WO2013020310A1

WO2013020310A1 - 电动机转子及具有其的电动机

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Publication number: WO2013020310A1
Application number: PCT/CN2011/079059
Authority: WO
Inventors: 黄辉; 胡余生; 陈东锁; 陈华杰; 肖勇; 曾学英; 张文明
Original assignee: 珠海格力电器股份有限公司; 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2013-02-14
Also published as: EP2741399A1; EP2741399B1; US9502930B2; EP2741399A4; CN102801235A; CN102801235B; DK2741399T3; US20140191607A1

Abstract

一种电动机转子，包括铁芯（10）和设于铁芯（10）内部的永磁体（20）。铁芯（10）上沿铁芯的周向方向上设置有多组安装槽（30），每组安装槽（30）包括两个或者两个以上在铁芯（10）的径向方向上间断设置的安装槽（30）。永磁体（20）为多组，每组永磁体（20）中的各个永磁体（20）对应地嵌入每组安装槽的各个安装槽（30）中；最外层的安装槽（30）与铁芯（10）的外周之间具有岛形区域（12），岛形区域（12）上具有加强孔（13），加强孔（13）内设置有加强杆（60）。一种电动机，包括电动机定子（50）和前述电动机转子，电动机转子设置在电动机定子（50）的内侧。这种电动机转子，强化了整个转子的结构强度，提升了电机的性能。

