CN103023263A - 一种铸铝转子结构的开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种铸铝转子结构的开关磁阻电机，包括外壳、转轴、定子铁芯、定子绕组和转子铁芯，其中：转轴贯穿外壳，并与外壳可转动连接；定子铁芯固定安装在外壳内；定子绕组为整距绕组，安装在定子铁芯的成形槽内；转子铁芯固定安装在转轴上、位于外壳内，与定子铁芯对齐，并在与定子铁芯的径向上设置有电机气隙。本发明铸铝转子结构开关磁阻电机，提高了开关磁阻电机的功率输出密度、有效材料利用率和功率因数，降低了开关磁阻电机的振动、噪声、重量与成本；大大提高了开关磁阻电机在调速领域特别是直驱风力发电领域应用的竞争优势，因此，可广泛替代传统开关磁阻电机，应用于调速领域及发电领域，尤其是直驱风力发电领域。

Description

一种铸铝转子结构的开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别是涉及一种铸铝转子结构的开关磁阻电机。

背景技术

开关磁阻电机具有结构简单、成本低、运行可靠、控制灵活、性能优越等优点，而由其构成的调速系统具有交、直流调速系统所没有的优点，因此开关磁阻电机的应用前景十分广阔。

随着风电产业的不断发展，风电技术也在不断地升级、换代，主要表现为：提高风电机组的单机容量、发展新技术改善风电机组性能、提高风能利用率、降低风电成本，更加重视风电机组的安全性和系统的可靠性的控制。将开关磁阻发电机应用于风电系统，是开关磁阻电机在新能源领域应用的又一重大突破。

开关磁阻发电机，转子上无刷、无绕组、无永久磁体。其运行时相当于一个电流源，在一定的转速范围内，输出端电压不会随着转速的变化而变化，可以提高开关磁阻发电机风能的利用效率。由于具有上面的特性，开关磁阻发电机可以在风力直接驱动下实现较高的发电效率，从而省去了齿轮箱，使整个发电系统结构更加简洁、可靠，顺应风力发电系统的发展趋势。开关磁阻发电机在运行过程中，由于发电机可控参数多，如开通角、关断角等，因此可方便的实现比较复杂的控制策略，灵活的控制输出直流电压和电流。在风力发电过程中，风力发电系统首先要将不断变化的风能转换为频率、电压恒定的交流电或电压恒定的直流电，而且要高效率的实现上述能量的转换，以降低成本，以此来看，将开关磁阻风力发电机应用于风电发电系统将解决这些问题。

但是，传统开关磁阻电机运行时噪音和振动较大、非线形性强；电动机为双凸极结构，其定子和转子由普通硅钢片叠压而成；转子上既无绕组也无永久磁体，定子齿极上绕有集中绕组，因此，还存在电机功率密度低，材料有效利用率低，功率因数较低以及电机重量较大和成本高的缺点，在一定程度上影响了其在调速领域特别是直驱风力发电领域的使用推广。

由此可见，传统的开关磁阻电机在结构和使用上，仍然存在明显的缺陷和不足，亟待进一步改进，如何创设一种新型的开关磁阻电机，使其提高功率密度、有效材料利用率、功率因数，并降低电机的重量、成本、振动与噪声，使其更适于应用于直驱风力发电领域，实属当前重要的研发领域之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸铝转子结构的开关磁阻电机，使其可提高电机的功率密度、有效材料的利用率和功率因数，并降低电机的重量、成本、振动与噪音，从而克服现有技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种铸铝转子结构的开关磁阻电机，包括外壳、转轴、定子铁芯、定子绕组和转子铁芯，其中：转轴贯穿外壳，并与外壳可转动连接；定子铁芯固定安装在外壳内；定子绕组为整距绕组，安装在定子铁芯的成形槽内；转子铁芯固定安装在转轴上、位于外壳内，与定子铁芯对齐，并在与定子铁芯的径向上设置有电机气隙。

