一种自起动同步磁阻电机的制作方法

1.本公开涉及电机技术领域，具体涉及一种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.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.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.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.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能效的突破，同时成本更低。
7.2极自起动同步磁阻电机磁路宽，主磁路中定子轭部、转子磁路极易饱和；同时为提升起动能力，需要增加转子导体填充量，尤其是q轴导体填充量。由于q轴磁障槽和转子轴孔均会压缩q轴磁路空间，导致q轴磁路易提前饱和，转矩输出、效率难以提高。
8.由于现有技术中的自起动同步磁阻电机存在磁路不畅通，导致电机转矩输出低及过载能力低，电机效率低等技术问题，因此本公开研究设计出一种自起动同步磁阻电机。
9.公开内容
10.因此，本公开要解决的技术问题在于克服现有技术中的自起动同步磁阻电机存在磁路不畅通，导致电机转矩输出低及过载能力低，电机效率低的缺陷，从而提供一种自起动同步磁阻电机。
11.为了解决上述问题，本公开提供一种自起动同步磁阻电机，其包括：
12.定子，所述定子包括多个定子齿，且在相邻两个所述定子齿之间形成定子槽，所述定子槽具有定子槽底直径dy，所述定子槽底直径dy为所述定子槽的槽底沿定子径向方向的直径；定子外圆直径do为所述定子的外圆的直径，且有定子槽底直径dy与定子外圆直径do之间的比值满足：定子内圆直径ds为所述定子齿的径向内端沿定子径向方向的直径，并有定子内圆直径ds与定子外圆直径do之间的比值为定子裂比，所述定子裂比满足：还包括转子，所述转子位于所述定子的径向内侧，所述转子还包括位于其径向内侧的转轴孔，所述转轴孔的直径为d
sft
，并有d
sft
与do之间满足关系
13.在一些实施方式中，定子齿宽w
t
为所述定子齿的周向宽度，定子槽宽ws为所述定子
槽的周向宽度，并有
14.在一些实施方式中，所述定子槽宽：为所述定子槽的径向方向1/2长度处的周向宽度，即以为半径的圆弧位置的周向宽度。
15.在一些实施方式中，所述定子还包括定子轭部，所述定子轭部为定子外圆到定子槽底之间的铁芯部分，所述定子轭部的径向宽度为(d
o-dy)/2；每极下1/2定子齿宽度总和与定子轭部宽度比值满足：其中ns为定子槽数，p为转子极对数。
16.在一些实施方式中，所述转子上开设有空气槽以形成磁障层，所述转子铁芯包括d轴和q轴；相邻两层所述磁障层之间部分为导磁通道层；在d轴上或与d轴平行的方向各所述导磁通道层的宽度依次为wd1，wd2，...，wdn，n≥1，并有其中ns为定子槽数，p为转子极对数。
17.在一些实施方式中，还包括转子，所述转子位于所述定子的径向内侧，所述转子上开设有空气槽以形成磁障层，根据所述磁障层的形状，与所述磁障层平行的径向方向称为d轴，与所述磁障层垂直的径向方向称为q轴；相邻两层所述磁障层之间部分为导磁通道层；在q轴上各所述导磁通道层的宽度依次为wq1，wq2，...，wqn，n≥1，并有每极下1/2定子齿宽度总和与q轴导磁通道宽度总和比值其中ns为定子槽数，p为转子极对数。
18.在一些实施方式中，d轴上各磁障层宽度依次为bd1，bd2，...，bdn；q轴上各磁障层宽度依次为bq1，bq2，...，bqn。
19.在一些实施方式中，所述转子由转子冲片轴向堆叠而成；
20.所述磁障层沿所述q轴分为多层，并且相对转子的轴心而靠近径向外圆的所述磁障层为填充槽；所述填充槽内填充有导电不导磁的材料，即导条；
21.所述导条为铸铝结构，通过铸造的方式成型于所述填充槽内；
22.所述转子的轴向两端放置有导电不导磁材料构成的端环，全部或部分所述导条通过所述端环短接在一起，形成回路。
