转子结构、异步起动同步磁阻电机及压缩机的制作方法

本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种转子结构、异步起动同步磁阻电机及压缩机。

背景技术：

异步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。异步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。

现有技术中，在转子上设置磁通容易流过的方向的q轴及作为磁通难以流过的方向的d轴成90度的两极的磁极突起的至少一对狭缝部，以及配置在狭缝部的外周侧的多个狭槽部，在狭缝部和前述狭槽部内填充导电性材料。狭缝部制成为直线的形状，狭槽部沿圆周方向等间隔放射状地配置。由于狭槽部等间隔放射状地配置，使得狭槽部之间的磁通方向垂直转子表面径向流动。狭槽部阻碍了磁通q轴方向流通，特别是越靠近d轴的狭槽部，q轴磁通阻碍越明显，而且d轴磁通流通更顺畅，因此d轴、q轴磁通量相差不明显，凸极比不大，电机输出力矩及效率均不能满足要求。进一步地，由于狭缝部制成为直线的形状，转子中心有轴孔，造成d轴转子内部空间很大，没有很好的利用转子内部空间来设置狭缝部来增大电机的凸极比，造成电机整体性能低等问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种转子结构、异步起动同步磁阻电机及压缩机，以解决现有技术中电机性能低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转子结构，包括：转子本体，转子本体上设置有多层磁障狭缝槽，磁障狭缝槽的两端沿转子本体的q轴方向延伸，磁障狭缝槽的弧度沿转子本体的径向方向向外逐渐变大，磁障狭缝槽的外圆弧大于磁障狭缝槽的内圆弧，磁障狭缝槽的宽度从转子本体的d轴处向磁障狭缝槽的两端逐渐增加。

进一步地，转子本体上开设有容纳槽，容纳槽为多个，多个容纳槽沿转子本体的周向间隔地设置，相邻两个容纳槽之间形成第一磁通通道，第一磁通通道的磁通方向与q轴方向相平行，且第一磁通通道的磁通方向与d轴相垂直。

进一步地，磁障狭缝槽的第一端与多个容纳槽中的一个容纳槽相对应，该磁障狭缝槽的第二端与多个容纳槽中的另一个容纳槽相对应，容纳槽与其相对应的磁障狭缝槽之间形成有隔桥，相邻两个磁障狭缝槽之间形成第二磁通通道，每一个磁障狭缝槽与两个容纳槽相对应。

进一步地，多个磁障狭缝槽关于q轴和d轴中的至少一个对称地设置，和/或多个容纳槽关于q轴和d轴中的至少一个对称地设置。

进一步地，转子本体的外周面上还设置有凹槽，凹槽位于转子本体的d轴方向的外表面上。

进一步地，凹槽为两个，两个凹槽设置在转子本体的关于q轴对称的外周面上。

进一步地，凹槽的沿转子本体的径向方向的最大深度为h，其中，0.5δ≤h＜2δ，其中，δ为转子本体与定子铁芯之间的气隙宽度。

进一步地，转子本体的中部开设有轴孔，凹槽的沿q轴方向延伸的两端至轴孔的孔心之间连线形成的圆心角为α，其中，20°≤α≤45°。

进一步地，相邻的两个容纳槽之间形成的第一磁通通道，与该两个容纳槽对应的磁障狭缝槽之间形成的第二磁通通道形成连通的磁路，且第一磁通通道的宽度为d1，第二磁通通道的最小宽度为d2，其中，d1≥d2。

进一步地，相邻的两个容纳槽之间形成的过q轴的第一磁通通道的宽度为d3，其中，d3＞k，其中，k为定子铁芯的定子齿的宽度。

进一步地，转子本体的中部开设有轴孔和磁障狭缝槽，轴孔的孔壁至磁障狭缝槽的槽壁的最小距离为d4，其中，0.5×d3≤d4。

进一步地，容纳槽的槽壁至转子本体的外周面的最小距离为l1，其中，0.5δ≤l1＜δ，和/或隔桥的最小宽度为l2，其中，0.5δ≤l2＜δ，δ为转子本体与定子铁芯之间的气隙宽度。

