多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電的制造方法
【專利摘要】本多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)：包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、軸、軸承、機(jī)殼、端蓋等。定子包括定子鐵芯和激磁線圈，定子鐵芯上設(shè)有多個(gè)極靴、中間部位設(shè)有放置激磁線圈的溝槽，極靴交錯(cuò)排列在溝槽的兩側(cè)。轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)園周上相應(yīng)地排布著相同數(shù)量的極靴。一組定子、轉(zhuǎn)子鐵芯就組成《單元獨(dú)立磁路閉合體》，經(jīng)有機(jī)地串聯(lián)(圖1)，構(gòu)成多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)。當(dāng)激磁線圈通以程控化電流時(shí)，便產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，形成獨(dú)立閉合磁路。依磁阻原理，磁場(chǎng)在定、轉(zhuǎn)子極靴間產(chǎn)生磁拉力，拉動(dòng)外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。本多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)具有噪音小、振動(dòng)小、高效率、大功率、大力矩、無級(jí)平滑調(diào)速等特征，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、成本低、制造方便。
【專利說明】多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有開關(guān)磁阻電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子鐵芯上的極靴是直線式排列的，激磁線圈放置在定子鐵芯的每一個(gè)極靴上，運(yùn)行時(shí)只有一部分極靴線圈通電工作，還有一部分極靴線圈不通電，也就是只有一部分極靴產(chǎn)生磁拉力。當(dāng)定子極靴激磁線圈經(jīng)程控化循環(huán)輪流通、斷電后，定、轉(zhuǎn)子鐵芯的極靴中產(chǎn)生磁場(chǎng)，靠磁拉力帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0003]這種結(jié)構(gòu)形式的電機(jī)其繞制線圈工藝麻煩，難以制造大功率、大力矩外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)，且定、轉(zhuǎn)子鐵芯受到的磁拉力不是均勻分布在鐵芯園周上，從而造成鐵芯變形量大，使電機(jī)在運(yùn)行時(shí)振動(dòng)大、噪音大。這就是目前該類電機(jī)普遍存在且難以解決的技術(shù)難題，也是影響其推廣、普及應(yīng)用的根本所在。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種定、轉(zhuǎn)子鐵芯上的極靴受到的磁拉力可均勻分布在鐵芯園周上、激磁線圈制作簡(jiǎn)易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、制造方便、可實(shí)現(xiàn)大功率、大力矩、無級(jí)平滑調(diào)速、且噪音低、振動(dòng)小的高效率多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種多級(jí)(二級(jí)及以上)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸和固定在轉(zhuǎn)子外部的機(jī)殼、端蓋，轉(zhuǎn)子套在定子鐵芯的外部，形成外轉(zhuǎn)子形式。定子鐵芯的中心孔設(shè)有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上裝設(shè)軸承。多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的定子部分由多個(gè)《單元獨(dú)立磁路閉合體》的單元定子(包括定子鐵芯和激磁繞組線圈)經(jīng)串聯(lián)而構(gòu)成；轉(zhuǎn)子部分亦是由多個(gè)《單元獨(dú)立磁路閉合體》的轉(zhuǎn)子鐵芯經(jīng)串聯(lián)而構(gòu)成；從而實(shí)現(xiàn)大力矩、大功率多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)。
[0006]所述的《單元獨(dú)立磁路閉合體》中，定、轉(zhuǎn)子鐵芯是由硅鋼片疊壓而成的(亦可用其它磁性材料定子鐵芯上設(shè)有激磁線圈并放置在定子鐵芯中間部位的溝槽內(nèi)，定子鐵芯上的極靴交錯(cuò)排列在溝槽的兩邊(原則上可互相錯(cuò)開任意角度，但錯(cuò)開二分之一個(gè)極靴距為最佳)；所述的轉(zhuǎn)子鐵芯上同樣設(shè)有與定子極靴數(shù)量相等的轉(zhuǎn)子極靴，且與定子極靴一一相對(duì)應(yīng)，轉(zhuǎn)子鐵芯中間部位同樣開設(shè)有溝槽，與定子鐵芯上的溝槽相對(duì)應(yīng)。
[0007]這樣的一組定、轉(zhuǎn)子鐵芯和激磁線圈就構(gòu)成了一個(gè)《單元獨(dú)立磁路閉合體》，其磁路類似于螺旋管磁路或變壓器磁路。當(dāng)定子激磁線圈通電時(shí)，在定、轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)便產(chǎn)生磁場(chǎng)，形成一個(gè)獨(dú)立磁路閉合系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)形式的磁路系統(tǒng)，漏磁量少，利用磁阻原理使磁場(chǎng)直接產(chǎn)生磁拉力，磁能利用率高，因而電機(jī)的效率很高。
