同步磁阻电机的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种同步磁阻电机，包括转子和定子，所述转子设置在所述定子上，其特征在于：所述转子包括转子铁芯，所述转子铁芯包括m组绕所述转子的转轴周向间隔均匀分布的隔磁栅组件，每一组所述隔磁栅组件包括n层沿所述转子的径向间隔分布的隔磁栅，其中，m为不包括0的正偶数，n为正整数，所述隔磁栅为圆弧形。本发明的有益效果是：具有损耗低、高效、低成本的优点。
【专利说明】
同步磁阻电机
技术领域
[0001]本发明涉及电机，尤其涉及同步磁阻电机。【背景技术】
[0002]交流感应异步电机有很长的历史背景，是目前应用最广的电机。随着全球能源的日益紧张，人们通过各种方法试图提高感应电机的效率来满足对能源的苛刻要求，传统的方法有:增加定子绕组的线径，减小定子绕组电阻来减小定子铜损;使用更好材料的定子、 转子冲片来减小电机的铁损;优化电机转子设计，铸铜来替代铸铝，减少转子损耗;优化电机风道设计，减小风摩擦损耗。
[0003]以上方法在提高电机效率的同时，电机制造成本也大幅提高，同时由于感应电机固有的特性，限制了此类电机的效率提升，最好的可以做到IE3标准，更高能效几乎是不可能的。
[0004]为了满足更高效率的需求，很多领域不得不使用永磁同步电机来代替感应电机， 但永磁同步电机具有以下制约:使用成本非常高昂的钕铁硼磁钢，同时稀土是国家的战略资源，不能大量使用;永磁电机原理限制，转速不能做得很高，不适合特殊场合使用;受磁钢材料限制不能应用在高温、高可靠环境。
[0005]由于永磁同步电机具有上述因素限制，所以在高效领域中很难走得更远，只限于在特殊场合使用，比如:高功率密度、高转矩密度需求。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种成本低、材料损耗小的同步磁阻电机。
[0007]本发明提供了一种同步磁阻电机，包括转子和定子，所述转子设置在所述定子上， 其特征在于:所述转子包括转子铁芯，所述转子铁芯包括m组绕所述转子的转轴周向间隔均匀分布的隔磁栅组件，每一组所述隔磁栅组件包括n层沿所述转子的径向间隔分布的隔磁栅，其中，m为不包括0的正偶数，n为正整数，所述隔磁栅为圆弧形。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述隔磁栅与所述转子的圆形端面相交。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述转子包括4组隔磁栅组件。
[0010]作为本发明的进一步改进，每一组所述隔磁栅组件包括4层隔磁栅。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述定子包括定子铁芯和绕在所述定子铁芯上的定子绕组。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述转子的高磁导率轴标定为d轴，所述转子的高磁阻轴标定为q轴，相邻两组所述磁栅组件之间的中线为d轴，每一组所述隔磁栅组件包括n层沿所述q轴间隔分布的隔磁栅。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述隔磁栅上设有加强筋。
[0014]本发明的有益效果是:具有损耗低、高效、低成本的优点。【附图说明】
[0015]图1是本发明一种同步磁阻电机的示意图；图2是本发明一种同步磁阻电机的转子的示意图。【具体实施方式】
[0016]下面结合【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0017]如图1到图2所示，一种同步磁阻电机，包括转子3和定子，所述转子3设置在所述定子上，其特征在于:所述转子3包括转子铁芯，所述转子铁芯包括m组绕所述转子的转轴周向间隔均匀分布的隔磁栅组件，每一组所述隔磁栅组件包括n层沿所述转子的径向间隔分布的隔磁栅31，其中，m为不包括0的正偶数，n为正整数，所述隔磁栅31为圆弧形。[〇〇18]如图1到图2所示，所述隔磁栅31与所述转子的圆形端面相交。[〇〇19] 如图1到图2所示，所述转子包括4组隔磁栅组件。
[0020]如图1到图2所示，每一组所述隔磁栅组件包括4层隔磁栅31。
[0021]如图1到图2所示，所述定子包括定子铁芯1和绕在所述定子铁芯1上的定子绕组2。
[0022]如图1到图2所示，所述转子的高磁导率轴标定为d轴33,所述转子的高磁阻轴标定为q轴32，相邻两组所述磁栅组件之间的中线为d轴33，每一组所述隔磁栅组件包括n层沿所述q轴32间隔分布的隔磁栅。[〇〇23]如图1到图2所示，所述隔磁栅31上设有加强筋。
[0024]同步磁阻电机与交流感应电机具有相同的定子结构，定子由定子铁芯1和定子绕组2构成，定子绕组2在施加正弦交流电的情况下，在气隙中产生交变的旋转磁场。
[0025]交流感应电机转子多为常用的鼠笼结构，由转子铁芯和铸铝闭合回路构成，此种结构会产生24%的损耗。磁阻电机转子不同于感应电机，采用创新型磁阻结构(如图2所示)， 转子铁芯被冲成不同形状的隔磁栅，没有铸铝材料构成的闭合回路，因此同步磁阻电机可以做成转子零损耗，因此很容易设计IE4高效电机。[〇〇26]本发明提供的一种同步磁阻电机的工作原理为:由于磁阻结构转子具有方向各异性特点，换句话说就是不同方向磁导率不同，图2为4 极结构的转子结构，具有4高、4低的磁导率轴，高磁导率意味着高导磁能力，也可以理解为高电感，相反低磁导率具有相反的特性。磁阻是磁导率的倒数，专业术语中叫磁电阻，高磁阻可以理解为低电感，为了实现矢量控制因此将高磁导率轴标定为d轴33,相反高磁阻轴标定为q轴32。定子绕组2施加正弦波电压时，电机气隙中就产生旋转磁场，转子会强制向高导磁d轴33对齐，以形成最小磁回路，于是在定子、转子气隙中就产生了转矩，电机就转起来了。
