转子铁芯、永磁电机及压缩机的制作方法

1.本技术涉及电机技术领域，尤其涉及一种转子铁芯、永磁电机及压缩机。


背景技术：

2.永磁电机因其自身结构等原因，例如磁密饱和、开槽等，其气隙磁通密度的波形无法做到完全的正弦，非正弦的波形包含各种谐波，此谐波不仅会引起电机噪音问题，同时会引起电机损耗增加、发热，导致电机功耗高、能效低。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种转子铁芯、永磁电机及压缩机，其可以使永磁电机的气隙磁通密度的波形接近正弦，以降低因各次谐波引起的噪声，提高永磁电机的运行稳定性。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种转子铁芯，设置于永磁电机的定子的内周侧，转子铁芯包括沿永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片，每个转子冲片包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体槽，每相邻的两个永磁体槽之间对应设置有相对于极轴对称分布的第一隔磁孔、第二隔磁孔和转子槽，第一隔磁孔靠近对应的永磁体槽的末端设置，转子槽由转子冲片的外圆沿径向向内凹陷而成，且转子槽沿圆周方向的最小宽度大于对称分布的第一隔磁孔之间的距离。
5.在一种可能的实现方式中，第一隔磁孔的数量为两个，第二隔磁孔的数量为一个，转子槽的数量为一个，两个第一隔磁孔、一个第二隔磁孔和一个转子槽分别相对于极轴对称分布。
6.在一种可能的实现方式中，转子槽包括相对于极轴对称分布的两个斜边部和两个凹部，以及连接两个凹部的连接部，凹部的底部低于连接部。
7.在一种可能的实现方式中，两个斜边部在转子冲片的外圆上的两个交点与圆心之间形成的圆心角为a，永磁电机的极数为2p，则圆心角a满足如下条件：0.08
×
(360/2p)≤a≤0.36
×
(360/2p)；和/或，两个斜边部之间的距离沿朝向圆心的径向方向逐渐缩小。
8.在一种可能的实现方式中，连接部与转子冲片的外圆之间的最大距离为h1，连接部的宽度为l1，定子内径为d，其中，0≤h1≤0.024
×
d，0≤l1≤2
×
sin(0.5
×
a)。
9.在一种可能的实现方式中，凹部的底部与连接部之间的最小距离为l2，凹部的底部宽度为l3，定子内径为d，其中，0＜l2≤0.07
×
d，0≤l3≤0.5
×
l2。
10.在一种可能的实现方式中，第二隔磁孔与连接部之间的最小距离为l4，第一隔磁孔与凹部之间的最小距离为l5，定子内径为d，其中，0.0004
×
d≤l4≤0.0009
×
d，0.0004
×
d≤l5≤0.0009
×
d，且l4≠l5。
11.在一种可能的实现方式中，第二隔磁孔的最大宽度为la，第二隔磁孔沿径向的长度为l6，相邻的两个永磁体槽的末端之间的最小距离为lb，定子内径为d，则满足如下条件：0.015
×
d≤(lb-la)≤0.03
×
d，l6≥3
×
l4。
12.在一种可能的实现方式中，连接部为直线或者弧线。
13.在一种可能的实现方式中，第一隔磁孔与永磁体槽的末端连通。
14.第二方面，本技术实施例提供了一种永磁电机，包括：转子，包括如前所述的转子铁芯和设置于转子铁芯的多个永磁体槽内的多个永磁体；和定子，设置于转子的外周侧。
15.第三方面，本技术实施例提供了一种压缩机，包括如前所述的永磁电机。
16.根据本技术实施例提供的转子铁芯、永磁电机及压缩机，该转子铁芯包括沿永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片，每个转子冲片包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体槽，每相邻的两个永磁体槽之间对应设置有相对于极轴对称分布的第一隔磁孔、第二隔磁孔和转子槽，且转子槽沿垂直于极轴的方向的最小宽度大于对称分布的第一隔磁孔之间的距离；通过对转子铁芯的极轴处的气隙宽度进行优化，使得气隙的磁通密度波形更趋近于正弦化，从而可以降低因各次谐波引起的噪音。另外，由于总谐波含量降低，进而降低永磁电机的谐波损耗，提高效率，电机温升更低，降低永磁电机的永磁体的退磁风险，提高永磁电机的运行稳定性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术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，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。