Description

电动机转子及具有其的电动机技术领域本发明涉及电动机领域，更具体地，涉及一种电动机转子及具有其的电动机。背景技术永磁辅助式同步磁阻电动机作为一种新型的永磁电机，其结合了永磁电机和同步磁阻电机的优点，具有功率密度高、调速范围宽、效率高、体积小等优点，其在调速驱动领域的应用前景十分突出，其电磁转矩的公式如下： = mp (L_q - L_d )_di_q + mp ψ_ΡΜ i_q。上述公式中， τ为电机输出转矩，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； Ψ_ΡΜ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， L_d、 L_q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； i_d、 i_q分别是电枢电流在 d轴、 q轴方向上的分量。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合成转矩的值，进而提高电动机效率。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动机效率的迫切要求。此外，在电机中插入永磁体，转子在高速运转时，转子边缘会发生拉升变形、甚至发生断裂。发明内容本发明目的在于提供一种提高电动机转子的结构强度的电动机转子及具有其的电动机。根据本发明的一个方面，提供了一种电动机转子，包括铁心和设于铁心内部的永磁体，铁心上沿铁心的周向方向上设置有多组安装槽，每组安装槽包括两个或者两个以上在铁心的径向方向上间断设置的安装槽；永磁体为多组，每组永磁体中的各个永磁体对应地嵌入每组安装槽的各个安装槽中；最外层的安装槽与铁心的外周之间具有岛形区域，岛形区域上具有加强孔，加强孔内设置有加强杆，各加强杆的端部之间通过加固件连接。进一步地，加强孔为设置在转子上的贯通孔，加强杆为铆钉，铆钉穿过贯通孔并与加固件相铆接。进一步地，每组安装槽的岛形区域上都设置有加强孔。进一步地，加固件为设置在铁心两端的固定挡板，加强杆穿过加强孔并与固定挡板相连接。进一步地，从铁心的外周方向起，每组的各个安装槽的边缘与铁心的外周的距离 L逐渐增大。进一步地，每组安装槽具有两层安装槽时，从铁心的外周方向起，最外侧的安装槽和与其相邻的安装槽的边缘与铁心的外周的距离分别为 La 和 Lb，其中： 2La≥Lb≥l. lLa。进一步地，每组安装槽包括三个或者三个以上的在铁心的径向方向上间断设置的安装槽。进一步地，从铁心的圆心开始由内向外方向起，从最靠近圆心的安装槽起向外的三个安装槽的边缘与铁心的外周的距离分别为 Lc、 Lb和 La，其中： 2Lb≥Lc≥1.2 Lb， 2La≥Lb≥l. lLa。根据本发明的一个方面，还提供了一种电动机，包括电动机定子和前述的电动机转子，电动机转子设置在电动机定子的内侧。进一步地，电动机还包括固定挡板，铆钉穿过固定挡板和铁心并连接固定挡板和转子。进一步地，电动机定子的内周与电动机转子的外周之间的间距为 n，其中， 0.35 mm<n<0.55 mm。采用本发明的电动机转子及具有其的电动机，电动机转子的最外层安装槽和铁心外周之间形成岛形区域，在岛形区域上设置加强孔，并在加强孔中设置加强杆，从而强化整个转子的结构强度。在不改变转子磁通路径的情况下，通过在转子上设置加强孔和加强杆，极大地加强了转子结构强度，减小了高速运转下转子的形变量，从而实现定转子间隙的最小化，提升电机的性能。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图 1是根据本发明的电动机转子的结构示意图；图 2是根据本发明的电动机转子在高速旋转时的应力分布情况；图 3是根据本发明的电动机转子的局部结构示意图；图 4是根据本发明的电动机转子的加强结构示意图；图 5是根据本发明的电动机转子在高速旋转时候的变形情况；图 6是根据本发明的电动机的定转子结构示意图。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。根据本发明的电动机转子，包括铁心 10和设于铁心 10内部的永磁体 20，铁心 10 上沿铁心 10的周向方向上设置有多组安装槽 30，每组安装槽 30包括两层或者两层以上在铁心 10的径向方向上间断设置的安装槽 30，永磁体 20为多组，每组永磁体 20 中的各个永磁体 20对应地嵌入每组安装槽 30的各个安装槽 30中，最外层的安装槽 30与铁心 10的外周之间具有岛形区域 12，岛形区域 12上具有加强孔 13，加强孔 13 内设置有加强杆 60，各加强杆 60的端部之间通过加固件连接。如图 1和图 3所示，电动机转子的最外层安装槽 30和铁心 10外周之间形成岛形区域 12。由于图 5显示电机转子变形量最大的地方是最外层通槽的岛型区域，在岛形区域 12上沿转子上永磁体安装槽的对称线设置如图 3和图 4所示的加强孔 13，并在其中设置加强杆 60，并通过加固件连接各加强杆 60的端部，从而强化整个转子的结构强度。每组安装槽 30的岛形区域 12上都可以设置加强孔 13，以进一步加强转子结构强度。因此，不改变转子磁通路径的情况下，通过在转子上设置加强孔 13和加强杆 60，极大地加强了转子结构强度，减小了高速运转下转子的形变量，从而实现定转子间隙的最小化，提升了电机的性能。