本公開涉及同步磁阻電機(jī)，并且更具體地涉及一種用于這種電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件。

背景技術(shù)：

磁阻電機(jī)通常包括可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，其中定子通常包括多個(gè)繞組和具有交替極性的磁極，并且轉(zhuǎn)子由鋼或其他鐵質(zhì)材料制成且優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)固有極。轉(zhuǎn)子由諸如軟鐵的鐵磁材料制成。通過(guò)磁阻現(xiàn)象產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其中控制器控制定子以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出磁場(chǎng)，并且這兩個(gè)磁場(chǎng)的相互作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

同步磁阻電機(jī)可具有相等數(shù)量的定子極和轉(zhuǎn)子極。轉(zhuǎn)子上的突起可以布置成引入內(nèi)部磁通壁壘，即，引導(dǎo)磁通量沿著d軸的孔。通常，在最大磁阻方向上的軸被稱為直接軸或d軸，并且在直接軸前方90度的軸被稱為正交軸或q軸，其具有最小磁阻。極數(shù)已知為4和6。當(dāng)轉(zhuǎn)子極之間的空間或槽口與定子極相對(duì)時(shí)，電機(jī)的磁路具有低磁阻，但是當(dāng)轉(zhuǎn)子極與定子極對(duì)準(zhǔn)時(shí)，磁路具有高磁阻。當(dāng)對(duì)定子極對(duì)激勵(lì)時(shí)，最近的轉(zhuǎn)子極對(duì)將被拉動(dòng)成與通電的定子極對(duì)準(zhǔn)，以使通過(guò)電機(jī)的磁阻路徑最小化。通過(guò)順序地激勵(lì)定子極，可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以使轉(zhuǎn)子步進(jìn)到下一個(gè)被激勵(lì)極。同步磁阻電機(jī)被設(shè)計(jì)為利用供應(yīng)給定子繞組的受控頻率下的交流電來(lái)運(yùn)行。轉(zhuǎn)子具有多個(gè)固有極，以在電機(jī)的磁路中產(chǎn)生取決于轉(zhuǎn)子的角位置的可變磁阻。這些固有極可通過(guò)沿著轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度銑削軸向槽而產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

描述了一種同步磁阻電機(jī)，并且包括定子和轉(zhuǎn)子，定子包括多個(gè)電繞組，轉(zhuǎn)子設(shè)置在形成于定子內(nèi)的圓柱形空隙中。定子包括組裝到軸上的多個(gè)鋼疊片，其中該軸限定了縱向軸線。每個(gè)鋼疊片包括多個(gè)極，并且每個(gè)極包括布置在外周附近的多個(gè)槽。鋼疊片的槽縱向?qū)R。由各向異性材料組裝的多個(gè)堆疊布置在槽中。

從下面結(jié)合附圖對(duì)用于執(zhí)行如所附權(quán)利要求中限定的本教導(dǎo)的一些最佳模式和其他實(shí)施例的詳細(xì)描述中，本教導(dǎo)的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在參考附圖借助于示例描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，附圖中：

圖1示意性地示出了根據(jù)本公開的包括形成圓柱形空隙的環(huán)形定子的同步磁阻電機(jī)的截面圖，同軸轉(zhuǎn)子插入該圓柱形空隙中；

圖2示意性地示出了根據(jù)本公開的參考圖1所描述的同步磁阻電機(jī)的包括極裝置的單個(gè)疊片的單極部分的截面圖，該極裝置包括設(shè)置在其外周附近的多個(gè)槽，其中各向異性堆疊插入所述槽中；

圖3示意性地示出了根據(jù)本公開的各向異性堆疊的第一實(shí)施例的透視圖，其包括由穿插有非磁性隔片的多個(gè)各向異性疊片構(gòu)成的疊片組；

圖4示意性地示出了根據(jù)本公開的各向異性堆疊的第二實(shí)施例的透視圖，其包括由多個(gè)各向異性疊片組成的疊片組，每個(gè)疊片具有用作磁通壁壘的多個(gè)空隙；以及