[0008]所述的《單元獨(dú)立磁路閉合體》中，其單元定子經(jīng)塑封后可成為一個(gè)單元塑封定子；該單元塑封定子經(jīng)串聯(lián)后可構(gòu)成多級(jí)塑封式外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)。亦可以將單元定子、轉(zhuǎn)子鐵芯分別同時(shí)塑封，經(jīng)串聯(lián)而構(gòu)成多級(jí)塑封式外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)；亦可將單元定子先進(jìn)行串聯(lián)之后再進(jìn)行塑封，成為一個(gè)多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)塑封定子整體，(轉(zhuǎn)子鐵芯亦可先進(jìn)行串聯(lián)后再進(jìn)行塑封，而成為多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)塑封轉(zhuǎn)子整體)，從而構(gòu)成塑封式多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)。
[0009]這種定、轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)激磁線圈通電時(shí)，定、轉(zhuǎn)子鐵芯上的所有極靴都有磁場(chǎng)力同時(shí)作用，且定、轉(zhuǎn)子鐵芯的所有極靴上所受磁場(chǎng)力均勻排布在園周上，故此鐵芯受力變形量小、振動(dòng)小、噪音小、力矩大；由于是多級(jí)串聯(lián)組合(只有一級(jí)的線圈不通電，其它線圈都在通電工作中。如五級(jí)開關(guān)磁阻電機(jī)，始終有四級(jí)的線圈在同時(shí)通電工作)，使的電機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，力矩更大，功率更大。由于這種電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、功率密度大，使得電機(jī)體積小、重量輕，更安全、更可靠，故障率低，同時(shí)生產(chǎn)效率高，節(jié)約原材料，成本低。
[0010]由于該發(fā)明多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)采用的是組合拼接方式，使得生產(chǎn)更加方便、易行。再加之其優(yōu)良的低噪音性能、高平穩(wěn)運(yùn)行、大力矩大功率輸出、高效率(比無刷直流還高)、可控平滑無級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)。所以是替代現(xiàn)有外轉(zhuǎn)子電機(jī)的產(chǎn)品，是更新?lián)Q代產(chǎn)品，也是今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)外轉(zhuǎn)子電機(jī)發(fā)展的方向和實(shí)施的目標(biāo)之一。如可替代外轉(zhuǎn)子交流電機(jī)、外轉(zhuǎn)子直流電機(jī)、外轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)、外轉(zhuǎn)子同步電機(jī)、外轉(zhuǎn)子控制電機(jī)、夕卜轉(zhuǎn)子牽引電機(jī)、外轉(zhuǎn)子變頻電機(jī)、外轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)等等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1《單元獨(dú)立磁路閉合體》定子鐵芯結(jié)構(gòu)圖例；
[0012]圖2《單元獨(dú)立磁路閉合體》轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)圖例；
[0013]圖3《單元獨(dú)立磁路閉合體》定子、轉(zhuǎn)子鐵芯組裝圖例；
[0014]圖4單元定子(定子鐵芯和激磁線圈)結(jié)構(gòu)圖例；
[0015]圖5三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)定子結(jié)構(gòu)圖例；
[0016]圖6三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖例；
[0017]圖7三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)定、轉(zhuǎn)子組裝結(jié)構(gòu)圖例；
[0018]圖8三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)總裝結(jié)構(gòu)圖例；
[0019]圖9單元塑封定子圖例；
[0020]圖10塑封式三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)定、轉(zhuǎn)子組裝圖例；
[0021]圖11三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)塑封式定子圖例；
[0022]圖12三級(jí)串聯(lián)開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理說明圖例；
[0023]圖13三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)電氣原理圖；
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1-圖13所述，一種多級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)，包括定子鐵芯(丨)、激磁線圈(2)、轉(zhuǎn)子鐵芯(3)、機(jī)殼(4)、端蓋(5)、軸承(6)、轉(zhuǎn)軸⑵等。轉(zhuǎn)子鐵芯⑶固定在機(jī)殼⑷內(nèi)，激磁線圈⑵放置在定子鐵芯⑴的溝槽(11)中，轉(zhuǎn)軸⑵安固在定子鐵芯
