具有特殊轉子結構的同步磁阻電機的制作方法

專利名稱：具有特殊轉子結構的同步磁阻電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及交流電機技術領域，特別涉及一種具有特殊轉子結構的同步磁阻電機。
背景技術：
早期同步磁阻電機又叫反應式電機，屬于同步電機的一個機種。它的特點是轉子上沒有勵磁繞組，定子繞組接通交流電源產生磁場，因交、直軸電抗存在差異而產生電磁轉矩，從而實現機電能量轉換。一般而言，定義交軸電感和直軸電感的比值稱為同步磁阻電機的凸極比。同步磁阻電機電磁轉矩的大小，直接正比于凸極比。因此，凸極比是設計同步磁阻電機的關鍵，直接影響電機的主要電磁性能。早期的同步磁阻電機，由于其凸極比低，其電磁轉矩和功率因數比感應電機低得多，雖然其結構簡單、牢固耐用、成本低廉，但仍然未能在工業上得到廣泛應用。隨著電力電子技術的迅猛發展，磁場定向控制系統的實現，使同步磁阻電機的設計擺脫了前期直接啟動設計中的起動、穩定性等問題研究，轉而采用變頻起動方式，將設計重點放在只對電機的凸極比進行優化的研究上，從而產生了各種不同結構的轉子形狀。如凸極式、分塊轉子式、磁各向異性軸向疊片式，其中，磁各向異性軸向疊片式轉子結構由高導磁材料和非導磁絕緣材料疊片沿軸向交替高密疊壓而成，可以獲得很高的凸極比(即Lq/Ld)，從而具有高效率、高功率因數、高轉矩密度的優點，但材料成本高，工藝復雜。經過檢索中國專利，申請人檢索到一篇公開號為CN1738152A、名稱為“磁鋼輔助勵磁的粘結式軸向迭片同步磁阻電機”的發明專利，它公開了一種軸向迭片式同步磁阻電機，其特征在于包括轉子支架，片狀的永磁體沿著轉子徑向由內向外依次層疊式地相互粘結在轉子支架上，硅鋼片套在轉子支架上。其問題在于片狀的永磁體粘結在層疊的硅鋼片上，不僅不經濟，而且工藝復雜。另有一篇公開號為CN101039059A、名稱為“帶有新穎的轉子布局的同步磁阻電機”，其特征在于高導磁材料的疊片軸向地堆疊在轉子軸上以形成船型段，多個船型段組合而成轉子。其問題在于高導磁材料的疊片一層層地堆疊在轉子軸上，工序復雜而且牢固性難以保證。申請人:認為以上所述的技術內容與本發明完全不同，詳細內容如下闡述。

發明內容
針對上述現有技術的技術問題，本發明提供一種具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，該同步電機利用空氣的高磁阻性能，在磁極開有軸向貫通轉子鐵芯的磁阻槽，直軸d區域就形成磁通量很小的磁阻區域，顯著提高了凸極比(L/Ld)，提高了同步磁阻電機的功率節約了永磁材料的成本。該同步磁阻電機的技術方案如下
具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，包括定子1、轉子，所述轉子包括轉軸20、以及套在轉軸20上的轉子鐵芯21，其特征在于所述轉子鐵芯21在徑向截面上具有兩個以上的磁極22，所述磁極22分布在所述轉子鐵芯21的徑向截面上，每個磁極22內具有兩個以上磁阻槽(1、11、111、1乂、乂、\/1)，所述磁阻槽(1、11、111、^、乂、\/1)由內向外橫向排列在磁極
22內，所述磁阻槽軸向貫通轉子鐵芯21。所述轉子鐵芯21由可選擇數目的圓盤狀的轉子沖片沿所述轉軸20的軸向疊壓緊固而成，所述磁極22分布在每片轉子沖片上，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VD由內向外橫向排列在磁極22內，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)在軸向上貫通該轉子鐵芯21。所述磁極22為六個，呈中心對稱分布在每片轉子沖片上。在所述每個磁極22內具有六個所述磁阻槽，由內向外徑向排列為I、II、III、IV、V、VI。所述磁阻槽(I、II、ΠI、IV、V、VD為兩翼大致對稱的U形、船形、弓形或弧形，靠近轉軸20的磁阻槽的縱深大于其外部的磁阻槽。所有磁阻槽(1、11、111、1乂、乂、\/1)兩翼頂點位于同一內圓對上，所述內圓對的半徑小于轉子鐵芯21的半徑。所述磁阻槽(I、IIJILIV, V, VI)的槽體徑向寬度不相等。所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VD的槽體徑向寬度由圓心向外(由I至VI)依次遞減。本發明能夠達到如下有益技術效果
本發明同步磁阻電機交、直軸電感差比一般同體積磁阻電機增大約20%，凸極比得到顯著提升，從而使得同步磁阻電機獲得較高的效率，功率因素和轉矩密度；
不使用永磁材料，成本較同功率永磁同步電機，或磁各向異性軸向疊片式同步磁阻電機低約30% ；
用轉子沖片組成轉子鐵芯的形式，結構簡單，工藝難度小，易于批量生產。本發明利用空氣的高磁阻及硅鋼片的高磁導，獲得較高的轉矩密度的同時保證轉子的機械強度，牢固耐用。


