專利名稱：一種鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運行可靠、控制靈活、性能優(yōu)越等優(yōu)點，而由其構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)具有交、直流調(diào)速系統(tǒng)所沒有的優(yōu)點，因此開關(guān)磁阻電機的應(yīng)用前景十分廣闊。隨著風電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，風電技術(shù)也在不斷地升級、換代，主要表現(xiàn)為提高風電機組的單機容量、發(fā)展新技術(shù)改善風電機組性能、提高風能利用率、降低風電成本，更加重視風電機組的安全性和系統(tǒng)的可靠性的控制。將開關(guān)磁阻發(fā)電機應(yīng)用于風電系統(tǒng)，是開關(guān)磁阻電機在新能源領(lǐng)域應(yīng)用的又一重大突破。開關(guān)磁阻發(fā)電機，轉(zhuǎn)子上無刷、無繞組、無永久磁體。其運行時相當于一個電流源，在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出端電壓不會隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，可以提高開關(guān)磁阻發(fā)電機風能的利用效率。由于具有上面的特性，開關(guān)磁阻發(fā)電機可以在風力直接驅(qū)動下實現(xiàn)較高的發(fā)電效率，從而省去了齒輪箱，使整個發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡潔、可靠，順應(yīng)風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。開關(guān)磁阻發(fā)電機在運行過程中，由于發(fā)電機可控參數(shù)多，如開通角、關(guān)斷角等，因此可方便的實現(xiàn)比較復雜的控制策略，靈活的控制輸出直流電壓和電流。在風力發(fā)電過程中，風力發(fā)電系統(tǒng)首先要將不斷變化的風能轉(zhuǎn)換為頻率、電壓恒定的交流電或電壓恒定的直流電，而且要高效率的實現(xiàn)上述能量的轉(zhuǎn)換，以降低成本，以此來看，將開關(guān)磁阻風力發(fā)電機應(yīng)用于風電發(fā)電系統(tǒng)將解決這些問題。但是，傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機運行時噪音和振動較大、非線形性強；電動機為雙凸極結(jié)構(gòu)，其定子和轉(zhuǎn)子由普通硅鋼片疊壓而成；轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永久磁體，定子齒極上繞有集中繞組，因此，還存在電機功率密度低，材料有效利用率低，功率因數(shù)較低以及電機重量較大和成本高的缺點，在一定程度上影響了其在調(diào)速領(lǐng)域特別是直驅(qū)風力發(fā)電領(lǐng)域的使用推廣。由此可見，傳統(tǒng)的開關(guān)磁阻電機在結(jié)構(gòu)和使用上，仍然存在明顯的缺陷和不足，亟待進一步改進，如何創(chuàng)設(shè)一種新型的開關(guān)磁阻電機，使其提高功率密度、有效材料利用率、功率因數(shù)，并降低電機的重量、成本、振動與噪聲，使其更適于應(yīng)用于直驅(qū)風力發(fā)電領(lǐng)域，實屬當前重要的研發(fā)領(lǐng)域之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，使其可提高電機的功率密度、有效材料的利用率和功率因數(shù)，并降低電機的重量、成本、振動與噪音，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，包括外殼、轉(zhuǎn)軸、定子鐵芯、定子繞組和轉(zhuǎn)子鐵芯，其中轉(zhuǎn)軸貫穿外殼，并與外殼可轉(zhuǎn)動連接；定子鐵芯固定安裝在外殼內(nèi)；定子繞組為整距繞組，安裝在定子鐵芯的成形槽內(nèi)；轉(zhuǎn)子鐵芯固定安裝在轉(zhuǎn)軸上、位于外殼內(nèi)，與定子鐵芯對齊，并在與定子鐵芯的徑向上設(shè)置有電機氣隙。作為本發(fā)明的進一步改進，所述的轉(zhuǎn)子鐵芯為鑄鋁結(jié)構(gòu)，包括磁極鐵芯與鑄鋁轉(zhuǎn)子。所述的磁極鐵芯采用導磁性材料；所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子采用非導磁性材料。所述的磁性材料為硅鋼片或薄鋼板。所述的定子鐵心為凸極結(jié)構(gòu)；所述的定子繞組分布采用A、B-、C、A-、B、C-形式循環(huán)排列。所述的定子鐵芯采用分段定子鐵芯，所述的轉(zhuǎn)子鐵芯采用分段轉(zhuǎn)子鐵芯；所述的分段定子鐵芯之間以及分段轉(zhuǎn)子鐵芯之間設(shè)置有數(shù)量相同、徑向?qū)R的冷卻風道。所述的外殼為敞開式結(jié)構(gòu)，外殼頂部安裝有冷卻風機，冷卻風機的出風口對準冷卻風道和轉(zhuǎn)子鐵芯；并在轉(zhuǎn)軸的后段，在轉(zhuǎn)子鐵芯后端與后軸承裝配件之間，還安裝有冷卻風扇。所述的轉(zhuǎn)軸的前端為軸伸端，設(shè)置有轉(zhuǎn)軸鍵槽，并安裝有軸伸保護套，在轉(zhuǎn)軸鍵槽內(nèi)安裝有鍵。所述的轉(zhuǎn)軸的前后端分別通過前軸承裝配和后軸承裝配與外殼連接。所述的開關(guān)磁阻電機為單氣隙、雙氣隙及多氣隙的徑向或軸向磁場的開關(guān)磁阻電機。