CN106026464A - 一种电机转子及永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电机转子，用于永磁同步电机，包括：转子铁芯，转子铁芯包括多个垂直于转子铁芯径向设置的磁体槽，磁钢以N、S交替的方式置于磁体槽内，其特征在于，磁体沿垂直于转子铁芯的中心轴线方向的原始截面呈矩形，沿转子铁芯的径向高度为矩形短边方向，矩形长边方向表示磁体长度；磁体为在原始矩形磁体块的长边两端四个角部进行切角而形成，所述磁体槽的形状与所述磁体的形状相适配。本发明还提供一种永磁同步电机。本发明通过在磁钢在两端进行切角，可改变电机磁路结构并且结合电机齿槽效应，有效抑制电机漏磁，减小转矩脉动，并且可有效降低电机及其应用压缩机振动噪声。

Description

一种电机转子及永磁同步电机
技术领域
本发明涉及机电技术领域，具体涉及一种电机转子及电机，特别涉及一种电机转子及永磁同步电机。
背景技术
永磁同步电机以其高效率、转矩大和维修方便的优点在很多领域都得到了广泛的应用。然而，永磁同步电机由于磁场固定，因而空载情况下会因开槽的影响而形成齿槽转矩，而且在设计不合理的情况下，转矩脉动也会较大，齿槽转矩和转矩脉动的存在会带来噪声问题。
现有的一种永磁同步电机，如图1所示，其包括转子铁芯块1’、若干磁钢3’，所述磁钢3’均匀布置在转子铁芯块1’上，所述若干磁钢3’的尾部朝内，共同围成一个轴孔2’，其中所述每个磁钢3’的两侧向内凹，所述转子铁芯块1’的外圆上设有通槽4’，在相邻的两个磁钢3’之间形成一个异形腔6’。所述轴孔2’的外圆周方向上设有多个键槽7’，相邻的键槽7’之间的夹角相等。
其中，磁钢3’沿着转子铁芯块1’的径向延伸，磁钢3’的切削长度很短，无法有效保证电机的出力，而且所述电机并未针对转矩脉动大以及噪声问题而进行结构的改进，因此该永磁同步电机仍然存在转矩脉动大以及噪声问题。
如图2所示，现有的另一种电机马达采用了轴向削角瓦形磁钢，通过瓦型磁钢的两边端内侧近上、下端处，设有两轴向呈适当角度的削角，以避免瓦形磁钢两边端因磁力过强而导致转矩不均匀。但是，磁钢削角导致磁钢两端的磁性减退，电机出力也因此而下降，所以其仅是从减小转矩脉动的方面进行磁体结构的设计，并不能保证电机出力等方面的电机性能。
因此，发明一种能有效降低电机转矩脉动、有效降低电机及压缩机的振动噪声的永磁同步电机，成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电机转子及永磁同步电机，主要目的在于提供一种电机转子，能够有效降低电机转矩脉动，有效降低电机及压缩机的振动噪声。
为达上述目的，本发明提供一种电机转子，用于永磁同步电机，包括：转子铁芯，转子铁芯包括多个垂直于转子铁芯径向设置的磁体槽，磁体以N、S交替的方式置于磁体槽内，其特征在于，磁体沿垂直于转子铁芯的中心轴线方向的原始截面呈矩形，沿转子铁芯的径向高度为矩形短边方向，矩形长边方向表示磁体长度；磁体为在原始矩形磁体块的长边两端四个角部进行切角而形成，所述磁体槽的形状与所述磁体的形状相适配。优选地，所述磁体为磁钢；所述磁钢的长边两端四个角部分别沿第一切削线切削形成第一切角，所述第一切角为每条第一切削线的延长线与磁钢的长度方向的延长线的夹角。
优选地，所述磁钢的四个第一切角上还分别具有第二切角，第二切角是第二切削线的延长线与磁钢的长度方向的延长线的夹角，第二切角不等于第一切角。
优选地，所述第一切角大于150°并小于180°，并且所述第二切角大于150°并小于180°。
优选地，所述第一切角和第二切角在磁钢的长度方向上的总投影长度为S，并且磁钢的长度为T，其中需满足：30％T＜2S＜40％T。
优选地，所述磁体为磁钢；磁钢槽的两端分别设有第一隔磁结构，所述第一隔磁结构为与磁钢槽连通的第一隔磁槽。
