转子结构及永磁辅助同步磁阻电机

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种转子结构及永磁辅助同步磁阻电机。

背景技术

永磁电机靠永磁体产生主磁场，电机气隙磁密高，电机的效率高，体积小，功率密度高，结构简单，可靠性高，在各行各业被广泛应用。传统上多使用稀土钕铁硼永磁同步电机，稀土属于国家重要战略储备物资，稀土永磁材料受上游原材料管控影响，产量受到抑制，而铁氧体凭借高性价比优势获得更大发展空间，而永磁辅助式磁阻电机由于磁阻转矩优势被广范应用研究。但是传统的永磁辅助磁阻电机的永磁体材料，牌号和材料固定的永磁体的磁能积不变，电机气隙磁场调节难度大，同时电机的齿槽结构使得气隙磁密、反电势的谐波含量较大，电机的电磁力峰值大，使得电机转矩脉动及振动噪声较大。

现有技术中，通过在电机的磁极分界线处开设隔磁孔和凹槽，但是只是针对V型结构，对磁阻电机效果不明显。还有的在转子外圆上设置多段圆弧，在配合多个方槽达到电磁力的目的，也是针对V型结构，而且采用该技术实现降低电磁力的效果有限。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种转子结构及永磁辅助同步磁阻电机，以解决现有技术中压缩机噪声大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转子结构，包括：转子铁芯，转子铁芯具有多个磁极，各磁极具有多个永磁体槽，各永磁体槽沿转子铁芯的径向方向间隔地设置，在至少一个磁极中，相邻的永磁体槽之间设置有第一隔磁部，第一隔磁部的部分侧壁与永磁体槽的部分槽壁相平行地设置。

进一步地，第一隔磁部包括第一隔磁孔，第一隔磁孔的朝向转子铁芯外圆的侧壁上开设有连通槽。

进一步地，连通槽的槽壁之间的距离相等地设置。

进一步地，第一隔磁孔的横截面呈三角形，连通槽开设于第一隔磁孔的靠近磁极分隔线的一侧设置。

进一步地，各永磁体槽为弧形，相邻的永磁体槽之间设置有两个第一隔磁孔，两个第一隔磁孔分别位于相邻的永磁体槽的端部之间。

进一步地，相邻的永磁体槽之间的两个第一隔磁孔中，各第一隔磁孔靠近磁极分隔线一侧的侧壁至转子铁芯的几何中心的连线形成的夹角为M，各磁极上的永磁体槽的个数为N，其中，0.6≤M/N≤0.9。

进一步地，第一隔磁孔具有依次连接的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁，多个永磁体槽包括第一永磁体槽和第二永磁体槽，第一永磁体槽靠近转子铁芯，的几何中心一侧设置，第二永磁体槽位于第一永磁体槽的外侧，第一永磁体槽的靠近第二永磁体槽一侧的侧壁上设置有第一切边和第二切边，第一侧壁与第一切边相邻地设置，且第一侧壁与第一切边相平行地设置，第二永磁体槽的靠近第一永磁体槽一侧的侧壁上设置有第三切边和第四切边，第二侧壁与第三切边平行地设置，第三侧壁靠近转子铁芯外圆设置，且第三侧壁上开设有连通槽。

进一步地，连通槽靠近磁极分割线一侧的槽壁与第一侧壁共面地设置，位于第一永磁体槽和第二永磁体槽之间的第一隔磁孔均开设有连通槽，位于第一永磁体槽和第二永磁体槽之间的两个连通槽中，各连通槽靠近磁极分隔线一侧的侧壁上的点至转子铁芯的几何中心线的连线形成的夹角为M，且该点位于转子铁芯的外圆上。

进一步地，第一侧壁与第一切边之间形成第一隔磁桥，第二侧壁与第三切边之间形成第二隔磁桥，第三侧壁与转子铁芯的外圆之间形成第三隔磁桥，连通槽的槽壁之间的宽度为L，第三隔磁桥的宽度为C，其中，0.6≤L/C≤1.5。

进一步地，第一隔磁桥长度方向的几何中心线与第二隔磁桥长度方向的几何中心线之间形成夹角为A1，第一切边与第三切边的延长线的夹角为B，其中，0.4≤A1/B≤1.8。

