转子组件、电机和压缩机的制作方法

本实用新型属于压缩机技术领域，具体涉及一种转子组件、电机和压缩机。

背景技术：

空调行业内，压缩机与电机的匹配要求电机具有高转矩密度和低噪声，即需要电机具有尽可能大的转矩和尽可能低的谐波磁场。

专利号为201420291774.X的专利公开了一种双层转子结构，槽内为分段的矩形稀土类永磁体，虽然能够提高磁阻转矩含量，但本身矩形结构和过小的交轴磁路宽度导致磁路导磁面积小，交轴电感低，电机输出转矩仍然受限。同时，永磁体和磁钢槽的端部漏磁严重，局部饱和，电机谐波含量高，电机噪声大。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种转子组件、电机和压缩机，能够提高交轴电感，大幅度提高电机的转矩密度和功率密度。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种转子组件，包括转子铁芯，转子铁芯包括多个磁极，每个磁极均包括沿径向依次由内到外设置的第一永磁槽和第二永磁槽，第一永磁槽包括第一圆弧段和第一直线段，第二永磁槽包括第二圆弧段和第二直线段，两个第一直线段连接在第一圆弧段的两端，两个第二直线段连接在第二圆弧段的两端，第一直线段与第二直线段之间的宽度保持恒定，第一圆弧段和第二圆弧段之间的间距沿着从磁极中心线向两侧的方向逐渐增加。

优选地，第一永磁槽和第二永磁槽的径向外弧边的圆心均位于磁极中心线上。

优选地，第一永磁槽的径向内弧边与径向外弧边均位于磁极中心线上。

优选地，第二圆弧段包括第一径向内弧边和第二径向内弧边，第一径向内弧边与第二径向内弧边相交于磁极中心线上，第一径向内弧边的圆心位于磁极中心线的第二径向内弧边所在侧，第二径向内弧边的圆心位于磁极中心线的第一径向内弧边所在侧。

优选地，第一圆弧段的宽度沿着从磁极中心线向两侧的方向递减；和/或，第二圆弧段的宽度沿着从磁极中心线向两侧的方向递减。

优选地，第一直线段的宽度大于或等于第二直线段的宽度。

优选地，位于磁极中心线同一侧的第一直线段和第二直线段相互平行。

优选地，第一永磁槽内设置有第一永磁体，第一永磁体的径向内侧边和径向外侧边与第一永磁槽相匹配；和/或，第二永磁槽内设置有第二永磁体，第二永磁体的径向内侧边和径向外侧边与第二永磁槽相匹配。

优选地，第一永磁槽的端部具有第一平边和第一切边，第一永磁体的端部具有第一凸起，第一凸起对应第一平边和第一切边设置；和/或，第二永磁槽的端部具有第二平边和第二切边，第二永磁体的端部具有第二凸起，第二凸起对应第二平边和第二切边设置。

优选地，第一凸起具有与第一切边相对的第一侧边，第一侧边与第一切边相平行；和/或，第二凸起具有与第二切边相对的第二侧边，第二侧边与第二切边之间的间距不等。

优选地，第一平边在其所在侧的第一直线段的宽度方向截面上的投影长度为b1，第一切边在其所在侧的第一直线段的宽度方向截面上的投影长度为b2，其中b1≤b2≤2.38b1；和/或，第二平边在其所在侧的第二直线段的宽度方向截面上的投影长度为b1，第二切边在其所在侧的第二直线段的宽度方向截面上的投影长度为b2，其中b1≤b2≤2.38b1。

优选地，第一平边与第一切边之间的关系满足b2＝2.38b1；和/或，第二平边与第二切边之间的关系满足b2＝b1。

优选地，第一凸起的与第一平边相对的侧边和与第一切边相对的侧边之间的夹角为de，100deg≤de≤130deg；和/或，第二凸起的与第二平边相对的侧边和与第二切边相对的侧边之间的夹角为de，100deg≤de≤130deg。

优选地，第一永磁槽和第二永磁槽之间的交轴磁路满足：

bw²＝ec

其中bw为第一直线段和第二直线段之间的距离，e为位于同一侧的第一永磁槽的径向外弧边的拐点与第二永磁槽的径向内弧边的拐点之间的距离，c为第一永磁槽的径向外弧边与第二永磁槽的径向内弧边在永磁中心线上的距离。

