CN113853724B - 四极同步磁阻马达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同步磁阻马达、特别是一种专用四极同步磁阻马达(1)，该同步磁阻马达具有：带有用于容纳绕组系统(8)的48个定子槽(3)的定子(2)；磁阻转子(5)，该磁阻转子通过气隙(10)与定子(2)间隔开，其中，磁阻转子(5)具有带有高导磁性的轴(d轴)和带有低导磁性的轴(q轴)；有导磁性的磁通引导部段(7)和磁通阻滞物(6)的布置，磁通引导部段和磁通阻滞物通过相应的布置形成磁阻转子(5)的d轴和q轴；磁阻转子(5)的几何槽距角(αr为6°或10°)，该几何槽距角处于气隙(10)处的两个相邻的磁通阻滞物(6)之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种四极同步磁阻马达。
背景技术
在同步磁阻马达中，使用具有相应留空部的磁阻转子叠片。通过冲压得到条形的叠片部段，该叠片部段用作为磁通引导部段，并且以对于提供转子所需磁阻的所需要的方式引导磁通量。非磁性区域径向地位于各个磁通引导部段之间，通过冲压形成该非磁性区域并且该非磁性区域设有空气或导磁性差的材料，即起磁通阻滞物的作用。通过条形的磁通引导部段得到高的转矩产量。基于非磁性区域，叠片组的导磁率沿q轴的方向、即沿磁阻滞方向相对小。条形的磁通引导部段横向于q轴延伸并且在环周方向上将转子相邻的极相连接，该极分别布置在d轴(磁优选方向)上。
因此，具有从内径到外径的磁通引导部段的d轴连续地由叠片组成，同时通过磁通阻滞物中断q轴。
这种同步磁阻马达从文献US 5 818 140 A1中已知，其中，在那里已经提出了减小转矩波动的可能性。与具有相同或几乎相同数量的定子和转子的槽距的同步磁阻马达相比(即Ns＝Nr)，此处提出的措施将转矩波动以及噪声和振动行为降低到一定百分比。
发明内容
以此为基础，本发明所基于的目的是：改进四极同步磁阻马达，即在不降低有效转矩的情况下，进一步减小转矩波动。
所提出的目的的解决方案通过同步磁阻马达、特别是四极同步磁阻马达来实现，其具有
-具有用于容纳绕组系统的48个定子槽的定子；
-磁阻转子，该磁阻转子通过气隙与定子间隔开，其中，磁阻转子具有带有高导磁性的轴(d轴)和带有低导磁性的轴(q轴)；
-有导磁性的磁通引导部段和磁通阻滞物的布置，该磁通引导部段和磁通阻滞物通过相应的布置形成磁阻转子的d轴和q轴；
-磁阻转子的几何槽距角(αr＝6°)，该几何槽距角处于气隙处的两个相邻的磁通阻滞物之间。
所提出的目的的解决方案同样通过同步磁阻马达、特别是四极同步磁阻马达来实现，其具有
-具有用于容纳绕组系统的48个定子槽的定子；
-磁阻转子，该磁阻转子通过气隙与定子间隔开，其中，磁阻转子具有带有高导磁性的轴(d轴)和带有低导磁性的轴(q轴)；
-有导磁性的磁通引导部段和磁通阻滞物的布置，该磁通引导部段和磁通阻滞物通过相应的布置形成磁阻转子的d轴和q轴；
-磁阻转子的几何槽距角(αr＝10°)，该几何槽距角处于气隙处的两个相邻的磁通阻滞物之间。
从现在起，根据本发明，根据槽距角αr或转子槽所选择的数量有利地将磁通屏障的数量最大化。由此，提高了机器的转矩密度还有平均转矩。通过所选择的槽距角或转子槽的数量、还有通过细丝状结构进而最终通过轴高度向上来限制磁通屏障的数量。
因此，磁通屏障是在电机的气隙的区域中在磁通屏障的端部处得到的接片。
