CN102761183B - 电动机转子及具有其的电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动机转子及具有其的电动机。根据本发明的电动机转子，包括铁心和设于铁心内部的永磁体，铁心上沿铁心的周向方向上设置有多组安装槽，每组安装槽包括两个或者两个以上在铁心的径向方向上间断设置的安装槽；永磁体为多组，每组永磁体中的各个永磁体对应地嵌入每组安装槽的各个安装槽中。根据本发明的电动机，包括前述的电动机转子。本发明的电动机转子及具有其的电动机，提高了电动机转子的磁阻转矩，从而提高了电机输出转矩，也就提高了电动机效率。另外，本发明无需通过增加稀土类永磁体提高电动机效率，从而减少了稀土用量，一方面节约了能源，减轻了环境负担，另一方面降低了成本，提升了产品竞争力。

Description

电动机转子及具有其的电动机

技术领域

本发明涉及电动机领域，更具体地，涉及一种电动机转子及具有其的电动机。

背景技术

永磁同步电动机(IPM)是一种在转子内侧放置一层永磁体、主要利用永磁转矩、磁阻转矩为辅助的电动机。

磁阻转矩与永磁转矩的合成公式如下：T＝mp(L_q-L_d)i_di_q+mpψ_PMi_q。

其中，T为电机输出转矩，提高T的值，可以提高电机性能；T后等式中的第一项为磁阻转矩，第二项为永磁转矩；Ψ_PM为电机永磁体产生的定转子耦合磁通的最大值，m为定子导体的相数，L_d、L_q分别为d轴和q轴电感，其中d轴指与主磁极轴线重合的轴，q轴指与主磁极轴线垂直的轴，其中的垂直指的是电角度；i_d、i_q分别是电枢电流在d轴、q轴方向上的分量。

现有技术中主要通过提高永磁体的性能来提高电机性能，即通过提高永磁转矩的做法来提高合成转矩的值，进而提高电动机效率，常见的做法就是内置稀土类永磁体。但是，由于稀土是不可再生资源，且价格昂贵，因此该种电机更广泛的应用受到了限制。另外，仅仅靠提高永磁体性能来提高电机性能，也无法满足进一步提高电动机效率的迫切要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种通过提高磁阻转矩来提高电机效率、从而能够减少稀土类永磁体用量的电动机转子及具有其的电动机。

根据本发明的一个方面，提供了一种电动机转子，包括铁心和设于铁心内部的永磁体，铁心上沿铁心的周向方向上设置有多组安装槽，每组安装槽包括两个或者两个以上在铁心的径向方向上间断设置的安装槽；永磁体为多组，每组永磁体中的各个永磁体对应地嵌入每组安装槽的各个安装槽中。

进一步地，每组安装槽中包括第一安装槽和第二安装槽，第一安装槽和第二安装槽中嵌入的永磁体分别为第一永磁体和第二永磁体，每组永磁体中的各个永磁体在沿永磁体的对称线的方向上的厚度之和为T，各个永磁体在沿永磁体的对称线的方向上的距离之和为g，则：

进一步地，每组安装槽中包括第一安装槽、第二安装槽和第三安装槽，第一安装槽、第二安装槽和第三安装槽中嵌入的永磁体分别为第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，每组永磁体中的各个永磁体在沿永磁体的对称线的方向上的厚度之和为T，各个永磁体在沿永磁体的对称线的方向上的距离之和为g，则：