18.图1示出本技术实施例提供的一种永磁电机的平面结构示意图；
19.图2示出本技术实施例提供的一种转子铁芯的转子冲片的结构示意图；
20.图3示出图2中区域a的局部放大图；
21.图4示出图2所示的转子冲片的一种尺寸关系图；
22.图5示出图2所示的转子冲片的另一种尺寸关系图；
23.图6示出本技术实施例提供的另一种转子铁芯的转子冲片的结构示意图；
24.图7示出图6中区域b的局部放大图；
25.图8示出本技术实施例的永磁电机与相关技术中永磁电机的谐波对比图。
26.附图标记说明：
27.1、转子冲片；10、永磁体槽；11、第一隔磁孔；12、第二隔磁孔；13、转子槽；131、斜边部；132、凹部；133、连接部；q、极轴；
28.100、转子；200、定子。
具体实施方式
29.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.永磁电机因其自身结构等原因，例如磁密饱和、开槽等，其气隙磁通密度的波形无
法做到完全的正弦，非正弦的波形包含各种谐波，此谐波不仅会引起电机噪音问题，同时会引起电机损耗增加、发热，导致电机功耗高、能效低，影响永磁电机的运行平稳性等各方面性能。
31.为此，本技术实施例提供的一种转子铁芯、转子冲片及永磁电机，其可以使永磁电机的气隙磁通密度的波形接近正弦，以降低因各次谐波引起的噪音，提高永磁电机的运行稳定性。
32.图1示出本技术实施例提供的一种永磁电机的平面结构示意图；图2示出本技术实施例提供的一种转子铁芯的转子冲片的结构示意图，图3示出图2中区域a的局部放大图。
33.本技术实施例提供了一种永磁电机，包括转子100和设置于转子100外周侧的定子200。转子100包括转子铁芯和沿转子铁芯的圆周方向间隔分布的多个永磁体，且多个永磁体沿圆周方向以n极、s极交错分布的方式设置。该永磁电机可以为变频器驱动的正弦波永磁同步电动机，即正弦波电机施加正弦波电流激励，产生平稳的转矩输出。该永磁电机也可以为采用矢量控制的永磁同步电动机。
34.如图1至图3所示，该转子铁芯包括沿永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片1，每个转子冲片1包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体槽10，每相邻的两个永磁体槽10之间对应设置有相对于极轴q对称分布的第一隔磁孔11、第二隔磁孔12和转子槽13，第一隔磁孔11靠近对应的永磁体槽10的末端设置，转子槽13由转子冲片1的外圆沿径向向内凹陷而成，且转子槽13沿圆周方向的最小宽度l0大于对称分布的第一隔磁孔11之间的距离。其中，永磁体槽10用于放置永磁体，以使多个永磁体沿圆周方向以n极、s极交错分布的方式设置于多个永磁体槽10内。
35.本实施例中，第一隔磁孔11和第二隔磁孔12相对于极轴q对称分布，能够减少隔磁孔对基波磁场的阻隔作用，调整转子磁路以阻隔低次谐波磁场进入转子铁芯，而对基波磁场基本不影响，进而能够保证在永磁电机出力基本不变的情况下减小谐波磁场产生的转子铁损和永磁体涡流损耗，提升了电机效率；同时第一隔磁孔11和第二隔磁孔12的设计，还能够降低转子铁损和永磁体涡流损耗导致的永磁体发热升温，进而能够避免永磁体发热退磁的可能性，提升了永磁电机的运行可靠性。
36.另外，永磁体槽10、第一隔磁孔11、第二隔磁孔12的径向外侧壁基本处于同一个圆上，可以保证永磁体槽10、第一隔磁孔11、第二隔磁孔12的径向外侧壁与转子铁芯的外圆之间的磁路具有一致性，且使得靠近转子铁芯外圆的结构强度一致。
