CN102769366B - 永磁辅助同步磁阻电机和电机安装方法及具有其的压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁辅助同步磁阻电机和电机安装方法及具有其的压缩机。根据本发明的电机，包括定子和设置在定子内的转子，转子铁心上沿其周向方向上设置有多组安装槽；永磁体为多组，每组永磁体中的各个永磁体对应地嵌入安装槽中；转子的外径为D1，定子的外径为D2，其中，D1/D2≥0.55。根据本发明的压缩机，包括前述的永磁辅助同步磁阻电机。采用本发明的永磁辅助同步磁阻电机和电机安装方法及具有其的压缩机，通过选取转子和定子的外径比，使得电机q、d轴电感差异增大，因此永磁辅助同步磁阻电机具有产生更大磁阻转矩的能力，提高了磁阻转矩利用率，从而提高了电机效率。

Description

永磁辅助同步磁阻电机和电机安装方法及具有其的压缩机

技术领域

本发明涉及电机领域，更具体地，涉及一种永磁辅助同步磁阻电机和电机安装方法及具有其的压缩机。

背景技术

近年来，环境问题在全世界范围内受到越来越广泛的关注，这也对压缩机用永磁辅助同步磁阻电机提出了更高的要求。

由于压缩机工作转速高、内部环境恶劣，因此在压缩机中采用表贴式的永磁同步磁阻电机不现实；另一方面，由于永磁体的磁导率约等于空气，使得表贴式永磁同步磁阻电机中的d、q轴电感大致相等，因此在表贴式永磁同步磁阻电机中无法产生磁阻转矩，表贴式永磁辅助同步磁阻电机性能相对偏低。为满足节能要求，现有技术中多采用内置式永磁同步磁阻电机。

图1和图2示出了现有的内置式永磁辅助同步磁阻电机，图1和图2中的永磁辅助同步磁阻电机均由转子20和定子30组成。其中，在由高导磁材料或硅钢片制成的转子铁心50中分布着多组磁极单元，所有磁极单元在转子圆周方向排列成N极和S极交替的形式，每个磁极单元包括一个安装槽10和置于槽内的永磁体40，图示的永磁辅助同步磁阻电机为6极结构，即转子20内共有6个磁极单元；该永磁辅助同步磁阻电机定子30中包括9个定子齿60a和9个定子槽60b。

在现有技术的永磁辅助同步磁阻电机中，d轴方向为由永磁体产生磁通的方向，如图1和图2所示，d轴方向的磁通22在转子内贯穿了二个具有与空气相同磁导率的永磁体40(矩形和弧形)，因此，磁阻增加，永磁辅助同步磁阻电机d轴电感显著减小。另一方面，q轴方向的磁通21在转子内经由永磁体40的侧面，如图1和图2所示，因此该磁通21所经过的磁路中没有永磁体，磁阻相对较小，永磁辅助同步磁阻电机q轴电感增加，从而使得永磁辅助同步磁阻电机的d轴电感Ld不同于q轴电感Lq，永磁辅助同步磁阻电机具有磁凸极性，因此在对永磁辅助同步磁阻电机施加d轴电流的情况下，永磁辅助同步磁阻电机将产生磁阻转矩。

虽然在现有技术的内置式永磁辅助同步磁阻电机中，磁阻转矩能得到某种程度的应用，但由于永磁辅助同步磁阻电机的d轴电感在一定厚度的永磁体下变化很小，且q轴磁通部分因安装槽10的端部阻碍而无法进入转子内，使得q轴电感无法增加很大，因此现有技术的内置式永磁辅助同步磁阻电机中，永磁辅助同步磁阻电机的d、q轴电感差无法做到很大，永磁辅助同步磁阻电机磁阻转矩利用率低。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够提高磁阻转矩利用率、改善永磁辅助同步磁阻电机效率，增强永磁辅助同步磁阻电机抗退磁能力，延长电机使用寿命的永磁辅助同步磁阻电机和电机安装方法及具有其的压缩机。

本发明提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括定子和设置在定子内的转子，转子包括转子铁心和设于铁心内部的永磁体，转子铁心上沿其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转子铁心的径向方向上间隔设置的安装槽；永磁体为多组，每组永磁体中的各个永磁体对应地嵌入安装槽中；转子的外径为D1，定子的外径为D2，其中，D1/D2≥0.55。

