CN204794628U - 同步磁阻电机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种同步磁阻电机和压缩机。同步磁阻电机包括：定子，定子具有转子容纳腔；转子，转子设置在转子容纳腔内，转子具有多个磁通屏障组，多个磁通屏障组中的磁通屏障组两两一对沿转子的径向对称设置，每个磁通屏障组具有多个磁通屏障，多个磁通屏障沿转子的径向间隔排列设置，同组内的相邻两个磁通屏障之间形成导磁通道，同组内的多个导磁通道的极弧角度τ沿靠近转子的中部的方向逐渐增大，且一对相邻两个导磁通道的极弧角度τ的差值与另一对相邻两个导磁通道的极弧角度τ的差值不相等。通过将任意一对相邻两个导磁通道的极弧角度τ的差值设置成不相等，以使同步磁阻电机的各层导磁通道能够轮流出力，有效降低了同步磁阻电机的转矩脉动。

Description

同步磁阻电机和压缩机

技术领域

本实用新型涉及换热技术领域，具体而言，涉及一种同步磁阻电机和压缩机。

背景技术

现有技术中的同步磁阻电机受到转子磁通屏障和定子槽的影响，会使得电机在运行过程中，其磁阻时刻发生变化，从而导致电机磁通时刻发生变化，并由此导致同步磁阻电机存在转矩脉动强烈的问题，特别是在转子的各个导磁通道的极弧角度配合不合理的情况下，该问题尤为突出，从而导致同步磁阻电机的噪音增加、运行性能下降。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种同步磁阻电机和压缩机，以解决现有技术中同步磁阻电机存在转矩脉动强烈的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种同步磁阻电机，包括：定子，定子具有转子容纳腔；转子，转子设置在转子容纳腔内，转子具有多个磁通屏障组，多个磁通屏障组中的磁通屏障组两两一对沿转子的径向对称设置，每个磁通屏障组具有多个磁通屏障，多个磁通屏障沿转子的径向间隔排列设置，同组内的相邻两个磁通屏障之间形成导磁通道，同组内的多个导磁通道的极弧角度τ沿靠近转子的中部的方向逐渐增大，且一对相邻两个导磁通道的极弧角度τ的差值与另一对相邻两个导磁通道的极弧角度τ的差值不相等。

进一步地，定子的远离转子一侧的外周缘处设置有等间隔排列的多个切边。

进一步地，磁通屏障组为M个，切边为Q个，M与Q的最小公倍数大于M与(Q-1)的最小公倍数，且M与Q的最小公倍数大于M与(Q+1)的最小公倍数。

进一步地，定子具有N_S个定子槽，磁通屏障组为M个，M个磁通屏障组为P对，每个磁通屏障组对应有W个定子的齿，并形成R个导磁通道，同组内的导磁通道的极弧角度τ如公式(1)或公式(2)计算得到，

公式(1)

公式(2)

其中，δ为调整角，δ大于等于-1.5度且小于等于+1.5度；τ₁为同组内的处于靠近转子的中心位置的导磁通道的极弧角度；τ_k中的k为整数并大于1，且随着k值的增大τ_k对应的导磁通道越靠近转子的边缘侧；τ_min为同组内位于转子的边缘处的导磁通道的极弧角度，

进一步地，当为非整数时，同组内的导磁通道的个数为得到的值舍去小数并取整。

进一步地，当为整数时，转子的外周缘处具有多个间隔排列的凹形缺口。

进一步地，磁通屏障的两端与转子的周缘之间分别形成两个圆周肋，每个圆周肋的第一宽度W1大于等于0.05毫米并小于等于1毫米。

进一步地，磁通屏障包括两个对称设置的子屏障，两个子屏障之间形成径向肋，径向肋的第二宽度W2大于等于0.8毫米并小于等于1.5毫米。

进一步地，同步磁阻电机还包括增补磁通屏障，增补磁通屏障设置在导磁通道上并位于同组的相邻两个磁通屏障之间。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种压缩机，包括同步磁阻电机，同步磁阻电机是下述的同步磁阻电机。

