CN101039059B - 带有新颖的转子布局的同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

具有定子(11)和可运行地布置在定子(11)的界限内的转子轴(59)的同步磁阻电机(10)。叠片(18到29、39)轴向地堆叠以形成船形段。多个选择的船形段形成选择个数的绕转子轴的转子极(14、15、16、17)和多个间歇地布置在船形段之间的支撑条(30、43、44)。叠片的每段是船形的，带有面向定子的角向锐度。

Description

带有新颖的转子布局的同步磁阻电机

背景技术

同步电机具有定子和支撑在定子内周内的转子，它能被局部地激励且结构上与通常的感应电机的定子相同。一般地，同步磁阻电机很好地已知为马达，它结构简单且在转子内不需要电流通道或永磁体。例如，常规的感应电机包括用作壳体的电机主体、沿电机主体的内圆周表面布置的定子和基于定子中心处的旋转轴可旋转地布置的AC鼠笼转子。定子由多个硅钢的叠片结构形成且在其内提供有多个齿。在齿之间以一定的间隔形成多个槽且线圈通过槽缠绕在齿上。

同步磁阻转子一般地包括多个由固定到整体芯的交替的磁性和非磁性叠片形成的转子区。芯具有用于接收轴的中心轴向孔。叠片在径向延伸的且在其间形成有平滑的弓形的凹陷的芯臂之间插入。叠片通过径向紧固件固定在凹陷内，径向紧固件将径向地相对的转子区固定到芯。转子区也由端盖和径向紧固件固定在一起。端盖是带有轴向延伸的外缘的杯形构件，外缘绕叠片的最外周布置。径向紧固件延伸通过端盖和芯以将端盖固定到转子。转子叠片也可以使用环氧树脂或其他粘性材料一个粘合到另一个上且粘合到芯。

现有的同步磁阻电机因使用径向堆叠用于转子的“船”形叠片而在机械上和热学上受限。传统地，同步磁阻电机具有机加工的转子轴以接收沿转子轴的径向堆叠的船形叠片。船形叠片极则螺栓连接到转子轴。此构造限制了高速应用的转子的尺度且固有地具有显著的芯损耗。过去的改正此问题的尝试是选择替代的电机布局而不直接地解决此问题。

发明内容

此披露的技术是具有定子和可运行地布置在定子的界限内的转子轴的同步磁阻电机。多个选择的船形段轴向地层叠形成选择个数的绕转子轴的转子极。支撑条的网络径向地支撑了转子极段。支撑条的每个具有充分的尺寸以承载径向定位在其内的段的向心负荷。

以上描述的和其他的特征通过如下的附图和详细描述例示。

附图说明

现在参考附图，其中相同的元件标以相同的数字：

图1图示了同步磁阻电机的典型实施例的端视图，

图2图示了图1的转子的极的端视图，

图3图示了多个图2的极段的透视图，

图4图示了转子极的选择的平面叠片形状的端视图，

图5图示了图1的支撑条结构的任意长度的透视图，

图6图示了翻转同步磁阻电机的端视图，

图7图示了双侧同步磁阻电机的端视图，

图8图示了图7的双侧同步磁阻电机的替代实施例的端视图。

具体实施方式

本披露的技术是具有选择地成形的转子12和定子11的同步磁阻电机10，见图1。定子11具有多个槽，槽的尺寸定为接收电枢绕组。同步磁阻电机10的选择地成形的转子12在图1中构造为四极电机，四个极为14、15、16和17。应该理解的是如果希望则同步磁阻电机10可以构造为如希望多的极。在图1中图示的构造仅为图示目的。图1的同步磁阻电机10的每个单独的极具有相同的构造。例如，图1的同步磁阻电机10具有四个极，但因为设计原因或性能要求，同步磁阻电机可以具有六个相同的极。

图2的典型的极14由多个轴向定位的船形叠置段18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29和39构造。叠置段18到29和39仅是示例性的。如果希望，叠置段的个数可以取决于同步磁阻电机的设计准则是任何个数。如果希望，叠置段18到29和39可以是硅钢或任何其他合宜的材料，优选地是磁性材料。叠置段18到29和39的个数在例子中示出为12个，但可以是任何其他希望的个数。每个叠置段与随后的叠置段由间隔器或端条30分离。如果希望，端条30可以是任何合宜的形状或尺寸，以分离叠置段。取决于同步磁阻电机的设计准则，端条30可以在转子极结构内是变化尺寸的。例如，典型的极14的端条30都是相同尺寸的，具有延长的形状且横过每个相关的船形结构的轴向长度。端条30由任何在升高的温度下可提供高强度的合宜的非铁磁性材料制造，例如Inconel、AM350或17-4PH。

