转子铁芯、电机、压缩机的制作方法

[0001]
本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种转子铁芯、电机、压缩机。


背景技术：

[0002]
为响应国家高效节能的政策，压缩机高效化成为趋势，而压缩机的核心部件是电机，电机的效率和噪声问题直接影响压缩机的整机性能，为满足节能要求，电机效率越高越好，为提升用户体验，电机的噪声越低越好，但电机的效率和噪声问题相互制约，提高电机效率和降低电机振动噪声往往是相互矛盾的，所以高效低噪的电机已成为行业的研究目标。


技术实现要素：

[0003]
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种转子铁芯、电机、压缩机，通过在磁钢槽的径向外端处设置空气隔磁槽的同时采用缝隙将所述空气隔磁槽与铁芯本体的外周壁贯通，能够改变磁路走向，进而改变电机的电磁力幅值和电机转矩，优化气隙磁密波形，有利于q轴电感大小及转子的机械强度的合理化设计。
[0004]
为了解决上述问题，本发明提供一种转子铁芯，包括铁芯本体，在所述铁芯本体的任一径向截面上，所述铁芯本体的周向上具有多个磁钢槽，多个所述磁钢槽用于嵌装磁钢以在所述转子铁芯的周向上形成均匀交替的磁极，所述磁钢槽的径向外端处设有空气隔磁槽，所述空气隔磁槽与所述磁钢槽之间形成贯通且所述空气隔磁槽沿着所述铁芯本体的周向延伸，当所述磁钢槽中嵌装所述磁钢时，所述空气隔磁槽被分割成为的第一槽段、第二槽段，所述第一槽段与所述第二槽段分别处于所述磁钢的相对两侧，其中所述第二槽段通过设置于其径向外侧槽壁上的缝隙与所述铁芯本体的外周壁贯通。
[0005]
优选地，所述缝隙的最小宽度为c，0.45mm<c<0.85mm。
[0006]
优选地，相邻的两个磁极中分别具有的第二槽段关于所述相邻的两个磁极之间的q轴对称并形成极间隔磁桥，所述极间隔磁桥的最小周向宽度为a，所述转子铁芯具有的磁极的极对数为p，π/5*1/p-1/2*p*p<a<3*π*1/p-1/2*p*p。
[0007]
优选地，所述缝隙与所述q轴之间形成夹角r，所述第一槽段远离所述q轴的一端槽壁与所述磁钢之间的最小距离为f，所述第二槽段靠近所述q轴的一端槽壁与所述磁钢之间的最小距离为e，所述缝隙与所述第二槽段的交点中的靠近所述q轴的交点与所述q轴的最小距离为d，d*sinr/4<e+f<5*d/sinr。
[0008]
优选地，所述空气隔磁槽具有处于所述铁芯本体的径向上的最小宽度b，所述磁钢的厚度为h，h/5<b<2h。
[0009]
优选地，电机气隙磁密有效值为b，a/5<b<h；和/或，转子极间漏磁系数为k，a/4<k<3h；和/或，电机q轴电感为l，b/5<l<10a。
[0010]
优选地，所述第二槽段靠近所述q轴的周向槽壁为凸字阶梯结构，所述凸字阶梯结构朝向所述q轴的一侧凸起。
[0011]
优选地，所述空气隔磁槽的周壁由多段直线段和/或弧线段连接形成。
[0012]
本发明还提供一种电机，包括上述的转子铁芯组件。
[0013]
本发明还提供一种压缩机，包括上述的电机。
[0014]
本发明提供的一种转子铁芯、电机、压缩机，通过在磁钢槽的径向外端处设置空气隔磁槽的同时采用缝隙将所述空气隔磁槽与铁芯本体的外周壁贯通，能够改变磁路走向，使靠近磁极间的气隙磁密更加正弦化，谐波含量降低，电机的电磁力幅值也下降，有效转矩得到提升，有利于q轴电感大小及转子的机械强度的合理化设计。
附图说明
[0015]
图1为本发明一种实施例的转子铁芯的结构示意图；
[0016]
图2为图1中a处的局部放大图；
[0017]
