CN104300710B - 转子、内置式永磁电机以及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转子、内置式永磁电机以及压缩机。其中，转子用于内置式永磁电机，且包括：转子铁芯；多个永磁体，该多个永磁体被间隔地设置在转子铁芯的内部；多个空气槽，设置成邻近永磁体的端部且靠近转子的外圆周；多个凹部，每一凹部布置在转子的外圆周上，使得在转子的外圆周与内置式永磁电机的定子的内圆周之间产生的气隙磁密接近正弦曲线。

Description

转子、内置式永磁电机以及压缩机

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，尤其涉及内置式永磁电机的转子配置、使用该转子的内置式永磁电机以及相关的压缩机。

背景技术

通常，诸如无刷DC电机的永磁电机具有安装在转子芯部上的永磁体以产生旋转驱动力。基于永磁体如何安装到转子芯部上，永磁电机分为表面安装式永磁电机和内置式永磁电机。

典型地，内置式永磁电机具有安装在转子芯部中的多个永磁体。内置式永磁电机包括定子，缠绕在定子上的线圈和转子。其中转子可旋转地设置在定子中。

然而，传统的内置式永磁电机的转子结构往往导致内置式永磁电机的气隙磁场分布不佳，且使得在装配时比较难以保证转子和定子的同心。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

相应地，本发明的目的之一是提供改善内置式永磁电机的气隙磁场分布或内置式永磁电机的最大转矩。

本发明的另一目的是提供降低装配时定子和转子的同心的难度的内置式永磁电机转子。

本发明的又一目的是提供使用上述的转子的内置式永磁电机。

本发明的又一目的是提供使用上述的内置式永磁电机的压缩机。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于内置式永磁电机的转子，包括：

转子铁芯；

多个永磁体，该多个永磁体被间隔地设置在转子铁芯的内部；

多个空气槽，设置成邻近永磁体的端部且靠近转子的外圆周；

多个凹部，每一凹部布置在转子的外圆周上，使得在转子的外圆周与内置式永磁电机的定子的内圆周之间产生的气隙磁密接近正弦曲线。

根据本发明的另一方面，提供了一种内置式永磁电机，该内置式永磁电机包括：

定子，

根据上文所述的转子，该转子可旋转地设置在定子中，且与定子间隔开。

根据本发明的还一方面，提供了一种压缩机，该压缩机使用上文所述的内置式永磁电机。

在本发明中，通过沿着转子的外圆周设置多个凹部，使得最大气隙位置出现在非Q轴位置，从而增加了Q轴电感和最大转矩。

附图说明

现在参照随附的示意性附图，仅以举例的方式，描述本发明的实施例，其中，在附图中相应的附图标记表示相应的部件。

图1是现有技术中的具有圆形转子的内置式永磁电机的横截面示意图；

图2是现有技术中的具有非圆形转子的内置式永磁电机的横截面示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的内置式永磁电机的横截面示意图；

图4是图3所示出的转子的横截面示意图；

图5是图4中的圆圈O的放大示意图；

图6是分别示出图1中的内置式永磁电机和图3中显示的内置式永磁电机的定子内圆周与转子外圆周之间的气隙磁密在180°电角度内的曲线图；和

图7是分别示出图1中的内置式永磁电机和图3中显示的内置式永磁电机的反电动势相对于时间的曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图1-7，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

下面参考附图对根据本发明的实施例的内置式永磁电机进行说明。

图1显示了传统的内置式永磁电机10的横截面视图。该内置式永磁电机10包括：定子1、缠绕在定子1上的线圈(未在图1中示出)以及转子4，该转子4可旋转地设置在定子1中。

定子1包括：通过叠置多个硅钢片所形成的圆筒形定子铁芯2；形成在定子铁芯2中且沿其径向方向向内延伸的定子齿9、在多个定子齿之间分布的定子槽3；以及缠绕定子齿9的线圈(未显示)。

转子4包括：通过叠置多个硅钢片所形成的转子铁芯5，该转子铁芯5设置在定子1的圆柱形腔体中，同时以预定的距离与定子1的圆柱形腔体分开；形成在转子铁芯5中的多个永磁体槽6；以及多个永磁体7，该永磁体7分别插入到永磁体槽6中。通常，在永磁体7被插入到永磁体槽6中之后，在永磁体7的端部上形成永磁体槽间隙61。旋转轴8被插入到形成在转子4的中心的圆柱形腔体中，并由此与转子铁芯5一起旋转。

