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。
3.然而相关技术中的自起动同步磁阻电机，在保证起动能力的同时，转子填充槽面积少，牵入转矩小，牵入同步能力差。


技术实现要素：

4.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，能够增大填充槽的面积，减小填充槽的电阻，增大电机的牵入转矩，提升电机牵入同步的能力。
5.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、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，一个非独立填充槽对应一个狭缝槽设置，非独立填充槽设置在对应的狭缝槽远离或靠近转子铁芯的中心轴线的一侧，并且与对应的狭缝槽连通。
6.优选地，相互连通的非独立填充槽和狭缝槽形成一层磁障层，狭缝槽为至少两个，非独立填充槽为至少两个，至少两个狭缝槽和至少两个非独立填充槽沿电机转子的q轴方向排布形成多层磁障层。
7.优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面上，狭缝槽的总面积是狭缝槽和填充槽的总面积的40％～80％。
8.优选地，狭缝槽的总面积是狭缝槽和填充槽的总面积的50％～70％。
9.优选地，狭缝槽的总面积是狭缝槽和填充槽的总面积的55％～65％。
10.优选地，非独立填充槽和狭缝槽均从q轴的两侧沿着d轴方向向转子铁芯的外圆延伸，非独立填充槽和狭缝槽之间无阻隔。
11.优选地，相互连通的非独立填充槽和狭缝槽形成一层磁障层，磁障层设置有分割筋，分割筋将磁障层沿d轴方向分割成至少两段。
12.优选地，磁障层为至少两层，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面上，靠近转子外圆的最外侧磁障层的分割筋宽度为l1，靠近轴孔的最内层磁障层的分割筋宽度为l2，l1≥l2，且l1≥0.5*δ，δ为定子和转子之间的气隙宽度。
13.优选地，靠近轴孔的最内层磁障层与转子外圆之间的间隔为l3，靠近转子外圆的最外层磁障层与转子外圆之间的间隔为l4，l4≥l3，0≤l4≤2.5*δ，δ为定子和转子之间的气隙宽度。
14.优选地，相互连通的非独立填充槽和狭缝槽形成一层磁障层，磁障层包括弧线段和/或直线段。
15.优选地，当磁障层包括弧线段时，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，且同层磁障层的外圆弧弧度大于内圆弧弧度。
16.优选地，当磁障层包括弧线段时，从q轴开始沿着d轴向外的方向，弧线段的宽度递增。
17.优选地，当磁障层还包括直线段时，直线段位于弧线段的两侧。
18.优选地，当磁障层包括弧线段时，相邻的弧线段之间的导磁通道的宽度从q轴起沿着d轴向外的方向递增。
19.优选地，磁障层宽度之和∑m1与轴孔到转子铁芯外圆的宽度m2的比值范围为0.4～0.6。
20.优选地，相邻两层磁障层之间的导磁通道沿q轴方向的最小宽度为h1，该相邻两层磁障层中宽度较小的磁障层沿q轴方向的最小宽度为h2，h1≥0.7h2。
21.优选地，填充槽还包括独立填充槽，沿着q轴方向，独立填充槽位于非独立填充槽的外侧，独立填充槽单独形成磁障层。
22.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轴线的连线所形成的夹角α1满足20
°
≤α1≤60
°
。
23.优选地，30
°
≤α1≤50
°
。
24.优选地，转子铁芯包括轴孔，轴孔在q轴方向上的最大宽度小于或等于轴孔在d轴方向上的最大宽度。
25.优选地，轴孔由弧线段和/或直线段组成。
26.优选地，至少部分填充槽内填充导电不导磁材料。
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、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，一个非独立填充槽对应一个狭缝槽设置，非独立填充槽设置在对应的狭缝槽远离或靠近转子铁芯的中心轴线的一侧，并且与对应的狭缝槽连通。该电机转子的非独立填充槽与狭缝槽连通，形成一个磁障层，且非独立填充槽位于狭缝槽远离或靠近转子铁芯的中心轴线的一侧，可以大幅度加大非独立填充槽沿d轴方向的长度，增大填充槽的面积，减小填充槽的电阻，较小的填充槽电阻有助于增大电机的牵入转矩，提升电机牵入同步的能力；此外，狭缝槽和非独立填充槽沿q轴方向连通组成转子的磁障层，可以增大转子磁障层沿q轴方向的宽度，增大电机凸极差，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与相关技术的电机效率对比图；