进一步地，D1/D2≤0.65。

进一步地，各个所述永磁体的两端与其嵌入的所述安装槽的两端之间具有间隔。

进一步地，转子与定子之间在定子的径向方向上具有间隙g，其中，0.3mm≤g≤0.4mm。

进一步地，转子的轴向高度为H1，定子的轴向高度为H2，其中，1≤H1/H2≤1.4。

进一步地，定子为集中卷式定子，其定子齿靴宽度为b，安装槽在转子铁心的径向方向上具有两个安装槽，安装槽之间的间距为w，其中，w≥b/12。

进一步地，b/12≤w≤b/3。

进一步地，在转子铁心的径向方向上设置的永磁体数小于或者等于安装槽数。

进一步地，安装槽为U字形，相邻的外层安装槽a和外层安装槽b的中间间距为W，其相对的两端部之间的宽度分别为Wa和Wb，其中，Wa＞W，Wb＞W。

进一步地，安装槽为V字形，两块永磁体a，b分别嵌入安装槽的两端。

进一步地，安装槽为弧形。

本发明还提供了一种压缩机，包括前述的永磁辅助同步磁阻电机。

本发明还提供了一种永磁辅助同步磁阻电机的安装方法，包括以下步骤：步骤一，将永磁体***转子铁心中的安装槽，使转子的外径为D1，定子的外径为D2，其中，D1/D2≥0.55；步骤二，将转子铁心两端用挡板封盖，从而将永磁体固定在安装槽中；步骤三，将封盖好的转子铁心放置于定子中，并盖合好电机外壳。

采用本发明的永磁辅助同步磁阻电机和电机安装方法及具有其的压缩机，通过选取转子和定子的外径比，使得永磁辅助同步磁阻电机q、d轴电感差异增大，因此永磁辅助同步磁阻电机具有产生更大磁阻转矩的能力，提高了磁阻转矩利用率，从而提高了永磁辅助同步磁阻电机效率。

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是现有的一种内置式永磁同步永磁辅助同步磁阻电机的剖面结构示意图；

图2是现有的另一种内置式永磁同步永磁辅助同步磁阻电机的剖面结构示意图；

图3是根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的第一实施例的结构示意图；

图4是根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的第二实施例的结构示意图；

图5是根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的第三实施例的结构示意图；

图6是根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的转子与定子的外径比与电磁参数的关系示意图；

图7是根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的安装槽层数与电磁参数的关系示意图；

图8是根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的转子与定子的高度比与电磁参数的关系示意图；

图9是根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的气隙宽度与电磁参数的关系示意图；

图10是根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的第一实施例的气隙磁密示意图；以及

图11是根据本发明的永磁辅助同步磁阻电机的第三实施例的气隙磁密示意图

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。

本发明提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括定子30和设置在定子30内的转子20，转子20包括转子铁心50和设于铁心50内部的永磁体40，转子铁心50上沿其周向方向上设置有多组安装槽10，每组安装槽10包括两个或者两个以上在转子铁心50的径向方向上间隔设置的安装槽10；永磁体40为多组，每组永磁体40中的各个永磁体40对应地嵌入安装槽10中；各个永磁体40的两端与其嵌入的安装槽10的两端之间具有间隔；转子的外径为D1，定子30的外径为D2，其中，D1/D2≥0.55。

以图3所示的永磁辅助同步磁阻电机的第一实施例进行说明，其中转子20包括由高导磁材料或硅钢片制成的转子铁心50和置于转子铁心50的永磁体40，其中的铁心50中分布着六组磁极单元，所有磁极单元在转子圆周方向排列成N极和S极交替的形式，每个磁极单元由两层安装槽10和置于安装槽10内的永磁体40组成，在安装槽10中放入永磁体40，放置时要求同一组内的永磁体40朝转子外周方向呈同一极性，同时要求相邻的两组磁性相反，四组永磁体对外沿圆周方向按照NS极交替分布。两层安装槽10相对转子中心的径向方向由外向内分别确定为外层安装槽10a和内层安装槽10b，相应地永磁体40分为外层永磁体40a和内层永磁体40b。图3示出的安装槽10为弧形，永磁体40a和40b分别为一整体，形状上形成弧形，且该两永磁体40的端部分别与同层的安装槽10保持一定的距离。

