一种自风冷却转子磁阻类电机，包括转子和定子，其特征在于：所述转子和定子的凸极齿都是轴流风机扇叶结构形状的倾斜齿，转子的具体形状是：以转子凸极齿高中心与转子中心轴线的距离为半径，以转子中心轴线为中心的圆柱面与凸极齿侧面形成空间交线，该交线在该圆柱面展开的平面图上展成的曲线是圆弧状曲线，内外两条圆弧状曲线组成圆弧状叶片，该圆弧状叶片的中心圆弧线由进气口角度β和出气口角度α↓［２］决定；所述的进气口角度β是指：以转子中心轴线为中心，以转子凸极齿高中心与转子中心轴线的距离ｒ↓［２］为半径，作与转子长度相等的圆柱面（７），该圆柱面（７）与凸极齿侧面形成空间交线（１１），并将该圆柱面（７）展开成为平面，则空间交线（１１）展成为平面圆弧状曲线（１２），内外两条平面圆弧状曲线组成圆弧状叶片，这样即构成了平面叶栅，圆弧状叶片中心圆弧线（２０）的进气口处切线（２１）与转子中心轴线平行线（２９）之间的夹角称为进气口角度β；所述的出气口角度α↓［２］是指：平面圆弧状叶片中心圆弧线（２０）的出气口处切线（２８）与转子中心轴线平行线（３１）之间的夹角称为出气口角度α↓［２］；进气口角度β＝ｔａｎ↑［－１］Ｃ／Ｕ，出气口角度α↓［２］＝ｔａｎ↑［－１］＊＊＊，Ｃ↓［２ｕ］＝Ｌ↓［ｕ］／Ｕ，式中的Ｃ为进气绝对速度，Ｕ为轮缘速度，Ｌ↓［ｕ］为轮缘功；定子凸极齿的形状由转子凸极齿的形状决定：转子凸极齿侧面在以转子外半径ｒ↓［１］为半径的圆柱切面平面展开图上形成曲线Ｌ↓［Ａ］（１８），定子凸极齿侧面在以定子内半径ｒ↓［４］为半径的圆柱切面平面展开图上形成曲线Ｌ↓［Ｂ］（１９），将这两个平面展开图的宽度即圆柱面的周长均缩放至单位１，则曲线Ｌ↓［Ａ］和曲线Ｌ↓［Ｂ］缩放成的曲线形状完全相同。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术为一种自风冷却转子磁阻类电机，包括开关磁阻电机、双凸极电机、感应子电机 等，属于电机
技术介绍
磁阻类电机是通过磁阻的变化来实现机电能量的转换。该类电机主要包括开关磁阻电 机、双凸极电机、感应子电机等。以双凸极电机为例，转子采用硅钢片冲制叠压而成，转子 上有凸极结构，无绕组，无电刷，因而该型电机具有结构简单、运行可靠的突出优点，尤其 适合于高速运行。另外，电励磁双凸极电机还具有其励磁功率相对较低的优点，因此双凸极 电机在航空航天、舰船、绿色能源等各个领域的动力系统及电源系统有广泛的应用前景。然而，由于该类电机是通过磁阻的变化来实现机电能量的转换，尤其是双凸极电机，其 定子、转子的磁通都是交变的，因此它存在明显的涡流损耗，效率相对较低，定子、转子温 升明显。这样轻则会影响绕组寿命，重则会损坏绕组。通常的方法是降低绕组电流密度选取、 减小导磁体工作磁通密度选取、增大外部散热面积等方法来减小温升，但是这会增大电机的 体积重量，造成浪费。这就限制了该类电机的应用范围，尤其是大功率场合的应用。
技术实现思路
本专利技术在该类电机基本原理和结构的基础上，利用转子凸极的结构特点，提出一种具有 轴流风机扇叶结构形状自风冷却功能转子、能够有效散除转子热量的新型磁阻类电机。利用 本专利技术可以在电机设计时提高绕组电流密度选取、提高导磁体工作磁通密度选取，减小外部 散热面积，最大限度地降低电机的体积重量、优化电机的尺寸，节省资源，降低消耗。尤其 适合于低转速、大功率的应用场合。本专利技术的自风冷却转子磁阻类电机，包括开关磁阻电机、双凸极电机、感应子电机等， 适用于6n/4n极、或8n/6n极、或10n/8n极结构，n为正整数，或其它各种基本结构，此处 所谓的各种结构名称描述的是定子及转子上凸极齿的个数，例如所谓的6/4极是指定子有 6个凸极齿，转子有4个凸极齿，等等；同时适用于各种励磁方式，包括电励磁、永磁体励 磁及混合励磁，和各种工作方式，包括电动工作及发电工作。