1.本技术涉及电机技术领域，尤其涉及一种转子铁芯、永磁电机及压缩机。
背景技术：2.永磁同步电机的转子大多为永磁体励磁，考虑到机械强度，不同极的磁钢连接处都设置有隔磁设计。但是在电机的运转过程中，隔磁处通过的磁束磁密较高，磁阻较大，局部温升较高，最为严重的是漏磁较高，对电机的磁通有很大损失，导致电机效率降低。
技术实现要素：3.本技术的目的在于提供一种转子铁芯、永磁电机及压缩机，其可以大幅度降低电机漏磁，提升电机输出转矩，减小电机反电动势谐波，改善电机效率和噪声振动。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种转子铁芯，设置于永磁电机的定子的内周侧，转子铁芯包括沿永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片，每个转子冲片包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体槽，每相邻的两个永磁体槽之间对应设置有相对于极轴对称分布的隔磁孔，隔磁孔靠近对应的永磁体槽的末端设置且与永磁体槽连通，隔磁孔的中心与极轴之间的夹角为β，且9
°
≤β≤14
°
。
5.在一种可能的实现方式中，隔磁孔的中心与极轴之间的夹角β＝12
°
。
6.在一种可能的实现方式中，永磁体槽包括主体槽和由主体槽靠近极轴的两端分别向远离对应极轴的方向延伸而成的分支槽，主体槽的宽度大于分支槽的宽度，隔磁孔与分支槽连通。
7.在一种可能的实现方式中，隔磁孔的形状为半圆形、半椭圆形和矩形中的任一者。
8.在一种可能的实现方式中，定子与转子铁芯之间沿径向的间隙为w1，且0.5mm≤w1≤0.7mm。
9.在一种可能的实现方式中，相邻的两个隔磁孔之间形成隔磁桥，隔磁桥的宽度为w2，且w1≤w2≤0.6
×
w1。
10.在一种可能的实现方式中，定子与转子铁芯之间沿径向的间隙为w1，相邻的两个隔磁孔之间形成的隔磁桥的宽度为w2，且w1＝w2＝0.7mm。
11.在一种可能的实现方式中，每个转子冲片包括沿自身圆周方向间隔分布的六个永磁体槽，每相邻的两个永磁体槽之间对应设置有相对于极轴对称分布的一个隔磁孔。
12.第二方面，本技术实施例提供了一种永磁电机，包括：转子，包括如前所述的转子铁芯和设置于转子铁芯的多个永磁体槽内的多个永磁体；和定子，设置于转子的外周侧。
13.第三方面，本技术实施例提供了一种压缩机，包括如前所述的永磁电机。
14.根据本技术实施例提供的转子铁芯、永磁电机及压缩机，该转子铁芯包括沿永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片，每个转子冲片包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体槽，每相邻的两个永磁体槽之间对应设置有相对于极轴对称分布的隔磁孔，隔磁孔靠近对应的永磁体槽的末端设置且与永磁体槽连通，隔磁孔的中心与极轴之间的夹角为β，
且9
°
≤β≤14
°
，通过对转子铁芯的隔磁孔相对于极轴的角度进行优化，可以大幅度降低电机漏磁，提升电机输出转矩，减小电机反电动势谐波，改善电机效率和噪声振动。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。
16.图1示出本技术实施例提供的永磁电机的平面结构示意图；
17.图2示出本技术实施例提供的转子铁芯的转子冲片的结构示意图；
18.图3示出图2中区域m的局部放大图；
19.图4～图9示出图2所示的转子冲片的隔磁孔的中心与极轴之间的夹角β分别为9
°
、10
°
、11
°
、12
°
、13
°
及14
°
时，对应的永磁电机的反电动势谐波畸变率变化的仿真分析图；
20.图10示出图2所示的转子冲片的隔磁孔的中心与极轴之间的夹角β与永磁电机的效率之间的对应关系曲线；
21.图11示出图2所示的转子冲片的隔磁桥的宽度w2与永磁电机的效率之间的对应关系曲线；
22.图12示出本技术实施例提供的永磁电机的齿槽转矩与隔磁桥的宽度w2、定子与转子铁芯之间沿径向的间隙w1的对应关系曲线。
