一種電機轉子及變頻電機的製作方法

2023-06-06 18:00:51 2

本發明涉及永磁電機技術領域，尤其涉及一種電機轉子及變頻電機。

背景技術：

IPM6S4P集中繞組的變頻電機設計已經較為成熟，相比較其他的槽極配合，比如IPM9S6P、IPm12S8P，IPM6S4P的槽極配合的電機性能略好，但是轉矩脈動、附加損耗都偏大，導致其在實際應用的數量減少很多。

如圖1所示為現有技術的一種電機轉子和具有該轉子的電機。其雖然在降低轉矩脈動方面有改善作用，適用於釹鐵硼磁材的高飽和度電機轉子，但同時存在漏磁較大，磁鋼的利用率較低的情況，漏磁大的話可以達到30％。針對鐵氧體或者剩磁較小的磁材場合，電機轉矩電流比偏小，出力能力有所不足。

如圖2所示，集中卷設計的永磁同步電機的槽極配合是導致電機轉矩脈動的一個很大因素，尤其是IPM6S4P類型的電機，一直存在齒槽轉矩脈動較大的難題。其同心弧段105』為圓形的設計，可以降低轉矩脈動，但是會較大的犧牲轉矩電流比，也就失去了發揮該電機性能、材料利用率的優勢。集中卷設計的電機氣隙磁場正弦度較低，導致的轉子表面產生附加的交變鐵損和矽鋼片間的渦流損耗，不利於電機性能的開發。

變頻壓縮機實際應用中，越來越走低頻路線，空調壓縮機甚至做到了1Hz運行，接近伺服電機水平。這對電機的設計也是極大的挑戰，為了能夠降低控制器的驅動難度和提高驅動效率，減小脈動，增大出力能力和均勻性勢在必行。

技術實現要素：

本發明的目的在於提出一種電機轉子，通過在轉子本體的外輪廓上設置隔磁橋切角和轉子切邊，降低了轉子的漏磁，降低了電機運行時的轉矩脈動，使得電機轉矩脈動降低至小於輸出轉矩的10％，提升了磁鋼的利用率。

本發明的另外一個目的還提供了一種變頻電機，通過所述切邊的設置降低了電機運行時內部的阻力，降低雜散能耗，提升了電機的性能，並與在轉子本體的外輪廓上設置隔磁橋切角和轉子切邊的結構，以及弧形磁鋼槽和磁鋼的相互配合作用，結合永磁同步電機內插式的磁路特點優化，達到最大限度的降低電機的轉矩脈動，同時轉矩保證了轉矩電流比不下降。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種電機轉子，包括：轉子本體，所述轉子本體上分布有轉子安裝孔和多個磁鋼槽，所述轉子本體的外輪廓包括與磁鋼槽在徑向方向上一一對應的同心弧段和連接在相鄰同心弧段之間的連接弧段，所述連接弧段至少包括一條直線線段和連接在直線線段兩端的隔磁橋切角弧線段，所述隔磁橋切角弧線段包括與磁鋼槽端部拐角相一致的隔磁橋切角和與同心弧段相平滑連接的轉子切邊。

作為本技術方案的優選方案之一，所述磁鋼槽內設置有磁鋼，所述磁鋼槽和磁鋼的數量均為P，則同心弧段的圓心角J＝360/P×(55％～60％)，所述連接弧段的圓心角H＝360/P～J，磁鋼的圓心角G＝為360/P×(70～80％)。

作為本技術方案的優選方案之一，所述磁鋼槽兩側和與其對應的轉子本體的直線線段之間形成主隔磁橋；所述同心弧段的切線與主隔磁橋之間形成夾角K，所述主隔磁橋與磁鋼側片線的夾角為L，2L＞K＞L，所述連接弧段的圓心角H＞K。

作為本技術方案的優選方案之一，所述磁鋼槽的磁瓦側片線與主隔磁橋平行，所述磁瓦側片線與對應的磁鋼槽之間形成空氣隙。

作為本技術方案的優選方案之一，所述磁鋼槽外側和與其對應的轉子本體的隔磁橋切角形成切角隔磁橋。

作為本技術方案的優選方案之一，所述相鄰的磁鋼槽內側之間形成極間隔磁橋。

作為本技術方案的優選方案之一，所述直線線段中部還沿徑向設置有向內側延伸的伸入缺口，所述伸入缺口位於相鄰的兩個磁鋼槽中間。

作為本技術方案的優選方案之一，所述磁鋼槽外側拐角和與其對應的伸入缺口之間形成缺口隔磁橋。

作為本技術方案的優選方案之一，所述磁鋼槽為弧形槽，所述磁鋼槽內放置有與弧形槽相適配的弧形磁鋼，所述弧形槽為四個，所述轉子安裝孔設置在相鄰的兩個磁鋼槽之間，所述轉子安裝孔的數量為四個。

