电机转子、电机、离心压缩机及空调的制作方法

1.本公开涉及电机领域，尤其涉及一种电机转子、电机、离心压缩机及空调。


背景技术：

2.随着工业化的发展，冷水机组已经普遍应用于大型中央空调系统。目前评价冷水机组能效特性的两个重要指标分别是名义工况性能系数(coefficient of performance，简称cop)和综合部分负荷性能系数(integrated part load value，简称iplv)，可有效促进冷水机组生产商提高产品性能。
3.从工程应用中，冷水机组的全年能耗是关键，但从根本上了解如何提高cop和iplv则更为紧迫。从能源消耗角度出发，采用永磁变频直驱电机是当前主要发展趋势。这是因为永磁电机由永磁体励磁产生旋转磁场而不需要励磁电流，因此提高了电机效率，从系统来讲主要是提高了系统转换能效。为了响应碳中和、节能等政策，压缩机需要具备较高的lplv指标，以期达到全工况高效稳定运行。
4.由于离心式压缩机电机转速较高，受变频器件能达到的最大开关频率以及电流的限制，电机极数的选取不能太大。另外，在电机的外形尺寸限制下，铁芯的有效长度也相应受限，因此电机热负荷选取及电机效率两者的平衡是关键。为了追求更高的效率及提高功率密度，转子磁路结构选取至关重要。
5.在相关技术中，离心式压缩机的高速电机设计方法通常采用一字型磁路结构，以减小高速运行的振动冲击。


