CN114598058A - 一种自起动同步磁阻电机转子和自起动同步磁阻电机 - Google Patents

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胡绳
杨福源
李世鹏
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Abstract

本公开提供一种自起动同步磁阻电机转子和自起动同步磁阻电机，自起动同步磁阻电机转子包括：转子铁芯，转子铁芯上开设有空气槽以形成磁障层，所述转子铁芯包括D轴和Q轴；相邻两层磁障层之间部分为导磁通道层；并有定子槽数与所述磁障层的层数的最大公约数不等于极数或极对数，即GCD(NS，NB)≠(p，2p)；其中NS为定子槽数，NB为每极下转子的磁障层数，p为电机转子的极对数。根据本公开能够有效地降低了谐波振动幅值，从而有效降低转矩脉动，提升电机效率。

Description

一种自起动同步磁阻电机转子和自起动同步磁阻电机
技术领域
本公开涉及电机技术领域，具体涉及一种自起动同步磁阻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兼具异步电机和同步磁阻电机的特点，有以下几点基本特征：
转子内沿轴向开设空气槽，空气槽称为磁障槽，每两层磁障槽中间形成的铁芯部分，称为导磁通道；
磁障槽内全部或部分填充导电非导磁材料(例如铝)，称为导条；
转子轴向两端有端环，端环材料与导条材料相同，转子两端的端环与转子槽内的全部或部分导条连接，形成短路回路；
转子每极都形成两个对称轴D轴和Q轴，与导磁通道近似平行的轴称为D轴，与导磁通道近似垂直的轴称为Q轴；
自起动同步磁阻电机兼具异步电机无需变频器可直接起动、转子没有磁钢，可靠性高的优点，以及同步磁阻电机稳定运行在同步、高效率、高功率密度的优点。在工业领域，定频电机IE4能效的突破，同时成本更低。
振动噪声是工业电机关注的重要指标，转矩脉动是引起振动噪声的重要原因，如何有效降低转矩脉动是行业普遍关注的难题。
由于现有技术中的自起动同步磁阻电机存在转矩脉动较大，导致振动噪声大等技术问题，因此本公开研究设计出一种自起动同步磁阻电机转子和自起动同步磁阻电机。
公开内容
因此，本公开要解决的技术问题在于克服现有技术中的自起动同步磁阻电机存在转矩脉动较大，导致振动噪声大的缺陷，从而提供一种自起动同步磁阻电机转子和自起动同步磁阻电机。
为了解决上述问题，本公开提供一种自起动同步磁阻电机转子，其包括：
转子铁芯，所述转子铁芯上开设有空气槽以形成磁障层，所述转子铁芯包括D轴和Q轴；相邻两层所述磁障层之间部分为导磁通道层；
并有定子槽数与所述磁障层的层数的最大公约数不等于极数或极对数，即GCD(NS，NB)≠(p，2p)；其中NS为定子槽数，NB为每极下转子的磁障层数，p为电机转子的极对数。
在一些实施方式中，所述定子槽数为偶数，所述转子的磁障层数为奇数；和/或，所述定子槽数与所述磁障层数的最大公约数为1，即GCD(NS，NB)＝1。
在一些实施方式中，与所述D轴平行的第n层磁障层的磁障极弧Rn为与D轴平行的上第n层磁障层相邻的两层导磁通道的弧线中点在转子外圆上的弧长，且从所述D轴的位置至远离所述D轴的方向上各层磁障极弧的弧长分别为R1～RNB；1≤n≤NB。
在一些实施方式中，第一层磁障层的磁障极弧R1≤30mm，所述第一层磁障层为最靠近所述D轴的磁障层，第二层至倒数第二层磁障层的磁障极弧Rn≤20mm，最外层的磁障层的磁障极弧RNB≤50mm，其中最外层磁障层为最远离D轴的磁障层。
在一些实施方式中，所述转子铁芯由转子冲片轴向堆叠而成。
