转子、马达和电气产品的制作方法

1.本技术涉及机电领域，特别涉及一种转子、马达和电气产品。


背景技术：

2.马达广泛应用于各种电气产品和机电设备中。马达具有多种类型，包括感应马达、同步磁阻马达等。
3.近年来，同步磁阻马达发展迅速，例如，一种通过直流电力线连接而启动的铸铝型同步磁阻马达(line start synrm)逐渐受到重视，在这种同步磁阻马达中，在转子中设置有不导磁的导电体，当与转子对置设置的定子的电子线圈通电时，转子中的不导磁的导电体受到磁通影响感应出电流进而产生转矩而转动，由此，这种同步磁阻马达具有自启动的特性。
4.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

5.但是，发明人发现，现有的同步磁阻马达的性能以及成本存在一些局限。例如，在一些结构中，通过在传统感应马达的转子的外周铸入不导磁的铝制导体而形成line start synrm，但在这种line start synrm中，磁通屏障(转子中设置铝制导体的空间)离定子的主要磁场太远导致额定功率下效率较低；又例如，在另一些结构中，根据前述结构的line start synrm，取代在转子的外周铸入不导磁的铝制导体而将铝制液体灌铸在转子中沿转子的轴向延伸的磁通屏障，但是在该种结构的line start synrm中，现有的磁通屏障的配置方式难以实现良好的性能，包括自启动性能、输出效率和快速稳定性能等；又例如，在另一些结构中，在转子q轴上设置特别设计的深凹槽，使转子铁芯的外形为齿轮状，将铜线等导电而不导磁的材料缠绕在转子铁芯的齿轮状的突出部位，使磁通流经转子d轴的同时感应出电流，并产生转矩，但是在该种结构的line start synrm中，绕线易于从转子铁芯松脱而导致马达失效，并且转子铁芯需要采用有别于现有的同步磁阻马达的设计和制造工艺，导致制造成本增加。
6.为了解决上述问题中的至少之一或其他类似问题，本技术实施例提供了一种转子、马达和电气产品，在抑制成本增加的情况下，保持马达的输出效率，提升马达的启动载荷性能以及快速稳定性能。
7.根据本技术实施例的第一方面，提供一种转子，所述转子设置于马达的旋转轴的外周，与所述旋转轴一起旋转，所述转子包括：
8.转子铁芯，所述转子铁芯由导磁体材料制成；以及
9.多个磁通屏障，所述多个磁通屏障沿轴向贯通所述转子铁芯，
10.其中，在与所述轴向垂直的平面内，在对应于所述转子的每一极的多个磁通屏障
中，至少两个所述磁通屏障的整体位于展开角的内部，所述展开角的大小根据所述转子的极数和所述马达的相数而确定，所述展开角的中心线为所述转子的q轴，并且，整体位于所述展开角的内部的所述磁通屏障的面积与对应于所述每一极的全部磁通屏障的面积的比值大于或等于1/2，且整体位于所述展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障的面积与整体位于所述展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障的面积的差值与这两个面积中较小一方的比例小于或等于10％。
11.在一个或多个实施例中，所述展开角的大小由如下公式(1)定义：
12.a＝(360
×
(phase-1))/(pole
×
phase)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
13.其中，a表示展开角的角度大小，phase为马达的相数，pole为所述转子的极数。
14.在一个或多个实施例中，整体位于所述展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障的面积与位于所述展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障的面积相等。
15.在一个或多个实施例中，对应于所述转子的每一极的所述磁通屏障的数量为至少3个。
16.在一个或多个实施例中，对应于所述转子的每一极的所述磁通屏障的数量为4个，包括从径向外侧向径向内侧分别设置的第1磁通屏障、第2磁通屏障、第3磁通屏障以及第4磁通屏障，所述第4磁通屏障位于所述展开角的外部，所述第1磁通屏障、所述第2磁通屏障以及所述第3磁通屏障位于所述展开角的内部。
17.在一个或多个实施例中，对应于所述转子的每一极的所述磁通屏障的数量为4个，包括从径向外侧向径向内侧分别设置的第1磁通屏障、第2磁通屏障、第3磁通屏障以及第4磁通屏障，所述第3磁通屏障和所述第4磁通屏障位于所述展开角的外部，所述第1磁通屏障和所述第2磁通屏障位于所述展开角的内部。
18.在一个或多个实施例中，对应于所述转子的每一极的所述磁通屏障的数量为6个，包括从径向外侧向径向内侧分别设置的第1磁通屏障、第2磁通屏障、第3磁通屏障、第4磁通屏障、第5磁通屏障和第6磁通屏障，所述第5磁通屏障和所述第6磁通屏障位于所述展开角的外部，所述第1磁通屏障、所述第2磁通屏障、所述第3磁通屏障以及所述第4磁通屏障位于所述展开角的内部。