进一步地，第二隔磁桥的宽度为E，电机气隙宽度为D，其中，0.6≤E/D≤1.5。

进一步地，第一隔磁桥的宽度为F，其中，0.8≤E/F≤1.2。

进一步地，第三隔磁桥的宽度为C，其中，0.7≤C/D≤1.3。

进一步地，各磁极上至少设置有两个第一隔磁孔，两个第一隔磁孔关于该磁极的几何中心线对称地设置。

进一步地，第一隔磁部包括第一隔磁凹槽，第一隔磁凹槽的横截面呈V形。

进一步地，第一隔磁凹槽的槽口宽度为H，各磁极的弧长为J，其中，H/J≤0.2。

进一步地，转子结构还包括第二隔磁部，相邻的磁极之间设置有第二隔磁部。

进一步地，第二隔磁部包括第二隔磁孔，第二隔磁孔的横截面呈三角形，第二隔磁孔靠近转子铁芯的外圆一侧设置。

进一步地，第二隔磁孔具有依次连接的第四侧壁、第五侧壁和第六侧壁，第四侧壁与相邻的磁极中的最内层的永磁体槽之间形成第四隔磁桥，第五侧壁与另一个相邻的磁极中的最内层的永磁体槽之间形成第五隔磁桥，第六侧壁与转子铁芯的外圆之间形成第七隔磁桥。

进一步地，第四隔磁桥长度方向的几何中心线与第五隔磁桥长度方向的几何中心线之间形成的夹角为A2，第四侧壁与第五侧壁形成的夹角为K，其中，1≤A/K≤3。

进一步地，第二隔磁部包括第二隔磁凹槽，第二隔磁凹槽的横截面呈V形。

根据本发明的另一方面，提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子结构，转子结构为上述的转子结构。

应用本发明的技术方案，通过在磁极中相邻的永磁体槽之间设置第一隔磁部，其中将第一隔磁部的部分槽壁与永磁体槽的部分槽壁相平行地设置，采用该结构的隔磁部，能够有效地改善磁通走向，从而降低气隙磁密波形的各类谐波占比，降低了具有该转子结构的电机的转矩脉动，降低了电机的电磁力幅值，以及降低了电机的电磁振动噪声。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的转子结构的第一实施例的结构示意图；

图2示出了图1中A处放大结构示意图；

图3示出了根据本发明的转子结构的第二实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的转子结构的第三实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明的转子结构的第四实施例的结构示意图；

图6示出了根据本发明的电机的转矩脉动与传统电机的转矩脉动对比效果图；

图7示出了根据本发明的电机的电磁力密度峰值与传统电机的电磁力密度峰值对比效果图；

图8示出了根据本发明的电机的压缩机噪声与传统电机的压缩机噪声对比效果图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、转子铁芯；11、永磁体槽；

111、第一永磁体槽；1111、第一切边；1112、第二切边；

112、第二永磁体槽；1121、第三切边；1122、第四切边；

20、第一隔磁孔；201、第一侧壁；202、第二侧壁；203、第三侧壁；

30、连通槽；

41、第一隔磁桥；42、第二隔磁桥；43、第三隔磁桥；

50、第一隔磁凹槽；

60、第二隔磁孔；601、第四侧壁；602、第五侧壁；603、第六侧壁；

71、第四隔磁桥；72、第五隔磁桥；73、第七隔磁桥；

80、第二隔磁凹槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图7所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种转子结构。

具体地，如图1和图2所示，转子结构包括转子铁芯10。转子铁芯10具有多个磁极。各磁极具有多个永磁体槽11。各永磁体槽11沿转子铁芯10的径向方向间隔地设置。在至少一个磁极中，相邻的永磁体槽11之间设置有第一隔磁部，第一隔磁部的部分侧壁与永磁体槽11的部分槽壁相平行地设置。

在本实施例中，通过在磁极中相邻的永磁体槽之间设置第一隔磁部，其中将第一隔磁部的部分槽壁与永磁体槽的部分槽壁相平行地设置，采用该结构的隔磁部，能够有效地改善磁通走向，从而降低气隙磁密波形的各类谐波占比，降低了具有该转子结构的电机的转矩脉动，降低了电机的电磁力幅值，以及降低了电机的电磁振动噪声。

其中，第一隔磁部包括第一隔磁孔20。第一隔磁孔20的朝向转子铁芯10外圆的侧壁上开设有连通槽30。其中，连通槽30的槽壁之间的距离相等地设置。这样设置能够起到降低电机脉动的作用。

进一步地，第一隔磁孔20的横截面呈三角形，连通槽30开设于第一隔磁孔20的靠近磁极分隔线的一侧设置。其中，磁极分隔线如图1中W2所示，磁极的几何中心线如图1中的W1所示。这样设置能够起到提高电机的性能。

在本实施例中，各永磁体槽11为弧形，相邻的永磁体槽11之间设置有两个第一隔磁孔20，两个第一隔磁孔20分别位于相邻的永磁体槽11的端部之间。相邻的永磁体槽11之间的两个第一隔磁孔20中，各第一隔磁孔20靠近磁极分隔线一侧的侧壁至转子铁芯10的几何中心的连线形成的夹角为M，各磁极上的永磁体槽11的个数为N，其中，0.6≤M/N≤0.9。这样设置能够有效地改善磁通走向，从而降低气隙磁密波形的各类谐波占比，降低了具有该转子结构的电机的转矩脉动，降低了电机的电磁力幅值，以及降低了电机的电磁振动噪声。