优选地，所述第一隔磁槽和磁钢槽相连接处设有朝向磁钢槽两侧外侧突出的凸起槽。
优选地，所述第一隔磁槽，在磁钢槽的高度方向，远离磁钢槽的一侧边平行于极数对应角度的半径方向；靠近磁钢槽的另一侧边包括三部分，第一部分最靠近磁钢槽，平行于磁钢槽的高度方向向两侧延伸，第二部分自第一部分平行于磁钢槽的端角也即平行于磁钢的第一切削线向磁钢槽方向延伸，第三部分自第二部分、与第一部分方向相同向磁钢槽两侧延伸，与第一隔磁槽的长度方向的两边弧度连接，从而形成凸起槽。
优选地，沿磁钢槽的长度方向，第一隔磁槽的一边位于磁钢槽一长边的延长线上；另一边包括两段，靠近磁钢槽的一段位于磁钢槽另一长边的延长线上，远离磁钢槽的另一段与转子铁芯的圆周形状一致。
优选地，在所述转子铁芯的轭部、磁钢槽的两端部外侧，对称地设置第二隔磁槽，所述第二隔磁槽具有弯折角度，所述弯折角度等于磁钢的第一切角。
本发明还提供一种永磁同步电机，其包括定子铁芯、转轴，以及所述的电机转子，其中，定子铁芯围绕转子铁芯而设置，转轴安装于转子铁芯的中心轴孔内，转子铁芯可绕中心轴孔的轴线旋转，定子铁芯上设有多个沿圆周呈径向布置的定子槽，定子槽内均匀放置三相绕组。
本发明的有益效果是：本发明通过在磁钢在两端进行切角，可改变电机磁路结构并且结合电机齿槽效应，有效抑制电机漏磁，减小转矩脉动，并且可有效降低电机及其应用压缩机振动噪声。优选地，与现有技术方案磁钢用量相比，磁钢材料用量减小，可降低电机成本。优选地，隔磁结构可以改变电机磁路结构，改变磁力线走向，降低电机转矩脉动，同时也提高电机抗退磁能力。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是现有技术一中的定、转子冲片的结构示意图；
图2是现有技术二中的瓦形磁钢立体结构示意图；
图3是本发明的一实施例中的定、转子冲片的结构示意图；
图4是本发明的一实施例中的磁钢的结构示意图；
图5是本发明的一实施例中的磁钢槽及第一、第二隔磁结构的局部结构示意图；
图6是现有技术与本发明的实施例的转矩脉动对比图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
首先如图3所示，其为本发明的一实施例中的定转子冲片的结构示意图。该实施例以36槽6极为例阐述本发明的具体结构，但不以此为限。
本发明提供一种永磁同步电机，其主要包括：定子铁芯1、转子铁芯2及转轴3，定子铁芯围绕转子铁芯2而设置，转轴3安装于转子铁芯2的中心轴孔内，转子铁芯2可绕中心轴孔的轴线旋转。定子铁芯1上设有多个(比如36个，参见图3)沿圆周呈径向布置的定子槽5，定子槽5内均匀放置三相绕组4。转子铁芯2上设有多个(比如6个，参见图3)垂直于径向布置的磁体槽6，磁体以N、S交替的方式置于磁体槽6内。优选地，磁体为磁钢7。
如图4所示，优选地，磁钢7原始为矩形磁钢，沿垂直于转子铁芯2的中心轴孔轴线方向的原始截面呈长方形，沿转子铁芯2的径向高度为长方形短边方向，矩形长边方向表示磁体长度。磁钢7为在原始矩形磁钢块的长边两端四个角部进行切角而形成。如果使用矩形磁钢，磁钢边缘的漏磁较多。为了解决该缺陷，本发明在磁钢7在两端进行切角，可改变电机磁路结构并且结合电机齿槽效应，有效抑制电机漏磁，减小转矩脉动，同时，与现有技术方案磁钢用量相比，磁钢材料用量减小，可降低电机成本。
优选地，在磁钢7两端的四个角均沿第一切削线进行切削，第一切削线的延长线与磁钢7的长度方向的延长线的夹角定义为第一切角α。通过这样的设计，可以较好地改变电机磁路结构并且结合电机齿槽效应，有效抑制电机漏磁，减小转矩脉动。
为了进一步对磁钢7进行优化，还可在每条第一切削线上再进行第二次切削，从而形成第二切角β(第二切角β是第二切削线的延长线与磁钢7的长度方向的延长线的夹角，α≠β)。在磁钢7的两端进行两次切削，能够保证有效减小电机漏磁，提高电机抗退磁能力，减小转矩脉动，进而降低电机及压缩机的振动噪声。
