一种减振型定子模块化开关磁阻电机

1.本发明涉及开关磁阻电机技术领域，尤其涉及一种减振型定子模块化开关磁阻电机。


背景技术：

2.飞机机载电机具有高可靠性和低振动噪声要求，开关磁阻电机由于结构简单且无永磁材料，可靠性优于其他类型电机。但由于固有高径向力，传统开关磁阻电机在运行时振动及噪声较为显著，难以符合机载设备运行要求。同时机载电机还要求有较好的可维护性和容错运行能力。
3.定转子模块化是解决电机容错运行能力的一项重要技术。模块化定转子之间互不干扰，某一模块出现问题后其余模块仍可继续运行。如申请号为cn202210204815.6、发明名称为“模块化定子非晶合金磁阻电机、系统以及控制方法”的中国发明专利申请；申请号为cn202110564419.x、发明名称为“具有相间隔磁能力的模块化电机”的中国发明专利申请；申请号为cn202110323317.9、发明名称为“一种模块化双定子分块转子永磁辅助开关磁阻电机”的中国发明专利申请。
4.开关磁阻电机电机减振技术主要以下两种技术路线：
5.技术路线1：在电机支架、底座、外壳或转子处添加减振材料。如外壳添加加强筋，如申请号为cn201810930708.5、发明名称为“一种减振转子铁芯、减振转子和电机”的中国发明专利申请；
6.技术路线2：改变定转子结构。如申请号为cn201810305052.8、发明名称为“一种减振开关磁阻轮毂电机”的中国发明专利申请。
7.传统开关磁阻电机在利用减振材料进行减振时，一般在电机底座或外壳处添加减振材料。由于定子凸极是开关磁阻电机主要振动源，上述措施对定子凸极减振效果不明显，且会增加电机安装难度。但直接在定子凸极处加装减振材料无法实现，因为按照传统开关磁阻电机结构，在定子凸极上加装减振材料会导致磁路不连续。
8.因此，本领域的技术人员致力于开发一种减振型定子模块化开关磁阻电机，以克服现有技术存在的问题。


