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.自起动磁阻电机的特殊结构导致其存在磁场不平衡的问题，磁场不平衡导致起动过程中存在磁阻负序转矩，使得起动过程中的平均转矩存在下凹点，会导致起动能力差。


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，能够增大电机的起动转矩，提升电机的起动能力。
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，转子铁芯上开设有填充槽和狭缝槽，填充槽包括非独立填充槽和q轴填充槽，非独立填充槽设置在狭缝槽的两侧，q轴填充槽设置在转子外圆靠近q轴的一侧，至少部分填充槽包括至少两个槽段，组成同一填充槽的槽段相连通，相邻的槽段之间通过连通通道连通，连通通道在q轴方向的最大宽度小于该连通通道所在的填充槽在q轴方向上的最大宽度。
6.优选地，连通通道在q轴方向的最大宽度为m1，该连通通道所在的填充槽在q轴方向上的最大宽度为m，m1/m＝0.05～0.5。
7.优选地，m1/m＝0.1～0.3。
8.优选地，转子铁芯的两端设置有转子挡板和端环，转子挡板设置在端环与转子铁芯之间，转子挡板上对应填充槽设置有连通槽。
9.优选地，设置在转子铁芯上的填充槽，从靠近转子外圆侧至靠近狭缝槽一侧的第n段槽段被转子挡板封挡，n≥2。
10.优选地，转子挡板上的连通槽的总面积小于或等于转子铁芯上的填充槽的总面积。
11.优选地，转子挡板上设置的连通槽与转子铁芯上设置的填充槽位置一样，转子挡板上的单个连通槽面积小于或等于相同位置处转子铁芯上的单个填充槽的面积。
12.优选地，连通槽沿q轴方向的最大宽度小于或等于转子铁芯上的相同位置处的填充槽沿q轴方向的最大宽度。
13.优选地，转子挡板的外部轮廓的最大宽度小于或等于转子铁芯的外圆直径，转子挡板的内孔在q轴上的最大宽度大于或等于在d轴上的最大宽度。
14.优选地，转子挡板沿转子铁芯的叠压方向的厚度大于或等于形成转子铁芯的转子冲片在该方向上的厚度。
15.优选地，转子铁芯上位于转子挡板内孔的内周侧的狭缝槽的总面积占电机流通孔总面积的至少40％。
16.优选地，端环的外部轮廓的最大宽度小于或等于转子挡板的外部轮廓的最大宽度，由转子铁芯的中心至端环端面的最大距离大于或等于转子铁芯的中心至转子挡板端面的最大距离。
17.优选地，非独立填充槽和狭缝槽之间形成分割筋，距离d轴最远的分割筋沿d轴方向的宽度为l1，距离d轴最近的分割筋沿d轴方向的宽度为l2，l1≥l2，且l1≥0.5*σ，σ为定子与转子之间的气隙的宽度。
18.优选地，非独立填充槽和狭缝槽之间形成分割筋，距离d轴最远的分割筋沿d轴方向的宽度为l1，包括至少两个槽段的填充槽与狭缝槽之间的分割筋沿d轴方向上的宽度小于或等于l1。
19.优选地，非独立填充槽和狭缝槽之间形成分割筋，分割筋的侧面所在平面与q轴所在平面平行或相交。
20.优选地，填充槽还包括q轴填充槽，q轴填充槽设置在转子铁芯的外圆周靠近q轴的一侧，q轴填充槽和狭缝槽沿q轴方向上的宽度之和为d1 ∑d2，转子轴孔到转子外圆的宽度为d3，(d1 ∑d2)/d3＝0.3～0.5。
21.优选地，(d1 ∑d2)/d3＝0.32～0.48。
22.优选地，(d1 ∑d2)/d3＝0.36～0.42。
23.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w，与该两个非独立填充槽同层的狭缝槽之间的导磁通道的最小宽度为d，w≥d。
24.优选地，同层的非独立填充槽和狭缝槽形成一层磁障层，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沿q轴方向宽度较小的磁障层的沿q轴方向的最小宽度为h2，h1≥1.5h2。
25.优选地，填充槽还包括q轴填充槽，q轴填充槽设置在转子铁芯的外圆周靠近q轴的一侧，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面上，q轴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
°
。
26.优选地，30
°
≤α1≤50
°
。
27.优选地，靠近转子轴孔的最内层磁障层与转子外圆之间的间隔为h3，远离转子轴孔的最外层磁障层与转子外圆之间的间隔为h4，h4≥h3，且0≤h4≤2.5σ，σ为定子和转子之间气隙的宽度。
