CN210380414U - 电机转子和同步磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机转子和同步磁阻电机。该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内设置有中间加强筋，中间加强筋设置在磁通屏障的两端，各磁通屏障的两端对应的转子铁芯外圆周分别设置有外圆加强筋，中间加强筋和外圆加强筋间隔设置，中间加强筋、外圆加强筋和两侧的导磁通道之间形成填充槽，填充槽内填充有填充层，转子铁芯在填充槽内填充填充层之后对外圆周进行加工，以调整外圆加强筋的径向的宽度。根据本申请的电机转子，能够合理调节电机气隙，提高电机功率因数，提高电机性能。

Description

电机转子和同步磁阻电机

技术领域

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。

现有技术中提出一种制造磁阻电动机转子的方法，该转子具有多个沿轴向依次堆叠的转子叠片，其中每个转子叠片具有多个磁性薄片，薄片通过非磁性凹槽分开，非磁性凹槽设计为弧形且具有两个端部向着转子叠片的外圆周打开，以固体的材料填充转子叠片的至少一部分的凹槽，或者在薄片上开有螺钉孔，通过螺钉固定。这种转子结构不设置圆周的连接，有效避免了对磁通量的干扰，减小了漏磁，可一定程度上提升电机性能。

然而上述的电机转子，仅靠填充材料进行叠片连接的实施方式增大转子外径，使得电机气隙增加，必然降低电机功率因数，并不能达到提升电机性能的目的。

实用新型内容

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，能够合理调节电机气隙，提高电机功率因数，提高电机性能。

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内设置有中间加强筋，中间加强筋设置在磁通屏障的两端，各磁通屏障的两端对应的转子铁芯外圆周分别设置有外圆加强筋，中间加强筋和外圆加强筋间隔设置，中间加强筋、外圆加强筋和两侧的导磁通道之间形成填充槽，填充槽内填充有填充层，转子铁芯在填充槽内填充填充层之后对外圆周进行加工，以调整外圆加强筋的径向的宽度。

优选地，加工后外圆加强筋的宽度W为0≤W＜0.5mm。

优选地，加工前外圆加强筋的宽度W为0.5mm≤W≤1.2mm。

优选地，相邻的导磁通道之间连接有径向加强筋，径向加强筋位于Q轴上，中间加强筋位于径向加强筋与外圆加强筋之间。

优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，径向加强筋的宽度为0.6mm≤W≤1.2mm。

优选地，电机转子还包括设置在转子铁芯两端的端环，两端的端环通过填充层固定连接，端环和填充层形成鼠笼结构。

优选地，端环和填充层一体成型。

优选地，鼠笼结构采用注塑材料或者压铸材料一体成型。

优选地，端环上设置有导流叶片。

优选地，转子铁芯的外圆周通过车削加工成型。

优选地，转子铁芯的外圆周沿轴向包括加工段和未加工段；或，转子铁芯的外圆周沿周向包括加工段和未加工段。

优选地，在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内，多个中间加强筋沿转子铁芯的周向呈环形分布，各中间加强筋位于以转子铁芯的中心轴线为圆心的同一圆周上。

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内设置有中间加强筋，中间加强筋设置在磁通屏障的两端，各磁通屏障的两端对应的转子铁芯外圆周分别设置有外圆加强筋，中间加强筋和外圆加强筋间隔设置，中间加强筋、外圆加强筋和两侧的导磁通道之间形成填充槽，填充槽内填充有填充层，转子铁芯在填充槽内填充填充层之后对外圆周进行加工，以调整外圆加强筋的径向的宽度。该电机转子首先按照正常的方式成型转子冲片，因此只需要一套模具即可进行成型，在转子冲片成型之后，将转子冲片叠压，然后填充填充物将转子冲片成型在一起，可以利用填充物为转子铁芯的后续加工提供支撑，防止在加工过程中转子铁芯外周在刀具的压力下出现塌陷、空洞，保证加工质量。在完成填充之后，可以根据需要对转子外圆周进行加工，调整外圆加强筋的径向宽度，进而调整电机转子与电机定子之间的气隙宽度，使得所成型的电机能够根据需要选择不同的气隙，成型不同的电机，实现不同的性能水平，从而提高电机功率因数，提高电机性能。由于本申请的电机转子的外圆加强筋的径向宽度是后续加工，因此对于不同气隙要求的电机，只需要一套模具加工出同样类型的转子冲片，然后在转子铁芯成型之后对外圆加强筋进行后续加工，即可满足不同要求电机的设计需求，所需模具少，加工和成型的成本较低，易于实现，而且能够使得气隙宽度与电机运行能力匹配，实现不同需求电机的设计需求。