进一步地，各个永磁体的两端与其嵌入的安装槽的两端之间具有空隙。

进一步地，永磁体的两端与安装槽的两端之间的空隙中填充非导磁介质。

进一步地，永磁体在垂直于转子的轴线上的横截面的中间厚度大于或等于其两端厚度。

进一步地，永磁体在垂直于转子的轴线上的横截面形状为矩形。

进一步地，安装槽在垂直于转子的轴线上的截面形状为U字形。

进一步地，每组永磁体中包括在垂直于转子的轴线上的横截面为弧形的永磁体。

进一步地，每组永磁体中的各个永磁体的沿转子的径向靠近转子中心的表面为弧形表面。

进一步地，每组永磁体中的各个永磁体均为横截面为弧形的永磁体。

进一步地，每组永磁体中，沿转子的径向位于最外侧的永磁体的远离转子中心的表面为平面，靠近转子中心的表面为弧形表面。

进一步地，每组永磁体中，各永磁体的弧形表面均为朝转子中心凸起。

进一步地，每组永磁体中，各永磁体的弧形表面中越靠近转子中心的弧形表面弧度越大。

根据本发明的一个方面，还提供了一种电动机，包括前述的电动机转子。

采用本发明的电动机转子及具有其的电动机，铁心上沿铁心的周向方向上设置有多组安装槽，每组安装槽包括两个或者两个以上在铁心的径向方向上间断设置的安装槽，多组永磁体中的各个永磁体对应地嵌入每组安装槽的各个安装槽中。由于d轴放置了多层永磁体，而永磁体本身的磁阻很大，与空气磁导率相当，因此在d轴方向上的电感L_d较小，而q轴方向因为铁心本身具有较高的磁导率，所以q轴电感L_q较大，因此提高了电动机转子的磁阻转矩，从而提高了电动机效率，无需使用增加稀土类永磁体用量的方法，从而减少了稀土用量。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的发动机转子的第一实施例的结构示意图；

图2是根据本发明的发动机转子的第二个实施例的结构示意图；

图3是根据本发明的发动机转子的第三个实施例的结构示意图；

图4是根据本发明的发动机转子的第一实施例的永磁体的厚度以及永磁体之间的间隔的示意图；

图5是根据本发明的发动机转子的第二实施例的永磁体的厚度以及永磁体之间的间隔的示意图；

图6是根据本发明的发动机转子的第一实施例的d轴和q轴的电感差与永磁体厚度及永磁体间隔的关系示意图；

图7是根据本发明的发动机转子的第二实施例的d轴和q轴的电感差与永磁体厚度及永磁体间隔的关系示意图；以及

图8为根据本发明的第一实施例的磁通分布效果图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示的根据本发明的发动机转子的第一实施例，电动机转子包括铁心10和设于铁心10内部的永磁体20，铁心10上沿铁心10的周向方向上设置有多组安装槽30，每组安装槽30包括两个或者两个以上在铁心10的径向方向上间断设置的安装槽30；永磁体20为多组，每组永磁体20中的各个永磁体20对应地嵌入每组安装槽30的各个安装槽30中。

图1中的发动机转子的铁心10由硅钢板叠压而成并具有一定叠高，以铁心10的轴心为圆心并沿其圆周方向均匀分布了6组安装槽30，每组安装槽30又包括2层弧形的安装槽30。发动机转子的d轴和q轴如图中所示，安装槽30沿d轴方向依次收敛变小。在安装槽30中放入永磁体20，放置时要求同一组内的永磁体20朝发动机转子的外周方向呈同一极性，例如图1中所示，d轴方向上两层永磁体全部显示S极；同时要求相邻的两组永磁体20的磁性相反，6组永磁体20对外沿圆周方向按照NS极交替分布。由于d轴方向上放置了多层永磁体20，而永磁体20本身的磁阻很大，与空气磁导率相当，因此在d轴方向上的电感L_d较小，而q轴方向因为铁心10本身具有较高的磁导率，所以q轴方向上的电感L_q较大，因此提高了电动机转子的磁阻转矩，从而提高了电机输出转矩，也就提高了电动机效率。有了这种途径提高电动机效率，可以替代通过增加稀土类永磁体提高电动机效率的方法，从而减少了稀土用量，一方面节约了能源，减轻了环境负担，另一方面降低了成本，提升了产品竞争力。

在本实施例中，如图1所示，各个永磁体20的两端与其嵌入的安装槽30的两端之间具有空隙。优选地，永磁体20的两端与安装槽30的两端之间的空隙中填充非导磁介质。

如图1所示，每组永磁体20中包括在垂直于转子的轴线上的横截面为弧形的永磁体20，每组永磁体20中的各个永磁体20的沿转子的径向靠近转子中心的表面为弧形表面。在本实施例中，每组永磁体20中的各个永磁体20均为横截面为弧形的永磁体，也即永磁体20的形状为等厚的弧形。弧形的永磁体20比安装槽30略短，将永磁体20插入安装槽30后在永磁体20的两端部均留有的空隙，其中可以填充空气或者其他非导磁性介质。

