CN104269987A - 永磁同步电机及具有其的压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机及具有其的压缩机，所述永磁同步电机包括：定子和转子，转子包括转子铁芯和多个转子磁体，转子铁芯具有多个放置槽，多个转子磁体设在多个放置槽内，转子铁芯上形成有多条狭缝，狭缝位于对应的放置槽与转子铁芯的外周壁之间，第一d轴与第一q轴之间的狭缝分布在以O₁点为圆心的同心圆上，点O₁与直线u之间的垂直距离L₁满足：L₁≥R-L₂/2，以转子的中心O为定点、将点O₁与转子的中心O的连线定义为连线v，连线v与第二d轴的夹角α满足：α≤270°/P。根据本发明的永磁同步电机，改善了气隙磁密波形及反电势波形，降低齿槽转矩幅值和负载转矩波动，有利于径向电磁力的降低，从而改善了电机的电磁噪声。

Description

永磁同步电机及具有其的压缩机

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，尤其是涉及一种永磁同步电机及具有其的压缩机。

背景技术

相关技术中指出，永磁电机具有绕有线圈的定子和具有永磁体的转子。转子铁芯内部设置有放置槽以放置永磁体。一般需要获得尽量正弦化的气隙磁场，削弱谐波，从而获得尽量平稳的转矩输出以及尽量小的径向电磁力，使得电机性能高效，振动噪声低。然而，内置式永磁电机磁铁为平行充磁，不利于正弦化气隙磁场的形成。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种永磁同步电机，永磁同步电机的结构简单。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述永磁同步电机的压缩机。

根据本发明第一方面实施例的永磁同步电机，包括：定子；和转子，所述转子包括转子铁芯和多个转子磁体，所述转子铁芯具有沿周向间隔开分布的多个放置槽，所述多个转子磁体设在所述多个放置槽内，所述转子铁芯上形成有多条狭缝，所述狭缝位于对应的所述放置槽与所述转子铁芯的外周壁之间，以所述转子的中心O为定点，将所述多个放置槽中的其中一个的中心与所述转子的所述中心O的连线定义为第一d轴，将与所述多个放置槽中的所述其中一个相邻的所述放置槽的中心与所述转子的所述中心O的连线定义为第二d轴，所述第一d轴与所述第二d轴的角平分线定义为第一q轴，过所述转子的所述中心O且与所述第一d轴垂直的直线定义为直线u，其中所述第一d轴与所述第一q轴之间的所述狭缝分布在以O₁点为圆心的同心圆上，所述点O₁与所述直线u之间的垂直距离L₁满足：L₁≥R-L₂/2，以所述转子的所述中心O为定点、将所述点O₁与所述转子的所述中心O的连线定义为连线v，所述连线v与所述第二d轴的夹角α满足：α≤270°/P，其中，所述R为所述转子的所述中心O沿所述第一d轴到所述转子的外周壁之间的距离，所述L₂为对应的所述放置槽的外侧沿所述第一d轴到所述转子的外周壁之间的距离，所述P为转子极数。

根据本发明实施例的永磁同步电机，有效地改善了气隙磁密波形，改善反电势波形，降低齿槽转矩幅值和负载转矩波动，有利于径向电磁力的降低，从而改善了电机的电磁噪声。同时，通过将狭缝设置成使得磁通整体沿d轴汇聚的形状，有效地提升电机的输出功率。当永磁同步电机应用在压缩机上时，实现了压缩机噪声的低噪声化以及高效化。

