本公開涉及同步磁阻電機，并且更具體地涉及一種用于這種電機的轉子組件。

背景技術：

磁阻電機通常包括可旋轉地設置在定子內的轉子，其中定子通常包括多個繞組和具有交替極性的磁極，并且轉子由鋼或其他鐵質材料制成且優選地包括一個或多個固有極。轉子由諸如軟鐵的鐵磁材料制成。通過磁阻現象產生轉矩，其中控制器控制定子以產生旋轉磁場，該旋轉磁場在轉子中感應出磁場，并且這兩個磁場的相互作用在轉子上產生轉矩。

同步磁阻電機可具有相等數量的定子極和轉子極。轉子上的突起可以布置成引入內部磁通壁壘，即，引導磁通量沿著d軸的孔。通常，在最大磁阻方向上的軸被稱為直接軸或d軸，并且在直接軸前方90度的軸被稱為正交軸或q軸，其具有最小磁阻。極數已知為4和6。當轉子極之間的空間或槽口與定子極相對時，電機的磁路具有低磁阻，但是當轉子極與定子極對準時，磁路具有高磁阻。當對定子極對激勵時，最近的轉子極對將被拉動成與通電的定子極對準，以使通過電機的磁阻路徑最小化。通過順序地激勵定子極，可以進行旋轉運動，以使轉子步進到下一個被激勵極。同步磁阻電機被設計為利用供應給定子繞組的受控頻率下的交流電來運行。轉子具有多個固有極，以在電機的磁路中產生取決于轉子的角位置的可變磁阻。這些固有極可通過沿著轉子的長度銑削軸向槽而產生。

技術實現要素：

描述了一種同步磁阻電機，并且包括定子和轉子，定子包括多個電繞組，轉子設置在形成于定子內的圓柱形空隙中。定子包括組裝到軸上的多個鋼疊片，其中該軸限定了縱向軸線。每個鋼疊片包括多個極，并且每個極包括布置在外周附近的多個槽。鋼疊片的槽縱向對齊。由各向異性材料組裝的多個堆疊布置在槽中。

從下面結合附圖對用于執行如所附權利要求中限定的本教導的一些最佳模式和其他實施例的詳細描述中，本教導的上述特征和優點以及其它特征和優點顯而易見。

附圖說明

現在參考附圖借助于示例描述一個或多個實施例，附圖中：

圖1示意性地示出了根據本公開的包括形成圓柱形空隙的環形定子的同步磁阻電機的截面圖，同軸轉子插入該圓柱形空隙中；

圖2示意性地示出了根據本公開的參考圖1所描述的同步磁阻電機的包括極裝置的單個疊片的單極部分的截面圖，該極裝置包括設置在其外周附近的多個槽，其中各向異性堆疊插入所述槽中；

圖3示意性地示出了根據本公開的各向異性堆疊的第一實施例的透視圖，其包括由穿插有非磁性隔片的多個各向異性疊片構成的疊片組；

圖4示意性地示出了根據本公開的各向異性堆疊的第二實施例的透視圖，其包括由多個各向異性疊片組成的疊片組，每個疊片具有用作磁通壁壘的多個空隙；以及

圖5示意性地示出了根據本公開的各向異性堆疊的第三實施例的透視圖，其包括由多個各向異性疊片組成的疊片組。

具體實施方式

現在參考附圖，其中描述僅是為了說明某些示例性實施例的目的，而不是為了限制本發明的目的，圖1示意性地示出了同步磁阻電機10的截面圖，該電機包括形成圓柱形空隙的環形定子12，同軸轉子20插入該空隙中，在定子12和轉子20之間形成有空氣間隙14。轉子20包括具有端部的可旋轉軸26，端部延伸穿過形成于定子12的端蓋中的孔，其中布置有適當的安裝和支承裝置。軸26限定了縱向軸線，徑向線正交于縱向軸線而延伸。定子12容納沿圓周布置的多個電繞組(未示出)。電繞組電連接到合適的裝置，例如逆變器，電繞組可以由控制器控制以產生旋轉電場，該旋轉電場感應出鄰近轉子20的磁場，以在轉子20中產生機械轉矩。可以控制電機10作為轉矩電機和/或發電機操作。同步磁阻電機10的總體操作對于本領域技術人員是已知的，因此這里不再詳細描述。

轉子20由多個盤狀疊片22構成，盤狀疊片層由各向同性鋼或諸如壓縮鐵粉的其它鐵磁材料制成。多個疊片堆疊并以壓配合或其它方式固定地組裝到軸26上以與其一致地旋轉。轉子20包括多個極部25，這些極部圍繞轉子軸26優選地以相同的預定間隔周向地定位。單個疊片22的一個極部25參考圖1示出，并且參考圖2另外詳細地示意性地示出。轉子20的實施例可以具有兩個極部25、四個極部25、六個極部25、八個極部25或任何其它合適數量的極部25。

