CN110829648B - 转子、同步磁阻马达以及形成转子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种转子、同步磁阻马达以及形成转子的方法。该转子具有转子铁芯，该转子铁芯以中心轴线为中心旋转，由沿轴向层叠的电磁钢板构成，该转子铁芯具有沿轴向贯穿该电磁钢板的多个磁通屏障，在该多个磁通屏障中的至少一部分磁通屏障中设置沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，该第一贯通部容纳磁铁，该第二贯通部容纳导电不导磁的导体。通过本发明实施例，能够使转子所在的马达既维持高启动能力又实现高效率。

Description

转子、同步磁阻马达以及形成转子的方法

技术领域

本申请涉及马达领域，特别涉及一种转子、同步磁阻马达以及形成转子的方法。

背景技术

在以往的马达中，可以使用感应马达的鼠笼式铸铝型转子实现自启动的效果。在鼠笼式铸铝型转子中，采用线圈直连结构，在线圈通电时通过铝导体对电流的感应而产生转矩，由此实现自启动。然而，由于感应马达的效率普遍较低，通常为IE3等级，因此如果希望将效率提高至IE4以上的等级，则需要在制造马达时采用高品质的材料以降低马达损失，由此大幅提高了马达的材料成本。

在另外的技术中，也提出了采用永磁同步马达或同步磁阻马达的设计来使效率达到IE4以上的等级，并且能够通过减小马达的体积来降低材料成本，但在这样的马达中需要使用具有闭合回路的驱动控制器来实现自启动，由此，相对于线圈直连结构而言，永磁同步马达或磁阻同步马达的结构较为复杂。

在上述技术的基础上，进一步发展出了铸铝型自启动同步磁阻马达，在该马达中，可使用线圈直连结构，将铝导体注满磁通屏障，由此缩短了磁通屏障与线圈经由铝导体而产生的磁场之间的距离，提高了马达效率，部分铸铝型自启动同步磁阻马达的效率能够达到IE4等级并且能够维持较低的材料成本。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

发明人发现，虽然部分铸铝型自启动同步磁阻马达已经能够获得IE4等级的效率并维持较低的材料成本，但是，在面临更高的效率(例如IE5等级)要求的情况下，仍需要通过提高材料品质和增加马达的体积来满足这样的效率要求，这样，马达的材料成本仍然较高。

由此，发明人考虑可通过在同步磁阻马达的磁通屏障中不仅配置导电不导磁的导体(例如铝导体)，并且插入磁铁，从而提升马达的效率，满足例如IE5等级这样的高效率的要求。即，在同步磁阻马达的磁通屏障中一同配置有上述导体和磁铁两者。

然而，发明人发现，如果在同步磁阻马达的磁通屏障中配置的磁铁将上述导体完全阻断为互不连通的两部分，则该马达的启动特性(即承受外加负载与外加惯量的能力)，相对于在磁通屏障中完全注入铝导体的铸铝型同步磁阻马达的启动特性而言，会大幅降低。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种转子、同步磁阻马达以及形成转子的方法，能够既维持高启动能力(与铸铝型同步磁阻马达几乎相同的启动能力)又实现高效率。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种转子，该转子具有转子铁芯，该转子铁芯以中心轴线为中心旋转，由沿轴向层叠的电磁钢板构成，该转子铁芯具有沿轴向贯穿该电磁钢板的多个磁通屏障，在该多个磁通屏障中的至少一部分磁通屏障中设置沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，该第一贯通部容纳磁铁，该第二贯通部容纳导电不导磁的导体。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种同步磁阻马达，该马达具有上述第一方面所述的转子。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种形成转子的方法，该转子具有以中心轴线为中心旋转的转子铁芯，该转子铁芯由沿轴向层叠的电磁钢板构成，且具有沿轴向贯穿该电磁钢板的多个磁通屏障，在该多个磁通屏障中的至少一部分磁通屏障中设置有沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，该方法包括：将导电不导磁的固态导体插入该第二贯通部；将模具插入该第一贯通部，该至少一部分磁通屏障内该固态导体和该模具以外的空间形成为空隙；向该空隙注入液态导体，直至该液态导体填满该空隙，该液态导体与该固态导体由相同材料形成；使注入的该液态导体固化成型；拔出该模具；以及将磁铁插入该第一贯通部。