可选地，所述点O₁位于所述第一q轴上。

优选地，过所述第一d轴与所述转子的外周壁的交点作所述转子的切线m，所述点O₁为所述第一q轴与所述切线m的交点。

可选地，所述第一d轴与所述第一q轴之间具有多条所述狭缝，相邻的两条所述狭缝之间的距离均相等。

可选地，所述转子的外周壁与对应的所述放置槽之间的所述狭缝关于对应的所述放置槽的中心与所述转子的所述中心O的连线对称。

进一步地，每条所述狭缝由直线和/或曲线构成。

可选地，每条所述狭缝为圆弧形状。

或者可选地，每条所述狭缝由一段或多段直线段拟合而成。

可选地，所述转子铁芯由多个转子冲片叠置而成，其中每个所述狭缝的宽度大于对应的所述转子冲片的厚度。

可选地，每个所述放置槽与所述转子的外周壁之间的所述狭缝的条数为n，所述n满足：n≥4。

根据本发明第二方面实施例的压缩机，包括根据本发明上述第一方面实施例的永磁同步电机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的示意图，其中转子极数为4；

图2是图1中所示的转子的示意图；

图3a和图3b是具有不同形状的缝隙的转子的局部示意图；

图4是图1中所示的转子的另一个示意图；

图5是采用根据本发明实施例的永磁同步电机的气隙磁密波形随缝隙条数n的变化图；

图6是采用根据本发明实施例的永磁同步电机的反电动势波形随缝隙条数n的变化图；

图7是采用根据本发明实施例的永磁同步电机的齿槽转矩幅值随缝隙条数n的变化图；

图8是根据本发明另一个实施例的永磁同步电机的示意图，其中转子极数为6；

图9是图8中所示的转子的示意图；

图10是根据本发明实施例的压缩机的纵向剖面图。

附图标记：

100：永磁同步电机；

1：定子；11：定子铁芯；111：定子槽；12：定子绕组；

2：转子；21：转子铁芯；211：放置槽；212：狭缝；22：转子磁体；

31：第一d轴；32：第二d轴；33：第一q轴；

200：压缩机；

201：壳体；202：气缸；2021：压缩腔；203：主轴承；204：副轴承；

205：活塞；206：曲轴；2061：偏心部。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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。

下面参考图1-图9描述根据本发明第一方面实施例的永磁同步电机100。

如图1和图8所示，根据本发明第一方面实施例的永磁同步电机100，包括定子1和转子2。其中，定子1配置在转子2外侧。

定子1包括定子铁芯11和缠绕在定子铁芯11上的定子绕组12。参照图1和图8，定子铁芯11上形成有用于容纳转子2的中心孔和与中心孔连通的多个定子槽111，多个定子槽111在定子铁芯11的周向上均匀分布，定子绕组12穿过多个定子槽111缠绕在定子铁芯11上。

可以理解，定子槽111的个数可以根据实际要求具体布置，例如，在图1的示例中示出了六个定子槽111，在图8的示例中示出了九个定子槽111，但不限于此。

转子2包括转子铁芯21和多个转子磁体22，转子铁芯21具有沿周向间隔开分布的多个放置槽211，多个放置槽211优选沿转子铁芯21的周向均匀分布，多个转子磁体22设在多个放置槽211内，如图1所示，每个放置槽211内均安装有一个转子磁体22。其中，每个转子磁体22为永磁体。永磁同步电机100通电后，转子2的永磁体磁场以及定子绕组12磁场相互作用产生电磁力，使得转子2转动。

其中，转子铁芯21上形成有多条狭缝212，狭缝212为细长形状，且大体沿转子铁芯21的径向延伸，狭缝212位于对应的放置槽211与转子铁芯21的外周壁之间，此时狭缝212位于放置槽211的外侧。需要说明的是，狭缝212为狭窄细长的缝孔。

如图2所示，以转子2的中心O为定点，将多个放置槽211中的其中一个(例如，图2中最上方的放置槽211)的中心与转子2的中心O的连线定义为第一d轴31，将与多个放置槽211中的上述其中一个相邻的放置槽211(例如，图2中右侧的放置槽211)的中心与转子2的中心O的连线定义为第二d轴32，第一d轴31与第二d轴32的角平分线定义为第一q轴33，此时第一q轴33与第一d轴31的夹角等于第一q轴33与第二d轴32的夹角。其中，第一d轴31、第二d轴32以及第一q轴33均为以转子2的中心O为定点的射线。这里，需要说明的是，d轴、q轴的定义等已为本领域的技术人员所熟知，这里不再详细描述。

