CN103683562B - 一种直流电机、变频压缩机及全直流变频空调室外机 - Google Patents

Abstract

本发明适用于机电技术领域，提供了一种直流电机、变频压缩机及全直流变频空调室外机，所述直流电机包括定子，所述定子具有多个齿冠，各齿冠均设有凹槽。本发明于定子的齿冠开设凹槽，相当于增加定子槽数，如此增加了基本齿槽转矩次数，随着谐波次数增加,与之对应的磁势谐波与磁导谐波幅值随之减小,则齿槽转矩也减小，从而减小变频压缩机较低频率运行时的振动。因此，本直流电机广泛应用于各种变频压缩机及全直流变频空调室外机。

Description

一种直流电机、变频压缩机及全直流变频空调室外机

技术领域

本发明属于机电技术领域，尤其涉及一种直流电机、变频压缩机及全直流变频空调室外机。

背景技术

全直流变频空调是在普通空调的基础上选用强大的压缩机电机、室内风扇电机、室外风扇电机，变频专用压缩机，增加了全直流变频模块控制系统，它可以根据房间情况自动提供所需的冷（热）量；当室内温度达到期望值后，空调主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。转速直接影响到空调的使用效率，变频器就是用来控制和调整压缩机转速的控制系统，使之始终处于最佳的转速状态，从而提高能效比。全直流变频空调在低频持续运行时，不会产生像普通空调那样断断续续冲击性噪音，而且室内、外风扇电机可根据使用情况自动调至低速静音运行，实现室内低至20分贝、室外低至35分贝的超静音运行。全直流变频空调在节能和舒适性方面表现如此突出。然而现有变频压缩机较低频率运行时振动较大，特别是离压缩机中心较远的储液罐，与储液罐相连接的回气管由于储液罐剧烈振动传递，导致回气管也大位移振动产生疲劳断裂，导致整机性能下降。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种直流电机，旨在解决现有变频压缩机较低频率运行时振动较大的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种直流电机，包括定子，所述定子具有多个齿冠，各齿冠均设有凹槽。

本发明实施例的另一目的在于提供一种变频压缩机，所述变频压缩机采用上述直流电机。

本发明实施例的另一目的在于提供一种全直流变频空调室外机，所述全直流变频空调室外机采用上述变频压缩机。

本发明实施例于定子的齿冠开设凹槽，相当于增加定子槽数，如此增加了基本齿槽转矩次数，随着谐波次数增加,与之对应的磁势谐波与磁导谐波幅值随之减小,则齿槽转矩也减小，从而减小变频压缩机较低频率运行时的振动。因此，本直流电机广泛应用于各种变频压缩机及全直流变频空调室外机。

附图说明

图1是本发明实施例提供的直流电机的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的直流电机定子的结构示意图（横截面）；

图3是本发明实施例二提供的齿冠凹槽的结构示意图（横截面）；

图4是本发明实施例三提供的齿冠凹槽的结构示意图（横截面）；以及

图5是本发明实施例四提供的齿冠凹槽的结构示意图（横截面）。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当理解，直流电机振动引起变频压缩机振动，而直流电机振动系因为存在齿槽转矩。为此，需减小甚至消除齿槽转矩。直流电机中转子相对于定子运动，与永磁体对应的极弧部分的电枢齿与永磁体间的磁导基本保持不变，因此电枢齿周围的这些磁场也基本保持不变，而与永磁体的两侧面对应的一小段区域内，磁导变化非常大，引起磁场储能的变化，从而产生齿槽转矩，齿槽转矩T_cog可以定义为电机不通电时的磁场能量W相对于位置角θ的导数：

$W=\∫\frac{D(h_m+g)}{{4\mathrm{\μ}}_0}{B}^2\mathrm{dl}\mathrm{d\θ}---\left(2\right)$

B=Λ(θ)·F(θ₀,θ，l) （3）

$\mathrm{\Λ}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{h_m+g}---\left(4\right)$

式中，D为永磁同步定子直径，h_m为永磁体极化方向厚度，g为电机气隙长度,μ₀为真空磁导率，B为气隙磁密,它是气隙磁导Λ(θ)与气隙磁势F(θ₀,θ，l)相乘而得到；θ₀为某一指定的齿的中心线与某一指定的永磁体中心线的的初始角度，θ是永磁体相对某一指定的齿的中心线旋转的角度，l为轴向坐标。

将式（3）、（4）代入式（2）可得：

$W=\frac{D}{4}{\∫}_{-\frac{l}{2}}^{\frac{l}{2}}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}\mathrm{\Λ}\left(\mathrm{\θ}\right)\·F^2({\mathrm{\θ}}_0,\mathrm{\θ},l)\mathrm{dl}\mathrm{d\θ}---\left(5\right)$

对于永磁同步电机气隙磁导Λ(θ)傅里叶展开为：

$\mathrm{\Λ}\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Λ}}_k\cos \left(\mathrm{kQ\θ}\right)---\left(6\right)$

同步电机F²(θ₀,θ,l)傅里叶展开为：

$F^2({\mathrm{\θ}}_0,\mathrm{\θ},l)=\underset{v}{\mathrm{\Σ}}{f}_v\cos 2\mathrm{pv}(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_0)---\left(7\right)$

式(6)、(7)中，Q为电机定子槽数，p为电机极对数,k、v分别磁导谐波数和磁势谐波数，Λ_k为第k次磁导谐波幅值，f_v为第v次磁势谐波幅值。将式(6)、式(7)带入式(5)中后,可得齿槽转矩T_cog：

$T_{\mathrm{cog}}=-\frac{\mathrm{Dl}}{4}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Λ}}_n{f}_n{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}\cos \left(\mathrm{n\θ}\right)\cos (\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_0)\mathrm{d\θ}---\left(8\right)$

