同步磁阻机器制造技术

本发明专利技术涉及一种同步磁阻机器(20)、尤其是具有大于300kW功率的电动机或发电机，该同步磁阻机器具有定子(1)和由气隙(19)间隔开的、能围绕轴线(18)转动地支承的转子(3)，所述转子的轴向依次布置的叠片分别具有各向异性的磁性的结构，该结构由磁通阻止部段(14、15、16)和磁通传导部段(8)形成，并且其中磁通阻止部段(14、15、16)和磁通传导部段(8)形成转子(3)的极，其中磁通阻止部段(14、15、16)形成轴向伸展的通道，其中在至少一些磁通阻止部段(14、15、16)中设有永磁体，永磁体不完全占据相应的磁通阻止部段(14、15、16)进而在全部磁通阻止部段(14、15、16)中实现轴向的气流，其中转子(3)的叠片组沿轴向划分成至少两个子叠片组(30、31、32、33)，其中分别沿环周方向观察在q轴的区域中在极之间以及沿轴向观察在子叠片组(30、31、32、33)之间存在径向的冷却间隙(6)。

Synchronous reluctance machine

The invention relates to a synchronous reluctance machine (20), in particular to a motor or generator with a power greater than 300kW. The synchronous reluctance machine has a stator (1) and a rotor (3) spaced by an air gap (19) and rotatably supported around an axis (18). The laminations arranged in turn in the axial direction of the rotor have an anisotropic magnetic structure, which is composed of a magnetic flux blocking section (14, 15 16) is formed with the flux block section (8), wherein the flux block section (14, 15, 16) and the flux block section (8) form the poles of the rotor (3), wherein the flux block section (14, 15, 16) forms a channel for axial extension, wherein at least some of the flux block sections (14, 15, 16) are provided with permanent magnets, and the permanent magnets do not completely occupy the corresponding flux block sections (14, 15, 16) and then the whole rotor (3 The part magnetic flux prevents the axial airflow in the part (14, 15, 16), wherein the lamination group of the rotor (3) is divided into at least two sub lamination groups (30, 31, 32, 33) along the axial direction, wherein the cooling gap (6) is radially observed between the poles in the area of the q-axis and between the sub lamination groups (30, 31, 32, 33) along the axial direction.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】同步磁阻机器
本专利技术涉及一种同步磁阻机器、尤其是风力发电设备的电动机或发电机，该同步磁阻机器具有定子和由气隙间隔开的、能围绕轴线转动地支承的转子，转子具有由基本上轴向依次布置的磁通阻止部段形成的、各向异性的磁性结构。本专利技术还涉及一种具有这样构造的发电机的风力发电设备。
技术介绍
