CN116191721A - 永磁辅助同步磁阻电机及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种永磁辅助同步磁阻电机及压缩机，其中，所述永磁辅助同步磁阻电机包括转子和定子，转子包括转子铁芯、多个曲槽组以及多个永磁体；曲槽组包括多个沿转子的d轴方向间隔排布的曲槽，任意相邻的两个曲槽之间形成有交轴导磁通道，交轴导磁通道的一端至另一端的宽度逐渐增大或逐渐减小。本发明的永磁辅助同步磁阻电机，能够改善交轴导磁通道内的磁路，使得磁场分布更加均匀，降低电机铁损，从而提高电机的性能，同时还能够降低电机的电磁力密度，降低电机的转矩脉动。

Description

永磁辅助同步磁阻电机及压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，特别涉及一种永磁辅助同步磁阻电机及压缩机。

背景技术

同步磁阻电机具有多层转子磁障，依靠转子磁路不对称产生的磁阻转矩工作。这种电机具有成本低、制造简单、转子损耗小的优点，但存在功率因数和转矩密度低以及转矩脉动较大的缺点。为了提高这类电机的转矩和功率因数，可以在转子磁障中插入一定的低性能永磁体(铁氧体或粘接钕铁硼)辅助励磁，从而能够降低电机电流的励磁分量并产生永磁转矩，这就是永磁辅助同步磁阻电机。

永磁辅助同步磁阻电机作为永磁同步电机和同步磁阻电机的结合体，最大限度的利用了同步磁阻电机的磁阻转矩，并采用永磁转矩进行辅助，综合了两种电机的优点，其永磁辅助同步磁阻电机效率和功率因数都较高，因此越来越受到重视。

现有技术中电机转子旋转时，相邻的两个永磁体之间形成的交轴导磁通道的前侧，即与电机转子旋转方向同向的前侧的电磁力大，容易饱和，过饱和会降低电机的性能，同时电机的转矩脉动也较大，从而使得电机的噪音也较大。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种永磁辅助同步磁阻电机，旨在改善交轴导磁通道内的磁路，提高电机性能。

为实现上述目的，本发明提出的永磁辅助同步磁阻电机，所述永磁辅助同步磁阻电机包括转子和套设在所述转子外侧的定子，所述定子包括定子铁芯以及缠绕在定子齿上的绕组，所述转子包括转子铁芯、多个曲槽组以及多个永磁体；所述多个曲槽组设置于所述转子铁芯，并沿所述转子铁芯的周向间隔排布，所述曲槽组包括多个沿所述转子的d轴方向间隔排布的曲槽，所述曲槽的两端朝向所述转子铁芯的边缘延伸，任意相邻的两个所述曲槽之间形成有交轴导磁通道，所述交轴导磁通道具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端至所述第二端的宽度逐渐增大；其中，所述转子铁芯的转动方向为第一方向，所述第一端到所述第二端的方向为第二方向，所述第一方向与所述第二方向相反；所述多个永磁体设置于所述多个曲槽组内。

在一实施例中，所述曲槽组包括第一曲槽和第二曲槽，所述第一曲槽位于所述第二曲槽和所述转子铁芯的圆心之间，在垂直于所述转子轴向方向的截面上，所述第一曲槽的截面积大于所述第二曲槽的截面积。

