自起动同步磁阻电机转子和电机的制作方法

1.本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种自起动同步磁阻电机转子和电机。


背景技术：

2.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。
3.但自起动磁阻电机转子上具有很多填充槽及狭缝槽，其分布不合理对电机效率及过负荷影响很大，也容易导致电机磁场谐波大，导致噪声问题；而且多层狭缝槽结构使得电机转子强度较弱，制作时容易变形。
4.现有技术中，专利cn 1255925c中辐射状的狭槽部结构不利于增加电机dq轴电感差，转子空间利用也不足，电机输出转矩小，电机效率及过负荷能力偏低；专利cn 207320974 u中采用不对称转子结构来效抑制或者降低磁阻电机因转矩脉动引起的电磁噪声及电磁振动；但是，不对称转子结构也会引入新的谐波，可能导致电磁振动噪声增加，效果不明显。
5.由于现有技术中的自起动同步磁阻电机存在电机磁场谐波大，导致噪声较大等技术问题，因此本发明研究设计出一种自起动同步磁阻电机转子和电机。


技术实现要素：

6.因此，本发明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电机磁场谐波大，导致噪声较大的缺陷，从而提供一种自起动同步磁阻电机转子和电机。
7.为了解决上述问题，本发明提供一种自起动同步磁阻电机转子，其包括多个转子冲片，所述转子冲片上设置有狭缝槽、填充槽和轴孔，其中所述狭缝槽包括第一狭缝槽和第二狭缝槽，所述第一狭缝槽与所述填充槽同层排列且每个所述第一狭缝槽的两端均对应设置有所述填充槽，所述第二狭缝槽位于转子的q轴的最外周且所述第二狭缝槽两端不设置填充槽；且从转子中心至转子外圆周的方向，各狭缝槽在d轴方向的宽度d逐步减小；
8.所述第二狭缝槽在d轴方向的宽度d5与转子冲片的直径d的关系满足：0.2*d≤d5≤0.4*d。
9.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽在d轴方向的宽度d5与最靠近所述轴孔的所述第一狭缝槽在d轴方向的宽度d1满足：0.35≤d5/d1≤0.6。
10.在一些实施方式中，所述填充槽沿d轴方向延伸，各所述填充槽的延伸方向与d轴之间的角度偏差不超过5％，各所述填充槽在d轴方向的宽度m沿远离d轴的方向逐渐减小或至少三层所述填充槽在d轴方向的宽度连续减小。
11.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽为单个槽或由多个小槽组成，第二狭缝槽延伸方向平行于d轴。
12.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽的两端与转子中心连线的夹角α满足20
°
≤α≤60
°
；和/或，
13.第二狭缝槽到所述转子中心之间的距离lr与转子半径r之间的比值满足，0.82≤lr/r≤0.96。
14.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽在q轴上的厚度k与其相邻的第一狭缝槽在q轴上的厚度k1的比值为1.2＜k/k1≤2.5；和/或，所述第二狭缝槽在q轴上厚度k与其相邻导磁通道在q轴上厚度k2满足，0.8＜k/k2≤1.6。
15.在一些实施方式中，所有狭缝槽在q轴上厚度之和kn与转子外圆到内圆的距离kr之间的比值满足：0.2*kr≤kn/kr≤0.5*kr。