37.进一步地，根据气隙磁通密度波形的傅里叶展开公式可知，永磁电机各次谐波的幅值大小与此处气隙磁场呈正比例关系。当在转子表面设置的转子槽13沿垂直于极轴q的方向的最小宽度大于对称分布的第一隔磁孔11之间的距离时，此处的气隙宽度增加，导致气隙磁场强度幅值的降低。由于各次谐波的幅值与气隙磁场强度幅值呈正比例关系，故当转子槽13的宽度增加后，有助于降低各次谐波的幅值，优化气隙磁通密度，使得气隙磁通密度的波形接近于正弦波，降低各次谐波幅值，同时降低永磁电机的气隙磁场的谐波含量，降低因谐波引起的电机噪声，提高永磁电机的运行平稳性等各方面性能。
38.根据本技术实施例提供的转子铁芯、转子100及永磁电机，该转子铁芯包括沿永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片1，每个转子冲片1包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体槽10，每相邻的两个永磁体槽10之间对应设置有相对于极轴q对称分布的第一隔
磁孔11、第二隔磁孔12和转子槽13，且转子槽13沿垂直于极轴q的方向的最小宽度大于对称分布的第一隔磁孔11之间的距离，通过对转子铁芯的极轴q处的气隙宽度进行优化，使得气隙的磁通密度波形更趋近于正弦化，从而可以降低因各次谐波引起的噪声，提高永磁电机的运行稳定性。另外，由于总谐波含量降低，进而降低永磁电机的谐波损耗，提高效率，电机温升更低，降低永磁电机的永磁体的退磁风险，提高永磁电机的运行稳定性。
39.为了进一步优化转子铁芯的设计参数，可以结合电磁软件的仿真分析结果获得，下面结合附图详细描述本技术实施例提供的包括多个转子冲片的转子铁芯的具体结构。
40.在一个示例中，第一隔磁孔11的数量为两个，第二隔磁孔12的数量为一个，转子槽13的数量为一个，两个第一隔磁孔11、一个第二隔磁孔12和一个转子槽13分别相对于极轴对称分布。
41.如图1至图3所示，每个第一隔磁孔11靠近对应的永磁体槽10的末端设置，转子槽13沿圆周方向的最小宽度l0大于对称分布的两个第一隔磁孔11之间的距离。由于两个第一隔磁孔11和一个第二隔磁孔12相对于极轴q对称分布，能够减少隔磁孔对基波磁场的阻隔作用，调整转子磁路以阻隔低次谐波磁场进入转子铁芯，而对基波磁场基本不影响，进而能够保证在永磁电机出力基本不变的情况下减小谐波磁场产生的转子铁损和永磁体涡流损耗，提升了电机效率；同时两个第一隔磁孔11和一个第二隔磁孔12的设计，还能够降低转子铁损和永磁体涡流损耗导致的永磁体发热升温，进而能够避免永磁体发热退磁的可能性，提升了永磁电机的运行可靠性。
42.图4示出图2所示的转子冲片的一种尺寸关系图，图5示出图2所示的转子冲片的另一种尺寸关系图。
43.如图4和图5所示，在一些实施例中，转子槽13包括相对于极轴q对称分布的两个斜边部131和两个凹部132，以及连接两个凹部132的连接部133，凹部132的底部低于连接部133。
44.根据仿真分析，转子槽13的凹部132的底部低于连接部133距离时，能够降低气隙波形中的谐波含量，改善永磁电机的振动噪声。
45.进一步地，两个斜边部131在转子冲片1的外圆上的两个交点与圆心之间形成的圆心角为a，永磁电机的极数为2p，则圆心角a满足如下条件：0.08
×
(360/2p)≤a≤0.36
×
(360/2p)。
46.如图1所示，永磁电机的转子极数为2p＝8，转子槽13的数量为8，则转子槽13的两个斜边部131在转子冲片1的外圆上的两个交点与圆心之间形成的圆心角a的取值范围为：3.6rad≤a≤16.2rad。本实施例中，p的数值实际也为磁极数的一半，即在本实施例中的p＝4，当然在其他实施例中，p也可以为其它值，不再赘述。
47.进一步地，两个斜边部131之间的距离沿朝向圆心的径向方向逐渐缩小。
48.如图3所示，转子槽13沿圆周方向的最小宽度l0大于两个第一隔磁孔11之间的距离，由于两个斜边部131之间的夹角为锐角，两个斜边部131之间的距离沿朝向圆心的径向方向逐渐缩小，故转子槽13沿圆周方向的最小宽度l0为转子槽13的底部宽度。
49.由此，通过在转子冲片1上设置转子槽13，并合理设置转子槽13的宽度尺寸，可以使多个转子槽13沿转子铁芯的圆周方向均匀分布，有利于使永磁电机的气隙磁通密度的波形趋于正弦化，从而能够降低气隙波形中的谐波含量，改善永磁电机的振动噪声，提高用户
