CN104242504A - 一种同步磁阻电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同步磁阻电机转子，包括沿共同轴线以轴向顺序错开设置的多个转子模块，每个转子模块包括多个磁极，多个磁极绕共同轴线设置在相邻区段中，每个磁极包括在径向上间隔分布的多个磁肋，每个磁肋由若干冲片组成，多个磁极的轴向两侧面上均连接有定位板，所述定位板套装在转轴上，每个所述磁肋的轴向两端均设有凸台，所述定位板上对应凸台的位置设有凹槽，所述凸台插装在凹槽内使磁极的轴向端面紧贴于定位板的轴向端面上。本发明的转子模块的磁极与定位板之间通过凸台和凹槽的配合来组装形成，使得装配方便，而且使磁极定位简单，且位置精度高；使转子转动惯量更低；使制造更简单方便；提升了电机的效率和功率因数。

Description

一种同步磁阻电机转子

技术领域

本发明涉及一种同步磁阻电机转子。

背景技术

同步磁阻电机是一种依靠磁阻转矩运行的电机，磁阻转矩根源于交直轴磁阻不等的转子结构，交直轴磁阻差异越大则磁阻转矩越大。为了得到最大的交直轴磁阻差结构上需要最薄磁桥，最好是没有磁桥。磁桥薄了之后，降低了转子的刚度，并且磁桥位置应力集中造成强度不足，这种情况在大功率表同步磁阻电机中的情况更突出，需要设计合适的结构来解决这些问题。

专利号为CN101443982A、CN1881757A、CN103098346A等专利提供了一种同步磁阻电动机转子结构，他们具有共同的特点：转子冲片轴向堆叠、具有磁桥结构、轴向开孔利用铆钉或者螺钉及端板来压紧转子铁芯。该种转子结构，转子冲片具有磁桥，即：在转子靠近气隙侧，有导磁材料将各导磁通道互相连接，这种结构将弱化交直轴磁阻差异，从而降低磁阻转矩、效率、功率因数，不适用需要大功率密度或者高效率的应用场合。

专利号CN101039059A公开了一种同步磁阻电机，该同步磁阻电机具有如下转子，即：该转子具有在轴向方向上叠置以形成船形段的层板。多个选定的船形段绕转子轴形成选定数量的转子极，并且断续地设置在船形段之间的多个支承条使层板在径向方向上保持在适当的位置。该种转子结构，结构件数量特别多，对零件的尺寸精度和装配的位置精度要求高，生产制造工艺复杂，制造成本高，不利于大批量生产。

对于上述两种转子结构，机械性弱点会限制同步磁阻电机的尺寸或耐用性。特别是，对于大型同步磁阻电机而言，上面的限制将很重要。这样的结构很难利用于大功率同步磁阻电机、高速同步磁阻电机。

发明内容

本发明提供了一种无磁桥结构、加工制造方便、结构坚固耐用、适用于大功率高速同步磁阻电机、结构精密度高的同步磁阻电机转子。

本发明采用的技术方案是：

一种同步磁阻电机转子，包括沿共同轴线以轴向顺序错开设置的多个转子模块，每个转子模块包括多个磁极，多个磁极绕共同轴线设置在相邻区段中，每个磁极包括在径向上间隔分布的多个磁肋，每个磁肋由若干冲片组成，多个磁极的轴向两侧面上均连接有定位板，所述定位板套装在转轴上，其特征在于：每个所述磁肋的轴向两端均设有凸台，所述定位板上对应凸台的位置设有凹槽，所述凸台插装在凹槽内使磁极的轴向端面紧贴于定位板的轴向端面上。本发明的转子模块的磁极与定位板之间通过凸台和凹槽的配合来组装形成，使得装配方便，而且使磁极定位简单，且位置精度高；转子结构简单可靠；使转子转动惯量更低；方便实现转子斜极；转子模块长度可以做得很长，从而减少转子模块数量；使制造更简单方便；提升了电机的效率和功率因数。

进一步，所述冲片的长度B根据公式（1）确定，

                                                                             （1）

其中是冲片承受的离心力，是冲片材料的弹性模量，是冲片截面惯性矩，是对应同步磁阻电动机的气隙宽度。

进一步，所述磁肋是由冲片堆叠组成，所述冲片的堆叠方式是粘结、铆接、焊接或封装。冲片堆叠组成磁肋，冲片之间可以使用粘性类物质粘结，如AB较、502等；可以使用自扣片的结构型式堆叠；可以使用氩弧焊在外边缘焊接；可以使用绝缘漆类树脂固化；可以使用塑料、BMC等不导电不导磁材料封装。

进一步，所述冲片是由具有最高磁导率的选定方向的晶粒取向磁性材料制成，可以是10号钢、25号钢、45号钢等碳钢；可以是硅钢类，冷轧硅钢片、热轧硅钢片；优选冷轧取向硅钢片。