如图4所示，在电动机转子的第一实施例中，每组安装槽30中包括远离转子中心的第一安装槽和靠近转子中心的第二安装槽，第一安装槽和第二安装槽中嵌入的永磁体20分别为第一永磁体和第二永磁体，每组永磁体20中的各个永磁体20在沿永磁体20的对称线的方向上的厚度之和为T，各个永磁体20在沿永磁体20的对称线的方向上的距离之和为g，则：

如图8所示，当取值满足上述公式时，相邻2层磁钢通道间磁通分布密集，有效地利用了q轴磁路，增大了电机的转矩输出。

具体地说，在转子的轴向方向的横截面上，第一永磁体和第二永磁体的最长边分别为第一最长边和第二最长边，以第一最长边的几何中心到第一最长边上任一点的连线与第一最长边和其相对边的交点之间的距离为第一永磁体的厚度，以第二最长边的几何中心到第二最长边上任一点的连线与第二最长边和其相对边的交点之间的距离为第二永磁体的厚度。以第一永磁体和第二永磁体的两条相对边中的长边的几何中心到第一永磁体和第二永磁体的两条相对边的交点之间的距离为第一永磁体与第二永磁体之间的距离。以第一永磁体和第二永磁体的最大厚度分别为T1和T2，第一永磁体与第二永磁体之间的最大距离为g1。

在本实施例中，各个永磁体20在沿永磁体20的对称线的方向上的厚度即为永磁体20的最大厚度，因此T＝T1+T2。由于本实施例中每组中有两个永磁体20，因此第一永磁体与第二永磁体之间的最大距离g1等于各个永磁体20在沿永磁体20的对称线的方向上的距离之和g，即g＝g1。

根据试验测试数据，得出如图6的第一实施例的发动机转子的d轴和q轴的电感差与永磁体厚度及永磁体间隔的关系示意图，当g与T之比满足

时，获得较大的L_d-L_q值，从而提高了电动机输出转矩，也就提高了电动机效率。

优选地， $\frac{1}{5}\≤\frac{g}{T}\≤\frac{7}{10}.$

如图2所示的根据本发明的发动机转子的第二实施例，以铁心10的轴心为圆心并沿其圆周方向均匀分布了4组安装槽30，每组安装槽30又包括3层弧形的安装槽30。

每组永磁体20中，沿转子的径向位于最外侧的永磁体20的远离转子中心的表面为平面，靠近转子中心的表面为弧形表面，其余的各个永磁体20的远离转子中心的表面以及靠近转子中心的表面均为弧形表面。每组永磁体20中，各永磁体20的弧形表面均朝转子中心方向凸起。每组永磁体20中，各永磁体的弧形表面中越靠近转子中心的弧形表面弧度越大，因此，在本实施例中，永磁体20在垂直于转子的轴线上的横截面的中间厚度大于其两端厚度，即永磁体20为渐变的弧形，其中心厚度最大，两端厚度逐渐减小。

如图3所示的根据本发明的发动机转子的第三实施例，以铁心10的轴心为圆心并沿其圆周方向均匀分布了8组安装槽30，每组安装槽30又包括2层矩形的安装槽30。

永磁体20在垂直于转子的轴线上的横截面形状为矩形，永磁体20在垂直于转子的轴线上的横截面的中间厚度等于其两端厚度。安装槽30在垂直于转子的轴线上的截面形状为U字形。靠近转子中心的永磁体20与其所在的安装槽30之间的空隙大于远离转子中心的永磁体20与其所在的安装槽30之间的空隙。

因为弧形永磁体在成型方面受材料的影响比较大，而且成型后期的精加工工序多，而矩形永磁体的成型及加工工序都相对简单，因此采用矩形永磁体能够提高生产效率，且通用性强，转子上第一层永磁体和第二层永磁体可以相互通用，因此采用方形永磁体能够降低生产成本；同时该设计的U形结构由于磁钢的两侧留有空隙，可以在该空隙中间比较容易的插入不同尺寸的方形永磁体，起到对电机性能调整的作用而且不需要跟换新的转子槽型，能够实现转子结构的通用化。