在一些实施方式中，所述磁障层沿所述Q轴分为多层，并且相对所述转子轴心而靠近径向外圆的所述磁障层为填充槽；所述填充槽内填充有导电不导磁的材料，即导条。
在一些实施方式中，所述导条为铸铝结构，通过铸造的方式成型于所述填充槽内。
在一些实施方式中，所述转子铁芯的轴向两端放置有导电不导磁材料构成的端环，全部或部分所述导条通过所述端环短接在一起，形成回路。
本公开还提供一种自起动同步磁阻电机，其包括前任一项所述的自起动同步磁阻电机转子。
在一些实施方式中，所述定子包括定子齿，两个相邻所述定子齿之间为定子槽，且所述定子齿的周向宽度为WT，并有WT≤15mm。
本公开提供的一种自起动同步磁阻电机转子和自起动同步磁阻电机具有如下有益效果：
1.本公开通过将定子槽数与所述磁障层的层数的最大公约数不等于极数或极对数，即GCD(NS，NB)≠(p，2p)，通过将最大公约数设置为不等于极数或极对数，使得最大公约数减小，转子旋转一周与定子重合在相同位置的次数越低，重合一次为一个波形，有效提高频率，有效地降低了谐波振动幅值，从而有效降低转矩脉动，提升电机效率；进一步地将所述定子槽数为偶数，所述转子的磁障层数为奇数；和/或，所述定子槽数与所述磁障层数的最大公约数为1，即GCD(NS，NB)＝1，能够进一步地降低最大公约数，进而进一步最大程度提高频率，减小谐波幅值，增大基波幅值，降低转矩脉动，提高电机输出效率；
2.本公开还通过将第一层磁障层的磁障极弧R1≤30mm，第二层至倒数第二层磁障层的磁障极弧Rn≤20mm，最外层的磁障层的磁障极弧RNB≤50mm，能够有效约束磁障层最大宽度，保证磁障层数量较多，有利于降低转矩脉动；本公开还通过将定子齿的周向宽度为WT，并有WT≤15mm，能够有效约束定子齿最大宽度，定转子磁场交变次数增多即频率变高，频率变高幅值会降低，从而降低脉动，同时在电机外径较大时，保证定子槽数量较多，进一步有利于降低转矩脉动。
附图说明
图1为本公开的自起动同步磁阻电机转子的磁障和导磁通道的示意图；
图2为本公开的自起动同步磁阻电机转子的各磁障极弧的结构示意图；
图3为本公开的自起动同步磁阻电机的定子槽和定子齿的结构示意图；
图4为本公开电机与常规电机在谐波和基波方面的对比柱形图；
图5为本公开电机与常规电机在负载和效率方面的对比曲线图；
图6为本公开电机与常规电机在转矩脉动方面的对比曲线图；
图7为本公开的导条和端环的结构示意图。
附图标记表示为：
1、转子铁芯；10、转轴孔；2、磁障层；3、导磁通道层；4、导条；5、端环；6、定子；61、定子齿；62、定子槽。
具体实施方式
如图1-7所示，本公开提供一种自起动同步磁阻电机转子，其包括：
转子铁芯1，所述转子铁芯1上开设有空气槽以形成磁障层2，根据所述磁障层2的形状，所述转子铁芯1包括D轴和Q轴，相邻的两个转子极关于D轴对称，同一极内关于Q轴对称；相邻两层所述磁障层2之间部分为导磁通道层3；
并有定子槽数与所述磁障层的层数的最大公约数不等于极数或极对数，即GCD(NS，NB)≠(p，2p)；其中NS为定子槽数，NB为每极下转子的磁障层数，p为电机转子的极对数。转子铁芯径向内周具有转轴孔10。
本公开通过将定子槽数与所述磁障层的层数的最大公约数不等于极数或极对数，即GCD(NS，NB)≠(p，2p)，通过将最大公约数设置为不等于极数或极对数，使得最大公约数减小，转子旋转一周与定子重合在相同位置的次数越低，重合一次为一个波形，有效提高频率，有效地降低了谐波振动幅值，从而有效降低转矩脉动，提升电机效率。谐波是干扰，同样要消耗输入，只有基波是起作用的，基波+谐波共同构成输入源，谐波多基波就少，效率就低，谐波是噪声源，所有噪声问题都可以归结为谐波，降低谐波幅值能够降低噪声，提高电机效率。
