CN107394921A - 电机转子、永磁同步电机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电机转子、永磁同步电机和压缩机，其中，电机转子包括：转子铁芯以及套设在转子铁芯外周上磁环，磁环的表面开设有至少一个分割槽，分割槽的深度小于或等于分割槽所处区域的磁环厚度，其中，在转子铁芯旋转时，分割槽用于截断磁环的涡流损耗路径。通过本发明的技术方案，通过分割槽，使涡流被限制在分割槽分割形成的各自区域的回路内，由于这些回路的电动势与磁环整体产生的感应电动势相比比较小，能够降低磁环涡流损耗，降低磁环的运行温度，进而提升电机的运行可靠性与使用寿命，以及电机的运行效率。

Description

电机转子、永磁同步电机和压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机领域，具体而言，涉及一种电机转子、一种永磁同步电机和一种压缩机。

背景技术

相关技术中，在压缩机用永磁同步电机中，定子齿槽效应、绕组磁动势的非正弦分布和绕组中的谐波电流所产生的谐波磁势都会在转子的钕铁硼磁环中产生感应电场，感应电场会在磁环内部产生涡流，从而产生涡流损耗，转子的涡流损耗会使转子温度升高，不但会影响电机效率等性能，甚至导致永磁体过热退磁。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本发明的一个目的在于提供一种电机转子。

本发明的另一个目的在于提供一种永磁同步电机。

本发明的再一个目的在于提供一种压缩机。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种电机转子，包括：转子铁芯以及套设在转子铁芯外周上磁环，磁环的表面开设有至少一个分割槽，分割槽的深度小于或等于分割槽所处区域的磁环厚度，其中，在转子铁芯旋转时，分割槽用于截断磁环的涡流损耗路径。

在该技术方案中，在磁环的表面开设至少一个分割槽，在电机转子旋转过程中，通过分割槽，使涡流被限制在分割槽分割形成的各自区域的回路内，由于这些回路的电动势与磁环整体产生的感应电动势相比比较小，能够降低磁环涡流损耗，降低磁环的运行温度，进而提升电机的运行可靠性与使用寿命，以及电机的运行效率。

其中，针对分割槽的数量，最少为一个，在设置为多个时，可以与磁极的数量适配。

对于分割槽沿深度方向，设置的方式可以包括以下三种方式：(1)只设置深度等于分割槽所处区域的磁环厚度的分割槽(即第一分割槽)；(2)只设置深度小于分割槽所处区域的磁环厚度的分割槽(即第二分割槽)；(3)分别设置有第一分割槽与第二分割槽。

对于分割槽的长度方向，可以沿磁环的周向设置，也可以沿磁环的轴向设置，分割槽的两端，可以为封闭端，也可以为连通端，还可以为开放端，在为连通端时，可以是一个分割槽的两端连通，也可以是与其它分割槽连通，本领域的技术人员可以理解的是，分割槽的长度越长，相对降低磁环涡流损耗的效率越高。

对于分割槽的形状，可以是直线型槽，也可以是曲线形槽。

另外，本发明提供的上述实施例中的电机转子还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，在分割槽具有多个时，多个分割槽的开设的长度方向相同，其中，任意一个分割槽沿长度方向延伸，能够分割槽的两端连通以构造成环形分割槽，或分别延伸至穿透磁环的两个端面。

在该技术方案中，在分割槽具有多个时，一方面，可以将多个分割槽设置为沿同一个方向开设，制备过程比较简单，制备效率相对较高，另一方面，通过将任意一个分割槽沿长度方向延伸，形成封闭的环形分割槽或直接延伸至磁环的两个端面上，从而在表面上实现分割槽两侧的磁环完全分割，进而截断磁环的涡流损耗路径，从而降低涡流损耗。

在上述任一技术方案中，优选地，分割槽包括第一分割槽，第一分割槽的深度等于第一分割槽区域的磁环厚度，以沿转子铁芯的径向穿透磁环后，将磁环构造为多个相对独立的子磁环。

在该技术方案中，通过将分割槽设置为第一分割槽，第一分割槽能够通过穿透磁环，使第一分割槽两侧的子磁环完全分离，由于相邻的两个子磁环之间相互绝缘，从而使涡流被限制在较短的子磁环之间，进而实现了降低涡流损耗的目的。