28.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％。
29.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％。
30.优选地，狭缝槽包括弧线段和/或直线段，当狭缝槽包括弧线段时，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，且同层的狭缝槽的外圆弧度大于内圆弧度。
31.优选地，狭缝槽包括弧线段和/或直线段，沿着从q轴向两侧的方向，狭缝槽在q轴方向上的宽度递增。
32.优选地，转子轴孔在q轴方向上的最大宽度小于或等于转子轴孔在d轴方向上的最大宽度。
33.优选地，转子轴孔由弧线段和/或直线段组成。
34.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。
35.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。
36.本技术提供的电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯上开设有填充槽和狭缝槽，填充槽包括非独立填充槽和q轴填充槽，非独立填充槽设置在狭缝槽的两侧，q轴填充槽设置在转子外圆靠近q轴的一侧，至少部分填充槽包括至少两个槽段，组成同一填充槽的槽段相连通，相邻的槽段之间通过连接通道连通，连接通道在q轴方向的最大宽度小于该连通通道所在的填充槽在q轴方向上的最大宽度。该电机转子包括至少两段组成的至少部分填充槽，该填充槽的靠近转子外圆侧的部分漏抗小，靠近狭缝槽的部分漏抗大，不同分段处漏抗不同则可以增大填充槽的靠近转子外圆侧部分的起动电流，较大的起动电流可以产生较大的起动转矩，有助于提升电机的起动能力。
附图说明
37.图1为本技术一个实施例的电机转子的转子铁芯的结构示意图；
38.图2为本技术一个实施例的转子挡板的结构示意图；
39.图3为本技术一个实施例的电机转子的结构示意图；
40.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；
41.图5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不同转速下最大转矩对比。
42.附图标记表示为：
43.1、转子铁芯；2、狭缝槽；3、非独立填充槽；4、q轴填充槽；5、分割筋；6、转子轴孔；7、导磁通道；8、连通通道；9、槽段；10、转子挡板；11、连通槽；12、端环。
具体实施方式
44.结合参见图1至图5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上开设有填充槽和狭缝槽2，填充槽包括非独立填充槽3和q轴填充槽4，非独立填充槽3设置在狭缝槽2的两侧，q轴填充槽4设置在转子外圆靠近q轴的一侧，至少部分填充槽包括至少两个槽段9，组成同一填充槽的槽段9相连通，相邻的槽段9之间通过连通通道8连通，连通通道8在q轴方向的最大宽度小于该连通通道8所在的填充槽在q轴方向上的最大宽度。
45.电机转子包括由至少两段组成的至少部分填充槽，该填充槽的靠近转子外圆侧的部分漏抗小，靠近狭缝槽2的部分漏抗大，不同分段处漏抗不同，因此可以增大填充槽的靠近转子外圆侧部分的起动电流，较大的起动电流可以产生较大的起动转矩，参见图4所示，从而有助于提升电机的起动能力，如图4～图5所示为本技术实施例电机和相关技术电机的技术效果对比图，从图中可以看出，相对于现有技术的电机而言，本技术实施例电机的起动转矩和起动能力均得到明显提升。
46.在本实施例中，包括至少两段槽段9的填充槽的各个槽段9之间由连通通道8连通，一方面可以使各段槽段9之间漏抗不同的效果更明显，进一步增大填充槽的靠近转子外圆侧的第一段的起动电流；另一方面，可以增强转子的机械强度。
47.在一个实施例中，连通通道8在q轴方向的最大宽度为m1，该连通通道8所在的填充槽在q轴方向上的最大宽度为m，m1/m＝0.05～0.5。
48.优选地，m1/m＝0.1～0.3。
49.限定连通通道8的沿q轴方向的最大宽度，一方面不会因该值过大导致各段填充槽漏抗接近，进而无法达到增大起动转矩的目的；另一方面不会因该值过小，导致向填充槽内填充材料时工艺难度增大。
50.在一个实施例中，转子铁芯1的两端设置有转子挡板10和端环12，转子挡板10设置在端环12与转子铁芯1之间，转子挡板10上对应填充槽设置有连通槽11。
