电机转子和同步磁阻电机的制作方法

本申请涉及电机技术领域，具体涉及一种电机转子和同步磁阻电机。

背景技术：

同步磁阻电机是一种利用电机直轴(d轴)与交轴(q轴)磁阻的不同产生的磁阻转矩驱动转子带动转轴旋转的电机，其物理本质是磁力线沿着磁阻最小的路径闭合。同步磁阻电机的励磁磁场是通过定子绕组产生，因此同步磁阻电机的功率因数较同功率的永磁电机要低，电流也比永磁电机的大。相同体积情况下，定子的温升相较上述两种电机要大，损耗较上述永磁电机要高。

基于同步磁阻电机的结构特性，转子组件上没有鼠笼或者励磁绕组等装置，且以同步速旋转，因此转子上损耗很小(几乎没有)，产生的热量很小。同步磁阻电机的损耗和温升主要由电机定子绕组和定子铁芯产生，改善同步磁阻电机的温升和降低损耗的思路主要是降低绕组铜耗和定子铁芯的铁耗。

现有同步磁阻电机在运行的噪音问题相对突出，这与电机的槽极配合、铁芯冲片结构的设计等都有很密切的关系，为此国内外都有不少关于改善同步磁阻电机噪声的研究。

现有技术中公开了一种带有端部绕组散热结构的同步磁阻电机，但是这种电机侧重点是给电机定子端部绕组散热，通过在转子两端设置特殊的散热结构，当电机运行时，该散热结构相当于离心风叶带动内部气体流动，进而给端部绕组散热冷却。该同步磁阻电机的散热结构比较受限，针对性较强，并不能够给同步磁阻电机带来全面的散热，因此导致散热效果受限，对于同步磁阻电机的温升高问题解决效果不佳。

技术实现要素：

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机转子和同步磁阻电机，能够有效提高同步磁阻电机的散热能力，改善同步磁阻电机温升高的问题，确保电机安全稳定运行。

为了解决上述问题，本申请提供一种电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括多个沿径向间隔排布的磁通屏障，相邻的磁通屏障之间形成导磁通道，同一极下各磁通屏障的两端分别设置有隔磁桥，至少一个磁通屏障的至少一端的隔磁桥与转子铁芯的外圆周之间具有预设间隔，预设间隔在磁通屏障的端部形成开口。

优选地，同一极下至少一个磁通屏障的两端隔磁桥均与转子铁芯的外圆周之间具有预设间隔。

优选地，同一极下多个磁通屏障的至少一端的隔磁桥与转子铁芯的外圆周之间具有预设间隔。

优选地，多个磁通屏障的一端的隔磁桥与转子铁芯的外圆周之间具有预设间隔，多个磁通屏障的隔磁桥位于磁通屏障的同一端；或，多个磁通屏障的一端的隔磁桥与转子铁芯的外圆周之间具有预设间隔，至少两个磁通屏障的隔磁桥位于磁通屏障的不同端。

优选地，各磁通屏障的两端隔磁桥均与转子铁芯的外圆周之间具有预设间隔。

优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，平行于d轴的隔磁桥的外侧边与该d轴之间的垂直距离

dn＝d0×(0.86-0.01*n)(n＝1，2，3，…，n≤5)

其中d0为转子铁芯的外圆周半径，dn为沿径向由内而外的第n个隔磁桥的外侧边与d轴之间的垂直距离。

优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，磁通屏障的宽度ln与隔磁桥的宽度wn之间的关系满足：

wn＝ln×(1-0.1*n)(n＝1，2，3，…，n≤5)

其中wn为沿径向由内而外的第n个隔磁桥的宽度，ln为沿径向由内而外的第n个磁通屏障的宽度。

优选地，磁通屏障在q轴上设置有将相邻的两个导磁通道连接在一起的连接筋。

优选地，电机转子为斜极转子。

优选地，电机转子的斜极角为3°～8°。

根据本申请的另一方面，提供了一种同步磁阻电机，包括电机转子，该电机转子为上述的电机转子。

本申请提供的电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括多个沿径向间隔排布的磁通屏障，相邻的磁通屏障之间形成导磁通道，同一极下各磁通屏障的两端分别设置有隔磁桥，至少一个磁通屏障的至少一端的隔磁桥与转子铁芯的外圆周之间具有预设间隔，预设间隔在磁通屏障的端部形成开口。该电机转子在至少一个磁通屏障的至少一端的隔磁桥与转子铁芯的外圆周之间具有预设间隔，能够利用该预设间隔在磁通屏障的至少一端形成凹槽，使得该凹槽两侧的导磁通道可以作为叶片使用，给电机定子进行散热，加强电机内部的气体流动，达到电机内部散热的效果。将电机转子的隔磁桥设置在外圆周以内，整个电机转子外形是叶轮状，导磁通道可充当叶片，当电机运行时整个转子在提供驱动转矩的同时，这种特殊的电机转子结构可以带来像风叶一样的效果，带动定子腔内的气体流动，另外通过转子铁芯的磁通屏障所形成的镂空槽可以形成电机内部气体的流动循环回路，内部气体的热量可在流动的过程中经过机座等外壳进行热交换，将电机内部的热量带走一部分，从而能够对电机形成更加全面有效的散热，提高同步磁阻电机的散热能力，改善同步磁阻电机温升高的问题，确保电机安全稳定运行。