23.附图标记说明：
24.1、转子冲片；11、永磁体槽；111、主体槽；112、分支槽；12、隔磁孔；13、隔磁桥；q、极轴；
25.100、转子；200、定子。
具体实施方式
26.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.永磁同步电机的转子大多为永磁体励磁，考虑到机械强度，不同极的磁钢连接处都设置有隔磁设计。但是在电机的运转过程中，隔磁处通过的磁束磁密较高，磁阻较大，局部温升较高，最为严重的是漏磁较高，对电机的磁通有很大损失，导致电机效率降低。
28.为此，本技术实施例提供的一种转子铁芯、转子冲片及永磁电机，其可以大幅度降低电机漏磁，提升电机输出转矩，减小电机反电动势谐波，改善电机效率和噪声振动。
29.图1示出本技术实施例提供的永磁电机的平面结构示意图，图2示出本技术实施例提供的转子铁芯的转子冲片的结构示意图，图3示出图2中区域m的局部放大图。
30.如图1所示，本技术实施例提供了一种永磁电机，包括转子100和设置于转子100外周侧的定子200。转子100包括转子铁芯和沿转子铁芯的圆周方向间隔分布的多个永磁体，
且多个永磁体沿圆周方向以n极、s极交错分布的方式设置。该永磁电机可以为变频器驱动的正弦波永磁同步电动机，即正弦波电机施加正弦波电流激励，产生平稳的转矩输出。该永磁电机也可以为采用矢量控制的永磁同步电动机。
31.如图2至图3所示，该转子铁芯包括沿永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片1，每个转子冲片1包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体槽11，每相邻的两个永磁体槽11之间对应设置有相对于极轴对称分布的隔磁孔12，隔磁孔12靠近对应的永磁体槽11的末端设置且与永磁体槽11连通，隔磁孔12的中心与极轴之间的夹角为β，且9
°
≤β≤14
°
。其中，永磁体槽11用于放置永磁体，永磁体作为励磁激励，多个永磁体沿圆周方向以n极、s极交错分布的方式设置于多个永磁体槽11内。
32.在一个示例中，永磁电机的转子极数为2p＝6，p的数值实际也为磁极数的一半，即在本实施例中的p＝3，当然在其他实施例中，p也可以为其它值，不再赘述。每个转子冲片1包括沿自身圆周方向间隔分布的六个永磁体槽11，每相邻的两个永磁体槽11之间对应设置有相对于极轴q对称分布的一个隔磁孔12。即相邻的两个极轴之间的角度为60
°
，每个永磁体槽11内放置一个永磁体，永磁体槽11的两端末端分别与一个隔磁孔12连通。
33.相邻的两个永磁体槽11对应的隔磁孔12相对于极轴q对称分布，可以减少隔磁孔12对基波磁场的阻隔作用，调整转子磁路以阻隔低次谐波磁场进入转子铁芯，而对基波磁场基本不影响，进而能够保证在永磁电机出力基本不变的情况下减小谐波磁场产生的转子铁损和永磁体涡流损耗，提升了电机效率；同时隔磁孔12还能够降低转子铁损和永磁体涡流损耗导致的永磁体发热升温，进而能够避免永磁体发热退磁的可能性，提升了永磁电机的运行可靠性。
34.另外，永磁体槽11的末端与隔磁孔12连通，使得永磁体槽11与隔磁孔12的径向外侧壁基本处于同一个圆上，可以保证永磁体槽11、隔磁孔12的径向外侧壁与转子铁芯的外圆之间的磁路具有一致性，且使得靠近转子铁芯外圆的结构强度一致。
35.进一步地，隔磁孔12的中心与极轴之间的夹角为β，随着β角度的变化，永磁电机的空载反电动势波形将发生明显变化。在理想状况下，反电动势波形应为周期性标准正弦波，但由于永磁电机本身的磁路特点，其气隙磁场波形并非正弦分布，谐波含量较大，造成空载反电势波形畸变率较大，影响电网的电能质量。实际的反电动势波形偏离正弦波的现象称为反电动势正弦波形畸变，通常以谐波来表征。反电动势波形畸变的程度用反电动势正弦波的谐波总含量来衡量，也称反电动势谐波畸变率(thd)，其变化情况可以根据如下公式计算：
36.其中，i为谐波次数，ai为对应谐波次数的基波电压幅值。
