CN106410999B - 一种电机转子及具有其的电机和压缩机 - Google Patents

一种电机转子及具有其的电机和压缩机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电机转子及具有其的电机和压缩机。所述电机转子包括转子铁芯，所述转子铁芯中设有用于放置磁体的磁体槽，其中，所述电机转子每一极的磁体槽均包括第一磁体槽，所述第一磁体槽具有第一槽壁和第二槽壁，所述第一槽壁相对于所述第二槽壁位于径向外侧，其中，所述第一槽壁的两端设置有第一切角，所述第一切角的内顶点到所述转子铁芯外圆的径向距离d满足：3*δ≤d≤7*δ，其中，δ为所述电机转子和与其配合的定子之间的气隙宽度。本发明的电机转子可以有效削弱电机齿槽转矩及转矩脉动，降低电机电磁力，降低电机振动噪声，提升电机运行稳定性及可靠性。

Description

一种电机转子及具有其的电机和压缩机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机转子及具有其的电机和压缩机。
背景技术
目前永磁电机应用越来越广泛，要求电机效率高，降低能耗；电机转矩脉动小，便于进行系统控制，能够可靠稳定运行；电机振动噪声小，满足用户舒适性要求。
专利CN104600938B通过在磁钢槽端部设置倒角减小电机转矩脉动，但效果有限，而且位置没有限定，如果位置改变不一定有效果；同样，专利CN105846558A中对磁钢槽切角角度有限定，该专利文献所述9槽6极电机，切角角度范围太大，且切角大小没有限定，影响使用效果。以上各专利对磁钢槽切角没有进行有效限定，不能达到所需使用效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电机转子及具有该电机转子的电机和压缩机，可以有效削弱电机齿槽转矩及转矩脉动，降低电机电磁力，降低电机振动噪声，提升电机运行稳定性及可靠性。
本发明的一个方面提供一种电机转子，采用以下方案：
一种电机转子，包括转子铁芯，所述转子铁芯中设有用于放置磁体的磁体槽，其中，所述电机转子每一极的磁体槽均包括第一磁体槽，所述第一磁体槽具有第一槽壁和第二槽壁，所述第一槽壁相对于所述第二槽壁位于径向外侧，其中，所述第一槽壁的两端设置有第一切角，所述第一切角的内顶点到所述转子铁芯外圆的径向距离d满足：3*δ≤d≤7*δ，其中，δ为所述电机转子和与其配合的定子之间的气隙宽度。
优选地，每个第一磁体槽的两个第一切角的外顶点相对于所述转子铁芯圆心的夹角α满足：nθ≤α≤(n+0.5)θ，其中n为正整数，θ为与所述电机转子配合的定子的一个定子齿距。
优选地，所述电机转子每一极的磁体槽均包括第二磁体槽，所述第二磁体槽位于所述第一磁体槽的径向内侧，所述第二磁体槽具有第三槽壁和第四槽壁，所述第三槽壁相对于所述第四槽壁位于径向外侧。
优选地，所述第三槽壁的两端顶点相对于所述转子铁芯的圆心的夹角β满足：(m+0.5)θ≤β≤(m+1)θ，其中n为正整数，θ为与所述电机转子配合的定子的一个定子齿距。
优选地，所述第三槽壁的两端设置有第二切角，两个第二切角的外顶点相对于所述转子铁芯的圆心的夹角β满足：(m+0.5)θ≤β≤(m+1)θ，其中n为正整数，θ为与所述电机转子配合的定子的一个定子齿距。
优选地，所述磁体槽的横截面形状整体上为弧形、倒置的︹形、或U形。
优选地，所述转子铁芯由多层转子冲片叠置而成。
优选地，所述磁体槽在所述转子铁芯中沿圆周方向均匀分布。
优选地，每一个磁体槽中放置有磁体，所述磁体由多块磁体单元拼接而成，或者为一整块磁体。
本发明的另一方面提供一种电机，采用以下方案：
一种电机，包括转子和与所述转子配合的定子，其中，所述转子为前面任一项所述的电机转子。
优选地，所述电机为分布绕组电机。
本发明的又一方面提供一种压缩机，采用以下方案：
一种压缩机，其包括前面所述的电机。