31.图3为本技术一个实施例的电机与相关技术的电机在额定点下电流、损耗、温升对比图；
32.图4为本技术一个实施例的电机与相关技术的电机在起动过程中的转速对比图。
33.附图标记表示为：
34.1、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。
具体实施方式
35.结合参见图1至图4所示，根据本技术的实施例，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3，一个非独立填充槽3对应一个狭缝槽2设置，非独立填充槽3设置在对应的狭缝槽2远离或靠近转子铁芯1的中心轴线的一侧，并且与对应的狭缝槽2连通。
36.该电机转子的非独立填充槽3与狭缝槽2连通，形成一个磁障层，且非独立填充槽3位于狭缝槽2远离或靠近转子铁芯1的中心轴线的一侧，可以大幅度加大非独立填充槽3沿d轴方向的长度，增大填充槽的面积，减小填充槽的电阻，较小的填充槽电阻有助于增大电机的牵入转矩，提升电机牵入同步的能力；此外，狭缝槽2和非独立填充槽3沿q轴方向连通组成转子的磁障层，可以增大转子磁障层沿q轴方向的宽度，增大电机凸极差，提升电机效率。
37.在一个实施例中，相互连通的非独立填充槽3和狭缝槽2形成一层磁障层，狭缝槽2为至少两个，非独立填充槽3为至少两个，至少两个狭缝槽2和至少两个非独立填充槽3沿电机转子的q轴方向排布形成多层磁障层。在本实施例中，由于非独立填充槽3和狭缝槽2沿q轴方向共同组成一个磁障层，因此能够在增加非独立填充槽3沿d轴方向的长度的同时，增大磁障层沿q轴方向的宽度，多层磁障层能够进一步加大转子磁障层的沿q轴方向的宽度，增大电机凸极差，提升电机效率。
38.此外，由于非独立填充槽3的设置位置进行了优化，并未设置在狭缝槽2的沿d轴方向的两侧，而是设置在狭缝槽2的沿q轴方向的外侧或内侧，因此使得狭缝槽2沿d轴方向能够向外延伸至靠近转子外圆的位置，使得狭缝槽2能够沿d轴方向上均有分布，从而能够提高狭缝槽2的流通面积，提高转子铁芯1的散热效率，更加有利于转子铁芯1的均匀散热。
39.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，狭缝槽2的总面积是狭缝槽2和填充槽的总面积的40％～80％。
40.优选地，狭缝槽2的总面积是狭缝槽2和填充槽的总面积的50％～70％。
41.进一步优选地，狭缝槽2的总面积是狭缝槽2和填充槽的总面积的55％～65％。
42.通过限定狭缝槽2的总面积占磁障层总面积的比例，可以保证转子铁芯1上空气流通通道的流通面积，有助于改善转子散热。
43.在一个实施例中，非独立填充槽3和狭缝槽2均从q轴的两侧沿着d轴方向向转子铁芯1的转子外圆延伸，非独立填充槽3和狭缝槽2之间无阻隔。在本实施例中，在未填充导电不导磁材料之前，非独立填充槽3和狭缝槽2组成一个完整的磁障槽，该磁障槽的内部完全中空，没有设置隔断结构，非独立填充槽3和狭缝槽2的区分是通过非独立填充槽3内填充导电不导磁材料进行，导电不导磁材料朝向狭缝槽2一侧的侧面形成非独立填充槽3和狭缝槽2之间的分界面，当导电不导磁材料去除之后，非独立填充槽3和狭缝槽2就沿着长度方向从第一端到第二端完全连通，因此，非独立填充槽3和狭缝槽2所形成的磁障槽可以直接加工出来，无需进行其它处理，然后通过填充导电不导磁材料的方式进行非独立填充槽3和狭缝槽2的分割。
44.在一个实施例中，相互连通的非独立填充槽3和狭缝槽2形成一层磁障层，磁障层设置有分割筋5，分割筋5将磁障层沿d轴方向分割成至少两段。在本实施例中，由于非独立填充槽3和狭缝槽2均从q轴开始沿着d轴方向延伸至转子外圆处，因此，会导致转子铁芯1的机械强度降低，通过设置分割筋5，能够对磁障层进行分段，减短磁障层的长度，并实现相邻的导磁通道7之间的连接，从而有效增强转子铁芯1的机械强度。
45.在一个实施例中，磁障层为至少两层，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的横截面上，靠近转子外圆的最外侧磁障层的分割筋5宽度为l1，靠近轴孔6的最内层磁障层的分割筋5宽度为l2，l1≥l2，且l1≥0.5*δ，δ为定子和转子之间的气隙宽度。在本实施例中，可以利用定转子之间的气隙宽度来限定分割筋的最小宽度，从而能够降低加工难度，提高转子铁芯1的机械强度，此外，通过限定转子铁芯1的最内层和最外层的分割筋5的宽度之间的关系，可以有效减小内层磁障层的漏磁，提升电机效率。
46.在一个实施例中，分割筋5沿q轴方向延伸，分割筋5的两侧侧面所在的平面与q轴所在平面平行或者相交，当分割筋5呈矩形时，分割筋5的两侧侧面所在的平面与q轴所在平面平行，当分割筋5呈平行性四边形或者梯形时，分割筋5的两侧侧面所在的平面与q轴所在平面相交。
