电机转子、永磁电机和压缩机的制作方法

本发明涉及压缩机领域，具体而言，涉及一种电机转子、一种永磁电机和一种压缩机。

背景技术：

相关技术中，电机变频器主要用于交流电机的变频调速，变频器主要采用交-直-交方案，电网的工频电源通过整流器变成固定的直流电压，然后由mosfet或igbt组成的spwm高频变换器，将直流电压逆变成电压和频率可变的，波形近似于正弦波的交流输出，用于驱动交流异步电机实现无极调速，由于存在直流环节，必须要有大容量的电解电容将整流后的电压滤成平稳的直流电压，电解电容带来了高温下寿命短，损耗大并可能引起爆炸，成本高等缺陷。

去除无电解电容的矩阵式交-交变频器属于电机电源，通过利用双向开关，在每一瞬间把三相输入交流电压斩成一块一块，然后根据需要在输出端拼成另一频率的三相交流电供给电机运转，而采用无电解电容的变频器驱动压缩机的永磁电机，对永磁电机的转矩波动等切向指标具有更高的要求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题至少之一，本发明的一个目的在于提供一种电机转子。

本发明的另一个目的在于提供一种永磁电机。

本发明的另一个目的在于提供一种压缩机。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种电机转子，与电机定子配合设置，电机定子连接至变频驱动器，以由变频驱动器驱动旋转，变频驱动器中不具有电解电容，电机转子包括转子铁芯，转子铁芯上沿旋转轴的轴向开设多个第一容纳槽，多个第一容纳槽沿周向分布，第一容纳槽填充永磁体，第一容纳槽的外侧内壁与对应的转子铁芯的侧壁之间形成外侧磁极部，每个外侧磁极部上开设多条第一狭缝，多条第一狭缝分别使电机转子的两个端面导通，其中，在外侧磁极部垂直于旋转轴的截面上，每个第一狭缝的一端端点与另一端的端点之间连接形成狭缝方向线，多条狭缝方向线中的任意两条之间具有狭缝夹角，至少一个狭缝夹角大于或等于60°。

在该技术方案中，通过周向设置多个第一容纳槽，以填充永磁体，从而在永磁体的两侧分别形成外侧磁极部与内侧磁极部，在外侧磁极部的区域，沿轴向开设多条第一狭缝，并使电机转子的两个端面导通，在一个外侧磁极部的端面或垂直于旋转轴的截面(或端面)区域，将第一狭缝的两个端点之间的连线确定为第一狭缝方向线，并将多条狭缝方向线中的任意两条之间具有狭缝夹角，至少一个狭缝夹角大于或等于60°，在由不具有电解电容的变频驱动器驱动旋转过程中，由于设置具有指定夹角的至少两个第一狭缝，气隙磁密正弦度高，因而气隙磁场的能量传导效率高，在空载时，降低齿槽的转矩，在负载时转矩波动小，从而能够降低压缩机的切向振动，进而减小压缩机的噪音。

其中，多条狭缝方向线中的任意两条之间具有狭缝夹角，即狭缝夹角可以由相邻的两条狭缝方向线形成，也可以由不相邻的两条狭缝方向线形成。

电机的定子与转子之间具有空气间隙，在电机定子与变频驱动器导通后，空气间隙中形成磁场，磁场的强度称为气隙磁密，在永磁电机系统中，由于永磁体和有槽电枢铁心的相互作用，不可避免地产生齿槽转矩，导致转矩波动，引起振动和噪声，影响系统的控制精度，电机在本体结构上可以采用“正弦波”原理，即使电机转子产生的气隙磁场按正弦波分布，同时采用正弦形式的换向函数，能够使转矩波动大大降低，转矩波动的降低不仅使电机的精度得到提高，同时也降低了启动电压。

具体地，搭载转子的压缩机由具有无电解电容的变频器驱动，转子由转子铁芯、永磁体槽和设置在永磁体槽中的永磁体组成，在每个永磁体槽对应的径向外侧，即外侧磁极部，设置有至少2条第一狭缝，通过将每条第一狭缝的一端与另一端之间进行连接，并将连线定义为第一狭缝方向线，在同一个外侧磁极部上，多条狭缝方向线中的任意两条之间具有狭缝夹角，至少一个狭缝夹角α≥60°。

