CN110620455B - 永磁电机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种永磁电机和压缩机，其中，永磁电机包括：电机定子，包括定子铁芯；电机转子，套设在定子铁芯内，转子铁芯的端面上沿转子铁芯的周向开设多组容纳槽，在容纳槽靠近转子铁芯的外沿的一端还开设有隔磁屏障，在每个转子铁芯的横截面上，每组磁极的中心与转子铁芯的旋转轴的轴心之间的连线形成d轴，d轴两侧的隔磁屏障分别沿周向向d轴延伸形成，隔磁屏障沿径向的宽度为W1，容纳槽的宽度为W2，转子铁芯的外圆与定子铁芯的内圆之间的最小间隙为W3，(1.5×W3)≤W1<W2。通过本发明的技术方案，能够通过改善环流改善电机性能，同时可减小空载转矩。

Description

永磁电机和压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机领域，具体而言，涉及一种永磁电机和一种压缩机。

背景技术

在大功率压缩机的制造过程中，由于存在出线线头过多以及线径粗的问题，会给制造带来困难，导致影响电机制造效率，作为一个可解决该问题的方案，通过采用三角形绕组接法，可降低线径和并联根数，进而可减小出线线头，但是应用三角形接法，相反电势里面的3次及3的倍数次谐波会在三角形绕组内部形成环流，会导致电机铜耗增加，从而影响电机性能，并且环流会导致空载转矩及负载转矩波动增加，影响电机噪音和搭载其的压缩机装配制造性。

因此为了去除或者降低电机相反电势里面的3次谐波，相关技术中，通过增加隔磁屏障与狭缝，且保持隔磁屏障与狭缝之间磁饱和设置，可以一定程度降低电机反电势谐波，但是仍存在以下缺陷：

(1)阻挡了q轴磁路，导致电机整体转矩密度下降，对于大功率电机来说，相同转矩下的电流会增加，因此对电机耐电流要求提了更高的要求，整体成本会上升，性价比会下降，整个电机能力也随之下降；

(2)增加了电机的齿槽转矩，因此会影响电机负载转矩脉动，进而增加电机噪音。

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永磁电机。

本发明的另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永磁电机，包括：电机定子，包括定子铁芯；电机转子，套设在定子铁芯内，电机转子包括转子铁芯与多个永磁体，转子铁芯的端面上沿转子铁芯的周向开设多组容纳槽，在容纳槽靠近转子铁芯的外沿的一端还开设有隔磁屏障，多个永磁体对应嵌设于多组容纳槽内，每组容纳槽内的永磁体形成磁极，相邻的两组磁极的磁性相反，其中，在每个转子铁芯的横截面上，每组磁极的中心与转子铁芯的旋转轴的轴心之间的连线形成d轴，d轴两侧的隔磁屏障分别沿周向向d轴延伸形成，隔磁屏障沿径向的宽度为W1，容纳槽的宽度为W2，转子铁芯的外圆与定子铁芯的内圆之间的最小间隙为W3，(1.5×W3)≤W1<W2。

在该技术方案中，通过采用转子限制尺寸的隔磁屏障(W1<W2)，能够降低转矩脉动，通过限定转子铁芯的外圆与定子铁芯的内圆之间的最小间隙W3与隔磁屏障的宽度W2之间的关系来改善磁密，进而改善环流，能够通过改善环流改善电机性能，同时可减小空载转矩。

其中，隔磁屏障具体为隔磁槽。

每组磁极包括相对d轴对称的第一永磁体与第二永磁体，第一永磁体与第二永磁体呈V形结构。

具体地，通过限定W1与W3之间的关系，即(1.5×W3)≤W1，随着隔磁屏障尺寸与气隙尺寸的变化，相反电势3次谐波占比随之下降，但是隔磁屏障的径向宽度并不是增加的越大越好，随着隔磁屏障宽度尺寸增加，相反电势5次谐波会增加，因此必须保持各种谐波均在一个合理可接受的范围，在本申请中，通过保证3次谐波不影响基本不影响电机性能和空载转矩的情况下，同时5次谐波不会较大影响电机噪音的，以可找到最优的隔磁屏障的径向宽度。

本发明提供的上述实施例中的永磁电机还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，相邻的两组磁极之间的中点与轴心之间的连线形成q轴，隔磁屏障靠近d轴的端点与轴心之间的连线与隔磁屏障相邻的q轴之间的夹角为θ，θ满足：27°/P≤θ≤45°/P，其中，P为磁极对数。