其中，两个第一隔磁孔20在同一磁极的左右两端，但分别与磁极分界线有段距离，更利于磁通在转子周向各处分布，改善气隙磁场分布，改善磁通走向，降低电机2np倍频电磁力峰值，降低电机的电磁振动噪声，n为正整数，p为电机的极对数。

具体地，第一隔磁孔20具有依次连接的第一侧壁201、第二侧壁202和第三侧壁203。多个永磁体槽11包括第一永磁体槽111和第二永磁体槽112。第一永磁体槽111靠近转子铁芯10，的几何中心一侧设置，第二永磁体槽112位于第一永磁体槽111的外侧。第一永磁体槽111的靠近第二永磁体槽112一侧的侧壁上设置有第一切边1111和第二切边1112。第一侧壁201与第一切边1111相邻地设置，且第一侧壁201与第一切边1111相平行地设置，第二永磁体槽112的靠近第一永磁体槽111一侧的侧壁上设置有第三切边1121和第四切边1122.第二侧壁202与第三切边1121平行地设置。第三侧壁203靠近转子铁芯10外圆设置，且第三侧壁203上开设有连通槽30。这样设置能够提高电机的性能。

进一步地，连通槽30靠近磁极分割线一侧的槽壁与第一侧壁201共面地设置。位于第一永磁体槽111和第二永磁体槽112之间的第一隔磁孔20均开设有连通槽30，位于第一永磁体槽111和第二永磁体槽112之间的两个连通槽30中，各连通槽30靠近磁极分隔线一侧的侧壁上的点至转子铁芯10的几何中心线的连线形成的夹角为M，且该点位于转子铁芯10的外圆上。

其中，第一侧壁201与第一切边1111之间形成第一隔磁桥41，第二侧壁202与第三切边1121之间形成第二隔磁桥42，第三侧壁203与转子铁芯10的外圆之间形成第三隔磁桥43，连通槽30的槽壁之间的宽度为L，第三隔磁桥43的宽度为C，其中，0.6≤L/C≤1.5。这样设置能够起到优化磁路、降低电机噪音的作用。若连通槽30过宽，则使得转子旋转过程中，连通槽30与定子槽口对应时的气隙磁密过低，反而增加磁场畸变，若连通槽30过窄，不能起到较好的调节磁场的作用，当0.6≤L/C≤1.5时，改善磁路的效果最优。

在本申请中，第一隔磁桥41长度方向的几何中心线与第二隔磁桥42长度方向的几何中心线之间形成夹角为A1，第一切边1111与第三切边1121的延长线的夹角为B，其中，0.4≤A1/B≤1.8。第一隔磁桥41的宽度为F，其中，0.8≤E/F≤1.2。第二隔磁桥42的宽度为E，电机气隙宽度为D，其中，0.6≤E/D≤1.5。第三隔磁桥43的宽度为C，其中，0.7≤C/D≤1.3。这样设置能够起到进一步优化磁路、降低电机噪音的作用。在本实施例中，隔磁桥是硅钢片材料，引导磁通从此路径穿过，第一隔磁孔20内为空气或填充不导磁材料，阻碍磁通从此路径通过，当0.4≤A/B≤1.8，改变对应位置的气隙磁密，从而使气隙磁密波形正弦更优，降低谐波，降低电磁力幅值，降低18倍频电磁力，降低振动噪声。

隔磁桥的宽度过窄时，一小部分磁通通过时即出现饱和，从此处穿过的磁通过少，进而使得气隙磁密分布不均，当0.6≤E/D≤1.5时，可以使得转子磁极在周向和径向上的各处磁路的磁导更均匀，更好的改善气隙磁场分布，降低气隙磁密的谐波，降低转矩脉动，降低电机电磁振动噪声。

第一隔磁孔20与转子外圆之间留有一个第三隔磁桥，该第三隔磁桥周向各处宽度均匀，第三隔磁桥沿转子周向延伸，且靠近转子外圆，允许磁通穿过，同时结合第一隔磁桥与第二隔磁桥，可以使得转子磁极在周向和径向上的各处磁路的磁导更均匀，更好的改善气隙磁场，降低气隙磁密的谐波，降低反电势谐波占比，降低电磁力峰值，降低电机电磁振动噪声。

各磁极上至少设置有两个第一隔磁孔20，两个第一隔磁孔20关于该磁极的几何中心线对称地设置。这样设置能够提高电机的性能。两个第一隔磁孔20关于磁极中心线对称，在改善电机的气隙磁场的同时保证转子磁极对称，进一步降低电机的转矩脉动，降低电机的振动。