当电流被供给到缠绕在具有上述结构的传统永磁电机10的定子齿9上的线圈时，线圈的极性被顺序改变，在定子1与转子4之间产生旋转磁场，转子4的磁场跟随该旋转磁场旋转，并产生旋转驱动力。因此，使转子铁芯5与旋转轴8一起旋转。

在内置式永磁电机10中，由于定子1的内圆周和转子4的外圆周之间的间隙的长度是均匀的，因此内置到转子4中的永磁体7通常会在间隙上产生非正弦的气隙磁密，对于正弦波电流供电的永磁电机而言会增大转矩波动。结果，在转子4旋转时会产生振动，使噪音增加。结果，内置式永磁电机10的性能降低。

在现有技术中，为了产生正弦气隙磁场，如图2所示，转子4’通常采用非规则圆形，以在定子的内圆周与转子的外圆周之间获得不均匀的气隙。在图2中，除了转子的外圆周为非规则圆形之外，永磁体槽6’的形状也被相应地修改。这样，会在永磁电机装配过程中，很难保证定子和转子是同心的。

参照图3，示出了根据本发明的一个实施例的内置式永磁电机20。该内置式永磁电机20包括定子21和转子24，该转子24可旋转地设置在定子21中，且与定子21间隔开，例如一预定距离。具体地，转子24设置在定子21的圆柱形腔体中。通常，转子24同心地设置在圆柱形腔体中。定子21与转子24间隔开一距离设置。

定子21包括圆筒形的定子铁芯22、多个沿定子21的径向方向向内延伸的定子齿29、在多个定子齿29之间分布的定子槽23以及缠绕定子齿29以产生旋转磁场的线圈(未示出)。鉴于定子21为圆筒形，定子21具有外圆周211和内圆周212。

定子21的内圆周212和转子24的外圆周241之后描述，即在假定转子的截面为理想的圆形的情况下，所得到的转子的虚拟的外圆周241(在图4和5中用虚线示出))之间的气隙为均匀宽度的环形气隙或为径向长度相同的整体上为环形的气隙。

如图3所见，转子24包括转子铁芯25；多个永磁体27，该多个永磁体27被间隔地设置在转子铁芯25的内部；和多个空气槽30，设置在相邻永磁体27的端部且靠近转子24的外圆周241的位置处，用以在转子的外圆周241与定子的内圆周212之间产生近似正弦形气隙磁密。

在本发明实施例中，转子24为规则圆柱形，故转子24具有圆形的外圆周241。转子的外圆周241与定子的内圆周212之间间隔开恒定的一距离或一间隙。另外，转子24还包括在其中心处设置的转轴28。或者说，转轴28设置在圆筒形转子铁芯25的圆柱形腔体内。转子铁芯25的内圆周242与转轴28紧密贴合在一起，且通过转轴28上的轴键(未示出)配合在转子铁芯25的轴键孔(未示出)中。通常，由多个层叠放置的硅钢片制造呈现圆筒形的转子铁芯25。可以理解，圆筒形的转子铁芯25和圆柱形的转轴28通过轴键和轴键孔(未显示)配合在一起，且构成了圆柱形的转子24。如图3所示，在本发明中通过六个螺钉或螺栓243将转子铁芯25固定在转子24内。应当注意，本领域技术人员可以明白转子24与转轴28的连接除了用轴键的方式之外，也可以用热套和冷压的方式进行连接。

在图3中示出，转子24还包括设置在转子铁芯25内的多个永磁体槽26，永磁体27被嵌入或插入到永磁体槽26内。在本实施例中，永磁体27为六个具有相等尺寸的长方体形的永磁体，相应地也设置了六个永磁体槽26，六个永磁体27一起形成正六边形或大致六边形形状。或者说，在如图3所示的横截面中，六个永磁体27构成一个正六边形。然而，如本领域技术人员已知的，可以根据需要在转子24内设置任意数量的永磁体或永磁体槽。