根据本发明实施例的第四方面，提供一种形成转子的方法，该转子具有以中心轴线为中心旋转的转子铁芯，该转子铁芯由沿轴向层叠的电磁钢板构成，且具有沿轴向贯穿该电磁钢板的多个磁通屏障，在该多个磁通屏障中的至少一部分磁通屏障中设置有沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，该方法包括：将模具插入该第一贯通部，该至少一部分磁通屏障内该模具以外的空间形成为空隙，该空隙包含该第二贯通部；向该空隙注入导电不导磁的液态导体，直至该液态导体填满该空隙；使注入的该液态导体固化成型；拔出该模具；以及将磁铁插入该第一贯通部。

本发明实施例的一个有益效果在于，通过在转子的磁通屏障中设置沿径向排列的至少两个贯通部，分别容纳磁铁和导电不导磁的导体，由此，能够使马达既维持高启动能力又实现高效率。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明实施例1的转子铁芯从轴向观察的一个示意图。

图2是本发明实施例1的转子的一个立体图。

图3是本发明实施例1的转子铁芯从轴向观察的另一个示意图。

图4是本发明实施例1的转子的另一个立体图。

图5A是本发明实施例1的转子铁芯从轴向观察的又一个示意图。

图5B是本发明实施例1的转子铁芯从轴向观察的再一个示意图。

图6是本发明实施例3的形成转子的方法的一个示意图。

图7A是本发明实施例3中所使用的模具的前视图。

图7B是本发明实施例3中所使用的模具的后视图。

图8A是本发明实施例3中所使用的模具与电磁钢板组装前的示意图。

图8B是本发明实施例3中所使用的模具与电磁钢板组装后的示意图。

图9是本发明实施例3的形成转子的方法的另一个示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。

在本发明实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

在本发明的下述说明中，为了说明的方便，将马达的旋转部能够绕其进行旋转的中心线称为“中心轴线”，将与沿该中心轴线延伸的方向相同或平行的方向称为“轴向”，将以该中心轴线为中心的半径方向称为“径向”，将以该中心轴线为中心的圆周方向称为“周向”。

下面结合附图对本发明实施例的各种实施方式进行说明。这些实施方式只是示例性的，不是对本发明实施例的限制。

实施例1

本实施例1提供一种转子。图1是本实施例的转子铁芯沿轴向观察的一个示意图，图2是本实施例的转子的一个立体图。

如图1和图2所示，转子20具有：转子铁芯10，转子铁芯10以中心轴线O-O为中心旋转，由沿轴向层叠的电磁钢板11构成，转子铁芯10具有沿轴向贯穿电磁钢板11的多个磁通屏障12。在多个磁通屏障12中的至少一部分磁通屏障中设置沿径向排列的第一贯通部121和第二贯通部122，例如在图1中，径向最外侧的磁通屏障中未设置第一贯通部121和第二贯通部122，其他磁通屏障中均设置有第一贯通部121和第二贯通部122。第一贯通部121容纳磁铁13，第二贯通部122容纳导电不导磁的导体14。

由上述实施例可知，通过在磁通屏障12中设置沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，分别容纳磁铁13和导电不导磁的导体14，由此，能够使磁铁13的周向上两侧的空间不被磁铁13阻断，因而在该两侧的空间内注满导体的情况下，该两侧空间内注入的导体经由导体14而电连通，因此，能够使包含该转子20的马达既维持高启动能力又实现高效率。

