CN113964972A - 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)、填充槽和狭缝槽(2)，填充槽和狭缝槽(2)均开设在转子铁芯(1)上，填充槽包括非独立填充槽(3)，非独立填充槽(3)设置在狭缝槽(2)的两端，电机转子为两极式转子，在垂直于转子铁芯(1)的中心轴线的横截面上，沿着远离狭缝槽(2)的方向，至少部分填充槽的宽度递减。根据本申请的电机转子，能够有效改变导磁通道及填充槽与定子齿槽位置关系，有效降低齿槽效应，降低谐波，降低电机振动噪声。

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结合了感应电机与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，能够直接接电源实现起动运行。自起动同步磁阻电机与异步起动永磁电机相比，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。

但自起动磁阻电机转子上具有很多导磁通道，导致电机磁场及输入电流谐波较大，导致电机电磁振动噪声较大。

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，能够有效改变导磁通道及填充槽与定子齿槽位置关系，有效降低齿槽效应，降低谐波，降低电机振动噪声。

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、填充槽和狭缝槽，填充槽和狭缝槽均开设在转子铁芯上，填充槽包括非独立填充槽，非独立填充槽设置在狭缝槽的两端，电机转子为两极式转子，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面上，沿着远离狭缝槽的方向，至少部分填充槽的宽度递减。

优选地，宽度递减的填充槽，远离狭缝槽一端的宽度为d2，靠近狭缝槽一端的宽度为d1，d1≥1.2*d2。

优选地，0.4*d1≤d2≤0.8*d1。

优选地，0.55*d1≤d2≤0.65*d1。

优选地，相邻两个非独立填充槽之间的导磁通道中，至少一个导磁通道靠近转子外圆的导磁通道宽度d4与靠近狭缝槽的导磁通道宽度d3之间满足d4＞d3。

优选地，填充槽还包括独立填充槽，独立填充槽位于狭缝槽沿q轴方向的外侧。

优选地，填充槽沿d轴方向延伸。

优选地，填充槽关于d轴或q轴对称。

优选地，狭缝槽包括圆弧段和/或直线段，狭缝槽沿远离转子铁芯中心的方向向转子外圆外凸，同一极下狭缝槽布置至少两层。

优选地，狭缝槽外凸部分的宽度沿着从q轴向往两边的方向递增。

优选地，相邻的狭缝槽之间形成导磁通道，导磁通道的宽度沿着从q轴往两边的方向递增。

优选地，相邻的狭缝槽之间形成导磁通道，沿着q轴向外的方向，导磁通道的最小宽度递减。

优选地，相邻两个狭缝槽之间的导磁通道的最小宽度为d7，该相邻两个狭缝槽的最小宽度为d5，1.5*d5≤d7≤3.2*d5。

优选地，1.8*d5≤d7≤2.5*d5。

优选地，狭缝槽与相应的非独立填充槽之间形成分割筋，分割筋的宽度为L1，L1≥0.5*σ，σ为定子与转子之间的气隙的宽度。

优选地，填充槽与转子外圆之间的最小间隔为L2，0≤L2≤2*σ。

优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面上，独立填充槽的两端与转子铁芯的中心连线所形成的夹角α满足20°≤α≤60°。

优选地，30°≤α≤40°。

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。

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、填充槽和狭缝槽，填充槽和狭缝槽均开设在转子铁芯上，填充槽包括非独立填充槽，非独立填充槽设置在狭缝槽的两端，电机转子为两极式转子，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面上，沿着远离狭缝槽的方向，至少部分填充槽的宽度递减。该电机转子对至少部分非独立填充槽的结构进行优化处理，使其形成类似梯形的填充槽结构，能够改变导磁通道及填充槽与定子齿槽之间的位置关系，有效降低齿槽效应，降低谐波；而且类似梯形填充槽的外端部宽度小于内端部宽度，能够降低填充槽端部对气隙磁场影响，降低气隙磁场谐波，从而降低电机振动噪声。

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转子安装端环之后的结构示意图；

图4为本申请一个实施例的电机与相关技术的电机在起动过程中的电流波形对比图。

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、分割筋；6、轴孔；7、导磁通道；8、端环。

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、填充槽和狭缝槽2，填充槽和狭缝槽2均开设在转子铁芯1上，填充槽包括非独立填充槽3，非独立填充槽3设置在狭缝槽2的两端，电机转子为两极式转子，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的横截面上，沿着远离狭缝槽2的方向，至少部分填充槽的宽度递减。

