CN104798294A - 电机、定子和压缩机,以及制造它们的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造电动机的方法，包括使用冲模压制来生产第一多个和第二多个定子和转子叠片，由第一多个转子叠片形成第一转子，并且由第二多个转子叠片形成第二转子。第一多个和第二多个定子叠片具有相同的内部和外部直径。第一多个和第二多个转子叠片具有相同的内部和外部直径。第一多个转子叠片具有第一磁性槽缝结构，而第二多个转子叠片具有与第一磁性槽缝结构不同的第二磁性槽缝结构。第一转子和第二转子可具有相同或不同的堆叠高度。优选地，每个定子叠片的内部直径与外部直径的比率至少是60％。

Description

电机、定子和压缩机,以及制造它们的方法
技术领域
本公开涉及电机、定子和压缩机，以及制造它们的方法。
背景技术
本部分提供了涉及不一定是现有技术的本公开的背景信息。
电机通常包括称为定子的固定部件和称为转子的旋转部件。定子和转子通常通过堆叠称为叠片的多层电工级钢来形成。这些叠片可使用各种类型的冲模压制来生产。例如，级进冲模可被配置成生产用于特定电机设计的定子和转子叠片。随后，在级进冲模一些或所有阶段中的冲模可改变为配置级进冲模，来生产用于另一个电机设计的定子和转子叠片。
出于各种原因，用于具有密封应用的内部永久磁性的无刷永磁(BPM)电动机的已知定子的内部直径与外部直径的比率通常约55％或更小，而不大于％。
发明内容
本部分提供本公开的总体概述，并且不是其全部范围或全部其特征的全面公开。
根据本公开的一方面，提出制造电机的方法。该方法包括使用冲模压制来生产第一多个定子和转子叠片，使用冲模压制来生产第二多个定子和转子叠片，使用第一多个转子叠片来形成第一转子，并且使用第二多个转子叠片来形成第二转子。第一多个定子叠片和第二多个定子叠片具有相同的内部直径和相同的外部直径。第一多个转子叠片和第二多个转子叠片具有相同的内部直径和相同的外部直径。第一多个转子叠片具有第一磁性槽缝结构，而第二多个转子叠片具有与第一磁性槽缝结构不同的第二磁性槽缝结构。
根据本公开的另一方面，用于电机的定子包括定子芯体，该定子芯体具有限定定子芯体内部直径的内孔和限定定子芯体外部直径的外周部。定子芯体的内部直径与定子芯体的外部直径的比率大于或等于约百分之六十(60％)。
根据本公开的又一方面，用于电机的定子包括定子芯体，该定子芯体具有限定定子芯体内部直径的内孔和限定定子芯体外部直径的外周部。定子芯体的内部直径与定子芯体的外部直径的比率允许定子与具有包括第一磁性材料的永久磁体的转子一起使用，以实现大于或等于约92.5％的第一额定满负载效率，并且与具有包括与第一磁性材料不同的第二磁性材料的永久磁体的转子一起使用，以实现大于或等于约92.5％的第二额定满负载效率。
适用性的另外方面和领域将从在此提供的描述中显而易见。应当理解，本公开的各个方面可单独或与一个或多个其它方面组合来实现。同样应当理解，在此的描述和特定示例旨在仅说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于所选实施例而不是所有可能实施方式的说明目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1A是示出在冲模每个阶段中切割操作的级进冲模的顶视图。
图1B是随着它通过图1A的级进冲模级进的钢片顶视图，示出定子和转子叠片如何逐步形成。
图2是与图1A类似的顶视图，示出在级进冲模第二和第三阶段中的变化以改变在转子叠片中的磁性槽缝结构。
图3是根据本公开一个示例实施例的定子和转子叠片的顶视图。
图4是根据本公开另一个示例实施例的定子和转子叠片的顶视图。
图5是由具有在图3中示出的结构的多个转子叠片形成的转子侧视图。
图6是由具有在图4中示出的结构的多个转子叠片形成的转子侧视图。
图7是示出作为用于利用钕和铁氧体磁体的电动机的定子ID/OD比率函数的效率的曲线图。
图8是包括根据该公开另一个示例实施例的电动机的压缩机的正视剖面图。
具体实施方式
参考附图现将更全面地描述示例实施例。
提出示例实施例以使得本公开将是透彻的，并且将更全面地向本领域技术人员传达保护范围。阐述了许多具体细节，诸如具体部件、装置以及方法的示例，以提供本公开实施例的透彻理解。对于本领域技术人员明显的是不必利用具体细节，示例实施例可以以许多不同形式来实施并且都不应解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述熟知的过程、熟知的装置结构以及熟知的技术。