在该技术方案中，通过限定θ范围，以实现对隔磁屏障的位置，以及沿周向的长度的限定，结合隔磁屏障沿径向的宽度W1，实现了对隔磁屏障截面形状的尺寸的限定，以进一步降低转矩脉动，提高电动机控制能力，降低电动机噪音振动。

具体地，P可以为3，则θ满足：9°≤θ≤15°。

在上述任一技术方案中，优选地，在每组容纳槽与转子铁芯的外圆之间还对应开设有狭缝组，其中，狭缝组与相邻的隔磁屏障之间的最小距离为W4，(0.7×W4)>W2，并且隔磁屏障与狭缝组中远离d轴的狭缝之间的铁芯处于非饱和状态。

在该技术方案中，由于设置隔磁屏障会一定程度地增加齿槽转矩，增加电机噪音，因此通增加靠近隔磁屏障的狭缝组，并且限定狭缝组与隔磁屏障之间的最小距离W4与W2之间的关系，即设置隔磁屏障和狭缝之间具有的一定距离，以保证处于两者之间的铁芯处于不磁饱和的状态，从而能够保证q轴磁路畅通，防止磁阻转矩的下降，保证永磁电机具有一定的磁阻转矩输出，磁阻转矩占比直接影响电机的电流大小，当磁阻转矩增加时，相同工况条件下，电机电流会下降，电机性能会提升，同时可保证高负载下，电机能力稳定。

另外，还可以通过增加狭缝组与隔磁屏障之间的距离，以有效增加q轴磁路的顺畅性，从而保证电机磁阻转矩的输出。

在上述任一技术方案中，优选地，每组狭缝组沿周向均布；并且每组狭缝组相对对应的d轴对称分布。

在该技术方案中，通过使每组狭缝组中的狭缝设置为沿周向均布，以及相对对应的d轴对称分布，以使处于不饱和状态的铁芯沿周向均布，以进一步保证q轴磁路畅通，防止磁阻转矩的下降。

在上述任一技术方案中，优选地，狭缝组靠近转子外圆设置，并且与转子铁芯的外圆之间的距离设为W5，其中，W5≤(1.3×W3)。

在该技术方案中，通过限定狭缝组与转子铁芯的外圆之间的距离W5与磁隙W3之间的关系，从而使狭缝组尽量靠近外圆的边缘设置，从而在保证狭缝组与转子铁心边缘之间的隔磁磁桥的机械强度的基础上，能够进一步降低齿槽转矩。

在上述任一技术方案中，优选地，每组狭缝组中狭缝的数量大于等于3个。

在该技术方案中，通过将每组狭缝组中狭缝的数量限定为大于等于3个，并且多个狭缝沿周向均布，以进一步降低永磁电机的齿槽转矩，进而能够降低电机的负载转矩脉动，以实现电机噪音的减小。

优选地，每组狭缝组中狭缝的数量为3个或5个。

在上述任一技术方案中，优选地，W2和W1之间还满足：(0.8×W2)≥W1。

在该技术方案中，在W1<W2的基础上，通过进一步限定W2与W1之间的尺寸关系，在容纳槽的宽度不变的情况下，进一步减小隔磁屏障的径向宽度，以进一步减小空载转矩。

在上述任一技术方案中，优选地，每一组磁极的永磁体的宽度相同。

在上述任一技术方案中，优选地，电机定子还包括定子绕组，定子铁芯的内壁上开设多个齿槽，多个齿槽沿周向分布，并分别使定子铁芯的两个端面导通，定子绕组绕设在齿槽内，其中，定子绕组采用三角形绕组接法。

在该技术方案中，通过采用三角形绕组接法执行定子绕组的绕设操作，能够减少电机出线接头，同时降低线径，达到改善制造性的目的。

具体地，以18槽6极分布卷电机为例，分为3相绕组，A相进线AP与C相的出线CN连接在一起与外电路的三相电源U连接，B相的进线BP与A相的出线AN连接在一起与外电路的三相电源V相连接，C相的进线CP与B相的出线BN连接在一起与三相电源的W相接，从而形成三角形接法，减少电机出线接头，同时降低线径，达到改善制造性的目的。

在上述任一技术方案中，优选地，隔磁屏障的径向宽度，沿d轴向q轴方向逐渐减小。

在该技术方案中，对于隔磁屏障沿半径方向，通过从d轴向q轴方向，隔磁屏障宽度变小，由此可使靠近d轴侧的隔磁狭缝空间增大，可更有效的改善相反电势3次谐波，在保持气隙磁密变化小的同时，有利于增加永磁电机的整体转矩密度。