附图说明

图1为本申请实施例的电机转子的立体结构示意图；

图2为本申请实施例的电机转子的结构示意图；

图3为本申请实施例的电机转子的尺寸结构示意图；

图4为本申请实施例的电机的剖视结构图；

图5为本申请实施例的同步磁阻电机与现有技术的同步磁阻电机的转矩对比图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；2、磁通屏障；3、导磁通道；4、隔磁桥。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本申请的实施例，电机转子包括转子铁芯1，转子铁芯1沿周向设置有多个磁障组，每个磁障组包括多个沿径向间隔排布的磁通屏障2，相邻的磁通屏障2之间形成导磁通道3，同一极下各磁通屏障2的两端分别设置有隔磁桥4，至少一个磁通屏障2的至少一端的隔磁桥4与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔，预设间隔在磁通屏障2的端部形成开口。上述的预设间隔大于0。

该电机转子在至少一个磁通屏障2的至少一端的隔磁桥4与转子铁芯的外圆周之间具有预设间隔，能够利用该预设间隔在磁通屏障2的至少一端形成凹槽，使得该凹槽两侧的导磁通道3可以作为叶片使用，给电机定子进行散热，加强电机内部的气体流动，达到电机内部散热的效果。

将电机转子的隔磁桥4设置在外圆周以内，整个电机转子外形是叶轮状，导磁通道3可充当叶片，当电机运行时整个转子在提供驱动转矩的同时，这种特殊的电机转子结构可以带来像风叶一样的效果，带动定子腔内的气体流动，另外通过转子铁芯的磁通屏障2所形成的镂空槽可以形成电机内部气体的流动循环回路，内部气体的热量可在流动的过程中经过机座等外壳进行热交换，将电机内部的热量带走一部分，从而能够对电机形成更加全面有效的散热，提高同步磁阻电机的散热能力，改善同步磁阻电机温升高的问题，确保电机安全稳定运行。

在本实施例中，电机转子包括由转子冲片叠压形成的转子铁芯1和转子挡板组成，其中转子挡板是不导磁的铝合金材料，上面揩油与转子冲片一样形状的空气槽，用于实现贯穿转子的气体流动通道。转子铁芯1和转子挡板套装在转轴上，形成同步磁阻电机的转子组件，在转子组件上装入轴承，与定子总成、端盖、风机等零件总装成同步磁阻电机。

转子铁芯上的空气槽形成磁通屏障2，空气槽包括两个部分，第一部分位于空气槽的中间位置，且垂直于q轴设置，两个第二部分分别设置在第一部分的两端，并沿着径向向外转折，在本实施例中，第二部分的空气槽贯穿转子铁芯1的外表面，空气槽内设置有隔磁桥4，一方面可以起到加强转子铁芯1的结构强度的作用，另一方面能够方便导磁通道形成叶片结构，方便从外部引入冷却空气，对电机转子进行冷却降温。

转子铁芯采用硅钢片等导磁材料制成，因此导磁通道3也是采用硅钢片等导磁材料制成，具有导磁性能。

在其中一个实施例中，同一极下至少一个磁通屏障2的两端隔磁桥4均与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔。在本实施例中，只要有一个磁通屏障2的一端的隔磁桥4与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔，就能够保证在该处形成引流结构，使得电机转子转动过程中，可以将气流引入到该隔磁桥4与两侧的导磁通道3所形成的凹槽内，并利用该结构带动定子腔内的气体涌动，加强电机内部气体流动，提升散热效果。

在另外一个实施例中，同一极下多个磁通屏障2的至少一端的隔磁桥4与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔。当多个磁通屏障2的至少一端的隔磁桥4与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔时，就能够在电机转子的外周形成多个叶片结构，从而进一步提高电机转子转动过程中的引流能力，增强气流在电机内部的流动效率，提高散热效果。

具体而言，当同一极下多个磁通屏障2的至少一端的隔磁桥4与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔时，可以包括多种情况，其中一种情况为，多个磁通屏障2的一端的隔磁桥4与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔，多个磁通屏障2的隔磁桥4位于磁通屏障2的同一端。