在一些实施方式中，所述定子槽数为偶数，所述转子的磁障层数为奇数；和/或，所述定子槽数与所述磁障层数的最大公约数为1，即GCD(NS，NB)＝1。进一步地将所述定子槽数为偶数，所述转子的磁障层数为奇数；和/或，所述定子槽数与所述磁障层数的最大公约数为1，即GCD(NS，NB)＝1，能够进一步地降低最大公约数，进而进一步最大程度提高频率，减小谐波幅值，增大基波幅值，降低转矩脉动，提高电机输出效率。
1.本公开通过电机磁障层数和定子槽数配套组合，磁障层数与定子槽数的最大公约数不等于电机极数或极对数，优选磁障层数与定子槽数的最大公约数为1，能够有效降低转矩脉动，降低噪声，提高电机效率；
2.磁障极弧为与该磁障层相邻的两层导磁通道中点在转子外圆画过的弧长；本公开的电机转子各层磁障极弧的弧长及定子齿宽满足约束条件，分别约束第一层、中间层和最后一层磁障极弧弧长以及定子齿宽，能够进一步降低转矩脉动，降低噪声。
满足本发明所述转子磁障层数和定子槽数约束关系及磁障极弧、定子齿宽约束关系的电机，转矩脉动明显下降。
在一些实施方式中，与D轴平行的第n层磁障层的磁障极弧Rn为与D轴平行的第n层磁障层相邻的两层导磁通道的弧线中点在转子外圆上的弧长，且从所述D轴的位置至远离所述D轴的方向上各层磁障极弧的弧长分别为R1～RNB；1≤n≤NB。
1.每层磁障起于平行D轴位置，经过Q轴穿过转子内部，止于关于起点对称的另一侧D轴；
2.磁障极弧为与磁障相邻的两导磁通道中点与转子外圆的两个交点在转子外圆上划过的弧长；
3.磁障层按照由转子内圆到外圆，定义为1～NB，对应磁障极弧为R1～RNB。
在一些实施方式中，第一层磁障层的磁障极弧R1≤30mm，所述第一层磁障层为最靠近所述D轴的磁障层，第二层至倒数第二层磁障层的磁障极弧Rn≤20mm，最外层的磁障层的磁障极弧RNB≤50mm，其中最外层磁障层为最远离D轴的磁障层。
本公开还通过将第一层磁障层的磁障极弧R1≤30mm，第二层至倒数第二层磁障层的磁障极弧Rn≤20mm，最外层的磁障层的磁障极弧RNB≤50mm，能够有效约束磁障层最大宽度，保证磁障层数量较多，有利于降低转矩脉动。
关键词：
1、转子磁障：转子上开设的各层空气槽；
2、转子导磁通道：转子各层空气槽之间部分称为导磁通道层；
3、磁障极弧：与该磁障层相邻的两层导磁通道中点在转子外圆画过的弧长。
在一些实施方式中，所述转子铁芯1由转子冲片轴向堆叠而成；所述磁障层2的组数为所述电机转子的极数。每极下有多个磁障层，每极有一个磁障层组。磁障层组重复几次即有几个转子极，即磁障层的组数。例如，附图为2极转子，包括D轴上方和D轴下方的共2极。
在一些实施方式中，所述磁障层2沿所述Q轴分为多层，并且相对所述转子轴心而靠近径向外圆的所述磁障层2为填充槽；所述填充槽内填充有导电不导磁的材料，即导条4。
在一些实施方式中，所述导条4为铸铝结构，通过铸造的方式成型于所述填充槽内。
本发明所述电机可以采用全部磁障槽内铸铝或部分磁障槽内铸铝；
本发明所述电机端环可以圆环形或其他规则不规则形状。
在一些实施方式中，所述转子铁芯1的轴向两端放置有导电不导磁材料构成的端环5，全部或部分所述导条4通过所述端环5短接在一起，形成回路。
本公开还提供一种自起动同步磁阻电机，其包括前任一项所述的自起动同步磁阻电机转子，还包括定子6。
在一些实施方式中，所述定子6包括定子齿61，两个相邻所述定子齿61之间为定子槽62，且所述定子齿61的周向宽度为WT，并有WT≤15mm。本公开还通过将定子齿的周向宽度为WT，并有WT≤15mm，能够有效约束定子齿最大宽度，同时在电机外径较大时，保证定子槽数量较多，进一步有利于降低转矩脉动。