一種變頻電機，包括所述的電機轉子，所述轉子外部沿徑向均勻設置有定子極靴，所述定子極靴包括與轉子主體的外輪廓相貼合的定子齒部極靴和居中連接在定子齒部極靴的定子齒部；所述定子齒部極靴的內側面上左右對稱設置有切邊，所述兩個切邊中間連接有非切邊，所述切邊與齒中線形成夾角C，所述非切邊兩端與轉子圓心形成圓心角B，所述定子齒部極靴的兩端連線與轉子本體圓心形成圓心角A，其中B＝(1/3～1/2)×A，夾角C為95°～102°。

有益效果：通過在轉子本體的外輪廓上設置隔磁橋切角和轉子切邊，降低了轉子的漏磁，降低了電機運行時的轉矩脈動，使得電機轉矩脈動降低至小於輸出轉矩的10％，提升了磁鋼的利用率。通過所述切角隔磁橋、極間隔磁橋、缺口隔磁橋的機構，其增長了隔磁橋的長度，在有限的空間內增大隔磁橋的有效長度，降低了轉子的漏磁，使之控制在20％以內，提升了磁鋼的利用率。通過所述切邊的設置降低了電機運行時內部的阻力，降低雜散能耗，提升了電機的性能，並與在轉子本體的外輪廓上設置隔磁橋切角和轉子切邊的結構，以及弧形磁鋼槽和磁鋼的相互配合作用，結合永磁同步電機內插式的磁路特點優化，達到最大限度的降低電機的轉矩脈動，同時轉矩保證了轉矩電流比不下降。

附圖說明

圖1是現有技術的電機轉子的結構示意圖；

圖2是現有技術的集中卷設計的永磁同步電機的結構示意圖；

圖3是本發明實施例1提供的電機轉子的結構示意圖；

圖4是本發明實施例1提供的變頻電機的結構示意圖；

圖5是本發明實施例2提供的電機轉子的結構示意圖；

圖6是本發明實施例2提供的電機轉子與現有技術的電機轉子在同等電流下轉矩脈動和轉矩輸出的對比表格；

圖7是本發明實施例2提供的電機轉子與現有技術的電機轉子其轉子表面產生附加的交變鐵損的對比表格。

圖中：

100、主隔磁橋；101、隔磁橋切角；102、切角隔磁橋；103、極間磁橋；104、缺口隔磁橋；105、同心弧段；106、伸入缺口；200、轉子切邊；300、磁鋼槽；400、轉子本體；500、轉子安裝孔；600、沉孔；700、轉子原外緣輪廓線；800、磁鋼；900、擋板；1000、定子齒部；1001、定子齒部極靴；1002、切邊；1003、非切邊；105』、同心弧段。

具體實施方式

下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

本發明提供了一種電機轉子，如圖3所示，包括：轉子本體400，所述轉子本體400上分布有4個轉子安裝孔500和4個磁鋼槽300，所述磁鋼槽300為弧形槽，所述磁鋼槽300內放置有與弧形槽相適配的弧形磁鋼800，所述磁鋼800 為鐵氧體磁鋼。所述轉子本體400的外輪廓包括與磁鋼槽300在徑向方向上一一對應的同心弧段105和連接在相鄰同心弧段105之間的連接弧段，所述連接弧段至少包括一條直線線段和連接在直線線段兩端的隔磁橋切角弧線段，所述隔磁橋切角弧線段包括與磁鋼槽300端部拐角相一致的隔磁橋切角101和與同心弧段105相平滑連接的轉子切邊200。所述磁鋼槽300兩側和與其對應的轉子本體400的直線線段之間形成主隔磁橋100。所述磁鋼槽300和磁鋼800的數量均為P，則同心弧段105的圓心角J＝360/P×(55％～60％)，所述連接弧段的圓心角H＝360/P～J，磁鋼800的圓心角G＝為360/P×(70～80％)。

通過在轉子本體400的外輪廓上設置隔磁橋切角101和轉子切邊，降低了轉子的漏磁，降低了電機運行時的轉矩脈動，使得電機轉矩脈動降低至小於輸出轉矩的10％，提升了磁鋼800的利用率。通過對同心弧段105的圓心角J、連接弧段的圓心角H、磁鋼800的圓心角G的設定，進一步的明確了轉子本體400的外輪廓設置及磁鋼槽300、磁鋼800的布局和設置，通過改善電機的磁橋設計，有限的空間內增大磁橋的有效長度，降低轉子漏磁，漏磁控制在20％以內，提升磁鋼800利用率。具體實施時，所述磁鋼槽300和磁鋼800的數量包含但不限於四個，也可以是任何偶數。所述轉子安裝孔500的數量包含但不限於四個，可以不少於一個的任意個，具體取決於變頻電機的具體安裝結構。且轉子安裝孔500可以安裝在轉子本體400的中心位置，也可以安裝在轉子本體400的任意對稱位置。所述轉子本體400的中心還可以直接開設有容納其他連接部件的沉孔600。

所述磁鋼槽300外側和與其對應的轉子本體400的隔磁橋切角101形成切角隔磁橋102。所述隔磁橋切角101與磁鋼槽300的上側線拐角的曲線相一致，由磁鋼槽300外側和與其對應的轉子本體400的隔磁橋切角101形成切角隔磁橋102，其增長了隔磁橋的長度，在磁極處很好的降低了漏磁，提升了磁鋼的利用率。

