CN113270955A - 电机转子、电机、压缩机、空调器 - Google Patents

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李高旗
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Abstract

本发明提供一种电机转子、电机、压缩机、空调器，其中电机转子，包括转子铁芯，转子铁芯上具有沿其周向设置的多个磁极，同一磁极下，转子铁芯上构造有沿着转子铁芯的周向依次设置的多个V形磁钢槽，多个V形磁钢槽的V形开口朝向转子铁芯的外圆一侧，V形磁钢槽具有相交形成V形的第一槽段与第二槽段，第一槽段与第二槽段中分别设有磁钢。根据本发明，同一磁极下具有多个沿转子铁芯的周向设置的多个磁极中心，能够将磁极磁场由一个两端畸变大、急剧收窄的气隙磁密波形变成两端畸变率小、中间凹坑的结构，减小了气隙磁密两端的谐波含量，同时可以增加气隙磁密有效值，提升电机的励磁，增加电机输出的同时降低电机谐波、改善电机振动。

Description

电机转子、电机、压缩机、空调器
技术领域
本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机转子、电机、压缩机、空调器。
背景技术
现有变频空调为永磁同步电机，使用永磁体转子结构，行业多采用单层或多层“一”、“V”、“U”字形磁钢结构，设极数为p，则对应的磁极中心个数也为p，例如图5中具有一字型磁钢结构的转子极数为6，对应的磁极中心个数也为6，图6中具有V形磁钢结构的转子极数为6，对应的磁极中心个数也为6，该种结构会造成电机气隙磁密的谐波较大，而电机电磁力主要受到电机气隙磁密的影响，气隙磁密谐波多导致电机各阶次和次数的谐波较多，产生谐波电磁力，电机作为压缩机振动源，会激荡起压缩机各阶次的振动，从而使压缩机振动较大。
发明内容
因此，本发明提供一种电机转子、电机、压缩机、空调器，能够克服相关技术中具有单一磁极中心的转子磁极对应的磁场气隙磁密波形的两端畸变大、谐波含量高、气隙磁密有效值偏低进而导致电机及应用其的相应电机振动较大的不足。
为了解决上述问题，本发明提供一种电机转子，包括转子铁芯，所述转子铁芯上具有沿其周向设置的多个磁极，同一磁极下，所述转子铁芯上构造有沿着所述转子铁芯的周向依次设置的多个V形磁钢槽，多个所述V形磁钢槽的V形开口朝向所述转子铁芯的外圆一侧，所述V形磁钢槽具有相交形成所述V形的第一槽段与第二槽段，所述第一槽段与所述第二槽段中分别设有磁钢。
在一些实施方式中，多个所述V形磁钢槽包括第一V形磁钢槽、第二V形磁钢槽，所述第一V形磁钢槽内装设有布置成V形的第一磁钢、第二磁钢，所述第二V形磁钢槽内装设有布置成V形的第三磁钢、第四磁钢，所述磁极具有D轴，所述第一V形磁钢槽与所述第二V形磁钢槽关于所述D轴对称，所述第一磁钢与所述第四磁钢关于所述D轴对称，所述第二磁钢与所述第三磁钢关于所述D轴对称；或者，所述磁极具有D轴，多个所述V形磁钢槽关于所述D轴对称。
在一些实施方式中，所述第一V形磁钢槽的V形张角为c，90°≤c≤125°。
在一些实施方式中，所述第二磁钢与所述第三磁钢形成夹角d，80°≤d≤100°。
在一些实施方式中，所述第一V形磁钢槽及所述第二V形磁钢槽朝向所述转子铁芯的轴心一侧设有第一磁钢槽，所述第一磁钢槽内装设有第一辅助磁钢，所述第一辅助磁钢的径向外侧的磁性与所述第一磁钢、第二磁钢、第三磁钢、第四磁钢分别具有的径向外侧磁性皆相同。
在一些实施方式中，所述第一磁钢槽为一字型槽，所述第一辅助磁钢为一字型磁钢，所述第一磁钢槽及所述第一辅助磁钢关于D轴对称。
在一些实施方式中，所述第一辅助磁钢的径向内侧与所述转子铁芯的轴心之间的径向距离为f，0.35g≤f≤0.4g，其中g为所述转子铁芯的外径。
在一些实施方式中，相邻的两个所述磁极之间区域对应的所述转子铁芯上还构造有第二磁钢槽，所述第二磁钢槽内装设有第二辅助磁钢，所述第二辅助磁钢的周向第一侧的磁性与与所述第一侧相邻的磁极内的所述第一辅助磁钢的径向外侧的磁性相同。
在一些实施方式中，所述转子铁芯具有Q轴，所述第二辅助磁钢关于所述Q轴对称。
在一些实施方式中，所述第二辅助磁钢靠近所述转子铁芯的轴心一侧与所述转子铁芯的轴心之间的径向距离为e，0.25g≤e≤0.35g，其中g为所述转子铁芯的外径。
