CN106505753B - 压缩机及其电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压缩机及其电机，所述电机包括：定子和转子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯由多个定子铁板叠置而成，且所述定子铁芯包括多个定子齿和多个定子槽，所述多个定子齿和多个定子槽沿周向相邻间隔分布，所述定子绕组缠绕在所述定子铁芯上；所述转子包括转子铁芯和设在所述转子铁芯上的多个转子磁铁件，所述转子铁芯由多个转子铁板叠置而成，所述多个转子磁铁件在所述转子铁芯的周向上间隔开分布；其中，所述电机的反电势系数Ke与所述电控系统的直流母线电压的最大值Udcmax之间的比值满足：0.05≤Ke/Udcmax≤0.2。根据本发明的电机，通过合理设计电机的反电势系数，使其与直流母线电压相匹配，从而大大提升了无电解电容电机的效率。

Description

压缩机及其电机
技术领域
本发明涉及电机制造技术领域，尤其是涉及一种压缩机及其电机。
背景技术
转子内埋设永久磁铁的无刷电动机因其较高的效率被广泛应用于空调压缩机等家电领域中。然而，在当前制造工艺的前提下，电机的效率很难进一步得到提升。特别在电控系统为了降成本考虑，以将电路系统的主电路中的大电解电容取消而采用小的薄膜电容替代时，电控系统输出的直流母线电压波形呈馒头波形状而非常规的直线状，从而对电机性能的发挥具有明显的约束作用。
在目前家电领域内，为了降低成本而采用无电解电容的电控系统驱动电机时，往往需要牺牲电机的效率，导致电机效率的降低。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电机，通过合理设计电机的反电势系数，使其与直流母线电压相匹配，从而大大提升了无电解电容电机的效率。
本发明的另一个目的在于提出一种具有上述电机的压缩机。
根据本发明第一方面实施例的电机，所述电机由无电解电容的电控系统驱动，所述电机包括定子和转子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯由多个定子铁板叠置而成，且所述定子铁芯包括多个定子齿和多个定子槽，所述多个定子齿和多个定子槽沿周向相邻间隔分布，所述定子绕组缠绕在所述定子铁芯上；所述转子包括转子铁芯和设在所述转子铁芯上的多个转子磁铁件，所述转子铁芯由多个转子铁板叠置而成，所述多个转子磁铁件在所述转子铁芯的周向上间隔开分布；其中，所述电机的反电势系数Ke与所述电控系统的直流母线电压的最大值Udcmax之间的比值满足：0.05≤Ke/Udcmax≤0.2。
根据本发明实施例的电机，通过合理设计电机的反电势系数，使之与电控系统的直流母线电压相匹配，例如使得电机的反电势系数Ke与直流母线电压的最大值Udcmax之间的比值满足0.05≤Ke/Udcmax≤0.2，较好地平衡电机在低速与高速的运行效率，从而大大提升了电机效率。
可选地，所述电机的反电势系数Ke与所述电控系统的直流母线电压的最大值Udcmax之间的比值进一步满足：0.1≤Ke/Udcmax≤0.18。
其中，所述直流母线电压的最大值Udcmax与最小值Udcmin之间满足：Udcmax/Udcmin≥2。
在本发明的一个实施例中，通过设计所述定子绕组的匝数和/或所述电机的磁通以调节所述电机的反电势系数Ke，以使所述电机的反电势系数Ke与所述直流母线电压相匹配。
可选地，所述定子铁板和所述转子铁板均由硅钢片制成。
具体地，所述转子铁芯上形成有用于容纳所述多个转子磁铁件的多个转子槽。
可选地，每个所述转子槽的形状为“一”字型、V型、U型或W型。
根据本发明第二方面实施例的压缩机，包括根据本发明上述第一方面实施例的电机。该压缩机可大大提升系统效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的电机的俯视图；
图2是图1中所示的电机的立体图；
图3是根据本发明一个实施例的电机效率随Ke/Udcmax的变化曲线图；
图4是根据本发明实施例的压缩机的方框示意图。
附图标记：
100：电机；200：压缩机；
1：定子；11：磁轭；12：定子齿；121：极靴；13：定子槽；
2：转子；21：转子铁芯；211：转子槽；22：转子磁铁件。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图来描述根据本发明第一方面实施例的电机100，电机100可以用于压缩机200中。其中，压缩机200可以为家用电器例如空调器的压缩机。