51.设置在转子铁芯1上的填充槽，从靠近转子外圆侧至靠近狭缝槽2一侧的第n段槽段9被转子挡板10封挡，n≥2。在本实施例中，从靠近转子外圆侧至靠近狭缝槽2一侧的第n段槽段9对应的转子挡板10处不设置连通槽11，而是由转子挡板10的板体进行封挡，转子挡板1上的连通槽11，只对应转子铁芯上填充槽的靠近转子外圆侧的部分设置，而填充槽的靠近狭缝槽2的部分并不对应设置连通槽11，该部分内的填充材料由靠近转子外圆侧的部分通过连通通道8填充进入。由于转子铁芯1的狭缝槽2及靠近狭缝槽2的部分是转子机械强度最薄弱的部分，这样设置可以增强转子的机械强度，减小转子在制造过程中的变形，降低工艺难度。
52.在一个实施例中，转子挡板10上设置有连通槽11，转子挡板10上的连通槽11的总面积小于或等于转子铁芯1上的填充槽的总面积。转子挡板10上的连通槽11是向转子铁芯1上的填充槽填充材料时的入口，在转子挡板10上设置连通槽11，以使填充材料能够进入转子铁芯1上的填充槽；保证转子挡板10上连通槽11的总面积不大于转子铁芯1上设置的填充槽的总面积，可以减小在填充材料时，转子铁芯1的非填充槽部分的受力面积，保证其在填充材料过程中的机械强度，减小变形量。
53.在一个实施例中，转子挡板10上设置的连通槽11与转子铁芯1上设置的填充槽位置一样，转子挡板10上的单个连通槽11面积小于或等于相同位置处转子铁芯1上的单个填充槽的面积，可以减小在填充材料时，转子铁芯1的局部变形。
54.在一个实施例中，连通槽11沿q轴方向的最大宽度小于或等于转子铁芯上的相同位置处的填充槽沿q轴方向的最大宽度，以减小在填充材料时，转子铁芯1沿q轴方向向内或向外的凹陷变形。
55.在一个实施例中，转子挡板10的外部轮廓的最大宽度小于或等于转子铁芯1的外圆直径，转子挡板10的内孔在q轴上的最大宽度大于或等于在d轴上的最大宽度。转子挡板10作为电机转子的一部分，其外轮廓需不大于转子铁芯1的外圆，以和定子之间形成具有一定宽度的气隙；其内轮廓的q轴方向上对应于转子铁芯1的狭缝槽2，其q轴宽度需不小于d轴宽度，以使足够多面积的狭缝槽2直接接触空气，形成流通孔，增加转子散热。
56.在一个实施例中，转子挡板10沿转子铁芯1的叠压方向的厚度大于或等于形成转子铁芯1的转子冲片在该方向上的厚度，以保证转子铁芯1的机械强度。
57.在一个实施例中，转子铁芯1上位于转子挡板10内孔的内周侧的狭缝槽2的总面积占电机流通孔总面积的至少40％，以保证足够多面积的狭缝槽2直接接触空气，形成流通孔，增加转子散热。
58.在一个实施例中，端环12的外部轮廓的最大宽度小于或等于转子挡板10的外部轮
廓的最大宽度，由转子铁芯1的中心至端环12端面的最大距离大于或等于转子铁芯1的中心至转子挡板10端面的最大距离。端环12外部轮廓的最大宽度不大于转子挡板10外部轮廓的最大宽度，以保证转子铁芯1的位于转子外圆侧的非转子挡板10覆盖面的部分，在填充材料时的受力，减小局部变形；转子铁芯1中心至端环12端面的最大距离不小于转子铁芯1中心至转子挡板10端面的最大距离，保证转子具有一定体积的端环12，有助于改善电机起动能力。
59.在一个实施例中，非独立填充槽3和狭缝槽2之间形成分割筋5，距离d轴最远的分割筋5沿d轴方向的宽度为l1，距离d轴最近的分割筋5沿d轴方向的宽度为l2，l1≥l2，且l1≥0.5*σ，σ为定子与转子之间的气隙的宽度。分割筋5可以增强转子铁芯1的机械强度；限定分割筋5的最小宽度，可以降低加工难度，提升转子机械强度；l1≥l2，可以减小内层磁障层漏磁，提升电机效率。
60.在一个实施例中，非独立填充槽3和狭缝槽2之间形成分割筋5，距离d轴最远的分割筋5沿d轴方向的宽度为l1，由至少两段槽段9组成的填充槽3与狭缝槽2之间的分割筋5沿d轴方向上的宽度小于或等于l1。由至少两段槽段9组成的填充槽3可以增强所在磁障层的狭缝槽2处的机械强度，此时可采用较小宽度的分割筋5，以减小漏磁，提升电机效率。
61.在一个实施例中，非独立填充槽3和狭缝槽2之间形成分割筋5，分割筋5的侧面所在平面与q轴所在平面平行或相交，可以根据转子漏磁力线的走向错位布置分布筋，减小转子漏磁。
62.在一个实施例中，填充槽还包括q轴填充槽4，q轴填充槽4设置在转子铁芯1的外圆周靠近q轴的一侧，q轴填充槽4和狭缝槽2沿q轴方向上的宽度之和为d1 ∑d2，转子轴孔6到转子外圆的宽度为d3，(d1 ∑d2)/d3＝0.3～0.5，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。
