本发明涉及一种新型转子在开关磁阻电机上的应用，特别是涉及采用6.5%高硅钢并通过一系列先进加工工艺的制备，应用于电机内部新型实心转子的研发的
技术领域：
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背景技术：
：开关磁阻电机具有结构简单，可靠性高，成本低易维修等优点；但是缺点也同样明显，主要表现为转矩波动大，噪声大等原因。因为其转子采用铸铁或铸钢材料,融电路和磁路为一体。在大转差率运行时,趋肤效应比较强烈,涡流及磁通集中在转子表面,转子表面损耗很大。目前使用率并不是很高。以往在电机上使用的是普通铸钢实心转子，这种转子虽然已经得到较为广泛的应用，但是其会导致电机转矩过小，功率较低，在一些大型或重型设备上的应用还存在较大局限性。转子是限制汽轮机使用寿命的大型锻件，大型汽轮机整体转子可分为有中心孔的空心转子和无中心孔的实心转子，转子结构的差异与锻件的冶金质量密切相关。为了确保转子的安全性，转子打中心孔，去掉中心部位冶金质量差的金属，使大型的空心转子得到了广泛的应用。但空心转子的最大缺点是转子内孔表面的最大应力几乎增加了一倍，降低了转子的疲劳寿命。从转子打中心孔的原因可以推断，如果转子锻件的冶金质量好，转子中的缺陷小而少，转子的组织结构、性能均匀，转子就不必打中心孔。西欧的汽轮机制造厂家和kwu早在20世纪50年代就用优质锻件制造实心转子，有上千根的实心转子在安全运行。因此，用优质锻件制造实心转子是安全可行的。随着现代冶金技术的不断提高，优质锻件率越来越高，实心转子势必将被更多的厂家所选用。技术实现要素：为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用6.5%硅含量的高硅钢在一系列热处理制度下制备的实心转子，与传统铸铁或普通硅钢片制备的实心转子相比，这种新型实心转子主要有以下几个优点：（1）高温下实心转子的离心力大大降低，实心转子的离心力比空心转子约降低70%，蠕变损伤低，允许转子在更高的温度下运行。（2）实心转子的最大静态应力降低，使临界裂纹尺寸变大，延长了转子的使用寿命。（3）实心转子能经受冷态、温态和热态启动引起的热应力，可以较为快速地启动。（4）简化了转子的冷加工工序，降低了转子的制造成本。将这种新型转子应用于开关磁阻电机的做法，属于电动机研发相关
技术领域：
。本发明能够得到组织结构均匀，性能良好的实心转子，此实心转子具有较小的中心应力，较大临界缺陷尺寸，结构简单、机械强度与平衡性优良，独特的涡流特性等优点。本发明是一种有效的提高电机工作性能的方法，适用于开关磁阻电机在更广泛的领域的应用，对高硅钢实心转子机械性能，电磁性能进行评价，适用于材料性能检测
技术领域：
。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种应用于开关磁阻电机的新型实心转子的制备工艺，包括如下步骤：a.清扫炉内，放入6.5%的硅，1%~5%的三氧化二钴以及1%的锰，其余用铁块填充；其中硅，钴等以粉末的形式加入。熔炼炉密闭性检验，确保密闭性良好。抽真空，通入ar或n2，赶走炉内空气，然后采用电弧熔炼。压力一般<0.05mpa，在熔炼过程中采用电磁搅拌，搅拌频率为7hz~20hz，其中优选为12hz~18hz；以防止熔炼过程之中出现的成分偏析现象；b.打开炉电源，通入氢气气氛，体积在10%~30%之间，加热原则一般是高温慢低温可适度快，一般<500℃可自由升温，>550℃时加热速度小于120℃/h，样品较大可在650℃保持60min均温处理再继续升温。在850℃~1000℃保温15min~2h，温度越高，时间越长晶粒越大，三氧化二钴的添加导致磁性能升高；之后以80℃/h冷却速度冷却到600℃以下随炉冷或空冷降至室温；c．关闭保护气体，总电源，取出退火高硅钢样品；d．轧制，本发明采用温轧工艺；确定开轧温度在400℃~650℃，精轧温度480℃以上,轧制道次8~16次，板坯以轧制中心线为基准进行对中，确保板坯宽度方向上两端与轧制中心线的距离一致，不能有偏差，以便轧制；e.退火处理；将钢板置于退火炉内，退火温度设在850℃~1000℃之间，退火时间为40min-60min之间，之后随炉冷却至室温。