作为一种较优的设置方式，永磁体相对于旋转轴中心对称周向设置，从而使对应的外侧磁极部也为相对于旋转轴中心对称周向设置。

另外，本发明提供的上述实施例中的电机转子还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，在每个截面上，旋转轴的轴心与永磁体的中心之间连接以形成第一轴，相邻的两个第一狭缝相对第一轴对称设置。

在该技术方案中，在每个外侧磁极部的截面上，相邻的两个第一狭缝端点之间形成第一连线，第一连线的中点与旋转轴的轴心之间连接形成第一轴，将两个第一狭缝设置为相对第一轴对称设置，在转子旋转过程中，两个第一狭缝产生的消极影响能够互相抵消，进一步提升气隙磁密的正弦度。

在上述任一技术方案中，优选地，在每个截面上，永磁体上的任一点与轴心之间具有第二连线，第二连线向外延伸与侧壁之间具有第一交点；相邻的两个永磁体之间具有周向间隙区域，周向间隙区域中的任一点与轴心之间第三连线，第三连线向外延伸与侧壁之间具有第二交点，其中，轴心与第一交点之间的距离大于轴心与第二交点之间的距离。

在该技术方案中，在每个截面上或在两端的端面上，永磁体上的任一点与轴心之间具有第二连线，第二连线向外延伸与侧壁之间具有第一交点，相邻的两个永磁体之间具有周向间隙区域，周向间隙区域中的任一点与轴心之间第三连线，第三连线向外延伸与侧壁之间具有第二交点，轴心与第一交点之间的距离大于轴心与第二交点之间的距离，即轴心到永磁体对应的第一外壁轮廓线上任一点的距离大于轴心到永磁体两侧对应的第二外壁轮廓线上任一点的距离，进而使转子的外侧壁与配合的定子的内侧壁之间形成不等气隙，进而能够优化气隙磁阻分布，在限定第一狭缝方向线夹角的基础上，进一步提升气隙磁密的正弦度，从而降低反电势谐波畸变率和启动阻力矩。

具体地，可以将过轴心与永磁体的线设置为d轴，过轴心与相邻永磁体之间的线设置为q轴，d轴上轴心到外侧壁之间的距离为l1，大于q轴上轴心到外侧壁之间的距离l2，即电机转子外周采用非圆柱形结构。

在上述任一技术方案中，优选地，转子铁芯的侧壁由在圆柱表面周向间隔布设多个曲面凹槽构造形成，每个曲面凹槽与第三连线逐一对应设置。

在该技术方案中，通过将转子铁芯的侧壁构造成在圆柱表明周向间隔开设多个曲面凹槽，一方面，制备方法较简单，另一方面，也能够满足轴心到永磁体对应的第一外壁轮廓线上任一点的距离大于轴心到永磁体两侧对应的第二外壁轮廓线上任一点的距离，以使对气隙磁密的正弦度的优化达到最好的效果。

另外，还可以将转子铁芯的侧壁轮廓构造成由沿轴心呈间隔对称分布的多条开口向内的圆弧，以及对称设置在圆弧两侧的直线，首尾连接构造形成，使电机转子的外侧壁与配合的电机定子的内侧壁之间的间隙趋近正弦分布。

在上述任一技术方案中，优选地，转子铁芯的侧壁被构造成圆柱状结构。

在该技术方案中，通过将转子铁芯的侧壁被构造成圆柱状结构，一方面，能够满足由无电解电容的变频器驱动的使用需求，另一方面，与对电机转子的外侧壁进一步加工得到不同的气隙方案相比，制备成本更低。

在上述任一技术方案中，优选地，第一狭缝与对应的第一容纳槽之间相对分隔设置。

在该技术方案中，通过将第一狭缝与对应的第一容纳槽之间相对分隔设置，在满足优化气隙磁密的前提下，能够降低第一狭缝的制备难度。

在上述任一技术方案中，优选地，第一狭缝沿第一狭缝方向线向内侧延伸至对应的第一容纳槽处，以与对应的第一容纳槽连通设置。

在该技术方案中，通过将第一狭缝沿第一狭缝方向线向内侧延伸至对应的第一容纳槽处，以与对应的第一容纳槽连通设置，在转子旋转过程中，有利于进一步降低转矩波动。

在上述任一技术方案中，优选地，第一容纳槽的两端分别向外侧延伸，以形成对称的第二容纳槽；电机转子还包括：对称设置的第二狭缝，开设在外侧磁极部上，并分别对应与第二容纳槽连通，其中，在截面上，每个第二狭缝的一端端点与另一端的端点之间连接形成第二狭缝方向线，相邻的两个第二狭缝方向线之间的夹角大于或等于60°。