具体地，经过分析可知，对于永磁体的涡流密度可以由以下公式得出：

其中，h为磁环磁化方向长度，a与b为电枢电流谐波分量在磁环内产生的动态磁密的幅值，n为谐波次数，m为傅里叶参数，σ为磁环材料的电导率，由上述公式可知，在忽略其他因素的影响下，涡流密度与磁环长度的平方成正比，进一步可以认为涡流损耗与磁环长度的立方成正比，通过设置将磁环分割为多个独立的子磁环，多个子磁环中分别产生的涡流损耗之和远远小于一个整体磁环产生的涡流损耗。

另外，通过采用完全分割结构制备分段磁环，弥补了单个磁环加工工艺长度限制的缺陷，方便生产出长型电机。

在上述任一技术方案中，优选地，在多个相对独立的子磁环沿转轴的轴向自上至下依次分布时，任意一个子磁环的磁极相对于另一个子磁环的磁极，在轴向上的投影具有不重合区域。

在该技术方案中，通过将任意一个子磁环的磁极设置为相对于另一个子磁环在轴向上具有不重合结构，以及将第一分割槽设置为斜槽，实现了分段斜极的构造，由于分段斜极可以削弱谐波、齿槽转矩和转矩脉动，进而能够进一步降低涡流损耗。

在上述任一技术方案中，优选地，第一分割槽的槽宽大于或等于第一预设宽度，并小于或等于第二预设宽度，其中，第一预设宽度小于或等于第二预设宽度。

在该技术方案中，通过将第一分割槽的槽宽设置为大于或等于第一预设宽度并小于或等于第二预设宽度，以钕铁硼为例，基于烧结钕铁硼剩磁密度Br较高，能量密度较大的特点，将单元在轴向上互相隔开距离L，一方面，可以在保持电机效率不变的前提下，降低铁损，达到充分利用磁环降成本的目的，另一方面，通过限定第一分割槽的槽宽，还可以提升磁环的散热效果。

在上述任一技术方案中，优选地，任意一个第一分割槽中的分割面与电机转子的转轴之间的夹角大于0°并小于或等于90°。

在该技术方案中，通过将第一分割槽的分割面设置为与电机转子的转轴之间的夹角为大于0°并小于或等于90°，设定夹角为θ，在θ＜90°时，可以使分割面的面积大于θ＝90°的面积，加大单元之间的电阻，从而会更大程度地降低涡流损耗，在θ＝90°时，制备方式更加简单。

另外，由于在θ＝0°时，磁环被分割为瓦片型，虽然可以最大程度地降低涡流损耗，但是不利于装配且电机性能和振动噪音均会恶化。

在上述任一技术方案中，优选地，分割槽还包括第二分割槽，第二分割槽的深度小于第二分割槽所处区域的磁环厚度，以使第二分割槽两侧的磁环磁极通过第二分割槽的槽底连接。

在该技术方案中，通过将磁环设置为由第二分割槽构建的具有多个槽体的磁环结构，由于第二分割槽的深度小于磁环厚度，因此分割面未贯穿磁环，将磁环分割为若干个不独立的单元，同样能够截断涡流损耗路径，进而实现降低涡流损耗的效果。

与通过开设第一分割槽将磁环分割为多个相对独立的子磁环的方式相比，采用第二分割槽执行的不完全分割降低涡流损耗比采用第一分割槽执行的完全分割的效果差，但是不完全分割结构由于磁环单元之间有连接部分，转子生产时依然采用一个完整的磁环，因此设置有第二分割槽的转子，相对于设置第一分割槽的转子，制备效率更高。

在上述任一技术方案中，优选地，第二分割槽开设在磁环的外表面上。

在该技术方案中，通过将第二分割槽开设在磁环的外表面上，与将第二分割槽开设在磁环的内表面的方式相比，一方面，开设在外表面上，制备时工艺较简单，另一方面，由于谐波能量主要存在于磁环的外表面，不完全分割时分割面设在磁环外表面，而不设在磁环内表面，能够减少谐波能量，进而减少涡流损失。

在上述任一技术方案中，优选地，第二分割槽设置于相邻的两个磁极之间的区域内。

在该技术方案中，由于磁极之间的磁体在生产过程中存在充不饱的情况，因此将分割面置于磁环的磁极之间的位置，可以最大程度地减小分割磁环对气隙磁密的影响，达到充分利用磁环材料的目的。

在上述任一技术方案中，优选地，任意一个第二分割槽中的分割面与电机转子的转轴之间的夹角大于或等于0°并小于或等于90°。

在该技术方案中，通过将任意一个第二分割槽中的分割面与电机转子的转轴之间的夹角大于或等于0°并小于或等于90°，即第二分割槽可以沿任何方向设置，其中，在θ＝0°时，即第二分割槽与磁环轴线平行，一方面，有利于最大程度地降低涡流损耗，另一方面，有利于装配效率的提高。