37.为了减小空载反电动势谐波畸变率，发明人经过仿真分析发现，在相邻的两个永磁体槽11之间对应设置有相对于极轴对称分布的隔磁孔12，隔磁孔12靠近对应的永磁体槽11的末端设置且与永磁体槽11连通。其中，当隔磁孔12的中心与极轴之间的夹角β》14
°
或者β《9
°
时，永磁电机的空载反电动势谐波畸变率一般为15％以上。
38.图4～图9示出图2所示的转子冲片的隔磁孔的中心与极轴之间的夹角β分别为9
°
、10
°
、11
°
、12
°
、13
°
及14
°
时，对应的永磁电机的反电动势谐波畸变率变化的仿真分析图。仿
真分析图中，横坐标轴代表各谐波次数m1、m2、
……
m6，纵坐标轴代表谐波等效幅值，左上角的矩形框中列出对应的各谐波等效幅值。由于相关技术中的谐波含量整体已经具有一定优势，但其5次谐波和7次谐波偏高，尤其是5次谐波。为此，本技术实施例提供的转子铁芯通过对转子冲片1进行如前所述的优化设计，并针对5次谐波的谐波含量进行分析。
39.如图4所示，当β＝9
°
时，反电动势第五次谐波含量为0.058，反电动势谐波总含量(n≤5次谐波)为12.3％。
40.如图5所示，当β＝10
°
时，反电动势第五次谐波含量为0.0551，反电动势谐波总含量为12.1％。
41.如图6所示，当β＝11
°
时，反电动势第五次谐波含量为0.0492，反电动势谐波总含量为11.8％。
42.如图7所示，当β＝12
°
时，反电动势第五次谐波含量为0.0411，反电动势谐波总含量为11.4％。
43.如图8所示，当β＝13
°
时，反电动势第五次谐波含量为0.0324，反电动势谐波总含量为11.6％。
44.如图9所示，当β＝14
°
时，反电动势第五次谐波含量为0.0337，反电动势谐波总含量为11.7％。
45.上述分析结果如下表所示：
46.β角度反电动势第五次谐波(m5)含量反电动势谐波总含量(％)90.05812.3100.055112.1110.049211.8120.041111.4130.032411.6140.033711.7
47.从上表中可以看出，当β按照9
°
≤β≤14
°
取值时，永磁电机的空载反电动势谐波畸变率为11.7％～12.3％，与β》14
°
或者β《9
°
对应的空载反电动势谐波畸变率15％以上相比，可以大幅度降低电机漏磁，提升电机输出转矩，减小电机反电动势谐波，改善电机效率和噪声振动。
48.进一步地，当隔磁孔12的中心与极轴之间的夹角β＝12
°
时，反电动势谐波(第5次谐波)畸变率最小，同等条件下得到的永磁电机的反电动势波形正弦度较好，可以大幅度降低电机漏磁，改善永磁电机的噪声和性能。
49.图10示出图2所示的转子冲片的隔磁孔的中心与极轴之间的夹角β与永磁电机的效率之间的对应关系曲线。
50.从图10的仿真结果可以看出，当9
°
≤β≤14
°
下，电机效率存在一定的变化，主要体现在电机铁损变化以及在同等输入电流条件下输出转矩有一定的变化(即电流转矩比发生变化)。其中，当β＝12
°
时，同等条件下得到的永磁电机的输出转矩最大，同时效率达到最优值。
51.根据本技术实施例提供的转子铁芯及永磁电机，该转子铁芯包括沿永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片1，每个转子冲片1包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体
槽11，每相邻的两个永磁体槽11之间对应设置有相对于极轴q对称分布的隔磁孔12，隔磁孔11靠近对应的永磁体槽11的末端设置且与永磁体槽11连通，隔磁孔11的中心与极轴之间的夹角为β，且9
°
≤β≤14
°
，通过对转子铁芯的隔磁孔11相对于极轴q的角度进行优化，可以大幅度降低电机漏磁，提升电机输出转矩，减小电机反电动势谐波，改善电机效率和噪声振动。
52.为了进一步优化转子铁芯的设计参数，可以结合电磁软件的仿真分析结果获得，下面结合附图详细描述本技术实施例提供的包括多个转子冲片的转子铁芯的具体结构。