优选地，第一切角α满足150°＜α＜180°，第二切角β满足150°＜β＜180°。磁钢两端分别进行两段切削与一段切削相比，可以平滑改变磁力线走向，减小电机转矩脉动；同时对两段切削位置进行角度的限定，可以保证电机出力，若角度小于150°，则电机转矩会急剧下降。
此外，第一切角α和第二切角β在磁钢7的长度方向上的总投影长度为S,每块磁钢7的长度为T，优选地，30％T＜2S＜40％T。这是因为如果磁钢的切削长度过长，可减小转矩脉动，但同时由于磁钢用量的减小，电机的出力也会下降；如果磁钢的切削长度过短，并不能明显的降低漏磁，减小转矩脉动，所以需要对 磁钢的切削长度进行限制，在磁钢切角的同时，必须同时保证磁钢的切削长度。
如图5所示，转子铁芯2上设有多个磁钢槽6，用于放置磁钢7。磁钢槽6的形状与磁钢7的形状相适配，以减小电机转矩脉动。优选地，磁钢槽6内还可以设有用于固定磁钢7的结构，例如对应的凸块和卡槽等，进一步确保磁钢7能够稳固地位于磁钢槽6内。
优选地，在磁钢槽6的两端可设有第一隔磁结构8，以改变电机磁路结构，改变磁力线走线。其中，第一隔磁结构8可以是与磁钢槽6连通的任意形状的第一隔磁槽，优选地，可以填充有隔磁材料。优选地，在第一隔磁结构8和磁钢槽6相连接处的上下两侧还可设有朝向两侧外侧突出的凸起槽10，以改变电机磁路结构，改变磁力线走向，降低电机转矩脉动，同时也提高电机抗退磁能力。
优选地，第一隔磁结构8为大致空心箭头状的第一隔磁槽。在磁钢槽6的长度方向，第一隔磁结构8的一边位于磁钢槽6一长边的延长线上；另一边包括两段，靠近磁钢槽6的一段位于磁钢槽6另一长边的延长线上，远离磁钢槽6的另一段与转子铁芯2的圆周形状一致。在磁钢槽6的高度方向，远离磁钢槽6的一侧边平行于极数对应角度的半径方向；靠近磁钢槽6的另一侧边包括三部分，第一部分最靠近磁钢槽6，平行于磁钢槽6的高度方向向两侧延伸，第二部分自第一部分平行于磁钢槽6的端角(也即平行于磁钢7的第一切削线)向磁钢槽6方向延伸，第三部分自第二部分、与第一部分方向相同向磁钢槽6两侧延伸，与第一隔磁结构8的长度方向的两边弧度连接，从而形成凸起槽10。该第一隔磁结构8整个空心箭头的形状均可以起到隔磁的作用。这样，利用第一隔磁结构8的特殊结构，很好地改变了电机磁路结构，改变磁力线走向，降低电机转矩脉动，同时也可提高电机抗退磁能力。
优选地，在转子铁芯2的轭部、磁钢槽6的两端部外部，对称地设置第二隔磁结构9，同样地，第二隔磁结构9可以是第二隔磁槽，或填充隔磁材料。优选地，第二隔磁结构9为第二隔磁槽，该隔磁槽以角度θ弯折，能够与磁钢槽6及磁钢槽相连通的第一隔磁结构8相互配合，改变电机磁路结构。尤其是，第一隔磁槽的空心箭头状的结构可与转子铁芯轭部的第二隔磁槽共同作用，更好地改变磁力线走向，使得转矩脉动下降程度非常明显，更好地改变了电机磁路结构，改变磁力线走向，降低电机转矩脉动，同时也更好地提高了电机抗退磁能力。
优选地，θ＝α，即隔磁槽的弯折角度θ等于磁钢7的第一切角α。这样， 第二隔磁结构9采用弯折的隔磁槽，利用其与磁钢7的配合作用，能够有效的分散磁力线，改变电机磁路结构，有利于减小电机转矩脉动；而且，由于磁力线的走向改变，可同时保证电机的转矩不会因为磁钢7用量的减小而降低。
如图6所示，为现有技术与本发明的实施例的转矩脉动对比图，其中横轴表示时间，单位为ms，纵轴表示转矩，单位为N.m,虚线表示本发明实施例的转矩脉动图，实线表示现有技术的转矩脉动图。(这个是针对永磁电机进行的转子结构设计，并不局限于某一特定种类的电机，降转矩脉动均可以采用此方法。)根据本发明的技术方案进行优化后，在保证其他参数及定子结构相同的情况下可以看出，电机出力基本与现有技术方案相同，电机转矩脉动下降28.3％，如此，可有效降低电机转矩脉动，可有效降低电机及其应用压缩机振动噪声。