在上述任一技术方案中，优选地，磁环为稀土钴件或钕铁硼件。

本发明第二方面的实施例提出了一种永磁同步电机，包括：如本发明第一方面的实施例的电机转子；电机定子，与电机转子配合组装。

在该技术方案中，永磁同步电机包括定子铁芯、绕组、转子铁芯和磁环，磁环套于转子铁芯外周面，磁环的材质可以为钕铁硼，且磁环被分割为若干个单元(在分割槽为第一分割槽时，若干个单元为相对独立的子磁环。在分割槽为第二分割槽时，磁环仍为一个整体)，由于钕铁硼具有较高的电导率和较低的居里温度，电机运行时会产生较大的涡流损耗，涡流损耗会导致磁环发热，甚至会导致磁环局部达到居里温度而退磁，通过设置第一分割槽和/或第二分割槽，来截断涡流损耗的路径，达到降低磁环涡流损耗的目的。

本发明第三方面的实施例提出了一种压缩机，包括本发明第二方面的实施例所述的永磁同步电机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的电机转子的结构示意图；

图2示出了根据本发明的另一个实施例的电机转子的结构示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的永磁同步电机的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1与图2描述根据本发明一些实施例的电机转子。

如图1与图2所示，根据本发明的实施例的电机转子10，包括：转子铁芯104以及套设在转子铁芯104外周上磁环102，磁环102的表面开设有至少一个分割槽，分割槽的深度小于或等于分割槽所处区域的磁环102厚度，其中，在转子铁芯104旋转时，分割槽用于截断磁环102的涡流损耗路径。

在该实施例中，在磁环102的表面开设至少一个分割槽，在电机转子10旋转过程中，通过分割槽，使涡流被限制在分割槽分割形成的各自区域的回路内，由于这些回路的电动势与磁环102整体产生的感应电动势相比比较小，能够降低磁环102涡流损耗，降低磁环102的运行温度，进而提升电机的运行可靠性与使用寿命，以及电机的运行效率。

其中，针对分割槽的数量，最少为一个，在设置为多个时，可以与磁极的数量适配。

对于分割槽沿深度方向，设置的方式可以包括以下三种方式：(1)只设置深度等于分割槽所处区域的磁环102厚度的分割槽(即第一分割槽1022)；(2)只设置深度小于分割槽所处区域的磁环102厚度的分割槽(即第二分割槽1026)；(3)分别设置有第一分割槽1022与第二分割槽1026。

对于分割槽的长度方向，可以沿磁环102的周向设置，也可以沿磁环102的轴向设置，分割槽的两端，可以为封闭端，也可以为连通端，还可以为开放端，在为连通端时，可以是一个分割槽的两端连通，也可以是与其它分割槽连通，本领域的技术人员可以理解的是，分割槽的长度越长，相对降低磁环102涡流损耗的效率越高。

对于分割槽的形状，可以是直线型槽，也可以是曲线形槽。

另外，本发明提供的上述实施例中的电机转子10还可以具有如下附加技术特征：

实施例一：

如图1所示，在上述实施例中，优选地，在分割槽具有多个时，多个分割槽的开设的长度方向相同，其中，任意一个分割槽沿长度方向延伸，能够分割槽的两端连通以构造成环形分割槽，或分别延伸至穿透磁环102的两个端面。

在该实施例中，在分割槽具有多个时，一方面，可以将多个分割槽设置为沿同一个方向开设，制备过程比较简单，制备效率相对较高，另一方面，通过将任意一个分割槽沿长度方向延伸，形成封闭的环形分割槽或直接延伸至磁环102的两个端面上，从而在表面上实现分割槽两侧的磁环102完全分割，进而截断磁环102的涡流损耗路径，从而降低涡流损耗。

实施例二：

如图1所示，在上述任一实施例中，优选地，分割槽包括第一分割槽1022，第一分割槽1022的深度等于第一分割槽1022区域的磁环102厚度，以沿转子铁芯104的径向穿透磁环102后，将磁环102构造为多个相对独立的子磁环1024。

在该实施例中，通过将分割槽设置为第一分割槽1022，第一分割槽1022能够通过穿透磁环102，使第一分割槽1022两侧的子磁环1024完全分离，由于相邻的两个子磁环1024之间相互绝缘，从而使涡流被限制在较短的子磁环1024之间，进而实现了降低涡流损耗的目的。