为了进一步地提高了电机效率，第一隔磁部包括第一隔磁凹槽50。第一隔磁凹槽50的横截面呈V形。其中，如图5所示，第一隔磁凹槽50的槽口宽度为H，各磁极的弧长为J，其中，H/J≤0.2。第二隔磁部还包括第二隔磁凹槽80，第二隔磁凹槽80的横截面呈V形。其中，第一隔磁凹槽50的结构可以设置成与第二隔磁凹槽80的结构相同的方式。在转子外圆表面形成凹槽结构，且凹槽结构位于内外层永磁体槽之间。在改善气隙磁场分布的同时，减少隔磁桥的数量，降低加工工艺的复杂程度，降低工艺成本。且凹槽结构的宽度设为H，若该凹槽的宽度过宽，会较少转子有效磁通面积，降低电机的输出转矩，当H/J≤0.2时，保证电机的输出能力，同时降低电机的振动噪声。

转子结构还包括第二隔磁部，相邻的磁极之间设置有第二隔磁部。这样设置能够起到优化相邻的磁极之间的磁路的作用。第二隔磁部靠近永磁体槽的端部设置，第二隔磁部与同一磁极下的外层永磁体槽之间留有隔磁桥，第二隔磁部与另一磁极下的外层永磁体槽之间留有隔磁桥，且隔磁桥都是钢片材料，引导磁通从此路径穿过，改变对应位置的气隙磁密大小，进一步改善气隙磁密波形正弦度，降低谐波，降低电磁力幅值，降低2np倍频电磁力，降低振动噪声。

具体地，第二隔磁部包括第二隔磁孔60。第二隔磁孔60的横截面呈三角形，第二隔磁孔60靠近转子铁芯10的外圆一侧设置。如图3所示，第二隔磁孔60具有依次连接的第四侧壁601、第五侧壁602和第六侧壁603，第四侧壁601与相邻的磁极中的最内层的永磁体槽11之间形成第四隔磁桥71，第五侧壁602与另一个相邻的磁极中的最内层的永磁体槽11之间形成第五隔磁桥72，第六侧壁603与转子铁芯10的外圆之间形成第七隔磁桥73。第四隔磁桥71长度方向的几何中心线与第五隔磁桥72长度方向的几何中心线之间形成的夹角为A2，第四侧壁601与第五侧壁602形成的夹角为K，其中，1≤A/K≤3。由于第四隔磁桥与第五隔磁桥相对于磁极分界线的倾斜方向相反，一方面改变磁通走向，同时使得转子磁极在周向和径向上的各处磁路的磁导更均匀，更好的改善气隙磁场，降低气隙磁密的谐波，降低反电势谐波占比，降低电磁力峰值，降低电机电磁振动噪声。

上述实施例中的转子结构可以用于电机设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种永磁辅助同步磁阻电机，包括转子结构，转子结构为上述实施例中的转子结构。

具体地，本申请涉及一种永磁辅助式同步磁阻电机，该电机包含一种永磁同步磁阻电机的转子结构，转子结构上含有放置永磁体的槽以及放置在槽中的永磁体，在转子结构的同一个磁极上包含N层永磁体槽，其中，N≥2，同一磁极内的永磁体朝定子方向具有相同的极性，永磁体槽朝转子内侧凸起的形状，永磁体槽的两端靠近转子外圆延伸设置，永磁体槽的中心靠近转子内侧凸起设置，两个相邻的永磁体槽的端部之间设有一个第一隔磁孔20，第一隔磁孔20靠近永磁体槽的端部设置，第一隔磁孔20的一侧与转子外圆相连通，第一隔磁孔20与永磁体槽之间留有隔磁桥，通过在转子上开设该种结构第一隔磁孔20，改变电机磁路各处的磁阻分布，可以降低电机的齿槽效应，改善磁通走向，降低电机的转矩脉动，降低电机的电磁力峰值，降低电机的电磁振动噪声。

进一步地，第一隔磁孔20的一侧与转子外圆相通，形成一个与转子外圆相通的连通部，该连通部磁阻大，从而改善转子圆周表面各处气隙的磁阻分布，改善气隙磁场分布，改善磁通走向，减低谐波，降低电机的转矩脉动，降低电机的电磁力峰值，降低电机的电磁振动噪声。其中，图中的“新型电机”为本申请提供的电机。

永磁体槽的端部设置有切边结构，连通部的侧壁与切边平行设置，进一步加长隔磁桥的长度，进一步引导通过隔磁桥传递的磁通走向，进一步降低电机的电磁力峰值，降低电机的电磁振动噪声。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述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。