一种自起动同步磁阻电机转子和自起动同步磁阻电机的制作方法

1.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：

2.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：
3.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；
4.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；
5.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；
6.转子每极都形成两个对称轴d轴和q轴，与导磁通道近似平行的轴称为d轴，与导磁通道近似垂直的轴称为q轴；
7.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。
8.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；
9.通过增大填充槽面积可以有效增大导条用量，降低转子电阻增大牵入能力，但填充槽会占用导磁通道空间，从而影响转矩输出和过载能力；尤其转子q轴空间紧张，且轴孔也要占用部分磁路。
10.由于现有技术中的自起动同步磁阻电机存在起动困难等技术问题，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。


技术实现要素：

11.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起动困难的缺陷，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。
12.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：
13.转子铁芯，所述转子铁芯上开设有空气槽以形成磁障层，所述转子铁芯包括d轴和q轴；所述磁障层沿q轴具有多层，并且以直径di为圆划分所述转子铁芯，大于di的圆的部分为转子外侧、小于di的圆的部分为转子内侧，并有其中dr为所述转子铁芯的外径；
14.所有所述磁障层的层数为1～nb，其中所述转子外侧的磁障层数为n～nb；其中n≥
1，所述nb为每极下所述转子铁芯的所有磁障层数；
15.在所述q轴上所有所述磁障层的宽度分别为b
q1
，b
q2
，...，b
qnb
；在所述q轴上位于所述转子外侧的所有所述磁障层的宽度分别为b
qn
，...，b
qnb
；
16.在所述q轴上的位于所述转子外侧的所有磁障层的宽度之和、与所述q轴上的所有转子磁障层宽度之和的比值为：
17.在一些实施方式中，所述q轴上的总磁路宽度为tq，所述q轴上的所有所述磁障层宽度之和在所述q轴上的总磁路宽度中的占比为：
[0018][0019]
在一些实施方式中，所述转子铁芯还包括位于其径向内侧的转轴孔，所述tq为所述转子铁芯的半径减去所述转轴孔的半径。
[0020]
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。
[0021]
在一些实施方式中，所述磁障层的层数为所述电机转子的极数。
[0022]
在一些实施方式中，所述转子外侧的磁障层为填充槽，所述转子内侧的磁障层为非填充槽；且部分或全部所述填充槽内填充有导电不导磁的材料，即导条。
[0023]
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。
[0024]
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。
[0025]
在一些实施方式中，相邻两层所述磁障层之间部分为导磁通道层；在q轴上各所述导磁通道层的宽度为wq1，wq2，...，wqn。
[0026]
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。
[0027]
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：
[0028]
1.本实用新型通过将q轴上的位于所述转子外侧的所有磁障层的宽度之和、与所述q轴上的所有转子磁障层宽度之和的比值设置为：能够使得转子合理设计并分配了转子q轴磁路，设计q轴在转子外侧填充槽的面积，约束q轴转子外侧填充槽宽度在q轴磁路中的占比，能够有效提升电机的起动能力；
[0029]
2.本实用新型还通过q轴上的所有所述磁障层宽度之和在所述q轴上的总磁路宽度中的占比设置为：能够约束q轴磁障在q轴磁路中的占比，保证结构强度条件下轴孔尽量小，保证导磁通道足够，保证磁路畅通，从而有效提升转矩输出。
附图说明
[0030]
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；
[0031]
图2为本实用新型的自起动同步磁阻电机转子的转子内侧和转子外侧部分的示意图；
[0032]
图3为本实用新型的自起动同步磁阻电机转子的磁障层宽度的示意图；
[0033]
图4为本实用新型的q轴转子外侧填充槽面积对起动能力影响的曲线图；
[0034]
图5为本实用新型的q轴磁障占比对转矩输出的影响的曲线图；
[0035]
图6为本实用新型的导条和端环的结构示意图。
[0036]
附图标记表示为：
[0037]
1、转子铁芯；11、转子外侧；12、转子内侧；13、转轴孔；2、磁障层；21、填充槽；22、非填充槽；3、导条；4、端环；5、导磁通道层。
具体实施方式
[0038]
如图1-6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：
[0039]
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，d轴为转子铁芯的径向方向中与磁障层平行的轴，q轴为转子铁芯的径向方向中与磁障层垂直的轴；所述磁障层2沿q轴具有多层，并且以直径di为圆划分所述转子铁芯，大于di的圆的部分为转子外侧11、小于di的圆的部分为转子内侧12，并有其中dr为所述转子铁芯1的外径；
[0040]
所有所述磁障层2的层数为1～nb，其中所述转子外侧11的磁障层数为n～nb；其中n≥1，所述nb为每极下所述转子铁芯1的所有磁障层数；
[0041]
在所述q轴上所有所述磁障层2的宽度分别为b
