专利名称：具有特殊转子结构的同步磁阻电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及交流电机技术领域，特别涉及一种具有特殊转子结构的同步磁阻电机。
背景技术：
早期同步磁阻电机又叫反应式电机，属于同步电机的一个机种。它的特点是转子上没有励磁绕组，定子绕组接通交流电源产生磁场，因交、直轴电抗存在差异而产生电磁转矩，从而实现机电能量转换。一般而言，定义交轴电感和直轴电感的比值称为同步磁阻电机的凸极比。同步磁阻电机电磁转矩的大小，直接正比于凸极比。因此，凸极比是设计同步磁阻电机的关键，直接影响电机的主要电磁性能。早期的同步磁阻电机，由于其凸极比低，其电磁转矩和功率因数比感应电机低得多，虽然其结构简单、牢固耐用、成本低廉，但仍然未能在工业上得到广泛应用。随着电力电子技术的迅猛发展，磁场定向控制系统的实现，使同步磁阻电机的设计摆脱了前期直接启动设计中的起动、稳定性等问题研究，转而采用变频起动方式，将设计重点放在只对电机的凸极比进行优化的研究上，从而产生了各种不同结构的转子形状。如凸极式、分块转子式、磁各向异性轴向叠片式，其中，磁各向异性轴向叠片式转子结构由高导磁材料和非导磁绝缘材料叠片沿轴向交替高密叠压而成，可以获得很高的凸极比(即Lq/Ld)，从而具有高效率、高功率因数、高转矩密度的优点，但材料成本高，工艺复杂。经过检索中国专利，申请人检索到一篇公开号为CN1738152A、名称为“磁钢辅助励磁的粘结式轴向迭片同步磁阻电机”的发明专利，它公开了一种轴向迭片式同步磁阻电机，其特征在于包括转子支架，片状的永磁体沿着转子径向由内向外依次层叠式地相互粘结在转子支架上，硅钢片套在转子支架上。其问题在于片状的永磁体粘结在层叠的硅钢片上，不仅不经济，而且工艺复杂。另有一篇公开号为CN101039059A、名称为“带有新颖的转子布局的同步磁阻电机”，其特征在于高导磁材料的叠片轴向地堆叠在转子轴上以形成船型段，多个船型段组合而成转子。其问题在于高导磁材料的叠片一层层地堆叠在转子轴上，工序复杂而且牢固性难以保证。申请人:认为以上所述的技术内容与本发明完全不同，详细内容如下阐述。
发明内容
针对上述现有技术的技术问题，本发明提供一种具有特殊转子结构的同步磁阻电机，该同步电机利用空气的高磁阻性能，在磁极开有轴向贯通转子铁芯的磁阻槽，直轴d区域就形成磁通量很小的磁阻区域，显著提高了凸极比(L/Ld)，提高了同步磁阻电机的功率节约了永磁材料的成本。该同步磁阻电机的技术方案如下
具有特殊转子结构的同步磁阻电机，包括定子1、转子，所述转子包括转轴20、以及套在转轴20上的转子铁芯21，其特征在于所述转子铁芯21在径向截面上具有两个以上的磁极22，所述磁极22分布在所述转子铁芯21的径向截面上，每个磁极22内具有两个以上磁阻槽(1、11、111、1乂、乂、/1)，所述磁阻槽(1、11、111、^、乂、/1)由内向外横向排列在磁极
22内，所述磁阻槽轴向贯通转子铁芯21。所述转子铁芯21由可选择数目的圆盘状的转子冲片沿所述转轴20的轴向叠压紧固而成，所述磁极22分布在每片转子冲片上，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VD由内向外横向排列在磁极22内，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)在轴向上贯通该转子铁芯21。所述磁极22为六个，呈中心对称分布在每片转子冲片上。在所述每个磁极22内具有六个所述磁阻槽，由内向外径向排列为I、II、III、IV、V、VI。所述磁阻槽(I、II、ΠI、IV、V、VD为两翼大致对称的U形、船形、弓形或弧形，靠近转轴20的磁阻槽的纵深大于其外部的磁阻槽。所有磁阻槽(1、11、111、1乂、乂、/1)两翼顶点位于同一内圆对上，所述内圆对的半径小于转子铁芯21的半径。所述磁阻槽(I、IIJILIV, V, VI)的槽体径向宽度不相等。所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VD的槽体径向宽度由圆心向外(由I至VI)依次递减。本发明能够达到如下有益技术效果
本发明同步磁阻电机交、直轴电感差比一般同体积磁阻电机增大约20%，凸极比得到显著提升，从而使得同步磁阻电机获得较高的效率，功率因素和转矩密度；
不使用永磁材料，成本较同功率永磁同步电机，或磁各向异性轴向叠片式同步磁阻电机低约30% ；
