CN103095078B - 一种带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机，包括定子铁芯、定子绕组、转子铁芯组件、转轴、支撑转轴的轴承、前端盖、后端盖及机壳，转子铁芯组件包括套接于转轴上的转子铁芯及多个块状永磁体，转子铁芯为具有单一形状的多个完整钢片沿转轴横向叠压而成的，转子铁芯上具有多层适于所述块状永磁体***的弧槽；块状永磁体设置在上述弧槽内，同一个极下各层弧槽内的各个永磁体的极性相同且形成一个磁极组，相邻两个极下的磁极组的极性相反。本发明的同步磁阻电机在转子铁芯弧槽内加入辅助块状永磁体，提高了电机功率因数、增宽了电机恒功率调速范围，由于转子铁芯采用单一形状的整片的硅钢片横向叠压而成，因此具有很好的机械强度。

Description

一种带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机
技术领域
本发明涉及一种同步磁阻电机，特别涉及一种带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机。
背景技术
同步磁阻电机由于结构简单、转子不存在电磁损耗，并且能避免开关磁阻电机的噪声大及低速运行时力矩脉动显著等缺点，近年来逐渐引起人们的研究兴趣。而其中转子的具体结构及其运行时的工作性能，决定了同步磁阻电机工作时的性能。现有技术中的同步磁阻电机存在着功率因数低、恒功率调速范围窄的缺点，这是由于同步磁阻电机的转子没有励磁永磁体，定子电流中将有较大的励磁电流分量，即无功电流较大，故同步磁阻电机的功率因数较低，一般在0.72～0.78；又由于已有的同步磁阻电机在转速增大后，特别是超过额定转速后，定子绕组上的感应电势也随同增加，由于转子没有永磁体不能通过控制定子磁场与永磁体磁场的相互作用而产生弱磁效应，所以因定子绕组端电压随转速升高到额定电压而被电压限制，故同步磁阻电机的恒功率调速范围窄，一般只有1∶1.5～1∶2.0。对于上述同步磁阻电机的缺点，采用永磁体辅助的同步磁阻电机技术已被研究。
此外，一种永磁体辅助励磁的粘结式轴向叠片同步磁阻电机的发明也已有公开，如图1所示，这种永磁体辅助励磁的粘结式轴向叠片同步磁阻电机，虽然可以克服传统同步磁阻电机的上述缺点，但这种永磁体辅助励磁的粘结式轴向叠片同步磁阻电机的转子结构，由许多不同形状的导磁刚性材料叠片及不同形状的片状永磁体组成，转子的零部件较多，不方便于高效率大批量的生产制造。再则，这种永磁体辅助励磁的粘结式轴向叠片同步磁阻电机，在高转速下或较大的变动负载的作用下，对于叠片及永磁体的粘结强度的可靠性将经受考验，也即该结构不利于在高转速或负载变动大的场合下运行。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出一种带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机，以解决现有技术中存在的同步磁阻电机的功率因数低、恒功率调速范围窄的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提出一种带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机，包括定子铁芯、定子绕组、转子铁芯组件、转轴、支撑转轴的轴承、前端盖、后端盖以及机壳，其中，
所述转子铁芯组件包括套接于转轴上的转子铁芯以及多个块状永磁体，所述转子铁芯为具有单一形状的多个完整钢片沿转轴横向叠压而成的，所述转子铁芯上具有多层适于所述块状永磁体***的弧槽；
所述块状永磁体设置在上述弧槽内，同一个极下各层弧槽内的各个永磁体的极性相同且形成一个磁极组，相邻两个极下的磁极组的极性相反。
进一步地，所述块状永磁体的L1/L2为0～0.6，其中L1为所述块状永磁体沿所述转子铁芯的各层的弧槽的弧长方向上的填满长度，L2为所述转子铁芯的相应各层的弧槽长度。
进一步地，所述转子铁芯为导磁的刚性材料。
进一步地，所述转子铁芯组件还包括设置在所述转子铁芯一端的加固环。
进一步地，所述加固环为非导磁金属材料。
进一步地，所述钢片为硅钢片。
本发明的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机由于在转子铁芯弧槽内加入了辅助块状永磁体，提高了电机的功率因数、增宽了电机的恒功率调速范围，本发明可以通过合理设计选取各层弧槽内的永磁体与弧槽长度的比值，而使恒功率调速范围达到1∶3～1∶6。由于转子铁芯采用由单一形状整片的硅钢片横向叠压而成，因此具有很好的机械强度，可以在高速以及在冲击或波动较大的负载下安全可靠的运行。此外，本发明的同步磁阻电机所产生的磁力线在d轴磁路上能够通畅的通过，可获得很大的d轴电感；磁力线在q轴磁路上，因受到多层弧槽的阻隔，弧槽内或存在永磁体或为空气，磁力线经过弧槽相当于经过气隙，使q轴电感很小。从而具有很高的凸极比，发挥出很强的磁阻力矩。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
附图说明
图1为现有技术中的轴向叠片同步磁阻电机的转子结构示意图；
图2为本发明的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机转子结构示意图；
图3为本发明的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机的结构示意图；
图4为本发明的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机的转子铁芯剖面图。
其中，1、定子铁芯，2、转子铁芯组件，3、转轴，4、定子绕组，5、前端盖，6、后端盖，7、机壳，8、轴承，21、转子铁芯，22、块状永磁体，23、弧槽，24、加固环。
