一种具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机制造技术

本发明专利技术公开了一种具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机，包括两块定子铁心、一块转子铁心、电枢绕组和转轴，所述转子铁心通过建固定于转轴上，两块定子铁心分别设置在转子铁心两侧，并各自通过对应的轴承设置在转轴上，定子铁心上装有电枢绕组，转子铁心的两个表面沿圆周方向错开角度。本发明专利技术的电机能够增强磁链的平稳性，减小电机的转矩脉动；定子绕组线圈位于转子两侧，可利用绕线模手工嵌线，且嵌放绕组线圈方便，制造工艺简单，成本低。

An Axial Flux Disc Switched Reluctance Motor with Rotor Slot Structure

The invention discloses an axial flux disc switched reluctance motor with a rotor inclined groove structure, which comprises two stator cores, one rotor core, armature winding and rotating shaft. The rotor core is fixed on the rotating shaft through construction, and the two stator cores are located on both sides of the rotor core, respectively, through corresponding bearings on the rotating shaft, and the stator core is equipped with armature windings. The two surfaces of the rotor core are staggered along the circumferential direction. The motor of the invention can enhance the stability of the flux linkage and reduce the torque ripple of the motor; the stator winding coil is located on both sides of the rotor, and can be manually embedded by the winding die, and the winding coil is convenient to be embedded, the manufacturing process is simple and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机
本专利技术属于电机领域，特别是一种具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机。
技术介绍
SR电机的基本概念可追溯到19世纪40年代，1842年，英国的Aberdeen和Dafidson用两个U型电磁铁制造了由蓄电池供电的机车电动机。但因电路断开时没有释放能量的续流二极管电路，以及采用机械开关控制电磁铁的轮流通电，电动机的性能(效率、功率因数和利用系数等)不高。近几年虽然国内外众多机构对轴向磁通盘式开关磁阻电机进行了大量的研究工作，但是还存在一些问题亟待改进和解决。例如，意大利的AlbertoTenconi等学者基于电磁、机械和温度这三个方面研究了现今高速和超高速电机，着重介绍了这三个设计部分与电机大小设计之间的联系，在考虑了材料特性和加工工艺的情况下，比较了高速电机和开关磁阻电机技术工艺的优缺点，但是忽略了损耗对电机影响；美国乔治亚理工学院的JieDang提出了一种新型的开关磁阻电机的转子结构，解决了电机在超高速运行时的风阻损耗太大的问题，并且因为产生了不对称的气隙提高了转矩，但是忽略不对称气隙对转子运行稳定的影响；韩国三星公司的Sung-IlKim等人针对传统的表贴式PMSM提出了一种新型转子结构，传统的表贴式PMSM为了保持高速旋转下转子的机械完整性使用了一种非磁性的套筒，这将导致额外的涡流损耗，同时会增加磁隙的长度和制造的成本，而使用新的转子结构将消除这些问题并能够很大程度上减少制造时永磁体的数量。但是现有技术中尚无相关描述。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机，包括两块定子铁心、一块转子铁心、电枢绕组和转轴，所述转子铁心通过建固定于转轴上，两块定子铁心分别设置在转子铁心两侧，并各自通过对应的轴承设置在转轴上，定子铁心上装有电枢绕组，转子铁心的两个表面沿圆周方向错开角度。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)本专利技术的电机转子的斜槽结构能够增强磁链的平稳性，减小电机的转矩脉动；2)该电机采用轴向磁通盘式结构，轴向长度较小，在相同功率的情况下，体积和重量都比较小，功率密度较大；3)该电机中无永磁材料，全部由硅钢片叠压而成，因此能够适用于高温高压环境，并且加工方便，价格较低；4)该电机采用较小的长径比的转子结构和扇形面积较大的转子齿，具有良好的散热能力。附图说明图1是具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机全剖结构示意图。图2是具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机结构示意图。图3是具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机主磁通。图4是具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机定子平面图。图5是具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机转子平面图。图6是具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机爆破图。