在上述任一技术方案中，优选地，每组容纳槽嵌设的永磁体构造形成V形结构。

在上述任一技术方案中，优选地，转子还包含端板和平衡块。

本发明第二方面的实施例提出了一种压缩机，包括本发明第一方面的实施例提出的一种永磁电机。

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永磁电机的平面结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的永磁电机转子的结构示意图；

图3示出了根据本发明的另一个实施例的永磁电机转子的结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施例中采用三角形绕组的定子绕组的连接示意图；

图5示出了根据本发明的实施例永磁电机相反电势3次谐波随着隔磁屏障的尺寸变化的占比示意图；

图6示出了根据本发明的实施例与相关技术中齿槽转矩的对比示意图；

图7示出了根据本发明的一个实施例的压缩机的结构示意图。

其中，图1至图3以及图7中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1永磁电机，10电机定子，102定子铁芯，104定子绕组，106齿槽，20电机转子，202转子铁芯，204永磁体，206容纳槽，208隔磁槽，210狭缝组，212非饱和状态铁芯，2压缩机构，3密闭壳体。

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至图4描述根据本发明一些实施例的永磁电机。

如图1所示，根据本发明的实施例的永磁电机1，包括：电机定子10，包括定子铁芯102；电机转子20，套设在定子铁芯102内，电机转子20包括转子铁芯202与多个永磁体204，转子铁芯202的端面上沿转子铁芯202的周向开设多组容纳槽206，在容纳槽206靠近转子铁芯202的外沿的一端还开设有隔磁屏障208，多个永磁体204对应嵌设于多组容纳槽206内，每组容纳槽206内的永磁体204形成磁极，相邻的两组磁极的磁性相反，其中，在每个转子铁芯202的横截面上，每组磁极的中心与转子铁芯202的旋转轴的轴心之间的连线形成d轴，d轴两侧的隔磁屏障208分别沿周向向d轴延伸形成，隔磁屏障208沿径向的宽度为W1，容纳槽206的宽度为W2，转子铁芯202的外圆与定子铁芯102的内圆之间的最小间隙为W3，(1.5×W3)≤W1<W2。

在该实施例中，通过采用转子限制尺寸的隔磁屏障208(W1<W2)，能够降低转矩脉动，通过限定转子铁芯202的外圆与定子铁芯102的内圆之间的最小间隙W3与隔磁屏障208的宽度W2之间的关系来改善磁密，进而改善环流，能够通过改善环流改善电机性能，同时可减小空载转矩。

其中，隔磁屏障208具体为隔磁槽。

每组磁极包括相对d轴对称的第一永磁体204与第二永磁体204，第一永磁体204与第二永磁体204呈V形结构。

具体地，通过限定W1与W3之间的关系，即(1.5×W3)≤W1，随着隔磁屏障208尺寸与气隙尺寸的变化，相反电势3次谐波占比随之下降，但是隔磁屏障208的径向宽度并不是增加的越大越好，随着隔磁屏障208宽度尺寸增加，相反电势5次谐波会增加，因此必须保持各种谐波均在一个合理可接受的范围，在本申请中，通过保证3次谐波不影响基本不影响电机性能和空载转矩的情况下，同时5次谐波不会较大影响电机噪音的，以可找到最优的隔磁屏障208的径向宽度。

本发明提供的上述实施例中的永磁电机1还可以具有如下附加技术特征：

如图1所示，在上述实施例中，优选地，相邻的两组磁极之间的中点与轴心之间的连线形成q轴，隔磁屏障208靠近d轴的端点与轴心之间的连线与隔磁屏障208相邻的q轴之间的夹角为θ，θ满足：27°/P≤θ≤45°/P，其中，P为磁极对数。

在该实施例中，通过限定θ范围，以实现对隔磁屏障208的位置，以及沿周向的长度的限定，结合隔磁屏障208沿径向的宽度W1，实现了对隔磁屏障208截面形状的尺寸的限定，以进一步降低转矩脉动，提高电动机控制能力，降低电动机噪音振动。

具体地，P可以为3，则θ满足：9°≤θ≤15°。

如图1至图3所示，在上述任一实施例中，优选地，在每组容纳槽206与转子铁芯202的外圆之间还对应开设有狭缝组210，其中，狭缝组210与相邻的隔磁屏障208之间的最小距离为W4，(0.7×W4)>W2。

