专利名称：变磁阻电机及其转子结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电机，尤其涉及一种相对定子和输出轴转子偏心的变磁阻电机及其转子结构。
背景技术：
变磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高，适于闻速运打。、
通常变磁阻电机包括一个安装在机座内的定子和一个相对于定子旋转的转子，定子和转子上有按照一定间距间隔开的突出磁极，定子和转子的磁极数以一定的规律相对放置。当转子试图旋转到使磁路磁阻最小化或定子绕组电感最大化的位置时，变磁阻电机产生磁阻力并产生转矩对外做功。然而，由于传统变磁阻电机的固有缺陷(扭矩波动，铁损耗及磁损耗大，噪声大)，使得变磁阻电机的应用受到极大限制；为了改进传统变磁阻电机的缺陷，世界各国学者对其缺陷的根源及改进的措施进行了积极的研究。其中为了降低其力矩波动以及其振动噪声水平，中国发明专利申请开关磁阻电机(专利申请号200680043128.X)通过优化转子磁极结构的方式改善噪声水平；而中国发明专利申请双定子开关磁阻电机(专利申请号200510037635.X)采用双定子结构改善其扭矩波动状况，但是以上两种发明专利申请采用的技术方案都未改善振动噪声的源，即过大同时也是做无用功的径向力。
发明内容
本发明解决的技术问题提供一种新型结构的变磁阻电机及其转子结构，以减少磁损耗，提高电机效率减小输出扭矩波动；同时改善电机的使用寿命。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种变磁阻电机，包括有定子部分、转子部分和励磁绕组，其中，所述定子部分包括多个E形定子段，所述多个E形定子段沿周向均匀排列，定子内圆面为圆柱面形或鼓形；所述转子部分为圆柱形或者鼓形环型偏心转子，所述圆柱形或者鼓形环型偏心转子包括内环和外环，所述外环为集磁环，内环为驱动齿圈，输出轴上安装有受动齿圈，所述驱动齿圈与所述受动齿圈保持啮合；所述圆柱形或者鼓形环型偏心转子与所述输出轴偏心设置并绕所述受动齿圈及所述输出轴转动，同时绕所述圆柱形或者鼓形环型转子的轴线自传，所述驱动齿圈驱动受动齿圈经输出轴对外做功。其中，所述励磁绕组位于E形定子段的定子槽中。其中，E形定子段的定子槽口还可压入有隔磁材料或者永磁材料制成的契块。其中，各个定子段槽口放置有抗磁性材料制成的隔磁块。
其中，外环由软磁材料制成的薄片叠压而成。一种变磁阻电机的转子结构，其包括圆柱形或者鼓形环型偏心转子，所述圆柱形或者鼓形环型偏心转子包括内环和外环，所述外环为集磁环，由软磁材料制成 的薄片叠压而成，内环为驱动齿圈，输出轴上安装有受动齿圈，所述驱动齿圈与所述受动齿圈保持啮合；负载工作时，所述圆柱形或者鼓形环型偏心转子与所述输出轴偏心设置并绕所述受动齿圈及所述输出轴转动，同时绕所述圆柱形或者鼓形环型转子的轴线自传，所述驱动齿圈驱动受动齿圈经输出轴对外做功。其中，外环由软磁材料制成的薄片叠压而成。其中，所述驱动齿圈两端固定有外齿圈,所述外齿圈与机座或端盖中固定的内齿圈保持啮合。其中，转子外环外侧面可为圆柱形或鼓形，并和内环固定安装形成偏心转子。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明的变磁阻电机，定子部分包括多个E形定子段，转子部分为圆柱形或者鼓形环型偏心转子，所述圆柱形或者鼓形环型偏心转子包括内环和外环，所述外环为集磁环，利用圆柱形或者鼓形环型偏心转子外环的集磁能力，使得漏磁降低，改善效率，当负载工作时，圆柱形或者鼓形环型偏心转子和E型定子段之间产生的磁力绝大部分用于做功；同时由于定子磁场方向几乎没有变化，铁损大大降低，同时由于径向力用于工作，以及圆柱形或者鼓形环形偏心转子结构，使得气隙具有梯变性质，这使得输出扭矩相对传统变磁阻电机更加平稳；此外，转子转动速度为输出轴N1/N2倍，在同等输出转速要求下，低转速转子有利于电机使用寿命的提高；同时改善传统变磁阻电机的振动与噪声问题，另外，圆柱形或者鼓形环形偏心转子重量轻，其动态性能相比传统开关磁阻电机更优。