本发明所述电机由转子冲片轴向堆叠而成的转子铁芯1；
转子铁芯开设有多组相同的空气槽，空气槽组数为转子极数；
空气槽沿Q轴分为多层，转子外侧空气槽为填充槽；
部分或全部空气槽内填充有导电不导磁的材料，称为导条4；
转子两端放置有导电不导磁材料构成的端环5；
全部或部分导条通过端环短接在一起，形成回路；
空气槽沿Q轴分为多层，根据空气槽的形状，与空气槽平行的径向方向称为D轴，与空气槽垂直的径向方向称为Q轴；
转子上各层空气槽称为磁障层2，相邻两层空气槽之间部分称为导磁通道层3；
定子槽数为NS，每极下转子磁障层数为NB。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种自起动同步磁阻电机转子，其特征在于：包括：
转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)上开设有空气槽以形成磁障层(2)，所述转子铁芯(1)包括D轴和Q轴；相邻两层所述磁障层(2)之间部分为导磁通道层(3)；
并有定子槽数与所述磁障层的层数的最大公约数不等于极数或极对数，即GCD(NS，NB)≠(p，2p)；其中NS为定子槽数，NB为每极下转子的磁障层数，p为电机转子的极对数。
2.根据权利要求1所述的自起动同步磁阻电机转子，其特征在于：
所述定子槽数为偶数，所述转子的磁障层数为奇数；和/或，所述定子槽数与所述磁障层数的最大公约数为1，即GCD(NS，NB)＝1。
3.根据权利要求1所述的自起动同步磁阻电机转子，其特征在于：
与所述D轴平行的第n层磁障层的磁障极弧Rn为与D轴平行的第n层磁障层相邻的两层导磁通道的弧线中点在转子外圆上的弧长，且从所述D轴的位置至远离所述D轴的方向上各层磁障极弧的弧长分别为R1～RNB；1≤n≤NB。
4.根据权利要求3所述的自起动同步磁阻电机转子，其特征在于：
第一层磁障层的磁障极弧R1≤30mm，所述第一层磁障层为最靠近所述D轴的磁障层，第二层至倒数第二层磁障层的磁障极弧Rn≤20mm，最外层的磁障层的磁障极弧RNB≤50mm，其中最外层磁障层为最远离D轴的磁障层。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的自起动同步磁阻电机转子，其特征在于：
所述转子铁芯(1)由转子冲片轴向堆叠而成。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的自起动同步磁阻电机转子，其特征在于：
所述磁障层(2)沿所述Q轴分为多层，并且相对转子的轴心而靠近径向外圆的所述磁障层(2)为填充槽；所述填充槽内填充有导电不导磁的材料，即导条(4)。
7.根据权利要求6所述的自起动同步磁阻电机转子，其特征在于：
所述导条(4)为铸铝结构，通过铸造的方式成型于所述填充槽内。
8.根据权利要求6所述的自起动同步磁阻电机转子，其特征在于：
所述转子铁芯(1)的轴向两端放置有导电不导磁材料构成的端环(5)，全部或部分所述导条(4)通过所述端环(5)短接在一起，形成回路。
9.一种自起动同步磁阻电机，其特征在于：包括权利要求1-8中任一项所述的自起动同步磁阻电机转子，还包括定子(6)。
10.根据权利要求9所述的自起动同步磁阻电机，其特征在于：
所述定子(6)包括定子齿(61)，两个相邻所述定子齿(61)之间为定子槽(62)，且所述定子齿(61)的周向宽度为WT，并有WT≤15mm。
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