一種減小開關(guān)磁阻電機(jī)徑向電磁力的方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種減小開關(guān)磁阻電機(jī)徑向電磁力的方法及其結(jié)構(gòu)，用于減小開關(guān)磁阻電機(jī)徑向電磁力，達(dá)到降振減噪的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)磁阻電機(jī)是利用磁阻最小原理，即磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用定轉(zhuǎn)子磁極之間的環(huán)向電磁力牽引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。開關(guān)磁阻電機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，定子軛部較薄，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子繞組中通入的是脈沖電流，產(chǎn)生脈沖轉(zhuǎn)矩，依靠電磁力牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。與傳統(tǒng)中低轉(zhuǎn)速電機(jī)相比，開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、高功率密度、高容錯(cuò)性及高可靠性等特點(diǎn)，且其能適應(yīng)高溫等惡劣運(yùn)行環(huán)境，因而在軍事和民用領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。然而，開關(guān)磁阻電機(jī)在運(yùn)行過程中，除了產(chǎn)生牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)向電磁力之外，亦會(huì)產(chǎn)生一個(gè)徑向電磁力分量；定轉(zhuǎn)子之間的徑向電磁力所致的定子橢圓變形是激發(fā)定子振動(dòng)和噪聲的主要來源。這一問題制約了開關(guān)磁阻電機(jī)的廣泛應(yīng)用。因此，減小徑向電磁力是開關(guān)磁阻電機(jī)降噪減振的最有效的方法之一。
[0003]中國專利:專利號(hào)ZL 200520130139.4《降低噪音和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)》，提出一種由多層級(jí)聯(lián)同軸安排的多個(gè)單相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其通過在圓周上分散徑向電磁力的方法降低噪音。然而這一專利并沒有從本質(zhì)上減小徑向電磁力。
[0004]中國專利:《一種開關(guān)磁阻電機(jī)的降噪減振方法及其結(jié)構(gòu)》(公開號(hào)CN204538924U)提供了一種開關(guān)磁阻電機(jī)的降噪減振方法，通過增加定子極對(duì)數(shù)以增大氣隙磁通和環(huán)向電磁力，同時(shí)通過提前導(dǎo)通和提前關(guān)斷定子繞組電流以減小徑向電磁力。該發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)降噪減振的結(jié)構(gòu)，主要包括定子、轉(zhuǎn)子、定子磁極、轉(zhuǎn)子磁極及定子繞組等，其中定子磁極的極對(duì)數(shù)為大于等于5的奇數(shù)，轉(zhuǎn)子磁極的極對(duì)數(shù)為2。然而這一專利增加了開關(guān)磁極電機(jī)的控制難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種減小開關(guān)磁阻電機(jī)徑向電磁力的方法，通過轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極在軸向方向相互嵌套以減小徑向電磁力，同時(shí)通過轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極在軸向氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生開關(guān)磁阻電機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的電磁轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)減小開關(guān)磁阻電機(jī)徑向電磁力的電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括定子、轉(zhuǎn)子、定子磁極、轉(zhuǎn)子磁極及定子繞組等，其中轉(zhuǎn)子磁極的外半徑大于定子磁極的內(nèi)半徑，同時(shí)定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極在電極軸向?yàn)槎鄬咏Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極在軸向方向相互嵌套，依靠轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極在軸向氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生開關(guān)磁阻電機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的電磁轉(zhuǎn)矩，可極大地減小徑向電磁力，進(jìn)而能有效地減低電機(jī)本體的振動(dòng)與噪聲。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種減小開關(guān)磁阻電機(jī)徑向電磁力的方法，通過轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極在軸向方向相互嵌套，以減小徑向電磁力，減小徑向電磁力即可達(dá)到降低電機(jī)振動(dòng)和噪聲的目的。通過轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極在軸向氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，產(chǎn)生開關(guān)磁阻電機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的電磁轉(zhuǎn)矩。
[0008]一種減小開關(guān)磁阻電機(jī)徑向電磁力的電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括定子、轉(zhuǎn)子、定子磁極、轉(zhuǎn)子磁極、定子繞組。轉(zhuǎn)子磁極的外半徑大于定子磁極的內(nèi)半徑；同時(shí)定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極在電極軸向?yàn)槎鄬咏Y(jié)構(gòu)，軸向分層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子磁極的相互嵌套。
[0009]所述轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極的軸向氣隙大于等于1_，小于等于5_。氣隙過小對(duì)工程造價(jià)過高，氣隙過大將導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩變小。
[0010]所述轉(zhuǎn)子磁極的軸向分層數(shù)Lr大于等于1 ;定子磁極的軸向分層數(shù)Ls = Lr+1。要做到對(duì)稱，定子磁極的軸向分層需較轉(zhuǎn)子磁極大1。
[0011]不同軸向分層的轉(zhuǎn)子磁極在環(huán)向方向一致；不同軸向分層的定子磁極11在環(huán)向方向一致。環(huán)向一致有利于激勵(lì)電流的控制。一致時(shí)勵(lì)磁電流同時(shí)導(dǎo)通與關(guān)斷便利，若不一致，增大控制難度。