优选地，其特征在于，c≤e≤1.23c。

优选地，f≤d≤2c，其中f为第一永磁槽在磁极中心线上的最大宽度，d为第二永磁槽在磁极中心线上的最大宽度，c为第一永磁槽的径向外弧边与第二永磁槽的径向内弧边在永磁中心线上的距离。

优选地，第一永磁槽内设置有第一永磁体，第一永磁体的径向充磁点为第一永磁体的径向外弧边的圆心处；和/或，第二永磁槽内设置有第二永磁体，第二永磁体的径向充磁点为第二永磁体的两个径向内弧边的圆心连线与磁极中心线的交点。

优选地，第一永磁槽与转子铁芯的中心轴线之间的最小距离为a，第一直线段的长度为b，0.38﹤(a+b)/r﹤0.63，其中r为转子铁芯的半径。

优选地，第二永磁槽由磁极中心线向两侧的宽度变化率大于第一永磁槽由磁极中心线向两侧的宽度变化率。

优选地，转子铁芯上还设置有流通孔，流通孔设置在第一永磁槽的径向内周侧，流通孔关于磁极中心线对称，流通孔包括两端的圆部和连接在两端圆部之间的桥部，桥部的宽度沿着从磁极中心线到两侧的方向渐变。

优选地，桥部的边线呈圆弧状，桥部的宽度沿着从磁极中心线到两侧的方向递增。

优选地，S1/(S2+S3)≤0.26，其中S1为桥部面积，S2为一端的圆部面积，S3为另一端的圆部面积。

优选地，位于磁极中心线同一侧的第一永磁槽的拐点与第二永磁槽的拐点位于同一直线上，该直线经过第一永磁槽的第一圆弧段的径向内弧边的圆心。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种电机，包括转子组件，包括转子组件，该转子组件为上述的转子组件。

根据本实用新型的再一方面，提供了一种压缩机，包括转子组件，该转子组件为上述的转子组件。

本实用新型提供的转子组件，包括转子铁芯，转子铁芯包括多个磁极，每个磁极均包括沿径向依次由内到外设置的第一永磁槽和第二永磁槽，第一永磁槽包括第一圆弧段和第一直线段，第二永磁槽包括第二圆弧段和第二直线段，两个第一直线段连接在第一圆弧段的两端，两个第二直线段连接在第二圆弧段的两端，第一直线段与第二直线段之间的宽度保持恒定，第一圆弧段和第二圆弧段之间的间距沿着从磁极中心线向两侧的方向逐渐增加。由于第一直线段与第二直线段之间的宽度保持恒定，第一圆弧段和第二圆弧段之间的间距沿着从磁极中心线向两侧的方向逐渐增加，因此能够改善转子组件的结构，增大转子组件的交轴电感，大幅度提高电机的转矩密度和功率密度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的转子组件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的转子组件的尺寸结构示意图；

图3为本实用新型实施例的转子组件的永磁体与永磁槽配合位置处的放大结构示意图；

图4为本实用新型实施例的转子组件的流通孔的放大结构示意图；

图5为现有技术与本实用新型实施例的转子组件的反电动势对比图；

图6为现有技术与本实用新型实施例的转子组件的气隙磁场谐波含量对比图；

图7为现有技术与本实用新型实施例的转子组件在额定电流下的转矩波形对比图。

附图标记表示为：

1、转子铁芯；2、第一永磁槽；3、第二永磁槽；4、第一圆弧段；5、第一直线段；6、第二圆弧段；7、第二直线段；8、第一径向内弧边；9、第二径向内弧边；10、第一永磁体；11、第二永磁体；12、第一平边；13、第一切边；14、第二平边；15、第二切边；16、第一凸起；17、第二凸起；18、流通孔；19、圆部；20、桥部。

具体实施方式

在本实施例的各个附图中，图中的01～05为对应的永磁体弧边的圆心，06为永磁体的径向充磁点，07～010为径向内弧边和径向外弧边与直线段的侧边的拐点。

为了更加方便清楚地表达本申请的技术方案，本申请中的下述各实施例均是以转子组件在垂直于转子铁芯的中心轴线的截面内的结构为例进行说明。

结合参见图1至图7所示，根据本实用新型的实施例，转子组件包括转子铁芯1，转子铁芯1包括多个磁极，每个磁极均包括沿径向依次由内到外设置的第一永磁槽2和第二永磁槽3，第一永磁槽2包括第一圆弧段4和第一直线段5，第二永磁槽3包括第二圆弧段6和第二直线段7，两个第一直线段5连接在第一圆弧段4的两端，两个第二直线段7连接在第二圆弧段6的两端，第一直线段5与第二直线段7之间的宽度保持恒定，第一圆弧段4和第二圆弧段6之间的间距沿着从磁极中心线向两侧的方向逐渐增加。