具体实施方式
本发明的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机，具体如图2-4所示，其包括定子铁芯1、定子绕组4、转子铁芯组件2、转轴3、支撑转轴3的轴承8、前端盖5、后端盖6以及机壳7，其中，
转子铁芯组件2包括套接于转轴3上的转子铁芯21以及多个块状永磁体22，转子铁芯21为具有单一形状的多个完整钢片沿转轴3横向叠压而成的，转子铁芯21上具有多层适于块状永磁体22***的弧槽23；
块状永磁体22设置在上述弧槽23内，同一个极下各层弧槽23内的各个永磁体22的极性相同且形成一个磁极组，相邻两个极下的磁极组的极性相反。
本发明的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机的转子铁芯结构，采用由单一形状整片且带有弧槽的硅钢片沿转轴横向叠压而成，钢片的冲制和转子铁芯的叠压的生产工艺方便，生产效率高；转子铁芯由整片的硅钢片叠压而成为一体，在转子转动后的径向方向上具有很强的机械强度，能适合于电机高转速和大负载状态下运行，安全可靠性高。在工艺性、可靠性方面，本发明的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机的性能要优于现有技术中的粘结式轴向叠片同步磁阻电机的性能。
在本发明中，块状永磁体的L1/L2为0～0.6，其中L1为块状永磁体22沿转子铁芯21的各层的弧槽23的弧长方向上的填满长度，L2为转子铁芯21的相应各层的弧槽23长度。当某个弧槽23内块状永磁体22长度与弧槽23长度之比为零时，则代表该弧槽内不放置永磁体。通过选取合适的L1/L2的数值配比，可以有效地提高本发明的同步磁阻电机的功率因数以及增宽电机的恒功率调速范围。
下面用一实施例进行详细说明，如图3所示，制作一台额定功率4千瓦、额定转速1500转/分的三相带辅助永磁体的横向叠片式磁阻同步电机，测试其在额定转速1500转/分时的电机功率因数为0.772，功率因数低；测试其在三倍弱磁转速4500转/分时的输出转矩为4.5牛.米，在此时的电机输出功率为2.1千瓦，即该电机弱磁恒功率范围不能达成三倍。采用本发明的***辅助块状永磁体的方式，即在以上电机的转子铁芯21的第二层、第三层弧槽23内，***块状永磁体22，其永磁体长度占第二层、第三层弧槽总长比各为0.25、0.30，再测试电机以上数据得到：在额定转速1500转/分时的电机功率因数为0.852，功率因数得到了较大的提高；在三倍弱磁转速4500转/分时测得输出转矩为8.47牛.米，即在此时的电机输出功率达到4千瓦，也即***辅助块状永磁体后电机的弱磁恒功率范围扩大，能够达到三倍。
为了提高磁场的准确度以及获得较佳的功率因数和较宽的恒功率调速范围，本发明的弧槽23内可以设置一个或者多个块状永磁体22，本发明的块状永磁体22的数量与弧槽23的数量可以相同，也可以不同。
为了获得良好的导磁效果，本发明所记载的转子铁芯21优选为导磁的刚性材料。
为了对转子铁芯21进行轴向加固，以使得本发明的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机能够稳定安全地运行，转子铁芯组件2还包括设置在转子铁芯21一端的加固环24。加固环24的数量根据实际需要的情况而设定。
作为对上述技术方案的优选，加固环24为非导磁金属材料，本领域技术人员应该了解的是，选用加固环为非导磁金属材料只是一种优选方案，还可以选择非导磁非金属材料，例如硬质工程塑料等等，此处不在赘述。
为了保证转子铁芯在电机运行时的强度更有保证，本发明所记载的钢片优选为硅钢片，当然其也可以为本领域技术人员所熟悉的其他类型的导磁钢片。
虽然，本发明已通过以上实施例及其附图而清楚说明，然而在不背离本发明精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的变化和修正，但这些相应的变化和修正都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机，其特征在于，包括定子铁芯、定子绕组、转子铁芯组件、转轴、支撑转轴的轴承、前端盖、后端盖以及机壳，其中，
所述转子铁芯组件包括套接于转轴上的转子铁芯以及多个块状永磁体，所述转子铁芯为具有单一形状的多个完整钢片沿转轴横向叠压而成的，所述转子铁芯上具有多层适于所述块状永磁体***的弧槽；
所述块状永磁体设置在上述弧槽内，同一个极下各层弧槽内的各个永磁体的极性相同且形成一个磁极组，相邻两个极下的磁极组的极性相反，所述块状永磁体的L1/L2为0~0.6，其中L1为所述块状永磁体沿所述转子铁芯的各层弧槽的弧长方向上的填满长度，L2为所述转子铁芯的相应各层的弧槽长度，第二层、第三层弧槽的块状永磁体的永磁体长度占第二层、第三层弧槽总长比各为0.25、0.30。
2.根据权利要求1所述的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机，其特征在于，所述转子铁芯为导磁的刚性材料。
3.根据权利要求1所述的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机，其特征在于，所述转子铁芯组件还包括设置在所述转子铁芯一端的加固环。
4.根据权利要求3所述的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机，其特征在于，所述加固环为非导磁金属材料。
5.根据权利要求4所述的带辅助永磁体的横向叠片式同步磁阻电机，其特征在于，所述钢片为硅钢片。
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