采用以上設(shè)計后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有以下有益效果1、本發(fā)明鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，提高了開關(guān)磁阻電機的功率輸出密度及有效材料利用率，提高了開關(guān)磁阻電機的功率因數(shù)，降低了開關(guān)磁阻電機的振動與噪聲；2、本發(fā)明開關(guān)磁阻電機的定子鐵芯的同一槽內(nèi)只有一相繞組，降低了電機的絕緣要求；3、本發(fā)明的開關(guān)磁阻電機采用了與異步鼠籠電機類似的鑄鋁轉(zhuǎn)子，極大地降低了電機的重量與成本，大大提高了開關(guān)磁阻電機在調(diào)速領(lǐng)域特別是直驅(qū)風力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用的競爭優(yōu)勢，因此，可廣泛替代傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機，應(yīng)用于調(diào)速領(lǐng)域及發(fā)電領(lǐng)域，尤其是直驅(qū)風力發(fā)電領(lǐng)域。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1是本發(fā)明鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機的組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是傳統(tǒng)24/16三相開關(guān)磁阻電機的定子、轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)24/16三相開關(guān)磁阻電機的定子、轉(zhuǎn)子剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)24/16三相開關(guān)磁阻電機電磁某一時刻磁力線分布云圖。圖5是本發(fā)明鑄招轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)24/16三相開關(guān)磁阻電機電磁某一時刻磁力線分布云圖。
圖6是本發(fā)明鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)24/16三相開關(guān)磁阻電機與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)24/16三相開關(guān)磁阻電機的輸出轉(zhuǎn)矩比較圖。
具體實施例方式請參照圖1所示，以24/16三相開關(guān)磁阻電機為例來說，本發(fā)明鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機包括外殼6、轉(zhuǎn)軸3、定子鐵芯7、定子繞組8以及轉(zhuǎn)子鐵芯9，還可包括軸伸保護套1、鍵2、前軸承裝配4、冷卻風機5、冷卻風扇10、后軸承裝配11、電機出線盒12、冷卻風道13。下面以圖1所示的左端為前端，對本發(fā)明發(fā)電機的結(jié)構(gòu)組成進行說明。轉(zhuǎn)軸3貫穿外殼6，并通過前軸承裝配4和后軸承裝配11與外殼6可轉(zhuǎn)動連接。轉(zhuǎn)子鐵芯9安裝在轉(zhuǎn)軸3上，位于前軸承裝配4與后軸承裝配11之間。定子鐵芯7與電機外殼6的內(nèi)側(cè)固定連接，定子繞組8安裝于定子鐵芯7的成形槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子鐵芯9與定子鐵芯7對齊，定子鐵芯7與轉(zhuǎn)子鐵芯9徑向間距設(shè)置為電機氣隙。此外，轉(zhuǎn)軸3前端為軸伸端部，設(shè)有鍵槽，鍵2安裝在鍵槽中，軸伸保護套I安裝在轉(zhuǎn)軸3的軸伸端部。轉(zhuǎn)軸3的后端,在轉(zhuǎn)子后端與后軸承裝配之間安裝有冷卻風扇10。此外，電機出線盒12安裝于電機外殼6的側(cè)面。定子鐵芯可采用分段定子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯可采用分段轉(zhuǎn)子鐵芯，冷卻風道13即設(shè)置在分段定子鐵芯之間及分段轉(zhuǎn)子鐵芯之間，并且定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯的冷卻風道數(shù)量相同、徑向?qū)R。冷卻風機5安裝于電機外殼6的頂部，發(fā)電機外殼6為敞開式結(jié)構(gòu)。冷卻風機的進風經(jīng)定子、外殼6、冷卻風道13，一路經(jīng)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙，另一路經(jīng)轉(zhuǎn)子鐵芯軸向通風道，匯流到離心式風扇10處，經(jīng)離心式風扇10，回到冷卻風機5，形成強迫通風式循環(huán)冷卻系統(tǒng)。請參閱圖2所示，傳統(tǒng)的24/16三相開關(guān)磁阻電機包括定子鐵芯70、定子繞組80、轉(zhuǎn)子鐵芯90。定子鐵芯70與轉(zhuǎn)子鐵芯90為雙凸極結(jié)構(gòu)，定子繞組80為集中繞組，繞組按A、B、C、A-> B-、C-,循環(huán)排列。請配合參閱圖3所示，本發(fā)明鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的24/16三相開關(guān)磁阻電機，其定子鐵芯7為凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯9為鑄鋁結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯9包括磁極鐵芯91及鑄鋁轉(zhuǎn)子92，磁極鐵芯91采用導磁性材料，鑄鋁轉(zhuǎn)子92采用非導磁性材料。