CN112968555A - 转子组件和自起动永磁同步磁阻电机 - Google Patents
转子组件和自起动永磁同步磁阻电机 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种转子组件和自起动永磁同步磁阻电机。该转子组件包括转子铁芯(1)，在转子铁芯(1)的横截面上设置有轴孔(5)、安装槽(9)和第一鼠笼槽(4)，第一鼠笼槽(4)位于安装槽(9)的两端，安装槽(9)内填满永磁体(8)，第一鼠笼槽(4)与永磁体(8)之间通过磁桥(6)间隔。根据本申请的转子组件，能够提升自起动永磁同步磁阻电机的抗退磁能力，增强电机运行的可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种转子组件和自起动永磁同步磁阻电机。
背景技术
自起动永磁辅助同步磁阻电机在永磁辅助同步磁阻电机的基础上，结合了异步电机的优点，通过转子导条产生的异步转矩实现自起动，通过永磁转矩和磁阻转矩实现恒速运行。与异步电机相比，电机可恒速运行且转子损耗低，效率高；与异步起动永磁同步电机相比，永磁体用量少，电机成本低。
但自起动永磁辅助同步磁阻电机的转子中内置永磁体，电枢绕组退磁磁场和鼠笼异步电机效应磁场的共同作用，可能导致永磁体的不可逆退磁。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种转子组件和自起动永磁同步磁阻电机，能够提升自起动永磁同步磁阻电机的抗退磁能力，增强电机运行的可靠性。
为了解决上述问题，本申请提供一种转子组件，包括转子铁芯，在转子铁芯的横截面上设置有轴孔、安装槽和第一鼠笼槽，第一鼠笼槽位于安装槽的两端，安装槽内填满永磁体，第一鼠笼槽与永磁体之间通过磁桥间隔。
优选地，第一鼠笼槽包括沿着q轴方向向转子铁芯的转子外圆延伸的外缘段。
优选地，第一鼠笼槽沿转子铁芯的周向排布，位于永磁体两端的第一鼠笼槽与该永磁体同层布置。
优选地，第一鼠笼槽靠近安装槽一端端部的厚度为h3，与该第一鼠笼槽位于同一层的永磁体沿充磁方向的最小厚度为h1，其中0.9h1≤h3≤1.1h1。
优选地，永磁体为铁氧体或稀土永磁体。
优选地，永磁体关于d轴对称，并沿d轴方向布置至少两层；和/或，永磁体为矩形或弧形；和/或，永磁体为整体式结构或分块式结构。
优选地，以转子铁芯的中心轴线与永磁体的两端边缘的连线所形成的夹角为极弧角，沿d轴方向，位于径向最内侧的永磁体的极弧角为α1，位于径向最外侧的永磁体的极弧角为α2，其中α2＜α1。
优选地，不同层的永磁体的厚度不同，沿着d轴径向向外的方向，永磁体的厚度递增。
优选地，当永磁体的层数为三层以上时，相邻永磁体之间的间距相等或者不等。
优选地，相邻永磁体之间的间距不等时，沿着d轴径向向外的方向，相邻永磁体之间的间距递减。
优选地，相邻永磁体之间的最小间距为h4，1.2min(h1，h2)≤h4≤2.5min(h1，h2)，其中h1为相邻的两个永磁体中沿d轴方向位于径向内侧的永磁体沿充磁方向的最小厚度，h2为相邻的两个永磁体中沿d轴方向位于径向外侧的永磁体沿充磁方向的最小厚度，min(h1，h2)为h1和h2中的较小值。
优选地，转子铁芯上还设置有狭缝槽，狭缝槽位于沿d轴方向径向最外侧的永磁体的径向外侧，狭缝槽关于d轴对称。
优选地，转子铁芯上还设置有第三鼠笼槽，第三鼠笼槽位于狭缝槽的两端，且沿q轴方向向转子铁芯的转子外圆延伸。
优选地，第三鼠笼槽与狭缝槽之间的磁桥宽度为L6，第一鼠笼槽与安装槽之间的磁桥宽度为L3，L6＝L3。
优选地，转子铁芯上还设置有第二鼠笼槽，同一极下，沿着周向方向，第一鼠笼槽和第二鼠笼槽交替排布；或，第二鼠笼槽沿d轴方向位于狭缝槽的径向外侧。
优选地，第一鼠笼槽为闭口槽，第一鼠笼槽内填充导电不导磁材料。
优选地，转子铁芯的两端设置有端环，第一鼠笼槽和第二鼠笼槽内的导电不导磁材料通过端环连接，形成鼠笼结构。
优选地，第一鼠笼槽还包括从外缘段沿着垂直于d轴的方向向着d轴延伸的内缘段。
优选地，轴孔为圆形或正方形。
根据本申请的另一方面，提供了一种自起动永磁同步磁阻电机，包括定子和转子组件，该转子组件为上述的转子组件。
