CN217010460U - 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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廖克亮
童童
李世鹏
胡绳
杨福源
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Abstract

本实用新型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，根据磁障层的形状，与磁障层平行的径向方向称为D轴，与磁障层垂直的径向方向称为Q轴；相邻两层磁障层之间部分为导磁通道；D轴第n层磁障极弧角度An为：与D轴上第n层磁障层相邻的两层导磁通道的径向外圆的弧线中点分别与转子轴心连线之间的夹角，其中n≥1；定子槽极弧角度As为每一定子槽所占的圆心角度；并有第一层磁障极弧角度A1为：
Figure DDA0003489587090000011
AS≤A1≤2×AS；其中p为电机转子的极对数。根据本实用新型能够有效保证D轴磁路宽度，从而有效提升转矩输出，增强电机的输出能力。

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
本实用新型涉及电机技术领域，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；
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。
自起动同步磁阻电机起动过程分为起动和牵入两个部分，起动阶段主要依靠转子导条切割定子磁感线产生的异步转矩；牵入阶段由于定转子转差率接近0，异步转矩很小，因此牵入难度大。
磁阻电机主磁路被分割成多层，定子磁路与转子磁路连接处容易形成磁场畸变，产生转矩脉动。
由于现有技术中的自起动同步磁阻电机存在转矩输出较低，导致电机的输出能力较低等技术问题，因此本实用新型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。
实用新型内容
因此，本实用新型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输出较低，导致电机的输出能力较低的缺陷，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，本实用新型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；相邻两层所述磁障层之间部分为导磁通道；D轴第n层磁障极弧角度An为：与D轴上第n层磁障层相邻的两层导磁通道的径向外圆的弧线中点分别与转子轴心连线之间的夹角，其中n≥1；定子槽极弧角度As为每一定子槽所占的圆心角度；并有第一层磁障极弧角度A1为：
Figure BDA0003489587070000021
AS≤A1≤2×AS；其中p为电机转子的极对数。
在一些实施方式中，第二层至倒数第二层磁障极弧角度为：
Figure BDA0003489587070000022
An≤2×AS。
在一些实施方式中，最外层磁障极弧角度ANB，其中最外层磁障为在Q轴的方向位于径向最外端的磁障层，所述最外层磁障极弧角度ANB为与所述最外层磁障相邻的导磁通道的径向外圆的弧线中点与转子轴心连线与Q轴之间的夹角；
Figure BDA0003489587070000023
Figure BDA0003489587070000024
在一些实施方式中，沿Q轴径向向外各层磁障极弧角度分别为A1、......、ANB，所述1≤n≤NB，其中NB为每极下转子磁障层数。
在一些实施方式中，定子槽数为NS，定子槽极弧角度As为每一定子槽所占的极弧角度，
Figure BDA0003489587070000025
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。
本实用新型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。
本实用新型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.本实用新型通过将第一层磁障极弧角度A1为：
Figure BDA0003489587070000026
AS≤A1≤2×AS，由于第一层磁障极弧决定了转子上各层磁障组整体相对定子的位置，因此这样的约束条件能够有效地约束了第一层磁障极弧角度，进而有效保证D轴磁路宽度，从而有效提升转矩输出，增强电机的输出能力；并且随着A1增大转矩输出增大，A1增大到一定程度，转矩增加放缓；
2.本实用新型还通过将第二层至倒数第二层磁障极弧角度设置为：
Figure BDA0003489587070000031
An≤2×AS，能够有效约束第二层至倒数第二层磁障极弧角度，由第一条确认好磁障槽整体位置后，中间层磁障合理排布，各层磁障极弧位于上述范围内，且略大于定子槽极弧，防止定子磁路与转子磁路连接处形成的磁场畸变，保证磁场光滑平缓过渡，能够有效地降低转矩脉动；An在约束范围内转矩脉动明显低，An过大或过小会导致转矩脉动增大；
3.本实用新型还通过将最外层磁障极弧角度ANB设置为：
Figure BDA0003489587070000032
Figure BDA0003489587070000033
通过增加最外层磁障极弧角度，能够增加填充槽面积和填充导体用量，增强起动能力；ANB增大，填充槽及填充导体增加，起动能力随之增强，ANB增大到一定程度，起动能力增强程度不明显，因此设置了一个上限值；
4.本实用新型通过约束各层磁障在转子外圆极弧上所占比例，能够有效地提升转矩输出能力，降低转矩脉动；同时约束Q轴最外层磁障尽可能大，保证足够铸铝量，提升起动能力。
附图说明
图1为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型的自起动同步磁阻电机的定子槽极弧的结构示意图；
图4为本实用新型的A1磁障极弧角度对转矩输出的影响的关系曲线图；
图5为本实用新型的An磁障极弧角度对转矩脉动的影响的关系曲线图；
图6为本实用新型的ANB/AS对起动能力的影响的关系曲线图；
图7为本实用新型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；4、导条；5、端环；6、定子；61、定子槽。
具体实施方式
如图1-7所示，本实用新型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，高导磁率方向为D轴，低导磁率方向为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3；D轴第n层磁障极弧角度An为：与D轴上第n层磁障层相邻的两层导磁通道的径向外圆的弧线中点分别与转子轴心连线之间的夹角，其中n≥1；定子槽极弧角度As为每一定子槽所占的圆心角度；并有第一层磁障极弧角度A1为：
Figure BDA0003489587070000041
AS≤A1≤2×AS；其中p为电机转子的极对数。
本实用新型通过将第一层磁障极弧角度A1为：
Figure BDA0003489587070000042
AS≤A1≤2×AS，由于第一层磁障极弧决定了转子上各层磁障组整体相对定子的位置，因此这样的约束条件能够有效地约束了第一层磁障极弧角度，进而有效保证D轴磁路宽度，从而有效提升转矩输出，增强电机的输出能力；并且随着A1增大转矩输出增大，A1增大到一定程度，转矩增加放缓。如图4：转矩输出，随着A1增大转矩输出增大，A1增大到一定程度，转矩增加放缓。
本实用新型通过约束各层磁障在转子外圆极弧上所占比例，能够有效地提升转矩输出能力，降低转矩脉动；同时约束Q轴最外层磁障尽可能大，保证足够铸铝量，提升起动能力。
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；
3、磁障组：一个极下的全部磁障极弧；
4、磁障极弧角度：与某层磁障层相邻的两层导磁通道中点以转子轴心为圆心的夹角；
5、定子槽极弧：定子槽极弧角度为每一定子槽所占极弧角度。
本实用新型的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(磁障层2)，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3；
磁障极弧角度为与某层磁障层相邻的两层导磁通道中点以转子轴心为圆心的夹角；
定子槽数为NS，每极下转子磁障层数为NB；
沿Q轴径向向外各层磁障极弧角度为A1、......、ANB；
其中极弧角度ANB，为最后一层磁障一半的极弧角度；
定子槽极弧角度为每一定子槽所占极弧角度，
Figure BDA0003489587070000051
在一些实施方式中，第二层至倒数第二层磁障极弧角度为：
Figure BDA0003489587070000052
An≤2×AS。
本实用新型还通过将第二层至倒数第二层磁障极弧角度设置为：
Figure BDA0003489587070000053
An≤2×AS，能够有效约束第二层至倒数第二层磁障极弧角度，由第一条确认好磁障槽整体位置后，中间层磁障合理排布，各层磁障极弧位于上述范围内，且略大于定子槽极弧，防止定子磁路与转子磁路连接处形成的磁场畸变，保证磁场光滑平缓过渡，能够有效地降低转矩脉动；An在约束范围内转矩脉动明显低，An过大或过小会导致转矩脉动增大。如图5：转矩脉动，An在约束范围内转矩脉动明显低，An过大或过小会导致转矩脉动增大。
1.本实用新型约束第一层磁障极弧，确定整磁障组位置，能够提高转矩输出能力，提高电机输出能力；
2.本实用新型约束第二层至倒数第二层，各层磁障极弧角度，确定各层磁障相对位置；磁障槽和相邻两层导磁通道的各一半组成磁障极弧，精确设计磁障极弧，能够降低转矩脉动；
3.通过约束最外层磁障极弧，增大填充导体用量，保证导体填充足够，提升起动能力，提升转矩输出。
在一些实施方式中，最外层磁障极弧角度ANB，其中最外层磁障为在Q轴的方向位于径向最外端的磁障层，所述最外层磁障极弧角度ANB为与最外层磁障相邻的导磁通道的径向外圆的弧线中点与转子轴心连线与Q轴之间的夹角；
Figure BDA0003489587070000054
本实用新型还通过将最外层磁障极弧角度ANB设置为：
Figure BDA0003489587070000055
Figure BDA0003489587070000056
通过增加最外层磁障极弧角度，能够增加填充槽面积和填充导体用量，增强起动能力；ANB增大，填充槽及填充导体增加，起动能力随之增强，ANB增大到一定程度，起动能力增强程度不明显，因此设置了一个上限值。
如图6：起动能力，ANB增大，填充槽及填充导体增加，起动能力随之增强，ANB增大到一定程度，起动能力增强程度不明显.
在一些实施方式中，沿Q轴径向向外各层磁障极弧角度分别为A1、......、ANB，所述1≤n≤NB，其中NB为每极下转子磁障层数。
在一些实施方式中，定子槽数为NS，定子槽极弧角度As为每一定子槽所占的极弧角度，
Figure BDA0003489587070000061
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，如本公开的图示，包括上下2极，即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。
本实用新型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，所述定子6包括定子槽61。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

