CN118074389A - 转子、电机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种转子、电机和压缩机，涉及电机技术领域，其中，转子包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯设有多个结构组，所述结构组包括磁钢槽，所述磁钢槽朝背离所述转子铁芯的圆心方向弯曲延伸，以在所述磁钢槽的末槽壁和所转子铁芯的外周面之间形成隔磁桥，所述隔磁桥的宽度为W₁；所述永磁体设于所述磁钢槽内，所述永磁体的宽度为W₂，所述W₁与所述W₂的关系为：13>W₂/W₁>7。本发明技术方案可以提高电机的输出转矩。

Description

转子、电机和压缩机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种转子、电机和压缩机。

背景技术

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，电磁式电动机包括定子和转子，而转子结构包括转子铁芯和永磁体组，具体地，转子铁芯上设置有磁钢槽，而永磁体嵌入磁钢槽内。

目前，电机的磁钢形状大多为方形结构或弧形结构，而在同一台电机中的磁钢一般采用同一种形状，如只采用弧形磁钢或者方形磁钢。但是这种只采用一种磁钢结构使得转子结构的设计受到限制，不能很好的利用转子的体积，以嵌入更多永磁体，这限制了电机磁通面积的提高，也就是限制了电机的输出转矩。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种转子，旨在提高电机的输出转矩。

为实现上述目的，本发明提出的转子，包括：

转子铁芯，所述转子铁芯设有多个结构组，所述结构组包括磁钢槽，所述磁钢槽朝背离所述转子铁芯的圆心方向弯曲延伸，以在所述磁钢槽的末槽壁和所转子铁芯的外周面之间形成隔磁桥，所述隔磁桥的宽度为W₁；和

永磁体，所述永磁体设于所述磁钢槽内，所述永磁体的宽度为W₂，所述W₁与所述W₂的关系为：13>W₂/W₁>7。

可选地，所述结构组还包括导磁减重孔，所述导磁减重孔设于所述磁钢槽的侧槽壁与所述转子铁芯的外周面之间。

可选地，所述转子的极对数为P，所述转子铁芯对应每一所述结构组设有一结构部，用以供所述结构组安装，多个所述结构部的总面积为S₁，所述转子铁芯的径向横截面的面积为S₂，所述P、S₁和S₂的关系为：0.65>2*P*S₁/S₂>0.35。

可选地，所述磁钢槽包括依次连接的第一段、第二段和第三段，所述第一段和所述第三段的距离在远离所述第二段的方向上逐渐增大，所述第一段和所述第三段靠近另一所述磁钢槽的槽壁呈平面设置。

可选地，所述第一段和所述第三段相对的槽壁呈平面设置。

可选地，所述第二段呈圆弧段设置。

可选地，所述永磁体的材料为低剩磁材料。

可选地，任意两所述磁钢槽之间设有紧固孔，用以固定所述转子铁芯。

本发明还提出一种电机，包括上述的转子。

本发明还提出一种压缩机，包括上述的电机。

上述转子至少包括以下有益效果：

本发明技术方案通过采用转子铁芯和永磁体，转子铁芯设有多个结构组，结构组包括磁钢槽，磁钢槽朝背离转子铁芯的圆心方向弯曲延伸，以在磁钢槽的末槽壁和转子铁芯的外周面之间形成隔磁桥，隔磁桥的宽度为W₁；永磁体设于磁钢槽内，永磁体的宽度为W₂，W₁与W₂的关系为：13>W₂/W₁>7。具体地，永磁体的厚度越大，则会提高电机的永磁转矩，从而提高电机的输出转矩，提高电机的效率，本方案通过限制W₁与W₂的关系13>W₂/W₁>7，这样可以增大永磁体的厚度，以提高电机的空载反电势，从而提高电机的输出转矩，提高电机的输出能力，进而提高电机的效率。

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为本发明转子一实施例的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本发明转子一实施例的局部结构示意图；

图4为应用本发明转子的电机的输出转矩和空载反电势随W₂/W₁的变化示意图；

图5为应用本发明转子的电机的效率随2*P*S₁/S₂的变化示意图。

附图标号说明：

100、转子铁芯；110、结构部；111、隔磁桥；120、紧固孔；200、结构组；210、磁钢槽；211、末槽壁；212、第一段；213、第二段；214、第三段；220、导磁减重孔；300、永磁体。

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，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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，全文中出现的“和/或”的含义，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。

