CN105610257B - 转子铁芯、转子、电机以及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子铁芯、转子、电机以及压缩机。转子铁芯的外轮廓包括d轴圆弧段、q轴圆弧段和若干连接段，d轴圆弧段的圆心与转子铁芯的中心重合且转子铁芯的d轴穿过d轴圆弧段的中心；q轴圆弧段的圆心与转子铁芯的中心重合且转子铁芯的q轴穿过q轴圆弧段的中心；若干连接段连接在相邻d轴圆弧段和q轴圆弧段之间，若干连接段中的至少一个为圆心位于转子铁芯外侧的圆弧形且邻近q轴设置，其中，d轴圆弧段的半径为Rd，q轴圆弧段的半径为Rq，0.9＜Rq/Rd≤1。根据本发明的转子铁芯不仅能够降低气隙磁密的谐波含量，而且结构简单，易于制造和生产，成品率高，同时能够提高电机在弱磁工况下运行的性能。

Description

转子铁芯、转子、电机以及压缩机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种转子铁芯、具有所述转子铁芯的转子、具有所述转子的电机以及具有所述电机的压缩机。

背景技术

相关技术中的永久磁铁埋入型电机，一些振动和噪音较大，另一些结构复杂，制造和生产难度高，成品率低，并且电机的直轴电感值和交轴电感值较小，影响电机在弱磁运行状况下的性能。

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，本发明需要提供一种转子铁芯，所述转子铁芯不仅能够优化气隙磁密的分布，降低气隙磁密的谐波含量，而且结构简单，易于制造和生产，成品率高，同时能够提高电机的直轴电感值和交轴电感值，提高电机在弱磁工况下运行的性能。

本发明还需要提供一种具有所述转子铁芯的转子。

本发明还需要提供一种具有所述转子的电机。

本发明还需要提供一种具有所述电机的压缩机。

根据本发明第一方面实施例的转子铁芯，所述转子铁芯上设有沿所述转子铁芯的周向间隔设置的多个磁极槽，在垂直于所述转子铁芯的中心轴线的平面内，所述转子铁芯的外轮廓包括：d轴圆弧段，所述d轴圆弧段的圆心与所述转子铁芯的中心重合且所述转子铁芯的d轴穿过所述d轴圆弧段的中心；q轴圆弧段，所述q轴圆弧段的圆心与所述转子铁芯的中心重合且所述转子铁芯的q轴穿过所述q轴圆弧段的中心；若干连接段，所述若干连接段连接在相邻所述d轴圆弧段和所述q轴圆弧段之间，若干所述连接段中的至少一个为圆心位于所述转子铁芯外侧的圆弧形且邻近所述q轴设置，其中，所述d轴圆弧段的半径为Rd，所述q轴圆弧段的半径为Rq，0.9＜Rq/Rd≤1。

根据本发明实施例的转子铁芯，通过将Rq/Rd设计在0.9～1范围内且将转子铁芯的外轮廓设计成具有凹陷特性的形状，不仅可以优化电机气隙磁密的分布，使电机具备较低的气隙磁密谐波含量，减小电机的电磁激励，而且结构简单，便于制造和生产；同时，使得电机的直轴和交轴的电感比较大，电机在弱磁下的性能好。

另外，根据本发明实施例的转子铁芯还具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，相邻所述d轴与所述q轴之间的夹角为α，所述圆弧形的连接段中的离所述q轴最近的一个的中心和所述转子铁芯的中心的假想连线与所述q轴之间的夹角为a1，0.16≤α1/α＜0.45。