图2的叠置段18到29和39充分地分离以接收强制的或非强制的冷却气体或流体。冷却气体的例子是空气、氮气或任何其他类型的气体。如果希望，典型的气体可以被冷冻或过度冷却。如果顺应于运行环境，也可以考虑替代的液体冷却剂。转子可以在与定子的温度不同的温度下运行。转子可运行的温度范围仅需要由用于其构造的材料来限制。当同步磁阻转子布局不要求使用例如铜或电绝缘材料的温度受限的材料时，同步磁阻转子可以跨越宽的温度范围运行。

每个轴向定位的船形叠置段18到29和39具有两个成角度的部分以形成船形。每个叠置段18到29和39的成角度区与随后的成角度区由成角度间隔器条31分离。如果希望，成角度间隔器条31可以取决于极的个数和同步磁阻电机10的物理尺寸具有任何合宜的角度。成角度间隔器条31的例子是具有45度角度的条。如果希望，成角度间隔器条31可由与端条30相同的或不同的材料制作。端盖条32尺寸定为配合在最顶部叠置段中。在此特定的讨论中，最顶部叠置段是39。端盖条32用作用于最顶部叠置段39的支撑条。成角度间隔器条31和端条30一起作用以支撑叠置段18到29和39的每个。此外，成角度间隔器条31和端条30在叠置段18到29和39的每个之间造成了间隙或自由空间。此间隙允许冷却气体自由地在段之间移动且从各极去除热量。

如果希望，图3的转子极14可以包括三个区40、41和42。任何个数的区可以形成转子极14。图3图示了三个区。这仅是为图示目的且不限制披露的技术。同步磁阻电机10的所有极14、15、16和17优选地具有相同个数的区。例如，如果极14具有四个区则极15、16和17将具有四个区。在转子极14中，区40通过中间支撑盘43与区41分离。区41通过中间支撑盘44与区42分离。如果区的个数增加以形成任何给定的转子极，则中间盘的个数将按比例地增加。区40的顶表面45是倒圆的且是平滑的以符合定子11的内部部分。

每个转子极14、15、16和17通过端盖或端凸缘保持在适当的位置。端凸缘46在图3中图示为邻近区42。对于任何给定的极，仅存在两个端凸缘，它们将叠置段18到29和39、端条30、中间支撑盘43到44和成角度间隔器条31保持在适当的位置。端凸缘46具有一个机加工以配合叠置段18到29和39、端条30和成角度间隔器条31的端部分的表面。单独的端凸缘46的部分贴加到图1的转子轴59上。对于每个极14、15、16和17，全部地具有两个端凸缘，使得每个端凸缘的部分连接到转子轴59。所有极共享圆形的端凸缘。

支撑条的网络径向地支撑了转子极。支撑条是端条30、成角度间隔器条31、端盖条32和中间盘44，见图5。支撑条一起是用于叠置段18到29和39结构的支撑件且提供了叠置段之间的开放空间的连结板。可得到叠置段之间的开放空间用于冷却剂的流动，冷却剂可以用来在高温环境中调节转子的温度。

如果希望，图4的船形叠片18到29和39可以取决于电机的设计准则是任何选择的个数。在叠片之间的间隔由端条30的尺寸控制。端条30的尺寸和形状取决于同步磁阻电机的设计准则是可选择的。如果希望，叠片的物理几何形状可以是可选择的。可选择的叠片的物理几何形状的例子是图4的近抛物线形状的叠片47和特殊形状的叠片48。特殊形状的叠片48大体上是船形的，带有放大的端部分和底部分。在每个情况中，叠片设计为满足一定的设计准则且如果希望同步磁阻电机10的设计者可以混合或匹配和改变间隔器条的尺寸以满足选择的设计准则。当叠片的物理几何形状变化时，端条30、中间盘44和成角度间隔器条31的尺寸和形状也变化，以适应叠片的尺寸和形状。如果希望，叠置段之间的间隙可以改变以适应更大的冷却剂体积。如果叠片之间的间隙变化，它们相关的端条、中间盘44和成角度间隔器条31相应地变化。