图3为本发明另一种实施例的转子铁芯的局部结构示意图；
[0018]
图4为本发明一种实施例的电机的定转子结构示意图；
[0019]
图5为本发明另一种实施例的电机的定转子结构示意图；
[0020]
图6为新型电机与现有电机电磁径向力对比图；
[0021]
图7为新型电机与现有电机电机效率对比图；
[0022]
图8为新型压缩机与现有压缩机噪声对比图；
[0023]
图9为新型电机与现有电机铁损对比图。
[0024]
附图标记表示为：
[0025]
1、铁芯本体；11、磁钢槽；12、空气隔磁槽；121、第一槽段；122、第二槽段；13、缝隙；14、极间隔磁桥；2、磁钢；200、电机定子。
具体实施方式
[0026]
结合参见图1至图9所示，根据本发明的实施例，提供一种转子铁芯，包括铁芯本体1，在所述铁芯本体1的任一径向截面上，所述铁芯本体1的周向(也即圆周方向)上具有多个磁钢槽11，多个所述磁钢槽11用于嵌装磁钢2以在所述转子铁芯的周向上形成均匀交替的磁极，所述磁钢槽11的径向外端处设有空气隔磁槽12，所述空气隔磁槽12与所述磁钢槽11之间形成贯通且所述空气隔磁槽12沿着所述铁芯本体1的周向延伸，当所述磁钢槽11中嵌装所述磁钢2时，所述空气隔磁槽12被分割成为的第一槽段121、第二槽段122，所述第一槽段121与所述第二槽段122分别处于所述磁钢2的相对两侧，其中所述第二槽段122通过设置于其径向外侧槽壁上的缝隙13与所述铁芯本体1的外周壁贯通。该技术方案中，通过在磁钢槽11的径向外端处设置空气隔磁槽12的同时采用缝隙13将所述空气隔磁槽12与铁芯本体1的外周壁贯通，能够改变磁路走向，使靠近磁极间的气隙磁密更加正弦化，谐波含量降低，电机的电磁力幅值也下降，有效转矩得到提升，有利于q轴电感大小及转子的机械强度的合理化设计。更为具体的，作为所述空气隔磁槽12的一种结构型式，其在外观整体上大致呈“一字型”，“一字型”的空气隔磁槽12与所述磁钢槽11之间在外观整体上大致呈t形结构，而当所述磁钢槽11内嵌装所述磁钢2时，将所述“一字型”的空气隔磁槽12分隔成分处所述磁钢2的相对两侧的两个部分。
[0027]
所述空气隔磁槽12的局部结构可以被调整优化设计，在一些实施方式中，如图3所
示，所述第二槽段122靠近所述q轴的周向槽壁为凸字阶梯结构，所述凸字阶梯结构朝向所述q轴的一侧凸起，这能够进一步优化电机气隙磁密波形。而基于工艺性考虑，所述空气隔磁槽12还可以被调整为四边形。当然，所述空气隔磁槽12的周壁由多段直线段和/或弧线段连接形成。
[0028]
所述缝隙13的最小宽度为c，0.45mm<c<0.85mm，以保证转子的机械强度并降低电机的转矩脉动。
[0029]
发明人发现，9槽6极集中卷电机，0阶18倍频电磁力幅值和q轴电感值、转子的机械强度都随着极间宽度的增加而增加，电机效率随极间宽度的增加先增加后减小，而电机0阶18倍频电磁力幅值增加会影响电机振动噪声，转子极间的宽度过大时会增加漏磁降低电机效率，因此，有必要对电机的极间宽度进行必要的限定，具体在一些实施方式中，相邻的两个磁极中分别具有的第二槽段122关于所述相邻的两个磁极之间的q轴对称并形成极间隔磁桥14，所述极间隔磁桥14的最小周向宽度(也即处于所述转子本体1的圆周方向上的宽度)为a，所述转子铁芯具有的磁极的极对数为p，π/5*1/p-1/2*p*p<a<3*π*1/p-1/2*p*p，该技术方案中，所述a也即前述的极间宽度，通过对极间宽度的限定，可以降低电机电磁力和增加q轴电感，提高电机磁阻转矩和提高电机效率，进一步优化电机磁路，不影响电机输出转矩大小，减少气隙磁密中的谐波含量，进一步减小电机铁损，提高电机效率，降低电机振动噪声，从而降低压缩机整机噪声。具体的，若a<π/5*(1/p-1/2*p*p)，则相邻磁极间宽度过窄，会造成转子机械强度不足，在转子运行旋转时，受离心力影响发生转子断裂，造成电机毁坏，相邻磁极间宽度过窄还会减小电机q轴电感；若a>3*π*(1/p-1/2*p*p)，则相邻磁极间宽度过大，会造成磁极间漏磁过大和减短磁钢的长度，降低气隙磁密幅值，降低电机输出转矩和电机效率。