由于一些场合下对永磁辅助同步磁阻电机的定子外径D2有限制，经仿真与试验验证，如图6所示，在保持永磁辅助同步磁阻电机定子外径D2和永磁体使用量不变的情况下，永磁辅助同步磁阻电机的电感参数随着转子外径D1的改变而改变，即随着转子外径D1的增大，永磁辅助同步磁阻电机的d、q轴电感均有所增大，且q轴电感增加更为明显，使得永磁辅助同步磁阻电机q、d轴电感差异增大，因此永磁辅助同步磁阻电机具有产生更大磁阻转矩的能力，提高了磁阻转矩利用率，使得永磁辅助同步磁阻电机的抗退磁能力大大增强，从而提高了永磁辅助同步磁阻电机效率和延长了使用寿命。如图6所示，当D1/D2≥0.55时，能够显著提高永磁辅助同步磁阻电机q、d轴电感差，使得永磁辅助同步磁阻电机效率提高。优选地，D1/D2≤0.65。

在增大永磁辅助同步磁阻电机转子外径的同时，再结合多层的永磁体结构设计，可使得永磁辅助同步磁阻电机的q轴电感迅速增大，从而尽可能地增大永磁辅助同步磁阻电机的q、d轴电感差，进一步地提高永磁辅助同步磁阻电机磁阻转矩的利用率。

图3中示出的第一实施例中的定子30为集中卷式定子，定子30由按预定间距周向分布的9个齿60b和9个槽60a的定子铁心31和置于槽60a内的绕组(未示出)组成，其定子齿靴宽度为b，安装槽10在转子铁心50的径向方向上具有两个安装槽10，安装槽10之间的间距为w，其中，w≥b/12。以保证永磁辅助同步磁阻电机的q、d轴电感差达到最大，即当对定子绕组施加交变电流时永磁辅助同步磁阻电机将产生足够大的磁阻转矩，从而提高永磁辅助同步磁阻电机磁阻转矩的利用率。优选地，b/12≤w≤b/3。

根据永磁辅助同步磁阻电机电磁转矩公式，要增大永磁辅助同步磁阻电机的磁阻转矩需要增大永磁辅助同步磁阻电机的q、d轴电感差值，而由于在一定永磁体使用量的情况下，永磁辅助同步磁阻电机的d轴电感很难有大的物理上的变化，因此只能通过增大永磁辅助同步磁阻电机的q轴电感来增大永磁辅助同步磁阻电机的q、d轴电感差，从而提高永磁辅助同步磁阻电机产生磁阻转矩的能力。图7为永磁辅助同步磁阻电机转子安装槽10的层数与电感参数间的关系的仿真数据，如图7所示，在保持永磁体一定厚度的情况下，改变永磁辅助同步磁阻电机转子安装槽10层数的多少，永磁辅助同步磁阻电机的d轴电感的变化很小，而q轴电感在一层和多层之间有个质的突变，即当永磁辅助同步磁阻电机层数大于一层时，永磁辅助同步磁阻电机的q轴电感急剧增大，这主要是因为与一层安装槽结构中q轴磁通主要从永磁体外层经过不同，在两层或多层安装槽结构中，q轴磁通更多地经由两层安装槽10间的导磁通道流过，导致产生更大的q轴电感，从而增大了永磁辅助同步磁阻电机产生磁阻转矩的能力。从图7中还可看出，当安装槽10的层数据需增加到3或更多时，Lq稍有增加，或者说不如当层数有一层变为两层时q轴电感增加那么明显。另一方面，结合制作工艺的难度，因此本发明中最优选择两层的安装槽转子结构。

为了进一步提高永磁辅助同步磁阻电机效率，本发明的第一实施例中，通过增大转子沿轴线方向的高度H1与定子沿轴线方向上的高度H2的比值，除了更多利用永磁辅助同步磁阻电机的永磁转矩外，还能增大永磁辅助同步磁阻电机的磁阻转矩，图8示出的永磁辅助同步磁阻电机转子高度H1与定子高度H2的比值对永磁辅助同步磁阻电机永磁磁链和电感参数的影响就很好地验证了这一点，从图8中可看出，随着转子高度H1的增大，永磁磁链和永磁辅助同步磁阻电机q轴电感有所增大，但永磁辅助同步磁阻电机的d轴电感基本保持不变，当转子高度H1增大到与定子高度H2比值达到1.3以上时，q轴电感和磁链都增加很缓慢，当该比值达到或超过1.4时，q轴电感和磁链基本不变。因此，本实施例中，1≤H1/H2≤1.4。