电机，包括定子和转子，转子安装于定子中，通过定子来驱动转子转动。

定子包括定子铁芯，定子铁芯包括多个定子齿和支撑多个定子齿的定子轭，多个定子齿围成定子内孔，以将转子安装在定子内孔中。相邻两个定子齿之间形成定子槽，定子齿上绕制绕组，而绕组位于定子槽中。

定子铁芯可以采用定子冲片层叠形成，以减少定子铁芯的铁损，提升输出转矩与效率。定子冲片可以使用硅钢片制作，以降低成本。

可选地，定子可以嵌套在铁、铝等材料制造的壳体中，以固定住定子。当然，壳体也可以使用塑料等材料制作。可以理解地，壳体也可以与定子注塑成一体结构。转子可以通过轴承与壳体固定，以使转子与定子同轴设置，便于定子驱动转子平稳转动。可以理解地，在使用时，也可以不设置壳体，而将定子和转子直接安装在应用设备中。

本发明提出一种转子。

参照图1和图2，在本发明一实施例中，该转子包括转子铁芯100和永磁体300，转子铁芯100设有多个结构组200，结构组200包括磁钢槽210，磁钢槽210朝背离转子铁芯100的圆心方向弯曲延伸，以在磁钢槽210的末槽壁211和转子铁芯100的外周面之间形成隔磁桥111，隔磁桥111的宽度为W₁；永磁体300设于磁钢槽210内，永磁体300的宽度为W₂，W₁与W₂的关系为：13>W₂/W₁>7。

具体地，永磁体300的厚度越大，则会提高电机的永磁转矩，从而提高电机的输出转矩，提高电机的效率，本方案通过限制W₁与W₂的关系13>W₂/W₁>7，这样可以增大永磁体300的厚度，从而提高电机的空载反电势，从而提高电机的输出转矩，提高电机的输出能力，进而提高电机的效率。

参照图4，图4为电机的输出转矩和空载反电势随W₂/W₁的变化示意图，由图4可知，当W₂/W₁＜10时，电机的输出转矩与W₂/W₁成正比，电机的输出转矩随着W₂/W₁的增大而逐渐增大，在W₂/W₁的比值处于7至10时，电机的输出转矩均大于15N/m，当W₂/W₁＞10后，电机的输出转矩与W₂/W₁成反比，电机的输出转矩随着W₂/W₁的增大而逐渐减小，在W₂/W₁的比值处于10至13时，电机的输出转矩均大于10N/m，由此可见，在W₂/W₁的比值处于7至13时，电机的输出转矩达到较优值。

其次，当W₂/W₁＜10时，电机的空载反电势与W₂/W₁成正比，电机的空载反电势随着W₂/W₁的增大而逐渐增大，在W₂/W₁的比值处于7至10时，电机的空载反电势均大于43.5V，当W₂/W₁＞10后，电机的空载反电势与W₂/W₁成反比，电机的空载反电势随着W₂/W₁的增大而逐渐减小，在W₂/W₁的比值处于10至13时，电机的空载反电势均大于44V，由此可见，在W₂/W₁的比值处于7至13时，电机的空载反电势也达到较优值。

综上所述，将W₂/W₁的比值限制在7至13，有利于提高电机的空载反电势，提高电机的输出转矩，从而提高电机的输出能力，进而提高电机的效率。

需要说明的是，磁钢槽210的末槽壁211配置为与转子铁芯100的外周面相对应的弧面，磁钢槽210的末槽壁211弯曲方向与转子铁芯100相对应的外周面弯曲方向相同，也即，磁钢槽210的末槽壁211任意一点至转子铁芯100的外周面的距离相等，也就是说，隔磁桥111的宽度W₁不变。

永磁体300的宽度W₂指的是永磁体300外侧壁至内侧壁的距离。

在一实施例中，永磁体300的两端与其嵌入的磁钢槽210的两端之间具有空隙，有效地避开了电枢磁势集中作用在永磁体300端部的情况，可以很好地提高电机的退磁电流。

在一实施例中，空隙中填充非导磁介质。

为了避免永磁体300靠近磁钢槽210两端的部分产生退磁作用，磁钢槽210的两端与永磁体300之间形成有空隙。在空隙里可以填充非导磁介质或空气。在空隙里可以填充具有强度的非导磁介质，一方面可以增加电机的机械强度，另一方面可以避免由于永磁体300与磁钢槽210两端没有抵接而在磁钢槽210内滑动。在空隙里可以填充空气，既可以节约成本，另一方面可以提高生产节拍。