[0030]
优选地，所述缝隙13与所述q轴之间形成夹角r，所述第一槽段121远离所述q轴的一端槽壁与所述磁钢2之间的最小距离为f，所述第二槽段122靠近所述q轴的一端槽壁与所述磁钢2之间的最小距离为e，所述缝隙13与所述第二槽段122的交点中的靠近所述q轴的交点与所述q轴的最小距离为d，d*sinr/4<e+f<5*d/sinr，若e+f超出此范围，则会降低电机效率和增大电机振动噪声。
[0031]
优选地，所述空气隔磁槽12具有处于所述铁芯本体1的径向上的最小宽度b，所述磁钢2的厚度为h(可以理解的，此处的h指的是磁钢2在所述铁芯本体1的径向截面上且处于其圆周方向上的宽度)，h/5<b<2h，若b<h/5，则空气隔磁槽12的宽度过小无法起到隔磁的效果；若b>2h，则空气隔磁槽12的宽度过大会影响电机气隙磁密大小，降低电机效率。
[0032]
优选地，电机气隙磁密有效值为b，a/5<b<h，若b<a/5，则电机气隙中间磁密有效值过小，电机磁负荷设计过小，电机设计不合理，若b>h，则电机气隙中间磁密有效值过大，电机磁路饱和严重，电机铁损占比过大，永磁体材料利用率过低，造成材料浪费。
[0033]
和/或，转子极间漏磁系数为k，a/4<k<3h，若k<a/4，则转子极间漏磁系数过小，会导致永磁体的抗去磁能力较差，电机运行时存在退磁风险；若k>5h，则转子极间漏磁系数过大，转子极间漏磁过大，永磁体材料利用率过低，造成材料浪费。
[0034]
和/或，电机q轴电感为l，b/5<l<10a，若l<b/5，则电机q轴的电感过小，电机弱磁调速范围就很窄，电机的磁阻转矩也很小，电机效率较低；若l>10a，则电机q轴的电感过大，会使电机输出转矩时转矩角过大，电机的振动噪声也会变大。
[0035]
本发明还提供一种电机，包括上述的转子铁芯组件，具体的，所述转子铁芯组件处于电机定子200的中心通孔内，在两者之间形成气隙，所述电机可以为图4所示的集中卷电机结构，也可以是图5所示的分布卷电机结构。
[0036]
本发明还提供一种压缩机，包括上述的电机。
[0037]
为了对本申请的技术方案进行技术效果的验证，发明人进行了相关试验，并得出：
[0038]
(1)如图6所示，采用了本申请技术方案的电机(图中标记为新型电机)的电磁径向力明显小于现有技术中的电机(图中标记为现有电机)的电磁径向力；
[0039]
(2)如图7所示，采用了本申请技术方案的电机(图中标记为新型电机)的电机效率明显高于现有技术中的电机(图中标记为现有电机)的电机效率；
[0040]
(3)如图8所示，采用了本申请技术方案的电机的压缩机(图中标记为新型压缩机)的噪音总值明显低于采用现有技术中的电机的压缩机(图中标记为现有压缩机)的噪音总值；
[0041]
(4)如图9所示，采用了本申请技术方案的电机(图中标记为新型电机)的铁损明显低于现有技术中的电机(图中标记为现有电机)的铁损。
[0042]
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。
[0043]
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。