技术实现要素：

9.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提升开关磁阻电机可靠性和可维护性，以及降低开关磁阻电机运行振动及噪声。
10.为实现上述目的，本发明提供了一种减振型定子模块化开关磁阻电机，包括机壳、多个定子模块、转子铁芯、转轴、两个端盖，每个所述定子模块包括定子铁芯和定子绕组，所述机壳成筒状，其内侧设有多个均匀分布的机壳凸极，所述机壳凸极数量与所述定子模块数量相同，所述机壳底部与相邻的所述机壳凸极形成u字形空隙，所述定子铁芯为u字形，嵌入在所述u字形空隙中，所述定子绕组设置在所述定子铁芯的中部，所述定子铁芯的开口侧
朝向所述转子铁芯，非开口侧与所述机壳底部及机壳凸极之间分别填充有多个连接片和多个减振垫片，所述转子铁芯套设在所述转轴上，所述转轴的两端分别通过轴承紧固在位于所述机壳两侧的所述端盖上。
11.进一步地，所述定子铁芯由u字形硅钢片叠压而成。
12.进一步地，所述减振垫片由减振材料制成，起减振作用；所述连接片采用粘性材料，用于固定所述减振垫片；所述减振垫片和连接片均为方形片状。
13.进一步地，每个所述定子模块配有三对所述连接片和减振垫片，包括填充在所述定子铁芯非开口侧与位于所述定子铁芯左侧的所述机壳凸极之间的左侧连接片和左侧减振垫片，填充在所述定子铁芯非开口侧与位于所述定子铁芯右侧的所述机壳凸极之间的右侧连接片和右侧减振垫片，填充在所述定子铁芯非开口侧与所述机壳底部之间的中部连接片和中部减振垫片。
14.进一步地，所述减振材料包括橡胶、硅胶中的一种或多种。
15.进一步地，所述定子模块数量为ns，所述转子铁芯具有nr个凸极，ns/nr选自10/16、8/14、6/10中的一种。
16.进一步地，每个定子铁芯上绕有漆包线形成所述定子绕组，所述机壳上对应所述定子绕组位置开有沟槽。
17.进一步地，每个所述定子绕组由开关器件独立控制。
18.进一步地，所述开关磁阻电机采用开关角控制或电流控制，被配置为通过位置传感器获取转子位置，并根据转子位置决定某一相所述定子绕组开通或关断。
19.进一步地，每相所述定子绕组导通角度θ
on
与所述定子模块及所述转子铁芯凸极数量有关，其关系式为：
20.与现有技术相比，本发明主要具有以下优点：
21.(1)定子各相绕组互相独立，可独立更换，提升电机的可维护性和容错运行能力。
22.(2)定子模块和外壳之间添加减振材料，可直接隔离振动源头，提升减振效果。
23.(3)本发明中减振材料的安装方式还可提升电机性能。减振材料在径向力所用下产生变形，该变形使电机气隙变小，气隙变小可提高电机转矩密度。
24.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
25.图1是本发明的一个较佳实施例的减振型定子模块化开关磁阻电机结构示意图；
26.图2是本发明的一个较佳实施例的减振型定子模块化开关磁阻电机局部放大示意图。
27.其中，1-机壳，2-左侧减振垫片，3-左侧连接片，4-定子铁芯，5-中部减振垫片，6-定子绕组，7-中部连接片，8-右侧连接片，9-右侧减振垫片，10-转子铁芯，11-转轴。
具体实施方式
28.以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理
解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
29.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
30.本发明提供了一种定子模块化开关磁阻电机，定子铁芯及绕组采用模块化设计，各相定子绕组独立运行且可独立更换，提升电机可靠性和可维护性；同时可在定子模块与外壳间安装隔振材料，降低开关磁阻电机运行振动及噪声。
31.上述目的通过如下技术方案实现：
32.如图1、图2所示，具备减振功能的定子模块化开关磁阻电机，包括机壳1、定子模块、转子铁芯10、转轴11、减振垫片、连接片、端盖，定子模块包括定子铁芯4和定子绕组6(以下简称绕组)；其中，机壳1成筒状，其内侧有多个均匀分布的凸极，凸极数量与定子模块数量相同；机壳1底部与凸极形成u字形空隙，定子铁芯4由u字形硅钢片叠压而成，嵌入在u字形空隙中；定子铁芯4的开口侧朝向转子铁芯10，非开口侧与机壳1及凸极之间填充有减振垫片(或称为减振装置)和连接片；减振垫片由弹性模量较低、阻尼系数较高的减振材料(橡胶、硅胶等)制成，起减振作用，连接片采用粘性材料，用于固定减振垫片，减振垫片和连接片均为方形片状，每个定子模块配有3对减振垫片和连接片：左侧减振垫片2和左侧连接片3，右侧减振垫片9和右侧连接片8，中部减振垫片5和中部连接片7。定子模块数量为ns，转子铁芯10具有nr个凸极，ns/nr可采用10/16、8/14、6/10等组合方式。每个定子铁芯4上绕有漆包线形成定子绕组6，定子绕组6位于u字形定子铁芯4中部，为便于放置绕组，机壳1上开有沟槽，每个绕组由开关器件独立控制。
33.安装时，首先将减振垫片通过连接片粘结在定子模块外侧。随后，定子铁芯4提前绕制好漆包线形成定子模块，将定子模块嵌入机壳1及凸极形成的u字形空隙，每个定子模块与3对减振垫片与连接片为一组；定子模块嵌入机壳1后，再安装转子铁芯10、转轴11、轴承及端盖，转子铁芯10、转轴11构成转子，转轴11通过轴承紧固在两侧端盖。