优选地，第一鼠笼槽与安装槽之间的磁桥宽度为L3，0.8σ≤L3≤2σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度；和/或，靠近转子铁芯的转子外圆的最外层永磁体沿充磁方向的最小厚度h2满足，8σ≤h2≤12σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度；和/或，远离转子铁芯的转子外圆的最内层永磁体与轴孔的外圆最小距离为L4，4σ≤L4≤10σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度；和/或，转子铁芯包括第一鼠笼槽、第二鼠笼槽和第三鼠笼槽时，第一鼠笼槽、第二鼠笼槽和第三鼠笼槽与转子铁芯的转子外圆之间的最小距离为L5，L5≥σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度。
本申请提供的转子组件，包括转子铁芯，在转子铁芯的横截面上设置有轴孔、安装槽和第一鼠笼槽，第一鼠笼槽位于安装槽的两端，安装槽内填满永磁体，第一鼠笼槽与永磁体之间通过磁桥间隔。第一鼠笼槽产生的鼠笼异步磁场对电枢绕组的退磁磁场有屏蔽作用，即鼠笼磁场对永磁体有保护作用，因此本申请对第一鼠笼槽、安装槽以及永磁体在安装槽内的安装结构进行了改进，使得第一鼠笼槽能够延伸至靠近永磁体的位置，永磁体能够延伸至安装槽靠近第一鼠笼槽一侧的侧边，从而使得永磁体与安装槽之间贴合，第一鼠笼槽与永磁体之间不存在隔磁槽，能够减少隔磁槽对鼠笼磁场的阻碍作用，使得鼠笼磁场能够直接作用于永磁体上，提升永磁体的抗退磁能力，增强电机运行的可靠性。
附图说明
图1为本申请一个实施例的转子组件的结构示意图；
图2为本申请一个实施例的转子组件的结构示意图；
图3为本申请实施例的转子组件的轴向视图；
图4为本申请实施例的电机与相关技术中的电机的永磁体磁密对比图。
附图标记表示为：
1、转子铁芯；2、第二鼠笼槽；3、狭缝槽；4、第一鼠笼槽；5、轴孔；6、磁桥；7、端环；8、永磁体；9、安装槽；10、第三鼠笼槽。
具体实施方式
结合参见图1至图4所示，根据本申请的实施例，转子组件包括转子铁芯1，在转子铁芯1的横截面上设置有轴孔5、安装槽9和第一鼠笼槽4，第一鼠笼槽4位于安装槽9的两端，安装槽9内填满永磁体8，第一鼠笼槽4与永磁体8之间通过磁桥6间隔，使得第一鼠笼槽4与永磁体8之间不设隔磁槽。
在本实施例中，第一鼠笼槽4沿转子铁芯1的周向间隔排布，位于永磁体8两端的第一鼠笼槽4与该永磁体8同层布置，且沿着与d轴垂直的方向延伸，第一鼠笼槽4呈靴形形状。第一鼠笼槽4与永磁体8之间不设隔磁槽，只留一定宽度的磁桥6，以保证转子结构的机械强度。
第一鼠笼槽4产生的鼠笼异步磁场对电枢绕组的退磁磁场有屏蔽作用，即鼠笼磁场对永磁体8有保护作用，因此本申请对安装槽9、永磁体8在安装槽9内的安装结构以及第一鼠笼槽4进行了改进，使得第一鼠笼槽4能够延伸至靠近永磁体8的位置，且永磁体8延伸至安装槽的靠近第一鼠笼槽4一侧的侧边，从而使得永磁体8与安装槽9之间贴合，由于永磁体8填满安装槽9，与安装槽9的侧壁之间不存在间隙，因此第一鼠笼槽4与永磁体8之间不存在隔磁槽，能够减少隔磁槽对鼠笼磁场的阻碍作用，使得鼠笼磁场能够直接作用于永磁体8上，提升永磁体8的抗退磁能力，增强电机运行的可靠性。
第一鼠笼槽4包括沿着q轴方向向转子铁芯1的转子外圆延伸的外缘段，能够使得第一鼠笼槽4与永磁体8所在的安装槽9相配合，形成顺畅的转子导磁通道。
第一鼠笼槽4还包括从外缘段沿着垂直于d轴的方向向着d轴延伸的内缘段，能够加长第一鼠笼槽4的长度，进一步增大鼠笼面积，提高电机起动能力。
在本实施例中，第一鼠笼槽4的外缘段和内缘段连接，形成折弯结构，其中内缘段沿着安装槽9的延伸方向延伸，外缘段沿着q轴的方向延伸，且相对于q轴平行，内缘段与外缘段之间通过弧形段过渡连接，形成顺滑的导磁通道，方便磁力线经过。
在一个实施例中，第一鼠笼槽4也可以仅包括沿着q轴方向延伸的外缘段。