53.在一些实施例中，如图3所示，永磁体槽11包括主体槽111和由主体槽111靠近极轴q的两端分别向远离对应极轴q的方向延伸而成的分支槽112，主体槽111的宽度大于分支槽112的宽度，隔磁孔12与分支槽112连通。
54.申请人通过电磁软件仿真分析后发现，隔磁孔12与永磁体槽11的分支槽112连通时，不会增加气隙波形中的谐波含量，同时还可以降低永磁电机的制作难度及成本。
55.进一步地，隔磁孔12的形状可以为半圆形、半椭圆形和矩形中的任一者。当隔磁孔12的形状为半圆形时，隔磁孔12的圆心与极轴之间的夹角形成β；当隔磁孔12的形状为半椭圆形、且半椭圆的长轴方向或者短轴方向的开口与永磁体槽11的分支槽112连通时，隔磁孔12的长、短轴的交点与极轴之间的夹角形成β；当隔磁孔12的形状为矩形时，隔磁孔12最远的边长与极轴之间的夹角形成β。当然，隔磁孔12的形状还可以为其他形状，根据仿真分析结果及制作工艺而定，不再赘述。
56.在一些实施例中，定子与转子铁芯之间沿径向的间隙为w1，且0.5mm≤w1≤0.7mm。
57.如图1所示，定子与转子铁芯之间沿径向的间隙w1即为气隙，且0.5mm≤w1≤0.7mm。根据气隙磁通密度波形的傅里叶展开公式可知，永磁电机各次谐波的幅值大小与此处气隙磁场呈正比例关系。通过对转子铁芯的极轴q处的气隙宽度进行优化，使得气隙的磁通密度波形更趋近于正弦化，从而可以降低因各次谐波引起的噪声，提高永磁电机的运行稳定性。另外，由于总谐波含量降低，进而降低永磁电机的谐波损耗，提高效率，电机温升更低，降低永磁电机的永磁体的退磁风险，提高永磁电机的运行稳定性。
58.图11示出图2所示的转子冲片的隔磁桥的宽度w2与永磁电机的效率之间的对应关系曲线；图12示出本技术实施例提供的永磁电机的齿槽转矩与隔磁桥的宽度w2、定子与转子铁芯之间沿径向的间隙w1的对应关系曲线。
59.在一些实施例中，相邻的两个隔磁孔12之间形成隔磁桥13，隔磁桥13的宽度为w2，且w1≤w2≤0.6
×
w1。
60.如图2和图11所示，申请人通过电磁软件仿真分析后发现，w2取值满足w1≤w2≤0.6
×
w1时，可以改善电机性能，同时可以满足较小齿槽转矩，减小电机转矩输出波动，改善电机振动的问题。以w2取值在0.6mm～1.4mm时为例，可以看出，当w2＝0.7mm时，电机效率处于峰值状态。
61.如图2和图12所示，申请人通过电磁软件仿真分析后发现，当w1＝w2＝0.7mm时，永磁电机的齿槽转矩峰值达到最低，可以有效减少电机漏磁，改善电机的磁路分布，改善电机齿槽转矩的同时，降低电机磁密，降低转矩密度，提高电机的磁通利用率，提高电机的性能。
62.本实施例中，通过合理设置相邻的两个永磁体槽11的之间的宽度w2及定子与转子铁芯之间沿径向的间隙w1，可以优化转子的磁路和磁力线分布，改善永磁电机沿极轴q的磁
路，减少低次谐波磁场进入转子铁芯的可能性，降低永磁电机的径向电磁力，进而改善永磁电机的振动噪声，提高用户的舒适度。
63.另外，每个转子冲片1上围绕转动中心轴还设置有多个减重孔，减重孔的形状可以为圆形、矩形等，可以减轻转子铁芯的重量，提高永磁电机的功率密度，还能够保证永磁电机在高速状态下的稳定运行。永磁体槽11的布置能够增加电机出力，由于磁阻转矩占比较高，在高速、弱磁饱和的时候，还能够避免功率下降幅度过大，起到弱磁扩速能力。
64.由此，本技术实施例通过对转子铁芯的隔磁孔相对于极轴的角度进行优化，可以大幅度降低电机漏磁，提升电机输出转矩，减小电机反电动势谐波，改善电机效率和噪声振动，提高永磁电机的运行稳定性和可靠性。进一步地，通过对转子铁芯的极轴q处的气隙宽度w2及定子与转子铁芯之间沿径向的间隙w1进行优化，使得气隙的磁通密度波形更趋近于正弦化，从而可以降低因各次谐波引起的噪声，提高永磁电机的运行稳定性。
65.另外，本技术实施例还提供了一种压缩机，包括如前所述的任一种永磁电机。
66.可以理解的是，本技术实施例提供的永磁电机及其转子铁芯、转子冲片1的技术方案可以应用于例如但不限于压缩机、空调、风力发电机等电子设备中，不再赘述。