的舒适度。
50.在一些实施例中，如图4所示，连接部133与转子冲片1的外圆之间的最小距离为h1，连接部133的宽度为l1，定子200的内径为d，其中，0≤h1≤0.024
×
d，0≤l1≤2
×
sin(0.5
×
a)。
51.可选地，连接部133为直线或者弧线。该弧线可以为沿径向向外凸出的弧线，也可以为沿径向向内凹陷的弧线。当连接部133为沿径向向外凸出的弧线时，连接部133与转子冲片1的外圆之间的最小距离h1为弧线的顶点与转子冲片1的外圆之间的距离。
52.由此，通过合理优化转子槽13的连接部133沿径向的深度尺寸及其宽度尺寸与定子200的内径之间的尺寸关系，可以限定转子与定子200之间的气隙形状及大小，进而使气隙的磁通密度的波形趋于正弦化，从而能够降低气隙波形中的谐波含量，改善永磁电机的振动噪声，提高用户的舒适度。
53.在一些实施例中，凹部132的底部与连接部133之间的最大距离为l2，凹部132的底部宽度为l3，定子200的内径为d，其中，0＜l2≤0.07
×
d，0≤l3≤0.5
×
l2。
54.可选地，连接部133为直线或者沿径向向外凸出的弧线。如图4所示，当连接部133为沿径向向外凸出的弧线时，连接部133与凹部132的底部之间的最大距离h2为弧线的顶点与凹部132的底部之间的距离。由此，通过合理优化转子槽13的连接部133与凹部132之间的尺寸关系，可以减少气隙的磁通密度的波形中的各次谐波，使气隙的磁通密度的波形进一步趋于正弦化，改善永磁电机的振动噪声，提高用户的舒适度。
55.在一些实施例中，第二隔磁孔12与连接部133之间的最小距离为l4，第一隔磁孔11与凹部132之间的最小距离为l5，定子200的内径为d，其中，0.0004
×
d≤l4≤0.0009
×
d，0.0004
×
d≤l5≤0.0009
×
d，且l4≠l5。
56.如前所述，转子槽13的凹部132靠近第一隔磁孔11设置，转子槽13的连接部133靠近第二隔磁孔12设置，通过限制第二隔磁孔12与连接部133之间的最小距离l4及第一隔磁孔11与凹部132之间的最小距离l5与定子200内径之间的尺寸关系，可以确保第一隔磁孔11和第二隔磁孔12的径向外侧壁基本处于同一个圆上，进而保证第一隔磁孔11、第二隔磁孔12的径向外侧壁与转子铁芯的外圆之间的磁路具有一致性，且使得靠近转子铁芯外圆的结构强度一致。另外，通过合理地设置第一隔磁孔11的相对位置和尺寸大小，能够改善极轴q的磁路，达到阻隔低次谐波磁场进入转子铁芯的效果。
57.在一些实施例中，第二隔磁孔12的最大宽度为la，第二隔磁孔12沿径向的长度为l6，相邻的两个永磁体槽10的末端之间的最小距离为lb，定子200内径为d，其中：0.015
×
d≤(lb-la)≤0.03
×
d，l6≥3
×
l4。
58.可选地，如图5所示，第二隔磁孔12的形状可以为矩形，其长边尺寸l6沿径向延伸，第二隔磁孔12的形状也可以为杠铃形状，即两边宽、中间窄，其长边尺寸l6沿径向延伸。通过合理设置相邻的两个永磁体槽10的末端之间的最小距离lb、第二隔磁孔12的最大宽度la与定子200内径之间的尺寸关系，可以确保第二隔磁孔12能够有效阻隔低次谐波，而不会阻隔基波磁场的通过。另外，通过合理设置第二隔磁孔12与连接部133之间的最小距离l4与第二隔磁孔12沿径向的长度之间的尺寸关系，可以优化转子的磁路和磁力线分布，改善永磁电机沿极轴q的磁路，减少低次谐波磁场进入转子铁芯的可能性，降低永磁电机的径向电磁力，进而改善永磁电机的振动噪声，进一步提高用户的舒适度。
且其间具有中间特征或层的含义，并且“在
……
以上”或者“在
……
之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。
72.此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。
73.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
74.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。