多级外转子开关磁阻电机

本发明涉及电机领域，特别涉及多级外转子开关磁阻电机。

现有开关磁阻电机的定、转子铁芯上的极靴是直线式排列的，激磁 线圈放置在定子铁芯的每一个极靴上，运行时只有一部分极靴线圈通电 工作，还有一部分极靴线圈不通电，也就是只有一部分极靴产生磁拉力。 当定子极靴激磁线圈经程控化循环轮流通、断电后，定、转子铁芯的极 靴中产生磁场，靠磁拉力带动电机转子转动。

这种结构形式的电机其绕制线圈工艺麻烦，难以制造大功率、大力 矩外转子开关磁阻电机，且定、转子铁芯受到的磁拉力不是均匀分布在 铁芯园周上，从而造成铁芯变形量大，使电机在运行时振动大、噪音大。 这就是目前该类电机普遍存在且难以解决的技术难题，也是影响其推 广、普及应用的根本所在。

本发明的目的是提供一种定、转子铁芯上的极靴受到的磁拉力可均 匀分布在铁芯园周上、激磁线圈制作简易、结构简单紧凑、制造方便、 可实现大功率、大力矩、无级平滑调速、且噪音低、振动小的高效率多 级外转子开关磁阻电机。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种多级(二级及 以上)外转子开关磁阻电机，包括定子、转子、转轴和固定在转子外部 的机壳、端盖，转子套在定子铁芯的外部，形成外转子形式。定子铁芯 的中心孔设有转轴，转轴上装设轴承。多级外转子开关磁阻电机的定子 部分由多个《单元独立磁路闭合体》的单元定子(包括定子铁芯和激磁 绕组线圈)经串联而构成；转子部分亦是由多个《单元独立磁路闭合体》 的转子铁芯经串联而构成；从而实现大力矩、大功率多级外转子开关磁 阻电机。

所述的《单元独立磁路闭合体》中，定、转子铁芯是由硅钢片叠压 而成的(亦可用其它磁性材料)。定子铁芯上设有激磁线圈并放置在定 子铁芯中间部位的沟槽内，定子铁芯上的极靴交错排列在沟槽的两边 (原则上可互相错开任意角度，但错开二分之一个极靴距为最佳)；所 述的转子铁芯上同样设有与定子极靴数量相等的转子极靴，且与定子极 靴一一相对应，转子铁芯中间部位同样开设有沟槽，与定子铁芯上的沟 槽相对应。

这样的一组定、转子铁芯和激磁线圈就构成了一个《单元独立磁路 闭合体》，其磁路类似于螺旋管磁路或变压器磁路。当定子激磁线圈通 电时，在定、转子铁芯内便产生磁场，形成一个独立磁路闭合系统。这 种结构形式的磁路系统，漏磁量少，利用磁阻原理使磁场直接产生磁拉 力，磁能利用率高，因而电机的效率很高。

所述的《单元独立磁路闭合体》中，其单元定子经塑封后可成为一 个单元塑封定子；该单元塑封定子经串联后可构成多级塑封式外转子开 关磁阻电机。亦可以将单元定子、转子铁芯分别同时塑封，经串联而构 成多级塑封式外转子开关磁阻电机；亦可将单元定子先进行串联之后再 进行塑封，成为一个多级外转子开关磁阻电机塑封定子整体，(转子铁 芯亦可先进行串联后再进行塑封，而成为多级外转子开关磁阻电机塑封 转子整体)，从而构成塑封式多级外转子开关磁阻电机。

这种定、转子铁芯结构形式，当激磁线圈通电时，定、转子铁芯上 的所有极靴都有磁场力同时作用，且定、转子铁芯的所有极靴上所受磁 场力均匀排布在园周上，故此铁芯受力变形量小、振动小、噪音小、力 矩大；由于是多级串联组合(只有一级的线圈不通电，其它线圈都在通 电工作中。如五级开关磁阻电机，始终有四级的线圈在同时通电工作)， 使的电机运行更加平稳，力矩更大，功率更大。由于这种电机结构简易、 功率密度大，使得电机体积小、重量轻，更安全、更可靠，故障率低， 同时生产效率高，节约原材料，成本低。

由于该发明多级外转子开关磁阻电机采用的是组合拼接方式，使得 生产更加方便、易行。再加之其优良的低噪音性能、高平稳运行、大力 矩大功率输出、高效率(比无刷直流还高)、可控平滑无级调速等一系 列优点。所以是替代现有外转子电机的产品，是更新换代产品，也是今 后相当长一段时间内外转子电机发展的方向和实施的目标之一。如可替 代外转子交流电机、外转子直流电机、外转子永磁电机、外转子同步电 机、外转子控制电机、外转子牵引电机、外转子变频电机、外转子伺服 电机等等。