通过在定子方面的磁阻转子的根据本发明的设计方案，从现在起显著地减少具有定子槽序数以及其倍数的振荡力矩。此外，在此最小化转矩波动。借此提高了平均转矩并提升了磁阻马达的功率。特别地，从现在起不再需要将磁阻马达在定子侧和/或转子侧以预设的倾斜角倾斜，但这能够选为附加实施的，以便进一步降低转矩波动。
为了在转速相对高的情况下，也在离心力方面获得足够的磁阻转子强度，接片在磁通阻滞物的转子的径向外边缘处形成周向连贯的连接环。
连接环能够由其他材料或仅由叠片的一部分——即一体式地构成，进而能够仅通过冲压过程在叠片处构成。
因此，根据环周位置，各个磁通屏障能够具有较大或较小的径向厚度。
例如，磁通屏障能够在d轴区域比在q轴区域径向更薄地构成。
附图说明
根据示例性示出的实施例更详细地解释本发明以及本发明另外的有利的设计方案。其中示出：
图1示出具有槽距的磁阻马达，
图2、图3示出分别具有其他槽距的磁阻马达，
图4示出磁阻转子的细节图。
具体实施方式
磁阻马达1具有带有定子槽3的定子2，绕组系统8位于定子槽中。绕组系统8既能够构成为单层绕组也能够构成为双层绕组。特别是在双层绕组的情况下，绕组串接地构成，其优选地由串接的线圈构成。有利地，三股绕组系统安置在定子槽3中。四极构成的磁阻转子5通过气隙10与定子2的内钻孔间隔开地布置。
例如，通过冲压预设的叠片得到条形的叠片部段，该叠片部段用作为磁通引导部段7并且在其中引导磁通量以提供磁阻转子5所需的磁阻。非磁性区域径向位于各个磁通引导部段7之间，通过冲压形成该非磁性区域并且该非磁性区域设有空气或导磁性差的材料，即起磁通阻滞物6的作用。通过条形和弧形的磁通引导部段7得到高的转矩产量。基于非磁性区域，由轴向堆叠的叠片形成的叠片组的导磁率沿q轴方向、即沿磁阻滞方向相对小。
条形的磁通引导部段7横向延伸，特别是垂直于q轴延伸并且在环周方向上将磁阻转子5的相邻的极连接，其中，极分别布置在d轴(磁优选方向)上。
用作磁通阻滞物6的留空部基本上弧形地从一个极延伸到相邻极。此外，该磁通阻滞物基本上是条形的。
出于稳定性的原因，磁通阻滞物6能够由径向延伸或定向的稳定接片15所中断。从磁性方面来看，在磁通阻滞物6内该稳定接片的物理位置并不重要。出于绘图的原因，稳定接片15的所示出的宽度大于实际尺寸。
径向地观察，在弧形的、条形的留空部、即磁通阻滞物6之间因此还同样得到条形的、弧形的磁通引导部段7。
弧形的、非磁性的留空部在相邻的极之间横向延伸、特别是垂直于q轴延伸，该q轴以角平分的方式位于d轴之间。因此，在q轴上实现磁通阻滞。
具有可能的磁阻转子叠片的磁阻马达1的图1至图3所示的横截面用于四极磁阻转子5。相应地，磁阻转子叠片具有两个相互垂直的d轴，d轴示出磁优选方向并且分别包括通过磁阻转子叠片的中心分开的d轴的一半。
因此，通过磁通阻滞物6和有导磁性的磁通引导部段7形成磁阻转子5的d轴和q轴。在电机或磁阻马达1的气隙10的区域中，磁通阻滞物6通过接片或磁通屏障11、12与气隙10间隔开并且形成环周连贯的连接环。这出于机械强度的原因是必要的，特别是在磁阻马达1高转速的情况下是必要的。磁阻转子5的预设的槽距角αr在磁通屏障11、12之间，即在真实的磁通屏障11和虚拟的磁通屏障12之间(根据图2)。
图1示出环周上布置有32个磁通屏障11的、几何上大约为10°的槽距角αr。
定子2的槽数为48，并且磁阻转子5的槽数为36。
其中，特别地由于制造或结构原因，槽距角αr能够设有直至±0.3°的公差。
图2和图3示出环周上布置有56个磁通屏障11的、几何上分别大约为6°的槽距角αr。在此，在图2中，存在48个真实构造的和8个虚拟构造的磁通屏障。在图3中，存在56个真实构造的磁通屏障11。在实施方案中，定子2的槽数为48个，并且磁阻转子5的槽数为60个。
