CN113964971A - 电机转子和自起动同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机转子和自起动同步磁阻电机。该电机转子包括转子铁芯(1)，转子铁芯(1)上开设有填充槽、狭缝槽(2)和空气槽(8)，填充槽包括独立填充槽(4)和非独立填充槽(3)，非独立填充槽(3)设置在狭缝槽(2)的两侧，空气槽(8)设置在填充槽远离q轴的一侧，且位于填充槽与转子外圆之间，空气槽(8)与该空气槽(8)对应的填充槽同层布置。根据本申请的电机转子，能够减小自起动同步磁阻电机谐波产生的铝耗，进一步提升电机效率。

Description

电机转子和自起动同步磁阻电机

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种电机转子和自起动同步磁阻电机。

背景技术

自起动同步磁阻电机在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，不需要再使用变频器驱动。与异步电机相比，电机可实现恒速运行，转子损耗低，同步运行时的效率提升；与异步起动永磁同步电机相比，电机不使用永磁体材料，成本低，且不存在永磁体退磁问题。但因自起动同步磁阻电机的多层磁障层结构，导致电机存在铝耗较大的问题。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转子和自起动同步磁阻电机，能够减小自起动同步磁阻电机谐波产生的铝耗，进一步提升电机效率。

为了解决上述问题，本申请提供一种电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯上开设有填充槽、狭缝槽和空气槽，填充槽包括独立填充槽和非独立填充槽，非独立填充槽设置在狭缝槽的两侧，空气槽设置在填充槽远离q轴的一侧，且位于填充槽与转子外圆之间，空气槽与该空气槽对应的填充槽同层布置。

优选地，空气槽靠近转子外圆的内壁与靠近同层填充槽的内壁之间的最小距离为L，L≥20*σ/q，其中σ为定子和转子之间气隙的宽度，q为电机定子每极每相槽数。

优选地，空气槽沿q轴方向上的宽度h满足0.8h1≤h≤1.4h1，h1为与该空气槽同层且距离最近的填充槽沿q轴方向上的宽度。

优选地，空气槽与该空气槽同层且最近的填充槽之间形成隔磁桥，隔磁桥的宽度为L1，0.5σ≤L1≤2σ，其中σ为定子和转子之间气隙的宽度。

优选地，填充槽的总面积占填充槽、空气槽和狭缝槽的面积之和的比例为30％～70％。

优选地，填充槽的总面积占填充槽、空气槽和狭缝槽的面积之和的比例为35％～50％。

优选地，独立填充槽与转子外圆之间布置有空气槽，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面内，独立填充槽两端的空气槽外边缘与转子铁芯的中心连线之间的夹角为α1，20°≤α1≤60°。

优选地，非独立填充槽沿q轴方向的宽度为h1，与该非独立填充槽同层布置的狭缝槽沿q轴方向的最大宽度为h2，0.8h2≤h1≤1.4h2。

优选地，0.9h2≤h1≤1.1h2。

优选地，相邻两个非独立填充槽之间的导磁通道的最小宽度为d1，与该两个非独立填充槽对应的两个狭缝槽之间的导磁通道的最小宽度为d2，d1≥d2。

优选地，狭缝槽包括弧线段和/或直线段，当狭缝槽包括弧线段时，沿着从转子轴孔到转子外圆的方向，弧线段的弧度逐渐变大，且同层的狭缝槽的外圆弧度大于内圆弧度。

优选地，狭缝槽包括弧线段或直线段，沿着从q轴向两侧的方向，狭缝槽在q轴方向上的宽度递增；和/或，狭缝槽包括弧线段和直线段，直线段设置在弧线段的两端，沿着从q轴向两侧的方向，弧线段在q轴方向上的宽度递增。

优选地，q轴独立填充槽沿q轴方向的宽度为m1，狭缝槽沿q轴方向的宽度为m2，转子铁芯从转子轴孔至转子外圆的宽度为m3，(m1+∑m2)/m3＝0.3～0.5。

优选地，同一极下，同层的非独立填充槽、空气槽和狭缝槽形成一层磁障层，同层的空气槽和q轴独立填充槽形成一层磁障层，各层磁障层关于q轴对称布置，磁障层沿径向布置至少两层。

优选地，每层磁障层中的非独立填充槽和狭缝槽之间通过隔磁桥间隔开，隔磁桥的宽度L2满足0.6σ≤L2≤2σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。

优选地，0.8σ≤L2≤1.2σ。

优选地，相邻磁障层之间的最小距离为L4，相邻磁障层中宽度较小的磁障层在q轴方向上的最小宽度为L3，L4≥1.5L3。

优选地，磁障层与转子外圆之间的最小距离为L5，0≤L5≤2.5σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。