具体地，经过分析可知，对于永磁体的涡流密度可以由以下公式得出：

其中，h为磁环102磁化方向长度，a与b为电枢电流谐波分量在磁环102内产生的动态磁密的幅值，n为谐波次数，m为傅里叶参数，σ为磁环102材料的电导率，由上述公式可知，在忽略其他因素的影响下，涡流密度与磁环102长度的平方成正比，进一步可以认为涡流损耗与磁环102长度的立方成正比，通过设置将磁环102分割为多个独立的子磁环1024，多个子磁环1024中分别产生的涡流损耗之和远远小于一个整体磁环102产生的涡流损耗。

另外，通过采用完全分割结构制备分段磁环102，弥补了单个磁环102加工工艺长度限制的缺陷，方便生产出长型电机。

实施例三：

如图1所示，在上述任一实施例中，优选地，在多个相对独立的子磁环1024沿转轴的轴向自上至下依次分布时，任意一个子磁环1024的磁极相对于另一个子磁环1024的磁极，在轴向上的投影具有不重合区域。

在该实施例中，通过将任意一个子磁环1024的磁极设置为相对于另一个子磁环1024在轴向上具有不重合结构，以及将第一分割槽1022设置为斜槽，实现了分段斜极的构造，由于分段斜极可以削弱谐波、齿槽转矩和转矩脉动，进而能够进一步降低涡流损耗。

实施例四：

如图1所示，在上述任一实施例中，优选地，第一分割槽1022的槽宽大于或等于第一预设宽度，并小于或等于第二预设宽度，其中，第一预设宽度小于或等于第二预设宽度。

如图1所示，在该实施例中，通过将第一分割槽1022的槽宽设置为大于或等于第一预设宽度并小于或等于第二预设宽度，以钕铁硼为例，基于烧结钕铁硼剩磁密度Br较高，能量密度较大的特点，将单元在轴向上互相隔开距离L，一方面，可以在保持电机效率不变的前提下，降低铁损，达到充分利用磁环102降成本的目的，另一方面，通过限定第一分割槽1022的槽宽，还可以提升磁环102的散热效果。

实施例五：

如图1所示，在上述任一实施例中，优选地，任意一个第一分割槽1022中的分割面与电机转子10的转轴之间的夹角大于0°并小于或等于90°。

在该实施例中，通过将第一分割槽1022的分割面设置为与电机转子10的转轴之间的夹角为大于0°并小于或等于90°，设定夹角为θ，在θ＜90°时，可以使分割面的面积大于θ＝90°的面积，加大单元之间的电阻，从而会更大程度地降低涡流损耗，在θ＝90°时，制备方式更加简单。

另外，由于在θ＝0°时，磁环102被分割为瓦片型，虽然可以最大程度地降低涡流损耗，但是不利于装配且电机性能和振动噪音均会恶化。

实施例六：

如图2所示，在上述任一实施例中，优选地，分割槽还包括第二分割槽1026，第二分割槽1026的深度小于第二分割槽1026所处区域的磁环102厚度，以使第二分割槽1026两侧的磁环102磁极通过第二分割槽1026的槽底连接。

在该实施例中，通过将磁环102设置为由第二分割槽1026构建的具有多个槽体的磁环102结构，由于第二分割槽1026的深度小于磁环102厚度，因此分割面未贯穿磁环102，将磁环102分割为若干个不独立的单元，同样能够截断涡流损耗路径，进而实现降低涡流损耗的效果。

与通过开设第一分割槽1022将磁环102分割为多个相对独立的子磁环1024的方式相比，采用第二分割槽1026执行的不完全分割降低涡流损耗比采用第一分割槽1022执行的完全分割的效果差，但是不完全分割结构由于磁环102单元之间有连接部分，转子生产时依然采用一个完整的磁环102，因此设置有第二分割槽1026的转子，相对于设置第一分割槽1022的转子，制备效率更高。

实施例七：

如图2所示，在上述任一实施例中，优选地，第二分割槽1026开设在磁环102的外表面上。

在该实施例中，通过将第二分割槽1026开设在磁环102的外表面上，与将第二分割槽1026开设在磁环102的内表面的方式相比，一方面，开设在外表面上，制备时工艺较简单，另一方面，由于谐波能量主要存在于磁环102的外表面，不完全分割时分割面设在磁环102外表面，而不设在磁环102内表面，能够减少谐波能量，进而减少涡流损失。