可选地，结构组200还包括导磁减重孔220，导磁减重孔220设于磁钢槽210的侧槽壁与转子铁芯100的外周面之间。

可以理解，导磁减重孔220设于磁钢槽210的侧槽壁与转子铁芯100的外周面之间，也即，导磁减重孔220位于永磁体300与定子的作用范围内，而导磁减重孔220的两端分别与定子齿和定子槽的相互作用力的切向分量趋于相反，如此，在转子绕轴心转动时，电机的每一极中关于定子齿和定子槽之间的作用力趋向于相互抵消，从而削弱齿槽转矩脉动量，降低永磁电机转速波动。

具体而言，在本实施例中，导磁减重孔220设有多个，在转子的横截面上，多个导磁减重孔220沿磁钢槽210的延伸方向间隔分布，以形成直轴磁路和在磁钢槽210与导磁减重孔220之间形成交轴磁路。可以理解，导磁减重孔220呈串联分布，在直轴磁路和交轴磁路上，导磁减重孔220可以调节永磁体300的磁通分布，具体为通过导磁减重孔220的作用提升直轴磁路的磁阻，以使磁通趋向于沿交轴磁路分布，从而增大直轴磁路与交轴磁路之间的磁阻差，提升磁阻转矩，同时，交轴磁路和直轴磁路的总磁通量并未受到影响，也即电机的永磁转矩保持稳定，从而加强了电机的功率。当然，在其他实施例中，可以在导磁减重孔220中放置低导磁介质，以实现导磁减重孔220提升直轴磁路的磁阻的作用。

另一方面，导磁减重孔220设置在磁钢槽210的内槽壁与转子铁芯100的外周面之间，可在降低对永磁磁链造成的影响的基础上，同时又可以规范磁力线路径，削弱气隙中磁场谐波。还可以缓解磁饱和程度，在电机转子转动的过程中形成磁障，以提高电机的功率密度和转矩密度，提升电机的过载能力，有效改善电机的转矩脉动，在减少电机的永磁体300的用量，也即减少生产成本的基础上，极大的提升电机性能，提高产品竞争力。

需要说明的是，由于本方案的永磁体300的厚度增加，以至于使得永磁体300的用料量大，永磁体300的体积占整个转子的占比大，从而使得转子重量加大，进而使得转子的离心力增大的问题，而本方案设置导磁减重孔220可以有效减小转子的重量，从而减小转子的离心力，进而提高电机的空载反电势，经实验验证有导磁减重孔220方案相比无导磁减重孔220方案，空载反电势提升10.9%。

再者，设置导磁减重孔220，可以提升气液流通面积，经实验验证，相比无导磁减重孔220的方案，气液流通面积增加1倍以上，从而增大电机的冷却效率。

进一步地，多个导磁减重孔220与转子铁芯100的外周面的距离大于转子冲片的厚度，多个导磁减重孔220与转子铁芯100的外周面的距离范围为0.35mm至1mm，这样可以保证热传递效率的同时，可以降低电机发热后导磁减重孔220与转子铁芯100的外周面之间的实体断裂的几率。

进一步地，任意两导磁减重孔220之间的距离大于2mm，这样可以保证转子铁芯100的刚度。

进一步地，各相邻的两结构组200均对称设置，且各相邻两结构组200之间的对称中心线均沿转子铁芯100的径向设置。换句话说，各对称中心线均经过转子铁芯100的圆心。这样可以使结构组200的磁场对称，以方便设计与控制，降低谐波，使磁通路径大致呈正弦波状。

进一步地，每个结构组200自身呈轴对称结构，每组结构组200中的多个导磁减重孔220相对于结构组200的对称轴呈轴对称图形；这样可以使得加工工艺更加简单，能够进一步降低电机电枢磁场对转子主磁场的影响，能够进一步降低电机电枢磁场对转子主磁场的影响，改善电机负载磁密，优化电机的气隙磁密波形，进而改善了电机的径向力并降低电机的噪音，提升电机的性价比。

其中，导磁减重孔220呈扇形设置。

可选地，转子的极对数为P，转子铁芯100对应每一结构组200设有一结构部110，用以供结构组200安装，多个结构部110的总面积为S₁，转子铁芯100的径向横截面的面积为S₂，P、S₁和S₂的关系为：0.65>2*P*S₁/S₂>0.35。