进一步地，转子本体的中部开设有轴孔，多个磁障狭缝槽的宽度的和为m，轴孔的孔壁至凹槽的槽壁的最小距离为m6，其中，m/m6＝q，0.3≤q≤0.5。

进一步地，凹槽的底部呈朝向转子本体的几何中心凹陷的弧面，或者凹槽的底部包括至少一个直面。

进一步地，容纳槽用于容纳导电不导磁的材料。

进一步地，容纳槽的沿q轴方向延伸的相对的两个侧壁与q轴相平行。

根据本发明的另一方面，提供了一种转子结构，其特征在于，包括：转子本体，转子本体上开设有容纳槽，容纳槽为多个，多个容纳槽沿转子本体的周向间隔地设置，容纳槽沿q轴方向延伸，相邻两个容纳槽之间形成第一磁通通道，第一磁通通道的磁通方向与q轴方向相平行，且第一磁通通道的磁通方向与d轴相垂直。

进一步地，转子本体还设置有磁障狭缝槽，磁障狭缝槽的两端延q轴方向延伸，磁障狭缝槽的第一端与多个容纳槽中的一个容纳槽相对应，该磁障狭缝槽的第二端与多个容纳槽中的另一个容纳槽相对应，容纳槽与其相对应的磁障狭缝槽之间形成有隔桥。

进一步地，磁障狭缝槽为多个，多个磁障狭缝槽沿d轴方向间隔地设置，相邻两个磁障狭缝槽之间形成第二磁通通道，每一个磁障狭缝槽与两个容纳槽相对应。

进一步地，多个磁障狭缝槽关于q轴和d轴中的至少一个对称地设置，和/或多个容纳槽关于q轴和d轴中的至少一个对称地设置。

进一步地，转子本体的外周面上还设置有凹槽，凹槽位于转子本体的d轴方向的外表面上。

进一步地，凹槽为两个，两个凹槽设置在转子本体的关于q轴对称的外周面上。

进一步地，凹槽的沿转子本体的径向方向的最大深度为h，其中，0.5δ≤h＜δ，其中，δ为转子本体与定子铁芯之间的气隙宽度。

进一步地，转子本体的中部开设有轴孔，凹槽的沿q轴方向延伸的两端至轴孔的孔心之间连线形成的圆心角为α，其中，20°≤α≤45°。

进一步地，相邻的两个容纳槽之间形成的第一磁通通道，与该两个容纳槽对应的磁障狭缝槽之间形成的第二磁通通道形成连通的磁路，且第一磁通通道的宽度为d1，第二磁通通道的最小宽度为d2，其中，d1≥d2。

进一步地，相邻的两个容纳槽之间形成的过q轴的第一磁通通道的宽度为d3，其中，d3＞k，其中，k为定子铁芯的定子齿的宽度。

进一步地，转子本体的中部开设有轴孔和磁障狭缝槽，轴孔的孔壁至磁障狭缝槽的槽壁的最小距离为d4，其中，0.5×d3≤d4。

进一步地，容纳槽的槽壁至转子本体的外周面的最小距离为l1，其中，0.5δ≤l1＜δ，和/或隔桥的最小宽度为l2，其中，0.5δ≤l2＜δ，δ为转子本体与定子铁芯之间的气隙宽度。

进一步地，转子本体的中部开设有轴孔，多个磁障狭缝槽的宽度的和为m，轴孔的孔壁至凹槽的槽壁的最小距离为m6，其中，m/m6＝q，0.3≤q≤0.5。

进一步地，凹槽的底部呈朝向转子本体的几何中心凹陷的弧面，或者凹槽的底部包括至少一个直面。

进一步地，容纳槽用于容纳导电不导磁的材料。

进一步地，容纳槽的沿q轴方向延伸的相对的两个侧壁与q轴相平行。

根据本发明的另一方面，提供了一种异步起动同步磁阻电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种压缩机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。

应用本发明的技术方案，通过设置多层磁障狭缝槽，增加d轴磁阻，减小d轴磁通，使得具有该转子结构的电机能够产生磁阻转矩，增加电机的输出力矩和效率。使得具有该转子结构的电机能够产生更大的磁阻转矩，增加电机的输出力矩和效率，从而提高了电机的性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的转子结构的第一实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的转子结构的与电机定子装配的实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的转子结构的第二实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的转子结构的第三实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明的转子结构的第四实施例的结构示意图；

