[发明专利]一种带软磁材料的高速开关磁阻电机转子

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及是一种带软磁材料的高速开关磁阻电机转子。

背景技术

开关磁阻电机不同于传统交直流电机，它的主要工作原理是：遵循“磁阻最小原理”，依靠不同转子位置的磁阻及电感变化来产生电磁转矩。电机本体具有双凸极结构特点，根据定转子凸极数的不同可以将其做成两相、三相、四相以及更高相数的磁阻电机，而两相4/2极、开关磁阻电机更适于应用于高速和超高速驱动领域。

与其他类型高速电机比较，高速开关磁阻电机具有结构简单坚固、可靠性高、容错能力强、调速性能优异等显著特点，非常适合应用于高速驱动领域。由于两相4/2极、开关磁阻电机是转子凸极数量最少的磁阻电机，而且具有最简单的外部控制器结构，使其更容易实现高速和超高速运行。但是，现有两相4/2极、开关磁阻电机的转子结构均不具有双向自启动能力，而且具有较为突出的转矩脉动问题，限制了它的应用范围。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种带软磁材料的高速开关磁阻电机转子，采用该转子可实现两相电机的双向自启动、减小转矩脉动。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种带软磁材料的高速开关磁阻电机转子，包括轴、转子凸极和转子轭，在两个转子凸极上各开设一个凸极凹槽，两个凸极凹槽相对称，凸极凹槽由两个相对称的凹槽构成，在凸极凹槽内设置其体积40～50%的软磁材料。

当转子高速运行时，利用离心力使软磁材料保持在凸极凹槽的一个凹槽内；当电机反向旋转时，软磁材料随离心力方向而改变位置，保持在凸极凹槽的另一个凹槽内。

所述的软磁材料为高磁导率的软磁材料颗粒。

所述的高磁导率的软磁材料颗粒如高磁导率的软磁合金材料、高磁导率的软磁铁氧体或铁镍合金等。

所述通过软磁材料影响转子凸极边缘气隙部位的磁导和磁通变化，增加转矩输出。

所述凸极凹槽的周向尺寸不小于转子与定子凸极弧度之差。

所述凸极凹槽的截面为圆弧形，其外圆弧线的圆心与转子凸极（2）的外圆弧线的中心有一定的偏差，偏差量为1/2.5～1/2倍的两圆弧半径差。

所述当带软磁材料的高速开关磁阻电机转子进行叠片组装时，其最两端的转子的凸极凹槽用端盖密封；或者最两端的转子不开凸极凹槽。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

在定转子凸极重合区域范围内，传统的高速开关磁阻电机定转子间的气隙磁导基本不变或变化很小，致使产生的电磁转矩很小，形成转矩死区。若要使其具有更宽的电流导通区域，即实现任何转子位置的自启动，就必须尽量增加定转子凸极重合位置的磁通变化，以增加转矩输出。

现有改进的转子结构大多通过改变转子凸极形状来增加定转子重合区域的气隙磁导变化，尽管能够起到一定作用，但很难实现电机正反向的对称运行，而且不具有双向自启动能力。

而本发明提供的带软磁材料的高速开关磁阻电机转子，是在转子凸极部位开设两个对称的凸极凹槽，凸极凹槽中充满约二分之一体积的高磁导率软磁材料颗粒，软磁材料具有磁导率高、涡流效应小等优点，与普通硅钢片配合利用，能够实现在适当位置改变磁通路径和大小的作用。这样通过软磁材料影响转子凸极边缘气隙部位的磁导和磁通变化，进而增加转矩输出。同时，在电机在高速运行时，这种转子结构能够利用强离心力使软磁材料保持在半个凹槽内，当电机反向旋转时，软磁材料随离心力方向而改变位置，保持在另半个凹槽内。因此，软磁材料在转子凸极上的位置随电机转向变化而自动转换，实现双向自启动能力。

本发明提供的带软磁材料的高速开关磁阻电机转子没有改变凸极外圆尺寸，因此不会影响其它电磁参数，如极弧系数等，因而不会降低平均输出转矩。当电机定子绕组通电流后，会产生气隙磁场，由于转子凸极部位存在不同磁导率的三种材质：空气、硅钢材料、高磁导率软磁材料，使得在定转子凸极重叠时的气隙磁导时刻在变化，从而不断产生转矩，这样电流导通范围可以随之扩大，同时一定程度上提高了转矩波形的下限值，减小了转矩脉动。

使用本发明提供的转子的高速开关磁阻电机在两相、4/2极结构下就能够实现双向自启动能力，而且能够增加输出转矩，提高运行效率，同时能够降低转矩脉动，减小电磁振动和噪声。这种特性能够增加电机转速范围，更容易实现低噪声和超高速运行，非常适合于高速电主轴加工及离心压缩机用电机。

使用本发明提供的转子结构能够大大简化控制器结构，降低控制系统的成本。

附图说明

图1为带软磁材料的高速开关磁阻电机逆时针旋转时的转子冲片结构示意图；