CN221574983U - 电机转子和永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电机转子和永磁同步电机。该电机转子包括转子铁芯(4)和永磁体(5)，转子铁芯(4)上开设有永磁体槽(6)，永磁体(5)设置于永磁体槽(6)内，任意相邻的两个永磁体(5)，相邻的磁极面具有不同的极性，转子铁芯(4)上还开设有空槽(7)，空槽(7)和永磁体槽(6)沿转子铁芯(4)的周向交替间隔排布，空槽(7)和永磁体槽(6)从转子铁芯(4)的轴孔(8)向转子铁芯(4)的外圆延伸。根据本实用新型的电机转子，能够减少异常电磁力的产生，降低电机的输出转矩脉动。

Description

电机转子和永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种电机转子和永磁同步电机。

背景技术

交替极永磁同步电机的转子磁极采用永磁体和铁块交替排布，所有永磁体的充磁方向一致，铁块被其相邻的永磁体磁化成相反极性。相比于常规的永磁同步电机，交替极永磁同步电机制造简单，成本较低，不仅具有较好的弱磁宽调速范围，而且还能够显著降低永磁体使用量。由于其主磁路的磁阻上减少了永磁体槽和永磁体引入的磁阻，有效的磁动势更高，永磁体的利用率更高，因此即使是永磁体用量减少依旧可以产生与常规永磁同步电机相同的气隙磁密。但是交替极永磁同步电机这种特殊的电机转子会导致相邻磁极下的气隙磁密严重不对称，导致转矩波动较大，随之而来的是振动、噪声等问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种电机转子和永磁同步电机，能够减少异常电磁力的产生，降低电机的输出转矩脉动。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提供了一种电机转子，包括转子铁芯和永磁体，转子铁芯上开设有永磁体槽，永磁体设置于永磁体槽内，任意相邻的两个永磁体，相邻的磁极面具有不同的极性，转子铁芯上还开设有空槽，空槽和永磁体槽沿转子铁芯的周向交替间隔排布，空槽和永磁体槽从转子铁芯的轴孔向转子铁芯的外圆延伸。

进一步地，永磁体的数量为转子磁极数量P的一半。

进一步地，空槽的截面形状为矩形。

进一步地，空槽的截面形状为梯形，空槽沿转子铁芯的周向方向的最小宽度为A1，最大宽度为A2，A2＞A1。

进一步地，1.4≤A2/A1≤2。

进一步地，永磁体槽的两侧设置有多个从永磁体槽向转子铁芯的外圆斜向延伸的磁束阻挡槽，每一个磁极面所在侧的磁束阻挡槽的数量大于或等于3。

进一步地，同一个磁极内的磁束阻挡槽的最大极弧角度为α，1.05*360/P≤α≤1.2*360/P，其中P为转子磁极数量。

进一步地，在垂直于转子铁芯的横截面内，磁束阻挡槽的最大宽度为B，永磁体的长度为H，0.05≤B/H≤0.1。

进一步地，在垂直于转子铁芯的横截面内，沿着从轴孔至外圆的方向，磁束阻挡槽的宽度递减。

进一步地，磁束阻挡槽远离永磁体的端部与转子铁芯的外圆之间的距离沿着从轴孔至外圆的方向递增。

进一步地，位于永磁体槽两侧的磁束阻挡槽关于永磁体槽的径向中心线对称，位于同一侧的磁束阻挡槽相互平行。

进一步地，空槽的截面形状为梯形，空槽的径向外侧边为弧形，空槽的径向外侧边与转子铁芯的外圆同轴。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种永磁同步电机，包括电机转子和电机定子，该电机转子为上述的电机转子，电机转子套设在电机定子内，并与电机定子之间形成气隙。

应用本实用新型的技术方案，电机转子包括转子铁芯和永磁体，转子铁芯上开设有永磁体槽，永磁体设置于永磁体槽内，任意相邻的两个永磁体，相邻的磁极面具有不同的极性，转子铁芯上还开设有空槽，空槽和永磁体槽沿转子铁芯的周向交替间隔排布，空槽和永磁体槽从转子铁芯的轴孔向转子铁芯的外圆延伸。该电机转子采用永磁体和空槽交替设计的方案，解决了传统交替极电机的永磁体磁极和非永磁体磁极的直轴磁路差异较大，导致电机磁路不对称、产生异常的低阶电磁力的问题，降低电机的输出转矩脉动，空槽的设计可以使得一个磁极两侧的磁场分布更加对称，减少磁极不对称产生的电磁力；同时可以引导同一个永磁体的磁力线覆盖更大的极弧，与更多的绕组匝链配合，产生更大的永磁体磁链，获得更大转矩输出。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的实施例的永磁同步电机的结构示意图；