作为本发明的进一步改进，所述的转子铁芯为铸铝结构，包括磁极铁芯与铸铝转子。

所述的磁极铁芯采用导磁性材料；所述的铸铝转子采用非导磁性材料。

所述的磁性材料为硅钢片或薄钢板。

所述的定子铁心为凸极结构；所述的定子绕组分布采用A、B-、C、A-、B、C-形式循环排列。

所述的定子铁芯采用分段定子铁芯，所述的转子铁芯采用分段转子铁芯；所述的分段定子铁芯之间以及分段转子铁芯之间设置有数量相同、径向对齐的冷却风道。

所述的外壳为敞开式结构，外壳顶部安装有冷却风机，冷却风机的出风口对准冷却风道和转子铁芯；并在转轴的后段，在转子铁芯后端与后轴承装配件之间，还安装有冷却风扇。

所述的转轴的前端为轴伸端，设置有转轴键槽，并安装有轴伸保护套，在转轴键槽内安装有键。

所述的转轴的前后端分别通过前轴承装配和后轴承装配与外壳连接。

所述的开关磁阻电机为单气隙、双气隙及多气隙的径向或轴向磁场的开关磁阻电机。

采用以上设计后，本发明与现有技术比较具有以下有益效果：

1、本发明铸铝转子结构的开关磁阻电机，提高了开关磁阻电机的功率输出密度及有效材料利用率，提高了开关磁阻电机的功率因数，降低了开关磁阻电机的振动与噪声；

2、本发明开关磁阻电机的定子铁芯的同一槽内只有一相绕组，降低了电机的绝缘要求；

3、本发明的开关磁阻电机采用了与异步鼠笼电机类似的铸铝转子，极大地降低了电机的重量与成本，大大提高了开关磁阻电机在调速领域特别是直驱风力发电领域应用的竞争优势，因此，可广泛替代传统开关磁阻电机，应用于调速领域及发电领域，尤其是直驱风力发电领域。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明铸铝转子结构开关磁阻电机的组成结构示意图。

图2是传统24/16三相开关磁阻电机的定子、转子剖面结构示意图。

图3是本发明铸铝转子结构24/16三相开关磁阻电机的定子、转子剖面结构示意图。

图4是传统结构24/16三相开关磁阻电机电磁某一时刻磁力线分布云图。

图5是本发明铸铝转子结构24/16三相开关磁阻电机电磁某一时刻磁力线分布云图。

图6是本发明铸铝转子结构24/16三相开关磁阻电机与传统转子结构24/16三相开关磁阻电机的输出转矩比较图。

具体实施方式

请参照图1所示，以24/16三相开关磁阻电机为例来说，本发明铸铝转子结构的开关磁阻电机包括外壳6、转轴3、定子铁芯7、定子绕组8以及转子铁芯9，还可包括轴伸保护套1、键2、前轴承装配4、冷却风机5、冷却风扇10、后轴承装配11、电机出线盒12、冷却风道13。

下面以图1所示的左端为前端，对本发明发电机的结构组成进行说明。

转轴3贯穿外壳6，并通过前轴承装配4和后轴承装配11与外壳6可转动连接。转子铁芯9安装在转轴3上，位于前轴承装配4与后轴承装配11之间。定子铁芯7与电机外壳6的内侧固定连接，定子绕组8安装于定子铁芯7的成形槽内。转子铁芯9与定子铁芯7对齐，定子铁芯7与转子铁芯9径向间距设置为电机气隙。

此外，转轴3前端为轴伸端部，设有键槽，键2安装在键槽中，轴伸保护套1安装在转轴3的轴伸端部。转轴3的后端，在转子后端与后轴承装配之间安装有冷却风扇10。

此外，电机出线盒12安装于电机外壳6的侧面。定子铁芯可采用分段定子铁芯，转子铁芯可采用分段转子铁芯，冷却风道13即设置在分段定子铁芯之间及分段转子铁芯之间，并且定子铁芯、转子铁芯的冷却风道数量相同、径向对齐。

