CN112531938B - 转子铁芯、转子、电机、压缩机及空调器 - Google Patents

Abstract

本申请总体来说涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种转子铁芯、转子、电机、压缩机及空调器，其中，转子铁芯开设有的磁钢槽，磁钢槽具有多个弯折形成用于容纳磁钢的槽段，多个槽段之间呈类正弦状分布，安装有该转子铁芯的电机具有高出力、高功率密度的特性，适用于大扭矩输出场合，提高电机电机气隙磁密的正弦度，降低电机的高频谐波杂散损耗，改善了反电势波形以及电机转矩脉动。

Description

转子铁芯、转子、电机、压缩机及空调器

技术领域

本申请总体来说涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种转子铁芯、转子、电机、压缩机及空调器。

背景技术

压缩机一直是用电大户，因此，压缩机产品的节能问题是节能减排的重点，电机是压缩机的心脏，其效率的高低影响着压缩机能效。

目前国内变频螺杆压缩机大多采用异步电动机驱动，而异步电动机效率低、变频控制比较复杂，因此，永磁电机以其优异的性能成为许多科研机构研究和开发的对象。

永磁同步电动机被广泛应用在电动汽车、压缩机等工业设备中，然而，永磁同步电机具有较大的转矩脉动，会导致机械设备产生不良影响。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有永磁同步电机转矩脉动大的技术问题，本申请的主要目的在于提供一种转子铁芯、转子、电机、压缩机及空调器。

为实现上述发明目的，本申请采用如下技术方案：

一种转子铁芯，所述转子铁芯开设有磁钢槽，所述磁钢槽具有多个弯折形成用于容纳磁钢的槽段，多个所述槽段之间呈类正弦状分布，转子铁芯开设有多组磁钢槽组，每组所述磁钢槽组包括两个以磁极中心线对称设置的所述磁钢槽，相邻两个所述槽段之间的夹角为θ₁，所述磁钢槽的首尾连线与磁极中心线之间形成的夹角为θ，其中，θ₁＝90°～120°，(θ-θ₁/2)≤10°，所述磁钢槽的延伸长度为L，所述转子铁芯外圆直径为D，其中，L*sin(θ)≤0.33*D。

进一步的，在本发明的一些实施例中，上述磁钢槽具有三个槽段，且三个槽段的延伸长度相同。

一种转子，包括磁钢及上述转子铁芯，其中，每个所述槽段内分别安装有所述磁钢。

进一步的，在本发明的一些实施例中，上述磁钢的长度为L_M,所述磁钢的厚度为H；

其中，

进一步的，在本发明的一些实施例中，所述磁钢在所述磁钢槽的首尾连线上的正投影长度为L_N；

其中

进一步的，在本发明的一些实施例中，上述磁钢位于所述磁钢槽弯折处内侧的第一角及与所述第一角相对的第二角分别设置有直径为R的圆角，在垂直所述转子铁芯轴线的平面上，所述磁钢垂直所述磁钢槽的首尾连线方向上的高度为H_K；

其中，R＝(0.2～0.3)*H_K。

一种电机，安装上述转子。

一种压缩机，安装有上述电机。

一种空调器，安装上述压缩机。

由上述技术方案可知，本申请的转子铁芯、转子、电机、压缩机及空调器的优点和积极效果在于：

本申请方案，转子铁芯开设有磁钢槽，磁钢槽具有多个弯折形成用于容纳磁钢的槽段，多个槽段之间呈类正弦状分布，安装有该转子铁芯的电机具有高出力、高功率密度的特性，适用于大扭矩输出场合，提高电机气隙磁密的正弦度，降低电机的高频谐波杂散损耗，改善了反电势波形以及电机转矩脉动。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种转子的结构示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种转子的磁钢槽角度标注示意图。

图3是根据一示例性实施方式示出的一种转子的磁钢尺寸标注结构示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的一种转子的磁钢高度标注结构示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的一种转子的磁钢结构示意图。

