同步磁阻電機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種同步磁阻電機，包括轉子和定子，所述轉子設置在所述定子上，其特征在于：所述轉子包括轉子鐵芯，所述轉子鐵芯包括m組繞所述轉子的轉軸周向間隔均勻分布的隔磁柵組件，每一組所述隔磁柵組件包括n層沿所述轉子的徑向間隔分布的隔磁柵，其中，m為不包括0的正偶數，n為正整數，所述隔磁柵為圓弧形。本發(fā)明的有益效果是：具有損耗低、高效、低成本的優(yōu)點。
【專利說明】
同步磁阻電機
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電機，尤其涉及同步磁阻電機?！颈尘凹夹g】
[0002]交流感應異步電機有很長的歷史背景，是目前應用最廣的電機。隨著全球能源的日益緊張，人們通過各種方法試圖提高感應電機的效率來滿足對能源的苛刻要求，傳統的方法有:增加定子繞組的線徑，減小定子繞組電阻來減小定子銅損;使用更好材料的定子、 轉子沖片來減小電機的鐵損;優(yōu)化電機轉子設計，鑄銅來替代鑄鋁，減少轉子損耗;優(yōu)化電機風道設計，減小風摩擦損耗。
[0003]以上方法在提高電機效率的同時，電機制造成本也大幅提高，同時由于感應電機固有的特性，限制了此類電機的效率提升，最好的可以做到IE3標準，更高能效幾乎是不可能的。
[0004]為了滿足更高效率的需求，很多領域不得不使用永磁同步電機來代替感應電機， 但永磁同步電機具有以下制約:使用成本非常高昂的釹鐵硼磁鋼，同時稀土是國家的戰(zhàn)略資源，不能大量使用;永磁電機原理限制，轉速不能做得很高，不適合特殊場合使用;受磁鋼材料限制不能應用在高溫、高可靠環(huán)境。
[0005]由于永磁同步電機具有上述因素限制，所以在高效領域中很難走得更遠，只限于在特殊場合使用，比如:高功率密度、高轉矩密度需求。
【發(fā)明內容】

[0006]為了解決現有技術中的問題，本發(fā)明提供了一種成本低、材料損耗小的同步磁阻電機。
[0007]本發(fā)明提供了一種同步磁阻電機，包括轉子和定子，所述轉子設置在所述定子上， 其特征在于:所述轉子包括轉子鐵芯，所述轉子鐵芯包括m組繞所述轉子的轉軸周向間隔均勻分布的隔磁柵組件，每一組所述隔磁柵組件包括n層沿所述轉子的徑向間隔分布的隔磁柵，其中，m為不包括0的正偶數，n為正整數，所述隔磁柵為圓弧形。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，所述隔磁柵與所述轉子的圓形端面相交。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述轉子包括4組隔磁柵組件。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，每一組所述隔磁柵組件包括4層隔磁柵。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，所述定子包括定子鐵芯和繞在所述定子鐵芯上的定子繞組。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述轉子的高磁導率軸標定為d軸，所述轉子的高磁阻軸標定為q軸，相鄰兩組所述磁柵組件之間的中線為d軸，每一組所述隔磁柵組件包括n層沿所述q軸間隔分布的隔磁柵。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，所述隔磁柵上設有加強筋。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:具有損耗低、高效、低成本的優(yōu)點。【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種同步磁阻電機的示意圖；圖2是本發(fā)明一種同步磁阻電機的轉子的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0016]下面結合【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進一步說明。
