CN103117608B - 同步磁阻电机转子结构及相关部件制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同步磁阻电机转子结构，包括栅格式磁阻电机转子和极薄磁性材料层叠元件，极薄磁性材料层叠元件填充在栅格式磁阻电机转子的栅格槽中。较佳地，极薄磁性材料层叠元件的数目为2以上，分别填充在不同的栅格槽中，或间隔的栅格槽中。极薄磁性材料层叠元件由极薄磁性材料层叠并浸漆固化而成。极薄磁性材料的厚度小于0.1mm，是超薄非晶合金材料。还涉及极薄磁性材料层叠元件的制造方法。本发明的同步磁阻电机转子结构设计巧妙，结构简洁，可以有效的提高栅格式磁阻电机转子的机械强度以及电磁性能，同时生产效率高，产品质量稳定，适于大规模推广应用，对制造高效节能的电机具有强力的推动作用，产生巨大的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及同步磁阻电机技术领域，特别涉及同步磁阻电机转子技术领域，具体是指一种同步磁阻电机转子结构及相关部件制造方法。
背景技术
近年来，能源危机迫在眉睫，而世界能源消费每年却以巨速增长，克服能源危机的出路，除了大力发展可再生能源外，寻求节能高效省电设备更是一大必然趋势。
由于电动机是世界上各行各业最主要的能耗设备，如何制造出更加高效节能的电机一直是各国专家学者共同努力的方向。永磁同步磁阻永磁（SR-PM）电机中不采用永磁体而增加转子各极转子槽的层数，完全依靠磁阻转矩的方法驱动电机，由于其宽广的调速范围、良好的逆变器利用率和高效率及其自然同步的特性使得控制简单且功率密度高，得到了越来越多的关注和研究。
传统磁阻电机是在较厚的电工钢板上冲压出若干磁阻栅格后叠压而成，可以利用传统的冲制、叠压工艺制作转子。并且因为不能利用电磁转矩，所以必须增大磁阻转矩，才能保证电机的性能与先前保持一致。在图1所示的电动机有4极，在各转子栅格中心与转子中心相连的d轴方向的电感Ld和在从该d轴方向转45°角度的q轴方向的不同而产生了磁阻转矩。如上所示，在电感Lq和Ld间的差别越大（Ld非常小），用相同的电流产生的磁阻转矩越大。由于现有技术电动机的q轴电感不能增加到很大，因此电感Lq和Ld间的差别也就不能做得更大。
因此，为了解决存在的上述问题与技术缺陷，需要使用一种新的转子结构，可以有效的提高栅格式磁阻电机转子的机械强度以及电磁性能。同时生产效率高，产品质量稳定，适于大规模推广应用，对制造高效节能的电机具有强力的推动作用，产生巨大的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种同步磁阻电机转子结构及相关部件制造方法，该同步磁阻电机转子结构设计巧妙，结构简洁，可以有效的提高栅格式磁阻电机转子的机械强度以及电磁性能，同时生产效率高，产品质量稳定，适于大规模推广应用，对制造高效节能的电机具有强力的推动作用，产生巨大的社会效益和经济效益。
为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种同步磁阻电机转子结构，包括栅格式磁阻电机转子，其特点是，所述同步磁阻电机转子结构还包括极薄磁性材料层叠元件，所述极薄磁性材料层叠元件填充在所述栅格式磁阻电机转子的栅格槽中。
较佳地，所述极薄磁性材料层叠元件的数目为2以上，分别填充在所述栅格式磁阻电机转子的不同的栅格槽中。
较佳地，所述极薄磁性材料层叠元件的数目为2以上，分别填充在所述栅格式磁阻电机转子的间隔的栅格槽中。
较佳地，所述极薄磁性材料层叠元件由极薄磁性材料层叠并浸漆固化而成。
较佳地，所述极薄磁性材料的厚度小于0.1mm。
较佳地，所述极薄磁性材料是超薄非晶合金材料。