圖5示意性地示出了根據(jù)本公開的各向異性堆疊的第三實(shí)施例的透視圖，其包括由多個(gè)各向異性疊片組成的疊片組。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考附圖，其中描述僅是為了說(shuō)明某些示例性實(shí)施例的目的，而不是為了限制本發(fā)明的目的，圖1示意性地示出了同步磁阻電機(jī)10的截面圖，該電機(jī)包括形成圓柱形空隙的環(huán)形定子12，同軸轉(zhuǎn)子20插入該空隙中，在定子12和轉(zhuǎn)子20之間形成有空氣間隙14。轉(zhuǎn)子20包括具有端部的可旋轉(zhuǎn)軸26，端部延伸穿過(guò)形成于定子12的端蓋中的孔，其中布置有適當(dāng)?shù)陌惭b和支承裝置。軸26限定了縱向軸線，徑向線正交于縱向軸線而延伸。定子12容納沿圓周布置的多個(gè)電繞組(未示出)。電繞組電連接到合適的裝置，例如逆變器，電繞組可以由控制器控制以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)感應(yīng)出鄰近轉(zhuǎn)子20的磁場(chǎng)，以在轉(zhuǎn)子20中產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩?？梢钥刂齐姍C(jī)10作為轉(zhuǎn)矩電機(jī)和/或發(fā)電機(jī)操作。同步磁阻電機(jī)10的總體操作對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的，因此這里不再詳細(xì)描述。

轉(zhuǎn)子20由多個(gè)盤狀疊片22構(gòu)成，盤狀疊片層由各向同性鋼或諸如壓縮鐵粉的其它鐵磁材料制成。多個(gè)疊片堆疊并以壓配合或其它方式固定地組裝到軸26上以與其一致地旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子20包括多個(gè)極部25，這些極部圍繞轉(zhuǎn)子軸26優(yōu)選地以相同的預(yù)定間隔周向地定位。單個(gè)疊片22的一個(gè)極部25參考圖1示出，并且參考圖2另外詳細(xì)地示意性地示出。轉(zhuǎn)子20的實(shí)施例可以具有兩個(gè)極部25、四個(gè)極部25、六個(gè)極部25、八個(gè)極部25或任何其它合適數(shù)量的極部25。

轉(zhuǎn)子20優(yōu)選地制造為使得磁導(dǎo)率在d軸28的方向上較低(即增加的磁阻)，并且在q軸29的方向上較大(即降低的磁阻)。磁阻電機(jī)的操作原理基于在空氣間隙14中的可變磁阻、在q軸29方向上的低磁阻和在d軸28方向上的高磁阻的存在。

轉(zhuǎn)子20的單個(gè)疊片22的極部25包括極裝置30，極裝置包括布置在其外周附近的設(shè)置在如圖所示的層31a、31b、31c和31d中的多個(gè)槽31，其中層31a、31b、31c和31d相對(duì)于外周邊24限定。示出了四個(gè)層，但是可以采用任何數(shù)量的層。當(dāng)多個(gè)疊片22組裝到軸26上時(shí)，槽31對(duì)齊并且平行于由軸26限定的縱向軸線布置。

每個(gè)極裝置30限定d軸28和q軸29，其中d軸28與磁極的中心對(duì)齊，而q軸29與d軸28正交并且與轉(zhuǎn)子的兩個(gè)磁極的中點(diǎn)對(duì)齊。d軸28表示具有最低電感的方向，而q軸29表示具有最大電感的方向。因此，存在與每個(gè)極裝置30相關(guān)聯(lián)的d軸28和q軸29。

凸極比定義如下：

ξ，＝lq/ld

其中

ξ是凸極比

ld是沿著d軸28的電感，并且

lq是沿著q軸29的電感。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，同步磁阻電機(jī)的性能隨著凸極比的增大而提高。

各向異性堆疊36插入槽31中。各向異性堆疊36之一的面部38被識(shí)別，并且表示各向異性堆疊36的在轉(zhuǎn)子20的任一端上可見的部分。與每個(gè)層31a、31b、31c和31d相關(guān)聯(lián)的所有槽可以是空隙34，或者與層31a、31b、31c和31d中的一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的所有槽可以包含各向異性堆疊36。如圖所示，層31a和31b的槽31保留空隙34，并且層31c和31d的槽31包含各向異性堆疊36。

圖3示意性地示出了各向異性堆疊36的第一實(shí)施例，其包括由穿插有非磁性隔片46的多個(gè)各向異性疊片44構(gòu)成的疊片組42。表示出了各向異性堆疊36的面部38和疊片軋制方向40，其中各向異性疊片44軸向地層疊。各向異性材料是沿著不同軸顯示出不等物理性質(zhì)的材料。本文所述的各向異性疊片44優(yōu)選地顯示出與在加工時(shí)根據(jù)材料的軋制方向而變化的磁芯損耗和感應(yīng)磁導(dǎo)率有關(guān)的磁性能。具體地，與材料的正交方向相比，本文所述的各向異性疊片44優(yōu)選地顯示出降低的磁芯損耗和在軋制方向上增加的感應(yīng)磁導(dǎo)率。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)各向異性疊片44可以由晶粒取向的鋼材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，晶粒取向的鋼材料包括通過(guò)冷軋?zhí)幚淼蔫F-硅磁性合金，其用于實(shí)現(xiàn)與磁芯損耗和感應(yīng)磁導(dǎo)率相關(guān)的優(yōu)選磁性能?？商鎿Q地，多個(gè)各向異性疊片44可以由采用快速凝固工藝形成的非晶態(tài)金屬合金制成。

