电机转子组件、电机、压缩机的制作方法

1.本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机转子组件、电机、压缩机。


背景技术：

2.我国发展高效节能的稀土永磁电动机具有得天独厚的条件。相对于普通感应电动机，永磁同步电动机具有体积小、重量轻、功率密度高等优点。更重要的是永磁同步电动机属于同步电机，转子实现了稀土化、无滑差、无电励磁、转子无基波铜、铝损耗。转子由永磁体励磁，无需无功励磁电流，因此功率因数提高，无功功率减少，定子电流大幅下降，定子铜损耗大为减少。
3.由于自起动永磁同步电动机具有高效率、高功率因数、高起动转矩等诸多优点，现已具备了替代不调速场合异步电机，其市场潜力巨大，经济效益可观。在电机转子上设置起动绕组(鼠笼条)端环结构，具备自行起动的能力，为了实现自行起动，省去起动装置，节约成本的同时，也能实现高效节能。在调速永磁同步电动机中设置起动绕组(鼠笼条)端环结构，调节电机的起动转矩和转速，可以改善电机的动态性能。
4.现有压缩机电机转子结构中，永磁体放置大多采用径向式和表面式，在使用过程中功率密度、结构强度较低，切向式结构存在退磁、漏磁和结构强度等问题，在长期运行过程中，转子存在变形、损坏风险、。
5.现有压缩机使用稀土钕铁硼永磁同步电机，稀土属于国家重要战略储备物资，受上游原材料管控影响，稀土资源受限，ndfeb成本高且价格波动大，采购风险增大，铁氧体资源充足，价格稳定。各企业都在研究使用铁氧体材料或较少的稀土材料的电机，用以替代稀土材料的高性能永磁电机。
6.在永磁电机中，永磁体内置式切向结构与其他结构相比具有很多优势，但漏磁较大，使得永磁体材料的利用率低，对永磁体的抗退磁能力和电机性能、弱磁扩速能力影响较大，因此需采取隔磁措施。


技术实现要素：

7.因此，本发明提供一种电机转子组件、电机、压缩机，能够克服相关技术中的永磁体内置式切向结构的电机中永磁体材料的利用率低，对永磁体的抗退磁能力和电机性能、弱磁扩速能力影响较大的不足。
8.为了解决上述问题，本发明提供一种电机转子组件，包括转子铁芯，所述转子铁芯上构造有两个以上贯通其轴向两端的第一磁钢槽，所述第一磁钢槽内装设有第一磁钢，所述第一磁钢槽的轴向两端的槽口内壁处具有第一凸起，所述第一凸起沿所述转子铁芯的径向由内向外延伸，以能够支撑于所述第一磁钢的径向内侧面的轴向两端位置。
9.在一些实施方式中，所述第一凸起在所述转子铁芯的径向面上的轴向投影为半圆形；和/或，所述第一凸起在所述转子铁芯的轴向上的长度为l1，，所述转子铁芯的轴向长度为l，1/100≤l1/l≤1/20。
10.在一些实施方式中，所述转子铁芯上还构造有多个贯通其轴向两端的第二磁钢槽，所述第二磁钢槽内装设有第二磁钢，所述第二磁钢槽处于所述第一磁钢槽的径向外侧且关于同一q轴对称。
11.在一些实施方式中，所述第二磁钢槽的轴向两端的槽口内壁处具有第二凸起，所述第二凸起沿所述转子铁芯的径向由内向外延伸，以能够支撑于所述第二磁钢的径向内侧面的轴向两端位置。
12.在一些实施方式中，所述转子铁芯包括中间铁芯段以及叠装于所述中间铁芯段的轴向两端的端部铁芯段，所述端部铁芯段由多个第一冲片叠装而成，所述第一凸起以及所述第二凸起皆构造于所述第一冲片的对应位置，所述中间铁芯段由多个第二冲片叠装而成，所述第二冲片上不具有所述第一凸起及第二凸起。
13.在一些实施方式中，所述第一磁钢的径向长度为h11、周向宽度为w11，所述第一磁钢槽的最小径向间距为h1、周向间距为w1，h1＞h11，w1＞w11；和/或，所述第二磁钢的径向长度为h22、周向宽度为w22，所述第二磁钢槽的最小径向间距为h2、周向间距为w2，h2＞h22，w2＞w22。
14.在一些实施方式中，w11＞w22且h11＞h22，所述第一磁钢为铁氧体永磁体，所述第二磁钢为稀土永磁体。