19.在一个或多个实施例中，所述转子的极数为4，对应于相邻两个极的所述磁通屏障相对于所述相邻两个极的分界线对称的设置。
20.在一个或多个实施例中，多个所述磁通屏障中的部分或全部的磁通屏障的内部填充有不导磁的导电材料。
21.根据本技术实施例的第二方面，提供一种马达，所述马达包括：
22.旋转轴，所述旋转轴沿中心轴线延伸；
23.根据前述第一方面所述的转子，所述转子设置于所述旋转轴的外周，与所述旋转轴一起旋转；以及
24.定子，所述定子与所述转子在径向上对置。
25.根据本技术实施例的第三方面，提供一种电气产品，所述电气产品具有前述第二方面所述的马达。
26.本技术实施例的有益效果之一在于，对应于马达的转子的每一极的多个磁通屏障中，整体位于展开角的内部的磁通屏障的面积与对应于每一极的全部磁通屏障的面积的比
值大于或等于1/2，由此，马达具有良好的输出效率，并且，整体位于展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障的面积与整体位于所述展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障的面积的差值与这两个面积中较小一方的比例小于或等于10％。在自启动时，能够通过整体位于展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够提升自动启载荷能力，在自启动之后处于半同步区间(半同步状态，也即快要到达马达同步状态)的情况下，通过整体位于展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够使马达更快地通过半同步区间而实现快速稳定。并且，本技术对转子的磁通屏障的分布进行设计，在制程上与现有技术无异，也就是说，相对于现有的将铝制液体灌铸在转子中的磁通屏障而制造的转子，本技术无需增加转子在制造过程中的工序，能够抑制成本增加。
27.参照后文的说明和附图，详细公开了本技术的实施方式。应该理解，本技术的实施方式在范围上并不因此而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。
28.针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其他实施方式中使用，与其他实施方式中的特征相组合，或替代其他实施方式中的特征。
29.应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、整件、或组件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、整件或组件的存在或附加。
附图说明
30.从以下结合附图的详细描述中，本技术实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中：
31.图1是本技术第一方面实施例的转子的一个示意图；
32.图2是本技术第一方面实施例的转子的另一个示意图；
33.图3是本技术第一方面实施例的转子的又一个示意图；
34.图4是本技术第一方面实施例的转子的又一个示意图；
35.图5是本技术第一方面实施例的转子的又一个示意图；
36.图6是本技术第二方面的实施例的马达的一个示意图。
具体实施方式
37.参照附图，通过下面的说明书，本技术的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本技术的特定实施方式，其表明了其中可以采用本技术的原则的部分实施方式，应了解的是，本技术不限于所描述的实施方式，相反，本技术包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。
38.在本技术实施例中，术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。
39.在本技术实施例中，单数形式“一”、“该”等可以包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根
据
……”
，术语“基于”应理解为“至少部分基于
……”
，除非上下文另外明确指出。
40.另外，在本技术的下述说明中，为了说明的方便，将与沿着马达的中心轴延伸的方向或与其平行的方向称为“轴向”，将以轴向为中心的半径方向称为“径向”，将围绕轴向的方向称为“周向”。但值得注意的是，这些只是为了说明的方便，并不限定转子和马达使用和制造时的朝向。
41.下面参照附图对本技术实施例的实施方式进行说明。
42.第一方面的实施例
43.本技术第一方面的实施例提供一种转子。
44.图1是本技术第一方面的实施例的转子的一个示意图，其为通过与转子的轴向(与纸面垂直的方向)垂直的平面截取转子而示出的截面图。在本技术实施例中，转子设置于马达的旋转轴的外周，与旋转轴一起旋转。