第一鼠笼槽4靠近安装槽9一端端部的厚度为h3，与该第一鼠笼槽4位于同一层的永磁体8沿充磁方向的最小厚度为h1，其中0.9h1≤h3≤1.1h1，能够使得第一鼠笼槽4靠近安装槽9一端的端部厚度与该第一鼠笼槽4同层的永磁体8沿充磁方向的最小厚度之间的误差在10％以内，从而对第一鼠笼槽4靠近安装槽9一端端部的厚度进行有效限定，一方面不会因为第一鼠笼槽4的厚度过小而使永磁体8的边缘部分直接承受电枢磁场的退磁作用而发生退磁；另一方面，不会因为第一鼠笼槽4的厚度过大而使相邻永磁体8之间的导磁通道过载，造成电机出力降低，电机效率下降。
永磁体8为铁氧体或稀土永磁体。较优地，永磁体8为铁氧体。与其他永磁材料相比，铁氧体具有成本低、无高温退磁风险的优点。
永磁体8关于d轴对称，并沿d轴方向布置至少两层，永磁体8为矩形或弧形，也可以为其它形状，永磁体8采用整体式结构或分块式结构布置，以有效利用转子空间进行永磁体8的布置，从而提升永磁转矩，获得更高的电机效率。
在一个实施例中，以转子铁芯1的中心轴线与永磁体8的两端边缘的连线所形成的夹角为极弧角，沿d轴方向，位于径向最内侧的永磁体8的极弧角为α1，位于径向最外侧的永磁体8的极弧角为α2，其中α2＜α1。这样设置的目的是使多层永磁体8的磁力线串联后进入气隙，提高永磁体8的利用率。
在一个实施例中，不同层的永磁体8的厚度不同，沿着d轴径向向外的方向，永磁体8的厚度递增，从而保证内外层永磁体的退磁一致性。在本实施例中，以永磁体8为两层为例，沿着d轴径向向外的方向内层永磁体的厚度为h1，外层永磁体的径向厚度为h2，h2＞h1。
当永磁体8的层数为三层以上时，相邻永磁体8之间的间距相等或者不等。
相邻永磁体8之间的间距不等时，沿着d轴径向向外的方向，相邻永磁体8之间的间距递减。
在一个实施例中，相邻永磁体8之间的最小间距为h4，1.2min(h1，h2)≤h4≤2.5min(h1，h2)，其中h1为相邻的两个永磁体8中沿d轴方向位于径向内侧的永磁体8沿充磁方向的最小厚度，h2为相邻的两个永磁体8中沿d轴方向位于径向外侧永磁体8沿充磁方向的最小厚度，min(h1，h2)为h1和h2中的较小值，这样设置可以降低转子加工难度，同时保证转子磁密分布的均匀度和不饱和度。
转子铁芯1上还设置有狭缝槽3，狭缝槽3位于沿d轴方向径向最外侧的永磁体8的径向外侧，狭缝槽3关于d轴对称。狭缝槽3关于转子d轴对称，且布置于最外层永磁体8的靠近转子外圆的一侧，一方面狭缝槽3可以增大电机的凸极比，提升电机的磁阻转矩，增大电机出力，另一方面，狭缝槽3布置在最外层永磁体8的靠近转子外圆的一侧，还可以增大对电枢绕组退磁磁场的阻碍作用，提升最外层永磁体8的抗退磁能力。
结合参见图4所示，为本申请实施例的电机与相关技术中的电机的永磁体磁密对比图，从图中可以看出，相比于相关技术中的电机，采用本申请转子组件的电机，能够提升永磁体部分的磁密，增强电机的抗退磁能力。
在一个实施例中，转子铁芯1上还设置有第三鼠笼槽10，第三鼠笼槽10位于狭缝槽3的两端，且沿q轴方向向转子铁芯1的转子外圆延伸。
第三鼠笼槽10与狭缝槽3之间的磁桥6宽度为L6，第一鼠笼槽4与安装槽9之间的磁桥6宽度为L3，L6＝L3，能够使得不同位置处的磁桥6的结构一致，机械强度和减小漏磁性能一致。
在一个实施例中，转子铁芯1上还设置有第二鼠笼槽2，同一极下，沿着周向方向，第一鼠笼槽4和第二鼠笼槽2交替排布；或；第二鼠笼槽2沿d轴方向位于狭缝槽3的径向外侧。
在本实施例中，由于第二鼠笼槽2没有相配合的永磁体8或者狭缝槽3，因此第二鼠笼槽2也可以称为独立鼠笼槽。
独立鼠笼槽可以布置在相邻的第一鼠笼槽4之间或狭缝槽3的径向外侧，以增大鼠笼槽的整体面积，增大电机的起动转矩，提升电机的起动能力。
其中位于狭缝槽3的径向外侧的独立鼠笼槽沿着转子铁芯1的周向延伸，并相对于d轴对称。位于狭缝槽3的径向外侧的独立鼠笼槽可以为一个整块结构，也可以为多块分块结构。
在一个实施例中，第一鼠笼槽4为闭口槽，第一鼠笼槽4内填充导电不导磁材料。导电不导磁材料例如为铝或铝合金。
转子铁芯1的两端设置有端环7，第一鼠笼槽4、第二鼠笼槽2和第三鼠笼槽10内的导电不导磁材料通过端环7进行自行短路连接，形成鼠笼结构，端环材料与鼠笼槽内的填充材料相同。在电机起动过程中，自行短路的鼠笼结构为电机提供异步转矩，以实现电机的自起动。
