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，同步运行时效率提升；与异步起动永磁同步电机相比，电机不使用永磁材料，成本低，且不存在永磁体退磁风险。但是自起动同步磁阻电机存在带载起动过程中，牵入同步能力偏弱，到达同步转速较困难的问题，限制了该类电机在更广泛领域的应用。


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，能够有效提升电机牵入同步能力。
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，填充槽包括内层填充槽和外层填充槽，内层填充槽位于狭缝槽与转子铁芯的转子轴孔之间，内层填充槽和外层填充槽填充导电不导磁材料，通过位于转子铁芯两端的端环进行短路连接，形成鼠笼结构。
5.优选地，外层填充槽包括外层非独立填充槽和外层独立填充槽，外层非独立填充槽与对应的狭缝槽同层设置，外层独立填充槽沿q轴方向位于狭缝槽的外侧。
6.优选地，内层填充槽到转子轴孔的最小距离为h3，10σ≤h3≤25σ，其中σ为定子和转子之间的气隙宽度。
7.优选地，位于q轴上的内层填充槽沿q轴方向的厚度为h1，位于d轴上的内层填充槽沿d轴方向的厚度为h2，h1＜h2。
8.优选地，内层填充槽到转子轴孔的最小距离为h3，0.5h3≤h1≤h3，且一个极下，位于q轴上的内层填充槽所占的圆心角α1满足0.2α≤α1≤0.4α，其中α为转子一个磁极所对应的圆心角度。
9.优选地，内层填充槽到转子轴孔的最小距离为h3，h3≤h2≤1.2h3，且一个极下，位于d轴上的内层填充槽所占的圆心角α2满足0.2α≤α2≤0.4α，其中α为转子一个磁极所对应的圆心角度。
10.优选地，位于q轴上的内层填充槽的面积与位于d轴上的内层填充槽的面积比值为0.5～0.8。
11.优选地，位于q轴上的内层填充槽的面积与位于d轴上的内层填充槽的面积比值为0.6～0.7。
12.优选地，内层填充槽的总面积占填充槽的总面积的比例为0.2～0.4。
13.优选地，内层填充槽的总面积占填充槽的总面积的比例为0.25～0.35。
14.优选地，外层非独立填充槽与同层的狭缝槽形成u形的磁障层。
15.优选地，外层非独立填充槽与狭缝槽以及转子外圆之间均通过分割筋分隔开，分割筋的宽度k满足0.5σ≤k≤2.5σ，其中σ为定子和转子之间的气隙宽度。
16.优选地，外层独立填充槽的形状为u形，每个极下的外层独立填充槽在q轴位置以及外层独立填充槽与转子外圆之间均通过分割筋分隔开。
17.优选地，狭缝槽呈直线形、圆弧形或直线形和圆弧形的组合。
18.优选地，转子铁芯在q轴方向的转子外圆处设置有凹槽，转子外圆的轮廓线到凹槽的底部之间的最大距离为d，k≤d≤5k，其中k为外层填充槽与转子外圆之间的分割筋的宽度。
19.优选地，同一极下，凹槽所占据的圆心角度为β，转子一个磁极所对应的圆心角度为α，0.1α≤β≤0.25α。
20.优选地，0.15α≤β≤0.2α。
21.优选地，端环覆盖所有填充槽，避让所有狭缝槽。
22.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。
23.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，填充槽包括内层填充槽和外层填充槽，内层填充槽位于狭缝槽与转子铁芯的转子轴孔之间，内层填充槽和外层填充槽填充导电不导磁材料，通过位于转子铁芯两端的端环进行短路连接，形成鼠笼结构。通过在狭缝槽的内周侧布置内层填充槽的方式，能够有效增大转子铁芯上的填充槽面积，提高转子铁芯上的铸铝面积，提升电机牵入同步能力。