另一种情况为，多个磁通屏障2的一端的隔磁桥4与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔，至少两个磁通屏障2的隔磁桥4位于磁通屏障2的不同端。在本实施例中，每个磁通屏障2均只有一端的隔磁桥4与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔，然后相邻的两个磁通屏障2，其中一个磁通屏障2的具有预设间隔的隔磁桥4位于该磁通屏障2的第一端，另一个磁通屏障2的具有预设间隔的隔磁桥4位于该另一个磁通屏障2的第二端。由于隔磁桥4与两侧的导磁通道3之间所形成的凹槽分别位于磁通屏障2的不同端，因此能够从电机转子的转动方向的前沿和后沿均进行引流，使得电机整体能够得到更加充分的散热冷却，进一步提高散热效果。

优选地，在本实施例中，各磁通屏障2的两端隔磁桥4均与转子铁芯1的外圆周之间具有预设间隔。在本实施例中，转子冲片采用将隔磁桥4外侧往转子铁芯1的中心轴线的方向缩进的设计方式，使得每极下都有一部分导磁通道3伸出，伸出部分的导磁通道3可以充当扇叶，在电机运行时带动定子腔内的气体涌动，加强电机内部气体流动，提升散热效果。

优选地，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，平行于d轴的隔磁桥4的外侧边与该d轴之间的垂直距离

dn＝d0×(0.86-0.01*n)(n＝1，2，3，…，n≤5)

其中d0为转子铁芯1的外圆周半径，dn为沿径向由内而外的第n个隔磁桥4的外侧边与d轴之间的垂直距离。

通过上述限定，能够避免隔磁桥4与转子铁芯1的外圆周之间的距离过小导致导磁通道3作为伸出的叶片长度过小，无法进行有效的引流和导流，影响电机的散热效果。

在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，磁通屏障2的宽度ln与隔磁桥4的宽度wn之间的关系满足：

wn＝ln×(1-0.1*n)(n＝1，2，3，…，n≤5)

其中wn为沿径向由内而外的第n个隔磁桥4的宽度，ln为沿径向由内而外的第n个磁通屏障2的宽度。通过合理限定磁通屏障2的宽度ln与隔磁桥4的宽度wn之间的关系，能够有效减少漏磁，提高磁阻利用率。

优选地，磁通屏障2在q轴上设置有将相邻的两个导磁通道3连接在一起的连接筋。通过增加连接筋，能够增加转子铁芯1内部的结构强度，提高电机机械性能，提高电机运行稳定性和可靠性。

优选地，电机转子为斜极转子。针对同步磁阻电机噪音问题，转子冲片的叠压方式错开一定的角度，做成转子斜极的形式。由于转子铁芯1内没有磁钢，实现起来较为方便，类似于感应电机的铸铝转子铁芯制作一样。同时倾斜一个角度后的导磁通道3更有利于气体的流动，相比于不倾斜的结构，增加了气体的流动面积，提升热量交换的效率。

从轴伸端视之，转子冲片沿电机旋转方向的反方向错开一定角度叠压，转子磁极与定子磁极存在一个角度，可以削弱部分的谐波，降低转矩脉动和噪音。

优选地，电机转子的斜极角为3°～8°。适当的设置转子斜极的角度，可以达到降低转矩脉动而不牺牲过多的转矩的效果。结合参见图5所示，以一台3kw同步磁阻电机为例，其中上方的转矩曲线和下方的转矩曲线是不斜极的两个不同电角度下的转矩曲线，中间的虚线是采用了斜极之后的转矩曲线，从图中可以看出，错开5°电角度可以降低近1％的转矩脉动，转矩出力比最高平均值下降不到0.5％，峰值削弱，整条曲线更平缓。用较少的转矩牺牲换来更好的转矩脉动表现，这对降低电机的电磁噪音非常有价值，实际采用的角度可以根据电机的型号功率等确定。

根据本申请的实施例，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。

结合参见图4所示，在同步磁阻电机工作的过程中，电机转子旋转使导磁通道3间的气体随之获得离心力，气体从导磁通道3之间的空气层中甩出，气体从第一端往第二端流动，空气层在转子铁芯1上呈现出流线形态，更符合气体流动的特性。气体从导磁通道3中甩出吹到定子铁芯上，沿着气隙给定子铁芯及绕组散热，带走定子铁芯内产生的部分热量，沿着定子腔内空间以及转子铁芯1上的镂空空气磁障，气体从第二端流到第一端，形成气体流动回路，提升电机内部气体通过机座、端盖等与外界进行的热交换效率，进而改善电机温升高的情况。

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。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。