图6示出了根据本发明的转子结构的第五实施例的结构示意图；

图7示出了根据本发明的电机与现有技术中的电机的转矩曲线对比图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、转子本体；11、容纳槽；12、第一磁通通道；13、磁障狭缝槽；14、第二磁通通道；

20、隔桥；

30、凹槽；

40、轴孔；

50、定子铁芯；51、定子齿；

60、铸铝端环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图7所示，根据本发明的实施例，提供了一种转子结构。

具体地，如图1所示，转子本体10上设置有多层磁障狭缝槽13，磁障狭缝槽13的两端沿转子本体10的q轴方向延伸，磁障狭缝槽13的弧度沿转子本体10的径向方向向外逐渐变大，磁障狭缝槽13的外圆弧大于磁障狭缝槽13的内圆弧，磁障狭缝槽13的宽度从转子本体10的d轴处向磁障狭缝槽13的两端逐渐增加。

在本实施例中，通过设置多层磁障狭缝槽，增加d轴磁阻，减小d轴磁通，使得具有该转子结构的电机能够产生磁阻转矩，增加电机的输出力矩和效率。

其中，转子本体10上开设有容纳槽11，容纳槽11为多个，多个容纳槽11沿转子本体10的周向间隔地设置。容纳槽11沿q轴方向延伸，相邻两个容纳槽11之间形成第一磁通通道12，第一磁通通道12的磁通方向与q轴方向相平行，且第一磁通通道12的磁通方向与d轴相垂直。磁障狭缝槽13的第一端与多个容纳槽11中的一个容纳槽11相对应，该磁障狭缝槽13的第二端与多个容纳槽11中的另一个容纳槽11相对应，容纳槽11与其相对应的磁障狭缝槽13之间形成有隔桥20。相邻两个磁障狭缝槽13之间形成第二磁通通道14，每一个磁障狭缝槽13与两个容纳槽11相对应。

其中，这里指的“对应”为：如图1所示，磁障狭缝槽13的位于d轴的左侧的第一端与位于d轴的左侧的容纳槽11的一端相邻设置，其中，磁障狭缝槽13的第一端与该容纳槽11之间具有隔桥20。磁障狭缝槽13的位于d轴的右侧的第二端与位于d轴的右侧的容纳槽11的一端相邻设置，且磁障狭缝槽13的第二端与右侧的容纳槽11之间同样形成有隔桥20，这样设置同样能够有效地提高转子本体在d轴方向的磁阻。

优选地，多个磁障狭缝槽13沿d轴方向间隔地设置，相邻两个磁障狭缝槽13之间形成第二磁通通道14，每一个磁障狭缝槽13与两个容纳槽11相对应。这样设置能够进一步地提高转子本体在d轴方向的磁阻，继而增加了q轴和d轴之间的磁通量的差。

具体地，多个磁障狭缝槽13关于q轴对称地设置，多个磁障狭缝槽13也关于d轴对称地设置，多个容纳槽11关于q轴对称地设置，多个容纳槽11也关于d轴对称地设置。

为了进一步地提高转子本体的d轴方向的磁阻，该转子本体10的外周面上还设置有凹槽30。凹槽30设置于转子d轴方向的外表面上，可以将d轴设置成位于凹槽30的几何中心处。

优选地，如图1和图2所示，凹槽30为两个，两个凹槽30设置在转子本体10的关于q轴对称的外周面上。其中，凹槽30的沿转子本体10的径向方向的最大深度为h，其中，0.5δ≤h＜2δ，其中，δ为转子本体10与定子铁芯50之间的气隙宽度。进一步地，转子本体10的中部开设有轴孔40，凹槽30的沿q轴方向延伸的两端至轴孔40的孔心之间连线形成的圆心角为α，其中，20°≤α≤45°。