优选地，加固件为设置在铁心 10两端的固定挡板 70，加强杆 60穿过所述加强孔 13并与固定挡板 70相连接。为了进一步加强转子的机械强度，加强孔 13 为设置在转子上的贯通孔，加强杆 60为铆钉，铆钉穿过贯通孔并与加固件相铆接。在转子的安装槽 30的对称线方向上设置贯通转子的加强孔 13，通过穿过加强孔 13的铆钉与加固件相铆接。优选地，如图 4所示，在转子铁心 10的两端部增加固定挡板 70，铆钉穿过两端的固定挡板 70和转子上的岛形区域 12，将固定挡板 70与转子铆紧固连接成一个整体，由于贯通的铆钉的限制，岛形区域的变形将受到更加严格的限制。从而进一步提高了转子的机械强度。在其他实施例中，加强杆 60也可以为螺栓，并与加强孔 13螺纹连接。其中，转子铁心中心处设置有转子轴孔 11。如图 1所示，当转子高速旋转时，每层永磁体 20所产生的离心力分别为 Fl、 F2、和 F3，方向为沿转子半径方向，离心力分别作用在每层永磁体 20紧邻的弧形硅钢片部分，如图 1中箭头所指区域。其中， 40a、 40b和 40c分别为每层永磁体通槽与转子外周面相交处的隔磁桥，隔磁桥起到连接每层安装槽 30的作用，同时又负责阻隔每层永磁体 20端部的漏磁。 Fl、 F2、 F3最终与 40a、 40b和 40c承受的反向拉力相平衡。图 2为转子高速旋转时候的应力云图，可以看到隔磁桥 40c部分承受了较 40a和 40b 大的多的应力，是变形及断裂最容易发生的地方。转子边缘的变形量取决于转子外周隔磁桥 40的宽度，隔磁桥 40宽则机械强度高，从而电机可以在更高转速下工作，但负面影响是永磁体 20端部的磁漏增加，从而会减少定子和转子中的有效磁通，导致电机性能下降。本发明通过优化设计了安装槽 30与转子外周形成的隔磁桥，特别针对每组安装槽具有多层的结构，对隔磁桥 40的宽度进行了不同的设计，将隔磁桥宽度设置成梯度化，如图 6所示，从铁心 10的外周方向朝其转动轴心的方向起，每组的各个安装槽 30的边缘与铁心 10的外周的距离 L逐渐增大。当每组安装槽 30有两层永磁体 20时，从铁心 10的外周方向起，最外侧的安装槽 30和与其相邻的安装槽 30的边缘与铁心 10的外周的距离分别为 La和 Lb，其中： 2La≥Lb≥l. lLa。如图 6所示，当每组安装槽 30包括三个或者三个以上的在铁心 10的径向方向上间断设置的安装槽 30时，从铁心 10的外周方向起，从最外侧的安装槽 30起向内的三个安装槽 30的边缘与铁心 10的外周的距离分别为 La、Lb和 Lc，其中： 2Lb≥Lc≥1.2 Lb, 2La≥Lb≥l. lLa。图 5为转子高速转动下的变形形态，如图显示（虚线为转子静止状态下的结构，实线为变形后结构）在最外层磁钢的岛形区域变形量最大，即转子在安装槽 30的对称轴线方向发生了拉伸变形，但是 L值满足上述关系后能够使变形量控制在 20μιη以下，而隔磁桥 40c的应力也被控制在安全的范围内。由上可知，当每组安装槽 30包括三层或者三层以上的在铁心 10的径向方向上间断设置的安装槽 30时，安装槽 30的边缘与铁心 10的外周的距离也同样适用前述的 2La≥Lb≥l . lLa (此时从最靠近圆心的安装槽 30起向外的前两个安装槽 30的边缘与铁心 10的外周的距离分别为 Lb、 La)。此情况下两个数值范围限定可以分开实施，也可以联合实施，都可以有效的提高转子的机械强度，降低转子在高速运行时的变形量。本发明还提供了一种电动机，包括电动机定子 50和前述的电动机转子，电动机转子设置在电动机定子 50的内侧。电动机还包括固定挡板 70，铆钉穿过固定挡板 70和铁心 10并连接固定挡板 70和转子。电动机定子 50的内周与电动机转子的外周之间的间距为 n，其中， 0.35mm≤n≤0.55mm。转子边缘的变形量取决于转子外周隔磁桥的宽度，隔磁桥宽则机械强度高电机可以工作在更高转速，但负面影响是永磁体端部漏磁增加，电机效率下降。本发明优化设计了磁钢槽与转子外周形成的磁桥，特别针对多层结构，磁桥宽度呈梯度化，有效的提高转子的机械强度，降低转子在高速运行时的变形量。另外，在安装槽 30最外层的岛形区域 12处设置加强孔，转子的铁心 10两端部增加固定挡板 70，适用螺栓或者铆钉穿过两端的固定挡板 70和岛形区域，将铁心 10和固定挡板 70紧固成一体。本发明在不改变转子磁通路径的情况下，极大地加强了转子结构强度，减小了高速运转下转子的形变量，从而实现定转子间隙的最小化，提升了电机的性能。因此，前述设计具有多层内嵌永磁体结构的转子与定子 50的间距 n设计得更小，如此一来磁通量的损失便减少，电机的性能会得到提升。根据实际的测试结果当 0.35mm≤n≤0.55mm时，电机的性能与变形量是可以满足可靠性要求。从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明的电动机转子及具有其的电动机，明确了转子隔磁桥宽度合适值以及多层情况下各磁桥宽度的特征，以及采用两端固定挡板与转子铁心最外层岛形区域贯穿连接一体的方式，增强了转子结构强度，提高了转子的可靠性，使得电机的定转子气隙可以做得更小，提高了电机的性能。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1. 一种电动机转子，包括铁心（10) 和设于所述铁心（10) 内部的永磁体（20)，其特征在于，

