CN204442139U - 永磁型同步磁阻电机及压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁型同步磁阻电机及压缩机。永磁型同步磁阻电机包括定子和转子。定子具有定子内孔和多个定子槽，每相邻的两个定子槽之间限定出一个定子齿。转子设在定子内孔内，转子具有转子内孔和多组安装槽组，安装槽组内设有永磁体，其中定子齿的宽度为T，相邻两组安装槽组之间的最短距离为D，0.8<D/T<1。根据本实用新型的永磁型同步磁阻电机，可增大磁阻转矩，同时保持永磁转矩不变或者略有降低，从而使电机单位电流产生的总转矩提高，提高电机效率。而且在电机输出总转矩不变时，可减小定子输入电流，提高电机的功率密度，降低永磁体使用量，从而降低电机成本。另外，搭载了该电机后的压缩机具有较高的APF的能效。

Description

永磁型同步磁阻电机及压缩机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，尤其是涉及一种永磁型同步磁阻电机及压缩机。

背景技术

目前，在高导磁性材料制成的电机中，为提升电机的输出转矩以及效率，一般具有多组埋置于转子铁芯内的永磁体，每组永磁体槽包括多个沿径向或者切向布置的永磁体槽，该类电机具有充分利用磁阻转矩的特点，以提升电机的输出转矩及效率。

中国专利CN10405227A的公开说明书中公开了一种永磁同步磁阻电机，为获得较高的输出转矩，上述专利对转子铁芯内的永磁体排布及设置参数进行了创新。

但是由内嵌式永磁同步电机的电磁转矩公式，T＝p/ω(E0×iq+(Xd-Xq)×id×iq)。式中，p为电机极对数，ω为电机转速，p/ω可视为常数。E0为电机空载反电势，Xd、Xq分别为d轴和q轴电抗，id、iq是定子电流空间向量在d、q轴方向上的分量。括号中第一项E0×iq为永磁转矩，永磁转矩与空载反电势E0成正比。括号中第二项(Xd-Xq)×id×iq为磁阻转矩，磁阻转矩与交直轴电流的乘积id×iq以及交直轴电抗的差值Xd-Xq成正比。也就是说，在电机极对数一定的前提下，内嵌式永磁同步电机的电磁转矩取决于永磁转矩与磁阻转矩之和。

前述专利中，电机虽然通过提高交直轴电抗的差值提高了磁阻转矩，但会导致电机空载反电势降低，且磁阻转矩提高的比例并不能有效弥补永磁转矩下降的比例，因此会导致电机总输出转矩下降，电机的效率提升并不理想。

实用新型内容

本申请是基于解决现有技术存在的技术问题而提出的。为此，本实用新型旨在提供一种永磁型同步磁阻电机，该永磁型同步磁阻电机可有效提高电机的输出转矩，从而提高电机的运行效率。

本实用新型的另一个目的在于提供一种具有上述永磁型同步磁阻电机的压缩机。

根据本实用新型实施例的永磁型同步磁阻电机，包括：定子，所述定子具有定子内孔和在周向上环绕所述定子内孔的多个定子槽，每相邻的两个所述定子槽之间限定出一个定子齿；转子，所述转子可转动地设在所述定子内孔内，所述转子具有转子内孔和在周向上环绕所述转子内孔的多组安装槽组，每组所述安装槽组包括多个安装槽，每个所述安装槽内设有永磁体，其中所述定子齿的在周向上的宽度为T，相邻两组所述安装槽组之间的最短距离为D，所述D与所述T满足如下关系：0.8<D/T<1。

根据本实用新型实施例的永磁型同步磁阻电机，当定子齿的在周向上的宽度T与转子上相邻两组安装槽组之间的最短距离D的比值大于0.8且小于1时，可增大电机的磁阻转矩，同时保持永磁转矩不变或者略有降低，从而使电机单位电流产生的总转矩提高，进而提高永磁型同步磁阻电机的效率。而且在电机输出总转矩不变的前提下，可减小定子输入的电流，提高电机的功率密度，降低永磁体的使用量，从而降低永磁型同步磁阻电机的成本。另外，搭载了该电机后的压缩机具有较高的APF的能效。