本发明提供的电机转子可以使得磁极端部与定子齿槽作用力矩分散，有效削弱电机齿槽转矩及转矩脉动，提升电机运行稳定性及可靠性，而且电机效率不降低；同时，还可以有效降低电机电磁力，降低电机振动噪声，特别是对降低由齿槽效应引起的谐波及电磁力效果明显。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明的一种实施方式的电机转子和与之配合的定子的局部结构示意图；
图2是本发明的另一种实施方式的电机转子的局部结构示意图；
图3是本发明的又另一种实施方式的电机转子的局部结构示意图；
图4是现有技术的电机转子与本发明的优选实施方式的电机转子的转矩曲线对比图；
图5是不具有切角的电机转子与本发明的优选实施方式的电机转子的转矩曲线对比图；
图6是现有技术的电机转子与本发明的优选实施方式的电机转子的主要低阶倍频电磁力对比图。
其中，1为定子铁芯、2为转子铁芯、3为磁体、4为磁体槽、41为第一磁体槽、42为第二磁体槽、410为第一切角、420为第二切角、411为第一槽壁、412为第二槽壁、421为第三槽壁、422为第四槽壁、5为轴孔、6为连接孔。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。
如图1-3所示，本发明第一方面提供一种电机转子，优选为永磁同步磁阻电机转子，其包括转子铁芯2和转轴(未示出)等，转子铁芯2中设有用于放置磁体3(优选永磁体，例如磁钢)的磁体槽4。图中示出的优选实施方式中，转子铁芯2中还设有连接孔6以及用于与转轴配合的轴孔5。
图1中还示出了与所述电机转子配合的定子的铁芯1的一部分，其中，定子与转子之间形成有气隙，气隙宽度记为δ；同时，定子包括沿圆周方向均匀布置的齿槽(即绕组槽)，相邻两个齿槽之间的圆心角称为一个齿距，记为θ，即θ＝360°/Z，Z为定子的齿槽数。
具体可参见图2，所述电机转子的每一极的磁体槽4都包括第一磁体槽41，所述第一磁体槽41具有第一槽壁411和第二槽壁412，所述第一槽壁411相对于所述第二槽壁412位于径向外侧，所述第一磁体槽41还具有位于两端的槽端壁，其中，所述第一槽壁411的两端设置有第一切角410，如图1-3所示。所述第一切角410可以看作是第一槽壁411与相邻的槽端壁处的内倒角结构，所述第一切角410相应地具有两个顶点，分别是第一切角410与第一槽壁411的交点，以及第一切角410与相应的槽端壁的交点。如图所示，分别属于这两处第一切角410的四个顶点中，两个相对靠近的顶点可称为内顶点，两个相对远离的顶点可称为外顶点。本发明的实施方式中，内顶点是第一切角410与第一槽壁411的交点，外顶点则是第一切角410与槽端壁的交点。
本发明中，所述第一切角410的内顶点到所述转子铁芯1外圆的径向距离d满足：3*δ≤d≤7*δ，其中，δ为所述电机转子和与其配合的定子之间的气隙宽度。
通过限定第一切角410的内顶点的位置，可以确定第一切角的大小，并且，实验证明，当第一切角410满足上述关系时，能够有效削弱相应的电机齿槽转矩及转矩脉动，降低电机电磁力，并降低电机振动噪声，从而提升电机运行稳定性及可靠性。
优选地，电机转子的每一级的磁体槽均包括至少两层磁体槽，例如如图1-3所示，还包括第二磁体槽42，其中第一磁体槽41位于径向外侧，为外层磁体槽，第二磁体槽42位于径向内侧，为内层磁体槽。同样，仍参见图2，第二磁体槽42具有第三槽壁421和第四槽壁422，所述第三槽壁421相对于所述第四槽壁422位于径向外侧，所述第二磁体槽42还具有位于两端的槽端壁。相应地，在完成组装后，电机转子的每一极中将至少包括两层磁体，例如，第一磁体槽中为第一层磁体，第二磁体槽中为第二层磁体，等等。
进一步地，每个第一磁体槽41两端的两个第一切角410的外顶点相对于转子铁芯2的圆心的夹角α满足：nθ≤α≤(n+0.5)θ，其中n＝1、2、3等，为正整数，θ为一个定子齿距，即θ＝360°/Z，Z为定子的齿槽数。