23.本公开提供的一种自起动同步磁阻电机具有如下有益效果：
24.1.本公开通过将定子槽底直径dy与定子外圆直径do之间的比值满足：能够有效约束定子槽底直径与定子外圆比值，合理分配定转子磁路，槽底直径占比越大，定子轭部磁路越窄，转矩输出越小；槽底直径占比越小，当缩小到一定程度，
会压缩转子空间，转矩输出不增甚至呈下降；因此本公开将dy与do之间的比值约束在0.65～0.85之间，能够合理分配磁路，使得输出转矩达到最大值范围，提高过载能力；还通过将定子内圆直径ds与定子外圆直径do之间的比值为定子裂比，所述定子裂比满足：能够有效约束定子裂比，合理分配定转子磁路，随裂比增大，转子外径增大，转矩输出增大；受限定子空间，增大到一定程度，转矩输出不增甚至呈下降趋势；因此本公开将ds与do之间的比值约束在0.45～0.65之间，能够合理分配磁路，使得输出转矩达到最大值范围，提高过载能力；还通过将d
sft
与do之间满足关系由于转轴尺寸过大过压缩q轴磁路空间，在保证转轴结构强度前提下，尽量减小转轴轴径，因此上述的尺寸设置能够有效保证q轴磁路空间不会被转轴孔压缩，而影响磁路，进一步地提高转矩输出，提高电机效率；
25.2.本公开还通过将定子齿宽w
t
与定子槽宽ws约束在由于定子槽宽有利于减少铜损，定子齿宽有利于减少铁损，本公开在时，能够同时有效地减少铁损和铜损，均衡定子齿宽、槽宽，使得整机效率最优；
26.3.本公开还通过将极下1/2定子齿宽度总和与定子轭部宽度比值满足：由于定子轭部、转子d轴导磁通道、转子q轴导磁通道、定子齿部构成主磁路，主磁路中任一部分过窄会导致磁路提前饱和，过载能力不足；因此本公开的能够有效地约束定子轭部与定子齿部之间的关系，能够有效确保磁路不提前饱和，提升额定负载及重载效率，提升过载能力；本公开还通过能够有效地约束转子d轴导磁通道与定子齿部之间的关系，能够进一步有效确保磁路不提前饱和，提升额定负载及重载效率，提升过载能力；本公开还通过能够有效地约束转子q轴导磁通道与定子齿部之间的关系，能够进一步有效确保磁路不提前饱和，提升额定负载及重载效率，提升过载能力。
附图说明
27.图1为本公开的自起动同步磁阻电机的定子结构的示意图；
28.图2为本公开的自起动同步磁阻电机的定子的尺寸关系示意图；
29.图3为本公开的自起动同步磁阻电机的转子的结构示意图；
30.图4为本公开的自起动同步磁阻电机的转子的尺寸关系示意图；
31.图5为本公开的自起动同步磁阻电机(包括定子和转子)的主磁路结构图；
32.图6为本公开电机的定子槽底直径占比以及裂比与转矩输出的曲线图；
33.图7为本公开电机的定子齿宽/定子槽宽与与电机效率的关系曲线图；
34.图8为本公开电机的定子轭部与定子齿宽比值与转矩输出的关系曲线图；
35.图9为本公开的导条和端环的结构示意图。
36.附图标记表示为：
37.1、定子；11、定子齿；12、定子槽；13、定子轭部；2、转子；20、转轴孔；3、磁障层；4、导磁通道层；5、导条；6、端环；7、气隙。
具体实施方式
38.如图1-9所示，本公开提供一种自起动同步磁阻电机，其包括：
39.定子1，所述定子包括多个定子齿11，且在相邻两个所述定子齿11之间形成定子槽12，所述定子槽12具有定子槽底直径dy，所述定子槽底直径dy为所述定子槽12的槽底沿定子径向方向的直径；定子外圆直径do为所述定子1的外圆的直径，且有定子槽底直径dy与定子外圆直径do之间的比值满足：定子内圆直径ds为所述定子齿11的径向内端沿定子径向方向的直径，并有定子内圆直径ds与定子外圆直径do之间的比值为定子裂比，所述定子裂比满足：还包括转子2，所述转子位于所述定子的径向内侧，所述转子2还包括位于其径向内侧的转轴孔20，所述转轴孔20的直径为d
sft
，并有d
sft