在本实施例中，导体14可以由具有导电而不导磁的特性的任意材料形成。例如，由铝材料或铜材料等形成，但本实施例不限于此。

在本实施例中，在沿轴向观察时，第一贯通部121的形状可以是任意形状，例如长方形(如图1和图2所示)、圆形、椭圆形、多边形等。磁铁13的形状与第一贯通部121的形状对应，因此，当第一贯通部121为长方形时，与之对应的长方形磁铁易于制造，制造成本较低。

在图1中，容纳于第二贯通部122的导体14可以是插入第二贯通部122的固态导体。但本实施例不限于此，容纳于第二贯通部122的导体14也可通过使注入第二贯通部122的液态导体固化而形成。

图3是本实施例的转子铁芯沿轴向观察的另一个示意图，图4是本实施例的转子的另一个立体图。如图3和图4所示，未在第二贯通部122内插入固态导体，而是在第二贯通部122的空间以及磁通屏障12内第一贯通部121和第二贯通部122的周向的两侧的空间内注满液态导体，并使注入的液态导体固化成型，这样，容纳于第二贯通部122的导体14由注入第二贯通部122的液态导体固化而形成。

当第二贯通部122在径向上的宽度较窄的情况下，如果向第二贯通部122注入液态导体，则液态导体不容易进入第二贯通部122。因此，在第二贯通部122在径向上的宽度较窄的情况下，通过插入固态导体而使第二贯通部122容纳固态导体，能够降低制造转子的难度。

在本实施例中，如图1至图4所示，第一贯通部121在径向上的宽度可以设置为大于第二贯通部122在径向上的宽度。由此，能够进一步提高转子所在的马达的效率。

在本实施例中，如图1至图4所示，在沿轴向观察时，第一贯通部121在与径向垂直的方向上的宽度可以设置为小于或等于第二贯通部122在与径向垂直的方向上的宽度。其中，在图1和图2中，第一贯通部121在与径向垂直的方向上的宽度小于第二贯通部122在与径向垂直的方向上的宽度，在图3和图4中，第一贯通部121在与径向垂直的方向上的宽度等于第二贯通部122在与径向垂直的方向上的宽度。

在本实施例中，如图1至图4所示，第一贯通部121可设为与第二贯通部122连通，由此能够高效地利用第一和第二贯通部以提高效率和启动能力。但本实施例不限于此，也可在第一贯通部121与第二贯通部122之间设置间隔部件(未图示)。

在本实施例中，如图1至图4所示，第一贯通部121可以配置于磁通屏障12的径向内侧，此时第二贯通部122为一个，位于第一贯通部121的径向外侧。但本实施例不以此作为限制，也可以如图5A所示，将第一贯通部121配置于磁通屏障12的径向外侧，此时第二贯通部122为一个，位于第一贯通部121的径向内侧。或者，还可以如图5B所示，将第一贯通部121配置于磁通屏障12在径向上的中心位置，此时第二贯通部122为两个，分别位于第一贯通部121的径向内侧和径向外侧。

在本实施例中，多个磁通屏障12可构成多个磁通屏障组。磁通屏障组的数量与马达的极数相同。例如，如图1、图3、图5A和图5B所示，多个磁通屏障12构成了4个磁通屏障组，每个磁通屏障组由3个磁通屏障构成。该多个磁通屏障组可沿周向等间隔地配置，以使马达的结构和性能更加均匀。

通过本实施例的转子，在磁通屏障12中设置沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，分别容纳磁铁13和导电不导磁的导体14，能够使转子所在的马达既维持高启动能力又实现高效率。

实施例2

本实施例2提供一种同步磁阻马达，该马达具有实施例1所述的转子。该转子的结构如实施例1所述，此处不再赘述。

通过本实施例的同步磁阻马达，能够既维持高启动能力又实现高效率。

在本实施例中，该马达可用于任意电气设备。例如，可以作为空调机的室内机、空调机的室外机、饮水机、洗衣机、扫除机、压缩机、送风机、搅拌机等家电设备中的马达使用，或者，作为泵、输送机、电梯、标准工业泛用机、风力发电机、磨碎机、牵引电机等工业设备或各种信息处理设备中的马达使用。

