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CN113098169A - 转子铁芯、异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机及屏蔽泵 - Google Patents

转子铁芯、异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机及屏蔽泵 Download PDF

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CN113098169A
CN113098169A CN202110224763.4A CN202110224763A CN113098169A CN 113098169 A CN113098169 A CN 113098169A CN 202110224763 A CN202110224763 A CN 202110224763A CN 113098169 A CN113098169 A CN 113098169A
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CN
China
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rotor
axis
shaft
magnetism isolating
magnetic
Prior art date
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Application number
CN202110224763.4A
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Inventor
韩元平
欧阳兆胜
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Hefei Xinhu Canned Motor Pump Co Ltd
Original Assignee
Hefei Xinhu Canned Motor Pump Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明涉及屏蔽泵技术领域，公开了一种转子铁芯、异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机及屏蔽泵，该转子铁芯包括：包括叠压在一起的设定数量的转子冲片；转子冲片的中心设置有圆形的转轴孔，用于使转轴穿过转子冲片；转子铁芯的Q轴轴线和D轴轴线相交于转轴孔的圆心；转子冲片分别相对于Q轴和D轴对称；转子冲片上开设有多个沿Q轴轴向延伸的转子隔磁槽，与转子隔磁槽相邻的部分形成多个转子磁桥；多个转子磁桥中，位于转子冲片中间的为中央转子磁桥；转子隔磁槽和转子磁桥以交替排布的方式沿D轴向远离Q轴的方向布置在Q轴的两侧。本发明通过对转子铁芯结构的优化大幅提升了磁阻转矩，进而大幅提升了电机效率。

Description

转子铁芯、异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机及屏蔽泵
技术领域
本发明涉及屏蔽泵技术领域，特别是涉及一种转子铁芯、异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机及屏蔽泵。
背景技术
随着消费者对节能减排的认识越来越高，对热水循环泵的能效要求也随着增高。另一方面，热水循环泵技术领域越来越成熟，行业竞争压力越来越大，对成本要求也随着增高。
现有热水循环泵大多数使用单相异步电机，成本虽然较低，但是在异步电机中转子磁场的产生需要额外消耗能量，从而导致异步电机效率低，进而导致使用该异步电机的泵效率低。此外，异步电机的转速受负载、温度以及电压波动的影响，进而影响泵输出特性的稳定性。在热水循环泵中使用永磁同步电机来提高效率时，需要新增驱动器和永磁体，从而导致成本至少增加50％，造成泵成本压力大。目前，热水循环泵现有技术中，采用同步磁阻电机时的磁阻转矩相比采用稀土永磁同步电机时的永磁转矩有较大降幅。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种结构经过优化，能够大幅提升电机效率的转子铁芯，异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机及屏蔽泵。