由于永磁槽包括圆弧段和直线段，且第一直线段7与第二直线段8之间的宽度保持恒定，第一圆弧段4和第二圆弧段6之间的间距沿着从磁极中心线向两侧的方向逐渐增加，因此能够改善转子组件的结构，增大转子组件的交轴电感，增加了单位电流产生的转矩，大幅度提高电机的转矩密度和功率密度。

优选地，本实施例中的转子组件，永磁槽为双层结构，可以取得单位成本的最大输出力矩，提高电子组件的能效比。

第一永磁槽2和第二永磁槽3的径向外弧边的圆心均位于磁极中心线上，且第一永磁槽2的径向外弧边的直径大于第二永磁槽3的径向外弧边的直径，能够形成沿着从磁极中心线到两侧的方向逐渐增加的交轴磁路宽度，从而增大转子组件的交轴电感，增加单位电流产生的转矩，有效提高电机的转矩密度和功率密度。由于第一永磁槽2和第二永磁槽3的径向外弧边的圆心均位于磁极中心线上，因此可以使得第一永磁槽2和第二永磁槽3的径向外弧边关于磁极中心线对称，从而在磁极中心线的两侧形成均衡的磁路结构，提高磁路的稳定性。

优选地，第一圆弧段4的宽度沿着从磁极中心线向两侧的方向递减；和/或，第二圆弧段6的宽度沿着从磁极中心线向两侧的方向递减。当两个条件同时满足，则可以通过第一圆弧段4和第二圆弧段6沿着从磁极中心线向两侧递减的宽度，在第一圆弧段4与第二圆弧段6之间形成从磁极中心线向两侧递增的交轴磁路宽度，从而可以更加有效地增大转子组件的交轴电感，增加单位电流产生的转矩。

优选地，第一永磁槽2的径向内弧边与径向外弧边均位于磁极中心线上，可以使得第一永磁槽2的第一圆弧段4中间部分的宽度在磁极中心线处最大，往两边逐渐变窄，进而使得第一圆弧段4与第二圆弧段6之间的间距在磁极中心线处最小，往两边逐渐变宽，加大第一永磁槽2与第二永磁槽3之间的交轴磁路宽度，增加交轴电感。

优选地，第二圆弧段6包括第一径向内弧边8和第二径向内弧边9，第一径向内弧边8与第二径向内弧边9相交于磁极中心线上，第一径向内弧边8的圆心位于磁极中心线的第二径向内弧边9所在侧，第二径向内弧边9的圆心位于磁极中心线的第一径向内弧边8所在侧。由于第二圆弧段6的径向内弧边分成两个部分，且两个部分的径向内弧边均向着远离第一圆弧段4的径向外弧边的方向倾斜，因此能够进一步增大第二圆弧段6的径向内弧边与第一圆弧段4的径向外弧边之间的间距，有效增加交轴磁路宽度。本实施例中的第二圆弧段6采用了非常规设计，对径向内弧边进行了分段处理，既可以获得满足要求的圆弧结构，又能够克服现有技术中的永磁槽受弧形结构的限制，无法大幅增加交轴磁路宽度的问题，因此能够大幅增加电机的转矩密度和功率密度，提高电机的工作性能。

第一直线段5的宽度大于或等于第二直线段7的宽度。位于磁极中心线同一侧的第一直线段5和第二直线段7相互平行。一般情况而言，第一永磁槽2内的永磁体相对于第二永磁槽3内的永磁体更加容易发生退磁，因此，将第一直线段5的宽度设计为大于或等于第二直线段7的宽度，能够有效增加第一直线段5的退磁难度，使得第一直线段5的退磁难度能够尽量与第二直线段7的退磁难度保持一致，从而提高电机的工作性能。

第一永磁槽2内设置有第一永磁体10，第一永磁体10的径向内侧边和径向外侧边与第一永磁槽2相匹配，能够保证第一永磁体10与第一永磁槽2之间形成良好的配合，提高第一永磁体10在第一永磁槽2内安装结构的稳定性和可靠性，进而提高电机工作性能的稳定性和可靠性。

