一种电机转子及变频电机的制作方法

本发明涉及永磁电机技术领域，尤其涉及一种电机转子及变频电机。

背景技术：

IPM6S4P集中绕组的变频电机设计已经较为成熟，相比较其他的槽极配合，比如IPM9S6P、IPm12S8P，IPM6S4P的槽极配合的电机性能略好，但是转矩脉动、附加损耗都偏大，导致其在实际应用的数量减少很多。

如图1所示为现有技术的一种电机转子和具有该转子的电机。其虽然在降低转矩脉动方面有改善作用，适用于钕铁硼磁材的高饱和度电机转子，但同时存在漏磁较大，磁钢的利用率较低的情况，漏磁大的话可以达到30％。针对铁氧体或者剩磁较小的磁材场合，电机转矩电流比偏小，出力能力有所不足。

如图2所示，集中卷设计的永磁同步电机的槽极配合是导致电机转矩脉动的一个很大因素，尤其是IPM6S4P类型的电机，一直存在齿槽转矩脉动较大的难题。其同心弧段105’为圆形的设计，可以降低转矩脉动，但是会较大的牺牲转矩电流比，也就失去了发挥该电机性能、材料利用率的优势。集中卷设计的电机气隙磁场正弦度较低，导致的转子表面产生附加的交变铁损和硅钢片间的涡流损耗，不利于电机性能的开发。

变频压缩机实际应用中，越来越走低频路线，空调压缩机甚至做到了1Hz运行，接近伺服电机水平。这对电机的设计也是极大的挑战，为了能够降低控制器的驱动难度和提高驱动效率，减小脉动，增大出力能力和均匀性势在必行。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种电机转子，通过在转子本体的外轮廓上设置隔磁桥切角和转子切边，降低了转子的漏磁，降低了电机运行时的转矩脉动，使得电机转矩脉动降低至小于输出转矩的10％，提升了磁钢的利用率。

本发明的另外一个目的还提供了一种变频电机，通过所述切边的设置降低了电机运行时内部的阻力，降低杂散能耗，提升了电机的性能，并与在转子本体的外轮廓上设置隔磁桥切角和转子切边的结构，以及弧形磁钢槽和磁钢的相互配合作用，结合永磁同步电机内插式的磁路特点优化，达到最大限度的降低电机的转矩脉动，同时转矩保证了转矩电流比不下降。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电机转子，包括：转子本体，所述转子本体上分布有转子安装孔和多个磁钢槽，所述转子本体的外轮廓包括与磁钢槽在径向方向上一一对应的同心弧段和连接在相邻同心弧段之间的连接弧段，所述连接弧段至少包括一条直线线段和连接在直线线段两端的隔磁桥切角弧线段，所述隔磁桥切角弧线段包括与磁钢槽端部拐角相一致的隔磁桥切角和与同心弧段相平滑连接的转子切边。

作为本技术方案的优选方案之一，所述磁钢槽内设置有磁钢，所述磁钢槽和磁钢的数量均为P，则同心弧段的圆心角J＝360/P×(55％～60％)，所述连接弧段的圆心角H＝360/P～J，磁钢的圆心角G＝为360/P×(70～80％)。

作为本技术方案的优选方案之一，所述磁钢槽两侧和与其对应的转子本体的直线线段之间形成主隔磁桥；所述同心弧段的切线与主隔磁桥之间形成夹角K，所述主隔磁桥与磁钢侧片线的夹角为L，2L＞K＞L，所述连接弧段的圆心角H＞K。

作为本技术方案的优选方案之一，所述磁钢槽的磁瓦侧片线与主隔磁桥平行，所述磁瓦侧片线与对应的磁钢槽之间形成空气隙。

作为本技术方案的优选方案之一，所述磁钢槽外侧和与其对应的转子本体的隔磁桥切角形成切角隔磁桥。

作为本技术方案的优选方案之一，所述相邻的磁钢槽内侧之间形成极间隔磁桥。

作为本技术方案的优选方案之一，所述直线线段中部还沿径向设置有向内侧延伸的伸入缺口，所述伸入缺口位于相邻的两个磁钢槽中间。

作为本技术方案的优选方案之一，所述磁钢槽外侧拐角和与其对应的伸入缺口之间形成缺口隔磁桥。

作为本技术方案的优选方案之一，所述磁钢槽为弧形槽，所述磁钢槽内放置有与弧形槽相适配的弧形磁钢，所述弧形槽为四个，所述转子安装孔设置在相邻的两个磁钢槽之间，所述转子安装孔的数量为四个。