图I是本发明具体实施例的变磁阻电机结构示意图；图2是根据本发明第一具体实施例变磁阻电机采用的E型定子段结构示意图及其约定符号；图3是本发明变磁阻电机结构的圆柱型偏心转子工作示意图；图4是本发明变磁阻电机结构的圆柱型偏心转子A2相导通后示意图；图5为本发明6相偏心鼓形转子变磁阻电机的不意图；图6为图5的A-A剖视图；图7为本发明6相变磁阻电机转子外圆面铺设固定由高摩擦系数材料制成的薄层示意图；图8为本发明9相变磁阻电机转子外圆面铺设固定由高摩擦系数材料制成的薄层示意图；图9为本发明9相变磁阻电机转子外圆面带有突出齿及定子内圆面挖出有齿槽的示意图；图10为本发明一种带有凸出齿的9相变磁阻电机的具体实施例示意图。
具体实施方式
参考图1，该图为本发明变磁阻电机的一种具体实施例结构示意图。本实施例的变磁阻电机，包括有定子部分、转子部分和励磁绕组4，另外，本实施例中所述定子部分包括多个E形定子段3，所述多个E形定子段3沿周向均匀排列，具体实现时，定子内圆面可为圆柱面形或鼓形，以上定子段3安装于电机机座8内圆面中,各个E型定子段组件以相互间隔一定气隙7或无气隙沿机座内圆均匀安装而成，具体实现时，E型定子段3组件可由软磁材料薄片叠压而成，E形定子段3两个槽的开口处还压入有隔磁材料(即非导磁材料)或永磁材料制成的契块5，该契块5可为V形或其他形状，E型定子段的C柱绕有励磁绕组4。而本实施例中转子部分为圆柱形或者鼓形环型偏心转子，所述圆柱形或鼓形环型偏心转子包括外环I和内环2，外环I为集磁环，内环2为驱动齿圈，输出轴9上安装有受动齿圈6，具体实现时，受动齿圈6压装固定于输出轴9上。内环2的驱动齿圈与所述受动齿圈6保持啮合；负载工作时，所述圆柱形或者鼓形环型转子绕所述受动齿圈及输出轴9转动，同时绕所述圆柱形或者鼓形环型转子的轴线自 传，所述驱动齿圈驱动受动齿圈6经输出轴9对外做功。上述实施例中，相对于输出轴及定子，转子是偏心布置的，负载工作时，由于转子绕输出轴转动，同时也绕转子自身轴线自转，即构成本实施例的偏心转子电机。本发明偏心转子电机具体工作时，由于转子与定子内圆面之间有滑动，为了减少或消除其对输出扭矩的影响，可在定子内圆面或/和转子外园面上铺设由高摩擦系数材料制成的一薄层14，或者在转子外园面加突出齿12，定子内圆面挖出凹齿槽13或者相反，或者在机座两端或端盖上安装固定内齿圈5-1而在转子内环或外环两端安装有外齿圈5-2。参考图5，该图示出了六相鼓形偏心转子变磁阻电机示意图.本实施例中定子内圆面和转子外圆面为鼓形，转子两端的外齿圈5-2与机座两端或端盖上固定安装的内齿圈5-1啮合以约束转子与定子之间的滑动。参考图6,该图为图5中六相鼓形偏心转子变磁阻电机B-B截面图,米用鼓形既增大了转子和定子内圆面之间的接触面，又增大了转子的集磁能力，具有更高的效率。图中，Al、A2、A3、A4、A5、A6分别为电机的六相励磁绕组。参考图7，该图示出了本发明的第二具体实施实例，即四相偏心转子变磁阻电机，本实施例中采用圆柱形转子I结构，而在转子内环的两端固定安装有外齿圈5-2，其与机座两端或端盖上的内齿圈5-1保持啮合，以约束定子与转子之间的滑动。参考图8，该图为图7的B-B截面图，其中A1、A2、A 3、A4分别为电机的四相绕组。参考图9，该图示出了本发明的第三具体实施例，即九相偏心转子变磁阻电机示意图，在转子外圆面和定子内圆面铺设由高摩擦系数材料制成的薄层14，其中定子之间有一小空隙7，便于定子段组件安装与基座上，其其余结构类同以上介绍的四相和六相偏心转子变磁阻电机。A1-A9为电机的9相励磁绕组。参考图10，该图示出了本发明第四具体实施例，即转子外面圆带有凸出齿12，而定子内圆面挖出有凹齿槽13的偏心转子变磁阻电机，此时，转子与定子之间的滑动约束通过转子外圆面的齿和定子内圆面的齿槽啮合实现。上述具体实施例中转子均可安装于轴承座11上，这样使得转子不管在工作还是非工作状态都将保持位置，同时转子与轴承座11相对自由转动。
下面结合
本发明的工作原理。每一 E型定子段组件为一相，每相中的电流可正反方向输入绕组中；当励磁绕组中通以电流时，产生磁场，该磁场绝大部分将经过转子外环，参考图2，如把每一个E型定子段分为A、B、C三段，则定子中C段励磁绕组产生磁场经转子外环、气隙到A和B段形成闭合磁路，负载工作时，转子绕输出轴转动，同时也自传，通过内环2的驱动齿圈驱动受动齿圈6经输出轴9输出有用功率。另外，参考图I中示出了 9相的偏心转子电机，A1-A9分别为电机9个相的励磁绕组，假设转子相对定子逆时针移动，此时转子与Al相重合，A2相通电，根据前述E型定子段组件A、B、C三段的约定，定子段组件励磁绕组产生的磁场将经A、B段、外环I和气隙至C段构成闭合回路，或者C段、气隙、转子外环I和A、B段构成闭合回路，从而产生磁力驱动转子绕转子轴线顺时针转动，输出轴也将顺时针转动，具体参考图3。