参照图5，图5为电机效率随2*P*S₁/S₂的变化示意图，由图5可知，当2*P*S₁/S₂＜0.6时，电机的效率与2*P*S₁/S₂成正比，电机效率随着2*P*S₁/S₂的增大逐渐增大，当2*P*S₁/S₂＞0.6时，电机的效率与2*P*S₁/S₂成反比，电机效率随着2*P*S₁/S₂的增大逐渐减小，且当2*P*S₁/S₂的数值处于0.35至0.65时，电机大效率均处于94.6%以上，电机效率达到较优值，因此，将2*P*S₁/S₂限制在0.35至0.65之间有利于提升电机效率。

需要说明的是，参照图3，图3为转子的局部结构示意图，结构部110的面积S指的是磁钢槽210的外槽壁与转子铁芯100的外周面之间围设的面积，也即图3中虚线围设区域的面积，CAD软件可自行测量其面积。多个结构部110的总面积为S₁指的是所有结构部110的面积S之和。

在一实施例中，在垂直于转子轴向方向的截面上，永磁体300的中间部分的厚度大于永磁体300的两端的厚度。具体说来，永磁体300可以设置为中间厚、两端薄的结构，使永磁体300中间部位的厚度大于其两端的厚度。通常弧形永磁体300容易在永磁体300中间内表面区域发生局部退磁，将弧形永磁体300设计成为中间厚、两端薄的结构可以缓解弧形永磁体300的局部退磁现象。此外采用这种不等厚的永磁体300设计还可以防止永磁体300在曲槽内发生滑动，提高永磁体300在曲槽内安装的稳定性。

电机在运行过程中，容易因为电磁作用产生热能，而导致电机发热，而永磁体300在温度过高的环境中，会容易退磁，降低电机的可靠性。如此，在一实施例中，在转子的横截面上永磁体300的中部厚度大于或者等于永磁体300的端部的厚度。需要说明的是，永磁体300的边角部位容易退磁，在电机的温度升高时，边角部位较少的永磁体300的抗退磁能力会比边角部位较多的永磁体300的抗退磁能力强，如此，将永磁体300设置为中间厚、两端薄的结构可以缓解永磁体300的局部退磁，从而提升永磁电机的可靠性，此外，这种不等厚的永磁体300涉及还可以防止永磁体300在安装槽内发生滑动，而产生振动退磁。当然，在其他实施例中，在保障永磁体300的抗退磁能力的前提下，在转子的横截面上永磁体300的中部宽度可以小于永磁体300的端部宽度。

可以理解，在转子的横截面上调整永磁体300的长度与跨度的比例，可以有效地增加永磁体300气隙磁密，不失一般性，在本实施例中，永磁体300为一体结构，永磁体300的形状和体积与磁钢槽210相适配，以使永磁体300充分安装于磁钢槽210内，提升了永磁体300在转子的径向上的宽度并降低了永磁体300的跨度，有效地增加了转子每一磁极的永磁体300的气隙磁密，从而在不增加永磁体300用量的前提下，提高了永磁体300利用率和转子性能。

不失一般性，在其他实施例中，在满足电机的永磁转矩要求的前提下，每一磁钢槽210内的永磁体300可以是多个永磁体300拼接而成，亦或者多个永磁体300间隔设置，并保持同一磁极朝向磁钢槽210的同一侧。

可选地，磁钢槽210包括依次连接的第一段212、第二段213和第三段214，第一段212和第三段214的距离在远离第二段213的方向上逐渐增大，第一段212和第三段214靠近另一磁钢槽210的槽壁呈平面设置，这样可以在保证永磁体300的磁性的前提下，缩小磁钢槽210的占用空间，从而可以布置更多的磁钢槽210，从而有利于提升电机的转矩。

可选地，第一段212和第三段214相对的槽壁呈平面设置，这样可以使得永磁体300的宽度一致，便于操作人员检验永磁体300的宽度。

具体地，在本实施例中，第一段212和第三段214靠近另一磁钢槽210的槽壁呈平面设置，且第一段212和第三段214相对的槽壁呈平面设置，而在第二实施例中。第一段212和第三段214靠近另一磁钢槽210的槽壁呈平面设置，而第一段212和第三段214相对的槽壁呈弧面设置。