需要说明的是，本发明的永磁同步电机可应用于多种场合，例如空调的压缩机内，但并不以此为限。
综上所述，本发明的有益效果是：电机出力大，效率高，可有效降低电机转矩脉动，可有效降低电机及其应用压缩机振动噪声；同时提高电机抗退磁能力；且减少了磁钢用量，降低了电机成本。
相关技术术语的名词解释虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种电机转子，用于永磁同步电机，包括：转子铁芯，转子铁芯包括多个垂直于转子铁芯径向设置的磁体槽，磁体以N、S交替的方式置于磁体槽内，其特征在于，磁体沿垂直于转子铁芯的中心轴线方向的原始截面呈矩形，沿转子铁芯的径向高度为矩形短边方向，矩形长边方向表示磁体长度；磁体为在原始矩形磁体块的长边两端四个角部进行切角而形成，所述磁体槽的形状与所述磁体的形状相适配。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述磁体为磁钢；所述磁钢的长边两端四个角部分别沿第一切削线切削形成第一切角，所述第一切角为每条第一切削线的延长线与磁钢的长度方向的延长线的夹角。
3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述磁钢的四个第一切角上还分别具有第二切角，第二切角是第二切削线的延长线与磁钢的长度方向的延长线的夹角，第二切角不等于第一切角。
4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述第一切角大于150°并小于180°，并且所述第二切角大于150°并小于180°。
5.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述第一切角和第二切角在磁钢的长度方向上的总投影长度为S，并且磁钢的长度为T，其中需满足：30％T＜2S＜40％T。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电机转子，其特征在于，所述磁体为磁钢；磁钢槽的两端分别设有第一隔磁结构，所述第一隔磁结构为与磁钢槽连通的第一隔磁槽。
7.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述第一隔磁槽和磁钢槽相连接处设有朝向所述磁钢槽两侧外侧突出的凸起槽。
8.根据权利要求7所述的电机转子，其特征在于，所述第一隔磁槽，在磁钢槽的高度方向，远离磁钢槽的一侧边平行于极数对应角度的半径方向；靠近磁钢槽的另一侧边包括三部分，第一部分最靠近磁钢槽，平行于磁钢槽的高度方向向两侧延伸，第二部分自第一部分平行于磁钢槽的端角也即平行于磁钢的第一切削线向磁钢槽方向延伸，第三部分自第二部分、与第一部分方向相同向磁钢槽两侧延伸，与第一隔磁槽的长度方向的两边弧度连接，从而形成凸起槽。
9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，沿磁钢槽的长度方向，第一隔磁槽的一边位于磁钢槽一长边的延长线上；另一边包括两段，靠近磁钢槽的一段位于磁钢槽另一长边的延长线上，远离磁钢槽的另一段与转子铁芯的圆周形状一致。
10.根据权利要求2、7-9任一项所述的电机转子，其特征在于，在所述转子铁芯的轭部、磁钢槽的两端部外侧，对称地设置第二隔磁槽，所述第二隔磁槽具有弯折角度，所述弯折角度等于磁钢的第一切角。
11.一种永磁同步电机，其特征在于，其包括定子铁芯、转轴，以及根据权利要求1-10中任一项所述的电机转子，其中，定子铁芯围绕转子铁芯而设置，转轴安装于转子铁芯的中心轴孔内，定子铁芯上设有多个沿圆周呈径向布置的定子槽，定子槽内均匀放置三相绕组。
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