34.运行时，电机采用开关角控制或电流控制，控制器通过位置传感器获取转子位置，并根据转子位置决定某一相绕组开通或关断。绕组的通电与断电由电机驱动器中的功率开关器件决定。各相绕组依次序不断通断实现电机连续运行。u字形定子铁芯4与相邻2个转子铁芯10凸极(简称作转子凸极)形成闭合磁路，当任一相绕组开始通电时，该绕组所在定子模块与转子凸极形成的磁路磁阻较大，根据磁阻最小原理，转子铁芯10将向磁阻最小的方向运动，当该绕组所在定子模块与转子凸极形成的磁路磁阻最小时，该相绕组完全关闭，后续绕组开始导通。每相绕组导通角度θ
on
(即开通角和关断角的差值)与电机定子模块及转子铁芯10凸极数量有关，其关系式为：
35.当某相定子绕组6通电后，定转子凸极间产生电磁力，电磁力的径向分量作用于定子模块，定子模块与外壳1间的减振材料受力变形，该变形使定子模块向转子凸极移动，定转子凸极间的气隙宽度减小，气隙宽度减小将引起电磁力增大。气隙的减小程度δdag与减振垫片所用材料的弹性模量及绕组电流有关，在绕组导通期间减振材料变形有利于增加电机输出转矩。
36.在绕组断电后，电磁力的径向分量开始减小，其中断电瞬间所产生电磁力径向分量突变最明显，定子模块将产生径向振动，该振动经减振材料传递至机壳1，引起机壳1及端盖振动。由于减振材料弹性模量较小且阻尼较大，其对定子模块传导到机壳1的振动起到衰减作用，相比于定子模块和机壳1直接相连，机壳1所产生的振动大为减小。减振材料可降低机壳1的振动和噪声，减轻电机对周边环境的影响。
37.当某相绕组发生故障时，可拆掉螺母取下端盖，将有故障的定子模块拔出机壳1进行替换，而不需要更换其他定子模块。
38.本发明中定子采用模块化结构，定子模块间无磁路联系，该结构使得定子模块可独立安装，为安装减振材料提供空间。本发明所提出的电机结构有利于提高可维护性。
39.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，包括机壳、多个定子模块、转子铁芯、转轴、两个端盖，每个所述定子模块包括定子铁芯和定子绕组，所述机壳成筒状，其内侧设有多个均匀分布的机壳凸极，所述机壳凸极数量与所述定子模块数量相同，所述机壳底部与相邻的所述机壳凸极形成u字形空隙，所述定子铁芯为u字形，嵌入在所述u字形空隙中，所述定子绕组设置在所述定子铁芯的中部，所述定子铁芯的开口侧朝向所述转子铁芯，非开口侧与所述机壳底部及机壳凸极之间分别填充有多个连接片和多个减振垫片，所述转子铁芯套设在所述转轴上，所述转轴的两端分别通过轴承紧固在位于所述机壳两侧的所述端盖上。2.如权利要求1所述的减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，所述定子铁芯由u字形硅钢片叠压而成。3.如权利要求1所述的减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，所述减振垫片由减振材料制成，起减振作用；所述连接片采用粘性材料，用于固定所述减振垫片；所述减振垫片和连接片均为方形片状。4.如权利要求3所述的减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，每个所述定子模块配有三对所述连接片和减振垫片，包括填充在所述定子铁芯非开口侧与位于所述定子铁芯左侧的所述机壳凸极之间的左侧连接片和左侧减振垫片，填充在所述定子铁芯非开口侧与位于所述定子铁芯右侧的所述机壳凸极之间的右侧连接片和右侧减振垫片，填充在所述定子铁芯非开口侧与所述机壳底部之间的中部连接片和中部减振垫片。5.如权利要求3所述的减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，所述减振材料包括橡胶、硅胶中的一种或多种。6.如权利要求1所述的减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，所述定子模块数量为n
s
，所述转子铁芯具有n
r
个凸极，n
s
/n
r
选自10/16、8/14、6/10中的一种。7.如权利要求6所述的减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，每个定子铁芯上绕有漆包线形成所述定子绕组，所述机壳上对应所述定子绕组位置开有沟槽。8.如权利要求7所述的减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，每个所述定子绕组由开关器件独立控制。9.如权利要求8所述的减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，所述开关磁阻电机采用开关角控制或电流控制，被配置为通过位置传感器获取转子位置，并根据转子位置决定某一相所述定子绕组开通或关断。10.如权利要求9所述的减振型定子模块化开关磁阻电机，其特征在于，每相所述定子绕组导通角度θ
on
与所述定子模块及所述转子铁芯凸极数量有关，其关系式为：

技术总结
本发明公开了一种减振型定子模块化开关磁阻电机，包括机壳、多个定子模块、转子铁芯、转轴、两个端盖，每个定子模块包括定子铁芯和定子绕组，机壳成筒状，其内侧设有多个均匀分布的机壳凸极，机壳凸极数量与定子模块数量相同，机壳底部与相邻的机壳凸极形成U字形空隙，定子铁芯为U字形，嵌入在U字形空隙中，定子绕组设置在定子铁芯的中部，定子铁芯的开口侧朝向转子铁芯，非开口侧与机壳底部及机壳凸极之间分别填充有多个连接片和多个减振垫片，转子铁芯套设在转轴上，转轴的两端分别通过轴承紧固在位于机壳两侧的端盖上。本发明采用模块化设计，提升了电机可靠性和可维护性；同时在定子模块与外壳间安装隔振材料，降低了电机运行振动及噪声。振动及噪声。振动及噪声。


技术研发人员：李炳初 张嵘 王双园 杨丽红 甘屹
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/22