在一实施例中，在垂直于所述转子轴向方向的截面上，所述永磁体的中间部分的厚度大于所述永磁体的两端的厚度。

在一实施例中，所述永磁体的两端与其嵌入的所述曲槽的两端之间具有空隙。

在一实施例中，所述空隙用以填充非导磁介质。

在一实施例中，所述转子沿其轴向方向上的厚度不小于所述定子沿其轴向方向上的厚度。

在一实施例中，所述曲槽呈U字形设置。

在一实施例中，所述曲槽呈V字形设置。

在一实施例中，所述曲槽呈弧形设置。

本发明还提出一种压缩机，所述压缩机包括所述永磁辅助同步磁阻电机。所述永磁辅助同步磁阻电机包括转子和套设在所述转子外侧的定子，所述定子包括定子铁芯以及缠绕在定子齿上的绕组，所述转子包括转子铁芯、多个曲槽组以及多个永磁体；所述多个曲槽组设置于所述转子铁芯，并沿所述转子铁芯的周向间隔排布，所述曲槽组包括多个沿所述转子的d轴方向间隔排布的曲槽，所述曲槽的两端朝向所述转子铁芯的边缘延伸，任意相邻的两个所述曲槽之间形成有交轴导磁通道，所述交轴导磁通道具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端至所述第二端的宽度逐渐增大；其中，所述转子铁芯的转动方向为第一方向，所述第一端到所述第二端的方向为第二方向，所述第一方向与所述第二方向相反；所述多个永磁体设置于所述多个曲槽组内。

本发明的永磁辅助同步磁阻电机，包括转子和套设在所述转子外侧的定子，所述定子包括定子铁芯以及缠绕在定子齿上的绕组，所述转子包括转子铁芯、多个曲槽组以及多个永磁体；所述多个曲槽组设置于所述转子铁芯，并沿所述转子铁芯的周向间隔排布，所述曲槽组包括多个沿所述转子的d轴方向间隔排布的曲槽，所述曲槽的两端朝向所述转子铁芯的边缘延伸，任意相邻的两个所述曲槽之间形成有交轴导磁通道，所述交轴导磁通道具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端至所述第二端的宽度逐渐增大；其中，所述转子铁芯的转动方向为第一方向，所述第一端到所述第二端的方向为第二方向，所述第一方向与所述第二方向相反；所述多个永磁体设置于所述多个曲槽组内。如此设置，可以改善交轴导磁通道内的磁路，使得磁场分布更加均匀，降低电机铁损，从而提高电机的性能，同时还能降低电机的电磁力密度，降低电机的转矩脉动。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明永磁辅助同步磁阻电机的转子一实施例的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明永磁辅助同步磁阻电机的转子一实施例的结构示意图；

图4为本发明的永磁辅助同步磁阻电机与普通的永磁辅助同步磁阻电机的主要电磁力对比图；

图5为本发明的永磁辅助同步磁阻电机与普通的永磁辅助同步磁阻电机的转矩脉动对比图。

附图标号说明：

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本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种永磁辅助同步磁阻电机的实施例，该永磁辅助同步磁阻电机可以应用在空调压缩机、电动车以及风扇系统中。同步磁阻电机具有多层转子磁障，依靠转子磁路不对称产生的磁阻转矩工作。这种电机具有成本低、制造简单、转子损耗小的优点，但存在功率因数和转矩密度低以及转矩脉动较大的缺点。为了提高这类电机的转矩和功率因数，可以在转子磁障中插入一定的低性能永磁体(铁氧体或粘接钕铁硼)辅助励磁，从而能够降低电机电流的励磁分量并产生永磁转矩，这就是永磁辅助同步磁阻电机。

在设计磁障中的永磁体时，需要考虑永磁磁通对磁路饱和程度的影响。永磁磁通过大容易引起磁路饱和，降低转子的凸极率；而永磁磁通过小则对转矩和功率因数的提高较小。低性能永磁体虽然矫顽力较低，但其退磁曲线线性度较好。

磁阻转矩与永磁转矩的合成公式如下：

T＝mp*(Lq-Ld)*id*iq+mp*ψPM*iq。其中，

T为电机的输出转矩，提高T的值，可以提高电机性能；T后等式中的第一项为磁阻转矩，第二项为永磁转矩；ΨPM为电机永磁体产生的定转子耦合磁通的最大值，m为定子导体的相数，Ld、Lq分别为d轴和q轴电感，其中d轴指与主磁极轴线重合的轴，q轴指与主磁极轴线垂直的轴，其中的垂直指的是电角度；id、iq分别是电枢电流在d轴、q轴方向上的分量。根据公式可知，增加Ld与Lq电感差值以及ψpm都可提高输出转矩，即在保证磁阻转矩和永磁转矩其中一者保持不变的情况下，提高两者中的另一者均可提高电机的总的输出转矩，从而提高电机的效率。