通常将具有笼式转动件的异步机器或同步机器用作为电机、即具有超过几百千瓦功率的电动机或发电机。然而，这种机器具有需高耗费制造的转子，该转子具有鼠笼式笼架或极绕组。该功率等级中的机器通常需要冷却转子，因为在那里形成的损耗不再能仅仅通过对流耗散。因此，通常通过冷却空气进行转子的冷却，该冷却空气通过自身通风或外界通风来产生。此外，也必须对这种机器的定子在整个轴向长度上均匀地供应冷却空气。在上述这种机器中通常需要高的功率因数，以便将必须提供用于机器运行的无功功率份额最小化。在该功率等级的电机中基本上区分为用空气进行初级冷却的两种类型。一方面存在如下机器，该机器仅沿轴向方向由空气穿流，例如在DE102009051651B4中所描述的。其中，将这种循环与定子的叠片组的水套冷却组合。此外存在如下电机，其中冷却空气也径向地流动经过机器，具体地经过定子。为了实现这种情况，由径向的冷却槽中断定子和转子叠片组。由此能够显著地扩大气流的流通的表面。为此，DE102012210120A1描述一种电机，其具有在定子和转子中的径向的冷却槽和用于绕组头的单独的冷却循环。在EP2403115A1中示出具有用于永磁激励的同步机器的、径向的冷却槽的设计。与之前描述的机器相比，同步的磁阻机器具有的缺点是：功率因数相对小并且为大约0.7至0.75。由于该原因，该机器类型主要在超过数百千瓦的功率等级中几乎无法应用。在EP2589132B1中例如描述具有较小尺寸和功率的磁阻机器的冷却装置。冷却空气在该装置中轴向地流动经过转子的磁通阻止部。定子沿轴向方向被完全地分层。此外，该冷却装置不适用于较大功率的机器，因为体积与表面的比例过小进而没有足够的冷却表面。
技术实现思路
由此，本专利技术所基于的目的是：实现一种同步的磁阻机器，尤其是用于超过数百千瓦的较高功率等级的同步的磁阻机器，该磁阻机器在充分冷却的情况下在不同负载下提供相对高的功率因数。此外，这种同步的磁阻机器适合于在风力发电设备中使用。所提出的目的的解决方案通过一种同步磁阻机器、尤其是具有大于300kW功率的电动机或发电机来实现，该同步磁阻机器具有定子和由气隙间隔开的、能围绕轴线转动地支承的转子，转子的轴向依次布置的叠片分别具有各向异性的磁性的结构，该结构由磁通阻止部段和磁通传导部段形成，并且其中磁通阻止部段和磁通传导部段形成转子的极，其中磁通阻止部段形成轴向伸展的通道，其中在至少一些磁通阻止部段中设有永磁体，永磁体不完全占据相应的磁通阻止部段进而在全部磁通阻止部段中实现轴向的气流，其中转子的叠片组沿轴向划分成至少两个子叠片组，其中分别沿环周方向观察在q轴的区域中在极之间以及沿轴向观察在子叠片组之间存在径向的冷却间隙。通过具有在磁通阻止部中的永磁体的、同步的磁阻机器的根据本专利技术的设计，由此提高在不同运行点的功率因数，还改进了冷却。此外，扩大了同步的磁阻机器的转子的、d轴与q轴之间的电感的差，这最后改善了同步的磁阻机器的功率因数。通过提高功率因数也扩大了可实现的转矩。永磁体仅延伸经过磁通阻止部的一部分，从而在设有永磁体的磁通阻止部的剩余的区域中实现冷却空气的轴向流动。在此，在超过300kW的功率等级中，大约0.8或更大的功率因数是可行的。因此能够减小必须提供用于运行机器的无功功率份额，这尤其在风力发电设备的发电机的变流器中是有利的。因此，转子沿轴向方向观察具有至少两个子叠片组，在子叠片组之间存在径向的冷却间隙。因此，每个磁通阻止部段在其在转子中的轴向伸展部之内具有至少一个径向的冷却间隙。有利地，中间元件构造为导磁的部件，从而在该部段中还能够在转子中引导附加的磁通量。由此也提高了d轴中的电感。作为导磁的部件的该中间元件有利地借助与转子的其他叠片相同的工具、例如冲压工具制造。中间元件在该情况下也薄片状地构造。通过在中间元件处的附加的加工步骤、例如冲压或切割能够在叠片中设置附加的可选设计，即更大的留空部、间隔保持件、具有风扇作用的元件。然而，中间元件的导磁的部件不仅能够薄片状地构造，而且也能够构造为实心部件。这尤其当导磁的部件不再伸展至同步的磁阻机器的气隙时是有利的，因为主要必须考虑转子的表面处的涡流损耗。转子的叠片组至少在d轴的区域中沿轴向连续地构造。根据磁阻转子的叠片组中的轴向位置，附加地设有d轴的置于侧部的磁通阻止部。在此，在另外的实施方案中，中间元件的径向延伸部、即d轴的叠片在冷却间隙的区域中能够在径向上减小地构造，以降低涡流损耗。在此，中间元件的径向减小遵循相应的磁通阻止部的径向深度。有利地，当转子的叠片组在轴向上比定子的叠片组长大约10％地构造时，能够附加地扩大转子的d轴和q轴的电感的差。由此实现功率因数的进一步改善。进入转子中的、当前轴向引导的冷却气流根据磁通阻止部段必要时也能够引导经过永磁体，并且完全或至少部分地沿径向偏转到轴向的冷却通道中。隔板元件例如能够由一个或多个单独的叠片构成，叠片优选不导磁，因此叠片也不具有永磁体。