示出了對(duì)于多個(gè)各向異性疊片44而言的疊片軋制方向40，以及當(dāng)各向異性堆疊36插入轉(zhuǎn)子20中時(shí)轉(zhuǎn)子20的優(yōu)選的主要的d軸28和q軸29。非磁性隔片46可以通過(guò)在各向異性疊片44的表面上的氧化物沉積來(lái)制成，或者可以由鋁或氧化鋁制成，或者包括兩者，這取決于所需的厚度。考慮到磁性能、磁導(dǎo)率、溫度，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生和其它因素，各向異性堆疊36和非磁性隔片46的厚度優(yōu)選地在模擬電機(jī)負(fù)載條件下利用電機(jī)模擬來(lái)確定。還示出了各向異性堆疊36的深度50，并且表示各向異性堆疊36突入到轉(zhuǎn)子20的槽31中的長(zhǎng)度。優(yōu)選地，并且如圖所示，各向異性堆疊36的低磁阻軸線與轉(zhuǎn)子20的q軸29對(duì)齊，q軸對(duì)應(yīng)于多個(gè)各向異性疊片44的冷軋方向40。可以限制各向異性堆疊36的深度50，以便減少渦流損耗和便于插入。

圖4示意性地示出了各向異性堆疊136的第二實(shí)施例，其包括由多個(gè)各向異性疊片144構(gòu)成的疊片組142，每個(gè)各向異性疊片具有用作磁通壁壘的多個(gè)空隙146，其中各向異性疊片144徑向地層疊?？障?46可以使用任何合適的技術(shù)制造，例如沖壓或激光切割。每個(gè)各向異性疊片144具有平坦表面，空隙146被制造在平坦表面中。堆疊的各向異性疊片144的平坦表面具有的形狀類似于轉(zhuǎn)子20的相關(guān)槽31的至少一部分的橫截面形狀，各向異性堆疊136被組裝到該槽中。各向異性堆疊136之一的面部138被識(shí)別，并且表示各向異性堆疊136的在轉(zhuǎn)子20的任一端上可見的部分。

多個(gè)各向異性疊片144中的每一個(gè)優(yōu)選地由晶粒取向的鋼材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，晶粒取向的鋼材料包括通過(guò)冷軋?zhí)幚淼蔫F-硅磁性合金，其用于實(shí)現(xiàn)與磁芯損耗和軋制方向上的磁導(dǎo)率相關(guān)的優(yōu)選磁性能?？商鎿Q地，多個(gè)各向異性疊片144可以由采用快速凝固工藝形成的非晶態(tài)金屬合金制成。

示出了對(duì)于多個(gè)各向異性疊片144而言的疊片軋制方向40，以及當(dāng)各向異性堆疊136插入轉(zhuǎn)子20中時(shí)轉(zhuǎn)子20的優(yōu)選的主要的d軸28和q軸29。還示出了各向異性堆疊136的深度50，并且表示各向異性堆疊136突入到轉(zhuǎn)子20的槽31中的長(zhǎng)度。優(yōu)選地，如圖所示，轉(zhuǎn)子20的q軸29與各向異性堆疊136的低磁阻軸對(duì)齊，低磁阻軸對(duì)應(yīng)于多個(gè)各向異性疊片144的冷軋方向40。因此，各向異性堆疊136的該實(shí)施例包括由多個(gè)各向異性疊片144構(gòu)成的疊片組142，每個(gè)各向異性疊片具有用作磁通壁壘的多個(gè)空隙146，其中轉(zhuǎn)子的q軸29與對(duì)應(yīng)于材料的冷軋方向的低磁阻軸對(duì)齊。在各個(gè)各向異性疊片144之間不需要隔片。然而，疊片組142的端部部分在d軸磁通的路徑中不存在壁壘。該泄漏路徑在低材料滲透方向上，垂直于軋制方向，因此泄漏相對(duì)較低。

圖5示意性地示出了各向異性堆疊236的第三實(shí)施例，其包括由多個(gè)各向異性疊片244構(gòu)成的疊片組242。各向異性堆疊236的面部238被識(shí)別，并且表示各向異性堆疊236的在轉(zhuǎn)子20的任一端上可見的部分。每個(gè)各向異性疊片244具有平坦表面，該平坦表面具有的形狀類似于轉(zhuǎn)子20的相關(guān)槽31的至少一部分的橫截面形狀，各向異性堆疊236組裝到該槽中。多個(gè)各向異性疊片244中的每一個(gè)優(yōu)選地由晶粒取向的鋼材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，晶粒取向的鋼材料包括通過(guò)冷軋?zhí)幚淼蔫F-硅磁性合金，其用于實(shí)現(xiàn)與軋制方向上的磁導(dǎo)率相關(guān)的優(yōu)選磁性能?？商鎿Q地，多個(gè)各向異性疊片244可以由采用快速凝固工藝形成的非晶態(tài)金屬合金制成。

示出了對(duì)于多個(gè)各向異性疊片244而言的疊片軋制方向40，以及當(dāng)各向異性堆疊236插入轉(zhuǎn)子20中時(shí)轉(zhuǎn)子20的優(yōu)選的主要的d軸28和q軸29。還示出了各向異性堆疊236的深度50，并且表示各向異性堆疊236突入到轉(zhuǎn)子20的槽31中的長(zhǎng)度。優(yōu)選地，如圖所示，轉(zhuǎn)子20的q軸29與各向異性堆疊236的低磁阻軸對(duì)齊，低磁阻軸對(duì)應(yīng)于多個(gè)各向異性疊片244的冷軋方向40。

本公開改進(jìn)了同步磁阻轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子凸極性。可替換地，可以改進(jìn)以電機(jī)每安培轉(zhuǎn)矩和效率的形式的電機(jī)性能。此外，由于使用軸向地插入轉(zhuǎn)子槽中的晶粒取向的鋼疊片，所以可以改進(jìn)同步磁阻電機(jī)的實(shí)施例的凸極性。晶粒取向的鋼疊片軸向地放置在徑向疊片的轉(zhuǎn)子槽中，產(chǎn)生具有軸向疊片和徑向疊片的混合結(jié)構(gòu)。高凸極比(lq>>ld)可以增加轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生并提高電機(jī)效率。改進(jìn)的凸極性也提高了電機(jī)的高速性能。轉(zhuǎn)子凸極性的改進(jìn)由于晶粒取向的疊片的軸向插入通過(guò)增加q軸電感來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)保持d軸電感不受影響。使用徑向疊片和軸向疊片堆疊有利于更高的極數(shù)，從而更高的速度操作，增加每安培的轉(zhuǎn)矩和增加峰值電機(jī)轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)類似的性能。

如本說(shuō)明書和權(quán)利要求中所使用的，術(shù)語(yǔ)“例如”、“比如”、“諸如”和“像”以及動(dòng)詞“包括”、“具有”、“包含”和其他動(dòng)詞形式，當(dāng)與一個(gè)或多個(gè)部件或其他項(xiàng)目的列表結(jié)合使用時(shí)，每個(gè)都被解釋為開放式的，意味著列表不應(yīng)被認(rèn)為是排除其他附加部件或項(xiàng)目。其他術(shù)語(yǔ)應(yīng)使用其最廣泛的合理含義來(lái)解釋，除非它們?cè)谛枰煌忉尩纳舷挛闹惺褂谩?/p>

應(yīng)當(dāng)理解，雖然在以上描述中使用了諸如優(yōu)選的、優(yōu)選地、優(yōu)選或更優(yōu)選的詞語(yǔ)表示所描述的特征可能是更期望的，但是它可以不是必要的，并且可以預(yù)期缺少該特征的實(shí)施例也在本公開的范圍內(nèi)，本公開的范圍由所附權(quán)利要求限定。

在閱讀權(quán)利要求時(shí)，旨在當(dāng)使用諸如“一”、“一個(gè)”，“至少一個(gè)”或“至少一個(gè)部分”的詞語(yǔ)時(shí)，意圖不是將權(quán)利要求僅限制為一個(gè)項(xiàng)目，除非特別在權(quán)利要求中相反地說(shuō)明。

詳細(xì)描述和附圖或圖是對(duì)本教導(dǎo)的支持和描述，但是本教導(dǎo)的范圍僅由權(quán)利要求限定。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了用于執(zhí)行本教導(dǎo)的一些最佳方式和其他實(shí)施例，但是存在用于實(shí)踐所附權(quán)利要求中限定的本教導(dǎo)的各種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施例。