q1
，b
q2
，...，b
qnb
；在所述q轴上位于所述转子外侧的所有所述磁障层2的宽度分别为b
qn
，...，b
qnb
；(本文说明：b
qnb
中的下标“qnb”与“qn
b”表示的均为同一参数，其他参数均同该说明)。
[0042]
在所述q轴上的位于所述转子外侧的所有磁障层2的宽度之和、与所述q轴上的所有转子磁障层宽度之和的比值为：即即其中i从n取到nb，j从1取到nb。
[0043]
本实用新型通过将q轴上的位于所述转子外侧的所有磁障层的宽度之和、与所述q轴上的所有转子磁障层宽度之和的比值设置为：能够使得转子合理设计并分配了转子q轴磁路，设计q轴在转子外侧填充槽的面积，约束q轴转子外侧填充槽宽度在q轴磁路中的占比，能够有效提升电机的起动能力。
[0044]
以直径di为圆划分转子，大于di部分为转子外侧、小于di部分为转子内侧,
[0045]
转子磁障层数为1～nb,其中转子外侧磁障层数为n～nb；
[0046]
q轴磁路在转子外侧的所有磁障层为，
[0047]
1.q轴外侧磁障层宽度在q轴所有磁障宽度中占比，
[0048]
q轴转子外侧填充槽/导条面积越大，电机起动能力越强，填充槽增大到一定程度，起动能力增大程度变缓；具体有益效果如图4；
[0049]
在一些实施方式中，所述q轴上的总磁路宽度为tq，所述q轴上的所有所述磁障层2宽度之和在所述q轴上的总磁路宽度中的占比为：本实用新型还通过q轴上的所有所述磁障层宽度之和在所述q轴上的总磁路宽度中的占比设置为：能够约束q轴磁障在q轴磁路中的占比，保证结构强度条件下轴孔尽量小，保证导磁通道足够，保证磁路畅通，从而有效提升转矩输出。
[0050]
2.q轴所有磁障宽度在q轴总磁路中占比，
[0051]
要增大q轴转子外侧磁障槽宽度，同时q轴磁障过大会压缩q轴导磁通道空间，要约束q轴磁障总宽度，随着q轴磁障宽度增加，转矩输出逐渐减小，同时磁障不可以为0；具体有益效果如图5；
[0052]
以上2点要求q轴转子外侧磁障宽度尽可能宽，保证其铸铝量，提升起动能力；同时q轴导磁通道足够宽，保证电机输出能力。
[0053]
1.本实用新型约束q轴转子外侧填充槽宽度在q轴磁路中的占比，提高起动能力；
[0054]
2.本实用新型约束q轴磁障在q轴磁路中的占比，保证导磁通道足够，提升转矩输出。
[0055]
3.本实用新型的转子磁障：转子上开设的各层空气槽；
[0056]
4.本实用新型的转子导磁通道：转子各层空气槽之间部分称为导磁通道层；
[0057]
5.本实用新型的d轴/q轴：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；
[0058]
6.本实用新型的转子外侧：约束外圆直径为dr，内圆直径为di的圆环所覆盖的范围转子外侧；
[0059]
7.本实用新型的转子内侧：约束外圆直径为dr，内圆直径为dsft的圆环所覆盖的范围为转子内侧；
[0060]
8.本实用新型的起动能惯量倍数：最大起动惯量与电机本身惯量比值。
[0061]
在一些实施方式中，所述转子铁芯1还包括位于其径向内侧的转轴孔13，所述tq为所述转子铁芯1的半径减去所述转轴孔13的半径。这是本实用新型的tq的优选计算方法，即q轴上的总磁路宽度为所述转子铁芯1的半径减去所述转轴孔13的半径。
[0062]
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。本实用新型通过冲片堆叠的方式能够形成转子铁芯。
[0063]
在一些实施方式中，转子铁芯开设有多组相同的空气槽，所述磁障层2的组数为所
述电机转子的极数。这是本实用新型的磁障层组数的优选形式，与电机转子的极数相对应能够保证形成有效的自起动同步磁阻，保证电机的足够的起动能力和运行能力。如本实用新型的图示，包括上下2极，即d轴上方和d轴下方的共2极。
[0064]
在一些实施方式中，空气槽沿q轴分为多层，所述转子外侧11的磁障层2为填充槽21，所述转子内侧12的磁障层2为非填充槽22；且部分或全部所述填充槽21内填充有导电不导磁的材料，即导条3。本实用新型的转子外侧的磁障层优选为填充槽，以填充导电不导磁的导条，提供导电能力，而转子内侧的磁障层未填充导条，转子外侧的填充导条的磁障层能够起到有效起动的作用，因此其宽度应尽可能宽，但宽到一定程度起动能力变缓，参见图4。
[0065]
在一些实施方式中，所述导条3为铸铝结构，通过铸造的方式成型于所述填充槽内。这是本实用新型的导条的优选结构形式，能够起到导电不导磁的同时还能够有效地固定导条。进一步优选全部所述磁障槽内铸铝或部分所述磁障槽内铸铝。
[0066]
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4，全部或部分所述导条3通过所述端环短接在一起，形成回路。本实用新型还通过端环的设置能够与导条一起形成电路连接，形成导电回路。所述电机端环优选圆环形或其他规则不规则形状。
[0067]
在一些实施方式中，相邻两层所述磁障层2之间部分为导磁通道层5；在q轴上各所述导磁通道层5的宽度为wq1，wq2，...，wqn。
[0068]
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。
[0069]
本发明所述电机由转子冲片轴向堆叠而成的转子铁芯1；
[0070]
转子铁芯开设有多组相同的空气槽，空气槽组数为转子极数；
[0071]
空气槽沿q轴分为多层，转子外侧空气槽为填充槽21；
[0072]
部分或全部空气槽内填充有导电不导磁的材料，称为导条3；
[0073]
转子两端放置有导电不导磁材料构成的端环4；
[0074]
全部或部分导条通过端环短接在一起，形成回路；
[0075]
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；
[0076]
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层5；
[0077]
q轴上各导磁通道层宽度为wq1，wq2，...，wqn；
[0078]
q轴上各磁障层宽度为bq1，bq2，...，bqn；
[0079]
q轴总磁路tq为转子半径减去转轴孔半径；
[0080]
转子铁芯内圆称为转轴孔13；
[0081]
每极下转子磁障层数为nb。
[0082]
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。