45.如图1所示，转子10包括转子铁芯101和多个磁通屏障102，转子铁芯101由导磁体材料制成，多个磁通屏障102沿轴向贯通转子铁芯101。
46.在一个或多个实施例中，如图1所示，在与轴向垂直的平面s内，在对应于转子10的每一极的多个磁通屏障102(102a、102b、102c、102d)中，三个磁通屏障102a、102b和102c的整体位于展开角n的内部，展开角n的大小根据转子10的极数和马达的相数而确定，展开角n的中心线为转子10的q轴，并且，整体位于展开角n的内部的磁通屏障102a、102b和102c的面积与对应于每一极的全部磁通屏障102a、102b、102c和102d的面积的比值大于或等于1/2，且整体位于展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障102c的面积与整体位于展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障102a的面积的差值与这两个面积中较小一方的比例小于或等于10％。
47.但本技术不限于此，对应于转子10的每一极的多个磁通屏障102的数量还可以为其它数值，例如2个、3个、5个、6个以及6个以上等，本技术对此不作限制，本领域技术人员可以根据实际需要和制程许可等实际情况而确定。此外，对于对应于转子10的每一极的多个磁通屏障102，其中整体位于展开角n的内部的磁通屏障的数量还可以为其它数值，例如2个、4个、5个等，本技术对此不作限制，本领域技术人员可根据实际情况而确定。
48.由上述实施例可知，在与轴向垂直的平面s内，在对应于转子10的每一极的多个磁通屏障102中，至少两个磁通屏障的整体位于展开角n的内部，展开角n的大小根据转子10的极数和马达的相数而确定，展开角n的中心线为转子10的q轴，并且，整体位于展开角n的内部的磁通屏障的面积与对应于每一极的全部磁通屏障的面积的比值大于或等于1/2，由此，通过确保在受到磁场的影响剧烈的展开角n的区域内的磁通屏障的面积，能够确保马达具有良好的输出效率；且整体位于展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障的面积与整体位于展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障的面积的差值与这两个面积中较小一方的比例小于或等于10％，在自启动时，能够通过整体位于展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够提升自启动载荷能力，在自启动之后处于半同步区间(半同步状态，也即快要到达马达同步状态)的情况下，转子表层的导体(例如位于展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障中的导电体)因磁通变化频率随着转差降低而逐渐失去主导性，转而通过整体位于展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够提升马达的拉入转矩，从而能够使马达更快地通过半同步区
间以实现快速到达稳定状态，关于拉入转矩特性，可参考相关技术，在此不再赘述。并且，本技术对转子的磁通屏障的分布进行设计，在制程上与现有技术无异，也就是说，相对于现有的将铝制液体灌铸在转子中的磁通屏障而制造的转子，本技术无需增加转子在制造过程中的工序，能够抑制成本增加。
49.在本技术实施例中，如图1所示，展开角n为以平面s上转子10的中心o为顶点、以经过中心o的转子的q轴为角平分线、角度大小根据转子10的极数和马达的相数而确定的角，其中，在同步马达中，转子的极数和定子的极数相同，因此，展开角的角度大小也可以根据定子的极数和马达的相数而确定。关于q轴、定子极数、转子极数和马达的相数，可参考相关技术，此处不再赘述。
50.在一个或多个实施例中，展开角n的角度大小可以由如下公式(1)计算：
51.a＝(360
×
(phase-1))/(pole
×
phase)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
52.其中，a表示展开角n的角度大小，phase为马达的相数，pole为所述转子的极数。
53.例如，在转子极数为4、马达相数为3的情况下，通过上述公式(1)算出展开角n的角度大小a为60度。则在以中心o为顶点、以经过中心o的转子的q轴为角平分线、角度大小为60度的一个展开角内，对应于转子的一极的多个磁通屏障中的至少两个磁通屏障的整体位于该展开角的内部。在本技术实施例中，如图1所示，磁通屏障整体位于该展开角的内部表示在平面s上磁通屏障所占据的区域位于展开角n的两条边l1和l2之间的区域。