图7是线性模型中相电感与转子位置角θ的关系曲线图。图8是磁链与位置角的关系曲线图。图9是绕组相电流和转子位置角的关系曲线图。图10是电磁转矩随转子位置角变化曲线图。图11是分段线性磁化曲线图。图中编号所代表的含义为：1为定子铁心，2为转子铁心，3为电枢绕组，4为转轴，5为定子轭部，6为定子齿，7为转子齿，8为转子轭部，9为键，10为轴承。具体实施方式结合附图，本专利技术的一种具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机，包括两块定子铁心1、一块转子铁心2、电枢绕组3和转轴4，所述转子铁心2通过建9固定于转轴4上，两块定子铁心1分别设置在转子铁心2两侧，并各自通过对应的轴承10设置在转轴4上，定子铁心1上装有电枢绕组3，转子铁心2的两个表面沿圆周方向错开角度。所述两个定子铁心1结构相同，并对称设置在转子铁心2的两侧，每个定子铁心1均包括定子轭部5和定子齿6，所述定子齿6位于定子轭部5的一个侧面上，并等间距嵌在定子轭部5上，两个定子铁心1的定子轭部5相对设置。所述每个定子铁心1上设置六个定子齿6。所述转子铁心2包括转子齿7和转子轭部8，转子轭部8为环状圆盘，转子齿7周向均匀设置在转子轭部8的外环上。所述转子齿7的数量为四个。所述转子铁心2的两个表面沿圆周方向错开角度的度数为1°～45°。所述的转子齿7焊接在转子轭部8外圆环上。所述的电枢绕组3包括绕线和绕线模，绕线设置在绕线模中，绕线模嵌在定子齿6上。所述定子铁心、转子铁心均由硅钢片叠压而成。所述定子、转子磁极表面之间空气隙的距离大于等于0.25mm。本专利技术的电机转子的斜槽结构能够增强磁链的平稳性，减小电机的转矩脉动；该电机采用轴向磁通盘式结构，轴向长度较小，在相同功率的情况下，体积和重量都比较小，功率密度较大。下面进行更详细的描述。本专利技术的具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机的主要参数如下：1.主要参数计算1.1负荷和磁负荷开关磁阻电机的电负荷A是指定子内径表面每单位长度上导体中的总电流，表达式为I为绕组电流有效值，Dsi为定子内径，Nph为每相绕组串联匝数，q为相数。每极主磁通均出入一个转子齿截面积的范围，定义磁负荷为一般情况下，Bδ取0.3～0.6T之间，A取15000～50000A/m。1.2绕组端电压开关磁阻电机可以直接采用直流电流或采用交流经整流得到的直流电源。当采用单相或三相交流电源整流，设Ud为全波整流后的直流电压，则式中，U2为交流电源的相电压。1.3气隙开关磁阻电机实际上存在着两个气隙。第一气隙g是指定、转子磁极表面之间空气隙的距离，其影响最大电感Lmax的值。第二气隙gi是指定子磁极表面到转子槽底之间空气隙的距离，其影响最小电感Lmin值。为了取得较大的电磁转矩，减小功率变换器伏安容量的要求，应尽可能减小气隙g，但受到装配工艺和加工工艺的约束，气隙g也不能太小，小型电机气隙一般不应小于0.25mm。为了取得较低的最小电感Lu，提高电机的输出功率，第二气隙gi应该尽可能大一点，但不能过度，否则会导致电机轴径不够或转子轭高度不够。1.4转子轭高转子轭高hcr应该保证轭部铁芯出现最大磁通密度时不会发生过饱和，因此应该取在不影响转轴强度情况下，hcr可以取大一些。1.5轴径轴径Di不能过小，否则会影响机械强度，导致转子振动、动偏心、电机噪声增大等问题，如果有必要，应该校核轴的扰度、临界转速和强度。1.6定子轭高定子轭高hcs应保证轭部铁芯出现最大磁通密度时不发生过饱和现象，较大的hcs可以有效抑制电机的振动和噪声。1.7定子槽深为了提供较大的绕组空间，采用大的导线截面以减小电机铜耗，定子槽深ds应该尽可能大一点。1.8电流密度和槽满率对于给定的电机几何尺寸，绕组的有效空间是一定的，槽满率为Ks，一般取0.35～0.5，在保证额定输出功率且绕组空间允许的情况下，匝数越多，绕组电流峰值越小，对降低开关管的伏安容量有利。确定绕组匝数之后，在决定导线截面时需要校核导线电流密度J，对于连续工作制电机，一般取J＝4～5.5A/mm2。1.9损耗计算开关磁阻电机的损耗主要有铜耗、铁耗、机械损耗和杂散损耗。铜耗正比于电流有效值的平方，铁耗主要是涡流损耗和磁滞损耗，机械损耗由轴承损耗和通风损耗组成，杂散损耗比较复杂，一般按照铜耗、铁耗和机械损耗的7％来计算。铜耗的计算公式为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机，其特征在于，包括两块定子铁心(1)、一块转子铁心(2)、电枢绕组(3)和转轴(4)，所述转子铁心(2)通过建(9)固定于转轴(4)上，两块定子铁心(1)分别设置在转子铁心(2)两侧，并各自通过对应的轴承(10)设置在转轴(4)上，定子铁心(1)上装有电枢绕组(3)，转子铁心(2)的两个表面沿圆周方向错开角度。

【技术特征摘要】
1.一种具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机，其特征在于，包括两块定子铁心(1)、一块转子铁心(2)、电枢绕组(3)和转轴(4)，所述转子铁心(2)通过建(9)固定于转轴(4)上，两块定子铁心(1)分别设置在转子铁心(2)两侧，并各自通过对应的轴承(10)设置在转轴(4)上，定子铁心(1)上装有电枢绕组(3)，转子铁心(2)的两个表面沿圆周方向错开角度。2.根据权利要求1所述的具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机，其特征在于，所述两个定子铁心(1)结构相同，并对称设置在转子铁心(2)的两侧，每个定子铁心(1)均包括定子轭部(5)和定子齿(6)，所述定子齿(6)位于定子轭部(5)的一个侧面上，并等间距嵌在定子轭部(5)上，两个定子铁心(1)的定子轭部(5)相对设置。3.根据权利要求2所述的具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机，其特征在于，每个定子铁心(1)上设置六个定子齿(6)。4.根据权利要求1所述的具有转子斜槽结构的轴向磁通盘式开关磁阻电机，其特征在于，所述转子铁心(2)包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：金天，姜媛，叶剑桥，赵雨清，陆荣，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32