应用本实用新型的技术方案，通过将任意一对相邻两个导磁通道的极弧角度τ的差值设置成不相等的形式，以使同步磁阻电机在运行时，各层导磁通道能够轮流出力，从而有效降低了同步磁阻电机的转矩脉动，并提高了同步磁阻电机的运行可靠性和稳定性，优化了同步磁阻电机的输出性能。

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示出了本实用新型中的同步磁阻电机的结构示意图；

图2示出了本实用新型中的一个优选实施方式中的转子的结构示意图；

图3示出了本实用新型中的另一个优选实施方式中的转子的结构示意图；以及

图4示出了本实用新型中的另一个优选实施方式中的转子的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、定子；11、切边；12、定子槽；13、齿；15、轭部；14、极靴；20、转子；21、磁通屏障组；211、磁通屏障；212、导磁通道；213、增补磁通屏障；22、凹形缺口；23、圆周肋；24、径向肋；25、轴孔。

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。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

为了解决现有技术中同步磁阻电机存在转矩脉动强烈的问题，本实用新型提供了一种同步磁阻电机和压缩机。其中，压缩机包括同步磁阻电机，同步磁阻电机是下述的同步磁阻电机。

需要说明的是，本实用新型中的同步磁阻电机并非是永磁同步磁阻电机，也不包含任何的永磁特征。

如图1至图4所示，同步磁阻电机包括定子10和转子20，定子10具有转子容纳腔，转子20设置在转子容纳腔内，转子20具有多个磁通屏障组21，多个磁通屏障组21中的磁通屏障组21两两一对沿转子20的径向对称设置，每个磁通屏障组21具有多个磁通屏障211，多个磁通屏障211沿转子20的径向间隔排列设置，同组内的相邻两个磁通屏障211之间形成导磁通道212，同组内的多个导磁通道212的极弧角度τ沿靠近转子20的中部的方向逐渐增大，且一对相邻两个导磁通道212的极弧角度τ的差值与另一对相邻两个导磁通道212的极弧角度τ的差值不相等。

通过将任意一对相邻两个导磁通道212的极弧角度τ的差值设置成不相等的形式，以使同步磁阻电机在运行时，各层导磁通道212能够轮流出力，从而有效降低了同步磁阻电机的转矩脉动，并提高了同步磁阻电机的运行可靠性和稳定性，优化了同步磁阻电机的输出性能。

在本申请中，一个磁通屏障组21也称为一个极。P称为极对数，两个极成一对。

如图1所示，本实用新型中的转子20相对于定子10可自由旋转，且定子10的内圆周和转子20的外圆周存在气隙。定子10具有向内伸出的齿13，均匀的分布在轭部15上，齿13的靠近气隙端具有沿周向朝相反方向伸出的极靴14；相邻的齿13、轭部15、极靴14围成一个开口的定子槽12，定子槽12内布置有绕组(图未示)。其中，转子20的中心位置处设置有轴孔25。

如图2所示的优选实施方式中，定子10的远离转子20一侧的外周缘处设置有等间隔排列的多个切边11。切边11的作用是用于减缓定子10与同步磁阻电机的壳体过盈配合时产生的形变、保障流体轴向的流通。

以同步磁阻电机设置在压缩机内为例，切边11的工作原理如下：

1.同步磁阻电机运行过程中，三相绕组产生的合成磁场以幅值恒定的正弦波，峰值点等于极数2P，磁场在定子10的轭部15旋转，并带动转子20转动，由于设置有切边11，因而使得切边11处的厚度减薄，当切边11的个数与极数相同时，磁势幅值点同时到达切边11处，各个切边11处磁路同时饱和，磁通下降，导致转矩输出降低，引起同切边数呈倍频的转矩脉动现象(称为切边脉动)；本申请通过将切边11的个数设置为接近极数2P的形式，并同极数2P具有最大公倍数，使得定子10的轭部15的各个磁势幅值不可能同时位于切边11处，避免磁路同时出现饱和的情况，有效改善切边脉动；