如图2与图3所示，并且隔磁屏障208与狭缝组210中远离d轴的狭缝之间的铁芯处于非饱和状态，即非饱和状态铁芯212。

在该实施例中，由于设置隔磁屏障208会一定程度地增加齿槽转矩，增加电机噪音，因此通增加靠近隔磁屏障208的狭缝组210，并且限定狭缝组210与隔磁屏障208之间的最小距离W4与W2之间的关系，即设置隔磁屏障208和狭缝之间具有的一定距离，以保证处于两者之间的铁芯处于不磁饱和的状态，从而能够保证q轴磁路畅通，防止磁阻转矩的下降，保证永磁电机1具有一定的磁阻转矩输出，磁阻转矩占比直接影响电机的电流大小，当磁阻转矩增加时，相同工况条件下，电机电流会下降，电机性能会提升，同时可保证高负载下，电机能力稳定。

另外，还可以通过增加狭缝组210与隔磁屏障208之间的距离，以有效增加q轴磁路的顺畅性，从而保证电机磁阻转矩的输出。

如图1所示，在上述任一实施例中，优选地，每组狭缝组210沿周向均布；并且每组狭缝组210相对对应的d轴对称分布。

在该实施例中，通过使每组狭缝组210中的狭缝设置为沿周向均布，以及相对对应的d轴对称分布，以使处于不饱和状态的铁芯沿周向均布，以进一步保证q轴磁路畅通，防止磁阻转矩的下降。

如图1所示，在上述任一实施例中，优选地，狭缝组210靠近转子外圆设置，并且与转子铁芯202的外圆之间的距离设为W5，其中，W5≤(1.3×W3)。

在该实施例中，通过限定狭缝组210与转子铁芯202的外圆之间的距离W5与磁隙W3之间的关系，从而使狭缝组210尽量靠近外圆的边缘设置，从而在保证狭缝组210与转子铁心边缘之间的隔磁磁桥的机械强度的基础上，能够进一步降低齿槽转矩。

在上述任一实施例中，优选地，每组狭缝组210中狭缝的数量大于等于3个。

在该实施例中，通过将每组狭缝组210中狭缝的数量限定为大于等于3个，并且多个狭缝沿周向均布，以进一步降低永磁电机1的齿槽转矩，进而能够降低电机的负载转矩脉动，以实现电机噪音的减小。

如图1与图2所示，在根据本申请的一个实施例中，每组狭缝组210中狭缝的数量为5个。

如图3所示，在根据本申请的另一个实施例中，每组狭缝组210中狭缝的数量为3个。并且对于隔磁屏障208沿半径方向，从d轴向q轴方向，隔磁屏障208的宽度变小，由此可使靠近d轴侧的隔磁狭缝空间大，可更有效的改善相反电势3次谐波，同时保持气隙磁密变化小。

在上述任一实施例中，优选地，W2和W1之间还满足：(0.8×W2)≥W1。

在该实施例中，在W1<W2的基础上，通过进一步限定W2与W1之间的尺寸关系，在容纳槽206的宽度不变的情况下，进一步减小隔磁屏障208的径向宽度，以进一步减小空载转矩。

在上述任一实施例中，优选地，每一组磁极的永磁体204的宽度相同。

如图1至图4所示，在上述任一实施例中，优选地，电机定子10还包括定子绕组104，定子铁芯102的内壁上开设多个齿槽106，多个齿槽106沿周向分布，并分别使定子铁芯102的两个端面导通，定子绕组104绕设在齿槽106内，其中，定子绕组104采用三角形绕组接法。

在该实施例中，通过采用三角形绕组接法执行定子绕组104的绕设操作，能够减少电机出线接头，同时降低线径，达到改善制造性的目的。

如图1与图4所示，具体地，以18槽6极的分布卷电机为例，分为A、B、C，3相绕组，A相进线AP与C相的出线CN连接在一起与外电路的三相电源U连接，B相的进线BP与A相的出线AN连接在一起与外电路的三相电源V相连接，C相的进线CP与B相的出线BN连接在一起与三相电源的W相接，从而形成三角形接法，减少电机出线接头，同时降低线径，达到改善制造性的目的。

在上述任一实施例中，优选地，隔磁屏障208的径向宽度，沿d轴向q轴方向逐渐减小。

在该实施例中，对于隔磁屏障208沿半径方向，通过从d轴向q轴方向，隔磁屏障208宽度变小，由此可使靠近d轴侧的隔磁狭缝空间增大，可更有效的改善相反电势3次谐波，在保持气隙磁密变化小的同时，有利于增加永磁电机1的整体转矩密度。