现有技术中主要通过提高永磁体的性能来提高电机性能，即通过提高永磁转矩的做法来提高输出转矩的值，进而提高电机效率，常见的做法就是内置稀土类永磁体。但是，由于稀土是不可再生资源，且价格昂贵，因此该种电机更广泛的应用受到了限制。另外，仅仅靠提高永磁体性能来提高电机性能，也无法满足进一步提高电机效率的迫切要求。

请参阅图1至图3，在本发明的一实施例中，所述永磁辅助同步磁阻电机包括转子10和套设在所述转子10外侧的定子，所述定子包括定子铁芯以及缠绕在定子齿上的绕组，所述转子10包括转子铁芯100、多个曲槽组200以及多个永磁体400；所述多个曲槽组200设置于所述转子铁芯100，并沿所述转子铁芯100的周向间隔排布，所述曲槽组200包括多个沿所述转子10的d轴方向间隔排布的曲槽，所述曲槽的两端朝向所述转子铁芯100的边缘延伸，任意相邻的两个所述曲槽之间形成有交轴导磁通道300，所述交轴导磁通道300具有相对设置的第一端310和第二端320，所述第一端310至所述第二端320的宽度逐渐增大；其中，所述转子铁芯100的转动方向为第一方向，所述第一端310到所述第二端320的方向为第二方向，所述第一方向与所述第二方向相反；所述多个永磁体400设置于所述多个曲槽组200内。

具体地，所述转子铁芯100和所述定子铁芯由硅钢板叠压而成并具有一定叠高。转子铁芯100在永磁体400的磁性作用下受驱动，电机转子10可相对于电机定子发生转动，以实现电机的正常运行。所述转子铁芯100由高导磁材料或硅钢冲片叠压而成，采用高导磁材料或硅钢冲片叠压而成，具有高的磁通率，且结构强度高，便于加工。

多个曲槽组200开设于所述转子铁芯100上，所述曲槽组200包括多个沿所述转子10的d轴方向间隔排布的曲槽，在垂直于所述转子10轴向方向的截面上，多个曲槽的截面积可以相同，也可以不同，对此不作具体限制。所述曲槽呈弯曲状设置，所述曲槽可以有一个弯曲部，也可以具有多个弯曲部，对此不作具体限制，当曲槽有多个弯曲部时，其形状大致呈波浪状设置。多个所述曲槽沿转子铁芯100的周向间隔排布，具体以所述转子铁芯100的中心为圆心按其圆周方向均匀分布，所述曲槽的两端朝向所述转子铁芯100的边缘延伸。需要说明的是，所述曲槽主要用于安装永磁体400，而永磁体400具有磁极，因此所述曲槽组200的数量设置为偶数，如图1所示，沿所述转子铁芯100的周向间隔排布有6个曲槽组200，每个曲槽组200中包括两个曲槽，每个曲槽中至少放置有一个永磁体400，同一曲槽组200中的永磁体400的极性相同，任意相邻的两个曲槽组200中的永磁体400的极性相反，多个永磁体400沿所述转子铁芯100的圆周方向按照N极、S极交替分布。

请参阅图1至图5，在一组曲槽中，任意相邻的两个所述曲槽之间形成有交轴导磁通道300，所述交轴导磁通道300具有相对设置的第一端310和第二端320，将所述转子铁芯100，即转子10的旋转方向定义为第一方向，转子10旋转时，交轴导磁通道300的前侧，即交轴导磁通道300的第二端320的电磁力大，容易饱和，过饱和会降低电机的性能，同时还转矩脉动也较大，从而使得电机的噪音较大，因此，将所述交轴导磁通道300的第二端320至第一端310的宽度设置为逐渐减小。关于所述交轴导磁通道300的第一端310和第二端320的位置的确定，将所述第一端310到所述第二端320的方向定义为第二方向，将所述转子铁芯100的转动方向定义为第一方向，需要保证第一方向与第二方向相反。需要说明的是，所述第一方向为电机的转子10在工作时转子铁芯100的转动方向，而第二方向为所述交轴导磁通道300的绕设方向，假设所述第一方向为顺时针方向，则所述第二方向为逆时针方向，反之亦然。如此设置，可以改善交轴导磁通道300内的磁路，使得磁场分布更加均匀，降低电机铁损，从而提高电机的性能，同时降低电机的电磁力密度，降低电机的转矩脉动。