附图说明

图1为本申请实施例的电机转子的转子冲片结构示意图；

图2为本申请实施例的电机转子的无效磁路放大结构示意图；

图3为本申请实施例的电机转子的立体结构示意图；

图4为本申请实施例的电机转子的加工前后放大示意图；

图5为本申请实施例的电机转子填充后的截面结构示意图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；2、磁通屏障；3、导磁通道；4、中间加强筋；5、外圆加强筋；6、填充槽；7、填充层；8、径向加强筋；9、端环。

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内设置有中间加强筋4，中间加强筋4设置在磁通屏障2的两端，各磁通屏障2的两端对应的转子铁芯1外圆周分别设置有外圆加强筋5，中间加强筋4和外圆加强筋5间隔设置，中间加强筋4、外圆加强筋5和两侧的导磁通道3之间形成填充槽6，填充槽6内填充有填充层7，转子铁芯1在填充槽6内填充填充层7之后对外圆周进行加工，以调整外圆加强筋5的径向的宽度。

如图1所示，对于同步磁阻电机，沿d轴方向，有多个并联的导磁通道3，磁阻很小，d轴磁路最大磁压降在气隙部位，沿q轴方向，有多个串联的磁通屏障2，磁阻很大，大部分磁压降在磁通屏障部分，因此气隙对q轴电感的影响较小，基于同步磁阻电机的转矩公式Te＝3/2p*(Ld-Lq)*Is²，当气隙增加时，d轴电感Ld显著下降，q轴电感Lq变化不大，因此气隙增加时同步磁阻电机的转矩输出能力显著下降。因此，要改善同步磁阻电机的转矩输出能力，就需要减小气隙。

在本实施例中，该电机转子首先按照正常的方式成型转子冲片，因此只需要一套模具即可进行成型，在转子冲片成型之后，将转子冲片叠压，然后填充填充物将转子冲片成型在一起，可以利用填充物为转子铁芯1的后续加工提供支撑，防止在加工过程中转子铁芯1外周在刀具的压力下出现塌陷、空洞，保证加工质量。在完成填充之后，可以根据需要对转子外圆周进行加工，调整外圆加强筋5的径向宽度，进而调整电机转子与电机定子之间的气隙宽度，使得所成型的电机能够根据需要选择不同的气隙，成型不同的电机，实现不同的性能水平，从而提高电机功率因数，提高电机性能。由于本申请的电机转子的外圆加强筋5的径向宽度是后续加工，因此对于不同气隙要求的电机，只需要一套模具加工出同样类型的转子冲片，然后在转子铁芯1成型之后对外圆加强筋5进行后续加工，即可满足不同要求电机的设计需求，所需模具少，加工和成型的成本较低，易于实现，而且能够使得气隙宽度与电机运行能力匹配，实现不同需求电机的设计需求。

通过后续加工可以合理调节气隙宽度，从而满足电机的设计需求，具体表现为，当采用小气隙方案时，可以实现电机的高凸极比设计，提升电机转矩输出能力，当采用大气隙方案时，可以降低电机运行时的电磁噪音，提升弱磁运行能力。

在采用本申请的电机转子结构后，可以利用后续加工减小外圆加强筋5的径向宽度，从而有效降低沿转子外圆加强筋闭合磁路产生的无效漏磁，提升电机输出转矩。

优选地，加工后外圆加强筋5的宽度W为0≤W＜0.5mm。

加工前外圆加强筋5的宽度W为0.5mm≤W≤1.2mm。

对于采用冲压成型的转子冲片而言，外圆加强筋5的径向宽度最小能够做到0.5mm左右，仅通过冲压加工无法将外圆加强筋5的径向宽度做到0.5mm以下，因此，本申请中对于加工前的外圆加强筋5，其宽度可以设置为0.5mm≤W≤1.2mm，从而可以方便采用冲压方式得到转子冲片，降低成型难度和成型成本。在填充填充层7之后，可以通过填充层7将叠置的转子冲片固定在一起，并对转子冲片之间的结构形成支撑，使得转子铁芯1的外圆周由原来的不可加工部位变为可加工部位，从而可以根据需要对转子铁芯1的外圆加强筋5的径向宽度进行加工，调节转子铁芯1的外圆加强筋5的径向宽度，从而间接实现对电机气隙的调节。由于后续的加工不受外圆加强筋5的径向宽度的影响，在填充层7的支撑作用下，外圆加强筋5可以做到很薄，甚至可以去除外圆加强筋5，从而能够更加有效地消除沿转子外圆加强筋闭合磁路产生的无效漏磁，提升电机输出转矩。