其中，特别地由于制造或结构原因，槽距角αr在那里能够设有直至±0.5°的公差。
随后围绕旋转轴线可转动地支承转轴进而支承与其抗转动连接的磁阻转子5，使得磁阻转子5在磁阻马达1的定子2中能够实施围绕旋转轴线的旋转。
磁阻转子5具有作为磁活性部件的叠片组，该叠片组由分别具有软磁的、特别是铁磁的材料的多个层或叠片所组成。这些层还具有电绝缘子层，以便在磁阻马达1运行时阻止叠片组中的涡流。
转子叠片在叠片组中以轴向对齐的方式依次布置，使得留空部和相应地还有磁通引导部段7轴向对齐。因此，优选地，定子2和/或磁阻转子5不需要倾斜，以提供具有相对低的转矩波动的最大转矩。
然而，为了进一步降低磁阻马达的转矩波动，通过轴向观察，转子叠片还能够倾斜或交错地布置。
所有层的转子叠片都能够具有相同的横截面形状，这例如简化了在制造磁阻转子5的转子叠片组时的冲压过程。
为了使磁阻转子5在外圆周处闭合，每个转子叠片在其外边缘处都具有闭合的连接环。因此，闭合的连接环也将磁通以磁通引导部段7和磁通阻滞物6固定。在环周方向上观察，连接环具有一系列接片或磁通屏障。
该接片能够与相应的转子叠片在冲压过程的范畴中一体式地成型。然而，替选地或补充地，连接环也能够设置作为自身构件，该构件必要时随后附接在转子叠片组处。
图4在原理性的、未按比例的视图中示出真实的和虚拟的磁通屏障11、12，磁通屏障通过分别大约为6°的槽距角αr在环周方向上彼此间隔开。虚拟的磁通屏障12并非物理上或真实地存在，但是在评估槽距时需要被考虑。在当前情况下，磁通屏障12是虚拟的，因为径向最靠外的磁通阻滞物理论上应该被分成两个径向非常薄的磁通阻滞物。根据磁阻转子5的轴高度，借助于冲压工具制造这种细丝状结构是不可行的，或者是非常困难的。
真实的磁通屏障11形成磁通阻滞物6相对于气隙10的封隔。能够形成具有几乎直线平行的边缘或具有弧形的边缘的磁通屏障11的设计。这还取决于转子叠片处的制造可行性和/或强度需求。
磁阻转子5的根据本发明的设计能够应用于没有永磁体的同步磁阻马达1，以及应用于其转子具有永磁体的同步磁阻马达1。在此，永磁体以预设的数量和/或位置插入磁通阻滞物6中。
这种磁阻马达1作为主驱动器或伺服驱动器主要在机床中使用。同样地，能够设想在压缩机、泵或风扇中的应用。其他工业应用领域例如为挤压器或吹膜机。该磁阻马达1也能够用于食品工业。
这种磁阻马达1还在车辆工程的驱动器中使用，例如在矿用卡车、电动公共汽车、建筑机械的驱动器中使用以及在地下车辆中使用。
Claims (5)
1.一种四极同步磁阻马达（1），具有：
-带有用于容纳绕组系统（8）的48个定子槽（3）的定子（2）；
-磁阻转子（5），所述磁阻转子通过气隙（10）与所述定子（2）间隔开，其中，所述磁阻转子（5）具有作为磁活性部件的叠片组，所述叠片组由分别具有软磁的材料的多个层或叠片所组成，其中，所述层具有电绝缘子层，并且轴向对齐，其中，所述磁阻转子（5）具有带有高导磁性的d轴和带有低导磁性的q轴；
-有导磁性的磁通引导部段（7）和磁通阻滞物（6）的布置，所述磁通引导部段和磁通阻滞物通过相应的布置形成所述磁阻转子（5）的d轴和q轴；
-所述磁阻转子（5）的几何槽距角αr=6°，所述几何槽距角位于所述气隙（10）处的两个相邻的磁通阻滞物（6）之间，
-其中，根据槽距角αr或转子槽的所选择的数量，使磁通屏障的数量最大化，其中，所述磁通屏障为接片，所述接片在电机的气隙的区域中位于磁通阻滞物的端部处，其中，所述磁通屏障在d轴的区域中比在q轴的区域中径向更薄，
