转子及具有其的异步电机

技术领域

本申请涉及电机制造领域，具体涉及一种转子及具有其的异步电机。

背景技术

相关技术中，异步电机的转子(也称为短路转子或者鼠笼式转子)包括转子铁芯、转子绕组及转轴，其中，转子铁芯是磁路的一部分，一般由硅钢片叠成，转子铁芯固定在转轴上，在转子铁芯沿周向的方向上间隔开设多个安装槽，各安装槽里设置导条，在转子铁芯的两端各形成一端环，分别将所有导条伸出安装槽外的部分都联接起来，形成短接的回路。

若转子上安装槽的数量不等于定子上开口槽的数量，即不等槽配合，则容易产生较大的高频电流损耗和脉振损耗，导致异步电机的效率降低；若转子上安装槽的数量等于定子上开口槽的数量，即等槽配合，虽然会减小运行损耗，但在电机启动瞬间会产生同步附加转矩，使电机无法启动。基于此，现有的异步电机往往采用效率较低的不等槽配合。

申请内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种转子及具有其的异步电机，旨在有效改善异步电机的运行性能。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供了一种转子，包括：

转子铁芯，套装于转子的转轴上，所述转子铁芯上构造沿着所述转子铁芯的周向间隔分布的多个第一安装槽和多个第二安装槽，所述多个第一安装槽及所述多个第二安装槽均沿所述转子铁芯的轴向贯通；

端环，设置于所述转子铁芯的轴向两端；

多个第一转子导条，设置于所述多个第一安装槽内，且串接于轴向两端的所述端环之间，形成第一转子鼠笼；

多个第二转子导条，设置于所述多个第二安装槽内，且串接于轴向两端的所述端环之间，形成第二转子鼠笼；

其中，所述第一转子鼠笼相较于所述第二转子鼠笼靠近定子，所述第一安装槽的数量不等于定子上用于绕制绕组的开口槽的数量，所述第二安装槽的数量等于所述开口槽的数量。

在一些实施方案中，所述第一安装槽的数量小于所述开口槽的数量。

在一些实施方案中，所述第一安装槽沿所述转子铁芯的周向均匀间隔设置；和/或，所述第二安装槽沿所述转子铁芯的周向均匀间隔设置。

在一些实施方案中，所述第一转子导条的电阻率大于所述第二转子导条的电阻率。

在一些实施方案中，所述第一转子导条采用黄铜、铝或者青铜材料制成，所述第二转子导条采用紫铜材料制成。

在一些实施方案中，所述端环的数量为两个；所述第一转子导条及所述第二转子导条沿所述转子铁芯的轴向的第一端均连接两个所述端环中的一个，所述第一转子导条及所述第二转子导条沿所述转子铁芯的轴向的第二端均连接两个所述端环中的另一个。

在一些实施方案中，所述端环的数量为四个；所述第一转子导条沿所述转子铁芯的轴向的第一端、第二端分别连接四个所述端环中的两个，所述第二转子导条沿所述转子铁芯的轴向的第一端、第二端分别连接四个所述端环中的余下两个。

本申请实施例还提供了一种异步电机，包括本申请实施例所述的转子。

在一些实施方案中，所述异步电机还包括：定子，所述转子套设于所述定子之外。

在一些实施方案中，所述异步电机还包括：定子，所述定子套设于所述转子之外。

本申请实施例提供的技术方案，多个第一转子导条设置于多个第一安装槽内，且串接于轴向两端的端环之间，形成第一转子鼠笼；多个第二转子导条设置于多个第二安装槽内，且串接于轴向两端的端环之间，形成第二转子鼠笼；其中，第一转子鼠笼相较于第二转子鼠笼靠近定子，第一安装槽的数量不等于定子上用于绕制绕组的开口槽的数量，第二安装槽的数量等于开口槽的数量。本申请实施例的转子基于第一转子鼠笼和第二转子鼠笼形成的双鼠笼结构，可以有效改善异步电机的启动及正常运行相关的性能，兼容异步电机的启动及运行效率的要求。

附图说明

图1为本申请实施例异步电机的结构示意图；

图2为本申请实施例异步电机的剖面示意图。

附图标记说明：

10、定子；11、定子铁芯；12、开口槽；13、绕组；

20、转子；21、转子铁芯；211、第一安装槽；212、第二安装槽。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

在本申请的描述中，所涉及的术语“第一、第二”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一、第二”等在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。除非另有说明，“多个”的含义是至少两个。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，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”等应做广义理解，例如，“连接”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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

相关技术中，异步电机是定子送入交流电，产生旋转磁场，转子受感应而产生磁场，两个磁场的作用下，使得转子跟着定子的旋转磁场而转动，其中，转子比定子旋转磁场慢，有个转差，不同步，所以称为异步电机。异步电机的转子是短路的绕组，靠电磁感应产生电流。异步电机简单、成本低，易于安装和维护，缺点是效率低及功率因素低，对电网不利。此外，转子磁场来自定子励磁，存在铜耗，能量转化率比永磁同步电机低。