圖1為同步磁阻電機的內部結構圖2為同步磁阻電機中轉子沖片的結構示意圖。圖中所示1 定子，11 定子繞組，20 轉軸，21 轉子鐵芯，22 磁極，23 鉚釘，24 內圓，I -VI 磁阻槽。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明的技術方案。如圖1所示為同步磁阻電機的內部結構徑向截面圖，其中有定子1，定子繞組11，轉子包括位于中心的轉軸20和套在轉軸20上的轉子鐵芯21，該轉子鐵芯21具有可選擇數目的磁極22，磁極22分布在轉子鐵芯21的徑向截面上，本發明中申請人設置了六個磁極22，六個磁極22圍繞轉軸20大致呈中心對稱。每個磁極22中開有兩個以上磁阻槽，本實施例中，申請人選擇將磁阻槽的個數設置為六個，由內至外徑向排列為I、II、III、IV、V、VI，所有的磁阻槽I、II、III、IV、V、VI在軸向上貫通整個轉子鐵芯21，比如磁阻槽I在轉子鐵芯體21上是軸向貫通的，磁阻槽II -VI也是如此。如圖2為該同步磁阻電機中轉子沖片的結構示意圖，轉子沖片相當于轉子鐵芯21徑向截面。為了加工方便的需要，轉子鐵芯21是由選擇數目的轉子沖片組合而成，即將一定數目的轉子沖片疊壓緊固形成一個轉子鐵芯21套在轉軸20上，使用轉子沖片的數目視使用人員對轉子鐵芯的要求而定，轉子沖片之間或轉子沖片整體使用焊接或鉚釘的方式進行固定，本實施例中申請人采用鉚釘23方式進行緊固使轉子沖片疊壓在一起，軸向上進行緊密固定以形成轉子鐵芯21，所述轉子沖片是圓盤狀的高導磁材料制成，本實施例中選擇用硅鋼片。技術人員在每一片轉子沖片上進行工藝加工，即在每一片轉子沖片上設置六個磁極22，每一片轉子沖片上在磁極22區域內使用模具沖出六個磁阻槽I、II、III、IV、V、譏，轉子沖片上磁阻槽1、11、111、^、乂、\/1是中空的，每一片轉子沖片上對應的磁阻槽的工藝要求應當一致，優選實施方式中應保證每一片轉子沖片上都有位置、形狀相同的磁極與磁阻槽，即要求對應的磁阻槽在每片轉子沖片上的位置是相同的，而且形狀也大致相同，如第1至N片轉子沖片上的磁阻槽I形狀、大小和位置保持一致，這樣能夠保證轉子沖片疊壓成轉子鐵芯21的時候相應的磁阻槽(比如磁阻槽I )是軸向貫通轉子鐵芯21的。磁阻槽II -VI的工藝要求亦是如此。磁阻槽I -VI可以為線形槽，當然，優選磁阻槽I -VI為兩邊大致對稱的U形、船形、弓形或弧形，其中，靠近轉軸20的磁阻槽的縱深大于遠離轉軸20的磁阻槽，遠離轉軸20的磁阻槽處于靠近轉軸20的磁阻槽的縱深區域內，所有磁阻槽I -VI兩翼的頂點位于同一內圓M的圓周上，該內圓M半徑小于轉子沖片(轉子鐵芯21)的半徑，這樣保證所有的磁阻槽都是在轉子鐵芯21的徑向圓周面內。如圖2所示，轉子沖片由高磁導材料硅鋼片制成，磁極與磁極間隔的區域(交軸q軸)就形成了很高的交軸電感L,，而在磁極內，磁阻槽I -VI處是中空的，在轉子鐵芯21整體上形成軸向貫通的槽型中空區域，由于空氣的高磁阻性，則槽型區域不具有硅鋼片的高磁導性能，形成了較高的磁阻區，從而得到較低的直軸電感Ld，而在之前我們介紹到同步磁阻電機的設計要點就在于提高其凸極比(即Ltl /Ld)，通過這樣的結構變化就達到了這樣的目的。通過計算，每個磁極區設置6個磁阻槽I-VI，在獲得高的凸極比的同時獲得更大的交、直軸電感差，但并不意味著只能使用本實施例所述的技術方案，磁極的數目、每一個磁極內排列有多少個磁阻槽等類似問題只是技術人員在工藝過程中的一種選擇，兩個以上的磁極、每一個磁極內排列有兩個以上的磁阻槽這樣的結構設計都屬于本發明所保護的技術方案。為了保證磁阻槽能夠形成相應的磁阻區，磁阻槽I-VI的槽體需要有一定徑向寬度，但是，位于同一磁極內的磁阻槽I-VI的徑向寬度優選地不相等，即同一磁極內的六個磁阻槽間的徑向寬度都是不相等的，而且，所述磁阻槽I -VI的徑向寬度由內向外依次遞減，即靠近轉軸20的磁阻槽I的徑向寬度是最大的，離轉軸20最遠的磁阻槽VI的徑向寬度是最小的，由內向外，磁阻槽的徑向寬度逐次遞減，這種結構的設計在獲得大的交、直軸電感差的同時，能夠保證轉子的機械強度。以上，申請人是對轉子結構具體實施方式
的描述，圖1為同步磁阻電機內部結構的剖視圖，從圖中可知，在轉子外圍是定子鐵芯，定子鐵芯內圓面上分布排列很多的槽，定子鐵芯具有斜槽結構，從而一定程度上削弱電磁諧波的影響，槽內嵌入兩個屬不同線圈組的線圈，采用雙層疊式短距繞組。定子鐵芯1、定子繞組11、具有新穎結構的轉子以及外部的護套、機殼、基座等部件共同組成了本發明的同步磁阻電機。 以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的具體實施方式
