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：
3.1、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；
4.2、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；
5.3、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；
6.4、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能效得到突破，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阶段，牵入阶段要求转速完全达到同步转速，因此难度较大。为增强起动能力，需要减小转子电阻，即转子内导条与端环组成的短路环的电阻。
9.电机起动过程中，转子相对定子磁场运动且存在转速差，不同时刻下，转子电路由不同的槽内导条和端环构成。若不同时刻电阻不同会引起转矩脉震，削弱起动能力。


技术实现要素：

10.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，在任意时刻下端环的截面积与构成回路的导条的截面积相当，能够有效改善电阻突变引起的转矩脉震，保证电机的起动能力。
11.为了解决上述问题，本技术提供一种电机转子，包括转子铁芯和设置在转子铁芯两端的端环，转子铁芯上设置有磁障槽，磁障槽包括铸铝槽，铸铝槽内设置有导条，端环与至少部分导条连接形成回路，在经过转子铁芯的中心轴线的纵截面上，端环的单侧纵截面积为se，导条垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面积为sr，端环在任一位置处的纵截面积se与跟端环形成回路处的导条的横截面积sr呈正比。
12.优选地，端环为圆环形，端环的轴向高度为he，导条垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面积为sr，端环在任一位置处的高度he与该位置处的导条的横截面积sr呈正比。
13.优选地，端环的端面沿圆周方向为平滑过渡的弧面。
14.优选地，同一极下，端环在圆周方向上各个位置处的轴向高度不同。
15.优选地，端环的外圆直径为deo，端环的内圆直径为dei，转子铁芯的外圆直径为
dr，转子铁芯的内圆直径为dsft，
16.优选地，端环的轴向高度沿着d轴到q轴的方向递减。
17.优选地，在电流回路中，铸铝槽的总的横截面积为∑sr×
2，在经过转子铁芯的中心轴线的纵截面上，端环的单侧纵截面积为se，
18.优选地，端环关于q轴对称。
19.优选地，端环的纵截面与q轴之间的夹角为deg，端环的轴向高度he与deg之间的关系为：
20.当0
°
≤deg＜18
°
时，he的标幺值为0.4～0.85；
21.当18
°
≤deg＜36
°
时，he的标幺值为0.5～0.9；
22.当36
°
≤deg＜54
°
时，he的标幺值为0.6～1.1；
23.当54
°
≤deg＜72
°
时，he的标幺值为0.75～1.2；
24.当72
°
≤deg≤90
°
时，he的标幺值为0.8～1。
25.优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面上，磁障槽包括d轴磁障槽，d轴磁障槽包括铸铝槽，d轴磁障槽还包括非铸铝槽，铸铝槽位于非铸铝槽两端，铸铝槽和非铸铝槽之间通过内磁桥间隔开。
26.优选地，磁障槽包括q轴磁障槽，q轴磁障槽包括铸铝槽。
27.优选地，经过转子铁芯的中心轴线的截面与端环的端面相交形成直线段，直线段在转子铁芯上的轴向高度相同。
28.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。