(二)技术方案
为了解决上述问题，本发明提供了一种转子铁芯，包括：包括叠压在一起的设定数量的转子冲片；所述转子冲片的中心设置有圆形的转轴孔，用于使转轴穿过所述转子冲片；所述转子铁芯的Q轴轴线和D轴轴线相交于所述转轴孔的圆心；所述转子冲片分别相对于所述Q轴和所述D轴对称；所述转子冲片上开设有多个沿所述Q轴轴向延伸的转子隔磁槽，与所述转子隔磁槽相邻的部分形成多个转子磁桥；所述多个转子磁桥中，位于所述转子冲片中间的为中央转子磁桥；所述转子隔磁槽和所述转子磁桥以交替排布的方式沿所述D轴向远离所述Q轴的方向布置在所述Q轴的两侧；所述转子隔磁槽的两端相对于D轴对称地设置有第一转子导条槽，位于所述中央转子磁桥的两端相对于D轴对称地设置有第二转子导条槽；所述转子隔磁槽位于所述D轴相对称的两部分分别为左侧隔磁槽和右侧隔磁槽，所述转子隔磁槽在所述左侧隔磁槽和所述右侧隔磁槽的连接处设置有第一磁钢限位台阶；所述左侧隔磁槽和所述右侧隔磁槽与其各自远离所述D轴的端部的所述第一转子导条槽的连接处设置有第二磁钢限位台阶。
可选地，所述多个转子磁桥包括：所述中央转子磁桥，分别位于所述转子冲片沿所述D轴方向的两个端部的端部转子磁桥，以及位于所述中央转子磁桥与所述两个端部转子磁桥之间的多个中间转子磁桥。
可选地，对于位于所述Q轴同侧的多个所述转子磁桥，其中，最靠近所述Q轴的中间转子磁桥的最小宽度与其余各中间转子磁桥的最小宽度的比值不小于5/6，且不大于1.25；并且最靠近所述Q轴的两个转子隔磁槽之间的最小距离与所述最靠近所述Q轴的中间转子磁桥的最小宽度的比值不小于2，且不大于4。
可选地，对于位于所述Q轴同侧的所述多个转子磁桥和所述多个转子隔磁槽，其中，最靠近所述Q轴的转子隔磁槽的最大宽度与其余各转子隔磁槽的最大宽度的比值不小于2/3，且不大于2；所述端部转子磁桥的最大宽度不小于与其相邻的所述转子隔磁槽的最大宽度；并且，所述中间转子磁桥的最小宽度不小于与其相邻并靠近所述Q轴的转子隔磁槽的最大宽度。
可选地，所述左侧隔磁槽和所述右侧隔磁槽形成内侧夹角θ，位于所述Q轴同侧的各个转子隔磁槽的内侧夹角θ相等或沿远离所述D轴的方向依次增大，并且不大于180°。
可选地，所述第一转子导条槽与所述第二转子导条槽都为圆形，且所述第一转子导条槽与所述第二转子导条槽的圆心位于与所述转轴孔同心的圆周上。
另一方面，本发明还提供了一种异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机，包括：定子铁芯、定子绕组、上述的转子铁芯、转轴、磁钢和转子导条；所述转子铁芯设置在所述定子铁芯内，所述转轴穿过所述转子铁芯上的转轴孔，所述转子铁芯上的转子隔磁槽中设置有所述磁钢，所述转子铁芯上的转子导条槽内设置有所述转子导条。
可选地，所述定子铁芯的内径与所述转子铁芯的外径的差值的范围为0.8mm～1.6mm。
可选地，所述定子铁芯的槽数为12槽、24槽或36槽。
第三方面，本发明还提供了一种屏蔽泵，包括上述的异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机。
(三)有益效果
本发明提供的转子铁芯，通过转子多层隔磁槽和多层转子磁桥的优化设计，改变Q轴磁路和D轴磁路的磁阻情况，使得Q轴电感/D轴电感值＞6，大幅提升Q轴与D轴磁路磁通量差值，进而大幅提升磁阻转矩，进而使得电机效率大幅提升。同时使用价格低廉的铁氧体材料填补隔磁槽，一方面额外生产永磁转矩辅助提升电机输出转矩能力，另一方面弥补转子本身因开有较多隔磁槽结构强度较弱的不足，而且成本低廉，强化热水循环泵高温环境下抗退磁能力。
本发明提供的使用上述转子铁芯的异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机同时具备铁氧体助磁磁阻同步电机和异步电机的特征，异步电机特征完成电机的起动过程，铁氧体助磁磁阻同步电机完成电机的稳态运行过程，从而实现无需驱动器电机可自启动并且以磁阻同步电机形态稳态运行，大幅提高稳态电机效率，使其接近永磁同步电机的效率水平，同时相比永磁同步电机成本大幅降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的转子冲片的结构示意图；
图2为本发明实施例中的转子冲片的多个转子隔磁槽的左侧隔磁槽和右侧隔磁槽形成的内侧夹角的示意图；