在此使用的术语仅是为了描述特定示例实施例，并不旨在限制性。如在此所使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”可旨在也包括复数形式，除非上下文中另外明确指示。术语“包括”、“含有”、“包含”以及“具有”是包括性的，并且因此指出存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或外加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。在此描述的方法步骤、过程以及操作不必解释为在讨论或示出的特定顺序中需要它们的性能，除非具体地识别为性能顺序。同样应该理解，可利用额外或替代步骤。
当元件或层被称为“在……上”、“接合到”、“连接到”或“耦接到”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上，接合、连接或耦接到另一元件或层上，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应该以类似的方式被解释(例如“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等可在此用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应由这些术语来限制。这些术语仅可用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。当在此使用时的诸如“第一”、“第二”和其它许多术语不意味着序列或顺序，除非通过上下文明确地指示。因此，在不背离示例实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
为便于描述，诸如“内部”、“外部”、“在……下方”、“在……之下”、“下方”、“在……之上”、“上方”等的空间相对术语可在此用于描述到另一元件或特征的一个元件或特征的关系，如附图中所示。空间相对术语可旨在涵盖除了附图中所示的取向之外的使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果在附图中的装置被翻转，描述为“在其它元件或特征之下”或“在其它元件或特征下方”的元件将然后取向为“在其它元件或特征之上”。因此，示例术语“在……之下”可涵盖“在……之上”和“在……之下”的取向两者。装置可以以另外方式被取向(在90度或在其它取向处旋转)并且因此解释在此使用的空间相对描述符。
根据本公开一个示例实施例的制造电动电机(包括电动机和发电机)制造方法现将参考图1-6来描述。在该特定示例中，通过具有多个切割阶段的级进冲模，用于电机的定子和转子叠片通过馈送一片电工级钢片(或另一种合适的材料)来产生。这一般在用于特定电机设计的图1A和图1B中示出。图1A示出在级进冲模每个阶段中的切割操作，而图1B示出定子和转子叠片如何逐步形成。
如在图1A中所示，每个转子叠片的内孔在级进冲模(在图1A的左侧上)的第一阶段中冲压。在第二阶段中，三个磁性槽缝在第一阶段中形成的内孔周围冲压。在级进冲模的第三阶段中，形成三个额外磁性槽缝。在第四阶段中，额外切割用于限定转子叠片的外周部。在过程中的该点处，完成转子叠片的形成，如在图1B中所示的，并且转子叠片与钢片分离。在第五阶段中，额外材料从钢片去除以限定定子叠片的内孔、槽缝和齿。在第六阶段中，额外切割用于限定定子叠片的外周部。在过程中的该点处，完成定子叠片的形成，如在图1B中所示的，并且定子叠片与钢片分离。
为了说明的目的，完整的转子叠片同样在图1B中的第五和第六阶段中示出。此外，工件(例如钢片)方向由在图1B中的箭头(即左到右)指示。
通过改变在级进冲模第二和第三阶段中的冲模(即磁性槽缝成形冲模)，可改变转子叠片的磁性槽缝结构。这一般在图2中示出。图2的顶部与图1A相同，并且示出在用于特定电机设计的级进冲模每个阶段中的切割操作。图2的底部示出在第二和第三阶段中的冲模改变之后，用于另一个电机设计而在级进冲模每个阶段中的切割操作。
图3示出通过在图2(和图1A)的顶部中示出的级进冲模结构产生的示例定子叠片302和示例转子叠片304。类似地，图4示出通过在图2的底部中示出的级进冲模结构产生的示例定子叠片402和示例转子叠片404。在图3和图4中示出的定子叠片302、402具有相同的内部直径、相同的外部直径和相同的总体结构。转子叠片304、404同样具有彼此相同的内部直径和相同的外部直径。
图5示出通过堆叠图3的多个转子叠片304所形成的转子500。类似地，图6示出通过堆叠图4的多个转子叠片所形成的转子600。