与do之间满足关系本公开通过将定子槽底直径dy与定子外圆直径do之间的比值满足：能够有效约束定子槽底直径与定子外圆比值，合理分配定转子磁路，槽底直径占比越大，定子轭部磁路越窄，转矩输出越小；槽底直径占比越小，当缩小到一定程度，会压缩转子空间，转矩输出不增甚至呈下降；因此本公开将dy与do之间的比值约束在0.65～0.85之间，能够合理分配磁路，使得输出转矩达到最大值范围，提高过载能力；还通过将定子内圆直径ds与定子外圆直径do之间的比值为定子裂比，所述定子裂比满足：能够有效约束定子裂比，合理分配定转子磁路，随裂比增大，转子外径增大，转矩输出增大；受限定子空间，增大到一定程度，转矩输出不增甚至呈下降趋势；因此本公开将ds与do之间的比值约束在0.45～0.65之间，能够合理分配磁路，使得输出转矩达到最大值范围，提高过载能力。定子内圆增加，轭部宽度相应减少，减少到一定程度转矩输出下
降；还通过将dsft与do之间满足关系由于转轴尺寸过大过压缩q轴磁路空间，在保证转轴结构强度前提下，尽量减小转轴轴径，因此上述的尺寸设置能够有效保证q轴磁路空间不会被转轴孔压缩，而影响磁路，进一步地提高转矩输出，提高电机效率。
40.如图6所示，槽底直径占比以及裂比产生的有益效果(裂比越大，转矩输出越大，增大到一定程度，趋势放缓；槽底直径占比越大，定子轭部磁路越窄，转矩输出越小，减小到一定程度趋势放缓)。
41.本公开所述电机，整机磁路综合设计，以保证定转子磁路畅通，从而提升电机转矩输出及过载能力，优化电机效率。
42.1.本公开提供约束定子槽底直径、定子内圆与定子外圆比值，合理分配定转子磁路，精确设计主磁路，保证主磁路畅通，保证定子裂比，提升输出；保证定子轭部宽度，避免提前饱和；
43.2.本公开约束转子轴孔与定子外圆比值，释放q轴磁路空间，同时保证转子结构强度；能够在保证转轴结构强度前提下，提升q轴磁路空间；
44.3.本公开约束定子齿宽与槽宽比值，磁路畅通的同时，保证定子槽面积，使电机铜、铁损比值最优；即通过调节定子磁路和槽面积，优化铜铁损占比。
45.4.本公开约束主磁路上定子轭宽、定子齿宽总和、转子磁路宽度总和，保证主磁路无短板，避免提前饱和、提升过载能力。
46.关键词：
47.1.定子槽底直径：定子槽沿径向方向最外缘直径；
48.2.定子轭部：定子外圆到定子槽底直径之间铁芯部分；
49.3.定子裂比：定内圆与定子外圆的比值；
50.4.转子磁障：转子上开设的各层空气槽；
51.5.转子导磁通道：转子各层空气槽之间部分称为导磁通道层；
52.6.d轴/q轴：根据空气槽的形状，与空气槽平行的径向方向称为d轴，与空气槽垂直的径向方向称为q轴；
53.7.定子槽宽：以定子槽中间位置计，即以为半径的圆弧位置；
54.8.主磁路：磁通在电机内的有效路径，包括定子轭部、定子齿部、气隙、转子d轴导磁通道、转子q轴导磁通道。
55.在一些实施方式中，定子齿宽w
t
为所述定子齿11的周向宽度，定子槽宽ws为所述定子槽12的周向宽度，并有本公开还通过将定子齿宽w
t
与定子槽宽ws约束在由于定子槽宽有利于减少铜损，定子齿宽有利于减少铁损，本公开在时，能够同时有效地减少铁损和铜损，均衡定子齿宽、槽宽，使得整机效率最优。
56.如图7所示，定子齿宽/定子槽宽比值的有益效果(定子槽宽/定子齿宽比值合理时，铜损、铁损比值接近1:1，此时效率最优)。槽宽，绕组截面积大，电阻小，铜损小；齿宽，磁路宽，不易饱和，铁损小。
57.在一些实施方式中，所述定子槽宽：为所述定子槽12的径向方向1/2长度处的周向宽度，即以为半径的圆弧位置的周向宽度。
58.在一些实施方式中，所述定子1还包括定子轭部13，所述定子轭部13为定子外圆到定子槽底之间的铁芯部分，所述定子轭部13的径向宽度为(d
o-dy)/2；每极下1/2定子齿宽度总和与定子轭部宽度比值满足：其中ns为定子槽数，p为转子极对数。
59.本公开还通过将极下1/2定子齿宽度总和与定子轭部宽度比值满足：由于定子轭部、转子d轴导磁通道、转子q轴导磁通道、定子齿部构成主磁路，主磁路中任一部分过窄会导致磁路提前饱和，过载能力不足；因此本公开的能够有效地约束定子轭部与定子齿部之间的关系，能够有效确保磁路不提前饱和，提升额定负载及重载效率，提升过载能力。