15.在一些实施方式中，半圆形的所述第一凸起的半径为r1，1/50≤r1/h1≤1/10；和/或，所述第一磁钢槽关于与其对应的q轴对称，所述第一凸起关于所述q轴对称。
16.在一些实施方式中，所述第二凸起在所述转子铁芯的径向面上的轴向投影为半圆形；和/或，所述第二凸起在所述转子铁芯的轴向上的长度为d2，l1＝d2；和/或，半圆形的所述第二凸起的半径为r2，1/50≤r2/h2≤1/10；和/或，所述第二磁钢槽关于所述q轴对称，所述第二凸起关于所述q轴对称。
17.在一些实施方式中，所述第一磁钢槽径向外侧槽壁与所述第二磁钢槽的径向内侧槽壁之间形成第一隔磁桥，所述第一隔磁桥的最小径向厚度为h4，0.2mm≤h4；和/或，相邻的两个所述第一磁钢槽的径向内侧槽壁之间形成处于所述转子铁芯的周向上的第二隔磁桥，所述第二隔磁桥的最小周向宽度为h6，0.2mm≤h6；和/或，所述第一磁钢槽的径向内侧设有通流孔，所述通流孔关于所述q轴对称，所述第一磁钢槽的径向内侧槽壁与所述通流孔的径向外侧槽壁之间形成第三隔磁桥，所述第三隔磁桥的最小径向厚度为h3，0.2mm≤h3。
18.在一些实施方式中，所述转子铁芯的外圆周壁上具有多个沿其径向向内凹陷的凹槽，每个所述凹槽关于所述q轴对称，且其槽深由中间向两侧越来越小，所述凹槽的槽底壁与所述第二磁钢槽的径向外侧槽壁之间形成第四隔磁桥，所述第四隔磁桥的最小径向厚度为h5，0.2mm≤h5。
19.在一些实施方式中，当所述电机转子组件与与其对应的定子组件组装后，所述电机转子组件与所述定子组件的齿靴之间形成定转子气隙，与所述凹槽对应位置处，所述定转子气隙的最大径向宽度为δmax、最小径向宽度为δmin，1.0mm≤δmax≤1.5mm，0.4mm≤δmin≤0.8mm。
20.在一些实施方式中，所述转子铁芯的两个相邻的所述第二磁钢槽之间对应区域上设有多个开口槽，所述开口槽沿所述转子铁芯的轴向贯通其轴向两端，所述开口槽通过其具有的开口与所述转子铁芯的外圆周侧连通。
21.在一些实施方式中，所述开口槽内穿行有隔磁导条，所述隔磁导条的两端分别连接有隔磁端环。
22.在一些实施方式中，所述隔磁端环的内圆上具有与所述第二磁钢槽位置相对应的缺口槽，所述缺口槽的周向宽度为w4，所述第二磁钢的周向宽度为w22、径向长度为h22，w4＞w22，且所述缺口槽的径向槽底壁与所述第二磁钢槽的径向内侧槽壁之间的间距不小于h22。
23.在一些实施方式中，所述转子铁芯的轴端还连接有平衡块，所述平衡块嵌装于所述隔磁端环的内圆中。
24.本发明还提供一种电机，包括上述的电机转子组件。
25.本发明还提供一种压缩机，包括上述的电机转子组件。
26.本发明提供的一种电机转子组件、电机、压缩机，第一凸起仅被设置在第一磁钢槽的轴向两端的槽口位置，而在两者之间的槽壁上并不设置该第一凸起，如此，当第一磁钢被插装在第一磁钢槽内后，其两端被第一凸起可靠支撑，而其中间位置则与第一磁钢槽的槽壁之间形成间隙，形成空气隔磁结构，如此该空气隔磁结构切断了冲片内部、冲片内端极部与极部之间连通造成的漏磁磁路，加大了空气隙长度，增加气隙磁阻，减小了漏磁，提高了永磁体利用率及电机性能。
附图说明
27.图1为本发明一种实施例的电机转子组件的拆解结构示意图(无鼠笼结构)；
28.图2为图1中的电机转子组件的一个径向截面的示意图；
29.图3为图1中的电机转子组件的一个轴向截面的示意图；
30.图4为本发明另一种实施例的电机转子组件的拆解结构示意图(有鼠笼结构)；
31.图5为图4中的电机转子组件的一个径向截面的示意图；
32.图6为图4中的鼠笼结构的一个径向截面的示意图；
33.图7为本发明一种实施例中的第一冲片的轴向投影示意图；
34.图8为本发明一种实施例中的第二冲片的轴向投影示意图；
35.图9为本发明另一种实施例中的第一冲片的轴向投影示意图；
36.图10为本发明另一种实施例中的第二冲片的轴向投影示意图；
37.图11为本发明另一实施例中的电机中定子组件与转子组件之间相对位置关系(局部示意)。