其中，第一d轴31与第一q轴33之间的狭缝212分布在以O₁点为圆心的同心圆上。这里包括以下两种情况：第一、第一d轴31与第一q轴33之间的狭缝212为一条；第二、第一d轴31与第一q轴33之间的狭缝212为多条，即两条或两条以上。

在上述第一种情况下，第一d轴31与第一q轴33之间的上述一条狭缝212位于以O₁点为圆心的圆上。在第二种情况下，第一d轴31与第一q轴33之间的多条狭缝212分别位于以O₁点为圆心的同心圆上，换言之，多条狭缝212位于以O₁点为圆心、半径不同的多个圆上。可以理解，以O₁点为圆心的圆的具体半径可以根据实际要求具体选用，本发明对此不作特殊限定。

每条狭缝212为圆弧状或拟合线段形状，即狭缝212可以大致按圆弧状分布，也可以采用直线或曲线拟合圆弧的方式，从而实现磁路的合理化。

具体而言，每条狭缝212可以由直线段和/或曲线段构成，也就是说，每条狭缝212可以由一段或多段直线段构成例如拟合而成，也可以由一段或多段曲线段构成，或者每条狭缝212为直线段和曲线段的结合。需要理解的是，无论狭缝212的具体形状是如何构成的，每条狭缝212的形状应当与其所在的圆的圆弧状轮廓大体相同。

进一步地，每条狭缝212为直线段、弧线段等形状中的一种或多种，拟合形状趋势大致按圆弧状分布。例如在图3a的示例中，每条狭缝212为圆弧形状。例如在图3b的示例中，每条狭缝212由两段直线段拟合而成。

点O₁与直线u之间的垂直距离L₁满足：

L₁≥R-L₂/2

其中，直线u为过转子2的中心O且与第一d轴31垂直的直线，R为转子2的中心O沿第一d轴31到转子2的外周壁之间的距离，L₂为对应的放置槽211的外侧沿第一d轴31到转子2的外周壁之间的距离。这里，需要说明的是，当转子2的外周为整圆结构，即为一个完整的圆形，R为转子2的半径；在与第一d轴31平行的方向上，L₂为对应的放置槽211的外侧与转子2的外周壁之间的最大距离。

可以理解，本发明同样适用于转子2外周为非整圆结构的永磁同步电机100。这里，需要说明的是，转子2外周优选为整圆结构，由此，具有更好的制造性，也具有更小的风摩损耗，从而可以进一步提升电机效率。

连线v与第二d轴32的夹角α满足：

α≤270°/P

其中，以转子2的中心O为定点、将点O₁与转子2的中心O的连线定义为连线v，连线v为以转子2的中心O为定点的射线。P为转子极数。需要说明的是，转子铁芯21上其它位置的狭缝212的形成方式与图2中所示的第一d轴31与第一q轴33之间的狭缝212的形成方式相同，这里不再赘述。

参照图1并结合图2-图4，转子极数P＝4，且第二d轴32与直线u重合。第一d轴31与第一q轴33之间的每条狭缝212大致按以点O₁为圆心的圆弧状分布，由P＝4可知，点O₁到转子2中心O的连线v与第二d轴32的夹角α满足α≤67.5°，且点O₁到直线u的垂直距离L₁满足L₁≥R-L₂/2，此时每条狭缝212大体为朝向对应的d轴凸出的圆弧状。由此，在设定狭缝212整体形状的同时，保证狭缝212大致沿转子2径向分布，同时保证磁路朝向转子2磁极中心汇聚。

参照图8并结合图9，转子极数P＝6，第二d轴32与直线u不重合。第一d轴31与第一q轴33之间的每条狭缝212大致按以点O₁为圆心的圆弧状分布，由P＝6可知，点O₁到转子2中心O的连线v与第二d轴32的夹角α满足α≤45°，且点O₁到直线u的垂直距离L₁满足L₁≥R-L₂/2，此时每条狭缝212大体为朝向对应的d轴凸出的圆弧状。