由此降低渗漏损耗。可选地，隔板元件也能够作为具有留空部的叠片而配备有磁通阻止部段的封闭件，该封闭件优选还由不导磁的材料、例如塑料构成。经由相应的磁通阻止部段轴向地进入转子中的冷却气流随后(根据磁通阻止部段的位置)径向地朝同步的磁阻机器的气隙偏转。此后，该冷却气流进入定子的径向的冷却槽中并且在定子叠片组的后侧处在此离开。在一个实施方式中，定子的径向的冷却槽至少部分地设置在转子的径向的冷却槽之上。在另一个实施方式中，定子的径向的冷却槽在任何情况下都不设置在转子的冷却槽之上。因此，径向的冷却槽处于不同的轴向位置处。因此，转子和定子的叠片组目前被有效地冷却。在定子叠片组的后侧处、即在定子的外侧上，如果同步的磁阻机器构造为内转动件，能够收集冷却空气并且将其输送给一个或两个排气侧的绕组头，其中在那里和/或那之后的路径上借助于换热器将加热的冷却气流重新冷却。原则上，在该根据本专利技术的磁阻机器中有利的是：将由换热器重新冷却的冷却空气的至少一部分直接地引导至转子进而也引导至永磁体。借此，避免由于定子损耗而提前加热该重新冷却的冷却空气。由此，永磁体被最佳地冷却，这进一步提高了该磁阻机器的效率。附图说明根据原理示出的实施例详细阐述本专利技术以及本专利技术的其他有利的设计方案。在此示出：图1示出同步的磁阻机器的部分纵向剖视图，图2示出另一个同步的磁阻机器的部分纵向剖视图，图3至图12示出装配有永磁体的转子的子叠片组的叠片部段，图13至图15示出转子的中间元件的叠片部段，图16至图18示出转子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步磁阻机器(20)、具有大于300kW的功率的电动机或发电机，具有定子(1)和由气隙(19)间隔开的、能围绕轴线(18)转动地支承的转子(3)，所述转子的轴向依次布置的叠片分别具有各向异性的磁性的结构，所述结构由磁通阻止部段(14、15、16)和磁通传导部段(8)形成，并且其中所述磁通阻止部段(14、15、16)和所述磁通传导部段(8)形成所述转子(3)的极，其中所述磁通阻止部段(14、15、16)形成轴向伸展的通道，其中在至少一些磁通阻止部段(14、15、16)中设有永磁体，所述永磁体不完全占据相应的所述磁通阻止部段(14、15、16)进而在全部磁通阻止部段(14、15、16)中实现轴向的气流，其中所述转子(3)的叠片组沿轴向划分成至少两个子叠片组(30、31、32、33)，其中分别沿环周方向观察在q轴的区域中在所述极之间以及沿轴向观察在所述子叠片组(30、31、32、33)之间存在径向的冷却间隙(6)，其中所述转子(3)的所述叠片组的轴向长度大于所述定子(1)的轴向长度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170321 EP 17162103.01.一种同步磁阻机器(20)、具有大于300kW的功率的电动机或发电机，具有定子(1)和由气隙(19)间隔开的、能围绕轴线(18)转动地支承的转子(3)，所述转子的轴向依次布置的叠片分别具有各向异性的磁性的结构，所述结构由磁通阻止部段(14、15、16)和磁通传导部段(8)形成，并且其中所述磁通阻止部段(14、15、16)和所述磁通传导部段(8)形成所述转子(3)的极，其中所述磁通阻止部段(14、15、16)形成轴向伸展的通道，其中在至少一些磁通阻止部段(14、15、16)中设有永磁体，所述永磁体不完全占据相应的所述磁通阻止部段(14、15、16)进而在全部磁通阻止部段(14、15、16)中实现轴向的气流，其中所述转子(3)的叠片组沿轴向划分成至少两个子叠片组(30、31、32、33)，其中分别沿环周方向观察在q轴的区域中在所述极之间以及沿轴向观察在所述子叠片组(30、31、32、33)之间存在径向的冷却间隙(6)，其中所述转子(3)的所述叠片组的轴向长度大于所述定子(1)的轴向长度。


2.根据权利要求1所述的同步磁阻机器(20)，其特征在于，所述永磁体分别在所述永磁体的相应的磁通阻止部段(14、15、16)之内相对于所述q轴对称地设置。


3.根据权利要求1或2所述的同步磁阻机器(20)，其特征在于，在多个磁通阻止部段(14、15、16)沿径向彼此叠加布置的情况下，所述永磁体(22)沿径向彼此叠加布置。


4.根据前述权利要求中任一项所述的同步磁阻机器(20)，其特征在于，所述永磁体在所述磁通阻止部段(14、15、16)之内与环...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·泽伊奇菲斯尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE