CN106169822B - 电机及其转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机及其转子结构，能够增加电机转矩，提高电机的效率，并能减小转矩脉冲和反电势谐波，降低电机的振动及噪声。所述转子结构，包括转子铁芯和多个永磁体；转子铁芯上沿圆周均匀设置多个永磁体槽，所述永磁体嵌入到该永磁体槽中；其中，所述转子铁芯的边缘轮廓包括交替分布的第一圆弧或者由两条以上线段构成的折线，和第二圆弧；第一圆弧或者所述折线相对于电机的Q轴轴对称，第二圆弧相对于电机的D轴为轴对称，其中，设所述第一圆弧的圆心角或所述折线的两端与中心轴孔的圆心的连线的夹角为θ1，第一圆弧的半径或所述折线与所述圆心的最大距离为R1，第二圆弧的圆心角为θ2，半径为R2，有θ1<θ2，R1>R2。

Description

电机及其转子结构

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机及其转子结构。

背景技术

内置式永磁电机因其具有较高的效率而被广泛应用。目前，转子中插 入的永磁体材料一般分为两种，一种是铁氧体，一种是稀土钕铁硼。

在使用铁氧体永磁材料的转子中，由于铁氧体永磁材料的剩磁较低， 内禀矫顽力也较小，为了产生足够的转矩，永磁提的面积和厚度较大。这 样就使得永磁提材料使用量较多，硅钢片和铜线的用量也较大。

在使用钕铁硼永磁材料的转子中，产生的转矩大。但这种结构永磁体 的漏磁较多，使永磁体的利用率下降，并且转矩脉动大，铁损也大。而其 转子的冲片结构对电机的性能及压缩机的噪声都有明显的影响。

另外，现有转子结构如图9所示，有较大的转矩脉动及反电势谐波。 然而，过多脉动和谐波将严重影响到电机的性能，使永磁同步电机的效率 降低，成本增加。并且，使用该种永磁同步电机的压缩机噪声和振动较 大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电机及其转子结构，能够增加电机转矩， 提高电机的效率，并能减小转矩脉冲和反电势谐波，降低电机的振动及噪 声。

根据本发明的第一方面，提供一种转子结构，包括转子铁芯和多个永 磁体；转子铁芯上沿圆周均匀设置多个永磁体槽，所述永磁体嵌入到该永 磁体槽中；其中，所述转子铁芯的边缘轮廓包括交替分布的第一圆弧或者 由两条以上线段构成的折线，和第二圆弧；第一圆弧或者所述折线相对于 电机的Q轴轴对称，第二圆弧相对于电机的D轴为轴对称，其中，设所述

进一步地，在转子铁芯外周均匀分布四个永磁体槽，在每个所 述永磁体槽内嵌入一片永磁体。

进一步地，设P为极对数，则180°/4P<θ1<180°/2P， 0.65<R2/R1<0.85。

进一步地，所述转子铁芯上还设置有第一隔磁孔，设置在靠近 Q轴与第一圆弧或所述折线与第二圆弧的交点处的区域。

进一步地，设a为第一圆弧或所述折线与第二圆弧的交点，与所述第 一隔磁孔之间的距离所对应的转子铁芯的圆心角，则0°<a<5°。

进一步地，所述第一隔磁孔与所述转子铁芯的外缘之间形成隔磁桥。

进一步，该隔磁桥的厚度大于一片硅钢片的厚度。

进一步地，所述转子铁芯还包括分别设置在所述永磁体槽两侧的流通 孔和沿垂直于永磁体槽的方向延伸的第二隔磁孔。

进一步地，所述流通孔为下底靠近转子铁芯的中心轴孔的梯形。

进一步地，梯形流通孔到所述中心轴孔的边缘的距离为W，则W>2mm。

根据本发明的第二方面，提供一种电机，包括上述任一项的所述转子 结构。

通过按照上述结构设计本发明的上述转子结构，可以优化转子磁路， 改善定子齿靴部饱和程度，使磁通尽可能的流入到定子齿中，提升电机转 矩，并且该转子结构降低了因交直轴磁阻的差异而引起的转矩脉动，通过 降低转矩脉动从而降低噪声。具体地，通过不等气隙转子外圆及对隔磁孔 尺寸位置的限制，优化转子磁路，提升电效率，降低电机噪声及振动。电 机转矩提高10％，转矩脉动下降43％，感应电动势5次谐波降低50％。

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

构成本发明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示出了根据本发明一优选实施转子结构的结构示意图；

图2示出了根据本发明所述转子结构的半径及角度的示意图；

图3示出了根据本发明所述转子结构的第一隔磁孔的相关尺寸 的示意图；

图4示出了根据本发明所述转子结构的流通孔和第二隔磁孔的 示意图；

图5示出了根据本发明另一优选实施转子结构的结构示意图；

图6为现有技术和本发明方案的电机转矩对比图；

图7为现有技术和本发明方案的反电势及反电势FFT波形；

图8(a)、8(b)分别示出了现有技术的感应电动势谐波含量 和本发明方案的感应电动势谐波含量；

图9为现有技术的转子结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具 体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然， 所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，已知的是，在电机转子上建立的一个坐标系，此坐标系与转子 同步转动，取转子磁场方向(转子磁极的中心线上)为所述D轴，垂直于 转子磁场方向(即两相邻磁极之间的垂直平分线上)为Q轴，D轴和Q轴构 成电机的直轴和交轴。

根据本发明的所述转子结构，包括转子铁芯和多个永磁体。转子铁芯 上沿圆周均匀形成多个永磁体槽，所述永磁体嵌入到该永磁体槽中。进一 步地，所述转子铁芯的外圆采用非整圆结构，即所述转子铁芯的边缘轮廓 包括交替分布的第一圆弧或者由两条以上线段构成的折线，和第二圆弧， 第一圆弧或者所述折线相对于电机的Q轴轴对称，第二圆弧相对于电机的D 轴为轴对称，其中，设所述第一圆弧(即相对于Q轴中心对称的圆弧)的 圆心角或所述折线的两端与中心轴孔10的圆心的连线的夹角为θ1，第一 圆弧的半径或所述折线与所述圆心的最大距离为R1，第二圆弧(即相对于 D轴中心对称的圆弧)的圆心角θ2，半径为R2，有θ1<θ2，R1>R2。

在现有技术转子结构中，虽然由于使用钕铁硼材料的永磁体可以增加 磁通，提高电机的转矩输出能力，但也同时造成漏磁多，定子齿靴部饱和 程度增加，导致电机铁损增大。并且，交直轴磁路磁阻差异较大，造成电 机转矩脉动大，噪音增大。而采用本发明的上述转子结构，可以优化转子 磁路，改善定子齿靴部饱和程度，使磁通尽可能的流入到定子齿中，提升 电机转矩，并且该转子结构降低了因交直轴磁阻的差异而引起的转矩脉动， 通过降低转矩脉动从而降低噪声。

以下参照图1、图2说明根据本发明一优选实施方式的转子结构。如图 1所示，所述转子结构R包括转子铁芯1和多个永磁体2。转子铁芯1上沿 圆周均匀形成多个永磁体槽11，所述永磁体2嵌入到该永磁体槽11中。进 一步地，如图2所示，所述转子铁芯采用非整圆而构成不等气隙，即所述 转子铁芯1的边缘轮廓包括交替分布的两种不同半径的第一圆弧A和第二 圆弧B，第一、第二圆弧A和B分别相对于电机的Q轴和D轴为轴对称，其 中，设所述第一圆弧A(即相对于Q轴中心对称的圆弧)的圆心角为θ1， 半径为R1，第二圆弧B(即相对于D轴中心对称的圆弧)的圆心角θ2， 半径为R2，有θ1<θ2，R1>R2。

在图1、图2所示的转子结构中，在转子铁芯外周均匀分布四个永磁体 槽11，在每个所述永磁体槽11内嵌入一片永磁体2。各组永磁体2在转子 铁芯圆周方向呈N、S交替排列。然而，此处永磁体槽及相应永磁体数量的 设置仅为示例性的，本发明并不限于此。且根据以上描述可知，所述转子 结构采用不等气隙，即，转子结构1的外圆上述两种不同外径的第一圆弧A 和第二圆弧B交替构成。

由此，本发明的转子结构具有优化的转子磁路，改善了定子齿 靴部饱和程度，使磁通尽可能的流入到定子齿中，提升了电机的转矩，并 且该转子结构降低了因交直轴磁阻的差异而引起的转矩脉动，通过降低转 矩脉动从而降低噪声。下文将结合附图说明本发明的有益效果。

优选地，设180°/4P<θ1<180°/2P，0.65<R2/R1<0.85，其中， P为极对数。通过如此设计所述转子结构R的结构，优化了所述转子结构的 磁路效果，从而提升电机的输出转矩及其降低转矩脉动，提升电机的效率。

进一步优选地，如图3所示，所述转子结构R的转子铁芯1上 还设置有第一隔磁孔12，设置在靠近Q轴与第一圆弧A和第二圆弧B的交 点M处的区域。通过设置该第一隔磁孔12可以进一步影响磁路走向。并且 进一步地，设0°<a<5°，其中，a为第一圆弧A和第二圆弧B的交点M 与所述第一隔磁孔12之间的距离所对应的转子铁芯圆心角。设置该第一隔 磁孔12可以影响磁场使其按一定规律分布，进一步地优化磁路，从而有效 的降低感应电动势的高次谐波。

并且，在图3所示的转子结构R中，所述第一隔磁孔12与所述转子铁 芯1的外缘之间形成隔磁桥13。并优选地，隔磁桥13的厚度L在大于一片 硅钢片的厚度情况下，隔磁桥13的厚度应尽可能小。其中，所采用的硅钢 片的厚度通常大于0.3mm。此时，既能满足转子的机械强度，又可以减小端 部漏磁。

进一步优选地，如图4所示，所述转子结构R的转子铁芯1还包括分 别设置在永磁体槽11两侧的流通孔14和沿垂直于永磁体槽的方向延伸的 第二隔磁孔15。如此，增加了所述转子结构R的散热空间，提高了散热能 力，从而降低转子内部温度；并且，开孔处磁导率相对于硅钢片很小，引 导磁路走向，减小漏磁，进一步提高了电机的效率。优选地，所述流通孔 14为下底靠近转子结构R的中心轴孔10的梯形。并且更优选地，梯形流通 孔14到中心轴孔10的距离最近的边缘的距离为W，则W>2mm。如此设计， 能够保证转子冲片的机械强度。

下面结合图5说明本发明的转子结构R的另一优选实施例。如图5所 示，相比图1所示的实施例，本实施例中，利用两端以上线段构成的折线C 代替上述第一圆弧A。其余与前述实施例相同，在此不再重复。根据该转子 结构，同上述实施例类似，也可以优化磁路，降低电机的转矩脉动，提高 电机效率。

此外，本发明还提供一种电机，包括上述转子结构。

以下参照图6至8(a)和8(b)说明本发明的所述转子结构R所取得 有益效果。

图6为现有技术和本发明方案的转矩对比图，由图6可以看出，采用 本发明转子结构的电机转矩明显提升，转矩脉动大幅下降。相比于现有技 术，转矩提升10％，转矩脉动下降43％。

图7为现有技术和本发明方案的反电势及反电势FFT波形，由图7可 以看出，采用本发明的转子结构，电机的反电势波形明显趋于正弦化。

图8(a)、8(b)分别示出了现有技术的感应电动势谐波含量和本发明 方案的感应电动势谐波含量。由图8(a)、8(b)可以看出，感应电动势5 次谐波降低50％。

以上对本发明的转子结构及电机进行了描述。通过按照上述结构描述 设计本发明的上述转子结构，可以优化转子磁路，改善定子齿靴部饱和程 度，使磁通尽可能的流入到定子齿中，提升电机转矩，并且该转子结构降 低了因交直轴磁阻的差异而引起的转矩脉动，通过降低转矩脉动从而降低 噪声。具体地，通过不等气隙转子外圆及对隔磁孔尺寸位置的限制，优化 转子磁路，提升电效率，降低电机噪声及振动。电机转矩提高10％，转矩脉动下降43％，感应电动势5次谐波降低50％。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的 特征可以相互组合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等 同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种转子结构，包括转子铁芯和多个永磁体；

转子铁芯上沿圆周均匀设置多个永磁体槽，所述永磁体嵌入到该永磁体槽中；

所述转子铁芯的边缘轮廓包括交替分布的第一圆弧或者由两条以上线段构成的折线，和第二圆弧；

第一圆弧或者所述折线相对于电机的Q轴轴对称，第二圆弧相对于电机的D轴为轴对称，

其中，设所述第一圆弧的圆心角或所述折线的两端与中心轴孔的圆心的连线的夹角为θ1，第一圆弧的半径或所述折线与所述圆心的最大距离为R1,第二圆弧的圆心角为θ2，半径为R2，有θ1<θ2，R1>R2。

2.如权利要求1所述的转子结构，其中，

在转子铁芯外周均匀分布四个永磁体槽，在每个所述永磁体槽内嵌入一片永磁体。

3.如权利要求1或2所述转子结构，其中，

设P为极对数，则180°/4P<θ1<180°/2P，0.65<R2/R1<0.85。

4.如权利要求1所述的转子结构，其中，

所述转子铁芯上还设置有第一隔磁孔，设置在靠近Q轴与第一圆弧或所述折线与第二圆弧的交点处的区域。

5.如权利要求4所述的转子结构，其中，

设a为第一圆弧或所述折线与第二圆弧的交点与所述第一隔磁孔之间的距离所对应的转子铁芯的圆心角，则0°<a<5°。

6.如权利要求4所述的转子结构，其中，

所述第一隔磁孔与所述转子铁芯的外缘之间形成隔磁桥。

7.如权利要求6所述的转子结构，其中，

该隔磁桥的厚度大于一片硅钢片的厚度，一片硅钢片的厚度大于0.3mm。

8.如权利要求4-7任一项所述的转子结构，其中，

所述转子铁芯还包括分别设置在所述永磁体槽两侧的流通孔和沿垂直于永磁体槽的方向延伸的第二隔磁孔。

9.如权利要求8所述的转子结构，其中，

所述流通孔为下底靠近转子铁芯的中心轴孔的梯形。

10.如权利要求9所述的转子结构，其中，

梯形流通孔到所述中心轴孔的距离最近的边缘的距离为W，则W>2mm。

11.一种电机，包括权利要求1-10任一项所述的转子结构。