技术实现要素：

6.发明人经研究发现，相关技术中的一字型磁路结构会造成电机高速扩速范围的限制，在高速工况下无法体现出能效优势，在低速工况下也不能利用电机的凸极效应提升转矩。
7.有鉴于此，本公开实施例提供一种电机转子、电机、离心压缩机及空调，能够在提高电机转子的磁阻转矩的同时实现较低的振动。
8.在本公开的一个方面，提供一种电机转子，包括：
9.转子铁芯，具有在以轴线为中心的周向上间隔排布的多个磁极，每个磁极具有内置永磁体和位于所述内置永磁体远离所述轴线一侧的隔磁孔组，
10.其中，所述隔磁孔组包括多个隔磁孔，每个隔磁孔的中心到所述转子铁芯的中心的参考连线为第一参考连线，所述隔磁孔所在磁极和相邻两个磁极的两个磁极分隔参考线分别与所述第一参考连线之间的两个夹角中的最小值为参考夹角α，每相邻两个隔磁孔中更邻近磁极分隔参考线的隔磁孔为第一隔磁孔，另一个隔磁孔为第二隔磁孔，所述第一隔磁孔的截面面积是所述第二隔磁孔的截面面积的sin(2*α)倍。
11.在一些实施例中，所述多个隔磁孔在所述周向间隔排布，且相对于所述多个隔磁孔所在磁极的中心参考线对称。
12.在一些实施例中，所述多个隔磁孔的数量为奇数个，所述多个隔磁孔中位于居中位置的隔磁孔的中心位于所述中心参考线上。
13.在一些实施例中，所述多个磁极的数量为4个，各个磁极的磁极分隔参考线的夹角均为90
°
。
14.在一些实施例中，所述多个隔磁孔的截面面积中的最小值大于或等于3mm2。
15.在一些实施例中，所述多个隔磁孔的数量为n-c，其中n为与所述电机转子匹配工作的电机定子的每极定子槽数，c为取值2～6的正整数。
16.在一些实施例中，c的取值为4。
17.在一些实施例中，所述多个隔磁孔中的部分或全部的截面形状为圆形。
18.在一些实施例中，每个磁极具有横截面包括矩形的多个内置永磁体，所述多个内置永磁体均与同一参考圆相切，所述参考圆的圆心位于所述多个内置永磁体远离所述转子铁芯的轴线的一侧。
19.在一些实施例中，所述多个内置永磁体的数量为奇数个，所述多个隔磁孔的数量为奇数个，所述多个隔磁孔中位于居中位置的隔磁孔的中心和所述多个内置永磁体中位于居中位置的内置永磁体的中心均位于所述多个隔磁孔所在磁极的中心参考线上。
20.在一些实施例中，所述参考圆的圆心到所述多个内置永磁体中的任一个的距离与所述位于居中位置的隔磁孔的中心到所述转子铁芯的轴线的距离相等。
21.在一些实施例中，所述多个内置永磁体在所述参考圆的切线方向上的长度l1均相等。
22.在一些实施例中，所述多个磁极中每相邻两个磁极中的一个磁极为第一磁极，另一个为第二磁极，所述第一磁极中最邻近所述第一磁极和第二磁极之间的磁极分隔参考线的内置永磁体与所述第二磁极中最邻近所述磁极分隔参考线的内置永磁体的最短距离l2大于5mm。
23.在一些实施例中，所述转子铁芯还具有轴孔，所述轴孔的内壁与所述位于居中位置的内置永磁体的最短距离l3大于10mm。
24.在本公开的一个方面，提供一种电机，包括：前述的电机转子。
25.在本公开的一个方面，提供一种离心压缩机，包括：前述的电机。
26.在本公开的一个方面，提供一种空调，包括：前述的离心压缩机，或前述的电机。
27.因此，根据本公开实施例，通过使相邻隔磁孔的截面面积按照正弦比例设置的形式，在提高磁阻转矩的同时，使得每个磁极的气隙磁密呈现类似于正弦比例的隔磁孔分隔的状态，避免气隙磁密变化较大而导致高速转动时的强烈振动，从而降低电机齿槽转矩脉动，进而在较高转速下降低振动。
附图说明
28.构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
29.参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
30.图1是根据本公开电机转子的一些实施例的结构示意图；
31.图2是图1的尺寸标示关系图。
32.应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
具体实施方式
33.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
34.本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
35.在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
36.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
37.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
38.图1是根据本公开电机转子的一些实施例的结构示意图。图2是图1的尺寸标示关系图。参考图1和图2，在一些实施例中，电机转子包括：转子铁芯10。转子铁芯10具有在以轴线o为中心的周向上间隔排布的多个磁极，例如图1中的磁极p1、p2、p3和p4。每个磁极具有内置永磁体12和位于所述内置永磁体12远离所述轴线o一侧的隔磁孔组13。
39.转子铁芯10可由多个硅钢片叠置而成。内置永磁体12可以为内嵌在转子铁芯10上开设的永磁体槽的磁钢，例如铁氧体磁钢、钕铁硼磁钢等。
40.隔磁孔组13包括多个隔磁孔，例如图2中的隔磁孔13a、13b和13c。每个隔磁孔的中心到所述转子铁芯10的中心(即轴线o)的参考连线为第一参考连线，例如图2的隔磁孔13a、13b和13c分别对应的第一参考连线cl1、cl2和cl3。
41.在图1中，多个磁极的数量为4个。各个磁极的磁极分隔参考线的夹角均为90
°
，即磁极分隔参考线dl1、dl2、dl3和dl3依次相隔90
°
。隔磁孔所在磁极和其相邻两个磁极(例如图中沿顺时针方向位于磁极上游的相邻磁极和下游的相邻磁极)分别通过两个磁极分隔参考线(例如磁极分隔参考线dl1、dl2、dl3和dl4)进行分隔。
42.两个磁极分隔参考线分别与第一参考连线之间的两个夹角中的最小值为参考夹