如图2所示，一部分的磁力线会沿着转子铁芯1的周向延伸的外圆加强筋5传输，并行成闭合，该部分磁通是不产生转矩的，因此，如果将外圆加强筋5去除，或者显著降低外圆加强筋5的宽度，可以提升同步磁阻电机的转矩输出能力2～3％。

外圆加强筋5可以根据需要进行设置，保留外圆加强筋5，可提升转子机械结构强度，去除外圆加强筋5或者加工成较小的宽度尺寸，可降低无效漏磁，提升电机性能。

优选地，在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，多个中间加强筋4沿转子铁芯1的周向呈环形分布，各中间加强筋4位于以转子铁芯1的中心轴线为圆心的同一圆周上，一方面能够便于进行中间加强筋4的加工，另一方面也能够使得转子铁芯1的连接结构分布更加合理，结构强度更好，受力更加均衡。

相邻的导磁通道3之间连接有径向加强筋8，径向加强筋8位于Q轴上，中间加强筋4位于径向加强筋8与外圆加强筋5之间。

在垂直于转子铁芯1的中心轴线的截面内，径向加强筋8的宽度为0.6mm≤W≤1.2mm。

相邻的导磁通道3之间通过两个外圆加强筋5、两个中间加强筋4和一个径向加强筋8，能够加强导磁通道3之间的连接强度，提高转子铁芯1的整体机械强度，其中外圆加强筋5和中间加强筋4除了起辅助连接作用外，还能够和两侧的导磁通道3一起形成封闭的填充槽6，从而在填充槽6内填充填充层7。

上述的填充层7可以为注塑材料，例如BMC等，也可以为导电材料，例如压铸铝或者紫铜等，上述的填充层7均采用不导磁材料。

当填充层7采用不导磁、不导电的材料填充时，可以形成同步磁阻电机，当填充层7采用导电不导磁材料填充时，可以形成异步启动的同步磁阻电机。

电机转子还包括设置在转子铁芯1两端的端环9，两端的端环9通过填充层7固定连接，端环9和填充层7形成鼠笼结构。

通过在转子铁芯1的两端设置端环9，并使得端环9与填充层7之间形成类似于感应电机鼠笼的结构，可以在轴向对转子铁芯1形成压力，省去了转子挡板结构。

同时在转子铁芯1的端部形成端环9，可以为动平衡矫正提供有利位置，极大的改善了转子动平衡校正工艺。

优选地，端环9和填充层7一体成型。

鼠笼结构采用注塑材料或者压铸材料一体成型。

当鼠笼结构采用注塑材料时，该鼠笼结构不起短路作用，仅起到加强结构的作用。当鼠笼结构采用导电材料时，鼠笼结构为短路环，可以起到电机启动的作用。

优选地，端环9上设置有导流叶片，可以利用导流叶片改善电机内部气流流动，从而极大提升电机散热能力。

优选地，转子铁芯1的外圆周通过车削加工成型。转子铁芯1的外圆周也可以通过其他方式进行加工。

转子铁芯1的外圆周沿轴向包括加工段和未加工段。

转子铁芯1的外圆周沿周向包括加工段和未加工段。

在对转子铁芯1进行加工时，可以根据需要加工部分外圆周，或者是将整个转子铁芯的外圆周全部车削。

此外，在对转子铁芯1进行加工时，也可以车削一定厚度的转子铁芯1的外圆，从而保留变薄的外圆加强筋5，或者是将整个外圆加强筋5全部车削完。

如图1和图4所示，图中的外圆周实线为车学前的转子铁芯外圆周，虚线为车削之后的转子铁芯外圆周。在车削之前，气隙宽度为G1，转子冲片的直径为定子内圆直径-2G1，G1尺寸为0～0.3mm。在车削之后，气隙宽度为G2，外圆加强筋5的径向宽度为0～0.5mm。

固化后的填充层7不应有裂纹，且要求尽量少的气孔，以免引起附件的不平衡量，可采用真空注塑，并且适当调整注塑材料的组分、注入压力、固化时间来避免上述问题。

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。

根据本申请的实施例，上述的电机转子的加工方法包括：在转子冲片上加工中间加强筋4和外圆加强筋5；将转子冲片进行叠压，并在中间加强筋4、外圆加强筋5和两侧的导磁通道3所形成的填充槽6内填充填充层7，使得转子冲片固定在一起，形成转子铁芯1；对转子铁芯1的外圆周进行加工，调整外圆加强筋5的径向宽度。

在进行电机转子的加工时，首先按照正常的方式冲压成型转子冲片，因此只需要一套模具按照常规成型方式即可进行冲压成型，在转子冲片冲压成型之后，将转子冲片叠压在一起，然后填充填充物将转子冲片成型在一起，可以利用填充物为转子铁芯1的后续加工提供支撑，防止在加工过程中转子铁芯1外周在刀具的压力下出现塌陷、空洞，保证加工质量。