图3为本发明实施例中的转子冲片的D轴和Q轴的磁路示意图；
图4为本发明实施例中的异步起动同步磁阻电机的结构的平面示意图；
图5为本发明实施例中的转子铁芯配24槽定子铁芯的异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机的结构的平面示意图；
图6为本发明实施例中的转子铁芯配36槽定子铁芯的异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机的结构的平面示意图。
附图中的附图标记依次为：
1、定子铁芯，2、定子绕组，3、转子铁芯，31、转子冲片，301、第一转子导条槽，302、第二磁钢限位台阶，303、左侧隔磁槽，304、第一磁钢限位台阶，305、右侧隔磁槽，310、端部转子磁桥，311&313&315&317、转子隔磁槽，312&314&316、中间转子磁桥，318、转轴孔，319、第二转子导条槽，320、中央转子磁桥，4、转轴，5、磁钢，6、转子导条。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。在此，本发明的以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的范围。
如图1所示，本发明的实施例提供一种转子铁芯，包括叠压在一起的设定数量的转子冲片31，转子冲片31的中心设置有圆形的转轴孔318，用于使转轴4穿过转子冲片31；转子铁芯的Q轴轴线和D轴轴线相交于转轴孔318的圆心；转子冲片31分别相对于Q轴和D轴对称。转子冲片31上开设有多个沿Q轴轴向延伸的转子隔磁槽，与转子隔磁槽相邻的部分形成多个转子磁桥，其中，位于转子冲片31中间的为中央转子磁桥320。转子隔磁槽和转子磁桥以交替排布的方式沿D轴向远离Q轴的方向布置在Q轴的两侧。
本实施例中，Q轴为通过位于转子冲片31中心的转轴孔318的圆心的横轴，D轴为通过转轴孔318的圆心的纵轴，Q轴与D轴相垂直。转子冲片31上开设有8个沿Q轴轴向延伸的转子隔磁槽，并且每个转子隔磁槽的形状相对于D轴对称。与转子隔磁槽相邻的部分形成转子磁桥，一共有9个转子磁桥，每个转子隔磁槽与两个转子磁桥相邻，每个转子磁桥的形状相对于D轴对称。如图1所示，在Q轴的一侧，沿着D轴向远离Q轴的方向依次排布有中央转子磁桥320、转子隔磁槽317、转子磁桥316、转子隔磁槽315、转子磁桥314、转子隔磁槽313、转子磁桥312、转子隔磁槽311和转子磁桥310。在Q轴的另一侧，转子磁桥和转子隔磁槽以相同的方式排布。
转子隔磁槽位于D轴相对称的两部分分别为左侧隔磁槽303和右侧隔磁槽305，转子隔磁槽在左侧隔磁槽303和右侧隔磁槽305的连接处设置有第一磁钢限位台阶304；左侧隔磁槽303和右侧隔磁槽305与其各自远离D轴的端部的第一转子导条槽301的连接处设置有第二磁钢限位台阶302。第一磁钢限位台阶304和第二磁钢限位台阶302用于将设置在转子隔磁槽内的磁钢限位。
多个沿Q轴轴向延伸的转子磁桥包括：位于转子冲片31中间的中央转子磁桥320，分别位于转子冲片31沿D轴方向的两个端部的端部转子磁桥，以及位于中央转子磁桥与两个端部转子磁桥之间的多个中间转子磁桥。如图1所示，本实施例中，中央转子磁桥320的形状相对于Q轴和D轴对称，转轴孔318位于中央转子磁桥320的中央。以Q轴一侧的转子磁桥为例，在中央转子磁桥320和位于端部的端部转子磁桥310之间设置有三个中间转子磁桥312、314、316。
每个转子隔磁槽的两端相对于D轴对称地设置有第一转子导条槽301，位于中央转子磁桥320的两端相对于D轴对称地设置有第二转子导条槽319。如图1所示，本实施例中，转子冲片31上设置有18个转子导条槽，包括：设置在中央转子磁桥320两端的2个第二转子导条槽319，和设置在8个转子隔磁槽两端的16个第一转子导条槽301。
进一步的，第一转子导条槽301与第二转子导条槽319都为圆形，且第一转子导条槽301与第二转子导条槽319的圆心位于与转轴孔318同心的圆周C1上。
进一步的，对于位于所述Q轴同侧的多个所述转子磁桥，其中，