如以上所描绘，同步磁阻电机10具有轴向堆叠的叠片18到29和39，这显著地降低了芯损耗。叠片段的每个“局部地”由端条30、中间盘43和44、成角度间隔器块31和端盖条32支撑，使其机械负荷不全部地传递给下一个叠片段。这使得转子更稳健且允许更高的速度和更大的直径设计。同样地，中间放置的盘43和44轴向地支撑叠片区40、41和42。这些带有叠片段间的间隔和局部支撑结构的条提供了受控的用于冷却流体的通道，来以非常有效的方式去除任何转子损耗。

在运行中：转子轴59与包括叠置段18到29和39的极14、15、16和17一起旋转地布置到由定子11壳体的内周表面支撑的转子。AC电源供给到定子11的绕组且转子开始旋转。如果希望，气体或流体可以在叠置段18到29和39之间且绕叠置段18到29和39强制地或非强制地流动，以此冷却叠置段。

披露的技术的替代实施例也可以采取图6的通常称为“翻转”构造51的形式。在这样的构造中，轴向叠片可以径向地形成船形形状段且段的组件可以径向地位于定子53的外侧。定子53则可以包括多个绕组和槽且可以位于转子54的内侧。

披露的技术的另一个实施例可以以如下方式应用，即使得“翻转”构造用于提供图7的双侧电机52。轴向堆叠的叠片60可以用于形成占据了内定子组件55和外定子组件56之间的空间的径向地间隔开的段。反之，可以组装图8的一组叠片段57用于旋转定子58结构的径向内部的结构，而其他的叠片段60径向地定位在定子58外侧。

虽然已参考典型的实施例描述了披露的技术，本领域技术人员应理解的是可以进行不同变化且可以以等价物替代披露的技术的元件而不偏离披露的技术的范围。另外，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应披露的技术的教示而不偏离教示的基本范围。因此，意图于披露的技术不限制于披露为被认为是执行此披露的技术的最佳模式的特定的实施例，而是披露的技术将包括所有的落在附带的权利要求书的范围内的实施例。

零件列表

10  同步磁阻电机

11  定子

12  选择地成形的转子

14  极

15  极

16  极

17  极

18  叠置段

19  叠置段

20  叠置段

21  叠置段

22  叠置段

23  叠置段

24  叠置段

25  叠置段

26  叠置段

27  叠置段

28  叠置段

29  叠置段

30  端条

31  间隔器条

32  端盖条

39  叠置段

40  区

41  区

42  区

43  中间支撑条

44  中间支撑条

45  顶表面

46  端凸缘

47  抛物线形叠片

48  特殊形状叠片

51  翻转构造

52  双侧电机

53  定子

54  转子

55  内定子

56  外定子

57  叠置段

58  定子

59  转子轴

60  轴向堆叠的叠片25

Claims (7)

1.一种同步磁阻电机(10)，其包括：

定子(11)；

可运行地布置在所述定子(11)内的转子轴(59)；

第一多个船形段(18到29、39)，其沿所述电机的径向层叠，从而形成绕所述转子轴(59)的转子极(14、15、16、17)的第一区；和

所述转子极(14、15、16、17)的所述第一区由支撑条的网络沿所述电机的径向支撑，所述支撑条包括邻近于所述第一多个船形段的端部布置的非铁磁性端条，所述端条仅构造作为支撑条。

2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机(10)，其中所述转子轴(59)可旋转地支撑在所述定子(11)的内周表面处。

3.根据权利要求1所述的同步磁阻电机(10)，其中所述第一多个船形段(18到29、39)沿所述电机的径向定位在所述定子(11)的外侧，并且所述定子(11)位于转子的内侧。

4.根据权利要求1所述的同步磁阻电机(10)，还包括第二多个船形段，所述第二多个船形段沿所述电机的径向层叠，从而形成绕所述转子轴的转子极的第二区，其中所述第一多个船形段(18到29、39)形成的第一区和所述第二多个船形段形成的第二区轴向地堆叠。

5.根据权利要求1所述的同步磁阻电机(10)，其中所述第一多个船形段(18到29、39)沿所述电机的径向定位在内定子组件和外定子组件之间。

6.根据权利要求1所述的同步磁阻电机(10)，其中间歇地布置的支撑条(43、44)在邻近的船形段之间造成了自由空间。

7.根据权利要求6所述的同步磁阻电机(10)，其中所述自由空间接收强制的空气。

Images