[发明专利]基于模块化方式构建磁路的开关磁阻电动机

说明书

技术领域

本发明涉及开关磁阻电动机，特别是涉及用非晶态合金叠片构建定子和/或转子磁路的开关磁阻电动机。

背景技术

现有技术磁阻同步电动机是利用转子的直轴与交轴磁阻不等而产生磁阻转矩的同步电动机。开关磁阻电机Switched Reluctance Motor，简称SRM，就是在所述磁阻同步电动机的基础上，自上世纪80年代中期发展起来的一种同步电动机，包括有着凸极结构的定子和转子，其定子冲片420′、转子冲片520′结构参见图10。所述SRM的结构简单坚固，转子上没有任何形式的绕组，不会发生如鼠笼感应电动机制造过程中鼠笼铸造不良和使用中断条等问题；同时，其转子机械强度高，可用于超高速运转，其定子也只有几个集中绕组，制造简便，绝缘容易。所述SRM不能直接接入电网作稳态运行，而必须与控制器一起使用，即SRM一般通过接入电网的开关磁阻电动机调速系统Switched Reluctance Drive，简称SRD，才能作稳态运行。所述SRD的基本构成框图如图11所示，包括SRM 100′、位置传感器600、电流检测器700、控制器800和电力变流器900。在所述SRM 100′定子上设置转子位置传感器600，将表征转子位置的电信号送至控制器800，并且通过由该控制器800控制运行的电力变流器900为所述SRM 100′的定子绕组供电，同时，控制器800还根据输入的指令和电流检测器反馈的信号对整个SRD协调控制，从而构成一个调速范围宽、调速性能优异，并且在整个调速范围内都具有较高效率和系统可靠性的SRD。现有技术SRD系统中SRM的机械特性如图12所示，起动和低速阶段是恒转矩区，一般用电流斩波控制，在中间一段恒功率区用角度位置控制。采用不同的可控条件匹配，可以得到不同的第一临界转速n1和第二临界转速n2的合理配合，获得所需要的机械特性。这种机械特性尤其符合牵引需要。尽管现有技术SRM仍有振动和噪声稍大，转矩和转速波动较大等不足之处，但是由于所述SRM实质上是一种高速、大步距的磁阻式步进电动机，兼具感应电机变频调速和直流电机调速的优点，比较适用于牵引传动，把它用作电动汽车和轨道高速电动车组的牵引电动机仍然有着明显的优越性和广阔的前途，选用SRM已逐渐成为牵引传动系统的发展趋势。

为充分发挥SRM用作牵引电动机或用于驱动泵类负载的优越性，应该将其设计为具有相当高的额定转速，例如n＝10,000r.p.m.，从而做到以较小的体积、较轻的重量和较低的成本实现牵引车辆或驱动泵类负载所需的额定功率。现有技术用作SRM定、转子的磁路材料，例如硅钢片冲片，导磁率不够高，体积电阻率不够大，虽然可以使用特别薄的冲片，例如0.08mm厚度的冷轧硅钢带冲片构建磁路，但仍然会在高转速、高频电流的运用条件下产生较大的损耗，影响了SRM体积的减小和效率的提高，而且价格很贵。非晶态合金是利用快速凝固技术制造的新型材料，具有优异的软磁性能，即高饱和磁感应强度、高导磁率、低矫顽力、高电阻率和极低的涡流效应，也就是非晶态合金的优点是铁损特别小。利用非晶态合金的上述特点，现有技术采用非晶态合金替代传统的硅钢片、坡莫合金以及铁氧体制造电机的磁路部分，有效地克服了传统电机在高转速、高频电流的运用条件下铁损太大的缺点。中国发明专利申请200810007282.2就公开了一种非晶合金定子铁芯的制备方法，即将非晶合金带材切片，并经过叠片、退火、粘结和切割等处理过程制成一个完整的定子。

在工业应用中，所述非晶态合金材料是将钢水直接铸造成0.03毫米厚度的带状材料。但是，由于制造非晶态合金带材存在技术局限性，使得非晶态合金带材的宽度目前最大只能达到84mm，如果采用上述的定子铁芯制备方法制造开关磁阻电动机，其定子和/或转子的磁路部分只能做得很小，其直径最大不会超过84mm，这种开关磁阻电机体积过小，不能满足所有用于电动汽车和轨道高速电动车组的牵引电动机的要求，大大制约了以非晶态合金作为定子和/或转子磁路部分的开关磁阻电动机的发展趋势。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出基于模块化方式构建非晶态合金定子和/或转子磁路的开关磁阻电动机，使定、转子的尺寸不再受到非晶态合金带材的宽度限制，从而可以按实际需求制造相应体积的开关磁阻电动机。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：