附图说明
24.图1为本技术一个实施例的电机转子去除端环后的结构示意图；
25.图2为本技术一个实施例的电机转子去除端环后的结构示意图；
26.图3为本技术一个实施例的电机转子的结构示意图；
27.图4为本技术实施例的电机与相关技术电机的牵入同步能力对比图。
28.附图标记表示为：
29.1、转子铁芯；2、狭缝槽；3、外层非独立填充槽；4、外层独立填充槽；5、分割筋；6、转子轴孔；7、内层填充槽；8、端环；9、凹槽。
具体实施方式
30.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，转子铁芯1上设置有填充槽和狭缝槽2，填充槽包括内层填充槽7和外层填充槽，内层填充槽7位于狭缝槽2与转子铁芯1的转子轴孔6之间，内层填充槽7和外层填充槽填充导电不导磁材料，通过位于转子铁芯1两端的端环8进行短路连接，形成鼠笼结构。
31.通过在狭缝槽2的内周侧布置内层填充槽7的方式，能够有效增大转子铁芯1上的填充槽面积，提高转子铁芯1上的铸铝面积，提升电机牵入同步能力。转子鼠笼结构的形成，为电机在起动阶段提供异步转矩，让电机具有自起动能力。
32.上述的导电不导磁材料较优地选择为铝或者铝合金材料，金属铝导电性能好，价格便宜，适合工业电机领域应用；填充槽两端通过端环8进行短路连接，构成转子鼠笼结构，
端环8所用材料与填充槽内填充的材料相同，端环8将填充槽短路构成鼠笼，填充槽内电流才会流通形成回路，鼠笼也叫起动笼，在电机起动阶段提供异步转矩，使得电机具有自起动能力。导电不导磁材料也可以采用紫铜等材料。
33.结合参见图4所示，为采用本技术实施例电机转子的电机和相关技术电机在起动过程的转速曲线图，可以看到，在带相同负载的情况下，采用本技术实施例转子结构的电机能够牵入到同步转速，而现有技术电机处于失步状态，表明采用本技术实施例电机转子的电机牵入同步能力更强。
34.在一个实施例中，外层填充槽包括外层非独立填充槽3和外层独立填充槽4，外层非独立填充槽3与对应的狭缝槽2同层设置，外层独立填充槽4沿q轴方向位于狭缝槽2的外侧。
35.在一个实施例中，内层填充槽7到转子轴孔6的最小距离为h3，10σ≤h3≤25σ，其中σ为定子和转子之间的气隙宽度。在本实施例中，转子铁芯1内层的d轴和q轴轴线位置均布置内层填充槽，可以充分利用转子铁芯1的内部空间，从而增加转子铁芯1上的铸铝量，提升电机的牵入同步能力；对填充槽到转子轴孔6之间的最小距离进行限制，目的在于保证转子铁芯1的结构安全。
36.在一个实施例中，位于q轴上的内层填充槽7沿q轴方向的厚度为h1，位于d轴上的内层填充槽7沿d轴方向的厚度为h2，h1＜h2。对于同步磁阻电机的电机转子而言，狭缝槽2与外层填充槽的结构和结构布置关系，使得狭缝槽2所在的q轴方向上，狭缝槽2内侧的铁芯厚度较小，在d轴方向上，狭缝槽2内侧的铁芯厚度较大，因此，为了使得狭缝槽2内侧的转子铁芯1的空间能够得到更加充分的利用，更加有效地增大铸铝面积，对于厚度较薄位置处的转子铁芯1，其上的内层填充槽7的厚度可以较小，对于厚度较大位置处的转子铁芯1，其上的内层填充槽7的厚度可以较大，从而在不影响转子铁芯1的结构强度的基础上，使得转子铁芯1的结构能够得到最大化利用，有效提升电机效率。
37.在一个实施例中，内层填充槽7到转子轴孔6的最小距离为h3，0.5h3≤h1≤h3，且一个极下，位于q轴上的内层填充槽7所占的圆心角α1满足0.2α≤α1≤0.4α，其中α为转子一个磁极所对应的圆心角度。