另外，转子20与定子30之间在定子30的径向方向上具有间隙g，此间隙g一般也被称为永磁辅助同步磁阻电机气隙宽度，减小永磁辅助同步磁阻电机气隙宽度g对提高永磁辅助同步磁阻电机永磁转矩有利。对于本发明的永磁辅助式同步磁阻永磁辅助同步磁阻电机，减小永磁辅助同步磁阻电机气隙宽度g除了增大永磁辅助同步磁阻电机永磁转矩外，还能有效地提高永磁辅助同步磁阻电机的磁阻转矩，从而进一步地提升永磁辅助同步磁阻电机的效率，这与现有技术中采用低磁性能铁氧体永磁体的内置式永磁同步永磁辅助同步磁阻电机相比，性能优势更为明显。在第一实施例中，0.3mm≤g≤0.45mm。图9中示出图3的第一实施例中永磁辅助同步磁阻电机的气隙宽度g对电感参数的影响，从图9中可看出，永磁辅助同步磁阻电机气隙宽度g逐渐减小的情况下，永磁辅助同步磁阻电机的d轴电感略有下降，但q轴电感增加迅速增加，特别是当气隙宽度减小到0.5mm以下时，q轴电感的增大更为明显，这对提高永磁辅助同步磁阻电机磁阻转矩非常有利，尽管如此，考虑到小气隙宽度下永磁辅助同步磁阻电机制作和装配工艺的难度，通常永磁辅助同步磁阻电机的气隙宽度不小于0.3mm。

如图4所示的为本发明的第二实施例，如图4所示，该实施例中的定子30和第一实施例相同，不同之处仅在于转子20。该实施例中转子铁心50中的安装槽10为U形结构，其相对转子中心的径向方向由外向内分别确定为外层安装槽10a和内层安装槽10b，相应地永磁体40分为外层永磁体40a和内层永磁体40b，永磁体40a和40b为矩形，置于安装槽10的中部，且40a和40b的端部与同层的安装槽10端部保持一定距离。该实施例中，相邻的外层安装槽10a和外层安装槽10b的中间间距为W，其相对的两端部之间的宽度分别为Wa和Wb，其中，Wa＞W，Wb＞W。内外层安装槽10间距的两端部Wa和Wb宽度大于中部间距W，这使得在转子20外缘部分的q轴磁通能更顺畅的进入转子20，避免安装槽10端部阻碍q轴磁通的情况，此外，在U形安装槽10的两端部没有放置永磁体，这也避免了永磁体端部易退磁和充磁不饱和的情况，永磁辅助同步磁阻电机的抗退磁能力有所提高。

图5为本发明的第三实施例，该实施例中，转子20中的安装槽10为V形结构，两块矩形的永磁体40a和40b置于V形安装槽10的两端，并在安装槽10的中部保持一定的间距。该实施例中，将永磁体40a和40b分别嵌入V形安装槽10的两端可以在保持永磁体40使用量不变的情况下有效地增大永磁辅助同步磁阻电机的气隙磁密，根据仿真确定，如图10和图11所示，在相同的永磁体使用量下，实施例三的气隙磁密比实施例一中气隙磁密增大近50％，比实施例二中气隙磁密增大近61％，这对增大永磁辅助同步磁阻电机的永磁转矩进而提升永磁辅助同步磁阻电机效率非常有利。

进一步地，在转子铁心50的径向方向上设置的永磁体40数小于或者等于安装槽10数。如为了避免转子外层永磁体退磁，引起永磁辅助同步磁阻电机的反电势及电感等参数变化导致永磁辅助同步磁阻电机驱动可靠性下降，可以最外层安装槽10a内不放置永磁体。