多个永磁体400安装在多个曲槽组200内，为保证所述转子10的性能，所述永磁体400的数量设置为不少于所述曲槽的数量，且每个所述曲槽中至少应当放置有一个永磁体400。所述永磁体400的形状和所述曲槽的形状适配，且所述永磁体400至少有呈相对设置的两个侧边与所述曲槽的内壁面抵接，以保证所述永磁体400安装到曲槽中后的稳定性。在永磁体400材料选取方面，为了尽可能增加电机的永磁转矩，一般都希望选取比较高性能的永磁体400，且永磁体400的用量尽可能填充满曲槽，但在磁阻转矩的利用方面并非永磁体400的剩余磁通密度越高越好，随着永磁体400剩余磁通密度的提高，电机转子10也会出现饱和而导致电感下降。其中，转子10磁路饱和对q轴电感的影响更大。另外，通过研究发现，适量的永磁体400剩余磁通密度可以使永磁体400的两端与曲槽的两端之间的空隙部位出现一定的饱和，这对于减小d轴电感是非常有利的。由于电机主要输出转矩是磁阻转矩，特别是电机进入高速弱磁区域，磁阻转矩在整个电磁转矩中的比重进一步加大，因此选取合适的永磁体400材料性能对d轴电感与q轴电感的差值的影响是非常必要的。

本发明的永磁辅助同步磁阻电机，包括转子10和套设在所述转子10外侧的定子，所述定子包括定子铁芯以及缠绕在定子齿上的绕组，所述转子10包括转子铁芯100、多个曲槽组200以及多个永磁体400；所述多个曲槽组200设置于所述转子铁芯100，并沿所述转子铁芯100的周向间隔排布，所述曲槽组200包括多个沿所述转子10的d轴方向间隔排布的曲槽，所述曲槽的两端朝向所述转子铁芯100的边缘延伸，任意相邻的两个所述曲槽之间形成有交轴导磁通道300，所述交轴导磁通道300具有相对设置的第一端310和第二端320，所述第一端310至所述第二端320的宽度逐渐增大；其中，所述转子铁芯100的转动方向为第一方向，所述第一端310到所述第二端320的方向为第二方向，所述第一方向与所述第二方向相反；所述多个永磁体400设置于所述多个曲槽组200内。如此设置，可以改善交轴导磁通道300内的磁路，使得磁场分布更加均匀，降低电机铁损，从而提高电机的性能，同时还能降低电机的电磁力密度，降低电机的转矩脉动。

请参阅图1至图3，在一实施例中，所述曲槽组200包括第一曲槽210和第二曲槽220，所述第一曲槽210位于所述第二曲槽220和所述转子铁芯100的圆心之间，在垂直于所述转子10轴向方向的截面上，所述第一曲槽210的截面积大于所述第二曲槽220的截面积。具体说来，所述第一曲槽210的截面积大于所述第二曲槽220的截面积，第一曲槽210中可放置的永磁体400的体积也大于第二曲槽220中可放置的永磁体400的体积，在保证电机性能的同时，还进一步提高电机转子10体积的利用率。

在一实施例中，在垂直于所述转子10轴向方向的截面上，所述永磁体400的中间部分的厚度大于所述永磁体400的两端的厚度。具体说来，所述永磁体400可以设置为中间厚、两端薄的结构，使永磁体400中间部位的厚度大于其两端的厚度。以弧形永磁体400为例，通常弧形永磁体400容易在永磁体400中间内表面区域发生局部退磁，将弧形永磁体400设计成为中间厚、两端薄的结构可以缓解弧形永磁体400的局部退磁现象。此外采用这种不等厚的永磁体400设计还可以防止永磁体400在曲槽内发生滑动，提高永磁体400在曲槽内安装的稳定性。进一步地，靠近所述曲槽的一层所述磁障孔，与所述曲槽之间形成有交轴导磁通道300，若永磁体400采用中间厚、两端薄的结构，则会增加交轴导磁通道300的宽度，从而增大q轴电感，即增大Lq的值，使得Ld与Lq的电感差值增大，增大磁阻转矩，从而提高电机的转矩输出能力。