38.内层填充槽7到转子轴孔6的最小距离为h3，h3≤h2≤1.2h3，且一个极下，位于d轴上的内层填充槽7所占的圆心角α2满足0.2α≤α2≤0.4α，其中α为转子一个磁极所对应的圆心角度。
39.内层填充槽7布置在狭缝槽2和转子轴孔6之间的转子内层位置，需要合理布置，既要内层填充槽7具有一定的填充面积，也要求内层填充槽7到狭缝槽2和转子轴孔6之间留有一定的距离，从而保证转子结构安全。
40.在一个实施例中，位于q轴上的内层填充槽7的面积与位于d轴上的内层填充槽7的面积比值为0.5～0.8。
41.优选地，位于q轴上的内层填充槽7的面积与位于d轴上的内层填充槽7的面积比值为0.6～0.7。
42.靠近转子内侧的q轴轴线区域面积比d轴轴线区域面积要小，为了充分利用转子内层空间，两内层填充槽7的面积比例按上述取值较为合适，可以使得各自区域的转子铁芯1的空间得到更加充分的利用。
43.在一个实施例中，内层填充槽7的总面积占填充槽的总面积的比例为0.2～0.4。
44.优选地，内层填充槽7的总面积占填充槽的总面积的比例为0.25～0.35。
45.限定内层填充槽7的总面积占填充槽的总面积的比例的目的在于，保证内层填充槽7的填充面积能够不影响转子的结构安全，同时提升电机的牵入同步能力。
46.在一个实施例中，外层非独立填充槽3与同层的狭缝槽2形成u形的磁障层或者类u形的磁障层。这样设置可以形成多层磁障结构，有利于增加电机d、q轴的电感差值，从而充分利用磁阻转矩。
47.在一个实施例中，外层非独立填充槽3与狭缝槽2以及转子外圆之间均通过分割筋5分隔开，分割筋5的宽度k满足0.5σ≤k≤2.5σ，其中σ为定子和转子之间的气隙宽度，从而能够保证分割筋5的宽度在合适范围，既能保证电机具有一定凸极比，也能保证转子的结构强度。
48.在一个实施例中，外层独立填充槽4的形状为u形或类u形，每个极下的外层独立填充槽4在q轴位置以及外层独立填充槽4与转子外圆之间均通过分割筋5分隔开。将外层独立填充槽4的形状设计成与外层非独立填充槽3和狭缝槽2构成的磁障层具有类似形状，可以更充分的利用d、q轴电感差值带来的磁阻转矩，同时分割筋5还保证了转子的结构强度。
49.在一个实施例中，狭缝槽2呈直线形、圆弧形或直线形和圆弧形的组合。
50.在一个实施例中，转子铁芯1在q轴方向的转子外圆处设置有凹槽9，转子外圆的轮廓线到凹槽9的底部之间的最大距离为d，k≤d≤5k，其中k为外层填充槽与转子外圆之间的分割筋5的宽度。
51.同一极下，凹槽9所占据的圆心角度为β，转子一个磁极所对应的圆心角度为α，0.1α≤β≤0.25α。
52.优选地，0.15α≤β≤0.2α。
53.在该位置设置凹槽9，并对凹槽9的尺寸进行限定，能够进一步增大q轴方向的磁阻，使得电机凸极比增大，有利于磁阻转矩的利用。
54.在一个实施例中，端环8覆盖所有填充槽，避让所有狭缝槽2。这样设置所形成的电机转子，既能够利用鼠笼结构形成良好的起动性能，又能够将狭缝槽2作为流通孔使用，增大电机转子的气流流通面积，提高电机转子的散热性能。
55.在一个实施例中，内层填充槽7呈梯形；或，内层填充槽7呈圆形和/或椭圆形。
56.当内层填充槽7呈圆形和/或椭圆形时，能够使得内层填充槽7的形状更加规则，从而降低转子铁芯的加工难度，提高加工效率。
57.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。
58.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。
59.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。