根据本发明的一些实施例，所述转子铁芯的外轮廓围成的区域的面积为S1，所述d轴圆弧段所在的圆的面积为S2，0.95＜S1/S2＜0.99。

根据本发明的一些实施例，相邻所述磁极槽之间的最小距离小于1mm。

根据本发明的一些实施例，所述磁极槽与所述转子铁芯的外轮廓之间形成非冲裁区域。

根据本发明的一些实施例，所述磁极槽与所述转子铁芯的外轮廓之间的最小距离小于0.8mm。

根据本发明的一些实施例，所述磁极槽的中心与所述转子铁芯的中心之间的距离大于0.8Rd且小于Rq。

根据本发明的一些实施例，所述磁极槽为六个且分别沿同一正六边形的六个边延伸。

根据本发明的一些实施例，所述转子铁芯由多个厚度为0.3mm的电磁钢板叠压而成。

根据本发明的一些实施例，所述若干连接段中的至少一个为直线形。

根据本发明第二方面实施例的转子，包括：根据本发明第一方面实施例所述的转子铁芯；多个永磁体，多个所述永磁体分别安装在多个所述磁极槽内。

根据本发明实施例的转子，利用如上所述的转子铁芯，不仅可以使电机具备较低的气隙磁密谐波含量，并且结构简单，便于制造和生产，成品率高。此外，该转子能够提高电机的直轴电感值和交轴电感值，提高电机在弱磁工况下运行的性能。

优选地，所述永磁体为剩磁大于1.25T且矫顽力大于900kA/m的稀土永磁体。

根据本发明第三方面实施例的电机，包括根据本发明第二方面实施例所述的转子。

根据本发明实施例的电机，利用如上所述的转子，气隙磁密分布较优，气隙磁密的谐波含量较少，从而电磁激励比较小，振动和噪音小，并且结构简单，易于制造和生产。此外，该电机的直轴电感值和交轴电感值比较大，弱磁运行状况下的性能好。

根据本发明第四方面实施例的压缩机，包括根据本发明第三方面实施例所述的电机。

根据本发明实施例的压缩机，利用如上所述的电机，振动和噪音小且能效高。

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

图1是根据本发明实施例的转子铁芯的结构示意图；

图2是根据本发明可选实施例的转子铁芯的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的电机的部分结构示意图；

图4是根据本发明实施例的电机的气隙磁密分布波形示意图；

图5是根据本发明实施例的电机的气隙磁密谐波含量示意图。

附图标记：

电机1，

转子10，定子20，

转子铁芯100，磁极槽101，铆钉孔102，d轴圆弧段110，q轴圆弧段120，连接段130，圆弧形连接段131，直线形连接段132，

永磁体200。

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。

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

相关技术中的永久磁铁埋入型电机，振动和噪音较大，尤其是分数槽的永久磁铁埋入型电机，由于气隙谐波含量较高，因此振动和噪音往往比整数槽的永久磁铁埋入型电机更大。该永久磁铁埋入型电机作为变频压缩机的驱动电机时，由于电机定子的电磁激励会直接传递给主壳体，转子的电磁激励及振动会通过曲轴和轴承等部件传递到压缩机外部，从而形成电磁噪音。此外，当压缩机安装到空调系统上时，由于阻尼的存在，高频的噪音都被过滤掉，但是较低频率的噪音和振动会通过空调的钣金进行传递并向外辐射，并且，较低频率的振动会引起管路系统的振动，最终使整个空调系统的振动和噪音大。

相关技术中的电机在进行设计时，往往对气隙磁密的分布进行优化，同时尽可能降低气隙磁密的谐波含量，但这样会导致转子的结构复杂、制造和生产难度高、成品率低，并且电机的直轴电感值和交轴电感值较小，影响电机在弱磁运行状况下的性能。

为此，本发明提出一种转子铁芯100，该转子铁芯100不仅能够优化气隙磁密的分布，降低气隙磁密的谐波含量，而且结构简单，易于制造和生产，成品率高，同时能够提高电机的直轴电感值和交轴电感值，提高电机在弱磁工况下运行的性能。

下面参考图1-图5描述根据本发明第一方面实施例的转子铁芯100。

如图1-图5所示，根据本发明实施例的转子铁芯100，转子铁芯100上设有沿转子铁芯100的周向间隔设置的多个磁极槽101，在垂直于转子铁芯100的中心轴线的平面内，转子铁芯100的外轮廓包括d轴圆弧段110、q轴圆弧段120和若干连接段130。