由此，根据本发明实施例的永磁同步电机100的结构的适用性广，可应用于4极、6极等各种极数的内嵌式永磁同步电机100。

图5是应用本发明实施例的永磁同步电机100的气隙磁密波形随狭缝条数n的变化图。从图5中可以看出，当狭缝条数n较低时，气隙磁密波形畸变大；而随着狭缝条数n越大，气隙磁密波形正弦度越好。其中，n为每个放置槽211与转子2的外周壁之间的狭缝212的条数，即每个磁极狭缝数，例如在图2的示例中，n＝10。

图6是应用本发明实施例的永磁同步电机100的反电动势波形随狭缝条数n的变化图。从图6中可以看出，当狭缝条数n较低时，反电动势波形畸变大；而随着狭缝条数n越大，反电动势波形正弦度越好。尤其是当n≥4时，反电动势波形改善较好。

图7是应用本发明实施例的永磁同步电机100的齿槽转矩幅值随狭缝条数n的变化图。从图7中可以看出，当狭缝条数n＜4时，齿槽转矩幅值较大；当n≥4时，齿槽转矩幅值降低效果非常明显，这对于改善电磁噪音是非常有利的。

综合气隙磁密波形、反电势波形及齿槽转矩幅值随狭缝条数n的变化趋势，本发明选取每个放置槽211与转子2的外周壁之间的狭缝条数n≥4。可以理解，狭缝条数n的具体数值可以根据实际要求具体布置，本发明对此不作具体限定。

根据本发明实施例的永磁同步电机100，有效地改善了气隙磁密波形，进一步改善反电势波形，降低齿槽转矩幅值和负载转矩波动，有利于径向电磁力的降低，从而改善了电机的电磁噪声。同时，通过将狭缝212设置成使得磁通整体沿d轴汇聚的形状，有效地提升电机的输出功率。当永磁同步电机100应用在压缩机200上时，实现了压缩机200噪声的低噪声化以及高效化。

根据本发明的一个实施例，第一d轴31与第一q轴33之间具有多条狭缝212，相邻的两条狭缝212之间的距离均相等。如图3a和图3b所示，第一d轴31与第一q轴33之间具有五条狭缝212，五条狭缝212的半径从小到大依次为R1、R2、R3、R4、R5，R1、R2、R3、R4、R5基本满足如下关系：R2-R1＝R3-R2＝R4-R3＝R5-R4。由此，保证相邻狭缝212大致等间距地分布，从而可以进一步提高永磁同步电机100的性能，降低振动噪声。

如图4所示，点O₁位于第一q轴33上，以形成进一步优化磁路的狭缝212。优选地，过第一d轴31与转子2的外周壁的交点作转子2的切线m，点O₁为第一q轴33与切线m的交点。由此，转子磁体22的利用率最高，气隙磁密波形正弦度最好，在进一步改善电磁噪音的同时，提供较高的输出功率。而且，O₁点选取方便，节省了时间，从而节约了成本。

优选地，转子2的外周壁与对应的放置槽211之间的狭缝212关于对应的放置槽211的中心与转子2的中心O的连线对称，也就是说，狭缝212沿磁极中线对称分布。由此，进一步保证了气隙磁密波形的正弦化。

参照图2、图4和图9，一个放置槽211与转子2的外周壁之间的多条狭缝212关于该放置槽211的中心与转子2的中心O的连线对称。例如，如图2和图4所示，最上方的放置槽211与转子2的外周壁之间的十条狭缝212左右对称，具体而言，第一d轴31左侧的五条狭缝212与其右侧的五条狭缝212关于第一d轴31左右对称。

可选地，转子铁芯21由多个转子冲片(图未示出)叠置而成，其中每个狭缝212的宽度大于对应的转子冲片的厚度。其中，多个转子冲片优选厚度相等。由此，在保证狭缝212气隙有效隔磁的同时，也有利于转子2的制造加工。