如图5所示，在电动机转子的第二实施例中，每组安装槽30中包括从远离转子中心起依次靠近转子中心的第一安装槽、第二安装槽和第三安装槽，第一安装槽、第二安装槽和第三安装槽中嵌入的永磁体20分别为第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，每组永磁体20中的各个永磁体20在沿永磁体20的对称线的方向上的厚度之和为T，各个永磁体在沿永磁体20的对称线的方向上的距离之和为g，则：

具体地说，在沿转子的横截面的径向方向上，第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体的最长边分别为第一最长边、第二最长边和第三最长边，以第一最长边的几何中心到第一最长边上任一点的连线与第一最长边和其相对边的交点之间的距离为第一永磁体的厚度，以第二最长边的几何中心到第二最长边上任一点的连线与第二最长边和其相对边的交点之间的距离为第二永磁体的厚度，以第三最长边的几何中心到第三最长边上任一点的连线与第三最长边和其相对边的交点之间的距离为第三永磁体的厚度。以第一永磁体和第二永磁体的两条相对边中的长边的几何中心到第一永磁体和第二永磁体的两条相对边的交点之间的距离为第一永磁体与第二永磁体之间的距离，以第二永磁体和第三永磁体的两条相对边中的长边的几何中心到第二永磁体和第三永磁体的两条相对边的交点之间的距离为第二永磁体与第三永磁体之间的距离。

以第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体的最大厚度分别为T1、T2和T3，第一永磁体与第二永磁体之间的最大距离为g1，第二永磁体与第三永磁体之间的最大距离为g2。如图5所示，在本实施例中，各个永磁体20在沿永磁体20的对称线的方向上的厚度即为各个永磁体20的最大厚度，即每组安装槽30中的各个永磁体20最大厚度之和为T＝T1+T2+T3；各个永磁体20在沿永磁体20的对称线的方向上的距离即为各个永磁体20之间的最大距离，即g＝g1+g2。

如图7的第二实施例的发动机转子的d轴和q轴的电感差与永磁体厚度及永磁体间隔的关系示意图，当g与T之比满足

时，获得较大的L_d-L_q值，从而提高了电动机输出转矩，也就提高了电动机效率。

本发明还提供了一种电动机，包括前述的电动机转子。

本发明的电动机，通过限定永磁体厚度与其间隙之间的关系，提高了磁阻转矩的利用，提高了电机的效率。本发明的电动机可以应用在空调压缩机、电动车以及风扇系统中。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的电动机转子及具有其的电动机，提高了电动机转子的磁阻转矩，从而提高了电机输出转矩，也就提高了电动机效率。有了这种方法提高电动机效率，可以替代通过增加稀土类永磁体提高电动机效率的方法，从而减少了稀土用量，一方面节约了能源，减轻了环境负担，另一方面降低了成本，提升了产品竞争力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种电动机转子，包括铁心（10）和设于所述铁心（10）内部的永磁体（20），其特征在于，

所述铁心（10）上沿所述铁心（10）的周向方向上设置有多组安装槽（30），每组所述安装槽（30）包括两个或者两个以上在所述铁心（10）的径向方向上间断设置的安装槽（30）；

所述永磁体（20）为多组，每组所述永磁体（20）中的各个永磁体（20）对应地嵌入每组安装槽（30）的各个所述安装槽（30）中；

每组所述安装槽（30）中包括第一安装槽和第二安装槽，所述第一安装槽和所述第二安装槽中嵌入的永磁体（20）分别为第一永磁体和第二永磁体，每组所述永磁体（20）中的各个永磁体（20）在沿所述永磁体（20）的对称线的方向上的厚度之和为T，各个永磁体（20）在沿所述永磁体（20）的对称线的方向上的距离之和为g，则：