38.附图标记表示为：
39.1、转子铁芯；101、第一冲片；102、第二冲片；11、第一磁钢槽；111、第一凸起；12、第二磁钢槽；121、第二凸起；13、通流孔；14、凹槽；15、开口槽；21、第一磁钢；22、第二磁钢；31、隔磁导条；32、隔磁端环；321、缺口槽；4、平衡块；100、定子组件；200、转子组件。
具体实施方式
40.结合参见图1至图11所示，根据本发明的实施例，提供一种电机转子组件，包括转子铁芯1，转子铁芯1上构造有两个以上贯通其轴向两端的第一磁钢槽11，第一磁钢槽11内装设有第一磁钢21，第一磁钢槽11的轴向两端的槽口内壁处具有第一凸起111，第一凸起
111沿转子铁芯1的径向由内向外延伸，以能够支撑于第一磁钢21的径向内侧面的轴向两端位置。该技术方案中，第一凸起111仅被设置在第一磁钢槽11的轴向两端的槽口位置，而在两者之间的槽壁上并不设置该第一凸起111，如此，当第一磁钢21被插装在第一磁钢槽11内后，其两端被第一凸起111可靠支撑，而其中间位置则与第一磁钢槽11的槽壁之间形成间隙，形成空气隔磁结构，如此该空气隔磁结构切断了冲片内部、冲片内端极部与极部之间连通造成的漏磁磁路，加大了空气隙长度，增加气隙磁阻，减小了漏磁，提高了永磁体利用率及电机性能。
41.在一些实施方式中，第一凸起111在转子铁芯1的径向面上的轴向投影为半圆形，半圆形的第一凸起111，理论上其与第一磁钢21的径向内侧面之间仅存在沿转子铁芯1的轴向延伸的线接触，从而使空气隔磁结构的径向厚度较大，进一步增加气隙磁阻、减小漏磁。第一凸起111在转子铁芯1的轴向上的长度为l1，所述转子铁芯1的轴向长度为l，1/100≤l1/l≤1/20，合理长度的第一凸起111能够兼顾对第一磁钢21的支撑强度与稳定性及空气隔磁结构的轴向长度最大化。
42.在一些实施方式中，转子铁芯1上还构造有多个贯通其轴向两端的第二磁钢槽12，第二磁钢槽12内装设有第二磁钢22，第二磁钢槽12处于第一磁钢槽11的径向外侧且关于同一q轴对称。此时，第一磁钢21与第二磁钢22呈切向式排布，能够提高转矩密度，双磁源串磁路转子结构，小磁路磁阻，永磁体最高利用率，节省永磁体成本，可以对永磁体实现最优配比，低成本下效率最大化，磁路优化，电机效率最大化。具体例如，第一磁钢21与第二磁钢22可以分别选择铁氧体与稀土永磁体中的一种进行组合，能够提高抗退磁能力，减少稀土用量；第二磁钢22采用稀土永磁体，而第一磁钢21则采用铁氧体永磁体则能够提高稀土利用率。
43.作为一种具体的实现方式，转子铁芯1包括中间铁芯段以及叠装于中间铁芯段的轴向两端的端部铁芯段，端部铁芯段由多个第一冲片101叠装而成，第一凸起111以及第二凸起121皆构造于第一冲片101的对应位置，中间铁芯段由多个第二冲片102叠装而成，第二冲片102上不具有第一凸起111及第二凸起121。每一铁芯段中的冲片的叠装片数根据实际需求合理选择即可，所述第一冲片101与第二冲片102可以采用0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.5mm厚规格中的一种电工钢带(板)经冲压后成型。
44.第一磁钢21的径向长度为h11、周向宽度为w11，第一磁钢槽11的最小径向间距为h1、周向间距为w1，h1＞h11，w1＞w11；和/或，第二磁钢22的径向长度为h22、周向宽度为w22，第二磁钢槽12的最小径向间距为h2、周向间距为w2，h2＞h22，w2＞w22。如此能够使第一磁钢21、第二磁钢22与相应的磁钢槽之间具有微小间隙，进而便于磁钢的插装过程。
45.作为优选，w11＞w22且h11＞h22，第一磁钢21为铁氧体永磁体，第二磁钢为稀土永磁体(主要为ndfeb)，此时的稀土用量将小于铁氧体的用量，从而节省电机的制造成本。当然，在一些情况下w11与w22还可以被设计的相等，如图9及图10所示。如第二磁钢22为稀土永磁体，w22通常在1.5mm～3.5mm选取，h22通常在15mm～30mm选取；如第一磁钢21为铁氧体永磁体，w22通常在3.0mm～5.5mm选取，h22通常在20mm～35mm选取。