下面对于转子铁芯100的外轮廓的描述均以在垂直于转子铁芯100的中心轴线的平面内为例。本领域的技术人员可以理解地是，转子铁芯100的d轴为直轴，即同时穿过转子铁芯100的中心和磁极槽101长度方向的中心且垂直于磁极槽101的长度方向的轴线，转子铁芯100的q轴为交轴，即同时穿过转子铁芯100的中心和相邻磁极槽101间的中心的轴线。

具体而言，d轴圆弧段110的圆心与转子铁芯100的中心重合，且转子铁芯100的d轴穿过d轴圆弧段110的中心。q轴圆弧段120的圆心与转子铁芯100的中心重合，且转子铁芯100的q轴穿过q轴圆弧段120的中心。若干连接段130连接在相邻d轴圆弧段110和q轴圆弧段120之间，若干连接段130中的至少一个为圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形，且该圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形连接段131邻近q轴设置。其中，d轴圆弧段110的半径为Rd，q轴圆弧段120的半径为Rq，0.9＜Rq/Rd≤1。

需要说明的是，在转子铁芯100的周向上，d轴圆弧段110、若干连接段130和q轴圆弧段120依次循环连接以构成转子铁芯100的外轮廓，且若干连接段130中的至少一个为圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形，如此转子铁芯100的外轮廓具有凹陷特性。

可以理解，“若干”包括一个和多个，若干连接段130包括一个连接段130和多个连接段130两种情形；若干连接段130中的至少一个为圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形，可以理解为若干连接段130中的一个为圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形，或者若干连接段130中的多个均为圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形。

根据本发明实施例的转子铁芯100，通过将Rq/Rd设计在0.9～1范围内且将转子铁芯100的外轮廓设计成具有凹陷特性的形状，不仅可以优化电机气隙磁密的分布，使电机具备较低的气隙磁密谐波含量，减小电机的电磁激励，而且该转子铁芯100结构简单，便于制造和生产；同时，使得电机的d轴(即直轴)和q轴(即交轴)的电感比较大，电机在弱磁下的性能好。

其中，图4为采用本发明实施例的转子铁芯100的电机的气隙磁密分布波形，该电机的气隙磁密分布较优；图5为采用本发明实施例的转子铁芯100的电机的气隙磁密谐波含量，该电机的气隙磁密谐波含量较低。

优选地，转子铁芯100的外轮廓围成的区域的面积为S1，d轴圆弧段110所在的圆的面积为S2，0.95＜S1/S2＜0.99，以简化转子铁芯100的结构。

根据本发明的一些实施例，如图1和图2所示，相邻d轴与q轴之间的夹角为α，所述圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形的连接段130中的离q轴最近的一个的中心和转子铁芯100的中心的假想连线与q轴之间的夹角为a1，即离q轴最近的圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形连接段131的中心和转子铁芯100的中心的假想连线与q轴之间的夹角为a1，0.16≤α1/α＜0.45。由此，进一步优化气隙磁密分布，进一步减小气隙磁密谐波含量。

根据本发明的一些实施例，相邻磁极槽101之间的最小距离小于1mm。换言之，磁极槽101为闭口槽，在转子铁芯100的周向上，转子铁芯100的位于相邻磁极槽101之间的部分形成隔磁桥，隔磁桥在转子铁芯100的周向上的宽度小于1mm。如此，可以减小漏磁，提高主磁通，从而增大磁密绝对值。

根据本发明的一些实施例，磁极槽101与转子铁芯100的外轮廓之间的最小距离小于0.8mm。例如，磁极槽101大体为长条形，磁极槽101的两端分别沿转子铁芯100周向延伸，转子铁芯100的在转子铁芯100的径向上位于磁极槽101的外侧的部分形成磁桥，磁桥在转子铁芯100的径向上的宽度小于0.8mm。如此，保证较优的气隙磁密分布和较小的气隙磁密谐波含量。

根据本发明的一些实施例，如图1-图3所示，磁极槽101与转子铁芯100的外轮廓之间形成非冲裁区域。换言之，在转子铁芯100的径向上转子铁芯100的外轮廓与磁极槽101的外边沿之间的部分为实心，不包含任何狭缝或者诸如圆形、长方形等的冲裁特征。这样，制造简单，成品率高，且转子铁芯100的机械强度高，利于电机的高转速运行，利于压缩机的高频化运行。优选地，磁极槽101的中心与转子铁芯100的中心之间的距离大于0.8Rd且小于Rq，以降低气隙磁密谐波含量。