$\frac{1}{5}\≤\frac{g}{T}\≤\frac{4}{5}.$

2.根据权利要求1所述的电动机转子，其特征在于，各个所述永磁体（20）的两端与其嵌入的所述安装槽（30）的两端之间具有空隙。

3.根据权利要求2所述的电动机转子，其特征在于，所述永磁体（20）的两端与所述安装槽（30）的两端之间的空隙中填充非导磁介质。

4.根据权利要求1所述的电动机转子，其特征在于，所述永磁体（20）在垂直于所述转子的轴线上的横截面的中间厚度大于或等于其两端厚度。

5.根据权利要求4所述的电动机转子，其特征在于，所述永磁体（20）在垂直于所述转子的轴线上的横截面形状为矩形。

6.根据权利要求5所述的电动机转子，其特征在于，所述安装槽（30）在垂直于所述转子的轴线上的截面形状为U字形。

7.根据权利要求4所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中包括在垂直于所述转子的轴线上的横截面为弧形的永磁体。

8.根据权利要求7所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中的各个永磁体（20）的沿所述转子的径向靠近转子中心的表面为弧形表面。

9.根据权利要求7所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中的各个永磁体（20）均为所述横截面为弧形的永磁体。

10.根据权利要求7所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中，沿所述转子的径向位于最外侧的所述永磁体（20）的远离转子中心的表面为平面，靠近转子中心的表面为弧形表面。

11.根据权利要求7所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中，各个所述永磁体（20）的弧形表面均为朝转子中心凸起。

12.根据权利要求7所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中，各个所述永磁体（20）的弧形表面中越靠近转子中心的弧形表面弧度越大。

13.一种电动机转子，包括铁心（10）和设于所述铁心（10）内部的永磁体（20），其特征在于，

所述铁心（10）上沿所述铁心（10）的周向方向上设置有多组安装槽（30），每组所述安装槽（30）包括两个或者两个以上在所述铁心（10）的径向方向上间断设置的安装槽（30）；

所述永磁体（20）为多组，每组所述永磁体（20）中的各个永磁体（20）对应地嵌入每组安装槽（30）的各个所述安装槽（30）中；

每组所述安装槽（30）中包括第一安装槽、第二安装槽和第三安装槽，所述第一安装槽、所述第二安装槽和所述第三安装槽中嵌入的永磁体（20）分别为第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体，每组所述永磁体（20）中的各个永磁体（20）在沿所述永磁体（20）的对称线的方向上的厚度之和为T，各个永磁体（20）在沿所述永磁体（20）的对称线的方向上的距离之和为g，则：

$\frac{2}{5}\≤\frac{g}{T}\≤1.$

14.根据权利要求13所述的电动机转子，其特征在于，各个所述永磁体（20）的两端与其嵌入的所述安装槽（30）的两端之间具有空隙。

15.根据权利要求14所述的电动机转子，其特征在于，所述永磁体（20）的两端与所述安装槽（30）的两端之间的空隙中填充非导磁介质。

16.根据权利要求13所述的电动机转子，其特征在于，所述永磁体（20）在垂直于所述转子的轴线上的横截面的中间厚度大于或等于其两端厚度。

17.根据权利要求16所述的电动机转子，其特征在于，所述永磁体（20）在垂直于所述转子的轴线上的横截面形状为矩形。

18.根据权利要求17所述的电动机转子，其特征在于，所述安装槽（30）在垂直于所述转子的轴线上的截面形状为U字形。

19.根据权利要求16所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中包括在垂直于所述转子的轴线上的横截面为弧形的永磁体。

20.根据权利要求19所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中的各个永磁体（20）的沿所述转子的径向靠近转子中心的表面为弧形表面。

21.根据权利要求19所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中的各个永磁体（20）均为所述横截面为弧形的永磁体。

22.根据权利要求19所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中，沿所述转子的径向位于最外侧的所述永磁体（20）的远离转子中心的表面为平面，靠近转子中心的表面为弧形表面。

23.根据权利要求19所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中，各个所述永磁体（20）的弧形表面均为朝转子中心凸起。

24.根据权利要求19所述的电动机转子，其特征在于，每组所述永磁体（20）中，各个所述永磁体（20）的弧形表面中越靠近转子中心的弧形表面弧度越大。

25.一种电动机，包括权利要求1至24中任一项所述的电动机转子。

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