54.但本技术不限于此，展开角n的角度大小还可以略小于或略大于通过上述公式(1)计算出的角度值，只需要满足展开角n所对应的区域为主要磁通的流通区域即可，换言之，转子的展开角n所对应的区域内受到因定子绕组通电而产生的磁通的影响较大，能够感应出的电磁转矩相对较高，对于马达的自启动能力具有较大的影响。
55.在本技术实施例中，对于磁通屏障的具体形状不作限定，可以为任意形状，只需要各磁通屏障的面积符合前面描述的条件即可。
56.在一个或多个实施例中，如图1所示，整体位于展开角n的内部的径向最内侧的磁通屏障102c的面积可以与位于展开角n的内部的径向最外侧的磁通屏障102a的面积相等。但不限于此，两者也可以不同，考虑到确保磁通屏障102c和磁通屏障102a的面积相等的制作工艺较为困难，两者之间可以存在较小差异。
57.在一个或多个实施例中，对应于转子的每一极的磁通屏障的数量为至少3个，至少3个磁通屏障从径向外侧向径向内侧逐个设置，且各个磁通屏障之间相互间隔的设置，设置于内侧的至少1个磁通屏障位于展开角的外部，设置于外侧的至少2个磁通屏障整体位于展开角的内部。
58.例如，图1示出了对应于转子10的每一极的磁通屏障的数量为4个的情况，4个磁通屏障从径向外侧向径向内侧设置，设置于径向内侧的1个磁通屏障102d位于展开角n的外部，设置于磁通屏障102d的径向外侧的3个磁通屏障102a、102b和102c整体位于展开角的内部。
59.在本技术实施例中，磁通屏障位于展开角的外部表示磁通屏障的至少一部分位于展开角的外部，即，不是整体都位于展开角的内部。
60.在对应于转子10的每一极的磁通屏障的数量为4个的情况下，磁通屏障相对于展开角的布置不限于图1所示情况，还可以为其它情况，例如，图2是本技术第一方面实施例的
转子10a的另一个示意图，如图2所示，4个磁通屏障从径向外侧向径向内侧设置，设置于径向内侧的2个磁通屏障位于展开角na的外部，设置于径向内侧的2个磁通屏障整体位于展开角na的内部。在此情况下，可以将设置于径向内侧的2个径向尺寸较小的磁通屏障合并为一个位于展开角na的外部的磁通屏障，合并后的磁通屏障具有较大的径向尺寸，确保转子10a在制造过程中不会受到高压铝液的冲毁，有利于转子10a的制造。
61.例如，图3是本技术第一方面实施例的转子的又一个示意图，其示出了转子的又一个实施方式的一个极的情况，如图3所示，对应于转子的一极的磁通屏障的数量为6个，从径向外侧向径向内侧分别设置，位于径向内侧的2个磁通屏障位于展开角n’的外部，位于径向外侧的4个磁通屏障位于展开角n’的内部。但图3仅为示例性说明，位于展开角n’的外部的磁通屏障的数量还可以为1个，整体位于展开角n’的内部的磁通屏障的数量还可以为5个、3个或2个，本领域技术人员可以根据实际情况而设定。
62.在本技术实施例中，如图1和图2所示，转子10和转子10a的极数均为4，对应于相邻两个极的磁通屏障相对于相邻两个极的分界线对称的设置。例如，如图1所示，d轴两侧的相邻的两个极对应的磁通屏障相对于两个极的分界线d轴对称设置，由此，能够确保马达在运转时的稳定性。
63.图1和图2示出了转子的极数为4的情况，但本技术不限于此，转子的极数还可以为其它数值，例如2、6、8等，本领域技术人员可根据实际情况而选择具有特定极数的转子。
64.例如，图4是本技术第一方面实施例的转子10b的又一个示意图，示出了转子10b的极数为2的情况，如图4所示，d轴两侧的相邻的两个极对应的磁通屏障相对于两个极的分界线d轴对称设置。对应于每个极设置有4个磁通屏障，其中，2个磁通屏障整体位于展开角nb的内部，另外2个磁通屏障部分位于展开角nb的外部。
65.图5是本技术第一方面实施例的转子10c的又一个示意图，示出了转子10c的极数为6的情况，如图5所示，d轴两侧的相邻的两个极对应的磁通屏障相对于两个极的分界线d轴对称设置。对应于每个极设置有4个磁通屏障，其中，2个磁通屏障整体位于展开角nc的内部，另外2个磁通屏障部分位于展开角nc的外部。
66.在一个或多个实施例中，多个磁通屏障中的部分或全部的磁通屏障的内部填充有不导磁的导电材料。
67.在本技术实施例，本领域技术人员可以根据实际需要或制造的难易程度确定在哪些磁通屏障内填充不导磁的导电材料。
68.例如，可将多个磁通屏障中的全部的磁通屏障的内部填充有不导磁的导电材料，由此，能够有效提高马达的负载能力。
69.又例如，可以将整体位于展开角内部的磁通屏障的内部填充不导磁的导电材料，而针对位于展开角的外部的磁通屏障，可以不填充不导磁的导电材料或在部分空间中填充不导磁的导电材料而使部分磁通屏障呈现轴向空洞的状态，由此，能够降低向磁通屏障中填充不导磁的导电材料的制作难度。
70.在本技术实施例中，不导磁的导电材料可以为铜制材料(如铜液)或铝制材料(如铝液)，但不限于此，还可以为其它不导磁的导电材料，本技术对此不作限制，本领域技术人员可根据实际情况而进行选择。
71.根据本技术实施例，对应于马达的转子的每一极的多个磁通屏障中，整体位于展