29.本技术提供的电机转子，包括转子铁芯和设置在转子铁芯两端的端环，转子铁芯上设置有磁障槽，磁障槽包括铸铝槽，铸铝槽内设置有导条，端环与至少部分导条连接形成回路，在经过转子铁芯的中心轴线的纵截面上，端环的单侧纵截面积为se，导条垂直于转子铁芯的中心轴线的横截面积为sr，端环在任一位置处的纵截面积se与跟端环形成回路处的导条的横截面积sr呈正比。该电机转子的端环在任一位置处的纵截面积se与该位置处的导条的横截面积呈正比，能够使得端环的纵截面积与导条的横截面积相适配，端环的纵向截面积与构成回路的导条的截面积相当，电阻相当，因此电流由导条流向端环时，不存在电阻突变现象，能够有效改善由于电阻突变所引起的转矩脉震，提高电机的起动能力。
附图说明
30.图1为本技术一个实施例的电机转子的结构示意图；
31.图2为本技术一个实施例的电机转子的转子铁芯结构示意图；
32.图3为本技术一个实施例的电机转子的转子电流回路示意图；
33.图4为本技术一个实施例的电机转子的转子电流回路示意图；
34.图5为本技术一个实施例的电机转子的转子电流回路示意图；
35.图6为本技术一个实施例的电机转子的结构示意图；
36.图7为本技术一个实施例的电机转子的转子电流回路示意图；
37.图8为本技术一个实施例的电机转子的端面截面积示意图；
38.图9为本技术一个实施例的电机转子的磁障槽结构示意图；
39.图10为本技术一个实施例的电机转子与相关技术的电机转子的起动能力对比图。
40.附图标记表示为：
41.1、转子铁芯；2、q轴磁障槽；3、d轴磁障槽；4、中心轴孔；5、铸铝槽；6、非铸铝槽；7、端环；8、内磁桥；9、导条。
具体实施方式
42.结合参见图1至图10所示，根据本技术的实施例，电机转子包括转子铁芯1和设置在转子铁芯1两端的端环7，转子铁芯1上设置有磁障槽，磁障槽包括铸铝槽5，铸铝槽5内设置有导条9，端环7与至少部分导条9连接形成回路，在经过转子铁芯1的中心轴线的纵截面上，端环7的单侧纵截面积为se，导条9垂直于转子铁芯1的中心轴线的横截面积为sr，端环7在任一位置处的纵截面积se与跟端环7形成回路处的导条9的横截面积sr呈正比。此处的形成回路是指从转子冲片截面看，端环7与导条9之间相差电角度为90
°
。
43.该电机转子的端环7在任一位置处的纵截面积se与该位置处的导条9的横截面积sr呈正比，能够使得端环7的纵截面积se与导条9的横截面积sr相适配，端环7的纵向截面积与构成回路的导条9的横向截面积相当，也即导条9的电流导流截面越大，端环7的电流导流截面也越大，电阻相当，导条9的电流导流截面与端环7的电流导流截面之间呈正比，因此能够使得导条9的电流导流截面与端环7的电流导流截面始终匹配，当电流由导条9流向端环7时，不存在电阻突变现象，能够有效改善由于电阻突变所引起的转矩脉震，提高电机的起动能力。
44.在一个实施例中，端环7为圆环形，端环7的轴向高度为he，导条9垂直于转子铁芯1的中心轴线的横截面积为sr，端环7在任一位置处的高度he与该位置处的导条9的横截面积sr呈正比。
45.在本实施例中，端环7为圆环形，因此端环7的径向宽度一定，此时，可以通过调整端环7的轴向高度来使得端环7在任一位置处的纵截面积se与导条9的横截面积sr相适配。为了使得端环7在任一位置处的纵截面积se与导条9的横截面积sr相适配，需要使得端环7在任一位置处的高度he跟随该位置处的导条9的横截面积sr变化，也即端环7在任一位置处的高度he与该位置处的导条9的横截面积sr呈正比，从而保证电流由导条9流向端环7时，不存在电阻突变现象，有效改善由于电阻突变所引起的转矩脉震，提高电机的起动能力。
46.在本实施例中，导条9由填充至铸铝槽5内的导电不导磁材料形成，全部或者部分导条9通过端环7短接在一起，形成回路。导电不导磁材料例如为铝或者紫铜等。端环7的材料与导条9一样，也是采用导电不导磁材料。
47.在一个实施例中，端环7的端面沿圆周方向为平滑过渡的弧面。在本实施例中，由于端环7的轴向高度需要与导条9的横截面积相适配，因此需要端环7的高度根据导条9的横截面积进行调整，而对于磁阻电机而言，不同磁障层的铸铝面积也是不同的，因此可以使得端环7的轴向高度根据导条9的横截面积变化进行适应性调整，对于电机转子的成型是最为有利的，此种情况下，就可以根据导条9的横截面积变化来调整端环7的高度，降低端环7的成型难度，此时使得端环7的端面沿圆周方向为平滑过渡的弧面，能够进一步降低电阻突变