用转子冲片组成转子铁芯的形式，结构简单，工艺难度小，易于批量生产。本发明利用空气的高磁阻及硅钢片的高磁导，获得较高的转矩密度的同时保证转子的机械强度，牢固耐用。
图1为同步磁阻电机的内部结构图2为同步磁阻电机中转子冲片的结构示意图。图中所示1 定子，11 定子绕组，20 转轴，21 转子铁芯，22 磁极，23 铆钉，24 内圆，I -VI 磁阻槽。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明的技术方案。如图1所示为同步磁阻电机的内部结构径向截面图，其中有定子1，定子绕组11，转子包括位于中心的转轴20和套在转轴20上的转子铁芯21，该转子铁芯21具有可选择数目的磁极22，磁极22分布在转子铁芯21的径向截面上，本发明中申请人设置了六个磁极22，六个磁极22围绕转轴20大致呈中心对称。每个磁极22中开有两个以上磁阻槽，本实施例中，申请人选择将磁阻槽的个数设置为六个，由内至外径向排列为I、II、III、IV、V、VI，所有的磁阻槽I、II、III、IV、V、VI在轴向上贯通整个转子铁芯21，比如磁阻槽I在转子铁芯体21上是轴向贯通的，磁阻槽II -VI也是如此。如图2为该同步磁阻电机中转子冲片的结构示意图，转子冲片相当于转子铁芯21径向截面。为了加工方便的需要，转子铁芯21是由选择数目的转子冲片组合而成，即将一定数目的转子冲片叠压紧固形成一个转子铁芯21套在转轴20上，使用转子冲片的数目视使用人员对转子铁芯的要求而定，转子冲片之间或转子冲片整体使用焊接或铆钉的方式进行固定，本实施例中申请人采用铆钉23方式进行紧固使转子冲片叠压在一起，轴向上进行紧密固定以形成转子铁芯21，所述转子冲片是圆盘状的高导磁材料制成，本实施例中选择用硅钢片。技术人员在每一片转子冲片上进行工艺加工，即在每一片转子冲片上设置六个磁极22，每一片转子冲片上在磁极22区域内使用模具冲出六个磁阻槽I、II、III、IV、V、讥，转子冲片上磁阻槽1、11、111、^、乂、/1是中空的，每一片转子冲片上对应的磁阻槽的工艺要求应当一致，优选实施方式中应保证每一片转子冲片上都有位置、形状相同的磁极与磁阻槽，即要求对应的磁阻槽在每片转子冲片上的位置是相同的，而且形状也大致相同，如第1至N片转子冲片上的磁阻槽I形状、大小和位置保持一致，这样能够保证转子冲片叠压成转子铁芯21的时候相应的磁阻槽(比如磁阻槽I )是轴向贯通转子铁芯21的。磁阻槽II -VI的工艺要求亦是如此。磁阻槽I -VI可以为线形槽，当然，优选磁阻槽I -VI为两边大致对称的U形、船形、弓形或弧形，其中，靠近转轴20的磁阻槽的纵深大于远离转轴20的磁阻槽，远离转轴20的磁阻槽处于靠近转轴20的磁阻槽的纵深区域内，所有磁阻槽I -VI两翼的顶点位于同一内圆M的圆周上，该内圆M半径小于转子冲片(转子铁芯21)的半径，这样保证所有的磁阻槽都是在转子铁芯21的径向圆周面内。如图2所示，转子冲片由高磁导材料硅钢片制成，磁极与磁极间隔的区域(交轴q轴)就形成了很高的交轴电感L,，而在磁极内，磁阻槽I -VI处是中空的，在转子铁芯21整体上形成轴向贯通的槽型中空区域，由于空气的高磁阻性，则槽型区域不具有硅钢片的高磁导性能，形成了较高的磁阻区，从而得到较低的直轴电感Ld，而在之前我们介绍到同步磁阻电机的设计要点就在于提高其凸极比(即Ltl /Ld)，通过这样的结构变化就达到了这样的目的。通过计算，每个磁极区设置6个磁阻槽I-VI，在获得高的凸极比的同时获得更大的交、直轴电感差，但并不意味着只能使用本实施例所述的技术方案，磁极的数目、每一个磁极内排列有多少个磁阻槽等类似问题只是技术人员在工艺过程中的一种选择，两个以上的磁极、每一个磁极内排列有两个以上的磁阻槽这样的结构设计都属于本发明所保护的技术方案。为了保证磁阻槽能够形成相应的磁阻区，磁阻槽I-VI的槽体需要有一定径向宽度，但是，位于同一磁极内的磁阻槽I-VI的径向宽度优选地不相等，即同一磁极内的六个磁阻槽间的径向宽度都是不相等的，而且，所述磁阻槽I -VI的径向宽度由内向外依次递减，即靠近转轴20的磁阻槽I的径向宽度是最大的，离转轴20最远的磁阻槽VI的径向宽度是最小的，由内向外，磁阻槽的径向宽度逐次递减，这种结构的设计在获得大的交、直轴电感差的同时，能够保证转子的机械强度。以上，申请人是对转子结构具体实施方式