优选地，至少部分填充槽内填充导电不导磁材料，并且通过转子铁芯两端的端环实现短路，形成鼠笼。

优选地，转子铁芯的转子轴孔呈圆形、椭圆形或多边形。

根据本申请的另一方面，提供了一种自起动同步磁阻电机，包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。

本申请提供的电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯上开设有填充槽、狭缝槽和空气槽，填充槽包括独立填充槽和非独立填充槽，非独立填充槽设置在狭缝槽的两侧，空气槽设置在填充槽远离q轴的一侧，且位于填充槽与转子外圆之间，空气槽与该空气槽对应的填充槽同层布置。该电机转子在非独立填充槽与狭缝槽组成的转子磁障层或独立填充槽组成的转子磁障层的基础上设置空气槽，通过调整空气槽与填充槽之间的相对位置，保证磁障层之间的磁通流通，减小空气槽和填充槽之间的漏磁；同时减小磁力线从转子进入定子时的损失，减小谐波产生的铝耗，提升电机效率。

附图说明

图1为本申请一个实施例的电机转子的结构示意图；

图2为本申请一个实施例的电机转子的结构示意图；

图3为本申请一个实施例的电机与相关技术的电机的谐波损耗对比图；

图4为本申请一个实施例的电机与相关技术的电机的效率对比图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；2、狭缝槽；3、非独立填充槽；4、独立填充槽；5、隔磁桥；6、转子轴孔；7、导磁通道；8、空气槽。

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，电机转子包括转子铁芯1，转子铁芯1上开设有填充槽、狭缝槽2和空气槽8，填充槽包括独立填充槽4和非独立填充槽3，非独立填充槽3设置在狭缝槽2的两侧，空气槽8设置在填充槽远离q轴的一侧，且位于填充槽与转子外圆之间，空气槽8与该空气槽8对应的填充槽同层布置。

该电机转子在非独立填充槽3与狭缝槽2组成的转子磁障层或独立填充槽4组成的转子磁障层的基础上设置空气槽8，通过调整空气槽8与填充槽之间的相对位置，保证磁障层之间的磁通流通，减小空气槽8和填充槽之间的漏磁；同时减小磁力线从转子进入定子时的损失，减小谐波产生的铝耗，提升电机效率。

空气槽8位于填充槽的靠近转子外圆侧，且沿转子铁芯1的外圆与填充槽同层布置，这样设置使得填充槽可以远离定子与转子之间形成的气隙，减少气隙磁场谐波对填充槽的影响，从而减小铝耗，提升电机效率。

在本实施例中，独立填充槽4为不与狭缝槽2同层的填充槽，非独立填充槽3为与狭缝槽2同层的填充槽。

在一个实施例中，同一层的独立填充槽4可以采用多块分块布置，也可以采用整块布置。

在一个实施例中，空气槽8靠近转子外圆的内壁与靠近同层填充槽的内壁之间的最小距离为L，L≥20*σ/q，其中σ为定子和转子之间气隙的宽度，q为电机定子每极每相槽数。这样设置的目的是减小磁力线从转子进入定子时的损失，同时减小谐波产生的铝耗，提升电机效率。

在一个实施例中，空气槽8沿q轴方向上的宽度h满足0.8h1≤h≤1.4h1，h1为与该空气槽8同层且距离最近的填充槽沿q轴方向上的宽度。这样设置是为了保证相邻的空气槽8之间留有合适的宽度，避免出现磁场饱和，影响磁障层之间的磁通流通，造成电机出力降低、电机效率下降。

在一个实施例中，空气槽8与该空气槽8同层且最近的填充槽之间形成隔磁桥5，隔磁桥5的宽度为L1，0.5σ≤L1≤2σ，其中σ为定子和转子之间气隙的宽度。通过限定隔磁桥5的宽度为L1与定子和转子之间的气隙宽度之间的关系，目的是保证转子结构的机械强度，减小空气槽8和填充槽之间的漏磁，提升电机效率。

在一个实施例中，填充槽的总面积占填充槽、空气槽8和狭缝槽2的面积之和的比例为30％～70％。

优选地，填充槽的总面积占填充槽、空气槽8和狭缝槽2的面积之和的比例为35％～50％，从而保证一定比例的填充槽面积，使得电机能够具有一定的带载起动能力。

在一个实施例中，独立填充槽4与转子外圆之间布置有空气槽8，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的横截面内，独立填充槽4两端的空气槽8外边缘与转子铁芯1的中心连线之间的夹角为α1，20°≤α1≤60°。如此设置，使得独立填充槽4和空气槽8形成的组合结构，既可当做磁障层，增大电机的磁阻转矩，又可作为起动鼠笼，用于改善电机起动性能。