在完成填充之后，可以根据需要对转子外圆周进行加工，调整外圆加强筋5的径向宽度，进而调整电机转子与电机定子之间的气隙宽度，使得所成型的电机能够根据需要选择不同的气隙，成型不同的电机，实现不同的性能水平，从而提高电机功率因数，提高电机性能。

由于本申请的电机转子的外圆加强筋5的径向宽度是后续加工，因此对于不同气隙要求的电机，只需要一套模具加工出同样类型的转子冲片，然后在转子铁芯1成型之后对外圆加强筋5进行后续加工，即可满足不同要求电机的设计需求，所需模具少，加工和成型的成本较低，易于实现，而且能够使得气隙宽度与电机运行能力匹配，实现不同需求电机的设计需求。

将转子冲片进行叠压，并在中间加强筋4、外圆加强筋5和两侧的导磁通道3所形成的填充槽6内填充填充层7，使得转子冲片固定在一起，形成转子铁芯1的步骤包括：对填充槽6进行压力注塑，调整注塑材料的组分、注入压力和固化时间；使得注塑材料填充在填充槽6内并进行固化，形成填充层7，将转子冲片注塑成型为一体。

使得注塑材料填充在填充槽6内并进行固化，形成填充层7，将转子冲片注塑成型为一体的步骤包括：在进行注塑时，在转子铁芯1的两端同时注塑端环9，使得端环9和填充层7一体注塑，形成鼠笼结构。

在另外一个实施例中，将转子冲片进行叠压，并在中间加强筋4、外圆加强筋5和两侧的导磁通道3所形成的填充槽6内填充填充层7，使得转子冲片固定在一起，形成转子铁芯1的步骤包括：在填充层7内压铸导电材料，并利用压铸的导电材料使得转子冲片成型为一体。

在填充层7内压铸导电材料，并利用压铸的导电材料使得转子冲片成型为一体的步骤包括：在进行压铸时，在转子铁芯1的两端同时压铸端环9，使得端环9和填充层7一体压铸，形成鼠笼结构。

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。

Claims (13)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)沿周向设置有多个磁障组，每个所述磁障组包括多个沿径向间隔排布的磁通屏障(2)，相邻的所述磁通屏障(2)之间形成导磁通道(3)，同一极下各所述磁通屏障(2)内设置有中间加强筋(4)，所述中间加强筋(4)设置在所述磁通屏障(2)的两端，各所述磁通屏障(2)的两端对应的转子铁芯(1)外圆周分别设置有外圆加强筋(5)，所述中间加强筋(4)和所述外圆加强筋(5)间隔设置，所述中间加强筋(4)、所述外圆加强筋(5)和两侧的所述导磁通道(3)之间形成填充槽(6)，所述填充槽(6)内填充有填充层(7)，所述转子铁芯(1)在所述填充槽(6)内填充填充层(7)之后对外圆周进行加工，以调整所述外圆加强筋(5)的径向的宽度。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，加工后所述外圆加强筋(5)的宽度W为0≤W＜0.5mm。

3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，加工前所述外圆加强筋(5)的宽度W为0.5mm≤W≤1.2mm。

4.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，相邻的所述导磁通道(3)之间连接有径向加强筋(8)，所述径向加强筋(8)位于Q轴上，所述中间加强筋(4)位于所述径向加强筋(8)与所述外圆加强筋(5)之间。

5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，在垂直于所述转子铁芯(1)的中心轴线的截面内，所述径向加强筋(8)的宽度为0.6mm≤W≤1.2mm。

6.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述电机转子还包括设置在所述转子铁芯(1)两端的端环(9)，两端的所述端环(9)通过所述填充层(7)固定连接，所述端环(9)和所述填充层(7)形成鼠笼结构。

7.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述端环(9)和所述填充层(7)一体成型。

8.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述鼠笼结构采用注塑材料或者压铸材料一体成型。

9.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述端环(9)上设置有导流叶片。

10.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)的外圆周通过车削加工成型。

11.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)的外圆周沿轴向包括加工段和未加工段；或，所述转子铁芯(1)的外圆周沿周向包括加工段和未加工段。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电机转子，其特征在于，在垂直于转子铁芯(1)的中心轴线的截面内，多个所述中间加强筋(4)沿所述转子铁芯(1)的周向呈环形分布，各所述中间加强筋(4)位于以所述转子铁芯(1)的中心轴线为圆心的同一圆周上。

13.一种同步磁阻电机，包括电机转子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至12中任一项所述的电机转子。

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