的描述，图1为同步磁阻电机内部结构的剖视图，从图中可知，在转子外围是定子铁芯，定子铁芯内圆面上分布排列很多的槽，定子铁芯具有斜槽结构，从而一定程度上削弱电磁谐波的影响，槽内嵌入两个属不同线圈组的线圈，采用双层叠式短距绕组。定子铁芯1、定子绕组11、具有新颖结构的转子以及外部的护套、机壳、基座等部件共同组成了本发明的同步磁阻电机。 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的具体实施方式
。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的技术内容，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入申请人要求保护的本发明保护范围内。
权利要求
1.具有特殊转子结构的同步磁阻电机，包括定子(1)、转子，所述转子包括转轴(20)、以及套在转轴(20)上的转子铁芯(21)，其特征在于所述转子铁芯(21)在径向截面上具有两个以上的磁极(22)，所述磁极(22)分布在所述转子铁芯(21)的径向截面上，每个磁极(22)内具有两个以上磁阻槽(I、11、111、1乂、乂、/1)，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)由内向外横向排列在磁极(22 )内，所述磁阻槽轴向贯通转子铁芯(21)。
2.根据权利要求1所述的具有特殊转子结构的同步磁阻电机，其特征在于所述转子铁芯(21)由可选择数目的圆盘状的转子冲片沿所述转轴(20)的轴向叠压紧固而成，所述磁极(22)分布在每片转子冲片上，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)由内向外横向排列在磁极(22)内，所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)在轴向贯通该转子铁芯(21)。
3.根据权利要求2所述的具有特殊转子结构的同步磁阻电机，其特征在于所述磁极(22)为六个，呈中心对称分布在每片转子冲片上。
4.根据权利要求2所述的具有特殊转子结构的同步磁阻电机，其特征在于在所述每个磁极(22)内具有六个所述磁阻槽，由内向外径向排列为I、II、III、IV、V、VI。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有特殊转子结构的同步磁阻电机，其特征在于所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)为两翼大致对称的U形、船形、弓形或弧形，靠近转轴(20)的磁阻槽的纵深大于其外部的磁阻槽。
6.根据权利要求1-4任一项所述的具有特殊转子结构的同步磁阻电机，其特征在于所有磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)两翼顶点位于同一内圆(24)上，所述内圆(24)的半径小于转子铁芯(21)的半径。
7.根据权利要求1-4任一项所述的具有特殊转子结构的同步磁阻电机，其特征在于所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VI)的槽体径向宽度不相等。
8.根据权利要求7所述的具有特殊转子结构的同步磁阻电机，其特征在于所述磁阻槽(I、II、III、IV、V、VD的槽体径向宽度由圆心向外(由I至VD依次递减。
全文摘要
本发明涉及一种具有特殊转子结构的同步磁阻电机，属于交流电机领域，包括定子(1)、转子，所述转子包括转轴(20)、以及套在转轴(20)上的转子铁芯(21)，其中，所述转子铁芯(21)在径向截面上具有两个以上的磁极(22)，所述磁极(22)分布在所述转子铁芯(21)的径向截面上，每个磁极(22)内具有两个以上磁阻槽(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)，所述磁阻槽(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)由内向外横向排列在磁极(22)内，所述磁阻槽轴向贯通转子铁芯(21)。本发明的同步磁阻电机凸极比得到显著提升；不使用永磁材料，成本较低；结构简单，牢固耐用，工艺难度小，易于批量生产。
文档编号H02K19/10GK102570661SQ20111043164
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者吴兴国, 焦明旭, 辛懋 申请人:浙江西子富沃德电机有限公司