在图1-图3所示的一些实施例中，磁极槽101为六个且分别沿同一正六边形的六个边延伸，从而有利于气隙磁密的较优分布。优选地，转子铁芯100由多个厚度为0.3mm的电磁钢板叠压而成，从而涡流损耗小。例如，转子铁芯100上设有等间距分布在同一圆周上的六个铆钉孔102，六个铆钉孔102与六个磁极槽101分别以转子铁芯100的中心为对称中心，每个铆钉孔102的中心与转子铁芯100的中心的假想连线穿过相邻磁极槽101之间的中心，铆钉穿过铆钉孔102以将多个电磁钢板固定在一起。

根据本发明的一些实施例，如图1和图2所示，若干连接段130中的至少一个为直线形。换句话说，d轴圆弧段110、至少一个直线形连接段132、至少一个圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形连接段131与q轴圆弧段120循环连接以构成转子铁芯100的外轮廓，如此进一步简化了转子铁芯100的外轮廓形状，方便生产加工。

下面参考图1和图3-图5详细描述根据本发明的一个具体实施例的转子铁芯100，值得理解的是，下述描述只是示例性说明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，根据本发明实施例的转子铁芯100，转子铁芯100上设有六个闭口的磁极槽101，六个磁极槽101沿转子铁芯100的周向间隔分布且分别沿同一正六边形的六个边延伸，转子铁芯100上设有等间距分布在同一圆周上的六个铆钉孔102，即六个铆钉孔102与六个磁极槽101分别以转子铁芯100的中心为对称中心，转子铁芯100的外轮廓由以转子铁芯100的中心为对称中心的六个形状相同的线段构成。

具体而言，转子铁芯100的外轮廓由循环顺次相连的d轴圆弧段110、直线形连接段132、圆心位于转子铁芯100内侧的圆弧形连接段131、圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形连接段131和q轴圆弧段120构成，转子铁芯100的外轮廓位于相邻q轴之间的部分关于对应的d轴对称。其中，Rd＝26.75mm，Rq＝26.35mm，α＝30°，a1＝9°，转子铁芯100内侧的圆心位于对应的d轴上且距离转子铁芯100的中心5.15mm。

根据本发明实施例的转子铁芯100，Rq/Rd＝0.985，a1/a＝0.3。采用这种结构的转子铁芯100，不仅可以优化电机气隙磁密的分布，使电机具备较低的气隙磁密谐波含量，减小电机的电磁激励，而且结构简单，便于制造和生产；同时，可以实现较大的直轴电感和交轴电感，电机在弱磁下的性能好。其中，图4为根据本发明实施例的转子铁芯100的气隙磁密分布波形，气隙磁密径向分量的波形接近正弦形状；图5为运用傅里叶分解的方法对气隙磁密径向分量的波形进行分解得到的每个阶次的谐波含量以及总含量。

下面参考图2详细描述根据本发明的一个可选实施例的转子铁芯100，值得理解的是，下述描述只是示例性说明，而不能理解为对本发明的限制。

如图2所示，根据本发明实施例的转子铁芯100的结构可以参考根据本发明上述一个具体实施例的转子铁芯100。特别地，在本实施例中，转子铁芯100的外轮廓由循环顺次相连的d轴圆弧段110、直线形连接段132、圆心位于转子铁芯100内侧的圆弧形连接段131、圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形连接段131、圆心位于转子铁芯100内侧的圆弧形连接段131、圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形连接段131和q轴圆弧段120构成，其中，所述两个圆心位于转子铁芯100外侧的圆弧形连接段131的半径相等，所述两个圆心位于转子铁芯100内侧的圆弧形连接段131位于同一圆周上，所述两个圆心位于转子铁芯100内侧的圆弧形连接段131的圆心位于对应的d轴上且距离转子铁芯100的中心5.15mm。根据本发明实施例的转子铁芯100，a1＝7°，即a1/a＝0.233。