相邻的两个容纳槽11之间形成的第一磁通通道12，与该两个容纳槽11对应的磁障狭缝槽13之间形成的第二磁通通道14形成连通的磁路(如图1中f1所示)，且第一磁通通道12的宽度为d1，第二磁通通道14的最小宽度为d2，其中，d1≥d2。

相邻的两个容纳槽11之间形成的过q轴的第一磁通通道12的宽度为d3，其中，d3＞k，其中，k为定子铁芯50的定子齿51的宽度。轴孔40的孔壁至磁障狭缝槽13的槽壁的最小距离为d4，其中，0.5×d3≤d4。

容纳槽11的槽壁至转子本体10的外周面的最小距离为l1，其中，0.5δ≤l1＜δ，隔桥20的最小宽度为l2(图中未示出)，其中，0.5δ≤l2＜δ，δ为转子本体10与定子铁芯之间的气隙宽度。多个磁障狭缝槽13的宽度的和为m，轴孔40的孔壁至凹槽30的槽壁的最小距离为m6，其中，m/m6＝q，0.3≤q≤0.5。如图1所示，位于q轴下方有五个磁障狭缝槽13，它们的宽度分别为m1、m2、m3、m4和m5，其中，m＝m1+m2+m3+m4+m5。

如图3至图6所示，凹槽30的底部可以设置成朝向转子本体10的几何中心凹陷的弧面。当然，凹槽30的底部也可以设置成包括至少一个直面。其中，如果凹槽30的底部包括至少两个直面时，其中相邻两个直面的角度可以是直角，也可以是钝角。优选地，容纳槽11用于容纳导电不导磁的材料如图1中f2所示。其中，如图1所示，容纳槽的沿q轴方向延伸的相对的两个侧壁(1、2)与q轴相平行。

上述实施例中的转子结构还可以用于电机设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种异步起动同步磁阻电机。该电机包括转子结构，转子结构为上述实施例中的转子结构。转子本体10上设置有多层磁障狭缝槽13，磁障狭缝槽13的两端沿转子本体10的q轴方向延伸，磁障狭缝槽13的弧度沿转子本体10的径向方向向外逐渐变大，磁障狭缝槽13的外圆弧大于磁障狭缝槽13的内圆弧，磁障狭缝槽13的宽度从转子本体10的d轴处向磁障狭缝槽13的两端逐渐增加。

在本实施例中，通过设置多层磁障狭缝槽，增加d轴磁阻，减小d轴磁通，使得具有该转子结构的电机能够产生磁阻转矩，增加电机的输出力矩和效率。

具体地，本申请提供了一种异步起动同步动磁阻电机转子结构，解决异步电机效率低，转速低的问题，实现电机高效恒转速运行。采用该转子结构，解决永磁同步电机成本高，磁铁退磁等可靠性低的问题。该转子结构不使用稀土磁体和驱动控制器，能够有效地降低制造成本，采用该结构的转子，能够实现直接起动同步动磁阻电机。

通过容纳槽与磁障结合设计，容纳槽产生感应转矩实现起动，并拖入同步，通过磁障作用产生的磁阻转矩实现同步稳定运行。

通过将容纳槽在q轴方向上的设置成水平的方式，使得q轴磁通顺畅流通，d轴磁通完全阻隔，同时在d轴转子表面设置凹槽，进一步增加d轴磁阻，增大d轴、q轴磁通量之差，使得在转子的d轴方向产生更大的磁阻转矩，增加电机出力及效率。

通过合理的磁障及容纳槽设计，既要保证合理的磁障占比设计，又要保证磁障之间的磁通通道不能出现过饱和，阻碍磁通流动，有效利用转子空间，达到了尽可能增大d轴、q轴磁通量之差的效果。

该电机由带绕组的定子铁芯及转子组成，转子由具有特定结构的转子铁芯和转子铁芯两端的铸铝端环60组成，转子铁芯上设置有多个容纳槽和成对的磁障狭缝槽，以及和转轴配合的轴孔，容纳槽上下两条边线与q轴平行。转子铁芯的d轴外表面设置凹槽。容纳槽与磁障配合，在d轴方向上形成磁通屏障，在q轴方向上形成磁通通道，容纳槽和磁障关于d轴或q轴对称。