再次参考图3和图4，在图3的转子叠片304和图4的转子叠片404之间的该示例中的唯一不同是磁性槽缝结构。因为转子叠片304、404经由磁性槽缝限定相同数量的极和相同的极间距(即彼此分隔开六十度的总计六个极)，所以它们可与相同的定子叠片(即定子叠片302和定子叠片402)一起使用。可替代地，如果转子叠片304、404具有不同数量的极或不同的极间距，则它可以需要或希望改变在示例性级进冲模第五阶段中的冲模，因此定子叠片302、402具有可与由它们相关联转子叠片限定的极和极间距兼容的齿和槽缝结构。在该情况下，定子叠片302的齿和槽缝结构将与定子叠片402的齿和槽缝结构不同。
图3的转子叠片304具有六个梯形磁性槽缝306。相反，图4的转子叠片404具有六个弧形磁性槽缝406。在图4中的弧形磁性槽缝406的区域大于在图3中的梯形磁性槽缝306的区域。因此，弧形磁性槽缝406可保持比梯形磁性槽缝306更多的磁性材料。因此，转子叠片404(和转子600)可与比转子叠片304(和转子500)更弱的磁体(例如铁氧体磁体)一起使用，该转子叠片304可与例如钕磁体的更强磁体一起使用。
由转子叠片404(与转子叠片304相比)的磁性槽缝结构容纳的额外磁性材料可完全抵消使用更弱磁体的影响。在该情况下，转子500、600的堆叠高度可以相同，其中转子500、600产生相同水平的磁通。可替代地，如果由转子叠片404容纳的额外磁性材料不完全抵消使用更弱磁体的影响，则转子600的堆叠高度可比转子500的堆叠高度更大，如在图5和图6中所示的，因此转子500、600产生相同水平的磁通，并且可在具有相同或等同额定马力的电动机中使用，尽管使用不同的磁性材料。
可替代地，如果转子500、600的堆叠高度和磁通相同，则转子500、600可彼此互换，并且可与用于在具有相同或等同额定马力的电动机中使用的相同定子(即由在图3和图4中示出的定子叠片302和/或402形成)兼容。在该情况下，用于给定应用的转子500和转子600之间的选择可取决于当前价格和/或在转子500中利用的磁性材料和在转子600中利用的磁性材料的可用性。
如对于本领域技术人员明显的，本公开的教导并不限于转子极、定子槽缝或定子齿的特定数量、间距或取向，并且可例如适用于包括四个极、六个极、十二个极等的任何偶数数量的极的转子。类似地，本教导并不限于任何特定的叠片结构、极/槽缝结构、磁性槽缝结构或磁性材料，并且可使用各种各样的磁性形状和材料及其组合(即利用多个磁性槽缝形状和/或多个磁性材料的转子)来实现。
因为定子叠片302、402的内部直径和外部直径相同，并且转子叠片304、404的内部直径和外部直径相同，所以可产生各种电机设计而无需改变在压制中的所有冲模。在图2中示出的示例中，在级进冲模的仅两个阶段(即第二阶段和第三阶段)中的冲模可改变为转换从产生转子叠片304到转子叠片404的压制，或反之亦然。此外，如果转子叠片304、404具有不同数量的极或极间距，则仅一个额外冲模(即在第五阶段中)可被改变，因此定子叠片302、402可分别与转子叠片304、404兼容。在其它实施例中，仅可能需要改变一个冲模(即在级进冲模的仅一个阶段中，或在“单输出”冲模压制的唯一阶段中)以将冲模压制从一个机器设计转换到另一个机器设计。
图7示出相对于它们定子的内部直径与外部直径的比率的两个电动机设计的性能(即效率)。电动机设计中的一种设计使用具有钕磁体而在图3中示出的定子和转子结构，并且另一种电动机设计使用具有铁氧体磁体而在图4中示出的定子和转子结构。如在图7中所示，钕电动机的效率随着其定子ID/OD比率增加而降低。相反，铁氧体电动机的效率随着其定子ID/OD比率增加而增加。
许多电机应用要求百分之九十(90％)或更大的效率。因此，在此描述的各种定子的ID/OD比率优选是至少百分之六十(60％)，因此给定的定子可与例如利用钕磁体的转子或利用铁氧体磁体的转子一起使用，并且在两种情况下，实现至少92.5％的额定满负载效率。更优选地，定子ID/OD大于或等于约62％，并且最优选地大于或等于约65％。
本文的教导可适用于各种各样的电动机，包括具有表面安装和/或内部永久磁体和固定或可变速度的无刷永磁(BPM)电动机。一个优选应用是密封式电动机。例如，图8示出具有包括定子804和转子806的电动机802的制冷压缩机800。在此描述的各种电动机、定子和转子中的任一个可用作在图8的压缩机800中的电动机802、定子804或转子806。