该电机转子对至少部分非独立填充槽3的结构进行优化处理，使其形成类似梯形的填充槽结构，其中靠近狭缝槽2的边为梯形结构的长底边，远离狭缝槽2的边为梯形结构的短底边，能够改变导磁通道及填充槽与定子齿槽之间的位置关系，有效降低齿槽效应，降低谐波；而且类似梯形填充槽的外端部宽度小于内端部宽度，能够降低填充槽端部对气隙磁场影响，降低气隙磁场谐波，从而降低电机振动噪声。结合参见图4所示，相比于相关技术的电机方案，在采用本申请实施例的方案之后，电流波形正弦度变好，谐波变少，因此可以有效减小由谐波所产生的振动噪声。

在一个实施例中，当只有部分非独立填充槽3设置为沿着远离狭缝槽2的方向宽度递减的类梯形结构，该部分沿着远离狭缝槽2的方向宽度递减的非独立填充槽3设置在靠近d轴狭缝槽2的两端，由于靠近d轴的磁场较强，因此对于齿槽效应的改善效果更加明显。

在一个实施例中，对于宽度递减的填充槽，定义其远离狭缝槽2一端的宽度为d2，靠近狭缝槽2一端的宽度为d1，d1≥1.2*d2。

优选地，0.4*d1≤d2≤0.8*d1。

进一步优选地，0.55*d1≤d2≤0.65*d1。

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中，至少一个导磁通道7靠近转子外圆的导磁通道7的宽度d4与靠近狭缝槽2的导磁通道7的宽度d3之间满足d4＞d3。如此可以保证磁场容易通过导磁通道7进入定子，同时也能降低齿槽效应。

在一个实施例中，填充槽还包括独立填充槽4，独立填充槽4位于狭缝槽2沿q轴方向的外侧。

在一个实施例中，填充槽沿d轴方向延伸。

在一个实施例中，填充槽关于d轴或q轴对称。

同一极下，独立填充槽4可以为一个整体结构，也可以分为多块结构，不管是整体结构还是分块结构，独立填充槽4都关于d轴或者q轴对称。

在本实施例中，填充槽包括非独立填充槽3和独立填充槽4，非独立填充槽3和独立填充槽4均沿d轴方向延伸，且各填充槽均位于转子铁芯1的靠近转子外圆的位置，因此能够更好地帮助电机实现自起动。

狭缝槽2包括圆弧段和/或直线段，狭缝槽2沿远离转子铁芯1中心的方向向转子外圆外凸，同一极下狭缝槽2布置至少两层，狭缝槽2外凸部分的宽度沿着从q轴向往两边的方向递增。

在一个实施例中，狭缝槽2包括圆弧段，圆弧段沿远离转子铁芯1中心的方向向转子外圆外凸，同一极下狭缝槽2布置至少两层。

狭缝槽2还可以包括直线段，其中直线段分布在圆弧段的两侧，直线段也是沿d轴方向延伸，非独立填充槽3的延伸方向与直线段的延伸方向一致，直线段的宽度恒定，或者沿着d轴向外的方向宽度递减。

同一层的狭缝槽2和非独立填充槽3共同组成一层磁障层，同一层的独立填充槽4组成一层磁障层，多层狭缝槽2和非独立填充槽3形成多层磁障层，多层狭缝槽2能够增加q轴方向磁阻，使得q轴电感减小，进一步增加凸极比，提高电机性能。

在一个实施例中，圆弧段的宽度沿着从q轴向往两边的方向递增。其中圆弧段位于q轴上的宽度为d5，距离q轴最远端的宽度为d6，d5＜d6，从而能够更加有效地利用转子空间，进一步增加q轴方向磁阻。

在一个实施例中，狭缝槽2也可以由多个直线段组成，位于中间的直线段沿远离转子铁芯1中心的方向向转子外圆外凸，形成梯形凸起结构。

在一个实施例中，相邻的狭缝槽2之间形成导磁通道7，导磁通道7的宽度沿着从q轴往两边的方向递增。相邻两个非独立填充槽3之间的导磁通道7中，靠近狭缝槽2的导磁通道7的宽度为d3，非独立填充槽3所对应的两个狭缝槽2之间的导磁通道7的最小宽度为d7，d7≤d3，从而能够有效利用转子空间来增加q、d轴电感之差，同时保证一定的导磁通道宽度，避免出现磁通饱和，减低电感差。

在一个实施例中，沿着q轴向外的方向，导磁通道7的最小宽度递减。例如，靠近d轴的一个导磁通道7的宽度为d7，远离d轴的一个导磁通道7的宽度为d8，d7＞d8。越靠近d轴，导磁通道7的宽度越大，越有利于磁力线通过，能够有效避免内部磁路饱和，提高磁通利用率。