46.在一些实施方式中，半圆形的第一凸起111的半径为r1，1/50≤r1/h1≤1/10，增加永磁体底面(径向内侧)与放置永磁体的槽孔孔壁(径向内侧壁)距离，进而使气隙的大小处于合理的范围内，气隙越大，防漏磁、隔磁效果越好，但气隙太大，增加转子径向尺寸，转子
尺寸增加，在电机总体不变情况下，将导致定子尺寸减小，影响电机性能；第一磁钢槽11关于与其对应的q轴对称，第一凸起111关于q轴对称，能够保证对第一磁钢21的支撑平稳。
47.作为优选，第二磁钢槽12的轴向两端的槽口内壁处具有第二凸起121，第二凸起121沿转子铁芯1的径向由内向外延伸，以能够支撑于第二磁钢22的径向内侧面的轴向两端位置，具体而言，第二凸起121在转子铁芯1的径向面上的轴向投影为半圆形；第二凸起121在转子铁芯1的轴向上的长度为d2，l1＝d2；半圆形的第二凸起121的半径为r2，1/50≤r2/h2≤1/10；第二磁钢槽12关于q轴对称，第二凸起121关于q轴对称。其带来的有益效果同于设置第一凸起111，此处不再赘述。
48.在永磁体切向组合式结构中，转子结构随轴旋转运行时，第一磁钢21、第二磁钢22及转子铁芯1本身质量将产生离心力，转子铁芯1上的相关隔磁桥宽度合理选取，能够降低离心力对隔磁桥和转子整体强度的影响，基于此技术目的，在一些实施方式中，第一磁钢槽11径向外侧槽壁与第二磁钢槽12的径向内侧槽壁之间形成第一隔磁桥，第一隔磁桥的最小径向厚度为h4，0.2mm≤h4≤1.5mm；和/或，相邻的两个第一磁钢槽11的径向内侧槽壁之间形成处于转子铁芯1的周向上的第二隔磁桥，第二隔磁桥的最小周向宽度为h6，0.2mm≤h6≤1.5mm；和/或，第一磁钢槽11的径向内侧设有通流孔13，通流孔13关于q轴对称，第一磁钢槽11的径向内侧槽壁与通流孔的径向外侧槽壁之间形成第三隔磁桥，第三隔磁桥的最小径向厚度为h3，0.2mm≤h3≤1.5mm；在一些实施方式中，转子铁芯1的外圆周壁上具有多个沿其径向向内凹陷的凹槽14，每个凹槽14关于q轴对称，且其槽深由中间向两侧越来越小，凹槽14的槽底壁与第二磁钢槽12的径向外侧槽壁之间形成第四隔磁桥，第四隔磁桥的最小径向厚度为h5，0.2mm≤h5≤1.5mm。前述的通流孔13优选为腰形弧孔，在满足电磁性能和制造工艺的要求下，根据压缩机电机在最高转速运行时，离心力作用下对转子整体进行应力分析，在保证结构强度的情况下，获取最佳隔磁尺寸，使电机性能最优，优化该通流孔13的设计，增加转子流通面积。
49.另外，前述凹槽14的设置使该转子组件的d轴与q轴不等长，内置切向式结构中，通过对永磁体尺寸磁化方向厚度和宽度的合理设计，转子冲片结构进行切边和增加隔磁孔的改进，永磁体的磁导率较低，基本与空气相近，而转子冲片为硅钢片的磁导率较高，根据d、q轴在转子中的在电枢反应磁通路径的不同，永磁体在转子中的磁路结构不对称，d轴磁阻大于q轴磁阻，因而使电机的dq轴电感差值增大，从而增大电机输出的磁阻转矩，提高了电机的功率密度和恒功率运行范围和弱磁扩速，阻转矩与永磁转矩的合成公式如下：
50.t＝mp(l
q-ld)idia mpψ
pm
lq，式中第一项为磁阻转矩，第二项为永磁转矩。ld、lq、id、iq分别为d、q轴电感和电流。
51.在一些实施方式中，当电机转子组件与与其对应的定子组件100组装后，电机转子组件与定子组件100的齿靴之间形成定转子气隙，与凹槽14对应位置处，定转子气隙的最大径向宽度为δmax、最小径向宽度为δmin，1.0mm≤δmax≤1.5mm，0.4mm≤δmin≤0.8mm。转子铁芯1切边结构(也即前述凹槽14)、开槽结构(也即后文的开口槽15)等设计，形成不均匀气隙，气隙磁场接近正弦波形，降低涡流损耗及磁体温升，减小磁永体退磁风险，提高磁动势和聚磁能力。设置成邻近永磁体的端部且靠近转子的外圆周有多个凹部，通过调整切边尺寸，产生的气隙磁密接近正弦曲线，转子槽内永磁体端部尺寸与凹部之间的宽度减小，起到永磁体间隔磁作用。同时，由于气隙的增加，减少径向电磁力，降低电磁噪声，也即该技术方
