CN106816977A - 压缩机及其永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机领域，公开了一种压缩机及其永磁电机，所述永磁电机包括定子和转子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯包括沿所述定子的周向间隔分布的多个定子齿、相邻两个所述定子齿之间限定出的定子槽以及由所述多个定子齿的内端边缘限定出的转子容纳部，所述定子绕组设置于所述定子槽中，所述转子能够相对于所述定子旋转地设置于所述转子容纳部中，所述转子包括转子铁芯，所述转子铁芯上沿周向间隔地设置有多个磁体槽，所述转子还包括分别设置于所述多个磁体槽中的多个所述磁性件，所述转子的旋转中心与所述转子容纳部的外边缘之间的距离为Ris，所述转子的旋转中心与所述转子铁芯的外边缘之间的距离为Ror，0.9mm≤Ris‑Ror≤2.2mm。

Description

压缩机及其永磁电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体地涉及一种永磁电机以及具有该永磁电机的压缩机。

背景技术

在现有的旋转式压缩机用永磁同步电机中，为提高电机的能效，提升材料利用率，定子与转子之间的空气间隙通常设计的较小，但是当这种永磁电机用于高转速运行状态下时，受气隙磁场谐波以及装配所导致的转子静偏心等因素的影响，电机受到高频径向电磁力和单边电磁拉力的作用，导致其具有较大的振动和噪声。

因此，亟待设计一种振动噪声较小且适用于较高转速运行的永磁电机。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的永磁电机高速运转状态下振动噪声较大的问题，提供永磁电机，该永磁电机在高速状态下仍能保持较小的振动噪声，并且本发明还提供了一种具有所述永磁电机的压缩机。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种永磁电机，该永磁电机包括定子和转子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯包括沿所述定子的周向间隔分布的多个定子齿、相邻两个所述定子齿之间限定出的定子槽以及由所述多个定子齿的内端边缘限定出的转子容纳部，所述定子绕组设置于所述定子槽中，所述转子能够相对于所述定子旋转地设置于所述转子容纳部中，所述转子包括转子铁芯，所述转子铁芯上沿周向间隔地设置有多个磁体槽，所述转子还包括分别设置于所述多个磁体槽中的多个所述磁性件，所述转子的旋转中心与所述转子容纳部的外边缘之间的距离为Ris，所述转子的旋转中心与所述转子铁芯的外边缘之间的距离为Ror，0.9mm≤Ris-Ror≤2.2mm。

优选地，所述磁性件的延伸方向垂直于所述转子铁芯的径向，并且所述磁性件沿所述转子铁芯的径向的尺寸为hm，满足1.1×(Ris-Ror)≤hm≤5×(Ris-Ror)。

优选地，所述磁性件的剩余磁通密度为Br，满足Br≥1.3。

优选地，所述定子铁芯的外径为Ros，满足0.48≤Ris/Ros≤0.58，并且Ros≥40mm。

优选地，沿所述定子铁芯的径向，所述定子槽的外边缘与所述定子铁芯的外边缘之间的距离为Tsy，满足15mm≥Tsy≥8mm。

优选地，所述定子铁芯的轴向长度为Ls，满足50mm≤Ls≤90mm。

优选地，所述转子铁芯垂直于轴向的横截面具有圆形外边缘。

优选地，所述定子铁芯包括沿所述定子铁芯轴向堆叠的多个定子铁芯层，该定子铁芯层的厚度为hs，满足hs≤0.3mm；并且，所述转子铁芯包括沿所述转子铁芯轴向堆叠的多个转子铁芯层，该转子铁芯层的厚度为hr，满足hr≤0.3mm。

优选地，所述永磁电机的额定运行转速大于或者等于6000转/分钟，并且所述永磁电机的引出线端子之间的反电势有效值为E伏，当所述永磁电机的转速为n千转/分钟时，所述永磁电机的反电势常数Ke为E/n，满足7≤Ke≤36。

优选地，所述永磁电机的最大运行转速大于或者等于9000转/分钟。

本发明还提供了一种压缩机，所述压缩机包括根据本发明的永磁电机。

通过上述技术方案，对定子和转子之间的间隙Ris-Ror进行了优化设计，以通过对所述间隙Ris-Ror的调整来减小转子装配所产生的偏心量占间隙Ris-Ror的比例，有效减小径向电磁激振力和单边磁拉力，减小电磁噪声，削弱交轴电枢反应，抑制气隙磁场谐波，降低电机噪声，并同时降低附加损耗，提高永磁电机的性能。当本发明的永磁电机用于压缩机时，有效增大气态冷媒的流通面积，能够降低排气阀间歇排气所导致的湍流压力脉动，进而减小气流噪声。同时，本发明的永磁电机能够满足在较高转速下的电机转矩要求，并且导线电密度较小。本发明的永磁电机尤其适用在高转速运行状态下，其降低振动噪声、同时保证电机效率并合理控制制造成本的优势较为突出。

附图说明

图1是根据本发明的永磁电机的示意图，其中定子与转子相配合；

图2是图1的永磁电机中的定子的示意图；

图3是图1的永磁电机中的转子的示意图；

图4为具有不同Ris-Ror尺寸并且额定转速均为7200转/分钟的多个永磁电机在负载且转速为6000转/分钟时，不同电频率下定子铁芯表面的振动加速度的曲线图；

图5为图4中的具有不同Ris-Ror尺寸并且额定转速均为7200转/分钟的多个永磁电机在额定工况下(转速为7200转/分钟，转矩为6.9N·m)，励磁铁损耗和总铁损耗的曲线图；