在一些实施例中，每组所述安装槽组包括间隔设置的第一安装槽至第三安装槽，所述第一安装槽和第二安装槽对称设置且排布成开口朝向外侧的“V”形形状，所述第三安装槽位于所述“V”形的开口处且关于所述第一安装槽和所述第二安装槽的对称中心线对称。相对于“U”形的安装槽而言，当采用定子自身给转子磁铁充磁时，此种磁铁的布置方式可显著降低充磁电压，降低了充磁过程中对定子绕组绝缘的破坏，提高了永磁体的充磁饱和程度，从而提高了电机的实际性能。另外，在转子磁铁总用量相同的前提下，采用本专利所述的转子结构有较大反电势基波幅值，从而提高电机的输出转矩。另外，还可降低反电势中奇次谐波的含量，从而降低电机在正常运行时的铁耗，同时降低噪音振动。

具体地，所述第一安装槽和所述第二安装槽内放置的所述永磁体的长度W1相同，所述第三安装槽内放置的所述永磁体的长度为W2，所述长度W2和W1满足如下关系：0.6＜W2/W1＜1。由此，不但加工简单方便，还可进一步提高永磁体的充磁饱和程度，同时提高电机的永磁转矩。

有利地，每个所述安装槽在长度方向上的两端与相应的所述永磁体在长度方向上的两端之间具有间隙。这样，可有效减少漏磁通。

优选地，每个所述安装槽的最长长度W与相应的所述永磁体的最长长度L满足如下关系：0.5＜L/W＜0.8。由此，可优化永磁体在长度方向上的两端处的间隙尺寸，以进一步减少漏磁通。

具体地，每个所述安装槽形成为大体矩形。由此，安装槽的形状简单，加工容易，转子的加工成本较低。

可选地，全部所述安装槽的宽度均相等。由此，永磁体安装容易。

优选地，所述永磁体为稀土铷铁硼永磁体。由此，可使永磁体性价比高，且具有良好的机械特性，另外，由于铷铁硼磁性材料具有高能量密度的优点，从而便于永磁体的小型化、轻量化及薄型化。

具体地，所述转子由厚度相同的多个电磁钢板压体构成，所述定子由厚度相同的多个电磁钢板压体构成。

根据本实用新型实施例的压缩机，包括本实用新型上述实施例所述的永磁型同步磁阻电机。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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是根据本实用新型实施例的永磁型同步磁阻电机的剖面示意图；

图2是与图1所示实施例相对比的不符合本实用新型实施例参数设置要求的永磁型同步磁阻电机的剖面示意图；

图3是图1与图2所示两种电机的反电势的波形仿真结果的对比图，其中，A所示线条为图1所示永磁型同步磁阻电机的波形仿真变化曲线，B所示线条为图2所示永磁型同步磁阻电机的波形仿真变化曲线；

图4是图1所示永磁型同步磁阻电机的定子在初始位置的磁力线分布图；

图5是图2所示永磁型同步磁阻电机的定子在初始位置的磁力线分布图；

图6是图1与图2所示两种电机在输入同样大小电流时的转矩曲线对比图，其中，A所示线条为图1所示永磁型同步磁阻电机的转矩变化曲线，B所示线条为图2所示永磁型同步磁阻电机的转矩变化曲线。

附图标记：

永磁型同步磁阻电机100、第一电机A、第二电机B、

定子1、定子内孔101、定子槽102、定子线圈103、定子齿104、

转子2、安装槽组20、安装槽200、第一安装槽201、第二安装槽202、第三安装槽203、永磁体组21、永磁体210、第一永磁体211、第二永磁体212、第三永磁体213、转子内孔22、间隙23、

转轴3、

定子齿的在周向上的宽度T，相邻两组安装槽组之间的最短距离D、

第一永磁体和第二永磁体的长度W1、第三永磁体的长度W2、

每个安装槽的最长长度W、每个永磁体的最长长度L。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1-图6描述根据本实用新型实施例的永磁型同步磁阻电机100。

根据本实用新型实施例的永磁型同步磁阻电机100，如图1所示，包括：定子1和转子2。

参照图1，定子1具有定子内孔101和多个定子槽102，多个定子槽102在周向上环绕定子内孔101，定子槽102内绕制有定子线圈103，每相邻的两个定子槽102之间限定出一个定子齿104。转子2可转动地设在定子内孔101内，即本实用新型实施例的永磁型同步磁阻电机100为内转子电机。转子2具有转子内孔22和多组安装槽组20，多组安装槽组20在周向上环绕转子内孔22，每组安装槽组20包括多个安装槽200，每个安装槽200内设有永磁体210。也就是说，永磁体210也包括多组，多组永磁体组21在周向上环绕转子内孔22埋设于转子2内。其中，转子内孔22用于与转轴3相连，以带动转轴3同步转动。当电机应用于压缩机时，该转轴3称为曲轴。可选地，转子2与转轴3过盈配合。