[0012]單個(gè)定子磁極采用臺(tái)階式結(jié)構(gòu)，用于繞制定子繞組。便于定子繞組的繞制預(yù)留空間。
[0013]所述定子繞組繞制在定子磁極凹下的部分，且定子繞組的最外層不超過定子磁極凸起的部分所在平面。防止影響定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙。氣隙是定子磁極與轉(zhuǎn)子磁極軸向的距離，若繞組凸起則會(huì)進(jìn)入這一區(qū)域，使得氣隙部分減小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致定子磁極旋轉(zhuǎn)時(shí)與繞組干涉。
[0014]每一層的轉(zhuǎn)子磁極21與其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子軸為一整體，多層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)時(shí)，采用螺桿4進(jìn)行軸向連接。相互嵌套安裝時(shí)，必然需要分塊再連接在一起。每一層的定子磁極11與其對(duì)應(yīng)的定子磁軛12為一整體，多層定子結(jié)構(gòu)時(shí)采用螺桿4進(jìn)行軸向連接。相互嵌套安裝時(shí)必然需要分塊再連接在一起。
[0015]定子磁極11的極對(duì)數(shù)ns大于轉(zhuǎn)子磁極21的極對(duì)數(shù)nr。便于控制定子繞組的導(dǎo)通與關(guān)斷。定子磁極的極對(duì)數(shù)多時(shí)，勵(lì)磁繞組導(dǎo)通時(shí)定轉(zhuǎn)子磁極之間的間距小，利于增大電磁轉(zhuǎn)矩。
[0016]在軸向多層的定子繞組3中，環(huán)向角度一致的定子繞組3為同一相繞組，其勵(lì)磁電流同時(shí)導(dǎo)通與關(guān)斷。同時(shí)導(dǎo)通與關(guān)斷便于控制，且電磁力同步。
[0017]與現(xiàn)有最好技術(shù)相比，本發(fā)明一種減小開關(guān)磁阻電機(jī)徑向電磁力的方法及其結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018]1)、本發(fā)明通過轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極在軸向方向相互嵌套，依靠轉(zhuǎn)子磁極與定子磁極在軸向氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，產(chǎn)生開關(guān)磁阻電機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的電磁轉(zhuǎn)矩，可極大地減小徑向電磁力。傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)中，其氣隙為半徑方向的一層薄的空氣層，此時(shí)定轉(zhuǎn)子之間的電磁轉(zhuǎn)矩依靠這一氣隙實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致徑向電磁力大；而本發(fā)明中米用軸向分層結(jié)構(gòu)，其氣隙為軸向方向的多層薄的空氣層，此時(shí)定轉(zhuǎn)子之間的電磁轉(zhuǎn)矩依靠這一氣隙實(shí)現(xiàn)時(shí)，主要產(chǎn)生的是環(huán)向電磁力和軸向電磁力，同時(shí)依據(jù)對(duì)稱結(jié)構(gòu)軸向電磁力可相互抵消，從而實(shí)現(xiàn)極大地減小徑向電磁力。
[0019]2)、本發(fā)明中因?yàn)殚_關(guān)磁阻電機(jī)的徑向電磁力小，能有效地減低電機(jī)本體的振動(dòng)與噪聲。
[0020]3)、因定轉(zhuǎn)子相互嵌套，故本發(fā)明的電機(jī)需要在軸向進(jìn)行分層，每一轉(zhuǎn)子磁極及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)軸構(gòu)成一層，每一定子磁極及其相應(yīng)的定子磁軛和定子繞組構(gòu)成一層。不同分層結(jié)構(gòu)依靠螺桿和螺母組裝連接。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明單層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的6/4開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖:
[0022]其中:圖1 (a)為本發(fā)明單層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的6/4開關(guān)磁阻電機(jī)裝配示意圖；
[0023]圖1 (b)為本發(fā)明單層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的6/4開關(guān)磁阻電機(jī)零件示意圖；
[0024]圖1 (c)為本發(fā)明單層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的6/4開關(guān)磁阻電機(jī)剖面示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明三層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的8/6開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖:
[0026]其中:圖2(a)為本發(fā)明三層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的8/6開關(guān)磁阻電機(jī)裝配示意圖；
[0027]圖2(b)為本發(fā)明三層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的8/6開關(guān)磁阻電機(jī)零件示意圖；
[0028]圖2(c)為本發(fā)明三層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的8/6開關(guān)磁阻電機(jī)剖面示意圖。
[0029]圖3為單層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的6/4開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理圖；
[0030]其中:圖3(a)為αΑ= π / (Ns*Nr) = π/6時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理圖；
[0031]圖3(b)為ac= π / (Ns*Nr) = π/6時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理圖；
[0032]圖3(c)為αΒ= π /(Ns*Nr) = π/6時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理圖。
[0033]圖4為三層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的8/6開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理圖；
[0034]其中:圖4(a)為αΑ= π / (Ns*Nr) = π/12時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理圖；
[0035]圖4(b)為aD= π / (Ns*Nr) = π/12時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理圖；
[0036]圖4(c)為ac= π / (Ns*Nr) = π/12時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理圖；
[0037]圖4(d)為αΒ= π / (Ns*Nr