图6是根据一示例性实施方式示出的一种转子的磁力线结构示意图。

图7是根据一示例性实施方式示出的采用本方案的电机输出转矩与现有电机输出转矩的对比示意图。

其中，附图标记说明如下：

100-转子铁芯；200-磁钢槽；400-首尾连线；

210-第一槽段；220-第二槽段；230-第三槽段；

310-第一磁钢；320-第二磁钢；330-第三磁钢；

311-第一角；312-第二角。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本方案提供一种转子铁芯100、转子、电机、压缩机及空调器，转子铁芯100开设有磁钢槽200，磁钢槽200具有多个弯折形成用于容纳磁钢的槽段，多个槽段之间呈类正弦状分布，转子包括磁钢及上述转子铁芯100，其中，每个所述槽段内分别安装有磁钢，电机，安装有上述转子，压缩机安装上述电机，空调器安装上述压缩机，类正弦分布式磁钢的电机具有高出力、高功率密度的特性，适用于大扭矩输出场合，同时优化了气隙磁密，改善了反电势波形以及电机转矩脉动。

结合图1-5所示，转子由软磁材料薄片叠压而成，所述转子铁芯100开设有磁钢槽200，所述磁钢槽200具有多个弯折形成用于容纳磁钢的槽段，多个所述槽段之间呈类正弦状分布，磁钢槽200的相邻两个所述槽段之间的夹角为θ₁，所述磁钢槽200的首尾连线400与磁极中心线之间形成的夹角为θ，其中，θ₁＝90°～120°，(θ-θ₁/2)≤10°，θ＝55°～70°，使同一极下的磁钢形成聚磁效应，增大出力。

本方案中，磁钢槽200具有三个槽段，且三个槽段的延伸长度相同，所述转子铁芯100开设有多组磁钢槽200组，每组所述磁钢槽200组包括两个以磁极中心线对称设置的所述磁钢槽200，本实施例中，转子铁芯100设置有八组磁钢槽200组，即转子磁极为八，磁钢槽200数为十六。

所述磁钢槽200的延伸长度为L，即三个槽段的长度之和为L，所述转子铁芯外圆直径为D，其中，L*sin(θ)≤0.33*D，参考图6，结合磁钢槽200分段式曲线结构，将磁力线调质成正弦波，从而提高电机气隙磁密的正弦度，降低电机的高频谐波杂散损耗。

本实施例还提供一种转子，包括磁钢及上述转子铁芯100，其中，每个所述槽段内分别安装有磁钢，磁钢的长度为L_M,所述磁钢槽200的首尾连线400与磁极中心线之间形成的夹角为θ，所述磁钢在所述磁钢槽200的首尾连线400上的正投影长度为L_N，其中

本实施中，结合图3所示，将磁钢槽200的三段由内至外分别定义为第一槽段210、第二槽段220及第三槽段230，将安装于第一槽段210内的磁钢定义为第一磁钢310，将安装于第二槽段220内的磁钢定义为第二磁钢320，将安装于第三槽段230的磁钢定义为第三磁钢330，由于磁钢槽200呈类正弦结构分布，将第一磁钢310的长度定义为L_M1，将第一磁钢310在首位连线上的正投影的长度定义为L_N1，将第二磁钢320长度定义为L_M2，将第二磁钢320在首位连线上的正投影的长度定义为L_N2，将第三磁钢330长度定义为L_M3，将第二磁钢320在首位连线上的正投影的长度定义为L_N3，由于磁钢槽200呈类正弦结构分布，第一槽段210与第三槽段230平行设置，且第一槽段210与第三槽段230结构相同，其中，L_M1＝L_M3，L_N1＝L_N3，根据公式，

参考图4，所述磁钢位于所述磁钢槽200弯折处内侧的第一角311及与所述第一角311相对的第二角312分别设置有直径为R的圆角，从而进一步降低电机转矩脉动及反电势谐波，在垂直所述转子铁芯100轴线的平面上，所述磁钢垂直所述磁钢槽200的首尾连线400方向上的高度为H_K，其中，R＝(0.2～0.3)*H_K，第一磁钢310的高度为H_K1，第二磁钢320的高度为H_K2，第三磁钢330的高度为H_K3，由于第一槽段210与第二槽段220平行，H_K1＝H_K2,第一磁钢310的圆角与第三磁钢330的圆角相同。

为提高磁钢输出利用率，磁钢的长度与厚度比值不宜过大，避免成本过高，同时磁钢的长度与厚度比值也不能过小，比值过小容易导致无法形成有效的聚磁效果，磁钢的长度为L_M,所述磁钢的厚度为H，其中，