47.在一个实施例中，靠近轴孔6的最内层磁障层与转子外圆之间的间隔为l3，靠近转子外圆的最外层磁障层与转子外圆之间的间隔为l4，l4≥l3，0≤l4≤2.5*δ，δ为定子和转子之间的气隙宽度。0≤l4≤2.5δ，即填充槽为开口槽或闭口槽，当填充槽为闭口槽时，限定其与转子外圆之间的最大间隔，可以减小漏磁；l4≥l3，可以减小内层磁障层的漏磁，同时保证外层磁障层处的机械强度。
48.在一个实施例中，相互连通的非独立填充槽3和狭缝槽2形成一层磁障层，磁障层包括弧线段和/或直线段。
49.在一个实施例中，当磁障层包括弧线段时，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，且同层磁障层的外圆弧弧度大于内圆弧弧度。
50.在一个实施例中，当磁障层包括弧线段时，从q轴开始沿着d轴向外的方向，弧线段的宽度递增。
51.由于转子铁芯1的中间开设有轴孔6，因此，上述的磁障层的弧线段设置方式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。
52.在一个实施例中，当磁障层还包括直线段时，直线段位于弧线段的两侧，且直线段的宽度恒定。
53.在一个实施例中，当磁障层包括弧线段时，相邻的弧线段之间的导磁通道7的宽度从q轴起沿着d轴向外的方向递增。由于中间轴孔6的存在，因此，在导磁通道7和磁障层沿着d轴方向向外时，随着轴孔在q轴方向上的宽度变小，导磁通道7和磁障层在q轴方向上的可利用宽度逐渐增加，此时，在沿着d轴方向向外的方向上，使得导磁通道7和磁障层在q轴上的宽度递增，可以使得转子铁芯的结构得到更加充分的利用，同时也可以使得导磁通道7和磁障层的宽度设置更加合理，磁路宽度变化更加合理，能够保证转子磁通道靠近气隙处留有足够的宽度，避免出现磁场饱和，影响磁障层之间通道的磁通流通，提高电机性能。
54.在一个实施例中，磁障层宽度之和∑m1与轴孔6到转子铁芯1的外圆的宽度m2的比值范围为0.4～0.6，从而可以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。
55.在一个实施例中，相邻两层磁障层之间的导磁通道7沿q轴方向的最小宽度为h1，该相邻两层磁障层中宽度较小的磁障层沿q轴方向的最小宽度为h2，h1≥0.7h2。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。
56.在一个实施例中，填充槽还包括独立填充槽4，沿着q轴方向，独立填充槽4位于非独立填充槽3的外侧，独立填充槽4单独形成磁障层。独立填充槽4和非独立填充槽3的区别是，独立填充槽4单独成为一个磁障层，而非独立填充槽3与狭缝槽2配合形成一个磁障层。
57.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的中心轴线的连线所形成的夹角α1满足20
°
≤α1≤60
°
。
58.优选地，30
°
≤α1≤50
°
。
59.进一步优选地，30
°
≤α1≤35
°
。如此设置，能够使得独立填充槽4形成磁障层并作为填充槽，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。
60.在一个实施例中，转子铁芯1包括轴孔6，轴孔6在q轴方向上的最大宽度小于或等于轴孔6在d轴方向上的最大宽度。由于q轴方向上设置有狭缝槽2，因此这样的设置方式可以加大转子铁芯1在的q轴方向上的宽度，增大转子空间的利用率，以便合理布置狭缝槽2，从而增大转子凸极比，提升电机磁阻转矩。
61.在一个实施例中，轴孔6由弧线段和/或直线段组成。例如，轴孔6可以为圆孔、椭圆孔或者多边形孔，也可以为腰型孔等。
62.在一个实施例中，至少部分填充槽内填充导电不导磁材料。
63.在一个实施例中，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2所示，由本技术实施例的电机和相关技术的电机对比可以看出，在采用本技术实施例的电机之后，在相同转矩下，电机效率至少提升0.3％。
65.结合参见图3所示，由本技术实施例的电机和相关技术的电机对比可以看出，在采用本技术实施例的电机之后，电流有效降低，铁耗、铝耗以及铜耗均得到明显降低，尤其是铜耗降低更加明显，对于电机性能的提升显著，而电机的温升明显降低。图中的额定点是指额定转矩点，在额定点的输出功率为额定功率。
66.结合参见图4所示，由本技术实施例的电机和相关技术的电机对比可以看出，在采用本技术实施例的电机之后，电机能够成功牵入同步并稳定运行，电机牵入同步能力提升。
67.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。
68.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。
69.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。