第二永磁槽3内设置有第二永磁体11，第二永磁体11的径向内侧边和径向外侧边与第二永磁槽3相匹配，能够保证第二永磁体11与第二永磁槽3之间形成良好的配合，提高第二永磁体11在第二永磁槽3内安装结构的稳定性和可靠性，进而提高电机工作性能的稳定性和可靠性。

第一永磁槽2的端部具有第一平边12和第一切边13，第一永磁体10的端部具有第一凸起16，第一凸起16对应第一平边12和第一切边13设置；和/或，第二永磁槽3的端部具有第二平边14和第二切边15，第二永磁体11的端部具有第二凸起17，第二凸起17对应第二平边14和第二切边15设置。

第一凸边16的边线形状与第一永磁槽2的端部边线形状并不相同，在第一凸边16的边缘与第一永磁槽2的端部边线之间预留有一定间距。第二凸边17的边线形状与第二永磁槽3的端部边线形状并不相同，在第二凸边17的边缘与第二永磁槽3的端部边线之间预留有一定间距。

优选地，第一凸起16具有与第一切边13相对的第一侧边，第一侧边与第一切边13相平行。

第二凸起17具有与第二切边15相对的第二侧边，第二侧边与第二切边15之间的间距不等。

优选地，第一平边12在其所在侧的第一直线段5的宽度方向截面上的投影长度为b1，第一切边13在其所在侧的第一直线段5的宽度方向截面上的投影长度为b2，其中b1≤b2≤2.38b1。此处的第一平边12沿第一永磁槽2的宽度方向延伸，第一切边13与第一永磁槽2的宽度方向之间呈一定夹角，b1为第一平边12的长度，b2为第一切边13在第一永磁槽2的宽度方向上的分量，b1和b2之和为第一永磁槽2的第一直线段5的宽度。通过对b1和b2进行限定，能够有效改善气隙磁密波形正弦度，使得谐波含量显著降低。

第二平边14在其所在侧的第二直线段7的宽度方向截面上的投影长度为b1，第二切边15在其所在侧的第二直线段7的宽度方向截面上的投影长度为b2，其中b1≤b2≤2.38b1。此处的b1和b2用于限定第二永磁槽3的边线的结构，其作用与第一永磁槽2的边线结构所起的作用相同，此处不再详述。

优选地，第一平边12与第一切边13之间的关系满足b2＝2.38b1；和/或，第二平边14与第二切边15之间的关系满足b2＝b1，可以明显改善转子组件在工作过程中的谐波含量，使得转子组件的气隙磁通密度基波含量高，谐波含量较低，正弦度好，大幅度降低磁场的11次谐波含量，有效降低电磁力波，降低气隙中11次谐波磁场引起的电磁噪音，降低了电机成本。

优选地，第一凸起16的与第一平边12相对的侧边和与第一切边13相对的侧边之间的夹角为de，100deg≤de≤130deg；和/或，第二凸起17的与第二平边14相对的侧边和与第二切边15相对的侧边之间的夹角为de，100deg≤de≤130deg。

第一永磁槽2和第二永磁槽3之间的交轴磁路满足：

bw²＝ec

其中bw为第一直线段5和第二直线段7之间的距离，e为位于同一侧的第一永磁槽2的径向外弧边的拐点与第二永磁槽3的径向内弧边的拐点之间的距离，c为第一永磁槽2的径向外弧边与第二永磁槽3的径向内弧边在永磁中心线上的距离。通过限定第一永磁槽2和第二永磁槽3之间的交轴磁路，能够形成较高的磁阻转矩含量及较正弦的反电动势波形，提高电机的工作性能。

优选地，c≤e≤1.23c，可以保证交轴磁路引起的磁场谐波含量得到较大抑制，特别是11次谐波含量显著降低。

优选地，f≤d≤2c，其中f为第一永磁槽2在磁极中心线上的最大宽度，d为第二永磁槽3在磁极中心线上的最大宽度，c为第一永磁槽2的径向外弧边与第二永磁槽3的径向内弧边在永磁中心线上的距离。第二永磁槽3在磁极中心线处的最大宽度d过小，退磁能力衰减过快，同时反电动势谐波含量较多，过大则不能充分利用磁阻转矩，当f≤d≤2c时，能够达到较好的平衡，提高电机的工作性能，降低电机工作噪音。