容纳槽上下两条边线与q轴平行，其目的使得q轴磁通顺畅流通，d轴磁通完全阻隔，增大d轴、q轴磁通量之差，产生更大的磁阻转矩，增加电机出力及效率。

转子铁芯的d轴外表面设置凹槽，凹槽对应转子外周圆弧所占角度为α，其中，20°≤α≤45°。凹槽在d轴上最大深度为h，其中，0.5δ≤h＜2δ，凹槽形状可以是多样。即可以是圆弧形、矩形、倒梯形等。如此设置目的是增加d轴气隙磁阻，减小d轴磁通，增加凸极比，增大电机出力。

所有容纳槽中均填入铝等导电不导磁的材料，形成铸铝，通过转子铁芯两端的铸铝端环60将所有容纳槽连通，形成鼠笼，鼠笼产生异步转矩起动电机并将电机牵入同步转速运行。

容纳槽到转子铁芯外表面的距离为l1，容纳槽到对应磁障的距离为l2，l1、l2满足：0.5δ≤l1＜δ，0.5δ≤l2＜δ，其中，δ为定子铁芯与转子铁芯之间的气隙宽度，如此设置，能够减小转子磁场漏磁，提升电机效率。

相邻两个容纳槽之间的磁通通道宽度d1要大于或等于对应的相邻磁障狭缝槽之间形成的最小磁通通道的宽度d2，即：d1≥d2，其目的是要保证铝槽之间留有足够的宽度，避免出现磁场饱和，影响磁障之间通道的磁通流通。

q轴上下第一个容纳槽之间的磁通通道与q轴重合，磁通通道宽度为d3，d3与定子齿的宽k的关系满足：d3＞k，即q轴磁通通道的宽度大于定子齿的宽度，其目的是保证主要磁路通道不会出现饱和，同时使得磁通有效进入定子齿，形成转矩。

所有磁障狭缝的宽度(m1+m2+m3+m4+m5)与轴孔到转子外周的宽度(m6)之比为q，即(m1+m2+m3+m4+m5)/m6＝q∈[0.3-0.5]，目的是选择合理的磁障占比，既保证足够的磁障宽度，有效阻碍d轴磁通，又保证合理的磁通通道，防止出现磁通过饱和，增加q轴磁通，增加电机凸极比。

该电机的转轴可以采用导磁性材料；转轴也可采用非导磁材料，此时则要求转轴的轴孔到两边磁障的最小宽度满足如下要求：2*d4≥d3,其中d4为转轴到磁障的最小宽度,其目的是防止d4通道出现磁通过饱和，阻碍磁通流动。

该电机还可以用于压缩机设备技术领域，根据本发明的另一方面，提供了一种压缩机，包括转子结构，转子结构为上述实施例中的转子结构。转子本体10上设置有多层磁障狭缝槽13，磁障狭缝槽13的两端沿转子本体10的q轴方向延伸，磁障狭缝槽13的弧度沿转子本体10的径向方向向外逐渐变大，磁障狭缝槽13的外圆弧大于磁障狭缝槽13的内圆弧，磁障狭缝槽13的宽度从转子本体10的d轴处向磁障狭缝槽13的两端逐渐增加。

在本实施例中，通过设置多层磁障狭缝槽，增加d轴磁阻，减小d轴磁通，使得具有该转子结构的电机能够产生磁阻转矩，增加电机的输出力矩和效率。采用该转子结构的压缩机，由于电机出力大，效率高，因此可提供一种高性能定速压缩机。

图7为本实施例中的异步起同步动磁阻电机与现有技术方案电机转矩曲线对比图，同样定子方案及电流下，本申请的技术方案电机出力要比现有技术中的电机高15％，电机出力增加，电机效率提升。

实施例中不同磁障比与电机出力关系，磁障比为0.42时电机出力最大，磁障比太大或太小，电机出力均会下降，合适的磁障比对电机出力影响较大。

上述最优实施方式中，把转子铁芯的d轴外表面凹槽去掉，即转子外表面为整圆，采用容纳槽，使得q轴磁通顺畅流通，d轴磁通完全阻隔，增大d轴、q轴磁通量之差，也可以获得比现有技术的电机要好的技术效果。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。