(1)的中心孔(14)中，轉(zhuǎn)子鐵芯⑶的內(nèi)孔(13)套在定子鐵芯⑴的外園上，形成外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式；單一個(gè)定子鐵芯(1)、轉(zhuǎn)子鐵芯(3)及線圈(2)便構(gòu)成了一個(gè)《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3),其磁路類似于螺旋管磁路系統(tǒng)或類似于變壓器磁路系統(tǒng)。
[0025]將多個(gè)《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)進(jìn)行有機(jī)地串聯(lián)后，就構(gòu)成了多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)。
[0026]串聯(lián)是將《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)按軸向進(jìn)行疊加連接，相臨的兩個(gè)《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)的單元定子(圖4)或轉(zhuǎn)子鐵芯(圖2)相互之間要錯(cuò)開一定角度(依極靴為基準(zhǔn))，角度轉(zhuǎn)向要一致?？赏ㄟ^定子鐵芯聯(lián)接器(8)、轉(zhuǎn)子鐵芯聯(lián)接器(9)將其關(guān)聯(lián)起來。例如三級(jí)9極靴定、轉(zhuǎn)子鐵芯串聯(lián)(圖5、圖6)為例，相臨的兩個(gè)定子鐵芯及轉(zhuǎn)子鐵芯通過關(guān)聯(lián)器(8) (9)使聯(lián)在一起，并相互之間錯(cuò)開10度。各級(jí)的《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)的激磁線圈⑵是按序通、斷電流，程序化控制開、關(guān)電源器件￠11213)及時(shí)間。
[0027]關(guān)于塑封式多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)，通過塑封體(12)上的關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)(15)將《單元獨(dú)立磁路閉合體》的塑封定子(圖9)關(guān)聯(lián)起來，從而成為塑封式多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)。
[0028]圖5、圖6、圖7、圖8、圖10、圖11是三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)及部件圖例。
[0029]下面以9極靴的定、轉(zhuǎn)子鐵芯為例說明三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理:
[0030]三級(jí)串聯(lián)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)中的每一級(jí)《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)按軸向排列并結(jié)合在一起，相臨的兩個(gè)單元定子(圖4)以及轉(zhuǎn)子鐵芯(圖2)的極靴(1.1) (3.1)相互之間錯(cuò)開10度，角度轉(zhuǎn)向要一致，如定子極靴(1-1)與極靴(1-2)錯(cuò)開10度，極靴(1-2)與極靴(1-3)錯(cuò)開10度；轉(zhuǎn)子極靴(3-1)與極靴(3-2)錯(cuò)開10度，極靴(3-2)與極靴(3-3)錯(cuò)開10度。其《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)三級(jí)串聯(lián)之間的相對(duì)位置關(guān)系如圖12(4、圖12(4、圖12(0，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖12的位置狀態(tài)時(shí)，6級(jí)的激磁線圈12斷電(且直至再轉(zhuǎn)到3的位置狀態(tài)時(shí)才再接通電源)，3級(jí)的激磁線圈[1開通電源(且直至轉(zhuǎn)到6的位置狀態(tài)時(shí)才斷開電源)，0級(jí)的激磁線圈[3仍然繼續(xù)通電中(且只有轉(zhuǎn)到6的位置狀態(tài)時(shí)才斷開電源)；也就是每一級(jí)《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)只有轉(zhuǎn)到圖12中的⑷位置狀態(tài)時(shí)才開通電源、轉(zhuǎn)到圖12中的(幻位置狀態(tài)時(shí)斷開電源，在其它的位置狀態(tài)中仍在通電或斷電中。這樣電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯上的極靴靠磁拉力的作用就會(huì)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。通電順序?yàn)樯?通---11開通---1^2關(guān)斷山3關(guān)斷---1^1通---1^2開通山3開通---1^1關(guān)斷---12
通；如此循環(huán)往復(fù)，此三級(jí)《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)中的激磁線圈按順序輪流開通、關(guān)斷電源，轉(zhuǎn)子上的極靴(3.1)就會(huì)始終受到定子極靴(1.1)磁拉力的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并可帶動(dòng)負(fù)載工作。