以6/4极结构双凸极电机为例。其它结构的磁阻类电机的设计与此完全相同，所不同的 仅仅是转子以及定子上凸极齿的个数不一样。该专利技术电机除了具有轴流风机扇叶结构形状自风冷却功能转子以外，在(其它)电性能上 与直齿结构转子双凸极电机是一致的，从电机横截面上看每一个横截面都是一致的，并且与 直齿结构转子双凸极电机的横截面一致。但是，该专利技术电机转子和定子的凸极齿都是轴流风机扇叶结构形状的倾斜齿，符合以下描述转子凸极齿按轴流风机扇叶转动中吸气的原理设计，同时为了适应转子凸极齿形状， 定子上每个凸极齿也进行相应倾斜。以转子凸极齿高中心与转子中心轴线的距离Q(转子外 半径与转子内半径的平均值)为半径，以转子中心轴线为中心作与转子长度相等的圆柱面， 该圆柱面与凸极齿侧面形成空间交线。将该圆柱面展开成为平面，空间交线展成平面圆弧状 曲线，内外两条平面圆弧状曲线组成圆弧状叶片，这样即构成了平面叶栅。圆弧状叶片中心 圆弧线，简称中弧线，其进气口处切线与转子中心轴线平行线之间的夹角称为进气口角度A 其出气口处切线与转子中心轴线平行线之间的夹角称为出气口角度a2。所述的圆弧状曲线，由进口角度/9和出口角度"2以及转子长度决定，/ = tan—'^， a2=tan-1C， c2u=&，式中的为C进气绝对速度，[/为轮缘速度，丄u为轮缘功。当转子转动时，凸极产生对气体的抽吸力，将气体引入电机内部再由出口排出。在平面叶栅和对应的电机进气端速度三角形中，根据冷却气流量要求，确定进气绝对速度c,根据转速计算出轮缘速度f/，由速度三角形确定相对速度方向"。使转子凸极进口角^=仏避免进 气产生分离损失。圆弧状中弧线出口角"2要经过气动设计确定，长度根据电机转子长度确定。 在进气口凸极上加装一个整流罩，减小进气阻力。为了保持电机(其它)电性能不变，转子凸极齿侧面在以转子外半径n为半径的圆柱切面平面展开图上形成曲线LA,定子凸极齿侧面在以定子内半径Q为半径的圆柱切面平面展开 图上形成曲线LB，若将这两个平面展开图的宽度(圆柱面的周长)均缩放至单位1,則La和LB缩放成的曲线形状完全相同。不同的是定子有6个凸极齿，转子有4个凸极齿。在满足上述条件下，可以做到对电机设计的优化，既可以尽量多地带走转子损耗产生的热量，又可以做到由于使空气流动而损失的能量达到最小；同时电机结构改动小、没有明显增加其复杂程度。 附图说明图1: 6/4极结构自风冷却转子双凸极电机转子结构示意图 图2: 6/4极结构自风冷却转子双凸极电机转子结构示意图 图3: 6/4极结构自风冷却转子双凸极电机定子结构示意图图4:转子以凸极齿高中心高度Q(转子外半径与转子内半径的平均值)为半径的圆柱剖面平 面展开图图5:电机进气端速度三角形示意图图6:转子以外半径n为半径的圆柱切面平面展开图图7:定子以内半径「4为半径的圆柱切面平面展开图图中标号及符号说明1、双凸极电机转子；2、转子凸极齿；3、转子中心轴线；4、转 子外半径n; 5、转子内半径w 6、转子凸极齿高中心高度/"2(转子外半径与转子内半径的平 均值)；7、以转子凸极齿高中心高度^为半径的圆柱面；8、以转子外半径n为半径的圆柱 面；9、定子内半径q; 10、以定子内半径"为半径的圆柱面；11、圆柱面7与凸极齿侧面 形成的空间交线；12、空间交线11在展开平面上的平面曲线；13、圆弧状中弧线20的进气 口角度A 14、进气绝对速度C; 15、轮缘速度f/; 16、相对速度方向a; 17、相对速度『；18、转子凸极齿侧面在以转子外半径n为半径的圆柱切面平面展开图上形成的曲线LA; 19、 定子凸极齿侧面在以定子内半径^为半径的圆柱切面平面展开图上形成的曲线LB; 20、圆 弧状中弧线；21、圆弧状中弧线进气口处切线；22、转子中心安装孔；23、转子定位槽；24、 双凸极电机定子；25、定子中心轴线；26、整流罩截面；27、定子定位槽；28、圆弧状中弧 线出气口处切线；29、转子中心轴线平行线；30、圆弧状中弧线20的出气口角度《2; 31、 转子中心轴线平行线。