[发明专利]衬套转子同步磁阻电机

说明书

技术领域

本发明一般涉及电机，并且，更具体地涉及使用由复合衬套(composite sleeve)保持的转子的同步磁阻电机拓扑。

背景技术

高速、高功率密度电机对牵引(traction)电动机应用是必不可少的。为了获得每个单位体积的最多功率，永磁电机由于其许多理想属性通常被使用。尽管内部永磁(IPM)机已经是轻型混合/电动车辆(HEV/EV)中牵引电动机的主要候选，但磁体的价格和可用性一直是关心的原因。通常，这些电动机使用钕铁硼(NdFeB)永磁体，其包含象钕(Nd)一样的轻稀土材料以及象镝(Dy)一样的重稀土材料。在使用这些稀土磁体方面的主要风险之一是在过去的几年中他们的价格的显著波动/增长。使用大量的这些磁体的牵引应用以及风力发电机曾受这些波动的严重影响。全球正在共同努力在不牺牲性能下试图减少或消除稀土材料的使用。作为消除稀土材料的一部分，诸如感应、开关磁阻和同步磁阻的传统拓扑被认为是替代方式。

同步磁阻机由于其平滑和简单的被动式转子结构(即没有类似磁体或线圈的磁通励磁结构)、与感应电动机相当的功率密度、低的转子损耗、没有磁体和简单控制是特别吸收人的。特别是因为稀土材料价格的反复无常，在这种构造中没有磁体是吸收人的。此外，消除了去磁或不受控制的反电动势生成(电动机的反电动势超过DC链接电压)的风险。同步磁阻机的主要缺点是低功率因数和通常有限的恒定功率速度比率(CPSR)。这主要是由于桥和/或中心柱的存在，尤其是在高速机器中。图1图解说明具有桥12和中心柱14的传统的同步磁阻机10。桥12和中心柱14提供用于提高同步磁阻机10中的泄露磁通的路径。由于此泄露磁通并没有增加所提供的电磁转矩，泄露磁通的损耗降低了转矩，因此降低了机器10的功率因数。此外，来自泄露磁通的电感增加了机器电压，这限制了可用于转矩产生的电压。电压的限制在高速操作中是特别有问题的，其中，桥12和中心柱14的存在降低了可用于转矩产生的电压，导致输出转矩的突然降低，即较低的恒定功率速度比(CPSR)。

具有大的转子直径的高速同步磁阻机要求有鲁棒的物理保持。传统的同步磁阻机10依赖通过转子的磁通路径，其必须由物理特征保持以防止其变形进入机器10的气隙中。这些保持特征通常被构建到形式为桥12和中心柱14的转子叠片的构造中。速度越高，转子直径越大，桥12和中心柱14就需要更厚。这些特征越厚，机器10的性能能力越低。由于旋转转子结构的机械限制，传统的同步磁阻机10的性能通常不如永磁体形式的好，尤其是在高速应用中。

因此，需要能缓解对中心柱的需要以及适于高速操作的同步磁阻电机。减少中心柱既会显著地减轻中心柱中泄漏路径的问题，又会降低转矩纹波和转子损耗。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明公开了一种同步磁阻机。所述机器包括：定子；转子，所述转子设置于所述定子内并被配置成相对于所述定子旋转；以及衬套，所述衬套设置在所述转子周围圆周方向上。

根据本发明的一个实施例，所述衬套是无磁性的。

根据本发明的一个实施例，所述衬套包括碳纤维或铬镍铁合金。

根据本发明的一个实施例，针对安排在圆周方向上的每九层，所述衬套的中间纤维层可以安排在轴向方向上。

根据本发明的一个实施例，衬套厚度是气隙半径的函数。

根据本发明的一个实施例，所述电机被配置成在14,000转数/分的最高速度下提供最大功率。

根据本发明的一个实施例，气隙半径大约为90mm。

根据本发明的一个实施例，衬套厚度在大约1mm和2mm之间。

根据本发明的一个实施例，所述转子还包括针对每个桥的圆形拐角。

根据本发明的一个实施例，所述转子还包括设置在每个转子磁极的外中心区段中的多个不导电楔。

根据本发明的另一个方面，本发明公开了一种牵引电动机。所述牵引电动机包括：定子；同步磁阻转子，所述同步磁阻转子设置于所述定子内并被配置成相对于所述定子旋转；以及衬套，所述衬套保持在所述转子周围圆周方向上。

根据本发明的一个实施例，所述衬套是无磁性的。

根据本发明的一个实施例，所述衬套包括碳纤维或铬镍铁合金。

根据本发明的一个实施例，针对安排在圆周方向上的每九层，所述衬套的中间纤维层可以安排在轴向方向上。

根据本发明的一个实施例，衬套厚度是气隙半径的函数。