一種應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種同步磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)，具體涉及一種永磁輔助式同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前電動汽車(包括純電動汽車和混合動力汽車)所用驅(qū)動電機(jī)，一般為交流異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)。交流異步電機(jī)雖結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠，但存在功率密度較低、恒功率調(diào)速范圍較窄的固有缺點(diǎn)，同時由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子有銅損，轉(zhuǎn)子發(fā)熱量將傳導(dǎo)至軸承處，將會極大地降低軸承的壽命，從而導(dǎo)致電機(jī)整體壽命縮短；永磁同步電機(jī)雖然效率較高、功率密度較高、恒功率調(diào)速范圍較寬同時轉(zhuǎn)子發(fā)熱量較低，但一般以永磁轉(zhuǎn)矩為主，其反電動勢在高速過高，失控會損壞系統(tǒng)，不利于車輛高速運(yùn)行的控制。因此，研發(fā)一種用于電動汽車驅(qū)動，具有高效率、高功率密度、寬調(diào)速范圍同時轉(zhuǎn)子發(fā)熱量較低，且不存在反電勢損壞系統(tǒng)風(fēng)險的電機(jī)就很有必要了。
[0003]同步磁阻電機(jī)具有功率密度高、調(diào)速范圍寬、效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但是由于需要提供永磁體的性能來提供電機(jī)性能，所以往往采用稀土類永磁體，而稀土類永磁體不可再生、價格昂貴，為了節(jié)約稀有金屬資源，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，更為了提高電機(jī)性能、效率，本實用新型提出一種新的永磁輔助式永磁同步電機(jī)及其轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)加工簡單，高速下機(jī)械強(qiáng)度高、反電動勢低，且凸極比大、轉(zhuǎn)矩波動小。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型出于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種新的應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)，解決了現(xiàn)有永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)的固有缺陷，而且相比現(xiàn)有的同步磁阻電機(jī)，加工工藝簡單、凸極比大、轉(zhuǎn)矩波動小。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是:
[0006]一種應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子鐵心和繞組，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心，所述轉(zhuǎn)子鐵心由轉(zhuǎn)子沖片疊壓而成，所述轉(zhuǎn)子沖片包括若干個對稱的磁極，所述磁極沿所述轉(zhuǎn)子圓周N極和S極交替排列，所述磁極包括多層?xùn)鸥?，所述柵格層包括多個柵格，所述各柵格層內(nèi)相鄰柵格之間間距W與所述定子、轉(zhuǎn)子之間氣隙δ的關(guān)系為:δ /3彡W彡3 δ。
[0007]所述磁極包括3?4層?xùn)鸥瘛?br>[0008]所述柵格層包括3?4個柵格。
[0009]所述磁極柵格中部分放置磁鋼，其余部分空置。
[0010]所述磁極柵格中一部分放置磁鋼，其余部分放置環(huán)氧樹脂。
[0011 ] 所述磁鋼為釹鐵硼磁鋼。
[0012]所述各相鄰磁極之間最小間距A與轉(zhuǎn)子極距T之間的關(guān)系為:Τ/14彡A彡Τ/6。
[0013]所述各相鄰磁極相鄰柵格形成的張角α范圍為:10°?60°。
[0014]所述定子繞組為分布式繞組。
[0015]所述應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)應(yīng)用于混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。
[0016]與現(xiàn)有的同步磁阻電機(jī)相比，本實用新型有顯著優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體體現(xiàn)為:
[0017]1、使用本實用新型的應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)，采用部分放置磁鋼的設(shè)計，減少磁鋼的使用量，節(jié)省成本；
[0018]2、使用本實用新型的應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)，設(shè)計了柵格的位置及磁鋼的分布，進(jìn)一步提高了磁阻轉(zhuǎn)矩的利用率及電機(jī)效率；
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)第一實施例的示意圖；
[0020]圖2為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)中柵格層數(shù)與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系示意圖；
[0021]圖3為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)中同一層?xùn)鸥駛€數(shù)與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系不意圖；