案中，转子外圆开槽结构，利用不均匀气隙，改善定子绕组中感应的电压波形，实现压缩系统高效、平稳运行。
52.在一些实施方式中，转子铁芯1的两个相邻的第二磁钢槽12之间对应区域上设有多个开口槽15，开口槽15沿转子铁芯1的轴向贯通其轴向两端，开口槽15通过其具有的开口与转子铁芯1的外圆周侧连通，该开口槽15的开口设计能够有效降低转子铁芯1的外周圆壁上的集肤效应，所述开口槽15具体可采用平行槽。作为优选，在一些实施方式中，开口槽15内穿行有隔磁导条31，隔磁导条31的两端分别连接有隔磁端环32，也即两端的隔磁端环32与中间的隔磁导条31形成鼠笼结构，如此设置的电机转子组件集肤效应比平行齿的槽形(也即前述的开口槽15)更显著，能降低电流，调节转速和转矩，对改善启动性能有利，通过调节鼠笼导条、端环的结构尺寸，可以提高电机的动态、稳态性能。隔磁导条31以及隔磁端环32采用磁的不良导体例如铝、铜或者两者的合金来制作，使该鼠笼结构具有隔磁作用，由于铝或铜的磁导率与空气相近，同时也保护永磁体免于退磁；每个鼠笼导条槽孔在外圆端部外隔磁桥处断开，能够保证转子结构强度的同时，又能减少外隔磁桥漏磁，提高永磁体的利用率。如此设计的转子组件，使永磁体磁通沿径向进出，定子绕组电流产生的磁通不沿转子圆周方向迂回，降低电机噪声和振动，提高电机效率。
53.需要说明的是，在通用永磁同步电机转子上设置起动绕组(鼠笼导条)端环结构，具备自行起动的能力，省去起动装置，节约成本的同时，也能实现高效节能。在调速永磁同步电动机中设置起动绕组(鼠笼导条)端环结构，调节电机的起动转矩和转速，可以改善电机的动态性能，实现电机自启动(原理同异步电机)。改变现有压缩机电机转子冲片普通采用扣点进行成型为铁芯方式，采用冲片无扣点或少扣点结构，冲片与转子端环(鼠笼端环)在压铸生产过程中，通过工装定位装配成一整体铁芯，降低铁损，提高电机效率。
54.在一些实施方式中，隔磁端环32的内圆上具有与第二磁钢槽12位置相对应的缺口槽321，缺口槽321的周向宽度为w4，第二磁钢22的周向宽度为w22、径向长度为h22，w4＞w22，且缺口槽321的径向槽底壁与第二磁钢槽12的径向内侧槽壁之间的间距不小于h22，如此可以先将前述的鼠笼结构与转子铁芯1一体铸造成型后，再通过该缺口槽321处将第二磁钢22插装于第二磁钢槽12内，防止磁钢在鼠笼结构浇铸过程中的高温退磁。
55.在一些实施方式中，转子铁芯1的轴端还连接有平衡块4，平衡块4嵌装于隔磁端环32的内圆中，其通过铆钉形成对叠装的转子铁芯1的可靠连接，平衡块4在实现对转轴实现动平衡的同时还能够形成对第一磁钢21及第二磁钢22的轴向两端的有效封堵。
56.电机转子组件的磁极数为n，此时的磁钢槽的数量则为2n，n可以为6、8、10、12等正整数，如图1所示为8极。
57.本发明通过在转子外圆位设置鼠笼结构，实现电机自启动功能；通过转子结构改进，减小永磁体漏磁，提高永磁体利用率，提高转子运行中结构强度及电机效率，能够降低转矩脉动，改善谐波分量，降低损耗、振动及噪声；切向式磁钢的组合，增强电磁转矩，降低生产成本及电机效率的提升。
58.根据本发明的实施例，还提供一种电机，尤其是一种永磁体内置式切向结构的电机，包括上述的电机转子组件。
59.根据本发明的实施例，还提供一种压缩机，包括上述的电机转子组件。
60.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由
地组合、叠加。
61.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。