CN202111047433.9一种取向硅钢制作的电机凸极转子

权利要求

1.一种取向硅钢制作的电机凸极转子，包括凸极极身与轭部，其特征在于：凸极极身与轭部由取向硅钢一体制作而成，整个转子的易磁方向为径向；轭部厚度H、相邻凸极根部中心点距离L和凸极极身宽度T之间满足H≥0.42L且T≥0.31L。

2.如权利要求1所述的一种取向硅钢制作的电机凸极转子，其特征在于：当所述的电机转子带有极靴时，其极靴肩角θ≥40°。

3.如权利要求1所述的一种取向硅钢制作的电机凸极转子，其特征在于：当所述的电机转子带有极靴时且其极靴肩角θ＜40°时，其极靴厚度H1与伸出距离L1之间满足

说明书

一种取向硅钢制作的电机凸极转子

技术领域

本发明属电机技术领域，具体涉及一种取向硅钢制作的电机凸极转子。

背景技术

随着我国工业技术的发展，以电机为主要驱动结构的行业飞速发展，广泛应用与汽车，飞机，伺服执行机构里。凸极电动机相比于隐极式电机，内部存在凸极转矩，功率密度略高，备受大家关注。凸极转矩，主要依靠主要是凸极(d轴)与极间(q轴)磁导不同，依靠这种磁导的变化产生转矩(亦称磁阻力矩)，提升d轴导磁能力可有效提升凸极转矩，提升电机性能。开关磁阻电机、磁通切换电机、电励磁同步电机均属于凸极电机。

电机铁芯主要由硅钢片制作而成，硅钢材料分为取向硅钢与无取向硅钢。取向硅钢的磁性有强烈的方向性，分为易磁方向(取向方向)与难磁方向(垂直于取向方向)。在易磁方向上铁损值最低、磁导率最高和在一定的磁化场下有高的磁感值，但是在难磁方向上，其铁损、磁导率等性能极差，性能远远低于无取向硅钢。受到电机内部磁场方向多变的影响，特别是旋转部分，取向硅钢的使用会恶化电机性能，极少应用于电机转子当中，在电机定子铁芯中有一定的应用，例如专利CN201711476191.9、CN201721898335.5、CN201420187796.1等。无取向硅钢在每个方向特性都一致，广泛的应用于电机领域。

专利CN201711476191.9与CN201721898335.5中将多个由取向硅钢叠片组成的U形铁芯粘结成一个环形取向硅钢定子铁芯。专利CN201420187796.1将各个取向硅钢片上设置固定孔，各层取向硅钢片层通过串接取向硅钢片上的固定孔后与定子铁芯固定片固定。专利CN201710919689.1采用无取向硅钢与取向硅钢共同作用配合的方式，特别在环形定子铁芯基体的上、下端面分别设置多个对称的定子铁芯嵌件，形成双层定子铁芯嵌件的结构。专利CN201922182786.4中铁芯本体由有取向硅钢片叠合而成，定子轭部之间设有可拆卸连接结构，可拆卸连接结构包括限位块以及限位槽，限位块、限位槽分别处于定子轭部的两端，且限位块与限位槽适配。可以看出现有技术在利用取向硅钢时均集中于电机定子方面，且需要拼接、粘接、打孔固定或者限位，以保证定子齿部磁场与取向硅钢一致，提高电机性能。上述拼接、粘接、打孔固定或者限位会增加电机二次气隙，降低电机性能且耗费过多工艺、人力成本。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种取向硅钢制作的电机凸极转子。基于取向硅钢制作并进行特殊结构设计，将电机旋转方向与取向硅钢难磁方向设置一致，可降低电枢反应的影响，进一步提高电机输出功率。本发明能够提高电机功率密度与效率，且无二次气隙与额外的工艺需求。

一种取向硅钢制作的电机凸极转子，包括凸极极身与轭部，其特征在于：凸极极身与轭部由取向硅钢一体制作而成，整个转子的易磁方向为径向；轭部厚度H、相邻凸极根部中心点距离L和凸极极身宽度T之间满足H≥0.42L且T≥0.31L。