永磁体27在被插入到每一永磁体槽26中之后，在永磁体27的每一端处形成了空气槽或永磁体槽空隙30。或者说，在每一永磁体槽26的每一末端处设置空气槽30。空气槽30被设置成不规则或规则的多边形形状。在本实施例中，空气槽30设置成不规则的多边形形状。当然，可以理解，空气槽30也可以根据需要设置成规则的三边形或矩形。

图1中的转子为圆形，图2的转子为非规则圆形。在图1或2显示的转子中，两极(即相邻的两个永磁体)之间的空间对应最大气隙。然而，如本领域技术人员已知的，由于两极之间的空间70对应最大气隙，使得转子24中心处的垂直于转子磁场方向的Q轴80的电感变小，降低了最大转矩。

针对于此，本发明的主要发明构思在于使最大气隙出现在非Q轴位置，从而增加Q轴电感和最大转矩。

从图4的视图和图5的放大视图中可见，在本发明的转子24中，沿着转子24的外圆周上设置了多个凹部40，且每一凹部设置成在转子24的外圆周241上，使得在转子24的外圆周241与内置式永磁电机的定子21的内圆周212之间产生的气隙磁密接近正弦曲线。

具体地，每一凹部40被设置成靠近永磁体27的每一隔磁桥50的端部。进一步地，凹部40具有从转子24的外圆周241向转子24中心下凹的形状。

凹部40起始于隔磁桥50远离Q轴的末端B点，在垂直于与隔磁桥50相对应的永磁体27且过转子中心的轴线、和转子24的外圆周242的交点H处终止或在所述交点H的附近的某处终止，其中所述交点H的附近的某处与所述转子24中心的连线同所述交点H与所述转子中心的连线的夹角小于54°电角度，且所述某处到所述转子中心的距离同所述交点H到所述转子中心的距离相等。优选地，所述交点H的附近的某处与所述转子中心的连线同所述交点与所述转子中心的连线的夹角小于15度电角度，且所述某处到所述转子中心的距离同所述交点H到所述转子中心的距离相等。如图5所示，凹部40可以是在隔磁桥50的末端B点与永磁体槽26的轴线H点之间向背离定子21的方向削出的“凹槽”或“凹陷”，从而形成了不均匀气隙。该凹部40的最低点较靠近B点。点B与点G之间的轮廓线为圆弧段、线段或圆弧段与线段的组合，且呈现出朝向转子24中心下凹的趋势。圆弧段AB与GH的半径为电机转子24的半径。在图5中示出了通过连接点B、C、D、E、F、G的弧线形成的轮廓线。

可以理解，本发明的“凹部40”的下凹程度可以根据电机气隙磁密的需要来确定，而不需要一定限制成如图5所示的大小。

在上述详细描述中，主要描述了内置式永磁电机20的定子21和转子24等主要部件的设计，可以理解内置式永磁电机20还可以包括包含定子21和转子24的壳体(未示出)和机座以及其它通常具有的附件。在此，为了不混淆本发明的主要发明方面，不再对壳体或壳体与定子等的连接结构进行详细描述。

参见图6，分别示出图1中的内置式永磁电机和图3中显示的内置式永磁电机的定子内圆周212与转子外圆周241之间的气隙磁密在180°电角度内的曲线图。图6中的曲线c显示为在180°范围内的正弦曲线。如图6中的曲线a所示，其显示出图1中的内置式永磁电机10的定子内圆周与转子外圆周之间的气隙磁密在180°电角度内的曲线，且可知其气隙磁密在180°电角度内为大致矩形平顶形状。如图6中的曲线b所示，其显示出图3中的内置式永磁电机20的定子内圆周212与转子外圆周241之间的气隙磁密在180°电角度内的曲线，且可知其气隙磁密在180°电角度内为近似正弦波形状或正弦波形状(相比于曲线c)。通过曲线a与曲线b的对比可知，本发明中通过设置凹部40，使得图3中的内置式永磁电机20的气隙磁密更加接近正弦波形状。

