CN110112847A - 同步磁阻电机转子结构及具有其的电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同步磁阻电机转子结构及具有其的电机。同步磁阻电机转子结构，包括：转子铁芯，转子铁芯开设有多个狭缝槽，各狭缝槽的两端分别设置有填充槽，填充槽的靠近转子铁芯边缘的端部具有靠近转子铁芯的d轴的第一位置和远离d轴的第二位置，各填充槽的第一位置或第二位置设置有槽口；其中，在转子铁芯的同一极中，相邻的两个填充槽中的一个填充槽的第一位置设置有槽口时，另一个填充槽的第二位置设置有槽口。这样设置能够使得q轴磁通进一步阻隔，同时不影响d轴磁通进入定子，增大d轴、q轴磁通量之差，产生更大的磁阻转矩，增加电机出力及效率。达到降低电机转矩脉动的目的，降低电机振动的噪声。

Description

同步磁阻电机转子结构及具有其的电机

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种同步磁阻电机转子结构及具有其的电机。

背景技术

直接起动同步磁阻电机结合了感应电机与同步磁阻电机的结构特点，通过鼠笼感应产生力矩实现起动，通过转子电感差距产生磁阻转矩实现恒转速运行，能够直接通入电源实现起动运行。直接起动同步磁阻电机与直接起动永磁电机相比，没有稀土永磁材料，也不存在退磁问题，电机成本低，可靠性好；与异步电机相比，效率高，转速恒定。

传统的同步磁阻电机需要驱动器进行起动和控制运行，成本高，控制困难，而且驱动器占据一部分损耗，使整个电机系统效率下降。而现有技术中，专利公开号为CN106537740A的专利提供一种转子、磁阻机器和用于转子的制造方法，其转子通量截止部的填充材料到达转子周缘并且形成所述转子周缘的一部分，在通量截止部里填充材料后还需进行切削加工，制造时间长效率低，制造成本高，而且电机转矩脉动大，振动噪声大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种同步磁阻电机转子结构及具有其的电机，以解决现有技术中的电机转矩脉动大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种同步磁阻电机转子结构，包括：转子铁芯，转子铁芯开设有多个狭缝槽，各狭缝槽的两端分别设置有填充槽，填充槽的靠近转子铁芯边缘的端部具有靠近转子铁芯的d轴的第一位置和远离d轴的第二位置，各填充槽的第一位置或第二位置设置有槽口；其中，在转子铁芯的同一极中，相邻的两个填充槽中的一个填充槽的第一位置设置有槽口时，另一个填充槽的第二位置设置有槽口。

进一步地，位于d轴两侧且与d轴相邻的两个填充槽中的一个填充槽的第一位置设置有槽口，另一个填充槽的第二位置设置有槽口，或者，两个填充槽中的一个填充槽的第一位置设置有槽口，另一个填充槽的第一位置设置有槽口，或者，两个填充槽中的一个填充槽的第二位置设置有槽口，另一个填充槽的第二位置设置有槽口。

进一步地，槽口的宽度为k，其中，0.5σ≤k≤4σ，σ为定子铁芯与转子铁芯之间的气隙宽度。

进一步地，0.1W≤k≤0.7W，其中，w为填充槽的靠近转子铁芯边缘的端部的宽度。

进一步地，填充槽的靠近转子铁芯边缘的端部的侧壁上设置有斜边结构，斜边结构与槽口的沿转子铁芯的径向方向的几何中心线的夹角为θ，其中，120°≤θ≤160°。

进一步地，填充槽与其相邻的狭缝槽之间设置有加强筋，加强筋的宽度为L1，L1满足0.8σ≤L1≤3σ，σ为定子铁芯与转子铁芯之间的气隙宽度。

进一步地，过转子铁芯的q轴处设置有独立填充槽，独立填充槽靠近转子铁芯的外边缘设置，独立填充槽为弧形结构，独立填充槽朝向转子铁芯的轴孔一侧凸出地设置。

进一步地，填充槽和独立填充槽内填充导电不导磁材料，以使导电不导磁材料与位于转子铁芯两端的导电端环短接形成鼠笼。

进一步地，导电不导磁材料为铝或者铝合金。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括同步磁阻电机转子结构，同步磁阻电机转子结构为上述的同步磁阻电机转子结构。