63.优选地，(d1 ∑d2)/d3＝0.32～0.48。
64.进一步优选地，(d1 ∑d2)/d3＝0.36～0.42。
65.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7的最小宽度为w，与该两个非独立填充槽3同层的狭缝槽2之间的导磁通道7的最小宽度为d，w≥d，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。
66.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，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沿q轴方向宽度较小的磁障层的沿q轴方向的最小宽度为h2，h1≥h2。多层磁障层结构为电机提供磁阻转矩，以使电机能够同步运行；h1≥h2，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。
67.在一个实施例中，填充槽还包括q轴填充槽4，q轴填充槽4设置在转子铁芯1的外圆周靠近q轴的一侧，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的横截面上，q轴填充槽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
°
。
68.优选地，30
°
≤α1≤50
°
。如此设置，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。
69.在一个实施例中，靠近转子轴孔6的最内层磁障层与转子外圆之间的间隔为h3，远离转子轴孔6的最外层磁障层与转子外圆之间的间隔为h4，h4≥h3，且0≤h4≤2.5σ，σ为定
子和转子之间气隙的宽度。0≤h4≤2.5σ，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；h4≥h3，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。
70.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％。
71.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％。
72.通过限定填充槽的总面积占填充槽和狭缝槽2的面积之和的比例，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。
73.在一个实施例中，狭缝槽2包括弧线段和/或直线段，当狭缝槽2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，且同层的狭缝槽2的外圆弧度大于内圆弧度。
74.在一个实施例中，狭缝槽2包括弧线段和/或直线段，沿着从q轴向两侧的方向，狭缝槽2在q轴方向上的宽度递增。
75.通过上述设置方式，可以增大转子空间的利用率，合理布置狭缝槽，以增大转子凸极比，提升电机磁阻转矩。
76.在一个实施例中，转子轴孔6在q轴方向上的最大宽度小于或等于转子轴孔6在d轴方向上的最大宽度，这样的设置方式可以增大转子空间的利用率，以便合理布置狭缝槽，以增大转子凸极比，提升电机磁阻转矩。
77.在一个实施例中，转子轴孔6由弧线段和/或直线段组成。转子轴孔6位于转子中心，其存在影响磁障层的布置。不限制转子轴孔6仅为圆形，即转子轴孔6可以为椭圆形或类椭圆形或四边形，可以增大磁障层在转子上设置的空间，进一步地提升电机的输出转矩。
78.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12实现短路，形成鼠笼。在本实施例中，填充槽包括q轴填充槽4和非独立填充槽3的至少部分填充槽的槽内填充导电不导磁的材料，填充槽通过转子两端的端环12进行自行短路连接，形成鼠笼结构，端环12的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。
79.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。
80.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。
81.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。