在本发明的第二方面，提供了一种极薄磁性材料层叠元件的制造方法，其特点是，将极薄磁性材料层叠，然后浸漆固化而成。
在本发明的第三方面，提供了一种极薄磁性材料层叠元件的制造方法，其特点是，将极薄磁性材料带料绕制成铁芯，然后浸漆固化，再切割而成。
本发明的有益效果具体在于：
1、本发明的同步磁阻电机转子结构包括栅格式磁阻电机转子和极薄磁性材料层叠元件，所述极薄磁性材料层叠元件填充在所述栅格式磁阻电机转子的栅格槽中，从而能在现有的结构基础上，提高转子的强度，同时，利用磁性材料的层间绝缘，各向异性的特性，在保证d轴电感不变的情况下，增大q轴电感，使得磁阻电机在运行性能，电机效率以及功率密度等方面显著提高，设计巧妙，结构简洁，可以有效的提高栅格式磁阻电机转子的机械强度以及电磁性能，同时生产效率高，产品质量稳定，适于大规模推广应用，对制造高效节能的电机具有强力的推动作用，产生巨大的社会效益和经济效益。
2、本发明的极薄磁性材料层叠元件的制造方法是将极薄磁性材料层叠，然后浸漆固化而成；或者是将极薄磁性材料带料绕制成铁芯，然后浸漆固化，再切割而成，生产简便，效率高，且极薄磁性材料本身具有许多独特性能特点：如优异的磁性，耐蚀性，耐磨性，高硬度，高电阻率等，适于大规模推广应用。
附图说明
图1是现有的磁阻电机定子和转子的组件的主视示意图。
图2是现有的磁阻电机定子和本发明的同步磁阻电机转子结构的一具体实施例的组件的主视示意图。
图3是图2所示的具体实施例的极薄磁性材料层叠元件的立体示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。其中相同的部件采用相同的附图标记。
请参见图2-图3所示，本发明的同步磁阻电机转子结构包括栅格式磁阻电机转子2和极薄磁性材料层叠元件4，所述极薄磁性材料层叠元件4填充在所述栅格式磁阻电机转子2的栅格槽3中。
所述极薄磁性材料层叠元件4的数目可以根据需要确定，较佳地，所述极薄磁性材料层叠元件4的数目为2以上，分别填充在所述栅格式磁阻电机转子2的不同的栅格槽3中。请参见图2所示，在本发明的具体实施例中，所述极薄磁性材料层叠元件4的数目为12，分别填充在所述栅格式磁阻电机转子2的不同的栅格槽3中。
所述极薄磁性材料层叠元件4的数目可以根据需要确定，较佳地，所述极薄磁性材料层叠元件4的数目为2以上，分别填充在所述栅格式磁阻电机转子2的间隔的栅格槽3中。请参见图2所示，在本发明的具体实施例中，所述极薄磁性材料层叠元件4的数目为12，分别填充在所述栅格式磁阻电机转子2的间隔的栅格槽3中。
所述极薄磁性材料层叠元件4可以采用任何合适的方法形成，较佳地，所述极薄磁性材料层叠元件4由极薄磁性材料层叠并浸漆固化而成。
所述极薄磁性材料4的厚度一般小于1mm，在本发明的一具体实施例中，所述极薄磁性材料的厚度小于0.1mm。
所述极薄磁性材料可以采用任何合适的材料，在本发明的一具体实施例中，所述极薄磁性材料是超薄非晶合金材料。
上述极薄磁性材料层叠元件4的制造方法，可以是，将极薄磁性材料层叠，然后浸漆固化而成。或者是，将极薄磁性材料带料绕制成铁芯，然后浸漆固化，再切割而成。例如，可以取极薄磁性材料带料，按照不同的栅格槽3的厚度与直径采用模具绕制成铁芯，并进行浸漆固化后，按照栅格槽3的弧长尺寸切割成极薄磁性材料层叠元件4（如图3），并依次分别插入栅格式磁阻电机转子2大小对应的栅格槽3中，完成后电机转子样式见图2。栅格式磁阻电机转子2可以按照一般的方法冲制并叠压成型。