16.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽、所述第一狭缝槽和所述填充槽共同组成磁障层，一极下所述磁障层至少为2层。
17.在一些实施方式中，所述第一狭缝槽与其同层的所述填充槽之间通过分割筋分割，在q轴和d轴组成的第一象限内，所述分割筋的位置分别与转子的d轴和q轴之间的距离关系满足wq＝-ν*wd λ，wq为所述分割筋的中心到q轴距离，wd为所述分割筋的中心到d轴距离，系数ν满足0.28≤ν≤0.46，系数λ满足28≤λ≤33。
18.在一些实施方式中，所述第一狭缝槽与其同层的所述填充槽之间通过分割筋分割，所述分割筋最小宽度l≥0.5*σ，σ为定转子间的气隙宽度；所述分割筋为等宽结构或者不等宽结构。
19.在一些实施方式中，各填充槽中，沿q轴方向所述填充槽最大厚度与最小厚度之间的比值τ满足1≤τ≤2；和/或，沿q轴方向各填充槽的厚度h按远离d轴方向逐渐减小。
20.在一些实施方式中，所述填充槽或所述第二狭缝槽与转子外圆之间存在加强筋，所述加强筋的宽度l1满足0≤l1＜2.5σ，σ为定转子间的气隙宽度。
21.在一些实施方式中，所述狭缝槽由弧线段和/或直线段组成，从转子的所述轴孔一侧到转子外圆侧，所述狭缝槽的弧线段的弧度逐渐变大，最外层的狭缝槽为直线，且同层所述狭缝槽中其外圆弧弧度大于其内圆弧弧度；所述狭缝槽的弧线段朝向远离所述轴孔的一侧凸出；在最靠近所述轴孔侧的两个狭缝槽中，二者分别靠近所述轴孔侧的侧边在q轴上的距离k6与所述轴孔直径的比值大于1.2。
22.在一些实施方式中，所述狭缝槽宽度从与q轴相交的位置沿着d轴的方向往两边逐渐增大或者不变，即k1≤k3；所述狭缝槽宽度的定义为：狭缝槽两个侧边中的一个侧边上的各点到另一个侧边的最短距离，k1为所述狭缝槽与q轴相交的位置处的宽度，k3为所述狭缝槽两端位置处的宽度。
23.在一些实施方式中，相邻两个所述狭缝槽之间形成导磁通道，所述导磁通道宽度从与q轴相交的位置沿着d轴的方向往两边逐渐增大；所述导磁通道宽度的定义为：导磁通道两个侧边中的一个侧边上的各点到另一个侧边的最短距离。
24.在一些实施方式中，所述狭缝槽之间的导磁通道的最小宽度k4小于等于该狭缝槽两端的填充槽之间导磁通道的最小宽度k5，即k4≤k5。
25.在一些实施方式中，多个所述狭缝槽的分布相对于d轴或q轴成对称分布配置；及多个所述填充槽的分布相对于d轴或q轴成对称分布配置；和/或，所述填充槽和所述狭缝槽内填入导电不导磁材料，或至少所述填充槽内填入导电不导磁材料并短接。
26.本发明还提供一种电机，包括同步磁阻电机转子结构，其中，所述同步磁阻电机转子结构为前任一项所述的自起动同步磁阻电机转子。
27.本发明提供的一种自起动同步磁阻电机转子和电机具有如下有益效果：
28.1.本发明通过将各狭缝槽设置为在d轴方向的宽度d从转子中心至转子外圆周的方向逐步减小，以及第二狭缝槽在d轴方向的宽度d5与转子冲片的直径d的关系满足：0.2*d≤d5≤0.4*d，由于第二狭缝槽起到磁阻的作用，与径向向外逐渐减小的d共同作用，能够减小谐波磁场；本发明通过上述手段能够优化填充槽结构，减小电机齿槽效应，改善电机磁场谐波，同时减小转子制作时变形；改善电机的转矩脉动率和振动噪声问题，提升电机运行的可靠性；通过有效降低磁场谐波，从而避免谐波带来的转矩脉动和振动噪声问题；