本发明分别对普通铸钢实心转子电动机和新型高硅钢实心转子电动机的功率因数、效率和起动性能进行了试验验证。通过试验数据对比分析，得出适合开关磁阻电机用的实心转子。普通铸钢实心转子开关磁阻电动机与高硅钢实心转子开关磁阻电动机的定子结构相同，可采用普通铸钢实心转子电动机的t形等效电路来分析其参数和主要性能。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本发明制备的新型转子具有杂质较少，化学成分分布均匀，结构致密的特点，温轧工艺能够有效消除产品内应力，而退火工艺则可以消除大量气泡以及第二相夹杂物。区别于传统硅钢制备，拥有更好的力学性能，脆性得到改善，相对于光滑实心转子，参入三氧化二钴的高硅钢实心转子能够产生相对良好的磁导率，增大了电动机的额定功率。2.本发明制备的实心转子开关磁阻电机以其独特的优点在高速电机领域，高硅钢实心转子结构简单，机械强度与平衡性高，适合频繁重载起动或者长时间工作在制动状态，所以对于实心转子感应电机的研究具有很高的实际应用价值，相对于永磁式与磁阻式平面电机，能够实现平面内较大范围内直线运动，适合大负载平面驱动，应用前景以及价值十分深远。3.本发明在转子制备工艺上采用更为先进和优良的工艺，降低了转子表面缺陷以及裂纹的产生，大大延长了转子的使用寿命，为应用于其他电机做了开拓性的研究。具体实施方式以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：实施例1：在本实施例中，一种应用于开关磁阻电机的新型实心转子的制备工艺，包括如下步骤：a.清扫炉内，放入6.5%的硅，其余部分用铁块。熔炼炉密闭性检验，确保密闭性良好。抽真空，通入ar或h2，赶走炉内空气，然后采用电弧熔炼。压力一般<0.05mpa，在熔炼过程中采用电磁搅拌，搅拌频率为7hz~20hz，其中优选为12hz~18hz；以防止熔炼过程之中出现的成分偏析现象。b.打开炉电源，通入氢气气氛，炉内气体组成为10%h2，在<600℃以7℃/min的速率升温，>600℃时加热速度为60℃/h，样品在600℃保持30min均温处理再继续升温。在850℃~1000℃保温1h，温度越高，时间越长晶粒越大，磁性能升高同时力学性能下降。之后以80℃/h冷却速度冷却到600℃以下随炉冷或空冷降至室温。c.取出样品，以80℃/h冷却速度冷却到600℃以下随炉冷或空冷降至室温；关闭保护气体，总电源，取出退火高硅钢样品。d．轧制，本发明采用温轧工艺；确定开轧温度在450℃以上,精轧温度380℃以上,轧制道次8次，板坯以轧制中心线为基准进行对中，确保板坯宽度方向上两端与轧制中心线的距离一致，不能有偏差，以便轧制。e.退火处理；将钢板置于退火炉内，退火温度设在900℃，退火时间为40min-60min之间，之后随炉冷却至室温。在本实施例中，设计了两台定子相同的实心转子开关磁阻电动机，一台转子为普通铸钢结构，另一台转子为新制备的高硅钢转子。电机基本参数如下：额定功率：pn=10.5kw；额定电压：un=ac380v；极数:2p=4；定子外径：d2=210mm；定子槽数：z=36；铁心长度：l=145mm。分别对两台电机进行性能试验，比较得出最适合在起重运行机构上使用的一种实心转子开关磁阻电动机。在专门的电动机试验台上进行负载试验，采用另一台变频电动机作为负载进行加载。本实施例方法特别适用对比不同转子对相同电机性能的影响，对新制备的高硅钢转子进行有效评价。起动性能是评价电动机重要的性能指标。为了更好对比两种电动机的起动性能，测取电动机的最大起动力矩，采用堵转的方式对电动机进行性能研究。试验时,电动机轴端通过法兰盘与堵转装置相连。评测的结果精确，全面。实施例2：本实施例与实施例1基本相同，特别之处在于：在本实施例中，一种应用于开关磁阻电机的新型实心转子的制备工艺，包括如下步骤：a.本步骤与实施例一相同；b.中将炉内气氛调整为20%h2；d.轧制道次改为12次，其余不变。在本实施例中，设计了两台定子相同的实心转子开关磁阻电动机，一台转子为普通铸钢结构，另一台转子为新制备的高硅钢转子。电机基本参数如下：额定功率：pn=10.5kw；额定电压：un=ac380v；极数:2p=4；定子外径：d2=210mm；定子槽数：z=36；铁心长度：l=145mm。