需要说明的是，由内嵌式永磁同步电机的电磁转矩公式：T＝p/ω(E0×iq+(Xd-Xq)×id×iq)可知，在电机极对数p及电机转速ω一定的前提下，电机的电磁转矩和永磁转矩与磁阻转矩之和成正比。为获得较大的电磁转矩，电机的设计需要同时考虑永磁转矩和磁阻转矩的参数变化，尤其需要对电机的空载反电势E0及交直轴电抗的差值(Xd-Xq)进行优化选择。

为此，发明人对不同电机进行了仿真、试验，并对获得的试验结果进行了分析研究，其具体分析过程如下文列举的第一电机A和第二电机B的对比分析过程所示，这里不再详细描述。

经研究发现，当永磁型同步磁阻电机100满足参数要求：0.8<D/T<1时，能够增大电机的磁阻转矩，同时保持永磁转矩不变或者略有降低，从而使电机单位电流产生的总转矩提高。其中，如图1所示，T为定子齿104的在周向上的宽度，D为相邻两组安装槽组20之间的最短距离。

根据本实用新型实施例的永磁型同步磁阻电机100，当定子齿104的在周向上的宽度T与转子2上相邻两组安装槽组20之间的最短距离D的比值大于0.8且小于1时，可增大电机的磁阻转矩，同时保持永磁转矩不变或者略有降低，从而使电机单位电流产生的总转矩提高，进而提高永磁型同步磁阻电机100的效率。而且在电机输出总转矩不变的前提下，可减小定子1输入的电流，提高电机的功率密度，降低永磁体的使用量，从而降低永磁型同步磁阻电机100的成本。另外，搭载了该电机后的压缩机具有较高的APF的能效。

在一些实施例中，如图1所示，每组安装槽组20包括间隔设置的第一安装槽201、第二安装槽202和第三安装槽203，第一安装槽201和第二安装槽202对称设置且排布成开口朝向外侧的“V”形形状，第三安装槽203位于“V”形的开口处且关于第一安装槽201和第二安装槽202的对称中心线对称。

也就是说，在转子2的以规定的极分度角设定的放射状分度线的范围内，每组安装槽组20均包括沿“V”字和一字设置的安装槽200，每个安装槽200内均插入一个永磁体210。其中，两个安装槽200(第一安装槽201和第二安装槽202)组成“V”字形状，一个安装槽200(第三安装槽203)相对上述“V”字对称，且放置在V字的正中心。

为方便描述，称插入第一安装槽201内的永磁体210为第一永磁体211，插入第二安装槽202内的永磁体210为第二永磁体212，插入第三安装槽203内的永磁体210为第三永磁体213。

这里需要说明的是，电机应用在压缩机时，电机普遍采用装配后用定子线圈对磁铁进行充磁。现有技术中公开的一些永磁同步磁阻电机中，由于安装槽采用了“U”形形状，而这“U”形的安装槽的位于两个“U”形边处的磁铁很难实现饱和充磁，这导致电机的实际效率低于理论计算效率。

当然，为达到饱和充磁的效果，也可实行大幅度提高充磁电压的做法，但这会对电机定子的绝缘造成损伤，使电机的使用寿命下降。

而本专利申请中采用“V”字形和一字形并用的安装槽组20，永磁体组21配合在安装槽组20内，可避免无法充磁的问题，即提高了永磁体210的充磁饱和程度，从而提高了电机的实际性能。

另外，将第一安装槽201和第二安装槽202对称设置以形成“V”形，可在转子2磁铁总用量相同的前提下，提高电机的反电势波形正弦度，从而提高用来参与做功的基波的幅值，进而提高电机的永磁转矩。另外，采用对称的第一安装槽201和第二安装槽202，还可降低反电势中奇次谐波的含量，从而降低电机在正常运行时的铁耗，同时降低噪音振动。

需要说明的是，每个安装槽200在转子2的端面上的投影为长条形，该长条形较长一边的边长为长度，该长条形较短一边的边长为宽度。永磁体210的长度及宽度的定义与安装槽200的定义方式一致，这里不再描述。

具体地，如图1所示，第一安装槽201和第二安装槽202内放置的永磁体210的长度W1相同，即第一永磁体211和第二永磁体212的长度相等且均为W1，第三安装槽203内放置的永磁体210即第三永磁体213的长度为W2，长度W2和W1满足如下关系：0.6＜W2/W1＜1。由此，不但加工简单方便，还可进一步提高永磁体210的充磁饱和程度，同时提高电机的永磁转矩。