在该技术方案中，通过对称设置第二狭缝，并且相邻的两个第二狭缝方向线之间的夹角大于或等于60°，进一步提升了气隙磁密的正弦度。

在上述任一技术方案中，优选地，第一狭缝的轮廓线由多条直线和/或曲线首尾连接围合形成。

具体地，第一狭缝可以是斜向的长方形第一狭缝，也可以是弧形第一狭缝，也可以是由长方形第一狭缝与弧形第一狭缝组合、长方形第一狭缝与长方形第一狭缝组合，弧形第一狭缝与弧形第一狭缝组合形成。

在上述任一技术方案中，优选地，每个第一容纳槽的两端分别向外侧延伸，以形成第二容纳槽，第二容纳槽内填充隔磁材料。

在该技术方案中，通过在第二容纳槽内填充隔磁材料，能够降低相邻设置的两个永磁体之间的干扰。

本发明第二方面的实施例提出了一种永磁电机，包括：电机定子，连接至变频驱动器，变频驱动器不具有电解电容；如本发明第一方面的实施例所述的电机转子，与电机定子配合组装。

本发明第三方面的实施例提出了一种压缩机，包括本发明第二方面的实施例所述的永磁电机。

具体地，根据本发明的实施例的压缩机，还包括：气缸、主轴承、副轴承、活塞以及曲轴等压缩部件。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的电机转子的结构示意图；

图2示出了图1中的电机转子的局部结构示意图；

图3示出了根据本发明的另一个实施例的电机转子的局部结构示意图；

图4示出了根据本发明的再一个实施例的电机转子的局部结构示意图；

图5示出了根据本发明的又一个实施例的电机转子的局部结构示意图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的永磁电机的结构示意图；

图7示出了搭载图1中转子的永磁电机与相关技术中的永磁电机的负载转矩曲线对比示意图；

图8示出了根据本发明的一个实施例的压缩机的结构示意图。

其中，图1至图6以及图8中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10电机转子，102转子铁芯，104永磁体，106第一狭缝，108第二容纳槽，110第二狭缝，20电机定子，202定子铁芯，204绕组，30气缸，40主轴承，50副轴承，60活塞，70曲轴。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图5描述根据本发明一些实施例的电机转子。

实施例一：

如图1所示，根据本发明的实施例的电机转子10，与电机定子20配合设置，电机定子20连接至变频驱动器，以由变频驱动器驱动旋转，变频驱动器中不具有电解电容，电机转子10包括转子铁芯102，转子铁芯102上沿旋转轴的轴向开设多个第一容纳槽，多个第一容纳槽沿周向分布，第一容纳槽填充永磁体104，第一容纳槽的外侧内壁与对应的转子铁芯102的侧壁之间形成外侧磁极部，每个外侧磁极部上开设多条第一狭缝106，多条第一狭缝106分别使电机转子10的两个端面导通，其中，在外侧磁极部垂直于旋转轴的截面上，每个第一狭缝106的一端端点与另一端的端点之间连接形成狭缝方向线，多条狭缝方向线中的任意两条之间具有狭缝夹角，至少一个狭缝夹角α≥60°。

在该实施例中，通过周向设置多个第一容纳槽，以填充永磁体104，从而在永磁体104的两侧分别形成外侧磁极部与内侧磁极部，在外侧磁极部的区域，沿轴向开设多条第一狭缝106，并使电机转子10的两个端面导通，在一个外侧磁极部的端面或垂直于旋转轴的截面(或端面)区域，将第一狭缝106的两个端点之间的连线确定为第一狭缝方向线，并将多条狭缝方向线中的任意两条之间具有狭缝夹角，至少一个狭缝夹角大于或等于60°，在由不具有电解电容的变频驱动器驱动旋转过程中，由于设置具有指定夹角的至少两个第一狭缝106，气隙磁密正弦度高，因而气隙磁场的能量传导效率高，在空载时，降低齿槽的转矩，在负载时转矩波动小，从而能够降低压缩机的切向振动，进而减小压缩机的噪音。