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)；相邻两层所述磁障层(2)之间部分为导磁通道(3)；D轴第n层磁障极弧角度An为：与D轴上第n层磁障层相邻的两层导磁通道的径向外圆的弧线中点分别与转子轴心连线之间的夹角，其中n≥1；定子槽极弧角度As为每一定子槽所占的圆心角度；并有第一层磁障极弧角度A1为：
Figure DEST_PATH_FDA0003679165240000011
AS≤A1≤2×AS；其中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：
第二层至倒数第二层磁障极弧角度为：
Figure DEST_PATH_FDA0003679165240000012
An≤2×AS。
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：
最外层磁障极弧角度ANB，其中最外层磁障为在Q轴的方向位于径向最外端的磁障层，所述最外层磁障极弧角度ANB为与最外层磁障相邻的导磁通道的径向外圆弧线中点与转子轴心的连线与Q轴之间的夹角；
Figure DEST_PATH_FDA0003679165240000013
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：
沿Q轴径向向外各层磁障极弧角度分别为A1、......、ANB，1≤n≤NB，其中NB为每极下转子磁障总层数。
5.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：
定子槽数为NS，
Figure DEST_PATH_FDA0003679165240000014
6.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：
所述转子铁芯(1)由转子冲片轴向堆叠而成。
7.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：
所述磁障层(2)沿所述转子铁芯(1)的Q轴的方向分为多层，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)。
8.根据权利要求7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。
9.根据权利要求7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。
10.一种自起动同步磁阻电机，其特征在于：包括权利要求1-9中任一项所述的自起动同步磁阻电机转子。
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