其中，第二段213呈圆弧段设置。

进一步地，第一段212的槽壁与结构组200的对称轴之间的夹角范围为25°至35°，第三段214的槽壁与结构组200的对称轴之间的夹角范围为25°至35°。

需要说明的是，磁钢槽210主要用于安装永磁体300，而永磁体300具有磁极，因此磁钢槽210的数量设置为偶数，在本实施例中，沿转子铁芯100的周向间隔排布有6个磁钢槽210，每个磁钢槽210中至少放置有一个永磁体300，任一相邻的两个磁钢槽210中的永磁体300的极性相反，多个永磁体300沿转子铁芯100的圆周方向按照N极、S极交替分布。

在本实施例中，多个磁钢槽210设置为单层结构，相较于现有技术中的双层结构的电机转子，单层结构的磁钢槽210中放置永磁体300，可以在有限的体积内，增大永磁体300的厚度，从而提高永磁体300的抗退磁能力，提高电机的可靠性；同时，单层磁钢槽210结构的电机转子的生产效率也较高一些；同时，单层结构的磁钢槽210，需要放置永磁体300的量也相对减少，永磁体300的整体用量减少，因此还可以进一步降低转子的生产成本，从而降低电机的生产成本。

可选地，永磁体300的材料为低剩磁材料，具体地，低剩磁材料指的是剩磁较小的材料，例如铁氧体烧结磁铁、铁氧体粘结磁铁等磁铁。这是由于稀土类磁铁价格较高，相对来说，铁氧体磁铁成本更优，可以降低转子的生产成本。但铁氧体材料因材料剩磁较小，目前已知材料未超过0.5T，铁氧体电机单纯依靠永磁转矩输出，电机输出转矩较小。本实施例中采用永磁转矩与磁阻转矩相互结合的电机，可以提升输出转矩，其可以在相同电流条件下，提高性能，并且在与纯同步磁阻电机对比时，因为使用了永磁体300，可以提高制作电机单位电流输出能力，同时可以使制作的电机的功率因数不低于同功率的感应电机。当然本发明不限于此，于其他实施例中，永磁体300的材料也可以采用稀土类烧结磁铁、稀土类粘结磁铁。

可选地，任意两磁钢槽210之间设有紧固孔120，用以固定转子铁芯100。紧固孔120可用于设置铆钉，将多个转子冲片连接为一体。而且紧固孔120的设置有助于改善磁路和气隙磁密波形，在增加凸极率的基础上降低齿槽转矩和转矩脉动。

其中，紧固孔120设有多个，多个紧固孔120的圆心位于同一圆上，并围绕转子的转轴中心线均匀分布，紧固孔120位于磁钢槽210与转子的转轴之间。

进一步地，紧固孔120的直径范围在4.1mm至5mm之间，这样可以保证转子铁芯100的连接稳定性。

本发明还提出一种电机，该电机包括转子，该转子的具体结构参照上述实施例，由于本电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。

本发明还提出一种压缩机，该压缩机包括电机，该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)

1.一种转子，其特征在于，包括：

转子铁芯，所述转子铁芯设有多个结构组，所述结构组包括磁钢槽，所述磁钢槽朝背离所述转子铁芯的圆心方向弯曲延伸，以在所述磁钢槽的末槽壁和所转子铁芯的外周面之间形成隔磁桥，所述隔磁桥的宽度为W₁；和

永磁体，所述永磁体设于所述磁钢槽内，所述永磁体的宽度为W₂，所述W₁与所述W₂的关系为：13>W₂/W₁>7。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述结构组还包括导磁减重孔，所述导磁减重孔设于所述磁钢槽的侧槽壁与所述转子铁芯的外周面之间。

3.如权利要求2所述的转子，其特征在于，所述转子的极对数为P，所述转子铁芯对应每一所述结构组设有一结构部，用以供所述结构组安装，多个所述结构部的总面积为S₁，所述转子铁芯的径向横截面的面积为S₂，所述P、S₁和S₂的关系为：0.65>2*P*S₁/S₂>0.35。

4.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述磁钢槽包括依次连接的第一段、第二段和第三段，所述第一段和所述第三段的距离在远离所述第二段的方向上逐渐增大，所述第一段和所述第三段靠近另一所述磁钢槽的槽壁呈平面设置。

5.如权利要求4所述的转子，其特征在于，所述第一段和所述第三段相对的槽壁呈平面设置。

6.如权利要求5所述的转子，其特征在于，所述第二段呈圆弧段设置。

7.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述永磁体的材料为低剩磁材料。

8.如权利要求1至7任一项所述的转子，其特征在于，任意两所述磁钢槽之间设有紧固孔，用以固定所述转子铁芯。

9.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的转子。

10.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求9所述的电机。