如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的电机100，包括定子1和转子2，其中，该电机100由无电解电容的电控系统驱动，即电控系统的主电路中大电解电容被取消，采用小电容例如薄膜电容代替，从而输出的直流母线电压波形呈馒头波形状，直流母线电压波动较大，例如，在本发明的一个实施例中，直流母线电压的最大值Udcmax与最小值Udcmin之间满足：Udcmax/Udcmin≥2，即直流母线电压的最大值是最小值的2倍以上。
由于无电解电容电机的直流母线电压波动较大，这样电机在高速时弱磁过深以及低速时由于反电势低，从而导致电机的运行电流变大，电流增大而引起电机的综合能效降低。
为解决无电解电容电机能效下降的问题，本申请的发明人经过不断调整电机设计参数和大量实验得出，通过合理设计电机的反电势系数，使其与直流母线电压相匹配，从而可改善电机低速运行时的电流和防止高速运行时弱磁过深，有效地改善了电机的综合能效。
其中，根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，定子1包括定子铁芯和定子绕组(图未示出)，定子绕组缠绕在定子铁芯上，定子铁芯由多个定子铁板叠置而成例如可由多个硅钢冲片叠压而成，且定子铁芯包括多个定子齿12和多个定子槽13，多个定子齿12和多个定子槽13沿周向相邻间隔分布。
具体而言，定子铁芯包括环状的磁轭11和多个定子齿12，磁轭11大体为圆环状，多个定子齿12彼此间隔开地设在磁轭11的内周壁上，且多个定子齿12优选等间距地配置在磁轭11的圆周方向上。其中，每个定子齿12可以由磁轭11的内周壁的一部分向内凸出形成。在每个定子齿12的内端具有沿圆周方向加宽的极靴121，换言之，极靴121的周向宽度可大于对应的定子齿12的周向宽度。这里，需要说明的是，方向“内”指的是朝向磁轭11中心的方向，其相反方向被定义为“外”，即远离磁轭11中心的方向。
每相邻的两个定子齿12之间限定出定子槽13，定子绕组穿过多个定子槽13缠绕在定子铁芯上。其中，定子绕组可以为一般被称作U、V、W相的三相绕线。
转子2包括转子铁芯21和设在转子铁芯21上的多个转子磁铁件22，多个转子磁铁件22在转子铁芯21的周向上间隔开分布，优选地，转子2以S极与N极隔开等间隔地交替配置在圆周方向上的方式将多个磁极数的转子磁铁件22保持在转子铁芯21的周向上。转子铁芯21由多个转子铁板叠置而成例如可由多个硅钢冲片叠压而成。可选地，每个转子磁铁件22为高剩磁的稀土磁铁，例如稀土磁铁可以采用烧结工艺制成。
转子2可以位于定子1的内侧，如图1和图2所示，转子铁芯21上形成有用于容纳多个转子磁铁件22的多个转子槽211，多个转子槽211沿转子铁芯21的周向间隔开分布，且多个转子槽211邻近转子铁芯21的外周壁设置。转子2以多个定子齿12与多个转子磁铁件22隔开规定的空隙相对的方式配置在定子1的内周侧。当然，转子2也可以位于定子1的外侧(图未示出)。
可选地，每个转子槽211的形状为“一”字型，如图1所示。当然，每个转子槽211的形状还可以为V型、U型或W型等。可以理解，转子槽211的具体形状可以根据实际要求具体设置，本发明对此不作具体限定。
具体地，在本发明的一个实施例中，定子铁板和转子铁板均可由硅钢片制成。
在本发明的实施例中，电机的反电势系数Ke与电控系统的直流母线电压的最大值Udcmax之间的比值满足：0.05≤Ke/Udcmax≤0.2，这样通过该设计约束，使得电机的反电势系数Ke与直流母线电压合理匹配，确保电机的综合性能得到有效发挥。其中，在电机设计参数中，与电机综合性能强相关的即是电机的反电势系数。
因此，根据本发明实施例的电机，通过合理设计电机的反电势系数，使之与电控系统的直流母线电压相匹配，例如使得电机的反电势系数Ke与直流母线电压的最大值Udcmax之间的比值满足0.05≤Ke/Udcmax≤0.2，较好地平衡电机在低速与高速的运行效率，从而大大提升了电机效率。
在本发明的一个实施例中，电机的反电势系数Ke与电控系统的直流母线电压的最大值Udcmax之间的比值进一步满足：0.1≤Ke/Udcmax≤0.18。
具体而言，由于本发明对应的电控系统电路无电解电容，输出的直流母线电压为波动较大的馒头波形状，因此为保证电机综合能效的发挥，需要优化电机设计参数，而电机设计参数中，与电机能效强相关的即反电势系数，所以本发明实施例中对反电势系数进行约束设计，使之与Udcmax的比值处于0.1至0.18之间，从而可以更好地改善无电解电容电控驱动所带来的电流增大问题，以平衡电机在低速与高速的运行效率，提升电机能效。