通过进行一步限定第一切角410的外顶点的夹角，使得第一切角410的大小和位置进一步明确。实验证明，当第一切角同时满足上述条件时，可进一步削弱磁体槽中的磁体端部处的磁阻突变，分散该处磁阻力矩，使得在旋转过程中电感趋向于线性变化，进而减小转矩脉动，减小齿槽效应引起的谐波含量。
进一步地，如图1和图3所示，第二磁体槽42中，第三槽壁421的两端顶点相对于转子铁芯2圆心的夹角β满足：(m+0.5)θ≤β≤(m+1)θ，其中m为正整数，m≥n，θ为一个定子齿距。这种设置使得第二层磁体端部对应定子齿槽的位置与第一层磁体端部对应定子齿槽的位置不同，使得两层磁体端部与定子齿产生的电磁力矩错开或抵消，进一步减小转矩脉动。
例如，当第二层磁体端部与定子产生最大切向力矩时，由于位置不同，此时第一层磁体端部与定子产生切向力矩将较小或为负值，使得总力矩较小。
替代地，如果第二磁体槽42无法满足上述条件，即，第三槽壁421两端顶点相对于转子圆心的夹角满足不了上述要求时，同样可以采用磁体槽两端切角的方式来增大β，从而可以达到相同的效果。具体地，如图2所示，第二磁体槽42中，第三槽壁421的两端设置有第二切角420，此时，两个第二切角420的外顶点相对于所述转子铁芯2的圆心的夹角为β，并使其满足：(m+0.5)θ≤β≤(m+1)θ，其中m为正整数，m≥n，θ为一个定子齿距。
与第一切角410类似地，所述第二切角420可以看作是第三槽壁421与相邻的槽端壁处的内倒角结构，所述第二切角420相应地具有两个顶点，分别是第二切角420与第三槽壁421的交点，以及第二切角420与相应的槽端壁的交点。如图2所示，分别属于这两处第二切角420的四个顶点中，两个相对靠近的顶点为内顶点，两个相对远离的顶点为外顶点。本发明的实施方式中，内顶点是第二切角420与第三槽壁421的交点，外顶点则是第二切角420与槽端壁的交点。
优选地，如图1和图2所示，每个磁体槽的横截面形状整体上为倒置的︹形，例如，包括三段侧壁为平面的槽段(可称为矩形槽段)；或者如图3所示，每个磁体槽的横截面形状整体上为弧形，例如，磁体槽的两个侧壁均为圆弧形。
优选地，所述转子铁芯2由多层转子冲片叠置而成，例如，可由硅钢片层叠而成，并通过铆钉穿过连接孔6来进行固定。硅钢片的固定不限于采用铆接方式，还可以采用螺栓连接等方式。
进一步地，如图1-3所示，转子各极的磁体槽4在转子铁芯中沿圆周方向均匀分布。
优选地，每一层磁体槽4中的一层磁体3可以由多块磁体单元拼接而成，例如如图1所示的三块矩形磁钢单元；也可以是一整块磁体，例如如图3所示的一整块圆弧磁钢，都可以达到本发明的目的。
尽管上述实施例是以36槽6极电机为例进行描述，但是，本领域的技术人员能够明了，上述结构同样适合于其他结构的电机。
本发明另一方面还提供了一种电机，优选永磁同步磁阻电机，其包括转子和与所述转子配合的定子，其中，所述转子为本发明前面所述的电机转子。优选地，本发明的电机为分别绕组电机。
本发明的电机由于采用本发明的提供的电机转子，因而能有效削弱电机齿槽转矩及转矩脉动，提升电机运行稳定性及可靠性，而且电机效率不降低；同时，还可以有效降低电机电磁力，降低电机振动噪声，特别是对降低由齿槽效应引起的谐波及电磁力效果明显。
如图4所示，其中示出的是当电机中分别采用现有技术的电机转子与本发明的优选实施方式的电机转子时，其转矩曲线的对比情况。其中，现有技术的电机转子不具有切角，同时，其第一磁体槽、第二磁体槽两端顶点相对于转子铁芯圆心的夹角的值也不同于本发明的电机转子中的α和β的值。对比可以看出，采用本发明的技术方案后，电机转矩脉动大幅减小，但电机出力没有下降，由此证明本发明的电机转子有助于提升电机运行稳定性及可靠性，降低振动噪声。