实施例八：

如图2所示，在上述任一实施例中，优选地，第二分割槽1026设置于相邻的两个磁极之间的区域内。

在该实施例中，由于磁极之间的磁体在生产过程中存在充不饱的情况，因此将分割面置于磁环102的磁极之间的位置，可以最大程度地减小分割磁环102对气隙磁密的影响，达到充分利用磁环102材料的目的。

实施例九：

如图2所示，在上述任一实施例中，优选地，任意一个第二分割槽1026中的分割面与电机转子10的转轴之间的夹角大于或等于0°并小于或等于90°。

在该实施例中，通过将任意一个第二分割槽1026中的分割面与电机转子10的转轴之间的夹角大于或等于0°并小于或等于90°，即第二分割槽1026可以沿任何方向设置，其中，在θ＝0°时，即第二分割槽1026与磁环102轴线平行，一方面，有利于最大程度地降低涡流损耗，另一方面，有利于装配效率的提高。

在上述任一实施例中，优选地，磁环102为稀土钴件或钕铁硼件。

下面参照图3描述根据本发明实施例的永磁同步电机。

如图3所示，根据本发明实施例的永磁同步电机，包括：如本发明第一方面的实施例的电机转子10；电机定子，与电机转子10配合组装。

在该实施例中，永磁同步电机包括定子铁芯202、绕组204、转子铁芯104和磁环102，磁环102套于转子铁芯104外周面，磁环102的材质可以为钕铁硼，且磁环102被分割为若干个单元(在分割槽为第一分割槽1022时，若干个单元为相对独立的子磁环1024。在分割槽为第二分割槽1026时，磁环102仍为一个整体)，由于钕铁硼具有较高的电导率和较低的居里温度，电机运行时会产生较大的涡流损耗，涡流损耗会导致磁环102发热，甚至会导致磁环102局部达到居里温度而退磁，通过设置第一分割槽1022和/或第二分割槽1026，来截断涡流损耗的路径，达到降低磁环102涡流损耗的目的。

根据本发明的实施例，还提出了一种压缩机，包括本发明上述任一的实施例所述的永磁同步电机。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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单元必须具有特定的方向、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。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”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实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或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。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (13)

1.一种电机转子，包括转子铁芯以及套设在所述转子铁芯外周上磁环，其特征在于，

所述磁环的表面开设有至少一个分割槽，所述分割槽的深度小于或等于所述分割槽所处区域的磁环厚度，

其中，在所述转子铁芯旋转时，所述分割槽用于截断所述磁环的涡流损耗路径。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，

在所述分割槽具有多个时，多个所述分割槽的开设的长度方向相同，

其中，任意一个所述分割槽沿所述长度方向延伸，能够使所述分割槽的两端连通以构造成环形分割槽，或分别延伸至穿透所述磁环的两个端面。

3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，

所述分割槽包括第一分割槽，所述第一分割槽的深度等于所述第一分割槽所述区域的磁环厚度，以沿所述转子铁芯的径向穿透所述磁环后，将所述磁环构造为多个相对独立的子磁环。

4.根据权利要求3所述的电机转子，其特征在于，

在所述多个相对独立的子磁环沿所述转轴的轴向自上至下依次分布时，任意一个所述子磁环的磁极相对于另一个所述子磁环的磁极，在所述轴向上的投影具有不重合区域。

5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，

所述第一分割槽的槽宽大于或等于第一预设宽度，并小于或等于第二预设宽度，

其中，所述第一预设宽度小于或等于所述第二预设宽度。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的电机转子，其特征在于，

任意一个所述第一分割槽中的分割面与所述电机转子的转轴之间的夹角大于0°并小于或等于90°。

7.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，

所述分割槽还包括第二分割槽，所述第二分割槽的深度小于所述第二分割槽所处区域的磁环厚度，以使所述第二分割槽两侧的磁环磁极通过所述第二分割槽的槽底连接。

8.根据权利要7所述的电机转子，其特征在于，

所述第二分割槽开设在所述磁环的外表面上。

9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，

所述第二分割槽设置于相邻的两个磁极之间的区域内。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的电机转子，其特征在于，

任意一个所述第二分割槽中的分割面与所述电机转子的转轴之间的夹角大于或等于0°并小于或等于90°。

11.根据权利要求1或2所述的电机转子，其特征在于，

所述磁环为稀土钴件或钕铁硼件。

12.一种永磁同步电机，其特征在于，包括：

如权利要求1至11中任一项所述的电机转子；

电机定子，与所述电机转子配合组装。

13.一种压缩机，其特征在于，包括：

如权利要求12所述的永磁同步电机。