈通电和断电而驱使转子组件220继续旋转，从而带动转轴230转动。
在本实用新型第二实施例所提供的开关磁阻电机中，转子组件220和定子组件210之间的位置关系可根据具体应用而适当地设置。例如，开关磁阻电机可以是内转子结构(如图5至图8所示)或外转子结构。
上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，本实用新型所提供的开关磁阻电机适合于两相、三相、四相或更多相开关磁阻电机。
另外，本实用新型所提供的第一实施例的两相开关磁阻电机具有自起动能力。
虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920089723.1
申请日:2019-01-18
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:95(青岛)
授权编号:CN209358461U
授权时间:20190906
主分类号:H02P 25/08
专利分类号:H02P25/08;H02P25/098;H02K5/24
范畴分类:37A;
申请人:石镇德
第一申请人:石镇德
申请人地址:266108 山东省青岛市城阳区流亭街道蔚蓝群岛三期197-104
发明人:石镇德
第一发明人:石镇德
当前权利人:石镇德
代理人:王秀君;鲁恭诚
代理机构:11286
代理机构编号:北京铭硕知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计