所述相鄰的磁鋼槽300內側之間形成極間隔磁橋103。所述磁鋼槽300和磁鋼800均為弧形結構，這就使得相鄰的磁鋼槽300之間的間隙加長加大，以形成極間隔磁橋103，進一步的降低了轉子在運行時的漏磁，在有限的空間內增大了隔磁橋的有限長度。

本發明還提供了一種變頻電機，如圖4所示，包括所述的電機轉子，所述轉子的上方還設置有擋板900，所述轉子本體外部沿徑向均勻設置有定子極靴，所述定子極靴包括與轉子本體的外輪廓相貼合的定子齒部極靴1001和居中連接在定子齒部極靴1001的定子齒部1000；所述定子齒部極靴1001的內側面上左右對稱設置有切邊1002，所述兩個切邊1002中間連接有非切邊1003，所述切邊1002與齒中線形成夾角C，所述非切邊1003兩端與轉子圓心形成圓心角B，所述定子齒部極靴1001的兩端連線與轉子本體圓心形成圓心角A，其中B＝(1/3～1/2)×A，夾角C為95°～102°。

所述切邊1002的設置降低了電機運行時內部的阻力，降低雜散能耗，提升了電機的性能，並與在轉子本體400的外輪廓上設置隔磁橋切角101和轉子切邊的結構，以及弧形磁鋼槽300和磁鋼的相互配合作用，結合永磁同步電機內插式的磁路特點優化，達到最大限度的降低電機的轉矩脈動，同時轉矩保證了轉矩電流比不下降。

實施例2

與實施例1不同的是，如圖5所示，所述同心弧段105的切線與主隔磁橋100之間形成夾角K，所述主隔磁橋100與磁鋼側片線的夾角L，2L＞K＞L，所述連接弧段的圓心角H＞K。所述夾角K和夾角L的角度設定，通過改變磁鋼800 的布局，且與轉子本體的外輪廓線相配合，降低了控制驅動的難度，改善了驅動器驅動效果和能效。

所述設置在磁鋼槽300內的磁鋼800的內側線和外側線與磁鋼槽300相貼合，所述磁鋼槽300的端面側邊和磁鋼800的端面側邊並不貼合，磁鋼槽300的磁瓦側片線與主隔磁橋100平行，所述磁鋼800的端面側邊與磁鋼槽300的端面側邊之間間隔有設定形狀的間隙，使得所述磁瓦側片線與對應的磁鋼槽300之間對應的間隙形成空氣隙。所述空氣隙的設置，進一步降低了磁鋼800的漏磁，提升了磁鋼800的利用率。

所述直線線段中部還沿徑向設置有向內側延伸的伸入缺口106，所述伸入缺口106位於相鄰的兩個磁鋼槽300中間。所述伸入缺口106可以是直線型、U型結構等，且其開口與直線線段平滑過渡，所述磁鋼槽300外側拐角和與其對應的伸入缺口106之間形成缺口隔磁橋104。

所述伸入缺口106改善了轉子外輪廓線，降低了電機運行時轉矩脈衝，降低控制驅動難度，改善驅動器驅動效果、能效，降低雜散損耗；所述伸入缺口106與磁鋼槽300外側拐角處形成的缺口隔磁橋104，在有限的空間內增大隔磁橋的有效長度，降低了轉子的漏磁，使之控制在20％以內，提升了磁鋼的利用率。

以實施例2為例與圖2中的現有電機進行比對：

通過仿真軟體對比分析同等電流驅動，同等疊高、繞線等情況下，如圖6 所示，相對於圖2中的現有電機，實施例2中的變頻電機的輸出轉矩脈動由42.9％降低到9.14％。其中磁鋼用量下降2.26％，轉矩輸出下降1.28％，即實際轉矩輸出能力未下降，磁鋼利用率提高。

圖7為圖2中的現有電機與實施例2中的電機運行時轉子表面產生附加的交變鐵損的數據記錄。

相對於現有技術，實施例2中的電機其轉子表面產生附加的交變鐵損和矽鋼片間的渦流損耗下降，雜散損耗下降。

綜上所述，通過在轉子本體400的外輪廓上設置隔磁橋切角101和轉子切邊，降低了轉子的漏磁，降低了電機運行時的轉矩脈動，使得電機轉矩脈動降低至小於輸出轉矩的10％，提升了磁鋼800的利用率。所述切邊1002的設置降低了電機運行時內部的阻力，降低雜散能耗，提升了電機的性能，並與在轉子本體400的外輪廓上設置隔磁橋切角101和轉子切邊的結構，以及弧形磁鋼槽300和磁鋼的相互配合作用，結合永磁同步電機內插式的磁路特點優化，達到最大限度的降低電機的轉矩脈動，同時轉矩保證了轉矩電流比不下降。通過所述切角隔磁橋、極間隔磁橋、缺口隔磁橋的機構，其增長了隔磁橋的長度，在有限的空間內增大隔磁橋的有效長度，降低了轉子的漏磁，使之控制在20％以內，提升了磁鋼的利用率。

以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發明的保護範圍之內。