[0022]圖4為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)中同一柵格層相鄰柵格之間距離與最高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子剪切應(yīng)力和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系示意圖；
[0023]圖5為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)中相鄰磁極之間最小間距與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系不意圖；
[0024]圖6為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)中相鄰磁極柵格間角度與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系不意圖；
[0025]圖7為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)中相鄰兩層?xùn)鸥耖g距與凸極比和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系不意圖；
[0026]圖8為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)中磁鋼填充率與空載線反電勢的關(guān)系不意圖；
[0027]圖9為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)第二實施例的示意圖；
[0028]圖10為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)第三實施例的示意圖；
[0029]圖11為本實用新型應(yīng)用同步磁阻結(jié)構(gòu)的電機(jī)第四實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]本實用新型的具體實施方法如下:
[0031]現(xiàn)有的永磁同步電機(jī)設(shè)多使用昂貴的稀土永磁材料，而且由于永磁體分布產(chǎn)生的反電動勢較大；同步磁阻電機(jī)雖然能夠提供較小的反電動勢，但是由于其轉(zhuǎn)子不使用永磁體，故在電機(jī)大小相同的情況下，同步磁阻電機(jī)的功率密度要小得多。
[0032]本實用新型提供的同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子具有多個永磁體槽組，每組永磁體槽包括多層?xùn)鸥瘛１疚闹兴^“柵格”是指在轉(zhuǎn)子鐵心上設(shè)置的槽狀或沿軸向貫通于轉(zhuǎn)子鐵芯的結(jié)構(gòu)，類似于永磁同步電機(jī)的磁極槽，但該柵格內(nèi)可以填充或者不填充永磁材料。圖1為本實用新型第一實施例中同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，轉(zhuǎn)子鐵心由轉(zhuǎn)子沖片疊壓而成，轉(zhuǎn)子沖片由六個對稱的磁極構(gòu)成，每個磁極由多層?xùn)鸥窠M成，經(jīng)過大量的試驗和仿真得出每個磁極的柵格層數(shù)對電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電機(jī)凸極比的影響如圖2所示。本文中所謂“凸極比”是指電機(jī)交軸電感與直軸電感的比值。本實施例選用3層?xùn)鸥窠Y(jié)構(gòu)，每層?xùn)鸥裼扇舾芍本€型的柵格組成，圖1中所示結(jié)構(gòu)中每層?xùn)鸥裨O(shè)置為2個以上柵格，所有柵格具有相同的寬度，相鄰兩層?xùn)鸥裰g具有相同的間距H，且每層?xùn)鸥裣噜彇鸥裰g具有相同的間隔W，沿電機(jī)轉(zhuǎn)子外圓半徑由外向內(nèi)第一層?xùn)鸥窠M由兩個柵格組成，兩柵格呈一直線排列；在轉(zhuǎn)子尺寸允許的情況下，第一層?xùn)鸥窨梢杂啥嘤?個柵格組成，且各柵格不一定呈直線排列。由第一層?xùn)鸥窠M向內(nèi)的第二層及第N層?xùn)鸥窠M分別由2個以上的柵格組成，每兩個柵格之間互相形成小于180度的夾角。本實施例中第二層?xùn)鸥窠M及第三層?xùn)鸥窠M分別由三個柵格組成，每一層?xùn)鸥窠M的柵格向轉(zhuǎn)子外沿構(gòu)成U形排列。在工藝允許的情況下，每一層?xùn)鸥窠M都可以包括3個甚至多個柵格，且柵格不限于相同的長度。對于汽車領(lǐng)域所使用的驅(qū)動電機(jī)，每個磁極的柵格層數(shù)對電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電機(jī)凸極比的影響如圖2所示，且每層?xùn)鸥竦臇鸥駭?shù)對于電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電機(jī)凸極比的影響如圖3所示，因此，處于電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及電機(jī)凸極比的考慮，較優(yōu)選擇3?4層?xùn)鸥?，每層?xùn)鸥癜??4個柵格。
[0033]本實用新型電機(jī)轉(zhuǎn)子采用沿圓周方向排列成N極和S極交替的形式，各柵格層內(nèi)柵格之間的間距W對電機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和漏磁控制也有很大影響，硅鋼片的剪切應(yīng)力一般不超過270Mpa，一旦超過，材料極有可能斷裂，所述剪切應(yīng)力為所考察的截面某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力，同截面相切的稱為剪應(yīng)力或剪切應(yīng)力。電機(jī)的氣隙δ = (Dl_D2)/2，其中Dl為定子內(nèi)徑，D2為轉(zhuǎn)子外徑，各柵格層內(nèi)柵格間距W對應(yīng)于輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速下剪切應(yīng)力的試驗數(shù)據(jù)如圖4所示，由圖中數(shù)據(jù)可得各層?xùn)鸥耖g距W應(yīng)該選取δ/3?3 δ，對于本實用新型實施例1，優(yōu)選W為δ