图1《单元独立磁路闭合体》定子铁芯结构图例；

图2《单元独立磁路闭合体》转子铁芯结构图例；

图3《单元独立磁路闭合体》定子、转子铁芯组装图例；

图4单元定子(定子铁芯和激磁线圈)结构图例；

图5三级串联外转子开关磁阻电机定子结构图例；

图6三级串联外转子开关磁阻电机转子结构图例；

图7三级串联外转子开关磁阻电机定、转子组装结构图例；

图8三级串联外转子开关磁阻电机总装结构图例；

图9单元塑封定子图例；

图10塑封式三级串联外转子开关磁阻电机定、转子组装图例；

图11三级串联外转子开关磁阻电机塑封式定子图例；

图12三级串联开关磁阻电机运行原理说明图例；

图13三级串联外转子开关磁阻电机电气原理图；

如图1-图13所述，一种多级串联外转子开关磁阻电机，包括定子 铁芯(1)、激磁线圈(2)、转子铁芯(3)、机壳(4)、端盖(5)、轴承 (6)、转轴(7)等。转子铁芯(3)固定在机壳(4)内，激磁线圈(2) 放置在定子铁芯(1)的沟槽(11)中，转轴(7)安固在定子铁芯(1) 的中心孔(14)中，转子铁芯(3)的内孔(13)套在定子铁芯(1)的 外园上，形成外转子结构形式；单一个定子铁芯(1)、转子铁芯(3) 及线圈(2)便构成了一个《单元独立磁路闭合体》(图3)，其磁路类似 于螺旋管磁路系统或类似于变压器磁路系统。

将多个《单元独立磁路闭合体》(图3)进行有机地串联后，就构成了 多级外转子开关磁阻电机。

串联是将《单元独立磁路闭合体》(图3)按轴向进行叠加连接，相临 的两个《单元独立磁路闭合体》(图3)的单元定子(图4)或转子铁芯(图 2)相互之间要错开一定角度(依极靴为基准)，角度转向要一致。可通 过定子铁芯联接器(8)、转子铁芯联接器(9)将其关联起来。例如三 级9极靴定、转子铁芯串联(图5、图6)为例，相临的两个定子铁芯 及转子铁芯通过关联器(8)(9)使联在一起，并相互之间错开10度。 各级的《单元独立磁路闭合体》(图3)的激磁线圈(2)是按序通、断电 流，程序化控制开、关电源器件(K1、K2、K3)及时间。

关于塑封式多级外转子开关磁阻电机，通过塑封体(12)上的关联 机构(15)将《单元独立磁路闭合体》的塑封定子(图9)关联起来， 从而成为塑封式多级外转子开关磁阻电机。

图5、图6、图7、图8、图10、图11是三级串联外转子开关磁阻 电机及部件图例。

下面以9极靴的定、转子铁芯为例说明三级串联外转子开关磁阻电 机运行原理：

三级串联外转子开关磁阻电机中的每一级《单元独立磁路闭合体》 (图3)按轴向排列并结合在一起，相临的两个单元定子(图4)以及 转子铁芯(图2)的极靴(1.1)(3.1)相互之间错开10度，角度转向要 一致，如定子极靴(1-1)与极靴(1-2)错开10度，极靴(1-2)与极靴(1-3)错 开10度；转子极靴(3-1)与极靴(3-2)错开10度，极靴(3-2)与极靴(3-3)错 开10度。其《单元独立磁路闭合体》(图3)三级串联之间的相对位置 关系如图12(a)、图12(b)、图12(c)，当转子转到图12的位置状态 时，b级的激磁线圈L2断电(且直至再转到a的位置状态时才再接通电 源)，a级的激磁线圈L1开通电源(且直至转到b的位置状态时才断开电 源)，c级的激磁线圈L3仍然继续通电中(且只有转到b的位置状态时 才断开电源)；也就是每一级《单元独立磁路闭合体》(图3)只有转到图 12中的(a)位置状态时才开通电源、转到图12中的(b)位置状态时断开 电源，在其它的位置状态中仍在通电或断电中。这样电机的转子铁芯上 的极靴靠磁拉力的作用就会连续运转起来。通电顺序为：L3通---L1开 通---L2关断；L3关断---L1通---L2开通；L3开通---L1关断---L2通； 如此循环往复，此三级《单元独立磁路闭合体》(图3)中的激磁线圈按 顺序轮流开通、关断电源，转子上的极靴(3.1)就会始终受到定子极靴 (1.1)磁拉力的作用而转动起来，并可带动负载工作。

又如2级的、4级的、5级等多级外转子开关磁阻电机运行原理是 一致的。不管是几级的开关磁阻电机，电机工作时，始终只有一级的激 磁线圈不通电不工作，其它级中的激磁线圈都在通电工作状态中。

以上仅是说明多级外转子开关磁阻电机的工作过程及原理，在具体 应用设计时还要考虑很多其它因素。

该发明多级外转子开关磁阻电机，是模块化生产，积木式拼装，使 得输出功率、力矩、转速可以方便地进行选择。生产、制造方便简易， 使得应用范围更广泛。