电机转子和自起动同步磁阻电机的制作方法

1.本技术涉及电机技术领域，具体涉及一种电机转子和自起动同步磁阻电机。


背景技术：

2.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和轴孔同时存在，导致转子利用空间较少，容易出现转子磁路饱和的问题。


技术实现要素：

3.因此，本技术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，能够增大转子的利用空间，减小转子磁路饱和，增加转子凸极差，进一步提升电机效率。
4.为了解决上述问题，本技术提供一种电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯上设置有填充槽和狭缝槽，填充槽设置在转子铁芯的外周侧，狭缝槽贯穿转子铁芯的中心区域。
5.优选地，位于转子铁芯的中心区域的狭缝槽内至少部分填充有不导磁材料，转子铁芯的两端设置有转子短轴，转子短轴通过转子铁芯的中心区域的不导磁材料与转子铁芯固定连接，中心区域为转子短轴与转子铁芯的端面接触的区域。
6.优选地，不导磁材料填满中心区域的狭缝槽内。
7.优选地，中心区域的各狭缝槽内分别设置有呈板状或柱状的不导磁材料，不导磁材料为柱状时呈圆形分布。
8.优选地，不导磁材料伸出转子铁芯的端面外，转子短轴上设置有凹槽，不导磁材料伸出转子铁芯的部分插接在凹槽内。
9.优选地，不导磁材料固定连接在一端的转子短轴的端面上，不导磁材料插入转子铁芯的狭缝槽内，并从转子铁芯的另一端穿出，与位于转子铁芯另一端的转子短轴之间插接固定。
10.优选地，填充在中心区域的狭缝槽内的不导磁材料关于d轴和q轴对称。
11.优选地，填充槽的总面积占填充槽和狭缝槽的面积之和的比例为30％～70％。
12.优选地，填充槽的总面积占填充槽和狭缝槽的面积之和的比例为35％～50％。
13.优选地，填充槽包括与狭缝槽同层布置的非独立填充槽和沿q轴方向位于狭缝槽外侧的独立填充槽，同层的独立填充槽为整块布置或者分块布置。
14.优选地，独立填充槽分块布置时，相邻的分块之间的间隔宽度l1满足0.8σ≤l1≤2σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。
15.优选地，独立填充槽的两端与转子中心连线的夹角α1满足20
°
≤α1≤60
°
。
16.优选地，非独立填充槽沿q轴方向的宽度l2满足0.7l3≤l2≤1.5l3，其中l3为与非独立填充槽同层的狭缝槽沿q轴方向的宽度。
17.优选地，非独立填充槽沿q轴方向的宽度l2满足0.9l3≤l2≤1.1l3。
18.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，该两个非独立填充槽对应的狭缝槽之间的导磁通道的最小宽度为d2，0.7d2≤d1≤
19.1.5d2。
20.优选地，0.9d2≤d1≤1.1d2。
21.优选地，狭缝槽包括弧线段和/或直线段。
22.优选地，同层的非独立填充槽和狭缝槽形成一层磁障层，同层的独立填充槽形成一层磁障层，一个极下的磁障层关于q轴对称布置，且沿径向布置至少两层。
23.优选地，同层的非独立填充槽和狭缝槽之间的间隔宽度l4满足0.8σ≤l4≤2σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。
24.优选地，相邻磁障层之间的最小距离为l5，该相邻磁障层中沿q轴方向厚度较小的磁障层在q轴方向上的最小宽度为l6，l5≥1.5l6。
25.优选地，磁障层与转子外圆之间的最小距离l7满足0≤l7≤2.5σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。
26.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。
27.根据本技术的另一方面，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。