本实施例中，第一磁钢310的厚度为H₁，第二磁钢320的厚度为H₂,第三磁钢330的厚度为H₃，因此第一磁钢310的长度与厚度比值：

第二磁钢320的长度与厚度比值：

第三磁钢330的长度与厚度比值：

本申请方案中，磁钢槽200还具有空气槽，空气槽可以填充树脂之类的不导磁材料，从而保证隔磁的前提下增加转子结构的机械强度，磁钢材料采用稀土材料，提供更大的气隙磁密。

本实施例还提供一种电机，电机安装有上述转子，电机通过聚磁效应，可有效增加气隙磁密，使电机在低速运行状态下输出高电压。磁通回路如图6所示，从图6中可以看出气隙磁通由6块磁钢并联后共同提供，转子齿极处的磁通大小为：

Φ_r＝Φ_m1+Φ_m2，式中，

Φ_r——转子齿极处磁通；

Φ_m1、Φ_m2——磁钢产生的磁通。

将公式用磁通密度表示：

B_rA_r＝B_m1A_m1+B_m2A_m2＝2B_mA_m；

式中，

B_r、A_r——转子齿部磁密及转子齿部横截面积；

B_m、A_m——磁钢充磁方向上横截面磁密及横截面积。

公式可进一步表示：

公式表明，当2Am＞Ar时，Br＞Bm，达到了聚磁效果，可以增加转子齿部磁密，从而增加气隙磁密，磁钢充磁方向上的横截面积与转子齿部横截面积的比值越大，转子齿极部磁密越大，气隙磁密越大。同时结合磁通在此处的饱和问题，将磁钢槽200设计为类正弦结构，以保证磁钢的利用率，图7是采用本方案转子的电机输出转矩与现有电机输出转矩的对比示意图，本申请方案中的电机出力相比现有V字形磁钢槽的电机出力高出26％左右。

在上述原理和结构的基础上，本实施例中，也可以将第二磁钢320取出，即，只在第一槽段210和第三槽段230设置磁钢，在此结构的基础上，本方案中，电机出力相比现有V字形磁钢槽200的电机高出20％左右。

本实施例还提供一种压缩机，压缩机安装有上述电机。

本实施例还提供一种空调器，空调器安装有上述压缩机。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种转子铁芯(100)，其特征在于，所述转子铁芯(100)开设有磁钢槽(200)，所述磁钢槽(200)具有多个弯折形成用于容纳磁钢的槽段，多个所述槽段之间呈类正弦状分布，所述转子铁芯(100)开设有多组磁钢槽(200)组，每组所述磁钢槽(200)组包括两个以磁极中心线对称设置的所述磁钢槽(200)，相邻两个所述槽段之间的夹角为θ₁，所述磁钢槽(200)的首尾连线(400)与磁极中心线之间形成的夹角为θ，其中，θ₁＝90°～120°，(θ-θ₁/2)≤10°，所述磁钢槽(200)的延伸长度为L，所述转子铁芯外圆直径为D，其中，L*sin(θ)≤0.33*D。

2.如权利要求1所述的转子铁芯(100)，其特征在于，所述磁钢槽(200)具有三个槽段，且三个槽段的延伸长度相同。

3.一种转子，其特征在于，包括磁钢及权利要求1-2任一所述的转子铁芯(100)，其中，每个所述槽段内分别安装有所述磁钢。

4.如权利要求3所述的转子，其特征在于，所述磁钢的长度为L_M,所述磁钢的厚度为H；

其中，

5.如权利要求4所述的转子，其特征在于，所述磁钢在所述磁钢槽(200)的首尾连线(400)上的正投影长度为L_N；

其中

6.根据权利要求4所述的转子，其特征在于，所述磁钢位于所述磁钢槽(200)弯折处内侧的第一角及与所述第一角相对的第二角分别设置有直径为R的圆角，在垂直所述转子铁芯(100)轴线的平面上，所述磁钢垂直所述磁钢槽(200)的首尾连线(400)方向上的高度为H_K；

其中，R＝(0.2～0.3)*H_K。

7.一种电机，其特征在于，安装有权利要求3-6任一所述的转子。

8.一种压缩机，其特征在于，安装有权利要求7所述的电机。

9.一种空调器，其特征在于，安装有权利要求8所述的压缩机。

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