开角的内部的磁通屏障的面积与对应于每一极的全部磁通屏障的面积的比值大于或等于1/2，由此，马达具有良好的输出效率，在自启动时，能够通过整体位于展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够提升自动启载荷能力，在自启动之后处于半同步区间(半同步状态，也即快要到达马达同步状态)的情况下，通过整体位于展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够使马达更快地通过半同步区间而实现快速达到稳定状态。并且，本技术对转子的磁通屏障的分布进行设计，在制程上与现有技术无异，也就是说，相对于现有的将铝制液体灌铸在转子中的磁通屏障而制造的转子，本技术无需增加转子在制造过程中的工序，能够抑制成本增加。
72.第二方面的实施例
73.本技术第二方面的实施例提供一种马达，图6是本技术第二方面的实施例的马达的一个示意图，如图6所示，马达1具有沿中心轴线延伸的旋转轴、第一方面的实施例所述的转子10，以及定子20，转子10设置于旋转轴的外周与旋转轴一起旋转，定子20与转子10在径向上对置，马达1中的转子还可以为上述第一方面的实施例所述的其他任意转子，例如10a、10b或10c等。
74.在本技术实施例中，马达1可以是同步磁阻马达及其他磁阻相关电机，例如，包括line start synrm等。
75.以上仅对本技术实施例相关的马达的结构做了说明，对于马达的其他构成，可以参考相关技术，此处不再赘述。
76.根据本技术实施例，对应于马达的转子的每一极的多个磁通屏障中，整体位于展开角的内部的磁通屏障的面积与对应于每一极的全部磁通屏障的面积的比值大于或等于1/2，由此，马达具有良好的输出效率，在自启动时，能够通过整体位于展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够提升自动启载荷能力，在自启动之后处于半同步区间(半同步状态，也即快要到达马达同步状态)的情况下，通过整体位于展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够使马达更快地通过半同步区间而实现快速达到稳定状态。并且，本技术对转子的磁通屏障的分布进行设计，在制程上与现有技术无异，也就是说，相对于现有的将铝制液体灌铸在转子中的磁通屏障而制造的转子，本技术无需增加转子在制造过程中的工序，能够抑制马达成本增加。
77.通过本技术实施例的马达，有效提升同步磁阻马达的自启动性能，能够增加马达的应用范围或应用环境，例如能够应用于高转动惯量或高初始负载的环境中，并且能够在此应用环境下快速运转至稳定状态。
78.第三方面的实施例
79.本技术第三方面的实施例提供一种电气产品，该电气产品具有第二方面的实施例所述的马达。由于在第二方面的实施例中，已经对该马达的结构进行了详细说明，其内容被合并于此，此处省略说明。
80.在本技术实施例中，该电气产品可以是设置有马达的任意的电气设备，例如可以为空调机的室内机、空调机的室外机、饮水机、洗衣机、扫除机、压缩机、送风机、搅拌机等家电设备，或者为泵、输送机、电梯、标准工业泛用机、风力发电机、磨碎机、牵引电机等工业设
备或各种信息处理设备，还可以为汽车的各部件，如汽车电动助力转向系统以及电动自行车驱动系统等。
81.根据本技术实施例，马达具有良好的输出效率，在自启动时，能够通过整体位于展开角的内部的径向最外侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够提升自动启载荷能力，在自启动之后处于半同步区间(半同步状态，也即快要到达马达同步状态)的情况下，通过整体位于展开角的内部的径向最内侧的磁通屏障中的导电体经由电磁感应而提供主要转矩，能够使马达更快地通过半同步区间而实现快速达到稳定状态。并且，本技术无需增加转子在制造过程中的工序，能够抑制成本增加。
82.值得注意的是，以上仅对本技术实施例进行了示例性说明，但本技术实施例不限于此，还可以在以上各个实施方式的基础上进行适当的变型。此外，以上仅对各个部件进行了示例性说明，但本技术实施例不限于此，各个部件的具体内容还可以参考相关技术；此外还可以增加图中没有示出的部件，或者减少图中的一个或多个部件。
83.以上结合具体的实施方式对本技术实施例进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本技术实施例保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本技术实施例的精神和原理对本技术实施例做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本技术实施例的范围内。
84.以上参照附图描述了本技术实施例的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本技术实施例的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。