本发明还提供了一种压缩机，包括前述的永磁辅助同步磁阻电机。

本发明还提供了一种永磁辅助同步磁阻电机的安装方法，包括以下步骤：

步骤一，将永磁体40***转子铁心50中的安装槽10，使转子的外径为D1，定子30的外径为D2，其中，D1/D2≥0.55；

步骤二，将转子铁心50两端用挡板封盖，从而将永磁体40固定在安装槽10中；

步骤三，将封盖好的转子铁心50放置于定子30中，并盖合好电机外壳。

根据以上的实施例，通过在转子结构上采用不同的安装槽和永磁体形状以及改变永磁体在安装槽中的位置，可以分别起到不同的作用，这在压缩机系列化时非常有利，即可以根据压缩机的功率大小来选择不同的永磁辅助同步磁阻电机转子结构，以解决不同功率下的压缩机永磁辅助同步磁阻电机难以突破的技术问题，特别是当永磁辅助同步磁阻电机采用低磁性铁氧体永磁体时易出现的小功率压缩机永磁辅助同步磁阻电机效率低、大功率压缩机永磁辅助同步磁阻电机抗退磁能力不足的问题。

另外，本发明的永磁辅助同步磁阻电机还可以应用在电动车以及风扇***中。

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：

本发明的永磁辅助同步磁阻电机和电机安装方法及具有其的压缩机，通过选取转子和定子的外径比，使得永磁辅助同步磁阻电机q、d轴电感差异增大，因此永磁辅助同步磁阻电机具有产生更大磁阻转矩的能力，提高了磁阻转矩利用率，从而提高了永磁辅助同步磁阻电机效率。

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 (12)

1.一种永磁辅助同步磁阻电机，包括定子（30）和设置在所述定子（30）内的转子（20），所述转子（20）包括转子铁心（50）和设于所述铁心（50）内部的永磁体（40），其特征在于，

所述转子铁心（50）上沿其周向方向上设置有多组安装槽（10），每组所述安装槽（10）包括两个或者两个以上在所述转子铁心（50）的径向方向上间隔设置的安装槽（10）；

所述永磁体（40）为多组，每组所述永磁体（40）中的各个永磁体（40）对应地嵌入所述安装槽（10）中；

所述转子的外径为D1，所述定子（30）的外径为D2，其中，D1/D2≥0.55；

其中，所述定子（30）为集中卷式定子，其定子齿靴宽度为b，所述安装槽（10）在所述转子铁心（50）的径向方向上具有两个安装槽（10），所述安装槽（10）之间的间距为w，其中，w≥b/12。

2.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，D1/D2≤0.65。

3.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，各个所述永磁体（40）的两端与其嵌入的所述安装槽（10）的两端之间具有间隔。

4.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述转子（20）与所述定子（30）之间在所述定子（30）的径向方向上具有间隙g，其中，0.3mm≤g≤0.45mm。

5.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述转子（20）的轴向高度为H1，所述定子（30）的轴向高度为H2，其中，1≤H1/H2≤1.4。

6.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，b/12≤w≤b/3。

7.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，在所述转子铁心（50）的径向方向上设置的所述永磁体（40）数小于或者等于所述安装槽（10）数。

8.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述安装槽（10）为U字形，相邻的外层安装槽（10a）和内层安装槽（10b）的中间间距为W，其相对的两端部之间的宽度分别为Wa和Wb，其中，Wa＞W，Wb＞W。

9.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述安装槽（10）为V字形，两块永磁体（40a，40b）分别嵌入所述安装槽（10）的两端。

10.根据权利要求1所述的永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述安装槽（10）为弧形。

11.一种压缩机，包括永磁辅助同步磁阻电机，其特征在于，所述永磁辅助同步磁阻电机为权利要求1至10中任一项所述的永磁辅助同步磁阻电机。

12.一种永磁辅助同步磁阻电机的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将永磁体（40）***转子铁心（50）中的安装槽（10），使转子（20）的外径为D1，定子（30）的外径为D2，其中，D1/D2≥0.55，所述定子（30）为集中卷式定子，其定子齿靴宽度为b，所述安装槽（10）在所述转子铁心（50）的径向方向上具有两个安装槽（10），所述安装槽（10）之间的间距为w，其中，w≥b/12；

步骤二，将转子铁心（50）两端用挡板封盖，从而将永磁体（40）固定在安装槽（10）中；

步骤三，将封盖好的转子铁心（50）放置于定子（30）中，并盖合好电机外壳。

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