最靠近所述Q轴的中间转子磁桥的最小宽度与其余各中间转子磁桥的最小宽度的比值不小于5/6，且不大于1.25；并且，最靠近所述Q轴的两个转子隔磁槽之间的最小距离与所述最靠近所述Q轴的中间转子磁桥的最小宽度的比值不小于2，且不大于4。如图1所示，本实施例中，中间转子磁条312最小宽度为K2，中间转子磁条314最小宽度为K3，中间转子磁桥316的最小宽度为K4，而中间转子磁桥316最靠近Q轴，则K2、K3、K4满足：0.8≤K2/K4≤1.2，0.8≤K3/K4≤1.2。最靠近Q轴的两个转子隔磁槽(即，转子隔磁槽317和与之关于Q轴相对称的转子隔磁槽)之间的最小距离K5与所述最靠近所述Q轴的中间转子磁桥316的最小宽度的K4的比值满足：2≤K5/K4≤4。
进一步的，对于位于Q轴同侧的多个转子磁桥和多个转子隔磁槽，其中，最靠近Q轴的转子隔磁槽的最大宽度与其余各转子隔磁槽的最大宽度的比值不小于2/3，且不大于2；端部转子磁桥的最大宽度不小于与其相邻的转子隔磁槽的最大宽度；并且，中间转子磁桥的最小宽度不小于与其相邻并靠近Q轴的转子隔磁槽的最大宽度。如图1所示，本实施例中，转子隔磁槽311的最大宽度为S1，转子隔磁槽313的最大宽度为S2，转子隔磁槽315的最大宽度为S3，转子隔磁槽317的最大宽度为S4，其中，转子隔磁槽317为最靠近Q轴的转子隔磁槽，则S1、S2、S3和S4满足：0.5≤S1/S4≤1.5，0.5≤S2/S4≤1.5，0.5≤S3/S4≤1.5，并且满足：S1≤K1，S2≤K2，S3≤K3，S4≤K4。
进一步的，左侧隔磁槽和右侧隔磁槽形成内侧夹角θ，位于Q轴同侧的各个转子隔磁槽的内侧夹角θ相等或沿远离D轴的方向依次增大，并且不大于180°。如图2所示，本实施例中，位于Q轴上侧的转子隔磁槽依次为317、315、313和311，每个转子隔磁槽的左侧隔磁槽和右侧隔磁槽形成的内侧夹角相应地为θ4，θ3，θ2，θ1，它们满足：θ4≤θ3≤θ2≤θ1≤180°。
如图3所示，转子磁桥310、312、314、316和320都是顺着Q轴磁路方向分布，使得Q轴磁路很畅通，Q轴磁通量处于高值水平；而转子隔磁槽311、313、315和317都是垂直于D轴磁路方向分布的，从而阻碍D轴磁路，使得D轴磁通量大幅降低；因此，从而使得Q轴与D轴磁通量差值大幅提升，进而大幅提升磁阻转矩。
如图4所示，本发明的实施例还提供一种异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机，包括：定子铁芯1、定子绕组2、如上所述的转子铁芯3、转轴4、磁钢5和转子导条6。转子铁芯3设置在定子铁芯1内，转轴4穿过转子铁芯3上的转轴孔318，转子铁芯3上的转子隔磁槽中设置有磁钢5，转子铁芯3上的转子导条槽内设置有转子导条6。本实施例中，磁钢5的材质为铁氧体，转子导条6的材质为铜，本发明实施例对此不做具体限定，且18个转子导条的大小相等。
进一步的，该异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机的定子铁芯1的内径L1与转子铁芯3的外径L2的差值的范围为0.8mm-1.6mm。
进一步的，该异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机的定子铁芯1的槽数为12、24(如图5所示)或36(如图6所示)。本发明实施例优先定子铁芯1的槽数为12。
进一步的，该异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机极数为2极。
本发明的实施例还提供一种屏蔽泵，其使用上述的异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机。
本发明提供的转子铁芯，通过转子多层隔磁槽和多层转子磁桥的优化设计，改变Q轴磁路和D轴磁路的磁阻情况，使得Q轴电感/D轴电感值＞6，大幅提升Q轴与D轴磁路磁通量差值，进而大幅提升磁阻转矩，进而使得电机效率大幅提升。同时使用价格低廉的铁氧体材料填补隔磁槽，一方面额外生产永磁转矩辅助提升电机输出转矩能力，另一方面弥补转子本身因开有较多隔磁槽结构强度较弱的不足，而且成本低廉，强化热水循环泵高温环境下抗退磁能力。
本发明提供的使用上述转子铁芯的异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机同时具备铁氧体助磁磁阻同步电机和异步电机的特征，异步电机特征完成电机的起动过程，铁氧体助磁磁阻同步电机完成电机的稳态运行过程，从而实现无需驱动器电机可自启动并且以磁阻同步电机形态稳态运行，大幅提高稳态电机效率，使其接近永磁同步电机的效率水平，同时相比永磁同步电机成本大幅降低。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种转子铁芯，其特征在于，包括叠压在一起的设定数量的转子冲片(31)；
