[发明专利]一种混合材料同步磁阻电机转子结构及同步磁阻电机

说明书

本发明公开一种混合材料同步磁阻电机转子结构及同步磁阻电机，所述同步磁阻电机转子结构采用混合材料磁芯，主体部分转子铁芯由非取向性硅钢片材料制备而成，采用轧制方向与转子铁芯d轴相一致的取向性硅钢片组件填充转子铁芯的磁障，并且，取向性硅钢片组件上设置有多层内部磁障，利用取向性硅钢片在不同方向呈现不同磁导率的特性，充分发挥取向性硅钢片单向导磁优势，提高了电机的凸极差；且取向性硅钢片铁芯损耗低，降低电机铁芯损耗，从而能够有效的提高电机的输出转矩和效率。

技术领域

本发明属于同步磁阻电机技术领域,具体涉及一种混合材料同步磁阻电机转子结构及同步磁阻电机。

背景技术

由于稀土永磁体价格较为昂贵，因此同步磁阻电机逐渐受到关注。同步磁阻电机无永磁体，其定子结构与感应电机的定子结构类似，转子磁芯由硅钢片叠压而成并在其上冲有多层磁障，这种特殊结构使其转子直交轴磁阻出现了较大差异，表现出强烈的凸极性，进而产生磁阻性质的转矩。电机的定子绕组通入三相对称电流时，其产生的磁场就会通过转子导磁桥形成回路，由于定子磁场为圆形旋转磁场，运行过程中就会对转子产生磁拉力带动转子做旋转运动。同步磁阻电机的定转子磁芯都为硅钢片，结构简单，加工容易，造价较低；转子上无绕组和永磁体，因此没有铜耗和永磁体涡流损耗，发热较低；转子不产生励磁磁场，因此电机在高速运行时不需要弱磁。同步磁阻电机能够不借助永磁励磁运行，具有成本低、调速范围广、机械稳定性好、控制便捷，容错性能优良等优势，因此广泛应用于电动汽车、国防科技、家用电器等领域。

传统的同步磁阻电机在转子铁芯上冲出多层磁障，磁障方向与转子铁芯的d轴方向相一致，d轴即为磁通容易通过的低磁阻方向，q轴是磁通较难通过的高磁阻方向。同步磁阻电机利用磁通流通路径中磁阻最小原理产生磁阻性质的转矩，并且所述磁阻转矩与d、q轴电感差值(以下称为凸极差)正相关。但是传统的同步磁阻电机凸极差有一定的限度，即磁阻转矩增加到一定值后很难再增加。因此如何提高同步磁阻电机的凸极差成为国内外的热点研究问题。现有研究中为提高转矩提出的设计方案包括对电机极槽比，磁障占有率，磁障层数进行了优化分析、磁障中加入永磁体结构、改变电机转子结构、转子采用轴向叠置增加轴向磁通屏障的层数。这些提高转矩的研究方法主要是从磁障隔磁层占有率，磁障结构以及拓扑优化等方面考虑，磁阻转矩达到一定值后很难再增加。永磁助磁式同步磁阻电机和传统同步磁阻电机相比，凸极差没有显著的增加，即磁阻转矩没有大的提升，只是由于在转子中加入了永磁体使得该电机的永磁转矩得到了一定的提升，并且永磁体的存在，这就提升了电机成本，且降低电机运行稳定性。

专利CN113315437A提出了一种同步磁阻电机转子结构，该结构转子铁芯由转子冲片叠压而成，并且其上冲出多层磁障，磁障形状由分段线性插值方法构造。该结构加工简单，但是该结构与传统U型磁障的同步磁阻电机相比，凸极差没有显著的增加，即磁阻转矩没有较大的提升，只是转矩脉动降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：传统同步磁阻电机凸极差有一定的限度，因此磁阻转矩达到一定值后很难再增加，会出现转矩密度在负载增加的情况下难以进一步提高的问题。

本发明的目的在于提出一种混合材料同步磁阻电机转子结构及同步磁阻电机，以解决上述背景技术中存在的技术问题，应用取向性硅钢片材料提高同步磁阻电机直轴磁场的导磁能力，提高输出转矩；为了便于大规模加工制造，本方法是在无取向性硅钢片磁芯的相关磁障内部上镶嵌有取向性硅钢片磁芯，且有取向性硅钢片磁芯中含有多层内部磁障结构，利用取向性硅钢片轧制方向导磁性能好且剪切方向导磁性能一般的特点，提升了同步磁阻电机的凸极率，进而提高其转矩密度。