同步磁阻電機(SynRM)中轉子的各向異性有助于減少昂貴的稀土永磁體以及銅條或鋁條的使用。因此與永磁體(PMSM)和感應電機(IM)相比，同步電機可能提供更高的性價比，成為未來牽引電機電氣化動力傳動系統(tǒng)強大的潛力市場。

對于高性能SynRM的設計來說，往往希望最大程度的獲得高Ld或低Lq指標，同時由于電動汽車的高速特性，研究新的轉子結構和幾何形狀，可以實現(xiàn)機械穩(wěn)健運行。

冷軋晶粒取向鋼(CRGO)是在嚴格的工藝控制下加工生產(chǎn)的產(chǎn)品，具有在軋制方向上合適的磁性和非常高的堆積因子。因此當在磁通路徑平行于軋制方向的設計中用作鐵心材料時，CRGO會在低勵磁電流下獲得高的高磁感應強度，并且其正常工作磁感應強度是充分低于材料的磁飽和的。這種高磁感應強度和高堆疊系數(shù)性能可以給電機鐵心提供更加緊湊的設計，有助于減小尺寸和重量。

圖1 冷軋晶粒取向鋼的典型磁特性

IEEE的研究員Taghavi等人提出了一種用于使用CRGO制作的4極同步電機的新轉子極組件，以提高用于牽引電機的轉矩密度。該項研究工作也是NSERC公司“特殊電機的設計和性能”工業(yè)研究項目中的一部分。

研究人員把CRGO鋼板被切割成如圖2所示的單級轉子疊片形狀，可以使得每個單極轉子疊片的磁通載體可以在軋制方向上對齊，使得q軸的方向垂直于軋制方向。

根據(jù)這一標準，單極轉子疊片的任何給定絕緣屏障的兩端都平行于軋制方向定位。此外，單極轉子疊片的切割布局減少了切割過程中鋼板的材料損失。這是通過使用交錯切割模式實現(xiàn)的，其中材料廢料最少。

圖2 分段磁極疊片的切割方法

如圖3所示單極疊片的不對稱幾何形狀是轉子疊片正確粘合的關鍵。以這種方式，在每個單極轉子疊片中，第一磁通載體在一側(d1)的寬度被設計成比另一側(d2)厚得多，而屏障的幾何形狀相對于q軸對稱。層壓組件從布置第一層開始由四個分段的桿組成。

第二層放置在第一層的頂部，同時每個單極疊片基本上圍繞q軸翻轉180 °,并且這種布置重復直到最后一層。因此在粘合過程中，可以在兩個連續(xù)層之間實現(xiàn)類似于變壓器鐵心的重疊圖案。重疊區(qū)域允許每個單磁極疊片在頂部和底部連接到另外兩個單磁極疊片，因此實現(xiàn)了整個轉子疊片上所有單磁極疊片之間的完全連接。

然而，在沒有重疊的情況下，每個單磁極疊片僅連接到一個上磁極疊片和一個下磁極疊片，并且在整個轉子疊片上保留了四條剖面線，這降低了結合過程中的機械完整性。在層間插入環(huán)氧樹脂材料并經(jīng)過兩小時的熱壓工序后，轉子疊片完成。

為了給制成的轉子提供適當?shù)臋C械完整性和堅固性，使用粘合技術將轉子單極疊片夾緊在一起。為此，在層間使用環(huán)氧樹脂粘合材料。每個轉子磁極疊片包括螺栓孔和導銷，在夾緊過程中提供適當?shù)膶手笇?，在適當?shù)臏囟认?，通過壓配合技術安裝兩個端板，從而完成轉子疊片組件。

圖3 （a）分段磁極疊片鐵心（b）具有重疊區(qū)的三層疊片結構（c）沒有重疊區(qū)的三層疊片結構

通過這種使用冷軋晶粒取向(CRGO)電工鋼的創(chuàng)新轉子鐵心設計和裝配制作的電機鐵心，實驗結果表明:與各向同性鋼(CRNGO)相比，配備有由CRGO制成的分段磁極轉子的機器在相同的工作點表現(xiàn)出較高的d軸感應和較低的q軸感應。

因此，在轉子芯中使用定向材料提高了電機凸極比，放大了輸出扭矩，并且在相同的運行負載下減小了電機尺寸，這是汽車應用所期望的。

此外，研究人員還提出了一種基于轉子和定子槽螺旋角的幾何方法來減小轉矩脈動。用數(shù)學方法表示轉子的適當槽距角，以實現(xiàn)更低的轉矩脈動。