第一永磁槽2内设置有第一永磁体10，第一永磁体10的径向充磁点为第一永磁体10的径向外弧边的圆心处；和/或，第二永磁槽3内设置有第二永磁体11，第二永磁体11的径向充磁点为第二永磁体11的两个径向内弧边的圆心连线与磁极中心线的交点，从而可以获得更好的聚磁效果。

优选地，上述的永磁体为磁性较弱的铁氧体永磁体。

上述的永磁体，每层永磁体可以为一个整体，也可以为分段拼接而成。

第一永磁槽2与转子铁芯1的中心轴线之间的最小距离为a，第一直线段5的长度为b，0.38﹤(a+b)/r﹤0.63，其中r为转子铁芯1的半径，从而可以增加磁阻转矩的含量，同时节约成本。

优选地，第二永磁槽3由磁极中心线向两侧的宽度由厚变薄的变化率大于第一永磁槽2由磁极中心线向两侧的宽度由厚变薄的变化率，能够加大第二永磁槽3沿着从磁极中心线向两侧的宽度收缩幅度，从而进一步增大第二永磁槽3与第一永磁槽2之间的间距，增大交轴磁路宽度。

优选地，位于磁极中心线同一侧的第一永磁槽2的拐点与第二永磁槽3的拐点位于同一直线上，该直线经过第一永磁槽2的第一圆弧段4的径向内弧边的圆心。第一永磁槽2的拐点是指第一圆弧段4的径向内弧边与第一直线段5的径向内侧边的交点和第一圆弧段4的径向外弧边与第一直线段5的径向外侧边的交点，第二永磁槽3的拐点是指第二圆弧段6的径向内弧边与第二直线段7的径向内侧边的交点和第二圆弧段6的径向外弧边与第二直线段7的径向外侧边的交点。这些交点共线，且该直线经过第一永磁槽2的径向内弧边的圆心，能够消弱双层磁钢槽的边线上的磁力线的弯曲引起的磁密谐波含量。

转子铁芯1上还设置有流通孔18，流通孔18设置在第一永磁槽2的径向内周侧，流通孔18关于磁极中心线对称，流通孔18包括两端的圆部19和连接在两端圆部19之间的桥部20，桥部20的宽度沿着从磁极中心线到两侧的方向渐变。

优选地，桥部20的边线呈圆弧状，桥部20的宽度沿着从磁极中心线到两侧的方向递增，桥部宽度在磁极中心线处有最小值。

优选地，S1/(S2+S3)≤0.26，其中S1为桥部面积，S2为一端的圆部面积，S3为另一端的圆部面积，既可以保证转子组件满足一定的结构强度，又能够提高高压气体流通的回油量。

结合参见图5所示，为反电动势对比图，横坐标为仿真时间，纵坐标为幅值。其中，虚线表示现有技术方案反电动势波形，一个周期内的有效值为42.8V；实线表示本专利方案反电动势波形，一个周期内的有效值为45.4V，整体看永磁磁链提高6％。

结合参见图6所示，为气隙磁场谐波含量对比图，横坐标为谐波次数，纵坐标为磁场谐波幅值。其中，白色为现有技术方案的谐波；黑色为本专利方案的谐波。本专利技术的基波幅值增加7.3％，11次谐波降低25.5％，改善效果明显。

结合参见图7所示，为额定电流下转矩波形对比图，横坐标为仿真时间，纵坐标为转矩幅值。其中，虚线表示现有技术，平均转矩为8N.m，脉动为21.98％；实线表示本专利技术，平均转矩为8.65N.m，脉动为22.91％；本专利技术平均转矩有较大提高，约增加8.12％，结合图5可知，本专利技术转子结构的磁阻转矩提高约2％。

由于采用了本实用新型的转子磁路结构、磁钢形状、充磁方式和永磁体与磁钢槽的端部配合方式，提高了交轴电感，改善了气隙磁通密度，增加了单位电流产生的转矩，同时有效降低气隙中11次谐波磁场引起的电磁噪音，降低了电机成本。

在采用本申请的上述方案之后，相对现有技术的转子组件而言，转矩密度提高6.8％，反电动势基波含量提高6.1％，11次谐波降低25.5％，面积减低10.5％，成本降低4.8％。

根据本实用新型的实施例，电机包括转子组件，该转子组件为上述的转子组件。

根据本实用新型的实施例，压缩机包括转子组件，该转子组件为上述的转子组件。

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。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。