轉子20優選地制造為使得磁導率在d軸28的方向上較低(即增加的磁阻)，并且在q軸29的方向上較大(即降低的磁阻)。磁阻電機的操作原理基于在空氣間隙14中的可變磁阻、在q軸29方向上的低磁阻和在d軸28方向上的高磁阻的存在。

轉子20的單個疊片22的極部25包括極裝置30，極裝置包括布置在其外周附近的設置在如圖所示的層31a、31b、31c和31d中的多個槽31，其中層31a、31b、31c和31d相對于外周邊24限定。示出了四個層，但是可以采用任何數量的層。當多個疊片22組裝到軸26上時，槽31對齊并且平行于由軸26限定的縱向軸線布置。

每個極裝置30限定d軸28和q軸29，其中d軸28與磁極的中心對齊，而q軸29與d軸28正交并且與轉子的兩個磁極的中點對齊。d軸28表示具有最低電感的方向，而q軸29表示具有最大電感的方向。因此，存在與每個極裝置30相關聯的d軸28和q軸29。

凸極比定義如下：

ξ，＝lq/ld

其中

ξ是凸極比

ld是沿著d軸28的電感，并且

lq是沿著q軸29的電感。

如本領域技術人員所知的，同步磁阻電機的性能隨著凸極比的增大而提高。

各向異性堆疊36插入槽31中。各向異性堆疊36之一的面部38被識別，并且表示各向異性堆疊36的在轉子20的任一端上可見的部分。與每個層31a、31b、31c和31d相關聯的所有槽可以是空隙34，或者與層31a、31b、31c和31d中的一個或多個相關聯的所有槽可以包含各向異性堆疊36。如圖所示，層31a和31b的槽31保留空隙34，并且層31c和31d的槽31包含各向異性堆疊36。

圖3示意性地示出了各向異性堆疊36的第一實施例，其包括由穿插有非磁性隔片46的多個各向異性疊片44構成的疊片組42。表示出了各向異性堆疊36的面部38和疊片軋制方向40，其中各向異性疊片44軸向地層疊。各向異性材料是沿著不同軸顯示出不等物理性質的材料。本文所述的各向異性疊片44優選地顯示出與在加工時根據材料的軋制方向而變化的磁芯損耗和感應磁導率有關的磁性能。具體地，與材料的正交方向相比，本文所述的各向異性疊片44優選地顯示出降低的磁芯損耗和在軋制方向上增加的感應磁導率。在一個實施例中，多個各向異性疊片44可以由晶粒取向的鋼材料制成。在一個實施例中，晶粒取向的鋼材料包括通過冷軋處理的鐵-硅磁性合金，其用于實現與磁芯損耗和感應磁導率相關的優選磁性能。可替換地，多個各向異性疊片44可以由采用快速凝固工藝形成的非晶態金屬合金制成。

示出了對于多個各向異性疊片44而言的疊片軋制方向40，以及當各向異性堆疊36插入轉子20中時轉子20的優選的主要的d軸28和q軸29。非磁性隔片46可以通過在各向異性疊片44的表面上的氧化物沉積來制成，或者可以由鋁或氧化鋁制成，或者包括兩者，這取決于所需的厚度。考慮到磁性能、磁導率、溫度，轉矩產生和其它因素，各向異性堆疊36和非磁性隔片46的厚度優選地在模擬電機負載條件下利用電機模擬來確定。還示出了各向異性堆疊36的深度50，并且表示各向異性堆疊36突入到轉子20的槽31中的長度。優選地，并且如圖所示，各向異性堆疊36的低磁阻軸線與轉子20的q軸29對齊，q軸對應于多個各向異性疊片44的冷軋方向40。可以限制各向異性堆疊36的深度50，以便減少渦流損耗和便于插入。

圖4示意性地示出了各向異性堆疊136的第二實施例，其包括由多個各向異性疊片144構成的疊片組142，每個各向異性疊片具有用作磁通壁壘的多個空隙146，其中各向異性疊片144徑向地層疊。空隙146可以使用任何合適的技術制造，例如沖壓或激光切割。每個各向異性疊片144具有平坦表面，空隙146被制造在平坦表面中。堆疊的各向異性疊片144的平坦表面具有的形狀類似于轉子20的相關槽31的至少一部分的橫截面形狀，各向異性堆疊136被組裝到該槽中。各向異性堆疊136之一的面部138被識別，并且表示各向異性堆疊136的在轉子20的任一端上可見的部分。