图2示出了本实用新型的一个实施例的电机转子的结构示意图；

图3示出了本实用新型的一个实施例的电机转子的结构示意图；

图4示出了本实用新型的一个实施例的电机转子的尺寸结构图；

图5示出了本实用新型的一个实施例的电机转子的永磁体磁力线示意图；

图6示出了本实用新型的实施例的电机转子的A2/A1值与输出转矩的关系曲线图；

图7示出了本实用新型的实施例的电机转子的α/(360/P)值与磁链有效值的关系曲线图；以及

图8示出了本实用新型实施例的电机与现有技术的电机的输出转矩曲线对比图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、电机定子；2、电机转子；3、定子铁芯；4、转子铁芯；5、永磁体；6、永磁体槽；7、空槽；8、轴孔；9、磁束阻挡槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

结合参见图1至图8所示，根据本实用新型的实施例，电机转子包括转子铁芯4和永磁体5，转子铁芯4上开设有永磁体槽6，永磁体5设置于永磁体槽6内，任意相邻的两个永磁体5，相邻的磁极面具有不同的极性，转子铁芯4上还开设有空槽7，空槽7和永磁体槽6沿转子铁芯4的周向交替间隔排布，空槽7和永磁体槽6从转子铁芯4的轴孔8向转子铁芯4的外圆延伸。

该电机转子采用永磁体5和空槽7交替设计的方案，解决了传统交替极电机的永磁体磁极和非永磁体磁极的直轴磁路差异较大，导致电机磁路不对称、产生异常的低阶电磁力的问题，空槽7的设计可以使得一个磁极两侧的磁场分布更加对称，减少磁极不对称产生的电磁力，降低电机的输出转矩脉动，降低电机振动噪音；同时可以引导同一个永磁体5的磁力线覆盖更大的极弧，与更多的绕组匝链配合，减少永磁体漏磁，产生更大的永磁体5磁链，获得更大转矩输出。

在一个实施例中，永磁体5的数量为转子磁极数量P的一半，从而可以减少永磁体的用量，同时提升永磁体的利用率。

在一个实施例中，空槽7的截面形状为矩形。

在一个实施例中，空槽7的截面形状为梯形，空槽7沿转子铁芯4的周向方向的最小宽度为A1，最大宽度为A2，A2＞A1。

在本实施例中，空槽7的截面形状为梯形，是指空槽7在垂直于转子铁芯4的横截面上的形状为梯形或者类梯形结构，也即具有四条边，且靠近轴孔8的侧边的两个端点的连线和靠近外圆的侧边的两个端点的连线平行，靠近轴孔8的侧边和靠近外圆的侧边可以为直边，也可以为弧边。

将空槽7的截面形状设置为梯形，并且使得空槽沿着轴孔向外圆的方向径向延伸，且靠近轴孔8一侧的宽度小于靠近外圆一侧的宽度，能够对靠近外圆一侧的磁力线进行约束和调整，使得磁力线在靠近外圆一侧更加集中，从而能够减少永磁体的漏磁，提升电机的转矩输出能力。

在一个实施例中，1.4≤A2/A1≤2，在该范围内，可以使得电机的转矩输出能力最佳。

结合参见图6所示，为本实用新型的电机转子结构中，A2/A1的比值与输出转矩的关系曲线图，从图中可以看出，同一工况下，当A1不变时，随着A2的增大，电机输出转矩越大，当A2/A1满足1.4≤A2/A1≤2时，能够在合理布置空槽的同时，既增加磁阻转矩，又减少永磁体漏磁，提升电机的转矩输出能力。

在一个实施例中，永磁体槽6的两侧设置有多个从永磁体槽6向转子铁芯4的外圆斜向延伸的磁束阻挡槽9，每一个磁极面所在侧的磁束阻挡槽9的数量大于或等于3。

磁束阻挡槽9可以引导同一个永磁体5的磁力线覆盖更大的极弧，与更多的绕组匝链，产生更大的永磁体磁链，获得更大转矩输出；同时保证一个磁极两侧的磁场分布更加对称，减少磁极不对称产生的电磁力。

在一个实施例中，同一个磁极内的磁束阻挡槽9的最大极弧角度为α，1.05*360/P≤α≤1.2*360/P，其中P为转子磁极数量。将最大极弧角度α限定在该范围，可以使得永磁体5产生的磁链较大。

结合参见图7所示，为本实用新型的电机转子结构中，α/(360/P)的比值与磁链有效值的关系曲线图，从图中可以看出，同一工况下，当永磁体5的磁极数量P不变时，随着α的增大，永磁体磁链也越大，当α与P满足1.05*360/P≤α≤1.2*360/P时，可以更好地引导磁力线的走向，提升永磁体的利用率，产生更大的永磁体磁链。

在一个实施例中，在垂直于转子铁芯4的横截面内，磁束阻挡槽9的最大宽度为B，永磁体5的长度为H，0.05≤B/H≤0.1。

在本实施例中，通过限定磁束阻挡槽9的最大宽度B与永磁体5的长度H之间的关系，可以引导磁力线走向更加优化，同时不会导致转子磁路局部饱和。

在一个实施例中，在垂直于转子铁芯4的横截面内，沿着从轴孔8至外圆的方向，磁束阻挡槽9的宽度递减，也即B1＜B2＜B3。如图4所示，永磁体靠近转子铁芯轴孔处的磁力线路径更长，更容易朝内侧聚集，需要更厚的磁束阻挡槽9来实现磁力线走向引导，获得更大的转矩输出。