2.等效的切边面积，采用该设计，将原切边11分割为多个后，可以减少切入深度，改善最薄处的饱和情况。

优选地，定子10的切边11的数目与转子20的极数(也就是磁通屏障组21的组数)不等，且两者在数值接近的情况下满足以下条件选取。

具体而言，磁通屏障组21为M个，切边11为Q个，M与Q的最小公倍数大于M与(Q-1)的最小公倍数，且M与Q的最小公倍数大于M与(Q+1)的最小公倍数。

在图1所示的具体实施方式中，极数为4、切边11的个数为5，此时最小公倍数为20；相比极数4、切边11的个数为6时最小公倍数为12，应优选设置有5个切边11。

本实用新型中的同组内有N层磁通屏障211时，能够分割转子20获得(N+1)层或N层导磁通道212(参考图2和图3)。为了保证同步磁阻电机具有转矩脉动小的特点，需要对导磁通道212的极弧角度τ进行优化设计。

优选地，定子10具有N_S个定子槽12，磁通屏障组21为M个，M个磁通屏障组21为P对，每个磁通屏障组21对应有W个定子10的齿13，并形成R个导磁通道212，同组内的导磁通道212的极弧角度τ如公式(1)或公式(2)计算得到，

公式(1)

公式(2)

其中，δ为调整角，δ大于等于-1.5度且小于等于+1.5度；τ₁为同组内的处于靠近转子20的中心位置的导磁通道212的极弧角度；τ_k中的k为整数并大于1，且随着k值的增大τ_k对应的导磁通道212越靠近转子20的边缘侧；τ_min为同组内位于转子20的边缘处的导磁通道212的极弧角度，

以图1所示的优选实施方式为例，同组内导磁通道212为四个，四个导磁通道212的极弧角度分别为τ₁、τ₂、τ₃、τ₄。

当定子槽12的N_S个数为24、M＝4时，获得参数如下：τ₁＝90°；τ₂＝67.5°-δ；τ₃＝45°+δ；22.5°<τ₄<30°。

进一步地，当为非整数时，同组内的导磁通道212的个数为得到的值舍去小数并取整。

进一步地，当为整数时，转子20的外周缘处具有多个间隔排列的凹形缺口22。当为整数时能够减少磁路在转子20的表面短路、提升凸极比。当定子槽12的N_S个数为14、M＝4时，转子20的外圆周表面具有上述的内凹形缺口22。如图2所示，在该情况下，没有τmin层。但，除τmin层外的其他导磁通道212的极弧角度τ仍符合公式(1)和公式(2)的计算规律。

为了提高转子20的结构强度并保证同步磁阻电机的运行性能，本实用新型中的磁通屏障211的两端与转子20的周缘之间分别形成两个圆周肋23，每个圆周肋23的第一宽度W1大于等于0.05毫米并小于等于1毫米。磁通屏障211的两端与转子20的周缘之间形成的较薄处称为圆周肋23。

在图1所示的优选实施方式中，磁通屏障211包括两个对称设置的子屏障，两个子屏障之间形成径向肋24，径向肋24的第二宽度W2大于等于0.8毫米并小于等于1.5毫米。径向肋24也是为了提高转子20的结构强度而设置的。但是，径向肋24不是必须有的。

在图3所示的优选实施方式中，就没有设置径向肋24。

如图4所示，同步磁阻电机还包括增补磁通屏障213，增补磁通屏障213设置在导磁通道212上并位于同组的相邻两个磁通屏障211之间。也就是将原有的导磁通道212一份为二，原层的极弧角度τ仍满足公式(1)和公式(2)的计算规律；新增的增补磁通屏障213分割得到的增补导磁通道位于原先两层导磁通道212的极弧角度τ的中间位置。

在图4中，τ_1-2＝(τ₁+τ₂)/2；τ_2-3＝(τ₂+τ₃)/2。采用导磁通道倍增设计可以在一定程度上降低定子10的齿13的磁密幅值，从而降低铁损值(可降低约15％左右)、提升同步磁阻电机的效率。

本实用新型中的定子10和转子20采用硅钢片层叠结构或者非晶材料形成的轴向叠片结构装配而成。本实用新型中的同步磁阻电机具有转矩脉动小、电机铁损低、电机能效高的特点。经测试，本实用新型中的同步磁阻电机能够将转矩脉动系数降低至8％，而现有技术中的同步磁阻电机的转矩脉动系数为30％至40％。