28.本技术提供的电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯上设置有填充槽和狭缝槽，填充槽设置在转子铁芯的外周侧，狭缝槽贯穿转子铁芯的中心区域。该电机转子在转子铁芯上不设置转子轴孔，使得转子铁芯可利用的空间增大，能够以狭缝槽替代原转子轴孔位置，使得狭缝槽的数量和面积都能够大幅增加，一方面能够保证转子磁密分布的均匀度和不饱和度，另一方面可以增大转子凸极比，提升电机磁阻转矩，提升电机效率。
附图说明
29.图1为本技术一个实施例的电机转子的结构示意图；
30.图2为本技术一个实施例的电机转子的结构示意图；
31.图3为本技术一个实施例的电机转子的分解结构示意图；
32.图4为本技术一个实施例的电机转子的转子短轴的立体结构示意图；
33.图5为本技术一个实施例的电机转子的分解结构示意图；
34.图6为本技术一个实施例的电机转子的转子短轴的透视结构示意图；
35.图7为本技术一个实施例的电机转子的转子短轴的立体结构示意图；
36.图8为采用本技术实施例电机转子的电机与相关技术中电机的效率对比图。
37.附图标记表示为：
38.1、转子铁芯；2、狭缝槽；3、非独立填充槽；4、独立填充槽；5、导磁通道；6、不导磁材料；7、转子短轴。
具体实施方式
39.结合参见图1至图8所示，根据本技术的实施例，电机转子包括转子铁芯1，转子铁
芯1上设置有填充槽和狭缝槽2，填充槽设置在转子铁芯1的外周侧，狭缝槽2贯穿转子铁芯1的中心区域。
40.该电机转子在转子铁芯1上不设置转子轴孔，使得转子铁芯1可利用的空间增大，能够以狭缝槽2替代原转子轴孔位置，使得狭缝槽2的数量和面积都能够大幅增加，一方面能够保证转子磁密分布的均匀度和不饱和度，另一方面可以增大转子凸极比，提升电机磁阻转矩，提升电机效率。
41.在一个实施例中，位于转子铁芯1的中心区域的狭缝槽2内至少部分填充有不导磁材料6，转子铁芯1的两端设置有转子短轴7，转子短轴7通过转子铁芯1的中心区域的不导磁材料6与转子铁芯1固定连接，中心区域为转子短轴7与转子铁芯1的端面接触的区域。在本实施例中，中心区域对应于现有技术中电机转子的中心轴孔区域，由于去除了转子轴孔，因此原本设置转子轴孔的区域成为实体结构，可以在原本设置转子轴孔的中心区域设置狭缝槽2，从而使得转子铁芯1可设置狭缝槽2的空间增大，更加有效地增大转子铁芯1的利用空间，增加转子凸极比，提升电机磁阻转矩，提升电机效率。
42.上述的不导磁材料6优选地为不导电不导磁的材料，例如玻璃钢、碳纤维或者陶瓷层。
43.由于电机转子取消了转子轴孔，因此需要重新考虑转轴与转子铁芯1之间的连接。在本实施例中，在去除了转子轴孔之后，通过在中心区域的狭缝槽2内设置不导磁材料6的方式作为轴端输出，且作为轴端输出的填充在中心区域的狭缝槽2内的不导磁材料6关于d轴和q轴对称，能够实现与转子短轴7之间的连接配合，从而代替原转子轴孔与转轴的配合结构，以防止转子运行过程中偏心，保证电机转矩的正常输出。
44.在一个实施例中，不导磁材料6填满中心区域的狭缝槽2内，使得不导磁材料6呈现矩形板状结构，可以与转子铁芯1两端的转子短轴7之间实现稳定可靠的连接。
45.在一个实施例中，中心区域的各狭缝槽2内分别设置有呈板状或柱状的不导磁材料6，不导磁材料6为柱状时呈圆形分布，柱状的不导磁材料6可以与转子铁芯1两端的转子短轴7之间实现稳定可靠的连接。
46.在一个实施例中，不导磁材料6伸出转子铁芯1的端面外，转子短轴7上设置有凹槽，不导磁材料6伸出转子铁芯1的部分插接在凹槽内。在本实施例中，不导磁材料6填充或者插入中心区域的狭缝槽2内，且中心区域的不导磁材料6的轴向长度大于转子铁芯1的轴向长度，从而能够从轴向两端或者一端伸出转子铁芯1外，与转子铁芯1外的转子短轴7的凹槽实现插接配合，进而实现转子铁芯1与转子短轴7之间的转动配合。
47.转子短轴7上的凹槽结构与位于中心区域的狭缝槽2内的不导磁材料6的形状相适配，例如，当中心区域狭缝槽2内的不导磁材料6为板状结构时，则转子短轴7上的凹槽也为与板状结构匹配的矩形槽，当中心区域狭缝槽2内的不导磁材料6为柱状结构时，则转子短轴7上的凹槽也为与柱状结构匹配的柱状槽。
48.在一个实施例中，不导磁材料6固定连接在一端的转子短轴7的端面上，不导磁材料6插入转子铁芯1的狭缝槽2内，并从转子铁芯1的另一端穿出，与位于转子铁芯1另一端的转子短轴7之间插接固定。