实施例3

本实施例3提供一种形成转子的方法，该转子是实施例1所述的转子。本实施例与实施例1相同的内容不再赘述。

图6是本实施例的形成转子的方法的一个示意图，通过图6的方法，能够形成图1和图2所示的转子。该方法在已形成的转子铁芯10的基础上实施，转子铁芯10以中心轴线O-O为中心旋转，且由沿轴向层叠的电磁钢板11构成，转子铁芯10具有沿轴向贯穿电磁钢板11的多个磁通屏障。在多个磁通屏障12中的至少一部分磁通屏障中设置有沿径向排列的第一贯通部121和第二贯通部122。

如图6所示，该方法包括：

步骤601，将导电不导磁的固态导体14插入第二贯通部122；

步骤602，将模具插入第一贯通部121，至少一部分磁通屏障12内的固态导体14和该模具以外的空间形成为空隙；

步骤603，向该空隙注入液态导体，直至液态导体填满该空隙，液态导体与固态导体由相同材料形成；

步骤604，使注入的液态导体固化成型；

步骤605，拔出该模具；

步骤606，将磁铁13插入第一贯通部121。

由此，能够形成图1和图2所示的转子。

在上述方法中，在步骤601之前，还可以包括形成转子铁芯10的步骤。在该步骤中，可采用已知的任意方式来形成转子铁芯10。形成转子铁芯10的步骤为可选步骤，也可在此前已加工成型的转子铁芯10的基础上直接实施上述步骤601-606。

图7A至图8B示出了本实施例中上述模具的一个示例。其中，图7A和图7B分别是该模具的前视图和后视图，示出了需要插入第一贯通孔121的插入部71，并且插入部71的形状与磁铁的形状13相适应。图8A和图8B分别是该模具与层叠的电磁钢板组装前后的示意图。

在上述方法使用图7A至图8B所示的模具的情况下，在上述步骤602中，将该模具插入第一贯通部121，即为，将该模具中的多个插入部71分别插入多个第一贯通部121。但本实施例不以图7A至图8B示出的模具结构作为限制，上述方法所使用的模具也可以采用其他适当的结构。

图9是本实施例的转子的形成方法的另一个示意图，通过图9的方法，能够形成图3和图4所示的转子。该方法也在已形成的转子铁芯10的基础上实施，转子铁芯10以中心轴线O-O为中心旋转，且由沿轴向层叠的电磁钢板11构成，转子铁芯10具有沿轴向贯穿电磁钢板11的多个磁通屏障。在多个磁通屏障12中的至少一部分磁通屏障中设置有沿径向排列的第一贯通部121和第二贯通部122。

如图9所示，该方法包括：

步骤901，将模具插入第一贯通部121，至少一部分磁通屏障12内该模具以外的空间形成为空隙，该空隙包含第二贯通部122；

步骤902，向该空隙注入导电不导磁的液态导体，直至液态导体填满该空隙；

步骤903，使注入的液态导体固化成型；

步骤904，拔出该模具；

步骤905，将磁铁插入第一贯通部121。

由此，能够形成图3和图4所示的转子。

在上述方法中，在步骤901之前，还可以包括形成转子铁芯10的步骤。在该步骤中，可采用已知的任意方式来形成转子铁芯10。形成转子铁芯10的步骤为可选步骤，也可在此前已加工成型的转子铁芯10的基础上直接实施上述步骤901-905。

图9所示的方法同样可使用图7A至图8B所示的模具，但并不以此作为限制。该方法所使用的模具也可以采用其他适当的结构。

与图6的方法不同的是，图9的方法并不向第二贯通部121内插入固态导体，而是在将模具插入第一贯通部121后，将液态导体注入到第二贯通部122以及第一和第二贯通部121、122以外的磁通屏障内的空间。换言之，在图6中，磁通屏障内容纳的导体是分两次配置到磁通屏障内的，其中第一次是将固态导体插入第二贯通部122，第二次是将液态导体注入第一和第二贯通部121、122以外的磁通屏障内的空间，而在图9中，磁通屏障内容纳的导体是一次性全部注入到第一贯通部121以外的磁通屏障内的空间。