在上述任一实施例中，优选地，每组容纳槽206嵌设的永磁体204构造形成V形结构。

在上述任一实施例中，优选地，转子还包含端板和平衡块。

图5示出了根据本发明的实施例的永磁电机相反电势3次谐波随着隔磁屏障尺寸变化占比，随着隔磁屏障208尺寸与气隙尺寸的变化，相反电势3次谐波占比随之下降，但是隔磁屏障208的径向宽度并不是增加的越大越好，随着隔磁屏障208宽度尺寸增加，相反电势5次谐波会增加，因此必须保持各种谐波均在一个合理可接受的范围，在本申请中，通过保证3次谐波不影响基本不影响电机性能和空载转矩的情况下，同时5次谐波不会较大影响电机噪音的，以可找到最优的隔磁屏障208的径向宽度。

图6示出了采用本发明的实施例的永磁电机1与现有技术中的永磁电机的齿槽转矩对比图，如图6所示，采用本发明的实施例的永磁电机1较现有技术齿槽转矩有18％的下降比例。

如图7所示，根据本发明的实施例的压缩机，包括上述实施例提出的一种永磁电机1，压缩机构2以及密闭壳体3。

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 (11)

1.一种永磁电机，其特征在于，包括：

电机定子，包括定子铁芯；

电机转子，套设在所述定子铁芯内，所述电机转子包括转子铁芯与多个永磁体，所述转子铁芯的端面上沿所述转子铁芯的周向开设多组容纳槽，在所述容纳槽靠近所述转子铁芯的外沿的一端还开设有隔磁屏障，所述多个永磁体对应嵌设于所述多组容纳槽内，每组所述容纳槽内的所述永磁体形成磁极，相邻的两组磁极的磁性相反，

其中，在每个所述转子铁芯的横截面上，每组所述磁极的中心与所述转子铁芯的旋转轴的轴心之间的连线形成d轴，所述d轴两侧的所述隔磁屏障分别沿周向向所述d轴延伸形成，所述隔磁屏障沿径向的宽度为W1，所述容纳槽的宽度为W2，所述转子铁芯的外圆与所述定子铁芯的内圆之间的最小间隙为W3，（1.5×W3）≤W1< W2；

在每组所述容纳槽与所述转子铁芯的外圆之间还对应开设有狭缝组，

其中，所述狭缝组与相邻的所述隔磁屏障之间的最小距离为W4，（0.7×W4）>W2，并且所述隔磁屏障与所述狭缝组中远离所述d轴的所述狭缝之间的铁芯处于非饱和状态；

所述狭缝组靠近转子外圆设置，并且与所述转子铁芯的外圆之间的距离设为W5，

其中，W5≤（1.3×W3）。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，

相邻的两组所述磁极之间的中点与所述轴心之间的连线形成q轴，所述隔磁屏障靠近所述d轴的端点与所述轴心之间的连线与所述隔磁屏障相邻的所述q轴之间的夹角为θ，θ满足：27°/P≤θ≤45°/P，其中，P为磁极对数。

3.根据权利要求2所述的永磁电机，其特征在于，

每组所述狭缝组沿周向均布；并且

每组所述狭缝组相对对应的所述d轴对称分布。

4.根据权利要求2所述的永磁电机，其特征在于，

每组所述狭缝组中狭缝的数量大于等于3个。

5.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，

W2和W1之间还满足：（0.8×W2）≥W1。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的永磁电机，其特征在于，

每一组所述磁极的所述永磁体的宽度相同。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的永磁电机，其特征在于，

所述电机定子还包括定子绕组，所述定子铁芯的内壁上开设多个齿槽，所述多个齿槽沿周向分布，并分别使所述定子铁芯的两个端面导通，所述定子绕组绕设在所述齿槽内，

其中，所述定子绕组采用三角形绕组接法。

8.根据权利要求2至4中任一项所述的永磁电机，其特征在于，

所述隔磁屏障的径向宽度，沿所述d轴向所述q轴方向逐渐减小。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的永磁电机，其特征在于，

每组所述容纳槽嵌设的所述永磁体构造形成V形结构。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的永磁电机，其特征在于，

所述转子还包含端板和平衡块。

11.一种压缩机，其特征在于，包括：

如权利要求1至10中任一项所述的永磁电机。

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