在一个实施例中，轴孔5为圆形或正方形。轴孔5也可以为圆弧和直线组合形成的类圆形或者类正方形，这样设置可以增大转子空间，方便永磁体8的布置。
根据本申请的实施例，自起动永磁同步磁阻电机包括定子和转子组件，该转子组件为上述的转子组件。
在一个实施例中，第三鼠笼槽10与狭缝槽3之间的磁桥6宽度为L6，第一鼠笼槽4与安装槽9之间的磁桥6宽度为L3，L6＝L3，0.8σ≤L3≤2σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度，这样设置的目的是保证转子部分结构的机械强度，减小第三鼠笼槽10和狭缝槽3之间、以及第一鼠笼槽4和永磁体8之间的漏磁。
在一个实施例中，靠近转子铁芯1的转子外圆的最外层永磁体8沿充磁方向的最小厚度h2满足，8σ≤h2≤12σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度，这样设置的目的是在保证一定的永磁体利用率的条件下，使永磁体8具有一定的抗退磁能力。
远离转子铁芯1的转子外圆的最内层永磁体8与轴孔5的外圆最小距离为L4，4σ≤L4≤10σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度，从而能够在使得永磁体8具有足够的厚度，同时保证转子组件的机械强度。
转子铁芯1包括第一鼠笼槽4、第二鼠笼槽2和第三鼠笼槽10时，第一鼠笼槽4、第二鼠笼槽2和第三鼠笼槽10统称为鼠笼槽，各个鼠笼槽与转子铁芯1的转子外圆之间的最小距离为L5，L5≥σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度，从而能够在保证转子组件的机械强度的条件下，减小电机漏磁，提升电机效率。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (21)
1.一种转子组件，其特征在于，包括转子铁芯(1)，在所述转子铁芯(1)的横截面上设置有轴孔(5)、安装槽(9)和第一鼠笼槽(4)，所述第一鼠笼槽(4)位于所述安装槽(9)的两端，所述安装槽(9)内填满永磁体(8)，所述第一鼠笼槽(4)与所述永磁体(8)之间通过磁桥(6)间隔。
2.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述第一鼠笼槽(4)包括沿着q轴方向向所述转子铁芯(1)的转子外圆延伸的外缘段。
3.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述第一鼠笼槽(4)沿所述转子铁芯(1)的周向排布，位于所述永磁体(8)两端的所述第一鼠笼槽(4)与该永磁体(8)同层布置。
4.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述第一鼠笼槽(4)靠近所述安装槽(9)一端端部的厚度为h3，与该第一鼠笼槽(4)位于同一层的所述永磁体(8)沿充磁方向的最小厚度为h1，其中0.9h1≤h3≤1.1h1。
5.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述永磁体(8)为铁氧体或稀土永磁体。
6.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述永磁体(8)关于d轴对称，并沿d轴方向布置至少两层；和/或，所述永磁体(8)为矩形或弧形；和/或，所述永磁体(8)为整体式结构或分块式结构。
7.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，以所述转子铁芯(1)的中心轴线与所述永磁体(8)的两端边缘的连线所形成的夹角为极弧角，沿d轴方向，位于径向最内侧的所述永磁体(8)的极弧角为α1，位于径向最外侧的所述永磁体(8)的极弧角为α2，其中α2＜α1。
8.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，不同层的所述永磁体(8)的厚度不同，沿着d轴径向向外的方向，所述永磁体(8)的厚度递增。