已经提出本实施例的上述描述用于示出和描述的目的。其不旨在穷举或限制本公开。特定实施例的独立元件或特征一般不限于该特定实施例，但是在可适用的情况下，可以互换的并且可在所选择的实施例中使用，即使没有特别示出或描述。这同样可以以许多方式变化。这些变化不被视为本公开的背离，并且所有的这些修改旨在包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种方法，用于制造电机，所述方法包括：
使用冲模压制来生产第一多个定子和转子叠片，所述第一多个转子叠片具有第一磁性槽缝结构；
使用所述冲模压制来生产第二多个定子和转子叠片，所述第二多个定子叠片具有与所述第一多个定子叠片相同的内部直径和相同的外部直径，所述第二多个转子叠片具有与所述第一多个转子叠片相同的内部直径和相同的外部直径，所述第二多个转子叠片具有与所述第一磁性槽缝结构不同的第二磁性槽缝结构；
使用所述第一多个转子叠片来形成第一转子；以及
使用所述第二多个转子叠片来形成第二转子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一转子和所述第二转子具有不同的堆叠高度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括改变仅在生产所述第一多个定子和转子叠片与生产所述第二多个定子和转子叠片之间的冲模压制中的磁性槽缝成形冲模。
4.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述第一磁性槽缝结构限定与第二磁性槽缝结构相同数量的极和相同的极间距，以及其中所述第一多个定子叠片具有与所述第二多个定子叠片基本上相同的结构。
5.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述定子叠片的内部直径与所述定子叠片的外部直径的比率大于或等于约百分之六十(60％)。
6.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述第一转子包括包含第一磁性材料的永久磁体，而所述第二转子包括包含与所述第一磁性材料不同的第二磁性材料的永久磁体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一磁性材料是钕，而所述第二磁性材料是铁氧体。
8.一种定子，用于电机，所述定子包括：
定子芯体；
所述定子芯体具有限定所述定子芯体内部直径的内孔；
所述定子芯体具有限定所述定子芯体外部直径的外周部；
其中所述定子芯体的内部直径与所述定子芯体的外部直径的比率大于或等于约百分之六十(60％)。
9.根据权利要求8所述的定子，其中所述定子芯体的内部直径与所述定子芯体的外部直径的比率大于或等于约百分之六十二(62％)。
10.根据权利要求8所述的定子，其中所述定子芯体的内部直径与所述定子芯体的外部直径的比率大于或等于约百分之六十五(65％)。
11.根据任何前述权利要求所述的定子，其中所述定子可与钕磁体转子一起操作以实现大于或等于约92.5％的额定满负载效率，以及其中所述定子可与铁氧体磁体转子一起操作以实现大于或等于约92.5％的额定满负载效率。
12.一种电机，包括根据任何前述权利要求的转子和定子，所述转子包括具有铁氧体的一个或多个永久磁体。
13.一种电机，包括根据任何前述权利要求的转子和定子，所述转子包括具有钕的一个或多个永久磁体。
14.根据权利要求12或13所述的电机，其中所述转子具有至少四个极。
15.根据权利要求12或13所述的电机，其中所述转子具有至少六个极。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的电机，其中所述电机的额定满负载效率大于或等于约92.5％。
17.一种压缩机，包括根据权利要求12至16中任一项所述的电机。
18.一种定子，用于电机，所述定子包括：
定子芯体；
所述定子芯体具有限定所述定子芯体内部直径的内孔；
所述定子芯体具有限定所述定子芯体外部直径的外周部；
其中所述定子芯体的内部直径与所述定子芯体的外部直径的比率允许所述定子与具有包括第一磁性材料的永久磁体的转子一起使用，以实现大于或等于约92.5％的第一额定满负载效率，并且与具有包括与所述第一磁性材料不同的第二磁性材料的永久磁体的转子一起使用，以实现大于或等于约92.5％的第二额定满负载效率。
19.根据权利要求18所述的定子，其中所述第一磁性材料是铁氧体，而所述第二磁性材料是钕。
20.根据权利要求18或19所述的定子，其中所述第一额定满负载效率和所述第二额定满负载效率基本上相同。
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