所述铁心（10)上沿所述铁心（10)的周向方向上设置有多组安装槽（30)，每组所述安装槽（30) 包括两个或者两个以上在所述铁心（10) 的径向方向上间断设置的安装槽（30);

所述永磁体（20) 为多组，每组所述永磁体（20) 中的各个永磁体（20) 对应地嵌入每组安装槽（30) 的各个所述安装槽（30) 中；

最外层的所述安装槽（30)与所述铁心（10)的外周之间具有岛形区域（12)，所述岛形区域（12)上具有加强孔（13 )，所述加强孔（13 )内设置有加强杆（60)，各所述加强杆（60) 的端部之间通过加固件连接。

2. 根据权利要求 1所述的电动机转子，其特征在于，所述加强孔（13 ) 为设置在所述转子上的贯通孔，所述加强杆（60) 为铆钉，所述铆钉穿过所述贯通孔并与所述加固件相铆接。

3. 根据权利要求 1所述的电动机转子，其特征在于，每组所述安装槽（30) 的岛形区域（12) 上都设置有加强孔（13 )。

4. 根据权利要求 1所述的电动机转子，其特征在于，所述加固件为设置在所述铁心（10)两端的固定挡板（70)，所述加强杆（60) 穿过所述加强孔（13 ) 并与所述固定挡板（70) 相连接。

5. 根据权利要求 1所述的电动机转子，其特征在于，从所述铁心（10) 的外周方向起，每组的各个所述安装槽（30) 的边缘与所述铁心（10) 的外周的距离 L 逐渐增大。

6. 根据权利要求 5所述的电动机转子，其特征在于，每组所述安装槽（30) 具有两层安装槽时，从所述铁心（10) 的外周方向起，最外侧的安装槽（30) 和与其相邻的所述安装槽（30) 的边缘与所述铁心（10) 的外周的距离分别为 La 禾口: Lb，其中： 2La≥Lb≥l. lLa。

7. 根据权利要求 5所述的电动机转子，其特征在于，每组所述安装槽（30) 包括三个或者三个以上的在所述铁心（10) 的径向方向上间断设置的安装槽（30)。

8. 根据权利要求 7所述的电动机转子，其特征在于，从所述铁心（10) 的圆心开始由内向外方向起，从最靠近圆心的安装槽（30)起向外的三个所述安装槽（30) 的边缘与所述铁心（10)的外周的距离分别为 Lc、 Lb和 La，其中： 2Lb≥Lc≥1.2 Lb, 2La≥Lb≥l. lLa。

9. 一种电动机，其特征在于，包括电动机定子（50) 和权利要求 2至 8中任一项所述的电动机转子，所述电动机转子设置在所述电动机定子（50) 的内侧。

10. 根据权利要求 9所述的电动机，其特征在于，还包括固定挡板（70)，所述铆钉穿过所述固定挡板（70) 和所述铁心（10) 并连接所述固定挡板（70) 和所述转子。

11. 根据权利要求 9所述的电动机，其特征在于，所述电动机定子（50) 的内周与所述电动机转子的外周之间的间距为 n，其中， 0.35mm≤n≤0.55mm。