29.2.本发明提出一种自起动同步磁阻电机转子结构，通过合理布置填充槽及狭缝槽，有效利用转子空间，增加电机输出转矩，改善电机效率及过负荷；优化填充槽结构，减小电机齿槽效应，改善电机磁场谐波，同时减小转子制作时变形，解决自起动磁阻电机效率偏低、磁场谐波大、过负荷能力差等问题；
30.3.本发明还通过限定分割筋尺寸，一方面不会因分割筋尺寸过小而导致转子结构强度减弱，另一方面不会应分割筋尺寸过大而导致电机漏磁增加，效率下降，通过第二转子冲片的结构设计以及转子填充槽和狭缝槽之间分割筋的尺寸设计，还能够增强转子的机械强度。
附图说明
31.图1为本发明第一实施方式的自起动同步磁阻电机转子冲片的结构图；
32.图2为本发明第二实施方式的自起动同步磁阻电机转子冲片的结构图；
33.图3为本发明的转子结构与现有技术输出转矩的对比曲线图。
34.图4为本发明的转子结构与现有技术电流波形的对比曲线图。
35.附图标记表示为：
36.1、转子冲片；2、填充槽；3、狭缝槽；31、第一狭缝槽；32、第二狭缝槽；4、轴孔；5、分割筋；6、加强筋。
具体实施方式
37.如图1-4所示，本发明提供一种自起动同步磁阻电机转子，其包括多个转子冲片1，所述转子冲片1上设置有狭缝槽3、填充槽2和轴孔4，其中所述狭缝槽3包括第一狭缝槽31和第二狭缝槽32，所述第一狭缝槽31与所述填充槽2同层排列且每个所述第一狭缝槽31的两端均对应设置有所述填充槽2，所述第二狭缝槽32位于转子的q轴的最外周且所述第二狭缝槽32两端不设置填充槽，所述填充槽3和所述狭缝槽2共同组成转子的多层磁障层结构；且从转子中心至转子外圆周的方向，各狭缝槽在d轴方向的宽度d逐步减小；
38.所述第二狭缝槽32在d轴方向的宽度d5与转子冲片1的直径d的关系满足：0.2*d≤d5≤0.4*d；更优地，0.25*d≤d5≤0.35*d。
39.本发明通过将各狭缝槽设置为在d轴方向的宽度d从转子中心至转子外圆周的方向逐步减小，以及第二狭缝槽在d轴方向的宽度d5与转子冲片的直径d的关系满足：0.2*d≤d5≤0.4*d，由于第二狭缝槽起到磁阻的作用，与径向向外逐渐减小的d共同作用，能够减小
谐波磁场；本发明通过上述手段能够优化填充槽结构，减小电机齿槽效应，改善电机磁场谐波，同时减小转子制作时变形；改善电机的转矩脉动率和振动噪声问题，提升电机运行的可靠性；通过有效降低磁场谐波，从而避免谐波带来的转矩脉动和振动噪声问题。
40.本发明提出一种自起动磁阻转子，转子由具有特定结构的转子冲片叠压而成，如图1所示为本发明实施方式转子冲片图，其转子冲片1上设置有多个填充槽2和狭缝槽3以及和转轴配合的轴孔4，狭缝槽3分为狭缝槽两端具有填充槽的第一狭缝槽31及位于转子q轴最外周部的第二狭缝槽32(最外层狭缝槽)；其特征在于，从转子中心向转子周外，各狭缝槽在d轴方向的宽度(狭缝槽两端之间宽度)d逐步减小，第二狭缝槽位于转子q轴最外周部。
41.本发明提供一种自起动同步磁阻电机转子结构，解决自起动磁阻电机效率偏低、磁场谐波大、过负荷能力差等问题。
42.1.通过合理布置填充槽及狭缝槽，有效利用转子空间，增加电机输出转矩，改善电机效率及过负荷；
43.2.优化填充槽结构，减小电机齿槽效应，改善电机磁场谐波，同时减小转子制作时变形。
44.进一步地，第二狭缝槽32在d轴方向的宽度d5与转子直径d的关系满足：0.2*d≤d5≤0.4*d；更优地，0.25*d≤d5≤0.35*d；限定第二狭缝槽的宽度以达到较好降低谐波的效果。