有利地，如图1所示，每个安装槽200在长度方向上的两端与相应的永磁体210在长度方向上的两端之间具有间隙23。这样，可有效减少漏磁通。

优选地，每个安装槽200的最长长度W与相应的永磁体210的最长长度L满足如下关系：0.5＜L/W＜0.8。由此，可优化永磁体210在长度方向上的两端处的间隙23的尺寸，以进一步减少漏磁通。

具体地，每个安装槽200形成为大体矩形。由此，安装槽200的形状简单，加工容易，转子2的加工成本较低。

可选地，全部安装槽200的宽度均相等。由此，永磁体210安装容易。

优选地，永磁体210为稀土铷铁硼永磁体，由此，可使永磁体210性价比高，且具有良好的机械特性，另外，由于铷铁硼磁性材料具有高能量密度的优点，从而便于永磁体210的小型化、轻量化及薄型化。

具体地，转子2由厚度相同的多个电磁钢板压体构成，即在沿着转子2的轴向方向上，转子2由多个电磁钢板依次堆叠压制而成。定子1由厚度相同的多个电磁钢板压体构成，即在沿着定子1的轴向方向上，定子1由多个电磁钢板依次堆叠压制而成。也就是说，定子1及转子2均由彼此绝缘的多个电磁钢板叠压而成，可适当减小电机的涡流损耗，从而降低电机的能耗，且降低电机的温升。

更具体地，转子2和定子1分别由多层层压电磁钢板冲裁叠压而成。

下面参考图1-图6，对图1所示的符合本实用新型实施例要求的永磁型同步磁阻电机100，与图2所示电机进行对比比较，以显示根据本实用新型实施例的永磁型同步磁阻电机100的性能优势。为方便描述，将图1所示优选实施例的永磁型同步磁阻电机100称为第一电机A，将图2所示对比电机称为第二电机B。

具体地，在图1所示的第一电机A中，定子槽102为48个，定子线圈103也为48个，定子1形成了48个定子齿104。转子2具有多组安装槽组20，每组安装槽组20包括间隔设置的第一安装槽201、第二安装槽202和第三安装槽203，第一安装槽201和第二安装槽202对称设置且排布成开口朝向外侧的“V”形形状，第三安装槽203位于“V”形的开口处且关于第一安装槽201和第二安装槽202的对称中心线对称。第一安装槽201内设有第一永磁体211，第二安装槽202内设有第二永磁体212，第三安装槽203内设有第三永磁体213。

在该优选实施例中，转子2具有八组周向均匀分布的安装槽组20，每组安装槽组20对应1极，即第一电机A为8极转子的磁铁埋入型永磁同步电机。

其中，定子齿104的在周向上的宽度T为5mm，相邻两组安装槽组20之间的最短距离D为4.1mm，D与T两者比值为0.82。第三安装槽203内第三永磁体213的长度W2为16，第一安装槽201内的第一永磁体211及第二安装槽202内的第二永磁体212的长度W1分别为18.68，两者比值为0.856。两个比值符合上述的0.8<D/T<1，以及0.6＜W2/W1＜1的限制范围。

图2给出了相对于本实用新型图1所示优选实施例的一个对比方案。在图2所示的方案中，第二电机B的结构及参数与第一电机A的相应结构及参数基本相同，这里不再赘述。由于第二电机B与第一电机A的定子槽102及极数完全相同，第二电机B的永磁体210的总用量与第一电机A的也相同。

所不同的是，在图2所示的第二电机B中，相邻两组安装槽组20之间的最短距离D为8mm，D与T两者比值为1.3，不符合上述0.8<D/T<1的要求。

为了解0.8<D/T<1这一参数要求对电机的电磁转矩参数变化的影响，发明人对第一电机A与第二电机B的反电势波形变化进行了仿真，也对两种电机于定子1位于初始位置时的磁力线分布进行了比较。

图3是第一电机A和第二电机B的空载反电势的波形的有限元仿真结果。从图中可以看出，第一电机A的一个电周期的反电势有效值约为144V，第二电机B的一个电周期的反电势有效值约为138V，第一电机A的一个电周期的反电势明显高于第二电机B，两者之间的差值为6V。换算成反电势系数，则第一电机A的反电势系数为48V/krpm，第二电机B的反电势系数为46V/krpm，第二电机B比第一电机A的反电势系数低约4.3％。

图4和图5分别是第一电机A和第二电机B一对极下的磁力线分布的有限元仿真结果，两者均采用相同的设置。其中，我们定义完全通过定子齿、定子轭、气隙、转子铁芯闭合的磁力线为主磁通，通过其他路径闭合的磁力线为漏磁通，其中主磁通和反电势的值成正比例关系。