。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的技術內容，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入申請人要求保護的本發明保護范圍內。
權利要求
1.具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，包括定子(1)、轉子，所述轉子包括轉軸(20)、以及套在轉軸(20)上的轉子鐵芯(21)，其特征在于所述轉子鐵芯(21)在徑向截面上具有兩個以上的磁極(22)，所述磁極(22)分布在所述轉子鐵芯(21)的徑向截面上，每個磁極(22)內具有兩個以上磁阻槽(I、11、111、1乂、乂、\/1)，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)由內向外橫向排列在磁極(22 )內，所述磁阻槽軸向貫通轉子鐵芯(21)。
2.根據權利要求1所述的具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，其特征在于所述轉子鐵芯(21)由可選擇數目的圓盤狀的轉子沖片沿所述轉軸(20)的軸向疊壓緊固而成，所述磁極(22)分布在每片轉子沖片上，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)由內向外橫向排列在磁極(22)內，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)在軸向貫通該轉子鐵芯(21)。
3.根據權利要求2所述的具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，其特征在于所述磁極(22)為六個，呈中心對稱分布在每片轉子沖片上。
4.根據權利要求2所述的具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，其特征在于在所述每個磁極(22)內具有六個所述磁阻槽，由內向外徑向排列為I、II、III、IV、V、VI。
5.根據權利要求1-4任一項所述的具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，其特征在于所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)為兩翼大致對稱的U形、船形、弓形或弧形，靠近轉軸(20)的磁阻槽的縱深大于其外部的磁阻槽。
6.根據權利要求1-4任一項所述的具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，其特征在于所有磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)兩翼頂點位于同一內圓(24)上，所述內圓(24)的半徑小于轉子鐵芯(21)的半徑。
7.根據權利要求1-4任一項所述的具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，其特征在于所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)的槽體徑向寬度不相等。
8.根據權利要求7所述的具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，其特征在于所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VD的槽體徑向寬度由圓心向外(由I至VD依次遞減。
全文摘要
本發明涉及一種具有特殊轉子結構的同步磁阻電機，屬于交流電機領域，包括定子(1)、轉子，所述轉子包括轉軸(20)、以及套在轉軸(20)上的轉子鐵芯(21)，其中，所述轉子鐵芯(21)在徑向截面上具有兩個以上的磁極(22)，所述磁極(22)分布在所述轉子鐵芯(21)的徑向截面上，每個磁極(22)內具有兩個以上磁阻槽(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)，所述磁阻槽(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)由內向外橫向排列在磁極(22)內，所述磁阻槽軸向貫通轉子鐵芯(21)。本發明的同步磁阻電機凸極比得到顯著提升；不使用永磁材料，成本較低；結構簡單，牢固耐用，工藝難度小，易于批量生產。
文檔編號H02K19/10GK102570661SQ20111043164
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者吳興國, 焦明旭, 辛懋 申請人:浙江西子富沃德電機有限公司