定子繞組8采用整距繞組，按A、B-、C、A-、B、C-的形式循環(huán)排列。圖中“X”、“o”表示電流流進方向“X”表示流進紙面，“ο”表示流出紙面。請參閱圖4、圖5所示，圖4為傳統(tǒng)24/16三相開關(guān)磁阻電機電磁仿真某一時刻的磁力線分布；圖5為本發(fā)明鑄招轉(zhuǎn)子24/16三相開關(guān)磁阻電機電磁仿真某一時刻的磁力線分布從磁場線分布看出，本發(fā)明開關(guān)磁阻電機某一時刻每極磁力線分布比傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機每極磁力線分布路徑變短，減小了鐵芯損耗。請參閱圖6所示，傳統(tǒng)24/16三相開關(guān)磁阻電機與本發(fā)明鑄鋁轉(zhuǎn)子24/16三相開關(guān)磁阻電機，在采用同等尺寸、同等有效材料時，本發(fā)明的輸出轉(zhuǎn)矩可比傳統(tǒng)24/16三相開關(guān)磁阻電機提聞30%以上。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于包括外殼、轉(zhuǎn)軸、定子鐵芯、定子繞組和轉(zhuǎn)子鐵芯，其中轉(zhuǎn)軸貫穿外殼，并與外殼可轉(zhuǎn)動連接；定子鐵芯固定安裝在外殼內(nèi)；定子繞組為整距繞組，安裝在定子鐵芯的成形槽內(nèi)；轉(zhuǎn)子鐵芯固定安裝在轉(zhuǎn)軸上、位于外殼內(nèi)，與定子鐵芯對齊，并在與定子鐵芯的徑向上設(shè)置有電機氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子鐵芯為鑄鋁結(jié)構(gòu)，包括磁極鐵芯與鑄鋁轉(zhuǎn)子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于所述的磁極鐵芯采用導磁性材料；所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子采用非導磁性材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于所述的磁性材料為硅鋼片或薄鋼板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于所述的定子鐵心為凸極結(jié)構(gòu)；所述的定子繞組分布采用A、B-、C、A-、B、C-形式循環(huán)排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于所述的定子鐵芯采用分段定子鐵芯，所述的轉(zhuǎn)子鐵芯采用分段轉(zhuǎn)子鐵芯；所述的分段定子鐵芯之間以及分段轉(zhuǎn)子鐵芯之間設(shè)置有數(shù)量相同、徑向?qū)R的冷卻風道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于所述的外殼為敞開式結(jié)構(gòu)，外殼頂部安裝有冷卻風機，冷卻風機的出風口對準冷卻風道和轉(zhuǎn)子鐵芯；并在轉(zhuǎn)軸的后段，在轉(zhuǎn)子鐵芯后端與后軸承裝配件之間，還安裝有冷卻風扇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于所述的轉(zhuǎn)軸的前端為軸伸端，設(shè)置有轉(zhuǎn)軸鍵槽，并安裝有軸伸保護套，在轉(zhuǎn)軸鍵槽內(nèi)安裝有鍵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于所述的轉(zhuǎn)軸的前后端分別通過前軸承裝配和后軸承裝配與外殼連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，其特征在于所述的開關(guān)磁阻電機為單氣隙、雙氣隙及多氣隙的徑向或軸向磁場的開關(guān)磁阻電機。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電機，包括外殼、轉(zhuǎn)軸、定子鐵芯、定子繞組和轉(zhuǎn)子鐵芯，其中轉(zhuǎn)軸貫穿外殼，并與外殼可轉(zhuǎn)動連接；定子鐵芯固定安裝在外殼內(nèi)；定子繞組為整距繞組，安裝在定子鐵芯的成形槽內(nèi)；轉(zhuǎn)子鐵芯固定安裝在轉(zhuǎn)軸上、位于外殼內(nèi)，與定子鐵芯對齊，并在與定子鐵芯的徑向上設(shè)置有電機氣隙。本發(fā)明鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機，提高了開關(guān)磁阻電機的功率輸出密度、有效材料利用率和功率因數(shù)，降低了開關(guān)磁阻電機的振動、噪聲、重量與成本；大大提高了開關(guān)磁阻電機在調(diào)速領(lǐng)域特別是直驅(qū)風力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用的競爭優(yōu)勢，因此，可廣泛替代傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機，應(yīng)用于調(diào)速領(lǐng)域及發(fā)電領(lǐng)域，尤其是直驅(qū)風力發(fā)電領(lǐng)域。
文檔編號H02K29/00GK103023263SQ20121057672
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者肖珊彩, 秦明 申請人:國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司