应用本发明的技术方案，在转子铁芯的同一极中，通过将相邻的两个填充槽中的一个填充槽的第一位置设置有槽口时，另一个填充槽的第二位置设置有槽口。这样设置能够使得q轴磁通进一步阻隔，同时不影响d轴磁通进入定子，增大d轴、q轴磁通量之差，产生更大的磁阻转矩，增加电机出力及效率，同时增加电机过载能力。由于在同一极中，相邻的两个槽口采用不对称设计，使得该转子结构与定子齿槽产生的力矩脉动相互削弱，达到降低电机转矩脉动的目的，降低电机振动的噪声。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的同步磁阻电机转子结构的第一实施例的结构示意图；

图2示出了图1中A处放大结构示意图；

图3示出了根据本发明的电机与现有技术电机q轴电感对比图；

图4示出了根据本发明的电机与现有技术电机转矩曲线对比图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、转子铁芯；

20、狭缝槽；

30、填充槽；31、槽口；

40、独立填充槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种同步磁阻电机转子结构。

具体地，如图1所示，该转子结构包括转子铁芯10。转子铁芯10开设有多个狭缝槽20，各狭缝槽20的两端分别设置有填充槽30。填充槽30的靠近转子铁芯10边缘的端部具有靠近转子铁芯10的d轴的第一位置和远离d轴的第二位置，各填充槽30的第一位置或第二位置设置有槽口31。其中，在转子铁芯10的同一极中，相邻的两个填充槽30中的一个填充槽30的第一位置设置有槽口31时，另一个填充槽30的第二位置设置有槽口31。

在本实施例中，在转子铁芯10的同一极中，通过将相邻的两个填充槽30中的一个填充槽30的第一位置设置有槽口31时，另一个填充槽30的第二位置设置有槽口31。这样设置能够使得q轴磁通进一步阻隔，同时不影响d轴磁通进入定子，增大d轴、q轴磁通量之差，产生更大的磁阻转矩，增加电机出力及效率，同时增加电机过载能力。由于在同一极中，相邻的两个槽口31采用不对称设计，使得该转子结构与定子齿槽产生的力矩脉动相互削弱，达到降低电机转矩脉动的目的，降低电机振动的噪声。其中，该同步磁阻电机转子结构为直接起动同步磁阻电机转子结构。

其中，位于d轴两侧且与d轴相邻的两个填充槽30中的一个填充槽30的第一位置设置有槽口31，另一个填充槽30的第二位置设置有槽口31。或者，两个填充槽30中的一个填充槽30的第一位置设置有槽口31，另一个填充槽30的第一位置设置有槽口31，或者，两个填充槽30中的一个填充槽30的第二位置设置有槽口31，另一个填充槽30的第二位置设置有槽口31。这样设置能够同样起到降低电机的转矩脉动的效果，提高了电机的实用性。

为了进一步地提高电机性能，槽口31的宽度为k，其中，0.5σ≤k≤4σ，σ为定子铁芯与转子铁芯10之间的气隙宽度。0.1W≤k≤0.7W，其中，w为填充槽30的靠近转子铁芯10边缘的端部的宽度。

在本实施例中，如图1所示，填充槽30的靠近转子铁芯10边缘的端部的侧壁上设置有斜边结构，斜边结构与槽口31的沿转子铁芯10的径向方向的几何中心线的夹角为θ，其中，120°≤θ≤160°。其中，可以仅在部分的填充槽端部设置斜边结构，也可以在所有的填充槽端部设置斜边结构，图1中a表示斜边结构的延长线，b为槽口的几何中心线。这样设置能够有效地防止进入定子内的磁场发生突变，有效地降低了电机的转矩脉动和噪音。

进一步地，填充槽30与其相邻的狭缝槽20之间设置有加强筋，加强筋的宽度为L1，L1满足0.8σ≤L1≤3σ，σ为定子铁芯与转子铁芯10之间的气隙宽度。这样设置能够有效地提高该转子结构的强度和稳定性。

过转子铁芯10的q轴处设置有独立填充槽40，独立填充槽40靠近转子铁芯10的外边缘设置，独立填充槽40为弧形结构，独立填充槽40朝向转子铁芯10的轴孔一侧凸出地设置。这样设置能够进一步地起到降低电机的转矩脉动，同时增加电机磁阻转矩。

其中，填充槽30和独立填充槽40内填充导电不导磁材料，以使导电不导磁材料与位于转子铁芯10两端的导电端环短接形成鼠笼。其中，导电不导磁材料为铝或者铝合金。

上述实施例中的转子结构还可以用于电机设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种电机。该电机包括同步磁阻电机转子结构，同步磁阻电机转子结构为上述的同步磁阻电机转子结构。

具体地，本申请提供的同步磁阻电机转子结构，通过转子d轴、q轴电感差产生磁阻转矩，实现高效恒转速运行，解决异步电机效率低的问题，同时达到降低电机转矩脉动的目的，降低电机振动噪声。

该电机的转子结构由具有特定结构的转子冲片叠压而成的转子铁心和转子铁心两端的导电端环组成，转子冲片上设置有多个狭缝槽和填充槽，以及和转轴配合的轴孔、填充槽。狭缝槽两端的填充槽外周端部进行部分开口设置即设置成槽口方式，形成半开口槽结构，而且同一极下相邻填充槽槽口位置相反，即填充槽槽口设置在填充槽端部靠近d轴一侧，则相邻的填充槽槽口设置在填充槽端部远离d轴一侧。

同一狭缝槽两端的填充槽关于q轴对称设置，同一狭缝槽两端的填充槽结构相同，d轴中心两侧的两个填充槽槽口设置可以同时靠近d轴一侧，或同时远离d轴一侧，或一个远离d轴一侧，一个靠近d轴一侧。通过设置填充槽槽口，能够有效阻碍q轴磁通流动，减小q轴电感，增加电机d轴、q轴电感差距，提升输出转矩及效率。同时填充槽槽口设置位置不同，可以使各槽口与定子齿作用产生的转矩相互抵消，降低电机转矩脉动。

进一步地，填充槽的槽口宽度为k，k满足0.5σ≤k≤4σ，σ为定子铁芯与转子铁芯之间的气隙宽度。更优地，填充槽槽口宽度k满足1.5σ≤k≤3σ。填充槽靠近转子外周端部宽度为w，槽口宽度为k小于w。更优地，0.1W≤k≤0.7W。选择合适的槽口宽度，获得最佳电感差距。

如图3所示为本申请的技术方案的电机与现有技术电机q轴电感对比，本申请的技术方案的电机q轴电感大幅降低，效果明显，可以增加d、q轴电感差。

填充槽外端设置斜边结构，斜边与槽口边角度为θ。优选地，120°≤θ≤160°。斜边可以增加填充槽之间导磁通道在转子外周部的宽度，可以减小填充槽开口对d轴电感的影响，使d轴能够顺利进入定子产生转矩。

图4为本申请的技术方案的电机与现有技术电机转矩曲线对比图，本申请的电机转矩脉动降低一半以上，平均转矩提升，可降低由转矩脉动产生的振动噪声，同时电机转矩增大，电机效率提升。填充槽与狭缝槽之间的筋宽度为L1，L1满足0.8σ≤L1≤3σ，σ为定子铁芯与转子铁芯之间的气隙宽度，如此设置，保证足够的机械强度，同时减小q轴磁通流通。