一种变频电机，包括所述的电机转子，所述转子外部沿径向均匀设置有定子极靴，所述定子极靴包括与转子主体的外轮廓相贴合的定子齿部极靴和居中连接在定子齿部极靴的定子齿部；所述定子齿部极靴的内侧面上左右对称设置有切边，所述两个切边中间连接有非切边，所述切边与齿中线形成夹角C，所述非切边两端与转子圆心形成圆心角B，所述定子齿部极靴的两端连线与转子本体圆心形成圆心角A，其中B＝(1/3～1/2)×A，夹角C为95°～102°。

有益效果：通过在转子本体的外轮廓上设置隔磁桥切角和转子切边，降低了转子的漏磁，降低了电机运行时的转矩脉动，使得电机转矩脉动降低至小于输出转矩的10％，提升了磁钢的利用率。通过所述切角隔磁桥、极间隔磁桥、缺口隔磁桥的机构，其增长了隔磁桥的长度，在有限的空间内增大隔磁桥的有效长度，降低了转子的漏磁，使之控制在20％以内，提升了磁钢的利用率。通过所述切边的设置降低了电机运行时内部的阻力，降低杂散能耗，提升了电机的性能，并与在转子本体的外轮廓上设置隔磁桥切角和转子切边的结构，以及弧形磁钢槽和磁钢的相互配合作用，结合永磁同步电机内插式的磁路特点优化，达到最大限度的降低电机的转矩脉动，同时转矩保证了转矩电流比不下降。

附图说明

图1是现有技术的电机转子的结构示意图；

图2是现有技术的集中卷设计的永磁同步电机的结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的电机转子的结构示意图；

图4是本发明实施例1提供的变频电机的结构示意图；

图5是本发明实施例2提供的电机转子的结构示意图；

图6是本发明实施例2提供的电机转子与现有技术的电机转子在同等电流下转矩脉动和转矩输出的对比表格；

图7是本发明实施例2提供的电机转子与现有技术的电机转子其转子表面产生附加的交变铁损的对比表格。

图中：

100、主隔磁桥；101、隔磁桥切角；102、切角隔磁桥；103、极间磁桥；104、缺口隔磁桥；105、同心弧段；106、伸入缺口；200、转子切边；300、磁钢槽；400、转子本体；500、转子安装孔；600、沉孔；700、转子原外缘轮廓线；800、磁钢；900、挡板；1000、定子齿部；1001、定子齿部极靴；1002、切边；1003、非切边；105’、同心弧段。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本发明提供了一种电机转子，如图3所示，包括：转子本体400，所述转子本体400上分布有4个转子安装孔500和4个磁钢槽300，所述磁钢槽300为弧形槽，所述磁钢槽300内放置有与弧形槽相适配的弧形磁钢800，所述磁钢800 为铁氧体磁钢。所述转子本体400的外轮廓包括与磁钢槽300在径向方向上一一对应的同心弧段105和连接在相邻同心弧段105之间的连接弧段，所述连接弧段至少包括一条直线线段和连接在直线线段两端的隔磁桥切角弧线段，所述隔磁桥切角弧线段包括与磁钢槽300端部拐角相一致的隔磁桥切角101和与同心弧段105相平滑连接的转子切边200。所述磁钢槽300两侧和与其对应的转子本体400的直线线段之间形成主隔磁桥100。所述磁钢槽300和磁钢800的数量均为P，则同心弧段105的圆心角J＝360/P×(55％～60％)，所述连接弧段的圆心角H＝360/P～J，磁钢800的圆心角G＝为360/P×(70～80％)。

通过在转子本体400的外轮廓上设置隔磁桥切角101和转子切边，降低了转子的漏磁，降低了电机运行时的转矩脉动，使得电机转矩脉动降低至小于输出转矩的10％，提升了磁钢800的利用率。通过对同心弧段105的圆心角J、连接弧段的圆心角H、磁钢800的圆心角G的设定，进一步的明确了转子本体400的外轮廓设置及磁钢槽300、磁钢800的布局和设置，通过改善电机的磁桥设计，有限的空间内增大磁桥的有效长度，降低转子漏磁，漏磁控制在20％以内，提升磁钢800利用率。具体实施时，所述磁钢槽300和磁钢800的数量包含但不限于四个，也可以是任何偶数。所述转子安装孔500的数量包含但不限于四个，可以不少于一个的任意个，具体取决于变频电机的具体安装结构。且转子安装孔500可以安装在转子本体400的中心位置，也可以安装在转子本体400的任意对称位置。所述转子本体400的中心还可以直接开设有容纳其他连接部件的沉孔600。

所述磁钢槽300外侧和与其对应的转子本体400的隔磁桥切角101形成切角隔磁桥102。所述隔磁桥切角101与磁钢槽300的上侧线拐角的曲线相一致，由磁钢槽300外侧和与其对应的转子本体400的隔磁桥切角101形成切角隔磁桥102，其增长了隔磁桥的长度，在磁极处很好的降低了漏磁，提升了磁钢的利用率。