其中，多条狭缝方向线中的任意两条之间具有狭缝夹角，即狭缝夹角可以由相邻的两条狭缝方向线形成，也可以由不相邻的两条狭缝方向线形成。

电机的定子与转子之间具有空气间隙，在电机定子20与变频驱动器导通后，空气间隙中形成磁场，磁场的强度称为气隙磁密，在永磁电机系统中，由于永磁体104和有槽电枢铁心的相互作用，不可避免地产生齿槽转矩，导致转矩波动，引起振动和噪声，影响系统的控制精度，电机在本体结构上可以采用“正弦波”原理，即使电机转子10产生的气隙磁场按正弦波分布，同时采用正弦形式的换向函数，能够使转矩波动大大降低，转矩波动的降低不仅使电机的精度得到提高，同时也降低了启动电压。

具体地，搭载转子的压缩机由具有无电解电容的变频器驱动，转子由转子铁芯102、永磁体104槽和设置在永磁体104槽中的永磁体104组成，在每个永磁体104槽对应的径向外侧，即外侧磁极部，设置有至少2条第一狭缝106，通过将每条第一狭缝106的一端与另一端之间进行连接，并将连线定义为第一狭缝方向线，在同一个外侧磁极部上，多条狭缝方向线中的任意两条之间具有狭缝夹角，至少一个狭缝夹角α≥60°。

实施例二：

作为一种较优的设置方式，永磁体104相对于旋转轴中心对称周向设置，从而使对应的外侧磁极部也为相对于旋转轴中心对称周向设置。

另外，本发明提供的上述实施例中的电机转子10还可以具有如下附加技术特征：

实施例三：

在上述实施例中，优选地，在每个截面上，相邻的两个第一狭缝106的端点之间形成第一连线108，第一连线108的中点与旋转轴的轴心之间连接以形成第一轴，两个第一狭缝106相对第一轴对称设置。

在该实施例中，在每个外侧磁极部的截面上，相邻的两个第一狭缝106端点之间形成第一连线108，第一连线108的中点与旋转轴的轴心之间连接形成第一轴，将两个第一狭缝106设置为相对第一轴对称设置，在转子旋转过程中，两个第一狭缝106产生的消极影响能够互相抵消，进一步提升气隙磁密的正弦度。

实施例四：

如图2所示，在上述任一实施例中，优选地，在每个截面上，永磁体104上的任一点与轴心之间具有第二连线110，第二连线110向外延伸与侧壁之间具有第一交点；相邻的两个永磁体104之间具有周向间隙区域，周向间隙区域中的任一点与轴心之间第三连线112，第三连线112向外延伸与侧壁之间具有第二交点，其中，轴心与第一交点之间的距离大于轴心与第二交点之间的距离。

在该实施例中，在每个截面上或在两端的端面上，永磁体104上的任一点与轴心之间具有第二连线110，第二连线110向外延伸与侧壁之间具有第一交点，相邻的两个永磁体104之间具有周向间隙区域，周向间隙区域中的任一点与轴心之间第三连线112，第三连线112向外延伸与侧壁之间具有第二交点，轴心与第一交点之间的距离大于轴心与第二交点之间的距离，即轴心到永磁体104对应的第一外壁轮廓线上任一点的距离大于轴心到永磁体104两侧对应的第二外壁轮廓线上任一点的距离，进而使转子的外侧壁与配合的定子的内侧壁之间形成不等气隙，进而能够优化气隙磁阻分布，在限定第一狭缝方向线夹角的基础上，进一步提升气隙磁密的正弦度，从而降低反电势谐波畸变率和启动阻力矩。

具体地，可以将过轴心与永磁体104的线设置为d轴，过轴心与相邻永磁体104之间的线设置为q轴，d轴上轴心到外侧壁之间的距离为l1，大于q轴上轴心到外侧壁之间的距离l2，即电机转子10外周采用非圆柱形结构。

实施例五：

如图2所示，在上述任一实施例中，优选地，转子铁芯102的侧壁由在圆柱表面周向间隔布设多个曲面凹槽构造形成，每个曲面凹槽与第三连线112逐一对应设置。

在该实施例中，通过将转子铁芯102的侧壁构造成在圆柱表明周向间隔开设多个曲面凹槽，一方面，制备方法较简单，另一方面，也能够满足轴心到永磁体104对应的第一外壁轮廓线上任一点的距离大于轴心到永磁体104两侧对应的第二外壁轮廓线上任一点的距离，以使对气隙磁密的正弦度的优化达到最好的效果。