可能，改善转矩脉震。
48.在一个实施例中，经过转子铁芯的中心轴线的截面与端环7的端面相交形成直线段，直线段在转子铁芯1上的轴向高度相同，能够提高端环7的结构规律性，降低端环7的设计和加工难度，降低加工成本。
49.在一个实施例中，同一极下，端环7在圆周方向上各个位置处的轴向高度不同。由于电流从导条9进入到端环7后，是沿着端环7的周向流动，因此，将端环7设置为在圆周方向上各个位置处的轴向高度不同，能够使得端环7的轴向高度在周向上的变化与导条9的横截面积在周向上的变化更加匹配，进一步减小电阻突变。
50.在一个实施例中，端环7的外圆直径为deo，端环7的内圆直径为dei，转子铁芯1的外圆直径为dr，转子铁芯1的内圆直径为dsft，外圆直径为dr，转子铁芯1的内圆直径为dsft，通过设定端环7的内外圆直径与转子铁芯1的内外圆直径之间的高比例关系，能够使得电机转子的端环7的宽度尽量大，从而更加有效地增加端环面积，降低转子电阻。
51.在一个实施例中，端环7的轴向高度沿着d轴到q轴的方向递减，导条9在d轴方向上的轴向高度沿着从d轴到q轴的方向递减，证转子旋转过程中起动转矩稳定。
52.在一个实施例中，在电流回路中，铸铝槽5的总的横截面积为∑sr×
2，在经过转子铁芯1的中心轴线的纵截面上，端环7的单侧纵截面积为se，
53.电流回路中导条9对称布置，导条9的横截面积和为∑sr
×
2，端环截面积为se，二者比值在上述范围内，能够保证回路电阻小，电机起动能力强。
54.沿着从d轴到q轴方向，导条9的横截面积依次为sr1，sr2，sr3
……
，其中位于q轴上的q轴磁障槽内的导条9的横截面积为srn，∑sr＝sr1+sr2+
……
+srn。
55.在一个实施例中，
56.在一个实施例中，端环7关于q轴对称，导条9关于q轴对称，可以使得电机的端环7以及导条9均形成对称结构，从而提供更加均匀的电阻变化，进一步降低电阻突变的可能。
57.在一个实施例中，端环7的纵截面与q轴之间的夹角为deg，端环7的轴向高度he与deg之间的关系为：
58.当0
°
≤deg＜18
°
时，he的标幺值为0.4～0.85；
59.当18
°
≤deg＜36
°
时，he的标幺值为0.5～0.9；
60.当36
°
≤deg＜54
°
时，he的标幺值为0.6～1.1；
61.当54
°
≤deg＜72
°
时，he的标幺值为0.75～1.2；
62.当72
°
≤deg≤90
°
时，he的标幺值为0.8～1。
63.通过上述限定，能够约束不同位置下端环7的轴向高度，从而确保不同时刻下电机转子的电阻变化都比较小，不存在电阻突变，提升电机的起动能力。
64.在一个实施例中，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的横截面上，磁障槽包括d轴磁障槽3，d轴磁障槽3包括铸铝槽5，d轴磁障槽3还包括非铸铝槽6，铸铝槽5位于非铸铝槽6两端，铸铝槽5和非铸铝槽6之间通过内磁桥8间隔开。
65.在一个实施例中，磁障槽包括q轴磁障槽2，q轴磁障槽2为铸铝槽5。
66.在本实施例中，相邻的d轴磁障槽3之间形成的通道为导磁通道，能够在电机工作过程中形成磁路通道，供磁力线流过。
67.转子铁芯1开设有多组形状相同的空气槽作为磁障槽，空气槽组数为转子极数。每组空气槽沿q轴分为多层，每层空气槽沿q轴与导磁通道相邻，沿d轴最外缘为外磁桥，与气隙相邻。
68.结合参见图10所示，在采用本技术实施例的端环7之后，电机起动能力相比于相关技术中采用常规端环的电机的起动能力由3.5提高到8.5，起动能力提升为5，提升幅度达到143％，因此电机起动能力得到了大幅度提高。
69.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。
70.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。
71.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。