而整个转子环相对定子将逆时针自传转动，同样可参考图3，当A2相与转子环重合时，A3相通电，如此循环驱动受动齿圈6顺时针方向转动输出功率做功。当A2相绕组出现故障时，参考图I可知，A3相将导通，产生磁场，施加磁力使转子做功，此时通电时间将延长；因此本发明电机具有一定的容错运行能力。综上，本发明通过提供圆柱环形偏心转子组件和E型定子段，利用圆柱环型偏心转子的外环集磁能力，使得漏磁降低，改善效率，而且转子与定子之间的气隙是逐渐变化的，因此输出扭矩更加平稳，在同等输出扭矩的要求，本发明电机将拥有更高的能量密度，更小的体积；实现了转子低速情况下的高转速输出，有利于改善电机的使用寿命；当负载工作时，圆柱环型转子和E型定子之间产生的磁力绝大部分用于做功；同时由于定子磁场方向几乎没有变化，铁损大大降低，而由于径向力用于工作，以及圆柱环形转子结构，这有效地改善了电机的振动与噪声的水平，另外，由于转子的转动惯量小，所以获得了更好的动态响应特性，分段的E型定子容易安装，也使得制造成本大大降低，更适用于大规模生产。虽然本发明的较佳实施例已揭露如上，本发明并不受限于上述实施例，任何本技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的范围内，当可作些许的改动与调整。
权利要求
1.一种变磁阻电机，包括有定子部分、转子部分和励磁绕组，其特征在于，所述定子部分包括多个E形定子段，所述多个E形定子段沿周向均匀安装固定，定子内圆面为圆柱面形或鼓形； 所述转子部分为圆柱形或者鼓形环型偏心转子，所述圆柱形或者鼓形环型偏心转子包括内环和外环，所述外环为集磁环，有软磁材料制成的薄片叠压而成，内环为驱动齿圈，输出轴上安装有受动齿圈，所述驱动齿圈与所述受动齿圈保持啮合，负载工作时，所述圆柱形或者鼓形环型偏心转子与所述输出轴偏心设置并绕所述受动齿圈及所述输出轴转动，同时绕所述圆柱形或者鼓形环型转子的轴线自传，所述驱动齿圈驱动受动齿圈经输出轴对外做功。
2.根据权利要求I所述的变磁阻电机，其特征在于，所述励磁绕组位于E形定子段的定子槽中，并定子段组件的槽口还压入有隔磁材料或者永磁材料制成的契块。
3.根据权利要求I所述的变磁阻电机，其特征在于，各个定子段槽口放置有抗磁性材料制成的隔磁块。
4.根据权利要求I所述的变磁阻电机，其特征在于，偏心滚动转子外环由软磁材料制成的薄片叠压而成。
5.一种变磁阻电机的转子结构，其特征在于，包括 圆柱形或者鼓形环型偏心转子，所述圆柱形或者鼓形环型偏心转子包括内环和外环，所述外环为集磁环，内环为驱动齿圈，输出轴上安装有受动外齿圈，所述驱动齿圈与所述受动齿圈保持啮合；负载工作时，所述圆柱形或者鼓形环型偏心转子与所述输出轴偏心设置并绕所述受动齿圈及所述输出轴转动，同时绕所述圆柱形或者鼓形环型转子的轴线自传，所述驱动齿圈驱动受动齿圈经输出轴对外做功。
6.根据权利要求5所述的转子结构，其特征在于，所述驱动齿圈两端固定有外齿圈，所述外齿圈与机座或端盖中固定的内齿圈保持啮合。
7.根据权利要求5所述的转子结构，转子外环外侧面为圆柱形或鼓形，并和内环固定安装形成偏心转子。
全文摘要
本发明公开一种变磁阻电机及其转子结构，该变磁阻电机的定子部分包括多个E形定子段，定子内圆面为圆柱面型或鼓形，转子部分为圆柱形或者鼓形环型偏心转子，所述圆柱环型偏心转子包括内环和外环，所述外环为集磁环，利用圆柱环型偏心转子外环的集磁能力，使得漏磁降低，改善效率，当负载工作时，圆柱环型偏心转子和E型定子段之间产生的磁力绝大部分用于做功；同时由于定子磁场方向几乎没有变化，铁损大大降低，由于径向力用于工作，以及圆柱环形偏心转子结构，其输出扭矩相对传统变磁阻电机更加平稳，振动与噪声减小，另外，圆柱环型偏心转子重量轻，其动态性能相比传统开关磁阻电机更优。
文档编号H02K1/22GK102738911SQ201110093538
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者周智庆, 杨军平 申请人:周智庆