其中，如图3所示，当Ke/Udcmax>0.18或者Ke/Udcmax<0.1时，电机的综合能效呈现下降趋势，主要原因是采用新的无电解电容电控系统之后，由于直流母线电压的波动，电机在高速时弱磁过深及低速时由于反电势低导致运行电流过大，从而电流增大而引起综合能效下降。为了改善低速的电流及防止高速时弱磁过深，本发明通过对反电势系数的合理设计，使得Ke/Udcmax处于0.1至0.18之间时，可以有效地改善电机的能效。
因此，本发明通过对电机的反电势系数与直流母线电压的合理匹配设计，从而可得到高效性能的电机。
具体地，可通过设计定子绕组的匝数和/或电机的磁通以调节电机的反电势系数Ke，以使电机的反电势系数Ke与直流母线电压相匹配。
其中，电机的反电势系数Ke可根据以下公式计算得到：
Ke＝4.44*Kdp*N*FI*Kfi*P/60
其中，电机的反电势系数Ke的单位为V/Krpm；Kdp为绕组系数；N为定子绕组每相串联匝数；FI为电机的每极主磁通；Kfi为磁通波形系数；P为电机的极对数。
这样，通过设计定子绕组的匝数或改变电机的每极主磁通，都可改变电机的反电势系数Ke，而直流母线电压的最大值Udcmax一般保持不变，因此，通过设计电机的反电势系数Ke，就可使其满足关系式：0.1≤Ke/Udcmax≤0.18。
综上所述，在本发明的实施例中，通过合理设计电机的反电势系数，使其与直流母线电压相匹配，例如满足0.1≤Ke/Udcmax≤0.18，从而可以更好地改善无电解电容电控驱动所带来的电流增大问题，以平衡无电解电容电机在低速与高速的运行效率，提升电机能效。
此外，如图4所示，本发明的实施例还提出了一种压缩机200，其包括根据本发明上述第一方面实施例的电机100。其中，压缩机的类型可以根据实际需求而适应性改变，本发明对此不作特殊限定。
根据本发明实施例的压缩机的其他构成例如压缩机构(包括主轴承、气缸和副轴承等)等以及操作对于本领域技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
本发明实施例的压缩机，通过上述电机的优化设计，可更加高效稳定运行。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种电机，其特征在于，所述电机由无电解电容的电控系统驱动，所述电机包括定子和转子，
所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯由多个定子铁板叠置而成，且所述定子铁芯包括多个定子齿和多个定子槽，所述多个定子齿和多个定子槽沿周向相邻间隔分布，所述定子绕组缠绕在所述定子铁芯上；
所述转子包括转子铁芯和设在所述转子铁芯上的多个转子磁铁件，所述转子铁芯由多个转子铁板叠置而成，所述多个转子磁铁件在所述转子铁芯的周向上间隔开分布；
其中，所述电机的反电势系数Ke与所述电控系统的直流母线电压的最大值Udcmax之间的比值满足：0.05≤Ke/Udcmax≤0.2。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机的反电势系数Ke与所述电控系统的直流母线电压的最大值Udcmax之间的比值进一步满足：0.1≤Ke/Udcmax≤0.18。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述直流母线电压的最大值Udcmax与最小值Udcmin之间满足：Udcmax/Udcmin≥2。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，通过设计所述定子绕组的匝数或所述电机的磁通以调节所述电机的反电势系数Ke，以使所述电机的反电势系数Ke与所述直流母线电压相匹配。
5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子铁板和所述转子铁板均由硅钢片制成。
6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子铁芯上形成有用于容纳所述多个转子磁铁件的多个转子槽。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，每个所述转子槽的形状为“一”字型、V型、U型或W型。
8.一种压缩机，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的电机。
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