在一些实施方式中，所述转子铁芯的磁极个数为2p，所述V形磁钢槽的个数为a，a≤6p；和/或，所述第一磁钢槽及所述第二磁钢槽的个数和为b，b≤4p。
本发明还提供一种电机，包括上述的电机转子。
本发明还提供一种压缩机，包括上述的电机。
本发明还提供一种空调器，包括上述的压缩机。
本发明提供的一种电机转子、电机、压缩机、空调器，多个所述V形磁钢槽使同一磁极下具有多个沿所述转子铁芯的周向设置的多个磁极中心，与相关技术中的单一磁极中心的电机转子相较，能够将磁极磁场由一个两端畸变大、急剧收窄的气隙磁密波形变成两端畸变率小、中间凹坑的结构，减小了气隙磁密两端的谐波含量，同时可以增加气隙磁密有效值，提升电机的励磁，增加电机输出的同时降低电机谐波、改善电机振动。
附图说明
图1为本发明实施例的电机转子的结构示意图(轴向投影)，其中示出了每一磁极下具有两个磁极中心的情况；
图2为本发明实施例的电机转子的结构示意图(轴向投影)；
图3为本发明实施例的电机转子的结构示意图(轴向投影)，图中示出了相关部件的位置参数；
图4为相关技术中一字型磁钢结构每一磁极下具有单个磁极中心的示意；
图5为相关技术中V形磁钢结构每一磁极下具有单个磁极中心的示意；
图6为图5中的单个磁极中心的电机转子、具有本申请的主极磁钢结构的多个磁极中心的电机转子以及具有本申请的主极磁钢结构及辅极磁钢结构的电机转子的气隙磁密的对比图。
附图标记表示为：
1、转子铁芯；11、第一V形磁钢槽；111、第一磁钢；112、第二磁钢；12、第二V形磁钢槽；121、第三磁钢；122、第四磁钢；2、第一磁钢槽；21、第一辅助磁钢；3、第二磁钢槽；31、第二辅助磁钢。
具体实施方式
结合参见图1至图6所示，根据本发明的实施例，提供一种电机转子，包括转子铁芯1，所述转子铁芯1上具有沿其周向设置的多个磁极，而可以理解的是，相邻的两个磁极的磁性相反(N极或者S极)，同一磁极(可以为N极，亦可以为S极)下，所述转子铁芯1上构造有沿着所述转子铁芯1的周向依次设置的多个V形磁钢槽，多个所述V形磁钢槽的V形开口朝向所述转子铁芯1的外圆一侧，所述V形磁钢槽具有相交形成所述V形的第一槽段与第二槽段，所述第一槽段与所述第二槽段中分别设有磁钢，所述第一槽段与所述第二槽段中分别设置的磁钢的相对一侧的中垂线的交点形成对应的V形磁钢槽的磁极中心(如图1所示)，多个所述V形磁钢槽使同一磁极下具有多个沿所述转子铁芯1的周向设置的多个磁极中心，与相关技术中的单一磁极中心的电机转子相较(例如图5所示结构的电机转子)，能够将磁极磁场由一个两端畸变大、急剧收窄的气隙磁密波形变成两端畸变率小、中间凹坑的结构，减小了气隙磁密两端的谐波含量，同时可以增加气隙磁密有效值(Bavg)，提升电机的励磁，增加电机输出的同时降低电机谐波、改善电机振动。
具体的，多个所述V形磁钢槽以及其内设置的磁钢共同构成了转子铁芯1一磁极下的主极磁钢结构，而这一主极磁钢结构具有多个磁极中心，能够修正气隙磁密边缘磁场，使得气隙磁密边缘磁场畸变率减小，同时可以大幅提供有效气隙磁密，为Bavg提供最大的贡献，可以理解的，Bavg∝磁链ψPM，而通过电机转矩公式(1)，前半部分为电机永磁体产生的转矩，随着磁链ψPM的增加，可以有效提升永磁体产生的永磁转矩，从而提升电机的输出转矩Tem：
Figure BDA0003125377070000041
上式中，p为极对数，个；β为is与d轴夹角，°；Ld为直轴电感，H；Lq为交轴电感，H；is为定子电流，A。
作为一种具体的实施方式，优选地，多个所述V形磁钢槽包括第一V形磁钢槽11、第二V形磁钢槽12，所述第一V形磁钢槽11内装设有布置成V形的第一磁钢111、第二磁钢112，所述第二V形磁钢槽12内装设有布置成V形的第三磁钢121、第四磁钢122，所述磁极具有D轴，所述第一V形磁钢槽11与所述第二V形磁钢槽12关于所述D轴对称，所述第一磁钢111与所述第四磁钢122关于所述D轴对称，所述第二磁钢112与所述第三磁钢121关于所述D轴对称；或者，所述磁极具有D轴，多个所述V形磁钢槽关于所述D轴对称，关于所述D轴对称的磁钢结构，使所述磁极对应的磁极磁场对称，可以使气隙磁密波形两端对称，周期性运行更加稳定。所述第一V形磁钢槽11的V形结构自身可以是对称的或者不对称的。