根据本发明实施例的永磁同步电机100，永磁同步电机100的结构简单，性能高效，且噪声低。

如图10所示，根据本发明第二方面实施例的压缩机200，包括根据本发明上述第一方面实施例的永磁同步电机100。其中，压缩机200可以为单缸或多缸压缩机。

例如在图10的示例中，压缩机200还包括壳体201和压缩机构，永磁同步电机100和压缩机构均容纳在壳体201内，且永磁同步电机100和压缩机构上下设置。具体而言，压缩机构包括气缸202、主轴承203、副轴承204、曲轴206、活塞205和滑片(图未示出)，主轴承203设在气缸202的顶部，且副轴承204设在气缸202的底部，主轴承203、副轴承204和气缸202共同限定出压缩腔2021，活塞205设在压缩腔2021内且沿压缩腔2021的内壁可滚动，气缸202上形成有滑片槽，滑片可移动地设在滑片槽内，滑片的内端与活塞205的外周壁止抵，曲轴206的上端与永磁同步电机100的转子2固定，曲轴206的下端穿过主轴承203伸入压缩腔2021内，曲轴206上具有偏心部2061，偏心部2061位于压缩腔2021内以带动套设在其上的活塞205转动。由此，压缩机200工作时，可以对进入到压缩腔2021内的冷媒进行压缩。

根据本发明实施例的压缩机200，通过采用根据本发明上述第一方面实施例的永磁同步电机100，可以提升压缩机200的性能，降低压缩机200的噪声。

根据本发明实施例的压缩机200的其他构成例如等以及操作对于本领域技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种永磁同步电机，其特征在于，包括：

定子；和

转子，所述转子包括转子铁芯和多个转子磁体，所述转子铁芯具有沿周向间隔开分布的多个放置槽，所述多个转子磁体设在所述多个放置槽内，所述转子铁芯上形成有多条狭缝，所述狭缝位于对应的所述放置槽与所述转子铁芯的外周壁之间，

以所述转子的中心O为定点，将所述多个放置槽中的其中一个的中心与所述转子的所述中心O的连线定义为第一d轴，将与所述多个放置槽中的所述其中一个相邻的所述放置槽的中心与所述转子的所述中心O的连线定义为第二d轴，所述第一d轴与所述第二d轴的角平分线定义为第一q轴，

过所述转子的所述中心O且与所述第一d轴垂直的直线定义为直线u，

其中所述第一d轴与所述第一q轴之间的所述狭缝分布在以O₁点为圆心的同心圆上，所述点O₁与所述直线u之间的垂直距离L₁满足：L₁≥R-L₂/2，

以所述转子的所述中心O为定点、将所述点O₁与所述转子的所述中心O的连线定义为连线v，所述连线v与所述第二d轴的夹角α满足：α≤270°/P，

其中，所述R为所述转子的所述中心O沿所述第一d轴到所述转子的外周壁之间的距离，所述L₂为对应的所述放置槽的外侧沿所述第一d轴到所述转子的外周壁之间的距离，所述P为转子极数。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述点O₁位于所述第一q轴上。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机，其特征在于，过所述第一d轴与所述转子的外周壁的交点作所述转子的切线m，所述点O₁为所述第一q轴与所述切线m的交点。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的永磁同步电机，其特征在于，所述第一d轴与所述第一q轴之间具有多条所述狭缝，相邻的两条所述狭缝之间的距离均相等。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述转子的外周壁与对应的所述放置槽之间的所述狭缝关于对应的所述放置槽的中心与所述转子的所述中心O的连线对称。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，每条所述狭缝由直线段和/或曲线段构成。

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机，其特征在于，每条所述狭缝为圆弧形状。

8.根据权利要求6所述的永磁同步电机，其特征在于，每条所述狭缝由一段或多段直线段拟合而成。

9.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述转子铁芯由多个转子冲片叠置而成，其中每个所述狭缝的宽度大于对应的所述转子冲片的厚度。

10.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，每个所述放置槽与所述转子的外周壁之间的所述狭缝的条数为n，所述n满足：n≥4。

11.一种压缩机，其特征在于，包括根据权利要求1-10中任一项所述的永磁同步电机。