[0027]同步磁阻电机与交流感应电机具有相同的定子结构，因此在设计中不对定子做太多的描述，以下将重点介绍隔磁栅31的设计。
[0028]隔磁栅31角度确定，根据电机的技术要求首先确定电机的极数，也就是d、q轴的角度，本例中采用4极设计，因此d、q轴的机械角度是45度。[〇〇29]隔磁栅31层数确定，同步磁阻电机的设计使用FEM(有限元仿真软件)，通过该软件可以对每个隔磁栅31进行转矩输出仿真，根据电机设计转矩指标通过FEM软件可以确定隔磁栅31的布局和排列方式(即层数)，本例同步磁阻电机为15kw、1500转/分钟，额定转矩是 95.5牛.米，采用的是4层隔磁栅31设计。
[0030]隔磁栅31形状确定，使用FEM软件每次仿真时保持电流的幅值恒定，角度以产生最大转矩，逐渐增加隔磁栅31的宽度，转矩从最初值开始增加，原因是当q轴32磁阻迅速增加时，d轴33磁阻没有变化，隔磁栅31宽度在增加过程中电机的转矩脉动也在变化，当隔磁栅 31宽度达到某个值后，电机的转矩脉动趋于恒定、最小，此时的隔磁栅31宽度即为最佳设计。为了得到更小的齿槽转矩和转矩脉动还要优化隔磁栅31的弧度设计，同时考虑电机转子的强度要求，还要优化隔磁栅31加强筋设计。[0031 ]本发明提供的一种同步磁阻电机的优势如下:1、IE4超级高的效率，经过优化的同步磁阻电机，标准的机座号可实现IE4的能效标准。 [0032 ]2、无磁设计，同步磁阻电机技术结合了永磁电机的性能和感应电机的可制造性，转子既没有磁钢也没有线圈，与普通感应电机相比维护相当简单，同时成本很低。[〇〇33]3、超级可靠最大减少热停，70%的感应电机热停是由于轴承的失效引起，轴承失效的主要原因为温度过高，IE4同步磁阻电机具转子零发热特性，可以大幅提高电机的寿命。 [〇〇34]4、高能效的获取不需改变原电机的机械设计，不像很多其他的高效电机，为了得至IJIE4能效电机所有设计都需要修改，包括:定子、转子、绕组、风道设计等。而IE4同步磁阻电机设计，可以利用原有感应电机所有机械数据、材料，只需重新设计转子就可以实现IE4 能效，具有开发成本低、时间短，系列形成快等优点。易于制造、生产，同步磁阻电机定子与传统的感应电机一样，设计、制造技术已非常成熟，而转子完全由硅钢片叠压而成，没有感应电机绕组(铸铝)，不但加工、制造简单，成本也有所下降。
[0035]本发明提供的一种同步磁阻电机，是一种新型高效、低成本同步电机，电机驱动在工业领域一直是高耗能产业，当今全球能源短缺的环境下，节约能源是人们生活、工作的主题，人类一直为制造高效、低成本电机而努力。本发明提出的同步磁阻电机，原理上不同于现有主流产品，比如:感应异步电机、永磁同步电机等，他是基于电机转子磁阻方向异性而工作的新型电机。本产品能完全替代所有应用领域的异步、永磁同步电机，效率提高的同时还可以降低制造成本。本发明还可以扩展到更多混合、新型电机的设计中去，比如:永磁助力磁阻电机、开关磁链电机等。
[0036]本发明提供的一种同步磁阻电机具有以下优点:1、实现了创新型高效、低成本同步磁阻电机设计、制造的可行性。
[0037]2、突破了我国高效电机设计瓶颈，提出了创新型电机的技术解决方案。[〇〇38]3、无磁设计成功避开了稀土资源紧张的困境。
[0039]4、同步磁阻电机在工业应用领域，可以全面替代交流异步、永磁同步电机。
[0040]5、IE4的超高能效大幅降低我国的能源消耗，符合国家的节能减排、低碳环保政策。
[0041]6、本发明的延伸还可以制造更高能效的永磁助力磁阻电机及多种混合电机。[〇〇42]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种同步磁阻电机，包括转子和定子，所述转子设置在所述定子上，其特征在于:所 述转子包括转子铁芯，所述转子铁芯包括m组绕所述转子的转轴周向间隔均匀分布的隔磁 栅组件，每一组所述隔磁栅组件包括n层沿所述转子的径向间隔分布的隔磁栅，其中，m为不 包括〇的正偶数，n为正整数，所述隔磁栅为圆弧形。2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于:所述隔磁栅与所述转子的圆形端 面相交。3.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于:所述转子包括4组隔磁栅组件。4.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于:每一组所述隔磁栅组件包括4层 隔磁栅。5.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于:所述定子包括定子铁芯和绕在所 述定子铁芯上的定子绕组。6.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于:所述转子的高磁导率轴标定为d 轴，所述转子的高磁阻轴标定为q轴，相邻两组所述磁栅组件之间的中线为d轴，每一组所述 隔磁栅组件包括n层沿所述q轴间隔分布的隔磁栅。7.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于:所述隔磁栅上设有加强筋。
【文档编号】H02K29/03GK105958788SQ201610398094
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】刘忱
【申请人】徐辉