实施例六：

另外，还可以将转子铁芯102的侧壁轮廓构造成由沿轴心呈间隔对称分布的多条开口向内的圆弧，以及对称设置在圆弧两侧的直线，首尾连接构造形成，使电机转子10的外侧壁与配合的电机定子20的内侧壁之间的间隙趋近正弦分布。

实施例七：

如图3所示，在上述任一实施例中，优选地，转子铁芯102的侧壁被构造成圆柱状结构。

在该实施例中，通过将转子铁芯102的侧壁被构造成圆柱状结构，一方面，能够满足由无电解电容的变频器驱动的使用需求，另一方面，与对电机转子10的外侧壁进一步加工得到不同的气隙方案相比，制备成本更低。

实施例八：

在上述任一实施例中，优选地，第一狭缝106与对应的第一容纳槽之间相对分隔设置。

在该实施例中，通过将第一狭缝106与对应的第一容纳槽之间相对分隔设置，在满足优化气隙磁密的前提下，能够降低第一狭缝106的制备难度。

实施例九：

在上述任一实施例中，优选地，第一狭缝106沿第一狭缝方向线向内侧延伸至对应的第一容纳槽处，以与对应的第一容纳槽连通设置。

在该实施例中，通过将第一狭缝106沿第一狭缝方向线向内侧延伸至对应的第一容纳槽处，以与对应的第一容纳槽连通设置，在转子旋转过程中，有利于进一步降低转矩波动。

实施例十：

如图4所示，在上述任一实施例中，优选地，第一容纳槽的两端分别向外侧延伸，以形成对称的第二容纳槽108；电机转子10还包括：对称设置的第二狭缝110，开设在外侧磁极部上，并分别对应与第二容纳槽108连通，其中，在截面上，每个第二狭缝110的一端端点与另一端的端点之间连接形成第二狭缝方向线，相邻的两个第二狭缝方向线之间的夹角大于或等于60°。

在该实施例中，通过对称设置第二狭缝110，并且相邻的两个第二狭缝方向线之间的夹角大于或等于60°，进一步提升了气隙磁密的正弦度。

如图5所示，在上述任一实施例中，优选地，第一狭缝106的轮廓线由多条直线和/或曲线首尾连接围合形成。

具体地，第一狭缝106可以是斜向的长方形第一狭缝106，也可以是弧形第一狭缝106，也可以是由长方形第一狭缝106与弧形第一狭缝106组合、长方形第一狭缝106与长方形第一狭缝106组合，弧形第一狭缝106与弧形第一狭缝106组合形成。

另外，第二狭缝110可以是斜向的长方形第二狭缝110，也可以是弧形第二狭缝110，也可以是由长方形第二狭缝110与弧形第二狭缝110组合、长方形第二狭缝110与长方形第二狭缝110组合，弧形第二狭缝110与弧形第二狭缝110组合形成。

在上述任一实施例中，优选地，每个第一容纳槽的两端分别向外侧延伸，以形成第二容纳槽108，第二容纳槽108内填充隔磁材料。

在该实施例中，通过在第二容纳槽108内填充隔磁材料，能够降低相邻设置的两个永磁体104之间的干扰。

如图6所示，根据本发明的实施例的永磁电机，包括：电机定子20，连接至变频驱动器，变频驱动器不具有电解电容；如本发明上述任一实施例所述的电机转子10，与电机定子20配合组装。

如图6所示，电机定子20包括定子铁芯202与绕组204，与设置于定子铁芯202的开槽内的绕组，通过将转子铁芯102的侧壁轮廓构造成由沿轴心呈间隔对称分布的多条开口向内的圆弧，以及对称设置在圆弧两侧的直线或向内凹陷的弧线，首尾连接构造形成，使电机转子10的外侧壁与配合的电机定子20的内侧壁之间的间隙趋近正弦分布，其中，电机转子10包括转子铁芯102，永磁体104与第一狭缝106。

如图7所示，采用实施例1中的电机转子对比相关技术的负载转矩曲线示意图，由实际验证得知，搭载实施例1中电机转子的永磁电机，对比不具有限定的狭缝的永磁电机，负载转矩波动明显下降，从而有利于降低压缩机的切向振动，减小压缩机噪音。

如图8所示，根据本发明的实施例压缩机，包括本发上述实施例所述的永磁电机。

具体地，根据本发明的实施例的压缩机，还包括：气缸30、主轴承40、副轴承50、活塞60以及曲轴70等压缩部件。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。