极薄磁性材料尤其是非晶合金材料）具有良好的导磁性能，特别是铁损耗非常低。但该种材料及其制成件的机械强度较低。为解决此问题，本发明采用栅格式结构，与其组装的定子1可以与传统的三相电机的定子相同。栅格叠片式转子结构是为了能保证电机转子有足够的机械强度以及q轴磁通。本发明使用极薄磁性材料，例如非晶材料，非晶合金薄带是70年代问世的一种新型软磁材料，它采用先进的速凝固技术，把熔化的钢液以1×106℃/S的冷却速度直接冷却成厚度仅为20um-40um的金属薄带，与传统金属带材生产工艺相比，节省了五～六道工序。生产过程节能，无污染排放。由于采取了超急冷却技术，带材中原子排列组合上具有短程有序,长程无序特点的非晶合金组织。该合金具有许多独特性能特点：如优异的磁性，耐蚀性，耐磨性，高硬度，高电阻率等，被人们称为二十一世纪最新的绿色环保软磁材料。
将极薄磁性材料层叠固化后制成极薄磁性材料层叠元件4，插入栅格式磁阻电机转子2的栅格槽3中，能在现有的结构基础上，提高转子的强度。同时，利用磁性材料的层间绝缘，各向异性的特性。在保证d轴电感不变的情况下，增大q轴电感，使得磁阻电机在运行性能，电机效率以及功率密度等方面显著提高。
因此，本发明通过利用新型的极薄磁性材料叠压成型装配在磁阻电机转子中的方法解决了同步磁阻电机转子强度差，功率密度以及效率低的难题，同时极薄磁性材料剪裁成型方便，生产效率高，对电机产品的生产工艺要求低，产品质量稳定适于大规模推广应用。应用此种转子结构的磁阻电机，相对传统电机铁耗低，效率高，功率密度大，性能优越，可以产生巨大的社会效益和经济效益。对制造高效节能的电机具有强力的推动作用，产生巨大的社会效益和经济效益。
常用非晶微晶软磁合金及其它合金性能
| 合金 | μmax104 | Hc/A·m-1 | Br/Bs | Bs/T | P/W·kg-1 | d/g·cm-3 | Tc/℃ |
| 铁基微晶 | 30 | 1.2 | 0.9 | 1.25 | W0.2/2.0k=3.4 | 7.25 | 550 |
| 铁基非晶 | 15 | 3.0 | 0.85 | 1.56 | W1.0/1k=4 | 7.2 | 415 |
| 钴基非晶 | 80 | 0.3 | 0.95 | 0.57 | W0.5/10k=4 | 7.6 | 340 |
| 铁镍基非晶 | 40 | 1.0 | 0.8 | 0.75 | W0.5/10k=30 | 7.7 | 360 |
| 功率铁氧体 | 6 | 6 | 0.2 | 0.5 | W0.2/20k=7.5 | 4.8 | 220 |
| 冷轧硅钢 | 30 | 30 | 2.03 | W1.0/1k=20 | 7.65 | 740 |
由上表可知铁基非晶材料与冷轧硅钢相比，在相同磁场强度及频率下，铁基非晶铁损远低于冷轧硅钢仅为冷轧硅钢的1/5。这在电机运行过程中能大大降低电机的铁损，提高电机的整体效率。
综上，本发明的同步磁阻电机转子结构设计巧妙，结构简洁，可以有效的提高栅格式磁阻电机转子的机械强度以及电磁性能，同时生产效率高，产品质量稳定，适于大规模推广应用，对制造高效节能的电机具有强力的推动作用，产生巨大的社会效益和经济效益。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (2)
1.一种同步磁阻电机转子结构，包括栅格式磁阻电机转子，其特征在于，所述同步磁阻电机转子结构还包括具有各向异性的极薄磁性材料层叠元件，所述极薄磁性材料层叠元件填充在所述栅格式磁阻电机转子的栅格槽中，所述极薄磁性材料层叠元件的数目为2以上，分别填充在所述栅格式磁阻电机转子的间隔的栅格槽中；所述极薄磁性材料层叠元件由极薄磁性材料层叠并浸漆固化而成，所述极薄磁性材料的厚度小于0.1mm。
2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机转子结构，其特征在于，所述极薄磁性材料是超薄非晶合金材料。
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