具体实施方案以双凸极电机为例，由于双凸极电机的转子上只有凸极齿和齿槽，没有绕组，本专利技术提 出利用凸极齿和齿槽这种结构特点，将双凸极电机转子凸极齿设计成轴流风机的扇叶结构形 状，使转子转动时能够抽吸转子一端(进气端)周围的空气进入电机转子齿槽，再从转子另一 端(出气端)出去，直接带走电机转子产生的热量从而冷却电机。为了达到这个目的，可以依 据轴流风机扇叶的工作原理设计转子凸极齿的形状。图1与图2为6/4极结构自风冷却转子双凸极电机转子结构示意图，图3为6/4极结构 自风冷却转子双凸极电机定子结构示意图，图中的标号名称1、双凸极电机转子，2、转子 凸极齿，3、转子中心轴线，4、转子外半径n， 5、转子内半径 6、转子凸极齿高中心高 度r2(转子外半径与转子内半径的平均值)，7、以凸极齿高中心高度r2为半径的圆柱面，8、 以转子外半径n为半径的圆柱面，11、圆柱面7与凸极齿侧面形成的空间交线，18、转子凸 极齿侧面在以转子外半径n为半径的圆柱切面平面展开图上形成的曲线La, 22、转子中心 安装孔，23、转子定位槽，9、定本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自风冷却转子磁阻类电机，包括转子和定子，其特征在于：所述转子和定子的凸极齿都是轴流风机扇叶结构形状的倾斜齿，转子的具体形状是：以转子凸极齿高中心与转子中心轴线的距离为半径，以转子中心轴线为中心的圆柱面与凸极齿侧面形成空间交线，该交线在该圆柱面展开的平面图上展成的曲线是圆弧状曲线，内外两条圆弧状曲线组成圆弧状叶片，该圆弧状叶片的中心圆弧线由进气口角度β和出气口角度α↓［２］决定；所述的进气口角度β是指：以转子中心轴线为中心，以转子凸极齿高中心与转子中心轴线的距离ｒ↓［２］为半径，作与转子长度相等的圆柱面（７），该圆柱面（７）与凸极齿侧面形成空间交线（１１），并将该圆柱面（７）展开成为平面，则空间交线（１１）展成为平面圆弧状曲线（１２），内外两条平面圆弧状曲线组成圆弧状叶片，这样即构成了平面叶栅，圆弧状叶片中心圆弧线（２０）的进气口处切线（２１）与转子中心轴线平行线（２９）之间的夹角称为进气口角度β；所述的出气口角度α↓［２］是指：平面圆弧状叶片中心圆弧线（２０）的出气口处切线（２８）与转子中心轴线平行线（３１）之间的夹角称为出气口角度α↓［２］；进气口角度β＝ｔａｎ↑［－１］Ｃ／Ｕ，出气口角度α↓［２］＝ｔａｎ↑［－１］＊＊＊，Ｃ↓［２ｕ］＝Ｌ↓［ｕ］／Ｕ，式中的Ｃ为进气绝对速度，Ｕ为轮缘速度，Ｌ↓［ｕ］为轮缘功；定子凸极齿的形状由转子凸极齿的形状决定：转子凸极齿侧面在以转子外半径ｒ↓［１］为半径的圆柱切面平面展开图上形成曲线Ｌ↓［Ａ］（１８），定子凸极齿侧面在以定子内半径ｒ↓［４］为半径的圆柱切面平面展开图上形成曲线Ｌ↓［Ｂ］（１９），将这两个平面展开图的宽度即圆柱面的周长均缩放至单位１，则曲线Ｌ↓［Ａ］和曲线Ｌ↓［Ｂ］缩放成的曲线形状完全相同。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马运东，王芳，杨宏，周正贵，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84
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