[发明专利]一种产生轴向力的短磁路开关磁阻电机

说明书

技术领域

本发明属于电机领域，具体是一种产生轴向力的开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机具有结构简单坚固、制造工艺简单、成本低、起动转矩大、低速性能好以及效率高等优点，能适应各种恶劣的工作环境，使得开关磁阻电机在航空航天、矿山等环境恶劣且安全性要求很高的领域得到了广泛应用。

传统的开关磁阻电机为双凸极结构，如图1所示的12/8结构的开关磁阻电机的径向结构，开关磁阻电机包括定子A、转子B、转轴C组成，定子A固定在电机外壳的内壁上，转子B同轴固定套在转轴C上，定子A同轴套在转子B外部，定子A和转子B之间留有径向气隙。定子A有定子齿极A1、定子轭部A2两部分，定子齿极A1和定子轭部A2一般是一个完整的整体。转子B有转子齿极B1、转子轭部B2两部分，转子齿极B1和转子轭部B2一般是一个完整的整体，定子齿极A1与转子齿极B1之间留有径向气隙。如图2所示，定子齿极A1和转子齿极B1的轴向截面均呈矩形。三相绕组依次安放在定子齿极A1上，当某一定子齿极上的绕组加载激励时，附近转子极便受到指向该定子齿极A1的转矩作用，不同的三相导通顺序产生方向不同的转矩，当采用合适的开通、关断角时，转子B便受到持续不断的转矩作用，进而电机得以较为稳定地转动运行。开关磁阻电机的这种工作方式是基于“磁阻最小原理”，封闭的磁场路径如图3中的磁路a和磁路b，封闭的磁路的总磁阻由定子、转子铁芯磁阻与空气磁阻共同组成，而“磁阻最小原理”为转矩使得转子向封闭磁路总磁阻减小的方向转动，空气段磁路长度越小，空气部分磁路磁阻就越小，则产生的转矩使得转子齿极B1向定子齿极A1靠拢，因此，对转矩的产生起主要作用的磁路部分是“定子齿极A1-气隙-转子齿极B1”，而定子轭部A2、转子轭部B2只是起磁路连接作用以形成封闭磁路，对于转矩的产生不起作用，因此，整个电机的有效磁回路较长；因定子轭部A2、转子轭部B2的存在仍产生铁耗，便降低了电机的工作效率；同时，定子轭部A2、转子轭部B2的磁路连接作用要求其必须是高导磁材料构成，而这类材料因密度较高必然给电机增加了额外质量，使得电机更加笨重。

发明内容

针对现有开关磁阻电机存在的有效磁回路较长、电机效率低、笨重的问题，本发明提出一种产生轴向力的短磁路的开关磁阻电机结构，有效降低电机整体质量，实现短磁路的流通，降低磁路在定子、转子铁芯中流通时产生的铁耗，提高电机的工作效率。

本发明采用的技术方案是：本发明包括电机外壳、定子齿极、转子齿极以及转轴，最外部是电机外壳，电机外壳的内壁上沿径向截面的圆周方向均布有多个定子齿极，转轴外固定套一个套筒，套筒的外壁上沿径向截面的圆周方向均布有多个转子齿极，定子齿极和转子齿极之间留有径向气隙，沿外壳圆周相对的两个定子齿极上绕有同属一相绕组的线圈；每个定子齿极的轴向截面形状均是由四个面围成的具有一个L型缺口的矩形，每个转子齿极在同一轴向截面上的形状是由两个垂直面围成的所述L型，转子齿极的径向端与定子齿极的径向端之间留有径向气隙，转子齿极的轴向端与定子齿极的轴向端之间均留有轴向气隙，定子齿极的轴向截面形状与转子齿极的轴向截面形状围成一个留有两个气隙的完整的矩形。

 本发明的有益效果是：

1、本发明在传统的开关磁阻电机结构基础上，通过改变定子齿极和转子齿极的结构以改变磁路，实现了短磁路的流通，提升了开关磁阻电机的各项性能。

2、本发明去掉了定子轭部、转子轭部，可以使用轻质材料制造与转轴固定在一起的套筒，在有效降低电机整体质量的同时还减小了转子质量，使电机具有更快的起动、停止速度。

3、本发明的磁路不再如传统的开关磁阻电机一样经过转子轭部，磁路更短，有效降低了磁路在定子、转子铁芯中流通时产生的铁耗，提高了电机的工作效率。

4、本发明因定子齿极的改进能产生轴向电磁力，当开关磁阻电机作为磁悬浮电机并竖直放置时，需要额外的轴向磁悬浮轴承以平衡转子重量，定子、转子之间的轴向磁拉力便能减小轴向磁悬浮轴承的功率输出，可以通过调节本发明电机的绕组电流大小实现转子轴向悬浮，即不再需要增加额外的轴向磁轴承便可实现电机竖直放置情况下的转子悬浮。

附图说明

图1是背景技术中传统的12/8结构的开关磁阻电机的径向结构图；

图2是图1的X1-X1剖面图；

图3是图1中的开关磁阻电机在某一相单独激励时的磁场路径，该相磁路由磁路a、磁路b两部分组成；

图4是本发明一种产生轴向力的短磁路的开关磁阻电机的径向结构图；