本申请实施例提供了一种用于异步电机的转子，该转子能够有效改善异步电机的启动及正常运行相关的性能。该转子包括：转子铁芯、端环、多个第一转子导条及多个第二转子导条；转子铁芯套装于转子的转轴上，转子铁芯上构造沿着转子铁芯的周向间隔分布的多个第一安装槽和多个第二安装槽，多个第一安装槽及多个第二安装槽均沿转子铁芯的轴向贯通；端环设置于转子铁芯的轴向两端；多个第一转子导条设置于多个第一安装槽内，且串接于轴向两端的端环之间，形成第一转子鼠笼；多个第二转子导条，设置于多个第二安装槽内，且串接于轴向两端的端环之间，形成第二转子鼠笼；其中，第一转子鼠笼相较于第二转子鼠笼靠近定子，第一安装槽的数量不等于定子上用于绕制绕组的开口槽的数量，第二安装槽的数量等于开口槽的数量。

可以理解的是，电机启动时，第一转子鼠笼与定子配合，相当于不等槽配合，可以避免电机启动瞬间产生的同步附加转矩，利于电机启动；电机运行时，第二转子鼠笼与定子配合，相当于等槽配合，可以有效减少高频电流损耗和脉振损耗，提高电机的运行效率。

需要说明的是，第二转子鼠笼与定子等槽配合，即第二安装槽的数量等于定子上开口槽的数量，相邻两第二转子导条中由定子齿谐波磁通产生的感应电势大小相等，相位相同，因此，在它们之间不会产生电流(包括横向电流)，这表明，在等槽配合时，定子齿谐波磁通不会在转子中产生高频电流损耗(包括横向电流损耗)。此外，当第二转子鼠笼与定子等槽配合时，由于转子齿顶的宽度将十分接近定子齿谐波的波长，因此，转子齿中由定子齿谐波磁通引起的脉振较小，脉振损耗也就较小。同理，定子齿中由转子齿谐波磁通引起的脉振损耗也较小。如此，基于第二转子鼠笼与定子的等槽配合方式，可以极大减小电机运行损耗，提高运行效率。

此外，基于第一转子鼠笼与定子不等槽配合，即第一安装槽的数量不等于定子上开口槽的数量，可以有效避免电机启动时的同步附加转矩导致的电机无法启动。

示例性地，当第一转子鼠笼与定子不等槽配合时，第一安装槽的数量可以大于开口槽的数量或者小于开口槽的数量。

当转子的安装槽数量与定子的开口槽数量存在差异时，转子的安装槽数多于或少于定子的开口槽数对附加损耗的影响与转子的类型有关。对于铜条笼型转子或直槽铝铸转子，定子侧与转子侧的附加损耗在数量级上比较接近，然而，采用多槽转子(即转子的安装槽数多于定子的开口槽数)时，转子中的谐波损耗虽比采用少槽转子(即转子的安装槽数少于定子的开口槽数)时有所增加，但因转子齿谐波损耗的幅值减小，其在定子齿中产生的脉振损耗也随之变小，总的附加损耗与采用少槽转子时差不多。但对于斜槽铝铸转子，由于导条间存在横向电流引起的相应损耗，数值较大，而且随着槽数增加而迅速增大，因此，转子侧的附加损耗比定子侧的大得多。

在一实施例中，第一安装槽的数量小于开口槽的数量，利于减少电机启动时的附加损耗。

在一些实施例中，第一安装槽沿转子铁芯的周向均匀间隔设置；和/或，第二安装槽沿转子铁芯的周向均匀间隔设置。

可以理解的是，通过在转子铁芯上均匀间隔设置上述的第一安装槽和第二安装槽，使得转子上因电磁感应产生的磁场强度及感应电流分布均匀，利于电机可靠运行。

为了可靠地实现基于第一转子鼠笼与定子的不等槽配合实现电机启动，并基于第二转子鼠笼与定子的等槽配合减少电机的运行损耗，在一实施例中，第一转子导条的电阻率大于第二转子导条的电阻率。如此，第一转子鼠笼的电阻大、漏抗小，第二转子鼠笼的电阻小、漏抗大。

当电机启动时，由于异步电机的转子和定子的转差率大，使得转子的电流频率较高，而电流频率较高时，转子的电流集中在哪里主要由漏抗大小起主导作用，由于集肤效应(电流趋向于集中在导电体外表)的存在，第一转子鼠笼和第二转子鼠笼的电流分配主要取决于其漏抗的大小。第一转子鼠笼的漏抗小，第二转子鼠笼的漏抗大，所以启动瞬间的电流主要集中于不等槽的第一转子鼠笼上，相当于只有第一转子鼠笼的不等槽在起作用。由于不等槽结构不存在有害的同步附加转矩，所以电机能够正常启动。

而当电机启动完成正常运行时，由于异步电机的转子和定子的转差率变小，转子的电流频率较低，漏抗小，第一转子鼠笼、第二转子鼠笼的漏阻抗中电阻起主要作用，第一转子鼠笼和第二转子鼠笼的电流分配主要取决于其电阻大小。由于第二转子鼠笼的电阻小，所以正常运行时电流主要集中在第二转子鼠笼，相当于只有第二转子鼠笼在起作用。而第二转子鼠笼等槽配合结构具有效率高的优点。因此，本申请实施例的双笼不等槽结构既兼顾了正常启动，又具有较高的运行效率。