60.如图8所示，定子轭部与定子齿宽比值的有益效果(定子轭部、定子齿部为主磁路一部分，主磁路中任一部分过窄会导致磁路提前饱和，过载能力不足；随磁路均衡，过载能力增强，到一定程度，过载能力增长趋势放缓，甚至略微减弱)。
61.在一些实施方式中，还包括转子2，所述转子位于所述定子的径向内侧，所述转子2上开设有空气槽以形成磁障层3，根据所述磁障层3的形状，高导磁率方向为d轴，低导磁率方向为q轴，相邻的两个转子极关于d轴对称，同一极内关于q轴对称；在d轴上或与d轴平行的方向各所述导磁通道层4的宽度依次为wd1，wd2，...，wdn，n≥1，并有其中ns为定子槽数，p为转子极对数。本公开还通过能够有效地约束转子d轴导磁通道与定子齿部之间的关系，能够进一步有效确保磁路不提前饱和，提升额定负载及重载效率，提升过载能力。
62.在一些实施方式中，还包括转子2，所述转子位于所述定子的径向内侧，所述转子2上开设有空气槽以形成磁障层3，根据所述磁障层3的形状，与所述磁障层3平行的径向方向
称为d轴，与所述磁障层3垂直的径向方向称为q轴；相邻两层所述磁障层3之间部分为导磁通道层4；在q轴上各所述导磁通道层4的宽度依次为wq1，wq2，...，wqn，n≥1，并有每极下1/2定子齿宽度总和与q轴导磁通道宽度总和比值其中ns为定子槽数，p为转子极对数。
63.本公开还通过能够有效地约束转子q轴导磁通道与定子齿部之间的关系，能够进一步有效确保磁路不提前饱和，提升额定负载及重载效率，提升过载能力。
64.在一些实施方式中，d轴上各磁障层宽度依次为bd1，bd2，...，bdn；q轴上各磁障层宽度依次为bq1，bq2，...，bqn。
65.在一些实施方式中，所述转子2由转子冲片轴向堆叠而成；所述磁障层2的组数为所述电机转子的极数，如本公开的图示，包括上下2极，即d轴上方和d轴下方的共2极；
66.所述磁障层3沿所述q轴分为多层，并且相对转子的轴心而靠近径向外圆的所述磁障层3为填充槽；所述填充槽内填充有导电不导磁的材料，即导条5；
67.所述导条5为铸铝结构，通过铸造的方式成型于所述填充槽内；
68.所述转子2的轴向两端放置有导电不导磁材料构成的端环6，全部或部分所述导条5通过所述端环6短接在一起，形成回路。
69.本公开所述电机可以采用全部磁障槽内铸铝或部分磁障槽内铸铝；
70.本公开所述电机端环可以圆环形或其他规则不规则形状。
71.本公开所述电机具有由定子冲片轴向堆叠而成的定子铁芯，由转子冲片轴向堆叠而成的转子铁芯；
72.定子铁芯为圆环状，沿圆环内圆均布得开设有一圈定子槽12，两定子槽12中间为同样均布的定子齿11；
73.定子槽径向最外缘与定子外圆中间为定子轭部13；
74.定子外圆直径为do、定子槽径向外圆称为槽底直径dy、定子内圆ds、定子齿宽w
t
、定子槽宽ws(以定子槽中间位置计，即位置)、定子总槽数为ns；
75.转子铁芯为圆环状，定子铁芯和转子铁芯同轴放置，定子内圆大于转子外圆，定子内圆与转子外圆形成的圆弧形空气间隙称为气隙7；
76.转子铁芯开设有多组相同的空气槽，空气槽组数为转子极数；
77.部分或全部空气槽内填充有导电不导磁的材料，称为导条5；
78.转子两端放置有导电不导磁材料构成的端环6；
79.全部或部分导条通过端环短接在一起，形成回路；
80.空气槽沿q轴分为多层，根据空气槽的形状，与空气槽平行的径向方向称为d轴，与空气槽垂直的径向方向称为q轴，每极下转子磁障层数为nb；
81.转子上各层空气槽称为磁障层3，相邻两层空气槽之间部分称为导磁通道层4；
82.d轴上各磁障层宽度为bd1，bd2，...，bdn；q轴上各磁障层宽度为bq1，bq2，...，bqn；
83.d轴上各导磁通道层宽度为wd1，wd2，...，wdn；q轴上各导磁通道层宽度为wq1，wq2，...，wqn；
84.转子铁芯内圆为转轴孔d
sft
；
85.定子槽数为ns，每极下转子磁障层数为nb。
86.以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本公开的保护范围。