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、工作、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 (10)

1.一种同步磁阻电机，其特征在于，包括：

定子(10)，所述定子(10)具有转子容纳腔；

转子(20)，所述转子(20)设置在所述转子容纳腔内，所述转子(20)具有多个磁通屏障组(21)，所述多个磁通屏障组(21)中的所述磁通屏障组(21)两两一对沿所述转子(20)的径向对称设置，每个所述磁通屏障组(21)具有多个磁通屏障(211)，多个所述磁通屏障(211)沿所述转子(20)的径向间隔排列设置，同组内的相邻两个所述磁通屏障(211)之间形成导磁通道(212)，同组内的多个所述导磁通道(212)的极弧角度τ沿靠近所述转子(20)的中部的方向逐渐增大，且一对相邻两个所述导磁通道(212)的极弧角度τ的差值与另一对相邻两个所述导磁通道(212)的极弧角度τ的差值不相等。

2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述定子(10)的远离所述转子(20)一侧的外周缘处设置有等间隔排列的多个切边(11)。

3.根据权利要求2所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述磁通屏障组(21)为M个，所述切边(11)为Q个，M与Q的最小公倍数大于M与(Q-1)的最小公倍数，且M与Q的最小公倍数大于M与(Q+1)的最小公倍数。

4.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述定子(10)具有N_S个定子槽(12)，所述磁通屏障组(21)为M个，M个所述磁通屏障组(21)为P对，每个所述磁通屏障组(21)对应有W个所述定子(10)的齿(13)，并形成R个所述导磁通道(212)，同组内的所述导磁通道(212)的极弧角度τ如公式(1)或公式(2)计算得到，

${\mathrm{\&tau;}}_1=\frac{2\&times;\mathrm{\&pi;}}{2\&times;P}$ 公式(1)

${\mathrm{\&tau;}}_k={\mathrm{\&tau;}}_1-\&lsqb;1.5\&times;(k-1)\&times;\frac{2\&times;\mathrm{\&pi;}}{N_s}\&rsqb;-{(-1)}^{k-1}\&times;\mathrm{\&delta;}$ 公式(2)

其中，δ为调整角，δ大于等于-1.5度且小于等于+1.5度；τ₁为同组内的处于靠近所述转子(20)的中心位置的所述导磁通道(212)的极弧角度；τ_k中的k为整数并大于1，且随着k值的增大τ_k对应的所述导磁通道(212)越靠近所述转子(20)的边缘侧；τ_min为同组内位于所述转子(20)的边缘处的所述导磁通道(212)的极弧角度， $1.5\&times;\frac{2\&times;\mathrm{\&pi;}}{N_s}<{\mathrm{\&tau;}}_{\min }<2\&times;\frac{2\&times;\mathrm{\&pi;}}{N_s}.$

5.根据权利要求4所述的同步磁阻电机，其特征在于，当为非整数时，同组内的所述导磁通道(212)的个数为得到的值舍去小数并取整。

6.根据权利要求4所述的同步磁阻电机，其特征在于，当为整数时，所述转子(20)的外周缘处具有多个间隔排列的凹形缺口(22)。

7.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述磁通屏障(211)的两端与所述转子(20)的周缘之间分别形成两个圆周肋(23)，每个所述圆周肋(23)的第一宽度W1大于等于0.05毫米并小于等于1毫米。

8.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述磁通屏障(211)包括两个对称设置的子屏障，两个所述子屏障之间形成径向肋(24)，所述径向肋(24)的第二宽度W2大于等于0.8毫米并小于等于1.5毫米。

9.根据权利要求1所述的同步磁阻电机，其特征在于，所述同步磁阻电机还包括增补磁通屏障(213)，所述增补磁通屏障(213)设置在所述导磁通道(212)上并位于同组的相邻两个所述磁通屏障(211)之间。

10.一种压缩机，包括同步磁阻电机，其特征在于，所述同步磁阻电机是权利要求1至9中任一项所述的同步磁阻电机。