进一步，同一磁肋的冲片上的凸台宽度W是相同的，每个磁肋的冲片的长度B是相同的，同一磁极的多个磁肋的凸台宽度沿径向从大到小设置。

进一步，每个磁极的相邻磁肋之间设有充装有不导磁不导电材料的间隙。不导磁不导电材料可以是空气、树脂、玻璃、混凝土、BMC材料等，优选空气和BMC材料。

进一步，所述凹槽的数量与磁肋的数量相同，其尺寸与相对应的凸台尺寸一致。

进一步，所述磁肋的形状是长方形、船型、U型、W型、圆弧型、曲线型、V型或波浪型。

进一步，所述定位板为非导磁材料，可以为：奥氏体不锈钢、铝及其合金、钛及其合金、高强度塑料、四氟乙烯等高强度不导磁材料。

或者，所述定位板为导电材料，其表面及凹槽经电绝缘处理，可以加隔电材料、绝缘涂层等。优选奥氏体不锈钢，表面及凹槽涂覆绝缘涂层。

进一步，所述定位板与转轴之间紧固联接，联接方式为过盈、粘结、焊接、胀紧、螺钉紧固、螺纹紧固、或键联接。

本发明的加工步骤如下，

（1）由磁性材料冲压出冲片；

（2）使冲片规则的堆叠出磁肋；

（3）将磁肋装入一个定位板，磁肋上的凸台插装在定位板上对应的凹槽内，使磁肋规则的排布组成多个磁极；

（4）装配另一侧的定位板，保证两块定位板与所有磁极端面贴合；

（5）沿共同轴线以轴向顺序设置所述多个转子模块以形成所述转子，以轴线为基准加工所述转子以保证所述转子外圆的圆度。

本发明的有益效果：

1、无磁桥结构，各磁肋之间无相互连接的导磁部分，这易于提高交直轴电感差异性，这种差异性用专有名词“凸极比”来描述，即较直轴电感之比，高凸极比产生更大的额定转矩、更高的电机效率、更大的电机功率因数。

2、结构坚固且耐用，主要由磁肋和定位板两类部件组成，结构十分简单坚固，可靠性相当高，使磁极定位简单，且位置精度高，转子斜极方便实现；转子模块长度可以做得很长，从而减少转子模块数量。

3、加工制造方便，本发明为单个磁肋加工完成后，若干个磁极和定位板拼装而成，每个磁肋结构简单、无复杂曲面，单个零件加工方便，无需复杂工艺手段，模具能够一次完成冲片的落料与成型，特别适合大批量生产，很好的制造经济性。

4、适用于大功率、高速同步磁阻电机。磁肋自身截面惯性矩大，抗弯能力强，变形很小。定位板是主要的承力结构，结构合理，无应力集中。所以适合大功率、高速同步磁阻电机。

5、结构精度容易保证。主要零件定位板和磁肋都可以利用模具制造，尺寸精度和一致性都很高。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的单个转子模块的爆炸结构示意图。

图3是本发明的单个磁极的结构示意图。

图4是本发明的单个磁肋的结构示意图。

图5是本发明的冲片堆叠结构示意图。

图6是本发明的单个冲片的主视图。

图7是本发明的单个冲片的俯视图。

图8是本发明的定位板的主视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

参照图1-8，一种同步磁阻电机转子，包括沿共同轴线以轴向顺序错开设置的多个转子模块1，每个转子模块1包括多个磁极11，多个磁极11绕共同轴线设置在相邻区段中，每个磁极11包括在径向上间隔分布的多个磁肋12，每个磁肋12由若干冲片13组成，多个磁极11的轴向两侧面上均连接有定位板14，所述定位板14套装在转轴2上，每个所述磁肋12的轴向两端均设有凸台121，所述定位板14上对应凸台121的位置设有凹槽141，所述凸台121插装在凹槽141内使磁极11的轴向端面紧贴于定位板14的轴向端面上。本发明的转子模块1的磁极11与定位板14之间通过凸台121和凹槽141的配合来组装形成，使得装配方便，而且使磁极11定位简单，且位置精度高；转子结构简单可靠；使转子转动惯量更低；方便实现转子斜极；转子模块1长度可以做得很长，从而减少转子模块1数量；使制造更简单方便；提升了电机的效率和功率因数。

本发明所述冲片13的长度B根据公式（1）确定，

                              （1）

其中是冲片承受的离心力，是冲片材料的弹性模量，是冲片截面惯性矩，是对应同步磁阻电动机的气隙宽度。

本发明所述磁肋12是由冲片13堆叠组成，所述冲片13的堆叠方式是粘结、铆接、焊接或封装。冲片13堆叠组成磁肋12，冲片13之间可以使用粘性类物质粘结，如AB较、502等；可以使用自扣片的结构型式堆叠；可以使用氩弧焊在外边缘焊接；可以使用绝缘漆类树脂固化；可以使用塑料、BMC等不导电不导磁材料封装。