根据本发明实施例的转子铁芯100，不仅可以优化气隙磁密的分布，减小气隙磁密谐波含量，而且结构简单，便于制造和生产；同时，可以改善电机在弱磁下的性能。

如图1-图5所示，根据本发明第二方面实施例的转子10，包括根据本发明第一方面实施例所述的转子铁芯100和多个永磁体200，多个永磁体200分别安装在多个磁极槽101内。优选地，永磁体200为剩磁大于1.25T且矫顽力大于900kA/m的稀土永磁体。

根据本发明实施例的转子10，利用如上所述的转子铁芯100，不仅可以使电机具备较低的气隙磁密谐波含量，并且结构简单，便于制造和生产，成品率高。此外，该转子10能够提高电机的直轴电感值和交轴电感值，提高电机在弱磁工况下运行的性能。

如图1-图5所示，根据本发明第三方面实施例的电机1，包括根据本发明第二方面实施例所述的转子10。其中，电机1为永久磁铁埋入型电机。

根据本发明实施例的电机1，利用如上所述的转子10，气隙磁密分布较优，气隙磁密的谐波含量较少，从而电磁激励比较小，振动和噪音小，并且结构简单，易于制造和生产。此外，该电机1的直轴电感值和交轴电感值比较大，弱磁运行状况下的性能好。

根据本发明实施例的电机1的定子20等的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

根据本发明第四方面实施例的压缩机，包括根据本发明第三方面实施例所述的电机1，所述压缩机为变频压缩机。

根据本发明实施例的压缩机，利用如上所述的电机1，振动和噪音小且能效高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“内”、“外”、“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。

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 (13)

1.一种转子铁芯，其特征在于，所述转子铁芯上设有沿所述转子铁芯的周向间隔设置的多个磁极槽，在垂直于所述转子铁芯的中心轴线的平面内，所述转子铁芯的外轮廓包括：

d轴圆弧段，所述d轴圆弧段的圆心与所述转子铁芯的中心重合且所述转子铁芯的d轴穿过所述d轴圆弧段的中心；

q轴圆弧段，所述q轴圆弧段的圆心与所述转子铁芯的中心重合且所述转子铁芯的q轴穿过所述q轴圆弧段的中心；

若干连接段，所述若干连接段连接在相邻所述d轴圆弧段和所述q轴圆弧段之间，若干所述连接段中的至少一个为圆心位于所述转子铁芯外侧的圆弧形且邻近所述q轴设置，

其中，所述d轴圆弧段的半径为Rd，所述q轴圆弧段的半径为Rq，0.9＜Rq/Rd≤1，相邻所述d轴与所述q轴之间的夹角为α，所述圆弧形的连接段中的离所述q轴最近的一个的中心和所述转子铁芯的中心的假想连线与所述q轴之间的夹角为α1，0.16≤α1/α＜0.45。

2.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述转子铁芯的外轮廓围成的区域的面积为S1，所述d轴圆弧段所在的圆的面积为S2，0.95＜S1/S2＜0.99。

3.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，相邻所述磁极槽之间的最小距离小于1mm。

4.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述磁极槽与所述转子铁芯的外轮廓之间形成非冲裁区域。

5.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述磁极槽与所述转子铁芯的外轮廓之间的最小距离小于0.8mm。

6.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述磁极槽的中心与所述转子铁芯的中心之间的距离大于0.8Rd且小于Rq。

7.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述磁极槽为六个且分别沿同一正六边形的六个边延伸。

8.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述转子铁芯由多个厚度为0.3mm的电磁钢板叠压而成。

9.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述若干连接段中的至少一个为直线形。

10.一种转子，其特征在于，包括：

根据权利要求1-9中任一项所述的转子铁芯；

多个永磁体，多个所述永磁体分别安装在多个所述磁极槽内。

11.根据权利要求10所述的转子，其特征在于，所述永磁体为剩磁大于1.25T且矫顽力大于900kA/m的稀土永磁体。

12.一种电机，其特征在于，包括根据权利要求10或11所述的转子。

13.一种压缩机，其特征在于，包括根据权利要求12所述的电机。