67.应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
68.应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在
……
上”、“在
……
以上”和“在
……
之上”，以使得“在
……
上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在
……
以上”或者“在
……
之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。
69.此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。
70.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
71.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种转子铁芯，设置于永磁电机的定子的内周侧，其特征在于，所述转子铁芯包括沿所述永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片，每个所述转子冲片包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体槽，每相邻的两个所述永磁体槽之间对应设置有相对于极轴对称分布的隔磁孔，所述隔磁孔靠近对应的所述永磁体槽的末端设置且与所述永磁体槽连通，所述隔磁孔的中心与所述极轴之间的夹角为β，且9
°
≤β≤14
°
。2.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔的中心与所述极轴之间的夹角β＝12
°
。3.根据权利要求1或2所述的转子铁芯，其特征在于，所述永磁体槽包括主体槽和由所述主体槽靠近所述极轴的两端分别向远离对应所述极轴的方向延伸而成的分支槽，所述主体槽的宽度大于所述分支槽的宽度，所述隔磁孔与所述分支槽连通。4.根据权利要求3所述的转子铁芯，其特征在于，所述隔磁孔的形状为半圆形、半椭圆形和矩形中的任一者。5.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述定子与所述转子铁芯之间沿径向的间隙为w1，且0.5mm≤w1≤0.7mm。6.根据权利要求5所述的转子铁芯，其特征在于，相邻的两个所述永磁体槽之间形成隔磁桥，所述隔磁桥的宽度为w2，且w1≤w2≤0.6
×
w1。7.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，所述定子与所述转子铁芯之间沿径向的间隙为w1，相邻的两个所述永磁体槽之间形成的隔磁桥的宽度为w2，且w1＝w2＝0.7mm。8.根据权利要求1所述的转子铁芯，其特征在于，每个所述转子冲片包括沿自身圆周方向间隔分布的六个所述永磁体槽，每相邻的两个所述永磁体槽之间对应设置有相对于极轴对称分布的一个所述隔磁孔。9.一种永磁电机，其特征在于，包括：转子，包括如权利要求1至8任一项所述的转子铁芯和设置于所述转子铁芯的多个永磁体槽内的多个永磁体；和定子，设置于所述转子的外周侧。10.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求9所述的永磁电机。
技术总结本申请涉及一种转子铁芯、永磁电机及压缩机，该转子铁芯设置于永磁电机的定子的内周侧，转子铁芯包括沿永磁电机的轴向层叠设置的多个转子冲片，每个转子冲片包括沿自身圆周方向间隔分布的多个永磁体槽，每相邻的两个永磁体槽之间对应设置有相对于极轴对称分布的隔磁孔，隔磁孔靠近对应的永磁体槽的末端设置且与永磁体槽连通，隔磁孔的中心与极轴之间的夹角为β，且9
技术研发人员：江胜军 赵旭敏
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：2022.09.13
技术公布日：2022/12/1