所述转子冲片(31)的中心设置有圆形的转轴孔(318)，用于使转轴(4)穿过所述转子冲片(31)；所述转子铁芯(3)的Q轴轴线和D轴轴线相交于所述转轴孔(318)的圆心；所述转子冲片(31)分别相对于所述Q轴和所述D轴对称；
所述转子冲片(31)上开设有多个沿所述Q轴轴向延伸的转子隔磁槽，与所述转子隔磁槽相邻的部分形成多个转子磁桥；所述多个转子磁桥中，位于所述转子冲片(31)中间的为中央转子磁桥(320)；
所述转子隔磁槽和所述转子磁桥以交替排布的方式沿所述D轴向远离所述Q轴的方向布置在所述Q轴的两侧；
所述转子隔磁槽的两端相对于D轴对称地设置有第一转子导条槽(301)，位于所述中央转子磁桥的两端相对于D轴对称地设置有第二转子导条槽(319)；
所述转子隔磁槽位于所述D轴相对称的两部分分别为左侧隔磁槽(303)和右侧隔磁槽(305)，所述转子隔磁槽在所述左侧隔磁槽(303)和所述右侧隔磁槽(305)的连接处设置有第一磁钢限位台阶(304)；所述左侧隔磁槽(303)和所述右侧隔磁槽(305)与其各自远离所述D轴的端部的所述第一转子导条槽(301)的连接处设置有第二磁钢限位台阶(302)。
2.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述多个转子磁桥包括：所述中央转子磁桥(320)，分别位于所述转子冲片沿所述D轴方向的两个端部的端部转子磁桥(310)，以及位于所述中央转子磁桥与所述两个端部转子磁桥之间的多个中间转子磁桥(312、314、316)。
3.根据权利要求2所述的转子铁芯，其特征在于，对于位于所述Q轴同侧的多个所述转子磁桥，其中，
最靠近所述Q轴的中间转子磁桥的最小宽度与其余各中间转子磁桥的最小宽度的比值不小于5/6，且不大于1.25；并且
最靠近所述Q轴的两个转子隔磁槽之间的最小距离与所述最靠近所述Q轴的中间转子磁桥的最小宽度的比值不小于2，且不大于4。
4.根据权利要求3所述的转子铁芯，其特征在于，对于位于所述Q轴同侧的所述多个转子磁桥和所述多个转子隔磁槽，其中，
最靠近所述Q轴的转子隔磁槽的最大宽度与其余各转子隔磁槽的最大宽度的比值不小于2/3，且不大于2；
所述端部转子磁桥的最大宽度不小于与其相邻的所述转子隔磁槽的最大宽度；并且
所述中间转子磁桥的最小宽度不小于与其相邻并靠近所述Q轴的转子隔磁槽的最大宽度。
5.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述左侧隔磁槽(303)和所述右侧隔磁槽(305)形成内侧夹角θ，位于所述Q轴同侧的各个转子隔磁槽的内侧夹角θ相等或沿远离所述D轴的方向依次增大，并且不大于180°。
6.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述第一转子导条槽(301)与所述第二转子导条槽(319)都为圆形，且所述第一转子导条槽(301)与所述第二转子导条槽(319)的圆心位于与所述转轴孔(318)同心的圆周上。
7.一种异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机，其特征在于，包括：定子铁芯(1)、定子绕组(2)、权利要求1-6中任一项所述的转子铁芯(3)、转轴(4)、磁钢(5)和转子导条(6)；
所述转子铁芯(3)设置在所述定子铁芯(1)内，所述转轴(4)穿过所述转子铁芯(3)上的转轴孔(318)，所述转子铁芯(3)上的转子隔磁槽中设置有所述磁钢(5)，所述转子铁芯(3)上的转子导条槽内设置有所述转子导条(6)。
8.根据权利要求7所述的异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机，其特征在于，所述定子铁芯(1)的内径与所述转子铁芯(3)的外径的差值的范围为0.8mm～1.6mm。
9.根据权利要求7所述的异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机，其特征在于，所述定子铁芯(1)的槽数为12槽、24槽或36槽。
10.一种屏蔽泵，其特征在于，包括权利要求9所述的异步起动铁氧体助磁同步磁阻电机。
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