由图4和图5可以发现，图4中相邻磁极间漏磁(磁力线通过转子铁芯，不同极下的一对磁铁闭合)比较多，但图5中磁铁自身的漏磁(磁力线通过转子铁芯和磁铁本身闭合)比较严重。综合考虑到磁铁自身漏磁和极间漏磁，图5中的磁铁漏磁比较严重。因此第二电机B的反电势要比第一电机A低。通过一对极下定子齿的总的磁力线的数量也体现了这一点。

图6是第一电机A与第二电机B在定子采用同样大小电流时的电机输出转矩的有限元仿真结果对比。第一电机A的输出转矩为7.8894Nm，第二电机B的输出转矩为7.547Nm。第一电机A的输出转矩高出第二电机B约4％，电机的输入电流相同，定子电阻也相同，因此电机的铜耗相同，电机的铁耗也近似相同，因此第一电机A的效率要高于第二电机B的效率。

综上，我们明显能够得出结论：在永磁型同步磁阻电机100中，当定子齿104的在周向上的宽度T与转子2上相邻两组安装槽组20之间的最短距离D的比值大于0.8且小于1时，可明显提高电机单位电流产生的总转矩。

需要补充说明的是，在图1和图2的对比示例中，仅列举了定子槽102为48槽、转子2的极数为8极的情况，但本实用新型实施例中的电机的定子槽102数量与转子2的极数不限于此，当定子槽102数与转子2极数合理组合后的电机，在采用了与本实用新型的实施例相同的实施方法后，也可以达到同样的有益效果。

另外，在本实用新型实施例所述的永磁型同步磁阻电机100，可作为压缩机、鼓风机、混合动力车、泵等工业用机械的驱动用电机。

根据本实用新型实施例的压缩机，包括根据本实用新型上述实施例的永磁型同步磁阻电机100。

根据本实用新型实施例的压缩机，由于设置了根据本实用新型实施例的永磁型同步磁阻电机100，从而增加了电机单位电流产生的总转矩，提高了永磁型同步磁阻电机100的效率，压缩机的APF的能效较高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型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示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种永磁型同步磁阻电机，其特征在于，包括：

定子，所述定子具有定子内孔和在周向上环绕所述定子内孔的多个定子槽，每相邻的两个所述定子槽之间限定出一个定子齿；

转子，所述转子可转动地设在所述定子内孔内，所述转子具有转子内孔和在周向上环绕所述转子内孔的多组安装槽组，每组所述安装槽组包括多个安装槽，每个所述安装槽内设有永磁体，其中所述定子齿的在周向上的宽度为T，相邻两组所述安装槽组之间的最短距离为D，所述D与所述T满足如下关系：0.8<D/T<1。

2.根据权利要求1所述的永磁型同步磁阻电机，其特征在于，每组所述安装槽组包括间隔设置的第一安装槽至第三安装槽，所述第一安装槽和第二安装槽对称设置且排布成开口朝向外侧的“V”形形状，所述第三安装槽位于所述“V”形的开口处且关于所述第一安装槽和所述第二安装槽的对称中心线对称。

3.根据权利要求2所述的永磁型同步磁阻电机，其特征在于，所述第一安装槽和所述第二安装槽内放置的所述永磁体的长度W1相同，所述第三安装槽内放置的所述永磁体的长度为W2，所述长度W2和W1满足如下关系：0.6＜W2/W1＜1。

4.根据权利要求1所述的永磁型同步磁阻电机，其特征在于，每个所述安装槽在长度方向上的两端与相应的所述永磁体在长度方向上的两端之间具有间隙。

5.根据权利要求4所述的永磁型同步磁阻电机，其特征在于，每个所述安装槽的最长长度W与相应的所述永磁体的最长长度L满足如下关系：0.5＜L/W＜0.8。

6.根据权利要求1所述的永磁型同步磁阻电机，其特征在于，每个所述安装槽形成为大体矩形。

7.根据权利要求6所述的永磁型同步磁阻电机，其特征在于，全部所述安装槽的宽度均相等。

8.根据权利要求1所述的永磁型同步磁阻电机，其特征在于，所述永磁体为稀土铷铁硼永磁体。

9.根据权利要求1所述的永磁型同步磁阻电机，其特征在于，所述转子由厚度相同的多个电磁钢板压体构成，所述定子也由厚度相同的多个电磁钢板压体构成。

10.一种压缩机，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的永磁型同步磁阻电机。