-其中，所述磁通阻滞物（6）在q轴的区域中构成为径向延伸的稳定接片（15）或者以没有稳定杆（15）的方式构成，
-其中，所述磁阻转子（5）不具有永磁体。
2.根据权利要求1所述的四极同步磁阻马达，其中，所述叠片组由分别具有铁磁的材料的多个层或叠片所组成。
3.根据权利要求1所述的四极同步磁阻马达（1），其特征在于，所述定子（2）和所述磁阻转子（5）都未倾斜地构成。
4.一种四极同步磁阻马达（1），具有：
-带有用于容纳绕组系统（8）的48个定子槽（3）的定子（2）；
-磁阻转子（5），所述磁阻转子通过气隙（10）与所述定子（2）间隔开，其中，所述磁阻转子（5）具有作为磁活性部件的叠片组，所述叠片组由分别具有软磁的材料的多个层或叠片所组成，其中，所述层具有电绝缘子层，并且轴向对齐，其中，所述磁阻转子（5）具有带有高导磁性的d轴和带有低导磁性的q轴；
-有导磁性的磁通引导部段（7）和磁通阻滞物（6）的布置，所述磁通引导部段和磁通阻滞物通过相应的布置形成所述磁阻转子（5）的d轴和q轴；
-所述磁阻转子（5）的几何槽距角αr=10°，所述几何槽距角位于所述气隙（10）处的两个相邻的磁通阻滞物（6）之间，
-其中，根据槽距角αr或转子槽的所选择的数量，使磁通屏障的数量最大化，其中，所述磁通屏障为接片，所述接片在电机的气隙的区域中位于磁通阻滞物的端部处，其中，所述磁通屏障在d轴的区域中比在q轴的区域中径向更薄，
-其中，所述磁通阻滞物（6）在q轴的区域中构成为径向延伸的稳定接片（15）或者以没有稳定杆（15）的方式构成，
-其中，所述磁阻转子（5）不具有永磁体。
5.根据权利要求4所述的四极同步磁阻马达，其中，所述叠片组由分别具有铁磁的材料的多个层或叠片所组成。
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| "Effect of the numbers of slots and barriers on the optimal design of synchronous reluctance machines";M. Palmieri, M. Perta, F. Cupertino and G. Pellegrino;《2014 International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM)》;第10.1109/OPTIM.2014.6850947.卷;260-267 * |
| 磁障渐变同步磁阻电机低转矩脉动转子优化设计;董砚;颜冬;荆锴;郭瑾;;电工技术学报(第19期);21-31 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3742583A1 (de) | 2020-11-25 |
| EP3949083B1 (de) | 2023-03-22 |
| US20220200375A1 (en) | 2022-06-23 |
| EP3949083A1 (de) | 2022-02-09 |
| WO2020233884A1 (de) | 2020-11-26 |
| CN113853724A (zh) | 2021-12-28 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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