在一些实施方式中，所述第一V形磁钢槽11的V形张角为c，90°≤c≤125°，将所述第一V形磁钢槽11的V形张角限定在此角度范围内，可控制电机气隙磁密畸变率＜30％，气隙磁密有效值Bavg＞0.65T。所述第二磁钢112与所述第三磁钢121形成夹角d，80°≤d≤100°，将所述第二磁钢112与所述第三磁钢121的夹角限定在此角度范围内，可控制电机气隙磁密畸变率＜30％，气隙磁密有效值Bavg＞0.65T。
在一些实施方式中，所述第一V形磁钢槽11及所述第二V形磁钢槽12朝向所述转子铁芯1的轴心一侧设有第一磁钢槽2，所述第一磁钢槽2内装设有第一辅助磁钢21，所述第一辅助磁钢21的径向外侧的磁性与所述第一磁钢111、第二磁钢112、第三磁钢121、第四磁钢122分别具有的径向外侧磁性皆相同。所述第一辅助磁钢21的设置能够磁密边缘磁钢谐波进行修正，提升磁密幅值，最好的，所述第一磁钢槽2为一字型槽，所述第一辅助磁钢21为一字型磁钢，所述第一磁钢槽2及所述第一辅助磁钢21关于D轴对称，可以使气隙磁密波形两端对称，周期性运行更加稳定。
在一些实施方式中，所述第一辅助磁钢21的径向内侧与所述转子铁芯1的轴心之间的径向距离为f，0.35g≤f≤0.4g，其中g为所述转子铁芯1的外径，将所述第一辅助磁钢21的径向内侧与所述转子铁芯1的轴心之间的径向距离限定在此范围内，可控制电机气隙磁密畸变率＜30％，气隙磁密有效值Bavg＞0.65T。
在一些实施方式中，相邻的两个所述磁极之间区域对应的所述转子铁芯1上还构造有第二磁钢槽3，所述第二磁钢槽3内装设有第二辅助磁钢31，所述第二辅助磁钢31的周向第一侧的磁性与与所述第一侧相邻的磁极内的所述第一辅助磁钢21的径向外侧的磁性相同，通过所述第二辅助磁钢31的设置，能够填补所述第一磁钢111、第二磁钢112、第三磁钢121、第四磁钢122所产生气隙磁场的中部凹坑，提升磁场曲线的正弦度。最好的，所述转子铁芯1具有Q轴，所述第二辅助磁钢31关于所述Q轴对称，可以使气隙磁密波形中间段对称，周期性运行更加稳定。需要说明的，所述第一辅助磁钢21与所述第二辅助磁钢31共同构成了本发明的电机转子的辅极磁钢结构。
在一些实施方式中，所述第二辅助磁钢31靠近所述转子铁芯1的轴心一侧与所述转子铁芯1的轴心之间的径向距离为e，0.25g≤e≤0.35g，将所述第二辅助磁钢31靠近所述转子铁芯1的轴心一侧与所述转子铁芯1的轴心之间的径向距离限定在此范围内，可控制电机气隙磁密畸变率＜30％，气隙磁密有效值Bavg＞0.65T。
而为了简化电机转子的磁极结构设计，在一些实施方式中，所述转子铁芯1的磁极个数为2p，所述V形磁钢槽的个数为a，a≤6p；和/或，所述第一磁钢槽2及所述第二磁钢槽3的个数和为b，b≤4p。具体例如图1至3中所示出的电机转子，p＝3，a＝12，b＝12。各个磁钢例如可以是通常采用的永磁体即可。
本发明中，基于多个所述V形磁钢槽及其内设置的多个磁钢的主极结构，并通过所述第一辅助磁钢21及第二辅助磁钢31的辅助设置，能够共同调整电机气隙磁密，按如公式(2)、(3)可得，电机电磁力受电机气隙磁密B影响，而电磁力是电机振动的主要激励源，通过此发明可以有效降低电机振动。
Figure BDA0003125377070000061
Figure BDA0003125377070000062
式(2)及(3)中，pr为径向电磁力，N/m2；pt为切向电磁力，N/m2；Br为径向气隙磁密，T；Bt为切向气隙磁密，T；μ0为真空磁导率，H/m。
参见图6所示，图中0°位置对应于图2中的D轴位置处的定转子气隙，由图中一磁极下的D轴，电机转子顺时针旋转(或者逆时针)旋转60°至下一与之相邻的磁极下的D轴处，图中分别示出了针对图5中的单个磁极中心的电机转子、具有本申请的主极磁钢结构的多个磁极中心的电机转子以及具有本申请的主极磁钢结构及辅极磁钢结构的电机转子的气隙磁密曲线。图6可以得出下表数据：
Figure BDA0003125377070000063
相比原来常规“V”型方案(常规方案)，变成两段主极(只有主极结构)后，气隙磁密中段虽有明显凹坑，但边缘磁密明显增大，如上表所示，气隙磁密有效值增加3.2％、谐波降低1.2％；再增加两段辅极结构(主极+辅极结构)进一步优化气隙磁密边缘以及中心部位，如上表所示，气隙磁密有效值增加10％、谐波降低16.1％，使得气隙磁密得到大幅增加，谐波含量大幅下降，达到提升电机输出以及降低电机电磁力谐波。