在一个实施例中，非独立填充槽3沿q轴方向的宽度为h1，与该非独立填充槽3同层布置的狭缝槽2沿q轴方向的最大宽度为h2，0.8h2≤h1≤1.4h2。优选地，0.9h2≤h1≤1.2h2。这样设置不会使得狭缝槽2之间的导磁通道7过载，造成电机出力降低、电机效率下降，从而可以有效保证电机工作性能。

在一个实施例中，相邻两个非独立填充槽3之间的导磁通道7的最小宽度为d1，与该两个非独立填充槽3对应的两个狭缝槽2之间的导磁通道7的最小宽度为d2，d1≥d2。该限定的目的是要保证填充槽之间留有足够的宽度，避免出现磁场饱和，影响磁障层之间通道的磁通流通。

在一个实施例中，狭缝槽2包括弧线段或直线段，当狭缝槽2包括弧线段时，沿着从转子轴孔6到转子外圆的方向，弧线段的弧度逐渐变大，且同层的狭缝槽2的外圆弧度大于内圆弧度。

在一个实施例中，同一层的狭缝槽2包括弧线段或直线段，沿着从q轴向两侧的方向，狭缝槽2在q轴方向上的宽度递增。

在一个实施例中，同一层的狭缝槽2包括弧线段和直线段，直线段设置在弧线段的两端，沿着从q轴向两侧的方向，弧线段在q轴方向上的宽度递增。位于弧线段两侧的直线段平行于d轴设置，该直线段可以为恒宽，也可以为沿着远离轴孔的方向宽度递增，或者是部分沿着远离轴孔的方向宽度递增，部分恒宽。

上述的结构设置，可以增大转子空间的利用率，合理布置狭缝槽2，以增大转子凸极比，提升电机磁阻转矩。

在一个实施例中，独立填充槽4沿q轴方向的宽度为m1，狭缝槽2沿q轴方向的宽度为m2，转子铁芯1从转子轴孔6至转子外圆的宽度为m3，

(m1+∑m2)/m3＝0.3～0.5，从而能够选择合理的磁障占比，既保证足够的磁障宽度，又保证合理的磁通通道，增加电机凸极比的同时，防止出现磁路过饱和。

在一个实施例中，同一极下，同层的非独立填充槽3、空气槽8和狭缝槽2形成一层磁障层，同层的空气槽8和独立填充槽4形成一层磁障层，各层磁障层关于q轴对称布置，磁障层沿径向布置至少两层。

在一个实施例中，每层磁障层中的非独立填充槽3和狭缝槽2之间通过隔磁桥5间隔开，隔磁桥5的宽度L2满足0.6σ≤L2≤2σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。优选地，0.8σ≤L2≤1.2σ。这样设置可以保证转子结构的机械强度，减小填充槽和狭缝槽2之间的漏磁。

在一个实施例中，相邻磁障层之间的最小距离为L4，相邻磁障层中宽度较小的磁障层在q轴方向上的最小宽度为L3，L4≥1.5L3。这样设置可以降低转子加工难度，保证转子磁密分布的均匀度和不饱和度。

在一个实施例中，磁障层与转子外圆之间的最小距离为L5，0≤L5≤2.5σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。通过限定磁障层与转子外圆之间的最小距离L5，可以在保证转子机械强度的条件下，减小电机漏磁，提升电机效率。

在一个实施例中，至少部分填充槽内填充导电不导磁材料，并且通过转子铁芯1两端的端环实现短路，形成鼠笼。在本实施例中，独立填充槽4和非独立填充槽3的槽内均填充导电不导磁的材料，较优地为铝或铝合金，填充槽通过转子两端的端环进行自行短路连接，形成鼠笼结构，端环材料与填充槽内填充材料相同。自行短路的鼠笼结构在电机起动阶段提供异步转矩，以实现电机的自起动；多层磁障层结构为电机提供磁阻转矩，以实现电机的同步运行。

在一个实施例中，转子铁芯1的转子轴孔6呈圆形、椭圆形或多边形。优选地，转子铁芯1的转子轴孔6呈椭圆形，且椭圆形的长轴与d轴重合，短轴与q轴重合，从而能够释放更多转子空间，使得电机转子能够形成更强的起动性能。

结合参见图3和4所示，通过将本申请实施例的电机与相关技术的铝耗和电机效率的效果进行对比可以发现，本申请实施例的电机可以有效减小自起动同步磁阻电机谐波产生的铝耗，提升电机效率。