[0031]又如2級(jí)的、4級(jí)的、5級(jí)等多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行原理是一致的。不管是幾級(jí)的開關(guān)磁阻電機(jī)，電機(jī)工作時(shí)，始終只有一級(jí)的激磁線圈不通電不工作，其它級(jí)中的激磁線圈都在通電工作狀態(tài)中。
[0032]以上僅是說明多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的工作過程及原理，在具體應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮很多其它因素。
[0033]該發(fā)明多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)，是模塊化生產(chǎn)，積木式拼裝，使得輸出功率、力矩、轉(zhuǎn)速可以方便地進(jìn)行選擇。生產(chǎn)、制造方便簡(jiǎn)易，使得應(yīng)用范圍更廣泛。
【權(quán)利要求】
1.一種多級(jí)(二級(jí)及以上)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)，包括定子鐵芯(I)、激磁線圈(2)、轉(zhuǎn)子鐵芯(3)、機(jī)殼(4)、端蓋(5)、軸承(6)、轉(zhuǎn)軸(7)、定子鐵芯聯(lián)接件(8)、轉(zhuǎn)子鐵芯聯(lián)接件(9)等。轉(zhuǎn)子鐵芯(3)的內(nèi)孔(13)套在定子鐵芯(I)的外部，構(gòu)成外轉(zhuǎn)子形式；定子鐵芯(I)的中心孔(14)設(shè)置有轉(zhuǎn)軸(7)，軸上裝設(shè)有軸承￠)，轉(zhuǎn)子鐵芯(3)固定放置在機(jī)殼(4)內(nèi)，激磁線圈(2)放置在定子鐵芯⑴內(nèi)的溝槽(11)中。 本發(fā)明多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的定子體是由《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)中的多個(gè)單元定子(圖4)經(jīng)串聯(lián)而組成；轉(zhuǎn)子體亦是由《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)中的多個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯(3)經(jīng)串聯(lián)而組成。其串聯(lián)的定、轉(zhuǎn)子鐵芯個(gè)數(shù)依需要而定。例如圖5、圖6、圖7、圖8、圖10、圖11是三個(gè)《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)的單元定子、轉(zhuǎn)子鐵芯串聯(lián)而構(gòu)成的三級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)及部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)，其特征在于:所述的《單元獨(dú)立磁路閉合體》(圖3)中，定子鐵芯(I)是由硅鋼片疊壓而成的(亦可用其它磁性材料)。其上設(shè)有激磁線圈(2)并放置在定子鐵芯中間部位的溝槽(11)內(nèi)，定子鐵芯(I)上的極靴(1.1)交錯(cuò)排列在溝槽(11)的兩邊(注:溝槽(11)兩邊的極靴(1.1)可互相錯(cuò)開任意角度，但錯(cuò)開二分之一個(gè)極靴距為最佳，所以直線、對(duì)齊排列是一種特例，即互相錯(cuò)開的角度為零時(shí))；所述的轉(zhuǎn)子鐵芯(3)同樣設(shè)有轉(zhuǎn)子極靴(3.1)，且與定子極靴(1.1) 一一相對(duì)應(yīng)，轉(zhuǎn)子鐵芯中間部位同樣開設(shè)有溝槽(10)，與定子鐵芯溝槽(11)相對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)，其特征在于:電機(jī)體積可大可小，依需求而設(shè)計(jì)，而且能實(shí)現(xiàn)大起動(dòng)力矩或大力矩、高速、高效率、平滑無級(jí)調(diào)速運(yùn)行?？梢院懔剡\(yùn)行、或可以恒功率運(yùn)行、或可以恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的多級(jí)外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)，其單元定子(圖4)經(jīng)塑封(12)而成為一個(gè)單元塑封定子(圖9);經(jīng)串聯(lián)構(gòu)成多級(jí)塑封式外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)(圖10為三級(jí)塑封式外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)定、轉(zhuǎn)子組合裝配圖例)。亦可以將單元定子(圖4)、轉(zhuǎn)子鐵芯(3)分別同時(shí)塑封，經(jīng)串聯(lián)后構(gòu)成多級(jí)塑封式開關(guān)磁阻電機(jī)。亦可將單元定子(圖4)先進(jìn)行串聯(lián)再進(jìn)行塑封，成為多級(jí)塑封式外轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電機(jī)的塑封定子。(轉(zhuǎn)子鐵芯(3)同樣也可先進(jìn)行串聯(lián)后再進(jìn)行塑封)，從而構(gòu)成塑封式多級(jí)開關(guān)磁阻電機(jī)。 定子塑封或定、轉(zhuǎn)子同時(shí)塑封是本發(fā)明的一種特例。
【文檔編號(hào)】H02K16/00GK104362821SQ201410545514
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】王國(guó)仁, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開姓名 申請(qǐng)人:王國(guó)仁, 王淑琪