示例性地，第一转子导条采用电阻率相对较大的黄铜、铝或者青铜材料制成，第二转子导条采用电阻率相对较小的紫铜材料制成，使得第一转子鼠笼的电阻大、漏抗小，第二转子鼠笼的电阻小、漏抗大。

可以理解的是，当电机启动时，转子的电流频率较高，由于集肤效应的存在，第一转子鼠笼和第二转子鼠笼的电流分配主要取决于其漏抗的大小。第一转子鼠笼的漏抗小，第二转子鼠笼的漏抗大，所以启动瞬间的电流主要集中于不等槽的第一转子鼠笼上，相当于只有第一转子鼠笼的不等槽在起作用。由于不等槽结构不存在有害的同步附加转矩，所以电机能够正常启动。

可以理解的是，当电机启动完成正常运行时，转子的电流频率较低，漏抗小，第一转子鼠笼、第二转子鼠笼的漏阻抗中电阻起主要作用，第一转子鼠笼和第二转子鼠笼的电流分配主要取决于其电阻大小。由于第二转子鼠笼的电阻小，所以正常运行时电流主要集中在第二转子鼠笼，相当于只有第二转子鼠笼在起作用。而第二转子鼠笼等槽配合结构具有效率高的优点。因此，本申请实施例的双笼不等槽结构既兼顾了正常启动，又具有较高的运行效率。

在一些实施例中，端环的数量为两个；第一转子导条及第二转子导条沿转子铁芯的轴向的第一端均连接两个端环中的一个，第一转子导条及第二转子导条沿转子铁芯的轴向的第二端均连接两个端环中的另一个。

这里，可以在转子铁芯轴向的两端分别设置一端环，第一转子导条及第二转子导条均串接于上述两个端环之间，可以简化结构设置。

在一些实施例中，端环的数量为四个；第一转子导条沿转子铁芯的轴向的第一端、第二端分别连接四个端环中的两个，第二转子导条沿转子铁芯的轴向的第一端、第二端分别连接四个端环中的余下两个。

这里，可以在转子铁芯轴向的两端分别设置两端环，形成两组相对设置的端环组件，第一转子导条、第二转子导条分别串接于不同的端环组件之间，使得第一转子鼠笼与第二转子鼠笼互相独立。

本申请实施例还提供了一种异步电机，包括本申请实施例的转子。

在一些实施例中，异步电机还包括：定子，转子套设于定子之外，即异步电机采用外转子结构。

在一些实施例中，异步电机还包括：定子，定子套设于转子之外，即异步电机采用内转子结构。

下面以内转子结构的异步电机为例进行说明，如图1及图2所示，异步电机包括定子10及设置于定子10之内的转子20，其中，定子10包括定子铁芯11、开设于定子铁芯11上的开口槽12及绕制于开口槽12内的绕组13，转子20包括：转子铁芯21，转子铁芯21上构造沿着转子铁芯21的周向间隔分布的多个第一安装槽211和多个第二安装槽212，多个第一安装槽211及多个第二安装槽212均沿转子铁芯21的轴向贯通，转子20还包括设置于转子铁芯21的轴向两端的端环、多个第一转子导条及多个第二转子导条(图中未示出)。多个第一转子导条设置于多个第一安装槽211内，且串接于轴向两端的端环之间，形成上鼠笼(即第一转子鼠笼)，多个第二转子导条设置于多个第二安装槽212内，且串接于轴向两端的端环之间，形成下鼠笼(即第二转子鼠笼)，上鼠笼为槽数略少于开口槽12槽数的第一道转子鼠笼槽，材料可为电阻率较大的黄铜或铝、青铜等。下鼠笼为槽数等于开口槽12槽数的第二道转子鼠笼槽，材料可为电阻率较低的紫铜等。由于上下鼠笼的位置关系和材料不同，导致上鼠笼电阻大，漏抗小；下鼠笼电阻小，漏抗大。

当电机启动时，转子的电流频率较高，由于集肤效应的存在，上下鼠笼的电流分配主要取决于其漏抗的大小。上鼠笼漏抗小，下鼠笼漏抗大，所以启动瞬间电流主要集中于不等槽的上鼠笼，相当于只有上鼠笼的不等槽在起作用。由于不等槽结构不存在有害的同步附加转矩，所以电机能够正常启动。

而当电机启动完成正常运行时，转子的电流频率低，漏抗小，上、下鼠笼的漏阻抗中电阻起主要作用，上下鼠笼之间电流分别取决于他们的电阻大小。由于下鼠笼电阻小，所以正常运行时电流主要集中在下鼠笼，相当于只有下鼠笼在起作用。而下鼠笼等槽配合结构具有效率高的优点，故这种双笼不等槽结构既兼顾了电机的正常启动，又具有较高的运行效率。

需要说明的是：本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。