分别对两台电机进行性能试验，比较得出最适合在起重运行机构上使用的一种实心转子开关磁阻电动机。在专门的电动机试验台上进行负载试验，采用另一台变频电动机作为负载进行加载。本实施例方法特别适用对比不同转子对相同电机性能的影响，对新制备的高硅钢转子进行有效评价。起动性能是评价电动机重要的性能指标。为了更好对比两种电动机的起动性能，测取电动机的最大起动力矩，采用堵转的方式对电动机进行性能研究。试验时,电动机轴端通过法兰盘与堵转装置相连。评测的结果精确，全面。实施例3：本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：在本实施例中，一种应用于开关磁阻电机的新型实心转子的制备工艺，包括如下步骤：a.本步骤与实施例1相同；b.中将炉内气氛调整为30%h2；d.轧制道次改为14次，其余不变。在本实施例中，设计了两台定子相同的实心转子开关磁阻电动机，一台转子为普通铸钢结构，另一台转子为新制备的高硅钢转子。电机基本参数如下：额定功率：pn=10.5kw；额定电压：un=ac380v；极数:2p=4；定子外径：d2=210mm；定子槽数：z=36；铁心长度：l=145mm。分别对两台电机进行性能试验，比较得出最适合在起重运行机构上使用的一种实心转子开关磁阻电动机。在专门的电动机试验台上进行负载试验，采用另一台变频电动机作为负载进行加载。本实施例方法特别适用对比不同转子对相同电机性能的影响，对新制备的高硅钢转子进行有效评价。起动性能是评价电动机重要的性能指标。为了更好对比两种电动机的起动性能，测取电动机的最大起动力矩，采用堵转的方式对电动机进行性能研究。试验时,电动机轴端通过法兰盘与堵转装置相连。评测的结果精确，全面。实施例4：本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：在本实施例中，一种应用于开关磁阻电机的新型实心转子的制备工艺，包括如下步骤：a.本步骤与实施例1相同；b.中将炉内气氛调整为40%h2；d.轧制道次改为12次，其余不变。在本实施例中，设计了两台定子相同的实心转子开关磁阻电动机，一台转子为普通铸钢结构，另一台转子为新制备的高硅钢转子。电机基本参数如下：额定功率：pn=10.5kw；额定电压：un=ac380v；极数:2p=4；定子外径：d2=210mm；定子槽数：z=36；铁心长度：l=145mm。分别对两台电机进行性能试验，比较得出最适合在起重运行机构上使用的一种实心转子开关磁阻电动机。在专门的电动机试验台上进行负载试验，采用另一台变频电动机作为负载进行加载。本实施例方法特别适用对比不同转子对相同电机性能的影响，对新制备的高硅钢转子进行有效评价。起动性能是评价电动机重要的性能指标。为了更好对比两种电动机的起动性能，测取电动机的最大起动力矩，采用堵转的方式对电动机进行性能研究。试验时,电动机轴端通过法兰盘与堵转装置相连。评测的结果精确，全面。试验对比分析：上述实施例实验测试分析的结果如下表1，表1.本发明实施例1~实施例4电化学试验处理后的各样品检测性能参数表实施例实施例1实施例2实施例3实施例4对照试验表面缺陷尺寸0.8mm0.6mm1.2mm1.5mm3.7mm电动机功率/w4736243651502464513621658堵转转矩/n.m106.87103.46112.4798.3582.13由上述分析、计算表明，当转子锻件的冶金质量、材料性能、受力状态及运行环境相同时，高硅钢实心转子开关磁阻电机的工作性能优于普通实心转子电机，采用现代冶金技术生产的优质锻件制造实心转子是安全可行的。可以看出，三氧化二钴的加入提高了转子的磁导率，增强其电磁性能；新型转子电动机的堵转转矩都远高于普通铸铁实心转子，这就说明其产生的功率也要远大于普通转子电机，通过此种方式得到的实验数据是准确而全面的。本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明利用先进冶金方法制备高硅钢实心转子的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。当前第1页12