式中，n为齿槽转矩的次数，系Q与2p的公倍数，其基本齿槽转矩次数为Q与2p的最小公倍数，表示为LCM(Q,2p)。

由式(8)可知,只有相同次数的磁势谐波与磁导谐波才产生齿槽转矩,当在每个定子齿冠上开N个槽,相当电机定子槽数由Q增加为(N+1)Q,当LCM(2p,(N+1)Q)/LCM(2p,Q)≠1时，就增加了基本齿槽转矩次数，随着谐波次数的增加,与之对应的磁势谐波与磁导谐波幅值随之减小,则齿槽转矩也减小，从而减小变频压缩机较低频率运行时的振动。

以下列举若干实施例对本发明的实现进行详细描述。

实施例一

如图1、2所示，本发明实施例提供的直流电机包括壳体2以及设于所述壳体2内的定子1和转子3，其中所述定子1设绕组4，所述转子3与曲轴5配合连接。此处所述定子1具有多个齿冠11，各齿冠11均设有矩形凹槽12。如此相当于增加定子1槽数，进而增加了基本齿槽转矩次数，随着谐波次数增加,与之对应的磁势谐波与磁导谐波幅值随之减小,则齿槽转矩也减小，从而减小变频压缩机较低频率运行时的振动。因此，本直流电机广泛应用于各种变频压缩机。

本发明实施例中各齿冠11均设有多个矩形凹槽12，多个矩形凹槽12均布于相应齿冠11。实际上，限于齿冠11的宽度，一般选择开一个或两个矩形凹槽12。当LCM(2p,(N+1)Q)/LCM(2p,Q)≠1时，矩形凹槽数取m=1,2,…，由于谐波次数的增加，导致齿槽转矩减小。开矩形凹槽12时，令矩形凹槽12间隔相等，大小相同，且均匀分布在齿冠11上。齿槽转矩随着矩形凹槽12深度增加而减小，随着宽度增加先减小后增大，故矩形凹槽12宽度尽量与定子齿槽10宽度保持一致，矩形凹槽12深度要合适，太浅了效果不明显。但考虑到实际机械制造，使矩形凹槽12宽度为其深度的2~5倍。作为优选，矩形凹槽12宽度为定子齿槽10宽度的0.5~0.8倍，深度为定子齿槽10深度的0.2倍。其中，矩形凹槽12对原有定子齿槽10而言，起辅助作用。

以某变频压缩机一台直流6槽4对级电机为例进行分析，在定子齿冠11开矩形凹槽12数目N≠2m-1 m=1,2,…，即电机定子齿冠11上开矩形凹槽12数优选为偶数。假设直流电机定子齿冠11开一个或两个矩形凹槽12，齿冠11上所开矩形凹槽12与原有齿槽10的效果相当，以此计算，开一个矩形凹槽12相当于槽数增加一倍，齿槽转矩频率增加一倍；开两个矩形凹槽12，相当于槽数增加两倍，齿槽转矩频率增加两倍，齿槽转矩的幅值则相应下降。图2示出了齿冠11上所开两个矩形凹槽12，各矩形凹槽12宽度为2.5mm，深度为1mm。测试结果显示，开有矩形凹槽12的齿槽转矩与未开凹槽的齿槽转矩相比，其幅值从1.2N·m降低至0.2N·m，下降非常明显。

实施例二

与实施例一不同的是，本实施例中所述凹槽为半圆形凹槽15，如图3所示。

实施例三

与实施例一不同的是，本实施例中所述凹槽为三角形凹槽16，如图4所示。

实施例四

与实施例一不同的是，本实施例中所述凹槽为梯形凹槽17，如图5所示。

与现有全直流变频空调室外机相比，本发明实施例提供的全直流变频空调室外机由于采用前述变频压缩机，具有如下积极效果：

1、有效地降低全直流变频空调室外机的振动。采用前述直流电机后，变频压缩机的切向振动变小，特别在变频压缩机较低频率运行时，变频压缩机本体振动（该振动引起全直流变频空调室外机振动）大幅度减小，与之相连接的空调配管的振动亦减小。

2、有助于提高全直流变频空调室外机的能效。在变频压缩机低频振动问题有效解决后，使得全直流变频空调的运行频率可以在原有低频基础上再降低频率运行，更低的运行频率，使得整机功耗更小，有利于节能，提高空调能效。

总之，本直流电机能简单、有效地降低变频压缩机及全直流变频空调室外机振动，进而提高配管可靠性，对开拓全直流变频空调新的市场和巩固现有市场具有极为重要的意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流电机，包括定子，所述定子具有多个齿冠，其特征在于，各齿冠均设有凹槽；各所述齿冠的整个顶面呈圆弧状，所述凹槽设于所述顶面上；所述凹槽为矩形凹槽，所述矩形凹槽宽度为其深度的2～5倍；所述矩形凹槽宽度为定子齿槽宽度的0.5～0.8倍，深度为定子齿槽深度的0.2倍。

2.如权利要求1所述的直流电机，其特征在于，各齿冠均设有多个凹槽，多个凹槽均布于相应齿冠。

3.如权利要求2所述的直流电机，其特征在于，各齿冠凹槽数均为偶数。

4.如权利要求3所述的直流电机，其特征在于，各齿冠均设有两个凹槽，两个凹槽均布于相应齿冠。

5.如权利要求1～4中任一项所述的直流电机，其特征在于，所述矩形凹槽宽度为2.5mm，深度为1mm。

6.一种变频压缩机，其特征在于，所述变频压缩机采用如权利要求1～5中任一项所述的直流电机。

7.一种全直流变频空调室外机，其特征在于，所述全直流变频空调室外机采用如权利要求6所述的变频压缩机。