请参阅图1至图3，在一实施例中，所述永磁体400的两端与其嵌入的所述曲槽的两端之间具有空隙，有效地避开了d轴电枢磁势集中作用在永磁体400端部的情况，可以很好地提高电机的退磁电流。所述空隙中可以填充空气，进一步地，所述空隙还可以用来填充非导磁介质。具体说来，在所述空隙中填充空气或非导磁介质，避免了永磁体400的端部易退磁和充磁不饱和的情况发生，同时电机的抗退磁能力也有所提高。

在一实施例中，所述转子10沿其轴向方向上的厚度不小于所述定子沿其轴向方向上的厚度(未图示)。永磁体400安装在转子铁芯100的曲槽中，将转子10的厚度做的更厚，可以使得转子铁芯100中放置永磁体400的体积更大，从而提高电机的永磁转矩，以提高电机的输出能力。

在一实施例中，所述曲槽呈U字形设置(未图示)。具体说来，当曲槽设置为U字形时，所述曲槽可以分为左部、底部和右部三部分，所述左部、底部和所述右部可以相互连通，也可以相互阻隔，只要保证其大致形状呈U字形设置即可。所述永磁体400呈矩形块状设置，因为弧形永磁体400在成型方面受材料的影响比较大，而且成型后期的精加工工序多，而矩形永磁体400的成型及加工工序都相对简单，因此采用矩形永磁体400能够提高生产效率，且通用性强。永磁体400可以只放置在左部、底部和右部三部分中的任意一个部分，也可以放置在左部、底部和右部三部分中的任意两个部分，也可以在左部、底部和右部三部分中全部放置，对此不作具体限制。

在另一实施例中，所述曲槽呈V字形设置(未图示)。具体说来，当曲槽呈V字形设置时，此时所述曲槽可以分为左半部和右半部，所述永磁体400呈矩形块状设置。所述永磁体400可以安装在所述曲槽的左半部中，也可以安装在所述曲槽的右半部中，还可以在左半部和右半部中均进行安装。

请参阅图1至图3，在又一实施例中，所述曲槽呈弧形设置。具体说来，当曲槽呈弧形设置时，所述永磁体400的形状也可以设置为弧形，所述永磁体400的形状与所述曲槽的形状适配，所述永磁体400适配安装在所述曲槽中。

本发明还提出一种压缩机，所述压缩机包括所述永磁辅助同步磁阻电机。所述永磁辅助同步磁阻电机的具体结构参照上述实施例，由于本压缩机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子和套设在所述转子外侧的定子，所述定子包括定子铁芯以及缠绕在定子齿上的绕组，其特征在于，所述转子包括：

转子铁芯；

多个曲槽组，设置于所述转子铁芯，并沿所述转子铁芯的周向间隔排布，所述曲槽组包括多个沿所述转子的d轴方向间隔排布的曲槽，所述曲槽的两端朝向所述转子铁芯的边缘延伸，任意相邻的两个所述曲槽之间形成有交轴导磁通道，所述交轴导磁通道具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端至所述第二端的宽度逐渐增大；其中，所述转子铁芯的转动方向为第一方向，所述第一端到所述第二端的方向为第二方向，所述第一方向与所述第二方向相反；以及

多个永磁体，设置于所述多个曲槽组内。

2.如权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述曲槽组包括第一曲槽和第二曲槽，所述第一曲槽位于所述第二曲槽和所述转子铁芯的圆心之间，在垂直于所述转子轴向方向的截面上，所述第一曲槽的截面积大于所述第二曲槽的截面积。

3.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，在垂直于所述转子轴向方向的截面上，所述永磁体的中间部分的厚度大于所述永磁体的两端的厚度。

4.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁体的两端与其嵌入的所述曲槽的两端之间具有空隙。

5.如权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述空隙用以填充非导磁介质。

6.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述转子沿其轴向方向上的厚度不小于所述定子沿其轴向方向上的厚度。

7.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述曲槽呈U字形设置。

8.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述曲槽呈V字形设置。

9.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述曲槽呈弧形设置。

10.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的永磁辅助同步磁阻电机。

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