[0017]如圖1到圖2所示，一種同步磁阻電機，包括轉子3和定子，所述轉子3設置在所述定子上，其特征在于:所述轉子3包括轉子鐵芯，所述轉子鐵芯包括m組繞所述轉子的轉軸周向間隔均勻分布的隔磁柵組件，每一組所述隔磁柵組件包括n層沿所述轉子的徑向間隔分布的隔磁柵31，其中，m為不包括0的正偶數，n為正整數，所述隔磁柵31為圓弧形。[〇〇18]如圖1到圖2所示，所述隔磁柵31與所述轉子的圓形端面相交。[〇〇19] 如圖1到圖2所示，所述轉子包括4組隔磁柵組件。
[0020]如圖1到圖2所示，每一組所述隔磁柵組件包括4層隔磁柵31。
[0021]如圖1到圖2所示，所述定子包括定子鐵芯1和繞在所述定子鐵芯1上的定子繞組2。
[0022]如圖1到圖2所示，所述轉子的高磁導率軸標定為d軸33,所述轉子的高磁阻軸標定為q軸32，相鄰兩組所述磁柵組件之間的中線為d軸33，每一組所述隔磁柵組件包括n層沿所述q軸32間隔分布的隔磁柵。[〇〇23]如圖1到圖2所示，所述隔磁柵31上設有加強筋。
[0024]同步磁阻電機與交流感應電機具有相同的定子結構，定子由定子鐵芯1和定子繞組2構成，定子繞組2在施加正弦交流電的情況下，在氣隙中產生交變的旋轉磁場。
[0025]交流感應電機轉子多為常用的鼠籠結構，由轉子鐵芯和鑄鋁閉合回路構成，此種結構會產生24%的損耗。磁阻電機轉子不同于感應電機，采用創(chuàng)新型磁阻結構(如圖2所示)， 轉子鐵芯被沖成不同形狀的隔磁柵，沒有鑄鋁材料構成的閉合回路，因此同步磁阻電機可以做成轉子零損耗，因此很容易設計IE4高效電機。[〇〇26]本發(fā)明提供的一種同步磁阻電機的工作原理為:由于磁阻結構轉子具有方向各異性特點，換句話說就是不同方向磁導率不同，圖2為4 極結構的轉子結構，具有4高、4低的磁導率軸，高磁導率意味著高導磁能力，也可以理解為高電感，相反低磁導率具有相反的特性。磁阻是磁導率的倒數，專業(yè)術語中叫磁電阻，高磁阻可以理解為低電感，為了實現矢量控制因此將高磁導率軸標定為d軸33,相反高磁阻軸標定為q軸32。定子繞組2施加正弦波電壓時，電機氣隙中就產生旋轉磁場，轉子會強制向高導磁d軸33對齊，以形成最小磁回路，于是在定子、轉子氣隙中就產生了轉矩，電機就轉起來了。
[0027]同步磁阻電機與交流感應電機具有相同的定子結構，因此在設計中不對定子做太多的描述，以下將重點介紹隔磁柵31的設計。
[0028]隔磁柵31角度確定，根據電機的技術要求首先確定電機的極數，也就是d、q軸的角度，本例中采用4極設計，因此d、q軸的機械角度是45度。[〇〇29]隔磁柵31層數確定，同步磁阻電機的設計使用FEM(有限元仿真軟件)，通過該軟件可以對每個隔磁柵31進行轉矩輸出仿真，根據電機設計轉矩指標通過FEM軟件可以確定隔磁柵31的布局和排列方式(即層數)，本例同步磁阻電機為15kw、1500轉/分鐘，額定轉矩是 95.5牛.米，采用的是4層隔磁柵31設計。
[0030]隔磁柵31形狀確定，使用FEM軟件每次仿真時保持電流的幅值恒定，角度以產生最大轉矩，逐漸增加隔磁柵31的寬度，轉矩從最初值開始增加，原因是當q軸32磁阻迅速增加時，d軸33磁阻沒有變化，隔磁柵31寬度在增加過程中電機的轉矩脈動也在變化，當隔磁柵 31寬度達到某個值后，電機的轉矩脈動趨于恒定、最小，此時的隔磁柵31寬度即為最佳設計。為了得到更小的齒槽轉矩和轉矩脈動還要優(yōu)化隔磁柵31的弧度設計，同時考慮電機轉子的強度要求，還要優(yōu)化隔磁柵31加強筋設計。[0031 ]本發(fā)明提供的一種同步磁阻電機的優(yōu)勢如下:1、IE4超級高的效率，經過優(yōu)化的同步磁阻電機，標準的機座號可實現IE4的能效標準。 [0032 ]2、無磁設計，同步磁阻電機技術結合了永磁電機的性能和感應電機的可制造性，轉子既沒有磁鋼也沒有線圈，與普通感應電機相比維護相當簡單，同時成本很低。[〇〇33]3、超級可靠最大減少熱停，70%的感應電機熱停是由于軸承的失效引起，軸承失效的主要原因為溫度過高，IE4同步磁阻電機具轉子零發(fā)熱特性，可以大幅提高電機的壽命。 [〇〇34]4、高能效的獲取不需改變原電機的機械設計，不像很多其他的高效電機，為了得至IJIE4能效電機所有設計都需要修改，包括:定子、轉子、繞組、風道設計等。而IE4同步磁阻電機設計，可以利用原有感應電機所有機械數據、材料，只需重新設計轉子就可以實現IE4 能效，具有開發(fā)成本低、時間短，系列形成快等優(yōu)點。易于制造、生產，同步磁阻電機定子與傳統的感應電機一樣，設計、制造技術已非常成熟，而轉子完全由硅鋼片疊壓而成，沒有感應電機繞組(鑄鋁)，不但加工、制造簡單，成本也有所下降。
[0035]本發(fā)明提供的一種同步磁阻電機，是一種新型高效、低成本同步電機，電機驅動在工業(yè)領域一直是高耗能產業(yè)，當今全球能源短缺的環(huán)境下，節(jié)約能源是人們生活、工作的主題，人類一直為制造高效、低成本電機而努力。本發(fā)明提出的同步磁阻電機，原理上不同于現有主流產品，比如:感應異步電機、永磁同步電機等，他是基于電機轉子磁阻方向異性而工作的新型電機。本產品能完全替代所有應用領域的異步、永磁同步電機，效率提高的同時還可以降低制造成本。本發(fā)明還可以擴展到更多混合、新型電機的設計中去，比如:永磁助力磁阻電機、開關磁鏈電機等。
[0036]本發(fā)明提供的一種同步磁阻電機具有以下優(yōu)點:1、實現了創(chuàng)新型高效、低成本同步磁阻電機設計、制造的可行性。
[0037]2、突破了我國高效電機設計瓶頸，提出了創(chuàng)新型電機的技術解決方案。[〇〇38]3、無磁設計成功避開了稀土資源緊張的困境。
[0039]4、同步磁阻電機在工業(yè)應用領域，可以全面替代交流異步、永磁同步電機。
[0040]5、IE4的超高能效大幅降低我國的能源消耗，符合國家的節(jié)能減排、低碳環(huán)保政策。
[0041]6、本發(fā)明的延伸還可以制造更高能效的永磁助力磁阻電機及多種混合電機。[〇〇42]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種同步磁阻電機，包括轉子和定子，所述轉子設置在所述定子上，其特征在于:所 述轉子包括轉子鐵芯，所述轉子鐵芯包括m組繞所述轉子的轉軸周向間隔均勻分布的隔磁 柵組件，每一組所述隔磁柵組件包括n層沿所述轉子的徑向間隔分布的隔磁柵，其中，m為不 包括〇的正偶數，n為正整數，所述隔磁柵為圓弧形。2.根據權利要求1所述的同步磁阻電機，其特征在于:所述隔磁柵與所述轉子的圓形端 面相交。3.根據權利要求1所述的同步磁阻電機，其特征在于:所述轉子包括4組隔磁柵組件。4.根據權利要求1所述的同步磁阻電機，其特征在于:每一組所述隔磁柵組件包括4層 隔磁柵。5.根據權利要求1所述的同步磁阻電機，其特征在于:所述定子包括定子鐵芯和繞在所 述定子鐵芯上的定子繞組。6.根據權利要求1所述的同步磁阻電機，其特征在于:所述轉子的高磁導率軸標定為d 軸，所述轉子的高磁阻軸標定為q軸，相鄰兩組所述磁柵組件之間的中線為d軸，每一組所述 隔磁柵組件包括n層沿所述q軸間隔分布的隔磁柵。7.根據權利要求1所述的同步磁阻電機，其特征在于:所述隔磁柵上設有加強筋。
【文檔編號】H02K29/03GK105958788SQ201610398094
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】劉忱
【申請人】徐輝