根据本申请的实施例，自起动同步磁阻电机包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。

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)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)上开设有填充槽、狭缝槽(2)和空气槽(8)，所述填充槽包括独立填充槽(4)和非独立填充槽(3)，所述非独立填充槽(3)设置在所述狭缝槽(2)的两侧，所述空气槽(8)设置在所述填充槽远离q轴的一侧，且位于所述填充槽与转子外圆之间，所述空气槽(8)与该空气槽(8)对应的所述填充槽同层布置。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述空气槽(8)靠近转子外圆的内壁与靠近同层填充槽的内壁之间的最小距离为L，L≥20*σ/q，其中σ为定子和转子之间气隙的宽度，q为电机定子每极每相槽数。

3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述空气槽(8)沿q轴方向上的宽度h满足0.8h1≤h≤1.4h1，h1为与该空气槽(8)同层且距离最近的填充槽沿q轴方向上的宽度。

4.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述空气槽(8)与该空气槽(8)同层且最近的所述填充槽之间形成隔磁桥(5)，所述隔磁桥(5)的宽度为L1，0.5σ≤L1≤2σ，其中σ为定子和转子之间气隙的宽度。

5.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述填充槽的总面积占所述填充槽、所述空气槽(8)和所述狭缝槽(2)的面积之和的比例为30％～70％。

6.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，所述填充槽的总面积占所述填充槽、所述空气槽(8)和所述狭缝槽(2)的面积之和的比例为35％～50％。

7.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述独立填充槽(4)与转子外圆之间布置有所述空气槽(8)，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的横截面内，所述独立填充槽(4)两端的空气槽(8)外边缘与所述转子铁芯(1)的中心连线之间的夹角为α1，20°≤α1≤60°。

8.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述非独立填充槽(3)沿q轴方向的宽度为h1，与该非独立填充槽(3)同层布置的所述狭缝槽(2)沿q轴方向的最大宽度为h2，0.8h2≤h1≤1.4h2。

9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，0.9h2≤h1≤1.1h2。

10.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，相邻两个所述非独立填充槽(3)之间的导磁通道(7)的最小宽度为d1，与该两个非独立填充槽(3)对应的两个狭缝槽(2)之间的导磁通道(7)的最小宽度为d2，d1≥d2。

11.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述狭缝槽(2)包括弧线段和/或直线段，当所述狭缝槽(2)包括弧线段时，沿着从转子轴孔(6)到转子外圆的方向，所述弧线段的弧度逐渐变大，且同层的所述狭缝槽(2)的外圆弧度大于内圆弧度。

12.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述狭缝槽(2)包括弧线段或直线段，沿着从q轴向两侧的方向，所述狭缝槽(2)在q轴方向上的宽度递增；和/或，所述狭缝槽(2)包括弧线段和直线段，所述直线段设置在所述弧线段的两端，沿着从q轴向两侧的方向，所述弧线段在q轴方向上的宽度递增。

13.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述q轴独立填充槽(4)沿q轴方向的宽度为m1，所述狭缝槽(2)沿q轴方向的宽度为m2，所述转子铁芯(1)从转子轴孔(6)至转子外圆的宽度为m3，(m1+∑m2)/m3＝0.3～0.5。

14.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，同一极下，同层的所述非独立填充槽(3)、所述空气槽(8)和狭缝槽(2)形成一层磁障层，同层的所述空气槽(8)和所述q轴独立填充槽(4)形成一层磁障层，各层所述磁障层关于q轴对称布置，所述磁障层沿径向布置至少两层。

15.根据权利要求14所述的电机转子，其特征在于，每层所述磁障层中的所述非独立填充槽(3)和所述狭缝槽(2)之间通过隔磁桥(5)间隔开，所述隔磁桥(5)的宽度L2满足0.6σ≤L2≤2σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。

16.根据权利要求15所述的电机转子，其特征在于，0.8σ≤L2≤1.2σ。

17.根据权利要求14所述的电机转子，其特征在于，相邻所述磁障层之间的最小距离为L4，相邻所述磁障层中宽度较小的所述磁障层在q轴方向上的最小宽度为L3，L4≥1.5L3。

18.根据权利要求14所述的电机转子，其特征在于，所述磁障层与转子外圆之间的最小距离为L5，0≤L5≤2.5σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。

19.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，至少部分所述填充槽内填充导电不导磁材料，并且通过所述转子铁芯(1)两端的端环实现短路，形成鼠笼。

20.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)的转子轴孔(6)呈圆形、椭圆形或多边形。

21.一种自起动同步磁阻电机，包括电机转子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至20中任一项所述的电机转子。

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