通过本实施例的方法，能够在转子的磁通屏障中形成沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，分别容纳磁铁和导电不导磁的导体，由此使转子所在的马达既维持高启动能力又实现高效率。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。

Claims (12)

1.一种转子，所述转子包括：

转子铁芯，所述转子铁芯以中心轴线为中心旋转，由沿轴向层叠的电磁钢板构成，所述转子铁芯具有沿轴向贯穿所述电磁钢板的多个磁通屏障，

其特征在于，

在所述多个磁通屏障中的至少一部分磁通屏障中设置沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，所述第一贯通部容纳磁铁，所述第二贯通部容纳导电不导磁的导体，所述磁铁的周向两侧的空间内注入的导体经由所述导电不导磁的导体而电连通。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述导电不导磁的导体为固态导体，所述固态导体通过插入所述第二贯通部而容纳于所述第二贯通部。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述导电不导磁的导体为液态导体，所述液态导体通过注入所述第二贯通部而容纳于所述第二贯通部。

4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述第一贯通部在径向上的宽度大于所述第二贯通部在径向上的宽度。

5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

在沿轴向观察时，所述第一贯通部在与径向垂直的方向上的宽度小于或等于所述第二贯通部在与径向垂直的方向上的宽度。

6.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述第一贯通部与所述第二贯通部连通。

7.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述多个磁通屏障构成多个磁通屏障组，所述多个磁通屏障组沿周向等间隔地配置。

8.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

所述第一贯通部配置于所述磁通屏障的径向内侧，所述第二贯通部为一个，位于所述第一贯通部的径向外侧；或者

所述第一贯通部配置于所述磁通屏障的径向外侧，所述第二贯通部为一个，位于所述第一贯通部的径向内侧；或者

所述第一贯通部配置于所述磁通屏障在径向上的中心位置，所述第二贯通部为两个，分别位于所述第一贯通部的径向内侧和径向外侧。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的转子，其特征在于，

在沿轴向观察时，所述第一贯通部为长方形。

10.一种同步磁阻马达，其特征在于，所述马达具有根据权利要求1至9中任一项所述的转子。

11.一种形成转子的方法，所述转子具有以中心轴线为中心旋转的转子铁芯，所述转子铁芯由沿轴向层叠的电磁钢板构成，且具有沿轴向贯穿所述电磁钢板的多个磁通屏障，在所述多个磁通屏障中的至少一部分磁通屏障中设置有沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，其特征在于，所述方法包括：

将导电不导磁的固态导体插入所述第二贯通部；

将模具插入所述第一贯通部，所述至少一部分磁通屏障内所述固态导体和所述模具以外的空间形成为空隙；

向所述空隙注入液态导体，直至所述液态导体填满所述空隙，所述液态导体与所述固态导体由相同材料形成；

使注入的所述液态导体固化成型；

拔出所述模具；以及

将磁铁插入所述第一贯通部，所述磁铁的周向两侧的空间内注入的导体经由所述导电不导磁的固态导体而电连通。

12.一种形成转子的方法，所述转子具有以中心轴线为中心旋转的转子铁芯，所述转子铁芯由沿轴向层叠的电磁钢板构成，且具有沿轴向贯穿所述电磁钢板的多个磁通屏障，在所述多个磁通屏障中的至少一部分磁通屏障中设置有沿径向排列的第一贯通部和第二贯通部，其特征在于，所述方法包括：

将模具插入所述第一贯通部，所述至少一部分磁通屏障内所述模具以外的空间形成为空隙，所述空隙包含所述第二贯通部；

向所述空隙注入导电不导磁的液态导体，直至所述液态导体填满所述空隙；

使注入的所述液态导体固化成型；

拔出所述模具；以及

将磁铁插入所述第一贯通部，所述磁铁的周向两侧的空间内注入的导体经由注入所述第二贯通部的导体而电连通。

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