49.在一个实施例中，填充槽的总面积占填充槽和狭缝槽2的面积之和的比例为30％～70％。
50.优选地，填充槽的总面积占填充槽和狭缝槽2的面积之和的比例为35％～50％，从而能够保证一定比例的填充槽面积，使电机具有一定的带载起动能力。
51.在一个实施例中，填充槽包括与狭缝槽2同层布置的非独立填充槽3和沿q轴方向位于狭缝槽2外侧的独立填充槽4，同层的独立填充槽4为整块布置或者分块布置。
52.在一个实施例中，独立填充槽4分块布置时，相邻的分块之间的间隔宽度l1满足0.8σ≤l1≤2σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。这样设置可以保证转子部分结构的机械强度，减小独立填充槽4的压力变形。
53.在一个实施例中，独立填充槽4的两端与转子中心连线的夹角α1满足20
°
≤α1≤60
°
。如此设置，独立填充槽4既可当做磁障层，增大电机的磁阻转矩，又可当做起动鼠笼，用于改善电机起动性能。
54.在一个实施例中，非独立填充槽3沿q轴方向的宽度l2满足0.7l3≤l2≤1.5l3，其中l3为与非独立填充槽3同层的狭缝槽2沿q轴方向的宽度。
55.优选地，非独立填充槽3沿q轴方向的宽度l2满足0.9l3≤l2≤1.1l3。这样设置不会使得狭缝槽2之间的导磁通道5过载，造成电机出力降低、电机效率下降。
56.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5的最小宽度为d1，该两个非独立填充槽3对应的狭缝槽2之间的导磁通道5的最小宽度为d2，0.7d2≤d1≤1.5d2。
57.优选地，0.9d2≤d1≤1.1d2。这样设置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。
58.在一个实施例中，狭缝槽2包括弧线段和/或直线段。狭缝槽2的两端端部大体沿d轴方向延伸。
59.在一个实施例中，同层的非独立填充槽3和狭缝槽2形成一层磁障层，同层的独立填充槽4形成一层磁障层，一个极下的磁障层关于q轴对称布置，且沿径向布置至少两层。
60.在一个实施例中，同层的非独立填充槽3和狭缝槽2之间的间隔宽度l4满足0.8σ≤l4≤2σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。这样设置可以保证转子部分结构的机械强度，减小填充槽和狭缝槽2之间的漏磁。
61.在一个实施例中，相邻磁障层之间的最小距离为l5，该相邻磁障层中沿q轴方向厚度较小的磁障层在q轴方向上的最小宽度为l6，l5≥1.5l6。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。
62.在一个实施例中，磁障层与转子外圆之间的最小距离l7满足0≤l7≤2.5σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。如此设置，在保证转子机械强度的条件下，能够减小电机漏磁，提升电机效率。
63.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。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材料，较优地为铝或铝合金，也可以为铜或者是其它材料。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。
64.结合参见图8所示，为采用本技术实施例电机转子的电机与相关技术的电机在不同转矩下效率的效果对比，从图中可以明显看出，本采用本技术实施例电机转子的电机能
够增加转子凸极比，从而提升电机效率。
65.根据本技术的实施例，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。
66.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。
67.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。