45.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽32在d轴方向的宽度d5与最靠近所述轴孔4的所述第一狭缝槽31在d轴方向的宽度d1满足：0.35≤d5/d1≤0.6；更优地0.4≤d5/d1≤0.5。限定第二狭缝槽宽度还可以减小转子压铸变形。
46.在一些实施方式中，所述填充槽沿d轴方向延伸，各所述填充槽的延伸方向与d轴之间的角度偏差不超过5％，各所述填充槽在d轴方向的宽度m沿远离d轴的方向逐渐减小。更优地，至少三层所述填充槽在d轴方向的宽度连续减小。该特征能够根据电机磁场分布特性，合理利用转子空间，增加电机电感差，提升输出转矩。
47.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽32(最外层狭缝槽)为单个槽或由多个小槽组成，第二狭缝槽延伸方向平行于d轴。如图2所示为本发明第二实施方案，第二狭缝槽32为多个小槽组成；第二狭缝槽延伸方向大体平行于d轴；填充槽和第二狭缝槽延伸方向近似平行于d轴可以减小填充槽对d轴磁通的阻挡，增加电机电感差，提升电机效率及过负荷能力。
48.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽32的两端与转子中心连线的夹角α满足20
°
≤α≤60
°
。更优地，α应满足30
°
≤α≤40
°
；第二狭缝槽作为磁障，可以增加q轴磁阻，减小q轴电感，增加电机电感差。和/或，
49.第二狭缝槽32(最外层狭缝槽)到所述转子中心之间的距离lr与转子半径r之间的比值满足，0.82≤lr/r≤0.96。
50.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽32(最外层狭缝槽)在q轴上的厚度k与其相邻的第一狭缝槽31在q轴上的厚度k1的比值为1.2＜k/k1≤2.5；和/或，所述第二狭缝槽32在q轴上厚度k与其相邻导磁通道在q轴上厚度k2满足，0.8＜k/k2≤1.6。第二狭缝槽32(最外层狭缝槽)在q轴上厚度k与其相邻狭缝槽在q轴上厚度k1的比值1.2＜k/k1≤2.5；如此，保证合适的第二狭缝槽位置及厚度，以达到较好降低谐波的效果；如图4所示，采用现有技术，电机输入电流谐波减少了，波形正弦度变好。
51.在一些实施方式中，所有狭缝槽在q轴上厚度之和kn与转子外圆到内圆的距离kr之间的比值满足：0.2*kr≤kn/kr≤0.5*kr；更优地，0.3*kr≤kn/kr≤0.4*kr。如此，保证狭缝槽合适的厚度占铁芯总厚度的比例，避免铁芯出现大范围磁场饱和，影响电机效率。
52.在一些实施方式中，所述第二狭缝槽32、所述第一狭缝槽31和所述填充槽2共同组成磁障层，一极下所述磁障层至少为2层。较多的磁障层，增加电机凸极差，增加磁阻转矩，提升电机效率。
53.在一些实施方式中，所述第一狭缝槽31与其同层的所述填充槽2之间通过分割筋5分割，在q轴和d轴组成的第一象限内，所述分割筋5的位置分别与转子的d轴和q轴之间的距离关系满足wq＝-ν*wd λ，wq为所述分割筋5的中心到q轴距离，wd为所述分割筋5的中心到d轴距离，系数ν满足0.28≤ν≤0.46，系数λ满足28≤λ≤33。如此布置分割筋，使相邻分割筋之间距离合适，可以增加转子强度。
54.在一些实施方式中，所述第一狭缝槽31与其同层的所述填充槽2之间通过分割筋5分割，所述分割筋5最小宽度l≥0.5*σ，σ为定转子间的气隙宽度；所述分割筋5为等宽结构或者不等宽结构。如梯形结构；分割筋为等宽结构或者不等宽结构，如梯形结构；合适的分割筋宽度，即可保证强度，也可减小磁场漏磁。