如图5所示，其中示出的当电机中分别采用不具有切角的电机转子与本发明的优选实施方式的电机转子时，其转矩曲线的对比情况。其中，本对比例中所指的不具有切角的电机转子，与本发明的优选实施方式的电机转子的主要区别仅在于第一磁体槽两端不具有切角，而其第一磁体槽、第二磁体槽两端顶点相对于转子铁芯圆心的夹角的值则等于本发明的电机转子中的α和β的值。也即，本对比例可清楚地反映第一磁体槽41两边端部进行切角对转矩脉动的影响。对比可以看出，设置切角后，电机转矩脉动下降一半以上，进一步说明切角的效果。
如图6所示，现有技术的电机与本发明的电机主要低阶倍频电磁力对比，其中f为转子机械频率，对比可以看出，采用本发明的电机转子时，36倍频电磁力大幅下降，因而可以大幅降低电机振动噪声，提升电机运行稳定性及可靠性。
本发明的第三方面还提供了一种压缩机，包括本发明前面所述的电机。本发明的压缩机由于电机运行稳定和可靠性高、并且电磁力和振动噪声小，因而整机的性能优越。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电机转子，包括转子铁芯，所述转子铁芯中设有用于放置磁体的磁体槽，其特征在于，所述电机转子每一极的磁体槽均包括第一磁体槽，所述第一磁体槽具有第一槽壁和第二槽壁，所述第一槽壁相对于所述第二槽壁位于径向外侧，其中，所述第一槽壁的两端设置有第一切角，所述第一切角的内顶点到所述转子铁芯外圆的径向距离d满足：
3*δ≤d≤7*δ，
其中，δ为所述电机转子和与其配合的定子之间的气隙宽度。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，每个第一磁体槽的两个第一切角的外顶点相对于所述转子铁芯圆心的夹角α满足：
nθ≤α≤(n+0.5)θ，
其中n为正整数，θ为与所述电机转子配合的定子的一个定子齿距。
3.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述电机转子每一极的磁体槽均包括第二磁体槽，所述第二磁体槽位于所述第一磁体槽的径向内侧，所述第二磁体槽具有第三槽壁和第四槽壁，所述第三槽壁相对于所述第四槽壁位于径向外侧。
4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述第三槽壁的两端顶点相对于所述转子铁芯的圆心的夹角β满足：
(m+0.5)θ≤β≤(m+1)θ，
其中m为正整数，θ为与所述电机转子配合的定子的一个定子齿距。
5.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，所述第三槽壁的两端设置有第二切角，两个第二切角的外顶点相对于所述转子铁芯的圆心的夹角β满足：
(m+0.5)θ≤β≤(m+1)θ，
其中m为正整数，θ为与所述电机转子配合的定子的一个定子齿距。
6.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述磁体槽的横截面形状整体上为弧形、倒置的︹形、或U形。
7.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯由多层转子冲片叠置而成。
8.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，所述磁体槽在所述转子铁芯中沿圆周方向均匀分布。
9.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，每一个磁体槽中放置有磁体，所述磁体由多块磁体单元拼接而成，或者为一整块磁体。
10.一种电机，包括转子和与所述转子配合的定子，其特征在于，所述转子为权利要求1-9任一项所述的电机转子。
11.根据权利要求10所述的电机，其特征在于，所述电机为分布绕组电机。
12.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求10或11所述的电机。
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