根据本发明的实施例，还提供一种电机，包括上述的电机转子。
根据本发明的实施例，还提供一种压缩机，包括上述的电机。
根据本发明的实施例，还提供一种空调器，包括上述的压缩机。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(1)，所述转子铁芯(1)上具有沿其周向设置的多个磁极，同一磁极下，所述转子铁芯(1)上构造有沿着所述转子铁芯(1)的周向依次设置的多个V形磁钢槽，多个所述V形磁钢槽的V形开口朝向所述转子铁芯(1)的外圆一侧，所述V形磁钢槽具有相交形成所述V形的第一槽段与第二槽段，所述第一槽段与所述第二槽段中分别设有磁钢。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述V形磁钢槽包括第一V形磁钢槽(11)、第二V形磁钢槽(12)，所述第一V形磁钢槽(11)内装设有布置成V形的第一磁钢(111)、第二磁钢(112)，所述第二V形磁钢槽(12)内装设有布置成V形的第三磁钢(121)、第四磁钢(122)，所述磁极具有D轴，所述第一V形磁钢槽(11)与所述第二V形磁钢槽(12)关于所述D轴对称，所述第一磁钢(111)与所述第四磁钢(122)关于所述D轴对称，所述第二磁钢(112)与所述第三磁钢(121)关于所述D轴对称；或者，所述磁极具有D轴，多个所述V形磁钢槽关于所述D轴对称。
3.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第一V形磁钢槽(11)的V形张角为c，90°≤c≤125°。
4.根据权利要求2所述的电机转子，其特征在于，所述第二磁钢(112)与所述第三磁钢(121)形成夹角d，80°≤d≤100°。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的电机转子，其特征在于，所述第一V形磁钢槽(11)及所述第二V形磁钢槽(12)朝向所述转子铁芯(1)的轴心一侧设有第一磁钢槽(2)，所述第一磁钢槽(2)内装设有第一辅助磁钢(21)，所述第一辅助磁钢(21)的径向外侧的磁性与所述第一磁钢(111)、第二磁钢(112)、第三磁钢(121)、第四磁钢(122)分别具有的径向外侧磁性皆相同。
6.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，所述第一磁钢槽(2)为一字型槽，所述第一辅助磁钢(21)为一字型磁钢，所述第一磁钢槽(2)及所述第一辅助磁钢(21)关于D轴对称。
7.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述第一辅助磁钢(21)的径向内侧与所述转子铁芯(1)的轴心之间的径向距离为f，0.35g≤f≤0.4g，其中g为所述转子铁芯(1)的外径。
8.根据权利要求5所述的电机转子，其特征在于，相邻的两个所述磁极之间区域对应的所述转子铁芯(1)上还构造有第二磁钢槽(3)，所述第二磁钢槽(3)内装设有第二辅助磁钢(31)，所述第二辅助磁钢(31)的周向第一侧的磁性与与所述第一侧相邻的磁极内的所述第一辅助磁钢(21)的径向外侧的磁性相同。
9.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)具有Q轴，所述第二辅助磁钢(31)关于所述Q轴对称。
10.根据权利要求9所述的电机转子，其特征在于，所述第二辅助磁钢(31)靠近所述转子铁芯(1)的轴心一侧与所述转子铁芯(1)的轴心之间的径向距离为e，0.25g≤e≤0.35g，其中g为所述转子铁芯(1)的外径。
11.根据权利要求8所述的电机转子，其特征在于，所述转子铁芯(1)的磁极个数为2p，所述V形磁钢槽的个数为a，a≤6p；和/或，所述第一磁钢槽(2)及所述第二磁钢槽(3)的个数和为b，b≤4p。
12.一种电机，包括电机转子，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至11中任一项所述的电机转子。
13.一种压缩机，包括电机，其特征在于，所述电机为权利要求12中所述的电机。
14.一种空调器，包括压缩机，其特征在于，所述压缩机为权利要求13中所述的压缩机。
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