55.在一些实施方式中，各填充槽中，沿q轴方向所述填充槽2最大厚度与最小厚度之间的比值τ满足1≤τ≤2；更优地1.3≤τ≤1.5；；和/或，沿q轴方向各填充槽的厚度h按远离d轴方向逐渐减小。各填充槽厚度不要相差太大，按远离d轴方向逐渐减小，较好利用转子空间。
56.在一些实施方式中，所述填充槽2或所述第二狭缝槽32与转子外圆之间存在加强筋6，所述加强筋6的宽度l1满足0≤l1＜2.5σ，σ为定转子间的气隙宽度。其筋宽度l1满足0≤l1＜3σ，σ为定转子间的气隙宽度；较小的筋宽或没有筋，可以增加电机输出转矩，提升过负荷能力。
57.在一些实施方式中，所述狭缝槽3由弧线段和/或直线段组成，从转子的所述轴孔4一侧到转子外圆侧，所述狭缝槽3的弧线段的弧度逐渐变大，最外层的狭缝槽3为直线，且同层所述狭缝槽3中其外圆弧弧度大于其内圆弧弧度；所述狭缝槽3的弧线段朝向远离所述轴孔的一侧凸出；在最靠近所述轴孔4侧的两个狭缝槽3中，二者分别靠近所述轴孔4侧的侧边在q轴上的距离k6与所述轴孔4直径的比值大于1.2。如此设置狭缝槽形状，可以尽可能的利用转子空间，增加电机输出转矩及效率；如图3现有技术与本发明输出转矩曲线，本发明技术不仅使电机输出转矩增加了，转矩波动也减小了。
58.在一些实施方式中，所述狭缝槽3宽度从与q轴相交的位置沿着d轴的方向往两边逐渐增大或者不变，即k1≤k3；所述狭缝槽宽度的定义为：狭缝槽两个侧边中的一个侧边上的各点到另一个侧边的最短距离，k1为所述狭缝槽3与q轴相交的位置处的宽度，k3为所述狭缝槽3两端位置处的宽度。如此设置狭缝槽形状，可以尽可能的利用转子空间，增加电机输出转矩及效率；如图3现有技术与本发明输出转矩曲线，本发明技术不仅使电机输出转矩增加了，转矩波动也减小了。
59.在一些实施方式中，相邻两个所述狭缝槽3之间形成导磁通道，所述导磁通道宽度从与q轴相交的位置沿着d轴的方向往两边逐渐增大(即从q轴中心往两边逐渐增大；即从q轴上至q轴两侧，该导磁通道的宽度逐渐增大)；所述导磁通道宽度的定义为：导磁通道两个
侧边中的一个侧边上的各点到另一个侧边的最短距离。磁场通过导磁通道流通，逐渐变宽的导磁通道，减小磁场饱和
60.在一些实施方式中，所述狭缝槽3之间的导磁通道的最小宽度k4小于等于该狭缝槽两端的填充槽2之间导磁通道的最小宽度k5，即k4≤k5；更优地，k5/k4大于1.15。磁场通过导磁通道流通，特别要减小填充槽2之间的导磁通道的磁场饱和，使磁通有效进入气隙。
61.在一些实施方式中，多个所述狭缝槽3的分布相对于d轴或q轴成对称分布配置；及多个所述填充槽2的分布相对于d轴或q轴成对称分布配置；和/或，所述填充槽2和所述狭缝槽3内填入导电不导磁材料，或至少所述填充槽2内填入导电不导磁材料并短接，所述第一狭缝槽可以为空气、或填入导电不导磁材料、或填入其他不导电也不导磁材料(如树脂)。图2为本发明第二实施方式，填充槽及第二狭缝槽填充导电不导磁材料，第一狭缝槽为空气。
62.本发明还提供一种电机，包括同步磁阻电机转子结构，其中所述同步磁阻电机转子结构为前任一项所述的自起动同步磁阻电机转子。
63.本发明提出一种自起动同步磁阻电机转子结构，通过合理布置填充槽及狭缝槽，有效利用转子空间，增加电机输出转矩，改善电机效率及过负荷；优化填充槽结构，减小电机齿槽效应，改善电机磁场谐波，同时减小转子制作时变形。
64.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。