[实用新型]一种具有阶梯式变气隙极翼的转子铁芯及开关磁阻电机

说明书

本实用新型公开了一种具有阶梯式变气隙极翼的转子铁芯及开关磁阻电机，属于开关磁阻电机领域。本实用新型的转子铁芯上均匀设置有n个转子铁芯凸极，n≥2，转子铁芯凸极均设置有极身和极翼，极身的径向内端部连接转子铁芯轭部，极身的径向外端部的左侧和右侧分别连接极翼，极翼与极身之间呈极身高极翼低的阶梯状，极翼向远离极身的外侧延伸，极翼的径向外侧面为阶梯状，并且在极翼的延伸方向上，极翼的径向外侧面与转子铁芯中心的距离按阶梯式递减变化。开关磁阻电机相数为q，q≥3，定子铁芯上均匀设置有m个凸极，并且m/n＝q。本实用新型通过将极翼的径向外侧面设置为阶梯状，具有更平滑的凸极气隙体积变化率，因而转矩脉动更低。

技术领域

本实用新型涉及开关磁阻电机领域，尤其涉及一种具有阶梯式变气隙极翼的转子铁芯及开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机主要的缺点问题是转矩脉动和噪音。通电凸极磁吸力分切向磁吸力和径向磁吸力，切向磁吸力产生转矩，径向磁吸力不产生转矩，在电感上升过程中，也即凸极对齐的过程中，当励磁稳定后，径向磁吸力不断增大，切向磁吸力不断减小，到凸极完全对齐时，径向磁吸力为最大，切向磁吸力为零，故径向磁吸力是开关磁阻电机转矩脉动和噪音的主要原因。

开关磁阻电机的优势是容易实现高速，但高速度需要考虑高开关频率对电机效率的影响，开关频率与转子铁芯极数正比例相关，定子铁芯极数又与绕组槽满率正相关，因此设计上应保证有较高的定子铁芯极数和较低的转子铁芯极数，即定转子铁芯极数比尽可能大，传统q相开关磁阻电机定转子铁芯极数比为m/n＝q/(q-1)，已成定理，据此设计已无法进一步增大定转子铁芯极数比，如3相极数比为q/(q-1)＝1.5，4相极数比为q/(q-1)＝1.33。开关频率与开关效率损耗正比例相关。

因此，如何解决上述矛盾，在同样的相数和定子铁芯凸极数的情况下，如何降低开关磁阻电机转矩脉动，降低开关频率，降低开关效率损耗，是现有开关磁阻电机需要解决的技术问题。

针对该问题，本申请人设计出了“一种具有变气隙极翼的转子铁芯及开关磁阻电机”，并提出了实用新型专利申请，该方案在与传统开关磁阻电机保持同样相数和定子铁芯凸极数的情况下，通过设置定转子铁芯极数比为m/n＝q，减少了转子极数，从而增大了换相剩余角(B-A)，凸极外端部两侧增加极翼缩小边缘气隙，极翼设置渐变气隙产生渐变电感，进而达到降低开关磁阻电机转矩脉动和降低开关效率损耗的目的。该转子铁芯的机翼外侧面设置为圆弧形，但在实际使用过程中，申请人发现了一种更优化的阶梯式变气隙极翼。

实用新型内容

为了改进现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种具有阶梯式变气隙极翼的转子铁芯及开关磁阻电机，通过将极翼的径向外侧面设置为阶梯状，并且在极翼的延伸方向上，极翼的径向外侧面与转子铁芯中心的距离按阶梯式递减变化，能进一步提高电机运行的顺滑性。

本实用新型为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种具有阶梯式变气隙极翼的转子铁芯，所述转子铁芯上均匀设置有n个转子铁芯凸极，n≥2，所述转子铁芯凸极均设置有极身和极翼，即转子铁芯凸极的中部定义为极身，所述极身的径向内端部连接转子铁芯轭部，所述极身的径向外端部的左侧和右侧分别连接所述极翼，所述极翼与极身之间呈极身高极翼低的阶梯状，所述极翼向远离极身的外侧延伸，极翼的径向外侧面为阶梯状，并且在极翼的延伸方向上，极翼的径向外侧面与转子铁芯中心的距离按阶梯式递减变化；所述转子铁芯凸极的极身的机械角为C，所述转子铁芯任一凸极上的两个极翼最外侧边缘的机械夹角为D，则2C≤D≤5C，所述极身左右两侧的阶梯数量分别为x个，x≥2。

本实用新型中，优选各阶梯的宽度所占机械角为C1，C2，…，Cx，则C/8≤Ci≤3C/4,i为1，2,…，x。

本实用新型中，优选2.5C≤D≤4.5C。

本实用新型中，优选C/4≤Ci≤C/2。