如图7所示，分别示出图1中的内置式永磁电机10的反电动势相对于时间的曲线d和图3中显示的内置式永磁电机20的反电动势相对于时间的曲线e。需要说明的是，图7中的曲线f是标准的正弦曲线。通过比较曲线d和e可知，相对于图2中显示的现有技术的内置式永磁电机10，本发明中的具有凹部40布置的内置式永磁电机20反电动势更加接近正弦曲线。

通过上述可知，本发明通过设置凹部40，实现了在保证反电动势正弦性的同时，增加了电机的最大转矩。

本领域技术人员已知，压缩机中通常需要电机来提供动力。本发明的内置式永磁电机可以应用于任何现有技术中已知的或未来的压缩机。通常，压缩机的工作电压为小于或等于600V的中低电压。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (14)

1.一种用于内置式永磁电机的转子，包括：

转子铁芯；

多个永磁体，所述多个永磁体被间隔地设置在所述转子铁芯的内部，所述多个永磁体中的每个永磁体为长方体形且构成转子的一个极；

多个空气槽，所述多个空气槽中的每一个空气槽设置成邻近对应的一个永磁体的端部且靠近所述转子的外圆周；

多个凹部，每一所述凹部布置在所述转子的外圆周上，使得在所述转子的外圆周与所述内置式永磁电机的定子的内圆周之间产生的气隙磁密接近正弦曲线，

其中每一所述凹部设置为靠近所述永磁体的每一隔磁桥的端部，且具有从转子的外圆周向转子中心下凹的形状；

所述凹部起始于隔磁桥远离Q轴的末端，在垂直于与隔磁桥相对应的永磁体且过转子中心的轴线、和转子外圆周的交点处终止或在所述交点的附近的某处终止，其中，所述凹部的最低点相比所述隔磁桥远离Q轴的末端更远离Q轴；

Q轴的轴线与转子外圆周的交点为第一点，

垂直于与隔磁桥对应的永磁体且过转子中心的轴线与转子外圆周的交点为第二点，

其中，所述第一点与隔磁桥的末端之间的圆弧段的半径和所述交点的附近的某处与所述第二点之间的圆弧段的半径为电机转子的半径。

2.根据权利要求1所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述定子的内圆周和所述转子的外圆周之间的气隙为整体上为环形的气隙。

3.根据权利要求1或2所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

其中所述交点的附近的某处与所述转子中心的连线同所述交点与所述转子中心的连线的夹角小于54度电角度，且所述某处到所述转子中心的距离同所述交点到所述转子中心的距离相等。

4.根据权利要求1所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述交点的附近的某处与所述转子中心的连线同所述交点与所述转子中心的连线的夹角小于15度电角度，且所述某处到所述转子中心的距离同所述交点到所述转子中心的距离相等。

5.根据权利要求1所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述凹部的轮廓线为圆弧段、线段、或圆弧段与线段的组合。

6.根据权利要求1所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述转子还包括设置在其中的多个永磁体槽，所述永磁体被嵌入到所述永磁体槽内。

7.根据权利要求6所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述空气槽为在所述永磁体的每一末端处设置的不规则或规则的多边形形状永磁体槽空隙。

8.根据权利要求7所述的用于内置式永磁电机的转子，其中，

所述多个永磁体为六个具有相等尺寸的长方体形的永磁体，且所述多个永磁体一起形成正六边形形状。

9.根据权利要求1所述的内置式永磁电机的转子，其中，

所述转子铁芯呈现圆筒形，且由多个层叠放置的硅钢片制造。

10.根据权利要求1所述的内置式永磁电机的转子，其中，

所述转子铁芯还包括设置在其中心处的转轴。

11.一种内置式永磁电机，所述内置式永磁电机包括：

定子，

根据权利要求1-10中任一项所述的转子，所述转子可旋转地设置在所述定子中，且与所述定子间隔开。

12.根据权利要求11所述的内置式永磁电机，其中

所述定子包括圆筒形的定子铁芯、多个沿所述定子的径向方向向内延伸的定子齿、在所述多个定子齿之间分布的定子槽以及缠绕所述定子齿以产生旋转磁场的线圈。

13.一种压缩机，所述压缩机使用根据权利要求11或12所述的内置式永磁电机。

14.根据权利要求13所述的压缩机，其中所述压缩机的工作电压为小于或等于600V的电压。