多個各向異性疊片144中的每一個優選地由晶粒取向的鋼材料制成。在一個實施例中，晶粒取向的鋼材料包括通過冷軋處理的鐵-硅磁性合金，其用于實現與磁芯損耗和軋制方向上的磁導率相關的優選磁性能。可替換地，多個各向異性疊片144可以由采用快速凝固工藝形成的非晶態金屬合金制成。

示出了對于多個各向異性疊片144而言的疊片軋制方向40，以及當各向異性堆疊136插入轉子20中時轉子20的優選的主要的d軸28和q軸29。還示出了各向異性堆疊136的深度50，并且表示各向異性堆疊136突入到轉子20的槽31中的長度。優選地，如圖所示，轉子20的q軸29與各向異性堆疊136的低磁阻軸對齊，低磁阻軸對應于多個各向異性疊片144的冷軋方向40。因此，各向異性堆疊136的該實施例包括由多個各向異性疊片144構成的疊片組142，每個各向異性疊片具有用作磁通壁壘的多個空隙146，其中轉子的q軸29與對應于材料的冷軋方向的低磁阻軸對齊。在各個各向異性疊片144之間不需要隔片。然而，疊片組142的端部部分在d軸磁通的路徑中不存在壁壘。該泄漏路徑在低材料滲透方向上，垂直于軋制方向，因此泄漏相對較低。

圖5示意性地示出了各向異性堆疊236的第三實施例，其包括由多個各向異性疊片244構成的疊片組242。各向異性堆疊236的面部238被識別，并且表示各向異性堆疊236的在轉子20的任一端上可見的部分。每個各向異性疊片244具有平坦表面，該平坦表面具有的形狀類似于轉子20的相關槽31的至少一部分的橫截面形狀，各向異性堆疊236組裝到該槽中。多個各向異性疊片244中的每一個優選地由晶粒取向的鋼材料制成。在一個實施例中，晶粒取向的鋼材料包括通過冷軋處理的鐵-硅磁性合金，其用于實現與軋制方向上的磁導率相關的優選磁性能。可替換地，多個各向異性疊片244可以由采用快速凝固工藝形成的非晶態金屬合金制成。

示出了對于多個各向異性疊片244而言的疊片軋制方向40，以及當各向異性堆疊236插入轉子20中時轉子20的優選的主要的d軸28和q軸29。還示出了各向異性堆疊236的深度50，并且表示各向異性堆疊236突入到轉子20的槽31中的長度。優選地，如圖所示，轉子20的q軸29與各向異性堆疊236的低磁阻軸對齊，低磁阻軸對應于多個各向異性疊片244的冷軋方向40。

本公開改進了同步磁阻轉子的轉子凸極性。可替換地，可以改進以電機每安培轉矩和效率的形式的電機性能。此外，由于使用軸向地插入轉子槽中的晶粒取向的鋼疊片，所以可以改進同步磁阻電機的實施例的凸極性。晶粒取向的鋼疊片軸向地放置在徑向疊片的轉子槽中，產生具有軸向疊片和徑向疊片的混合結構。高凸極比(lq>>ld)可以增加轉矩產生并提高電機效率。改進的凸極性也提高了電機的高速性能。轉子凸極性的改進由于晶粒取向的疊片的軸向插入通過增加q軸電感來實現，同時保持d軸電感不受影響。使用徑向疊片和軸向疊片堆疊有利于更高的極數，從而更高的速度操作，增加每安培的轉矩和增加峰值電機轉矩以實現類似的性能。

如本說明書和權利要求中所使用的，術語“例如”、“比如”、“諸如”和“像”以及動詞“包括”、“具有”、“包含”和其他動詞形式，當與一個或多個部件或其他項目的列表結合使用時，每個都被解釋為開放式的，意味著列表不應被認為是排除其他附加部件或項目。其他術語應使用其最廣泛的合理含義來解釋，除非它們在需要不同解釋的上下文中使用。

應當理解，雖然在以上描述中使用了諸如優選的、優選地、優選或更優選的詞語表示所描述的特征可能是更期望的，但是它可以不是必要的，并且可以預期缺少該特征的實施例也在本公開的范圍內，本公開的范圍由所附權利要求限定。

在閱讀權利要求時，旨在當使用諸如“一”、“一個”，“至少一個”或“至少一個部分”的詞語時，意圖不是將權利要求僅限制為一個項目，除非特別在權利要求中相反地說明。

詳細描述和附圖或圖是對本教導的支持和描述，但是本教導的范圍僅由權利要求限定。雖然已經詳細描述了用于執行本教導的一些最佳方式和其他實施例，但是存在用于實踐所附權利要求中限定的本教導的各種替代設計和實施例。