所述相邻的磁钢槽300内侧之间形成极间隔磁桥103。所述磁钢槽300和磁钢800均为弧形结构，这就使得相邻的磁钢槽300之间的间隙加长加大，以形成极间隔磁桥103，进一步的降低了转子在运行时的漏磁，在有限的空间内增大了隔磁桥的有限长度。

本发明还提供了一种变频电机，如图4所示，包括所述的电机转子，所述转子的上方还设置有挡板900，所述转子本体外部沿径向均匀设置有定子极靴，所述定子极靴包括与转子本体的外轮廓相贴合的定子齿部极靴1001和居中连接在定子齿部极靴1001的定子齿部1000；所述定子齿部极靴1001的内侧面上左右对称设置有切边1002，所述两个切边1002中间连接有非切边1003，所述切边1002与齿中线形成夹角C，所述非切边1003两端与转子圆心形成圆心角B，所述定子齿部极靴1001的两端连线与转子本体圆心形成圆心角A，其中B＝(1/3～1/2)×A，夹角C为95°～102°。

所述切边1002的设置降低了电机运行时内部的阻力，降低杂散能耗，提升了电机的性能，并与在转子本体400的外轮廓上设置隔磁桥切角101和转子切边的结构，以及弧形磁钢槽300和磁钢的相互配合作用，结合永磁同步电机内插式的磁路特点优化，达到最大限度的降低电机的转矩脉动，同时转矩保证了转矩电流比不下降。

实施例2

与实施例1不同的是，如图5所示，所述同心弧段105的切线与主隔磁桥100之间形成夹角K，所述主隔磁桥100与磁钢侧片线的夹角L，2L＞K＞L，所述连接弧段的圆心角H＞K。所述夹角K和夹角L的角度设定，通过改变磁钢800 的布局，且与转子本体的外轮廓线相配合，降低了控制驱动的难度，改善了驱动器驱动效果和能效。

所述设置在磁钢槽300内的磁钢800的内侧线和外侧线与磁钢槽300相贴合，所述磁钢槽300的端面侧边和磁钢800的端面侧边并不贴合，磁钢槽300的磁瓦侧片线与主隔磁桥100平行，所述磁钢800的端面侧边与磁钢槽300的端面侧边之间间隔有设定形状的间隙，使得所述磁瓦侧片线与对应的磁钢槽300之间对应的间隙形成空气隙。所述空气隙的设置，进一步降低了磁钢800的漏磁，提升了磁钢800的利用率。

所述直线线段中部还沿径向设置有向内侧延伸的伸入缺口106，所述伸入缺口106位于相邻的两个磁钢槽300中间。所述伸入缺口106可以是直线型、U型结构等，且其开口与直线线段平滑过渡，所述磁钢槽300外侧拐角和与其对应的伸入缺口106之间形成缺口隔磁桥104。

所述伸入缺口106改善了转子外轮廓线，降低了电机运行时转矩脉冲，降低控制驱动难度，改善驱动器驱动效果、能效，降低杂散损耗；所述伸入缺口106与磁钢槽300外侧拐角处形成的缺口隔磁桥104，在有限的空间内增大隔磁桥的有效长度，降低了转子的漏磁，使之控制在20％以内，提升了磁钢的利用率。

以实施例2为例与图2中的现有电机进行比对：

通过仿真软件对比分析同等电流驱动，同等叠高、绕线等情况下，如图6 所示，相对于图2中的现有电机，实施例2中的变频电机的输出转矩脉动由42.9％降低到9.14％。其中磁钢用量下降2.26％，转矩输出下降1.28％，即实际转矩输出能力未下降，磁钢利用率提高。

图7为图2中的现有电机与实施例2中的电机运行时转子表面产生附加的交变铁损的数据记录。

相对于现有技术，实施例2中的电机其转子表面产生附加的交变铁损和硅钢片间的涡流损耗下降，杂散损耗下降。

综上所述，通过在转子本体400的外轮廓上设置隔磁桥切角101和转子切边，降低了转子的漏磁，降低了电机运行时的转矩脉动，使得电机转矩脉动降低至小于输出转矩的10％，提升了磁钢800的利用率。所述切边1002的设置降低了电机运行时内部的阻力，降低杂散能耗，提升了电机的性能，并与在转子本体400的外轮廓上设置隔磁桥切角101和转子切边的结构，以及弧形磁钢槽300和磁钢的相互配合作用，结合永磁同步电机内插式的磁路特点优化，达到最大限度的降低电机的转矩脉动，同时转矩保证了转矩电流比不下降。通过所述切角隔磁桥、极间隔磁桥、缺口隔磁桥的机构，其增长了隔磁桥的长度，在有限的空间内增大隔磁桥的有效长度，降低了转子的漏磁，使之控制在20％以内，提升了磁钢的利用率。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。