填充槽和狭缝槽在转子圆周成对布置，填充槽和狭缝槽组合成的磁障层在转子铁心径向方向上层数至少两层以上，如此形成成对的凸极。所有填充槽均注入导电不导磁的材料。优选地，导电不导磁的材料为铝或者铝合金。所有填充槽通过转子两端的导电端环短接形成鼠笼，导电端环材料与填充槽填充材料一致。狭缝槽和填充槽形状不限于直线边，或是弧形不影响该技术方案的技术效果。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同步磁阻电机转子结构，其特征在于，包括：

转子铁芯(10)，所述转子铁芯(10)开设有多个狭缝槽(20)，各所述狭缝槽(20)的两端分别设置有填充槽(30)，所述填充槽(30)的靠近所述转子铁芯(10)边缘的端部具有靠近所述转子铁芯(10)的d轴的第一位置和远离所述d轴的第二位置，各所述填充槽(30)的所述第一位置或所述第二位置设置有槽口(31)；

其中，在所述转子铁芯(10)的同一极中，相邻的两个所述填充槽(30)中的一个所述填充槽(30)的所述第一位置设置有所述槽口(31)时，另一个所述填充槽(30)的所述第二位置设置有所述槽口(31)。

2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机转子结构，其特征在于，位于所述d轴两侧且与所述d轴相邻的两个所述填充槽(30)中的一个所述填充槽(30)的所述第一位置设置有所述槽口(31)，另一个所述填充槽(30)的所述第二位置设置有所述槽口(31)，或者，两个所述填充槽(30)中的一个所述填充槽(30)的所述第一位置设置有所述槽口(31)，另一个所述填充槽(30)的所述第一位置设置有所述槽口(31)，或者，两个所述填充槽(30)中的一个所述填充槽(30)的所述第二位置设置有所述槽口(31)，另一个所述填充槽(30)的所述第二位置设置有所述槽口(31)。

3.根据权利要求1或2所述的同步磁阻电机转子结构，其特征在于，所述槽口(31)的宽度为k，其中，0.5σ≤k≤4σ，σ为定子铁芯与所述转子铁芯(10)之间的气隙宽度。

4.根据权利要求3所述的同步磁阻电机转子结构，其特征在于，0.1W≤k≤0.7W，其中，w为所述填充槽(30)的靠近所述转子铁芯(10)边缘的端部的宽度。

5.根据权利要求1所述的同步磁阻电机转子结构，其特征在于，所述填充槽(30)的靠近所述转子铁芯(10)边缘的端部的侧壁上设置有斜边结构，所述斜边结构与所述槽口(31)的沿所述转子铁芯(10)的径向方向的几何中心线的夹角为θ，其中，120°≤θ≤160°。

6.根据权利要求1所述的同步磁阻电机转子结构，其特征在于，所述填充槽(30)与其相邻的所述狭缝槽(20)之间设置有加强筋，所述加强筋的宽度为L1，L1满足0.8σ≤L1≤3σ，σ为定子铁芯与所述转子铁芯(10)之间的气隙宽度。

7.根据权利要求1所述的同步磁阻电机转子结构，其特征在于，过所述转子铁芯(10)的q轴处设置有独立填充槽(40)，所述独立填充槽(40)靠近所述转子铁芯(10)的外边缘设置，所述独立填充槽(40)为弧形结构，所述独立填充槽(40)朝向所述转子铁芯(10)的轴孔一侧凸出地设置。

8.根据权利要求7所述的同步磁阻电机转子结构，其特征在于，所述填充槽(30)和所述独立填充槽(40)内填充导电不导磁材料，以使所述导电不导磁材料与位于所述转子铁芯(10)两端的导电端环短接形成鼠笼。

9.根据权利要求8所述的同步磁阻电机转子结构，其特征在于，所述导电不导磁材料为铝或者铝合金。

10.一种电机，包括同步磁阻电机转子结构，其特征在于，所述同步磁阻电机转子结构为权利要求1至9中任一项所述的同步磁阻电机转子结构。