角α。例如磁极p1中隔磁孔13b对应的第一参考连线cl2与磁极分隔参考线dl2的夹角小于与磁极分隔参考线dl1的夹角，故以第一参考连线cl2与磁极分隔参考线dl2的夹角作为参考夹角α。
43.每相邻两个隔磁孔中更邻近磁极分隔参考线的隔磁孔为第一隔磁孔，另一个隔磁孔为第二隔磁孔，所述第一隔磁孔的截面面积是所述第二隔磁孔的截面面积的sin(2*α)倍。
44.例如：隔磁孔13b对应的第一参考连线cl2与磁极分隔参考线dl2的夹角a作为隔磁孔13b对应的参考夹角，隔磁孔13c对应的第一参考连线cl3与磁极分隔参考线dl2的夹角b作为隔磁孔13c对应的参考夹角，隔磁孔13c的截面面积s3为隔磁孔13b的截面面积s2的sin(2*b)，隔磁孔13b的截面面积s2为隔磁孔13a的截面面积s1的sin(2*a)。
45.考虑到永磁同步电机的输出转矩有两个分量，包括电机的永磁转矩tm和磁阻转矩tr，其中，永磁转矩tm表征电机永磁体励磁磁链所产生的转矩，磁阻转矩tr表征因电机交直轴磁路结构不对称所产生的转矩。在满足电机的输出转矩要求的基础下，通过改变电机磁阻转矩的比例，可相应地降低永磁转矩的比例，从而减少电机永磁体用量，并通过凸级效应来提高功率因数。
46.本实施例通过设置隔磁孔来实现气隙磁密的不均布效应，而通过使相邻隔磁孔的截面面积按照正弦比例设置的形式，可每个磁极的气隙磁密呈现类似于正弦分布的状态，在提高凸级效应的同时，避免气隙磁密变化较大而导致高速转动时的强烈振动，从而降低电机齿槽转矩脉动，进而在较高转速下降低振动。这里的类似于正弦分布的状态是指在周向上气隙磁密分布呈中间高两侧低，且中间到两侧的变化是平滑的，避免过于尖的峰值。
47.参考图1和图2，在一些实施例中，所述多个隔磁孔在所述周向间隔排布，且相对于所述多个隔磁孔所在磁极的中心参考线ml对称。这样可使得中心参考线ml两侧的气隙磁密分布均衡。这里分布均衡指的是在周向上气隙磁密相对于中间峰值的两侧气隙磁密基本对称。
48.参考图2，在一些实施例中，多个隔磁孔的数量为奇数个。多个隔磁孔中位于居中位置的隔磁孔的中心位于所述中心参考线ml上。相比于偶数个隔磁孔，奇数个隔磁孔可降低电机转子转动时发生共振的可能。
49.在加工隔磁孔时，过小的隔磁孔则难以有效地分隔磁通，而且会增加成本，因此优选使多个隔磁孔的截面面积中的最小值大于或等于3mm2。
50.隔磁孔的数量可以根据每极定子槽数确定，过多的隔磁孔会增加磁路的磁阻，而过少的隔磁孔则对齿槽转矩脉动的降低不明显，因此可使多个隔磁孔的数量为n-c，其中n为与所述电机转子匹配工作的电机定子的每极定子槽数，c为取值2～6的正整数，进一步优选c的取值为4。这样可确保隔磁孔不均布效应形成的磁密分布与定子齿数不耦合，从而降低发生定转子齿槽谐振的可能。
51.在一些实施例中，多个隔磁孔中的部分或全部的截面形状为圆形。这种形状可避免局部的尖角带来的磁密集中，从而使气隙磁密分布不平滑的问题。
52.参考图1和图2，在一些实施例中，每个磁极具有横截面包括矩形的多个内置永磁体12，所述多个内置永磁体12均与同一参考圆30相切，所述参考圆30的圆心o’位于所述多个内置永磁体12远离所述转子铁芯10的轴线o的一侧。也就是说，每个磁极的内置永磁体12
整体上呈现中间向轴线o凸起、两端远离轴线o的弧形或折线形的形态。这种形态可使得位于两端的内置永磁体更邻近于气隙，以实现更好的磁通切割效果。
53.参考图1，多个内置永磁体12的数量为奇数个，所述多个隔磁孔的数量为奇数个。例如每个磁极包括3个内置永磁体12和5个隔磁孔。多个隔磁孔中位于居中位置的隔磁孔的中心和所述多个内置永磁体12中位于居中位置的内置永磁体12的中心均位于所述多个隔磁孔所在磁极的中心参考线ml上。居中位置的内置永磁体12和两侧的内置永磁体12均可相对于与中心参考线ml对称，以便使磁极的气隙磁密分布也相对于中心参考线ml对称。
54.参考图2，在一些实施例中，参考圆30的圆心o’到所述多个内置永磁体12中的任一个的距离r’与所述位于居中位置的隔磁孔的中心到所述转子铁芯10的轴线o的距离r相等。换句话说，r’等于r。这样可使得隔磁孔所实现的气隙磁密分布更趋近于正弦分布。
55.在图2中，多个内置永磁体12的数量为3个，位于居中位置的内置永磁体12为中间永磁体12a，位于所述中间永磁体12a两侧的两个内置永磁体12为两个翘边永磁体12b。在转子铁芯10上设置的永磁体槽可在端部设置用于灌注固定胶的部分，以便将内置永磁体12固定在永磁体槽内。
56.另外，在图2中，可使多个内置永磁体12在所述参考圆30的切线方向上的长度l1均相等。这样可采用统一规格的内置永磁体，不仅加工方便，而且可降低模具成本。
57.以多个磁极中每相邻两个磁极中的一个磁极为第一磁极，另一个为第二磁极。相应地，可使得第一磁极中最邻近所述第一磁极和第二磁极之间的磁极分隔参考线的内置永磁体12与所述第二磁极中最邻近所述磁极分隔参考线的内置永磁体12的最短距离l2的取值为2～3mm。这样可降低漏磁率，提高电机性能。
58.在一些实施例中，转子铁芯10还具有轴孔11，轴孔11可由转轴穿过，并与转轴固定连接。轴孔11的内壁与所述位于居中位置的内置永磁体12的最短距离l3可大于10mm。这样可使得轴孔11与内置永磁体12之间的区域更宽，磁密更小，从而减低该区域的磁阻。
59.本公开上述电机转子的各实施例可适用于各类电机，因此本公开实施例还提供了一种电机，包括前述的电机转子的任一实施例。电机还可包括与电机转子配合的电机定子等其他部件，这里就不再赘述了。
60.本公开实施例还提供了一种离心压缩机，包括前述的电机实施例。本公开实施例还提供了一种空调，包括：前述的离心压缩机实施例，或前述的电机实施例。
61.至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
62.虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。