本发明所述冲片13是由具有最高磁导率的选定方向的晶粒取向磁性材料制成，可以是10号钢、25号钢、45号钢等碳钢；可以是硅钢类，冷轧硅钢片、热轧硅钢片；优选冷轧取向硅钢片。

本发明同一磁肋12的冲片13上的凸台121宽度W是相同的，每个磁肋12的冲片13的长度B是相同的，同一磁极11的多个磁肋12的凸台121宽度沿径向从大到小设置。

本发明每个磁极11的相邻磁肋12之间设有充装有不导磁不导电材料的间隙。不导磁不导电材料可以是空气、树脂、玻璃、混凝土、BMC材料等，优选空气和BMC材料。

本发明所述凹槽141的数量与磁肋12的数量相同，其尺寸与相对应的凸台121尺寸一致。

本发明所述磁肋12的形状是长方形、船型、U型、W型、圆弧型、曲线型、V型或波浪型，亦可以是不规则形状，本实施例采用的是船型结构，沿其中心轴对称设置结构，冲片13的夹角a取值范围在90~180°之间。

本发明所述定位板14为非导磁材料，可以为：奥氏体不锈钢、铝及其合金、钛及其合金、高强度塑料、四氟乙烯等高强度不导磁材料。所述定位板14也可以采用导电材料，其表面及凹槽141经电绝缘处理，可以加隔电材料、绝缘涂层等。优选奥氏体不锈钢，表面及凹槽141涂覆绝缘涂层。

本发明所述定位板14与转轴2之间紧固联接，联接方式为过盈、粘结、焊接、胀紧、螺钉紧固、螺纹紧固、或键联接。定位板14的厚度根据结构力学性能和工艺性决定，一般大于2毫米。

本发明在保证结构强度刚度和制造工艺可行的前提下，可以在定位板14上挖孔、槽来增加通风散热能力、减小转动惯量、辅助紧固等。

本发明的加工步骤如下，

（1）由磁性材料冲压出冲片13；

（2）使冲片13规则的堆叠出磁肋12；

（3）将磁肋12装入一个定位板14，磁肋12上的凸台121插装在定位板14上对应的凹槽141内，使磁肋12规则的排布组成多个磁极11；

（4）装配另一侧的定位板14，保证两块定位板14与所有磁极11端面贴合；

（5）沿共同轴线以轴向顺序设置所述多个转子模块1以形成所述转子，以轴线为基准加工所述转子以保证所述转子外圆的圆度。

Claims (10)

1.一种同步磁阻电机转子，包括沿共同轴线以轴向顺序错开设置的多个转子模块，每个转子模块包括多个磁极，多个磁极绕共同轴线设置在相邻区段中，每个磁极包括在径向上间隔分布的多个磁肋，每个磁肋由若干冲片组成，多个磁极的轴向两侧面上均连接有定位板，所述定位板套装在转轴上，其特征在于：每个所述磁肋的轴向两端均设有凸台，所述定位板上对应凸台的位置设有凹槽，所述凸台插装在凹槽内使磁极的轴向端面紧贴于定位板的轴向端面上。

2.如权利要求1所述的一种同步磁阻电机转子，其特征在于：所述冲片的长度B根据公式（1）确定，

                                                                             （1）

其中是冲片承受的离心力，是冲片材料的弹性模量，是冲片截面惯性矩，是对应同步磁阻电动机的气隙宽度。

3.如权利要求1所述的一种同步磁阻电机转子，其特征在于：所述磁肋是由冲片堆叠组成，所述冲片的堆叠方式是粘结、铆接、焊接或封装。

4.如权利要求1所述的一种同步磁阻电机转子，其特征在于：所述冲片是由具有最高磁导率的选定方向的晶粒取向磁性材料制成。

5.如权利要求1所述的一种同步磁阻电机转子，其特征在于：同一磁肋的冲片上的凸台宽度W是相同的，每个磁肋的冲片的长度B是相同的，同一磁极的多个磁肋的凸台宽度沿径向从大到小设置。

6.如权利要求1~5之一所述的一种同步磁阻电机转子，其特征在于：每个磁极的相邻磁肋之间设有充装有不导磁不导电材料的间隙。

7.如权利要求6所述的一种同步磁阻电机转子，其特征在于：所述凹槽的数量与磁肋的数量相同，其尺寸与相对应的凸台尺寸一致。

8.如权利要求7所述的一种同步磁阻电机转子，其特征在于：所述磁肋的形状是长方形、船型、U型、W型、圆弧型、曲线型、V型或波浪型。

9.如权利要求8所述的一种同步磁阻电机转子，其特征在于：所述定位板为非导磁材料或导电材料，所述定位板采用导电材料时，其表面及凹槽经电绝缘处理。

10.如权利要求9所述的一种同步磁阻电机转子，其特征在于：所述定位板与转轴之间紧固联接，联接方式为过盈、粘结、焊接、胀紧、螺钉紧固、螺纹紧固、或键联接。