在一个实施例中，磁束阻挡槽9远离永磁体5的端部与转子铁芯4的外圆之间的距离沿着从轴孔8至外圆的方向递增，即L1＜L2＜L3。如图4所示，永磁体底部磁力线路径更长，更容易朝内侧聚集，需要更长的磁束阻挡槽9来实现磁力线走向引导，获得更大的转矩输出。

在一个实施例中，位于永磁体槽6两侧的磁束阻挡槽9关于永磁体槽6的径向中心线对称，位于同一侧的磁束阻挡槽9相互平行，一方面可以使得永磁体槽6两侧的磁力线分布更加均衡，磁路更加对称，降低异常的低阶电磁力，降低电机振动和噪音，另一方面可以利用平行设置的磁束阻挡槽9形成更加均匀的磁路，对磁路走向进行进一步优化，提高电机转矩输出能力。

结合参见图8所示，为本实用新型技术电机和现有技术电机的输出转矩曲线对比图，相比于现有技术的电机而言，本实用新型技术的电机输出转矩增大，能够有效提升电机效率。

在一个实施例中，空槽7的截面形状为梯形，空槽7的径向外侧边为弧形，空槽7的径向外侧边与转子铁芯4的外圆同轴。

在本实施例中，空槽7的径向外侧边与转子铁芯4的外圆同轴，可以与转子铁芯4的外圆之间形成更加均匀的隔磁桥，从而使得电机转子与电机定子之间形成更加均匀的气隙磁密，降低电机转矩波动。

结合参见图1所示，根据本实用新型的实施例，永磁同步电机包括电机转子和电机定子1，该电机转子为上述的电机转子，电机转子套设在电机定子1内，并与电机定子1之间形成气隙。

在一个实施例中，该电机为用于空调的压缩机电机或用于空调的直流风机电机。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种电机转子，其特征在于，包括转子铁芯(4)和永磁体(5)，所述转子铁芯(4)上开设有永磁体槽(6)，所述永磁体(5)设置于所述永磁体槽(6)内，任意相邻的两个所述永磁体(5)，相邻的磁极面具有不同的极性，所述转子铁芯(4)上还开设有空槽(7)，所述空槽(7)和所述永磁体槽(6)沿所述转子铁芯(4)的周向交替间隔排布，所述空槽(7)和所述永磁体槽(6)从所述转子铁芯(4)的轴孔(8)向所述转子铁芯(4)的外圆延伸。

2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述永磁体(5)的数量为转子磁极数量P的一半。

3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述空槽(7)的截面形状为矩形。

4.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述空槽(7)的截面形状为梯形，所述空槽(7)沿所述转子铁芯(4)的周向方向的最小宽度为A1，最大宽度为A2，A2＞A1。

5.根据权利要求4所述的电机转子，其特征在于，1.4≤A2/A1≤2。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机转子，其特征在于，所述永磁体槽(6)的两侧设置有多个从所述永磁体槽(6)向所述转子铁芯(4)的外圆斜向延伸的磁束阻挡槽(9)，每一个所述磁极面所在侧的所述磁束阻挡槽(9)的数量大于或等于3。

7.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，同一个磁极内的所述磁束阻挡槽(9)的最大极弧角度为α，1.05*360/P≤α≤1.2*360/P，其中P为转子磁极数量。

8.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，在垂直于所述转子铁芯(4)的横截面内，所述磁束阻挡槽(9)的最大宽度为B，所述永磁体(5)的长度为H，0.05≤B/H≤0.1。

9.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，在垂直于所述转子铁芯(4)的横截面内，沿着从轴孔(8)至外圆的方向，所述磁束阻挡槽(9)的宽度递减。

10.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，所述磁束阻挡槽(9)远离所述永磁体(5)的端部与所述转子铁芯(4)的外圆之间的距离沿着从轴孔(8)至外圆的方向递增。

11.根据权利要求6所述的电机转子，其特征在于，位于所述永磁体槽(6)两侧的所述磁束阻挡槽(9)关于所述永磁体槽(6)的径向中心线对称，位于同一侧的所述磁束阻挡槽(9)相互平行。

12.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于，所述空槽(7)的截面形状为梯形，所述空槽(7)的径向外侧边为弧形，所述空槽(7)的径向外侧边与所述转子铁芯(4)的外圆同轴。

13.一种永磁同步电机，包括电机转子和电机定子(1)，其特征在于，所述电机转子为权利要求1至12中任一项所述的电机转子，所述电机转子套设在所述电机定子(1)内，并与所述电机定子(1)之间形成气隙。