9.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，当所述永磁体(8)的层数为三层以上时，相邻永磁体(8)之间的间距相等或者不等。
10.根据权利要求9所述的转子组件，其特征在于，相邻所述永磁体(8)之间的间距不等时，沿着d轴径向向外的方向，相邻所述永磁体(8)之间的间距递减。
11.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，相邻所述永磁体(8)之间的最小间距为h4，1.2min(h1，h2)≤h4≤2.5min(h1，h2)，其中h1为相邻的两个所述永磁体(8)中沿d轴方向位于径向内侧的所述永磁体(8)沿充磁方向的最小厚度，h2为相邻的两个所述永磁体(8)中沿d轴方向位于径向外侧的的所述永磁体(8)沿充磁方向的最小厚度，min(h1，h2)为h1和h2中的较小值。
12.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子铁芯(1)上还设置有狭缝槽(3)，所述狭缝槽(3)位于沿d轴方向径向最外侧的所述永磁体(8)的径向外侧，所述狭缝槽(3)关于d轴对称。
13.根据权利要求12所述的转子组件，其特征在于，所述转子铁芯(1)上还设置有第三鼠笼槽(10)，所述第三鼠笼槽(10)位于所述狭缝槽(3)的两端，且沿q轴方向向所述转子铁芯(1)的转子外圆延伸。
14.根据权利要求13所述的转子组件，其特征在于，所述第三鼠笼槽(10)与所述狭缝槽(3)之间的磁桥(6)宽度为L6，所述第一鼠笼槽(4)与所述安装槽(9)之间的磁桥(6)宽度为L3，L6＝L3。
15.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述转子铁芯(1)上还设置有第二鼠笼槽(2)，同一极下，沿着周向方向，所述第一鼠笼槽(4)和所述第二鼠笼槽(2)交替排布；或，所述第二鼠笼槽(2)沿d轴方向位于所述狭缝槽(3)的径向外侧。
16.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述第一鼠笼槽(4)为闭口槽，所述第一鼠笼槽(4)内填充导电不导磁材料。
17.根据权利要求15所述的转子组件，其特征在于，所述转子铁芯(1)的两端设置有端环(7)，所述第一鼠笼槽(4)和所述第二鼠笼槽(2)内的导电不导磁材料通过所述端环(7)连接，形成鼠笼结构。
18.根据权利要求2所述的转子组件，其特征在于，所述第一鼠笼槽(4)还包括从所述外缘段沿着垂直于d轴的方向向着d轴延伸的内缘段。
19.根据权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述轴孔(5)为圆形或正方形。
20.一种自起动永磁同步磁阻电机，包括定子和转子组件，其特征在于，所述转子组件为权利要求1至19中任一项所述的转子组件。
21.根据权利要求20所述的自起动永磁同步磁阻电机，其特征在于，所述第一鼠笼槽(4)与所述安装槽(9)之间的磁桥(6)宽度为L3，0.8σ≤L3≤2σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度；和/或，靠近所述转子铁芯(1)的转子外圆的最外层所述永磁体(8)沿充磁方向的最小厚度h2满足，8σ≤h2≤12σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度；和/或，远离所述转子铁芯(1)的转子外圆的最内层所述永磁体(8)与所述轴孔(5)的外圆最小距离为L4，4σ≤L4≤10σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度；和/或，所述转子铁芯(1)包括第一鼠笼槽(4)、第二鼠笼槽(2)和第三鼠笼槽(10)时，所述第一鼠笼槽(4)、第二鼠笼槽(2)和第三鼠笼槽(10)与所述转子铁芯(1)的转子外圆之间的最小距离为L5，L5≥σ，其中σ为定子和转子组件之间的气隙的径向宽度。
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