[發明專利]襯套轉子同步磁阻電機

在審

• 申請號: 201710276530.2
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107370261A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: P.B.雷迪;K.M.格雷斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02K1/24
• 分類號: H02K1/24;H02K29/03
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 嚴志軍,李強

技術領域

本發明一般涉及電機，并且，更具體地涉及使用由復合襯套(composite sleeve)保持的轉子的同步磁阻電機拓撲。

背景技術

高速、高功率密度電機對牽引(traction)電動機應用是必不可少的。為了獲得每個單位體積的最多功率，永磁電機由于其許多理想屬性通常被使用。盡管內部永磁(IPM)機已經是輕型混合/電動車輛(HEV/EV)中牽引電動機的主要候選，但磁體的價格和可用性一直是關心的原因。通常，這些電動機使用釹鐵硼(NdFeB)永磁體，其包含象釹(Nd)一樣的輕稀土材料以及象鏑(Dy)一樣的重稀土材料。在使用這些稀土磁體方面的主要風險之一是在過去的幾年中他們的價格的顯著波動/增長。使用大量的這些磁體的牽引應用以及風力發電機曾受這些波動的嚴重影響。全球正在共同努力在不犧牲性能下試圖減少或消除稀土材料的使用。作為消除稀土材料的一部分，諸如感應、開關磁阻和同步磁阻的傳統拓撲被認為是替代方式。

同步磁阻機由于其平滑和簡單的被動式轉子結構(即沒有類似磁體或線圈的磁通勵磁結構)、與感應電動機相當的功率密度、低的轉子損耗、沒有磁體和簡單控制是特別吸收人的。特別是因為稀土材料價格的反復無常，在這種構造中沒有磁體是吸收人的。此外，消除了去磁或不受控制的反電動勢生成(電動機的反電動勢超過DC鏈接電壓)的風險。同步磁阻機的主要缺點是低功率因數和通常有限的恒定功率速度比率(CPSR)。這主要是由于橋和/或中心柱的存在，尤其是在高速機器中。圖1圖解說明具有橋12和中心柱14的傳統的同步磁阻機10。橋12和中心柱14提供用于提高同步磁阻機10中的泄露磁通的路徑。由于此泄露磁通并沒有增加所提供的電磁轉矩，泄露磁通的損耗降低了轉矩，因此降低了機器10的功率因數。此外，來自泄露磁通的電感增加了機器電壓，這限制了可用于轉矩產生的電壓。電壓的限制在高速操作中是特別有問題的，其中，橋12和中心柱14的存在降低了可用于轉矩產生的電壓，導致輸出轉矩的突然降低，即較低的恒定功率速度比(CPSR)。

具有大的轉子直徑的高速同步磁阻機要求有魯棒的物理保持。傳統的同步磁阻機10依賴通過轉子的磁通路徑，其必須由物理特征保持以防止其變形進入機器10的氣隙中。這些保持特征通常被構建到形式為橋12和中心柱14的轉子疊片的構造中。速度越高，轉子直徑越大，橋12和中心柱14就需要更厚。這些特征越厚，機器10的性能能力越低。由于旋轉轉子結構的機械限制，傳統的同步磁阻機10的性能通常不如永磁體形式的好，尤其是在高速應用中。

因此，需要能緩解對中心柱的需要以及適于高速操作的同步磁阻電機。減少中心柱既會顯著地減輕中心柱中泄漏路徑的問題，又會降低轉矩紋波和轉子損耗。

發明內容

根據本發明的一個方面，本發明公開了一種同步磁阻機。所述機器包括：定子；轉子，所述轉子設置于所述定子內并被配置成相對于所述定子旋轉；以及襯套，所述襯套設置在所述轉子周圍圓周方向上。

根據本發明的一個實施例，所述襯套是無磁性的。

根據本發明的一個實施例，所述襯套包括碳纖維或鉻鎳鐵合金。

根據本發明的一個實施例，針對安排在圓周方向上的每九層，所述襯套的中間纖維層可以安排在軸向方向上。

根據本發明的一個實施例，襯套厚度是氣隙半徑的函數。

根據本發明的一個實施例，所述電機被配置成在14,000轉數/分的最高速度下提供最大功率。

根據本發明的一個實施例，氣隙半徑大約為90mm。

根據本發明的一個實施例，襯套厚度在大約1mm和2mm之間。

根據本發明的一個實施例，所述轉子還包括針對每個橋的圓形拐角。

根據本發明的一個實施例，所述轉子還包括設置在每個轉子磁極的外中心區段中的多個不導電楔。

根據本發明的另一個方面，本發明公開了一種牽引電動機。所述牽引電動機包括：定子；同步磁阻轉子，所述同步磁阻轉子設置于所述定子內并被配置成相對于所述定子旋轉；以及襯套，所述襯套保持在所述轉子周圍圓周方向上。

根據本發明的一個實施例，所述襯套是無磁性的。

根據本發明的一個實施例，所述襯套包括碳纖維或鉻鎳鐵合金。

根據本發明的一個實施例，針對安排在圓周方向上的每九層，所述襯套的中間纖維層可以安排在軸向方向上。

根據本發明的一個實施例，襯套厚度是氣隙半徑的函數。