在一个实施例中，相邻两个狭缝槽2之间的导磁通道7的最小宽度为d7，该相邻两个狭缝槽2的最小宽度为d5，1.5*d5≤d7≤3.2*d5。

优选地，1.8*d5≤d7≤2.5*d5。

合适的磁障与导磁通道比例，能够保证电机的dq轴电感差较优，从而提高电机的转矩输出。

在一个实施例中，狭缝槽2与相应的非独立填充槽3之间形成分割筋5，分割筋5的宽度为L1，L1≥0.5*σ，σ为定子与转子之间的气隙的宽度。

在一个实施例中，填充槽与转子外圆之间的最小间隔为L2，0≤L2≤2*σ。

通过设置合适的分割筋5的宽度，既可以减小漏磁，又可保证一定的转子机械强度。

在一个实施例中，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的横截面上，独立填充槽4的两端与转子铁芯1的中心连线所形成的夹角α满足20°≤α≤60°。

优选地，30°≤α≤40°。

独立填充槽4相当于磁障，一定大小的独立填充槽4既可以增加起动能力，又可以增加d、q轴电感差。

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8实现短路，形成鼠笼。

转子铁芯的中心设置有轴孔6，轴孔6可以为圆孔、椭圆孔或者多边形孔。

转子结构包括转子铁芯1及鼠笼，转子铁芯1由转子冲片轴向叠压而成；至少部分填充槽中填充导电不导磁的材料，并且通过转子两端的端环8实现自行短路，形成鼠笼。如图3所示，在转子铁芯1的两端设置有端环8，端环8能覆盖填充槽，实现短路，电机起动时鼠笼产生异步转矩，使得电机实现自起动。

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 (20)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)、填充槽和狭缝槽(2)，所述填充槽和所述狭缝槽(2)均开设在所述转子铁芯(1)上，所述填充槽包括非独立填充槽(3)，所述非独立填充槽(3)设置在所述狭缝槽(2)的两端，所述电机转子为两极式转子，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的横截面上，沿着远离狭缝槽(2)的方向，至少部分所述填充槽的宽度递减。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，宽度递减的所述填充槽，远离所述狭缝槽(2)一端的宽度为d2，靠近狭缝槽(2)一端的宽度为d1，d1≥1.2*d2。

3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，0.4*d1≤d2≤0.8*d1。

4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，0.55*d1≤d2≤0.65*d1。

5.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)中，至少一个所述导磁通道(7)靠近转子外圆的导磁通道(7)宽度d4与靠近所述狭缝槽(2)的导磁通道(7)宽度d3之间满足d4＞d3。

6.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述填充槽还包括独立填充槽(4)，所述独立填充槽(4)位于所述狭缝槽(2)沿q轴方向的外侧。

7.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述填充槽沿d轴方向延伸。

8.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述填充槽关于d轴或q轴对称。

9.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)包括圆弧段和/或直线段，所述狭缝槽(2)沿远离所述转子铁芯(1)中心的方向向转子外圆外凸，同一极下所述狭缝槽(2)布置至少两层。

10.根据权利要求9所述的电机转子，其特征在于，所述狭缝槽(2)外凸部分的宽度沿着从q轴向往两边的方向递增。

11.根据权利要求9所述的电机转子，其特征在于，相邻的所述狭缝槽(2)之间形成导磁通道(7)，所述导磁通道(7)的宽度沿着从q轴往两边的方向递增。

12.根据权利要求9所述的电机转子，其特征在于，相邻的所述狭缝槽(2)之间形成导磁通道(7)，沿着q轴向外的方向，所述导磁通道(7)的最小宽度递减。

13.根据权利要求12所述的电机转子，其特征在于，相邻两个所述狭缝槽(2)之间的导磁通道(7)的最小宽度为d7，该相邻两个所述狭缝槽(2)的最小宽度为d5，1.5*d5≤d7≤3.2*d5。

14.根据权利要求13所述的电机转子，其特征在于，1.8*d5≤d7≤2.5*d5。

15.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)与相应的所述非独立填充槽(3)之间形成分割筋(5)，所述分割筋(5)的宽度为L1，L1≥0.5*σ，σ为定子与转子之间的气隙的宽度。

16.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述填充槽与转子外圆之间的最小间隔为L2，0≤L2≤2*σ。

17.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的横截面上，所述独立填充槽(4)的两端与所述转子铁芯(1)的中心连线所形成的夹角α满足20°≤α≤60°。

18.根据权利要求17所述的电机转子，其特征在于，30°≤α≤40°。

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(8)实现短路，形成鼠笼。

20.一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19中任一项所述的电机转子。

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