冷却风机5安装于电机外壳6的顶部，发电机外壳6为敞开式结构。冷却风机的进风经定子、外壳6、冷却风道13，一路经定转子之间的气隙，另一路经转子铁芯轴向通风道，汇流到离心式风扇10处，经离心式风扇10，回到冷却风机5，形成强迫通风式循环冷却系统。

请参阅图2所示，传统的24/16三相开关磁阻电机包括定子铁芯70、定子绕组80、转子铁芯90。定子铁芯70与转子铁芯90为双凸极结构，定子绕组80为集中绕组，绕组按A、B、C、A-、B-、C-，循环排列。

请配合参阅图3所示，本发明铸铝转子结构的24/16三相开关磁阻电机，其定子铁芯7为凸极结构，转子铁芯9为铸铝结构，转子铁芯9包括磁极铁芯91及铸铝转子92，磁极铁芯91采用导磁性材料，铸铝转子92采用非导磁性材料。定子绕组8采用整距绕组，按A、B-、C、A-、B、C-的形式循环排列。图中“X”、“o”表示电流流进方向：“X”表示流进纸面，“o”表示流出纸面。

请参阅图4、图5所示，图4为传统24/16三相开关磁阻电机电磁仿真某一时刻的磁力线分布;图5为本发明铸铝转子24/16三相开关磁阻电机电磁仿真某一时刻的磁力线分布从磁场线分布看出，本发明开关磁阻电机某一时刻每极磁力线分布比传统开关磁阻电机每极磁力线分布路径变短，减小了铁芯损耗。

请参阅图6所示，传统24/16三相开关磁阻电机与本发明铸铝转子24/16三相开关磁阻电机，在采用同等尺寸、同等有效材料时，本发明的输出转矩可比传统24/16三相开关磁阻电机提高30%以上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于包括外壳、转轴、定子铁芯、定子绕组和转子铁芯，其中：

转轴贯穿外壳，并与外壳可转动连接；

定子铁芯固定安装在外壳内；

定子绕组为整距绕组，安装在定子铁芯的成形槽内；

转子铁芯固定安装在转轴上、位于外壳内，与定子铁芯对齐，并在与定子铁芯的径向上设置有电机气隙。

2.根据权利要求1所述的铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于：

所述的转子铁芯为铸铝结构，包括磁极铁芯与铸铝转子。

3.根据权利要求2所述的铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于：

所述的磁极铁芯采用导磁性材料；所述的铸铝转子采用非导磁性材料。

4.根据权利要求3所述的铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于：

所述的磁性材料为硅钢片或薄钢板。

5.根据权利要求1所述的铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于：

所述的定子铁心为凸极结构；所述的定子绕组分布采用A、B-、C、A-、B、C-形式循环排列。

6.根据权利要求1所述的铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于：

所述的定子铁芯采用分段定子铁芯，所述的转子铁芯采用分段转子铁芯；

所述的分段定子铁芯之间以及分段转子铁芯之间设置有数量相同、径向对齐的冷却风道。

7.根据权利要求6所述的铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于：

所述的外壳为敞开式结构，外壳顶部安装有冷却风机，冷却风机的出风口对准冷却风道和转子铁芯；

并在转轴的后段，在转子铁芯后端与后轴承装配件之间，还安装有冷却风扇。

8.根据权利要求1所述的铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于：

所述的转轴的前端为轴伸端，设置有转轴键槽，并安装有轴伸保护套，在转轴键槽内安装有键。

9.根据权利要求1所述的铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于：

所述的转轴的前后端分别通过前轴承装配和后轴承装配与外壳连接。

10.根据权利要求1所述的铸铝转子结构的开关磁阻电机，其特征在于：

所述的开关磁阻电机为单气隙、双气隙及多气隙的径向或轴向磁场的开关磁阻电机。

Images