进一步地，当所述的凸极转子包含极靴时，其极靴肩角θ≥40°。

进一步地，当所述的凸极转子包含极靴时，其极靴肩角θ＜40°，且其极靴厚度H1与伸出距离L1之间满足

本发明的有益效果是：由于采用取向硅钢整体制作电机凸极转子，可以避免现有专利存在的二次气隙以及额外拼接工艺的问题。此外，由于取向硅钢的难磁方向与电机旋转方向一致，可以降低切向电枢反应的影响，同时提高凸极比，提升电机性能。

由于采用在转子极身部分取向硅钢的易磁方向与磁力线走向一致，可以保证转子极身处取向硅钢性能完全利用到，增加磁场强度、降低铁损；在轭部，通过设置轭部厚度H、相邻凸极根部中心点距离L和凸极极身宽度T之间满足H≥0.42L且T≥0.31L，能够保证取向硅钢在转子轭部中磁力线不再以难磁方向分布，其性能与传统无取向硅钢持平或占优，这样可以采取整体取向硅钢做转子，避免了现有技术需拼接的不足。共同在磁极极身和轭部提高电机磁场，降低铁损。

当凸极结构包含极靴时，极靴中磁力线分为两部分，中间部分直接沿着易磁方向，两侧以极靴肩角的夹角方向分布。通过设置极靴肩角θ≥40°，保证转子极靴两侧部分的取向硅钢性能利用效果与无取向硅钢持平或者占优；或当极靴肩角θ＜40°，通过设置极靴厚度H1与伸出距离L1之间满足
保证极靴两侧的磁力线夹角与易磁方向小于40°。这样在极靴中间部分其性能好于无取向硅钢，两侧呈持平或者占优，整体极靴上增加电机磁场且降低损耗。

附图说明

图1是本发明的一种取向硅钢制作的电机转子内部磁力线示意图；

图2是本发明的转子结构的几何尺寸示意图；

图3是本发明电励磁同步电机转子结构及肩角示意图；

图4是本发明电励磁同步电机转子结构及极靴厚度、伸出距离示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供了一种取向硅钢一体制作而成的电机凸极转子，其易磁方向为径向，其结构及内部磁力线方向如图1所示。在转子极身部分，取向硅钢的易磁方向和磁力线方向一致，为径向分布；在转子轭部，磁力线与易磁方向呈现锐角，以斜线闭合。如图2所示，设转子轭部厚度为H、相邻凸极根部中心点距离为L和凸极极身宽度为T，假定轭部磁力线与取向硅钢的易磁方向夹角为40°(取向硅钢在易磁方向夹角40°时，性能基本与无取向硅钢一致)，那么，其轭部磁力线最长路径S1为：

此外，相邻凸极根部中心点距离L与凸极转子轭部厚度H存在如下关系：

而传统无取向硅钢的轭部磁力线最长路径S2为：

应当保证S2≥S1，这样同等条件下取向硅钢在轭部路径短，磁路损耗低于无取向硅钢，因此，可以推出H≥0.42L同时T≥0.31L。

图3为采用上述设计的电励磁同步电机转子结构及肩角θ示意图。当肩角θ大于等于40°时，可以保证磁极极靴部分磁力线进入方向与取向硅钢的易磁方向夹角小于等于40°，这样在极靴部分取向硅钢比传统无取向硅钢占优势，其磁力线如图3虚线所示。当肩角θ小于40°，甚至为0°时，如图4所示，当其极靴厚度H1与伸出距离L1之比大于tan40°，即
时，可以保证磁力线的极限角度如图4虚线所示，同样使得取向硅钢比传统无取向硅钢占优势。

本发明通过如上特殊尺寸设计，使得在轭部与极靴结构中取向硅钢与传统无取向硅钢性能持平或略占优势，在极身完全占优势，最终性能好于无取向硅钢方案。其次，本发明的转子部分完全一体，无需任何拼接或螺栓固定，既保证转子强度，又省加工成本且无二次气隙问题。最后，由于转子结构的易磁方向为直轴方向，其切线方向为难磁方向，这样不但可以加强对转子电枢反应的抵抗能力还可以增加凸极比，进一步提升电机性能。