图6为随着永磁电机的Ris-Ror尺寸变化，为保证气隙磁场基波幅值不变，通过增加磁铁厚度所带来的永磁电机的成本变化的曲线图；

图7为根据本发明的压缩机的示意图，该压缩机包括图1中示出的永磁电机。

附图标记说明

1定子

11定子齿 12定子槽

13定子绕组 14转子容纳部

2转子

21转子铁芯 22磁体槽

23磁性件

O转子的旋转中心

具体实施方式

在本发明中，需要理解的是，术语“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，也与实际使用的方位或位置关系相对应，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指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。

本发明提供了一种永磁电机，结合图1至图3，本发明的永磁电机包括定子1和转子2，所述定子1包括定子铁芯和定子绕组13，所述定子铁芯包括沿所述定子1的周向间隔分布的多个定子齿11、相邻两个所述定子齿11之间限定出的定子槽12以及由所述多个定子齿11的内端边缘限定出的转子容纳部14，所述定子绕组13设置于所述定子槽12中，所述转子2能够相对于所述定子1旋转地设置于所述转子容纳部14中，所述转子2包括转子铁芯21，所述转子铁芯21上沿周向间隔地设置有多个磁体槽22，所述转子2还包括分别设置于所述多个磁体槽22中的多个所述磁性件23，所述转子2的旋转中心O与所述转子容纳部14的外边缘之间的距离为Ris，所述转子2的旋转中心O与所述转子铁芯21的外边缘之间的距离为Ror，其特征在于，0.9mm≤Ris-Ror≤2.2mm。

在根据本发明的永磁电机中，对定子1和转子2之间的间隙Ris-Ror进行了优化设计，以通过对所述间隙Ris-Ror的调整来减小转子2装配所产生的偏摆量占间隙Ris-Ror的比例，有效减小单边磁拉力和离心力，减小电磁噪声和机械轴承噪声，削弱交轴电枢反应，抑制磁场的谐波，有效减少径向电磁激振力，降低电机噪声，并同时降低附加损耗，提高永磁电机的性能。当本发明的永磁电机用于压缩机时，有效增大气态冷媒的流通面积，能够降低排气阀间歇排气所导致的湍流压力脉动，进而减小气流噪声。同时，本发明的永磁电机能够满足在较高转速下的电机转矩要求，并且导线电密度较小。本发明的永磁电机尤其适用在高转速运行状态下，其降低振动噪声、同时保证电机效率并合理控制制造成本的优势较为突出。

其中，可以理解的是，所述转子2的旋转中心O与所述转子容纳部14的外边缘之间的距离Ris即转子2的旋转中心O与定子齿11的内端边缘之间的距离，定子齿11可以具有靴形结构，定子齿11的内端边缘指定子齿11朝向转子2的旋转中心O的一端的边缘。

并且，所述间隙Ris-Ror的具体数值可以根据实际要求(例如永磁电机的额定转速)调整设计，例如，Ris-Ror可以进一步满足：1.3mm≤Ris-Ror≤1.5mm，以获得更好的减小振动噪声并保证电机效率的效果。

优选地，沿所述定子铁芯的径向，所述定子槽12的外边缘与所述定子铁芯的外边缘之间的距离为Tsy，满足15mm≥Tsy≥8mm。其中，所述定子槽12的外边缘至所述定子槽12的沿背离转子2的旋转中心O的方向的边缘，这种情况下，定子1的轭部具有较厚的厚度，从而可以有效降低噪声，同时该厚度还能保证永磁电机具有足够的电机效率。

另外，优选地，所述定子铁芯的轴向长度为Ls，满足50mm≤Ls≤90mm，以通过设计较长的定子铁芯的轴向长度来降低噪声。

参见图1和图3，所述转子铁芯21垂直于轴向的横截面具有圆形外边缘，转子铁芯21的外边缘为平滑的圆形可以减小转动时的空气阻力，还可以减小定子1和转子2之间的间隙的不均匀性，降低转子产生的磁拉力，减小不平衡振动。

并且，可以理解的是，对于定子铁芯的由多个定子齿11的内端边缘限定出的内轮廓可以大致为圆柱形。

优选地，所述磁性件23的延伸方向垂直于所述转子铁芯21的径向，并且所述磁性件23沿所述转子铁芯21的径向的尺寸为hm，满足1.1×(Ris-Ror)≤hm≤5×(Ris-Ror)，以使得磁性件23具有足够大的能量以获得足够的转矩，并同时将高频谐波电磁场在定子1和转子2的铁芯中产生的涡流损耗控制在合适范围，保证电机效率。

进一步地，所述磁性件的剩余磁通密度为Br，可以满足Br≥1.3，以获得较大的能量密度，在合适磁体件23体积的条件下尽可能获得足够大转矩。

优选情况下，所述定子铁芯的外径为Ros，满足0.48≤Ris/Ros≤0.58，并且Ros≥40mm，以在保证转子2正常运转的同时使转子2具有充分尺寸的磁体槽22，进而可以容纳足够尺寸的磁性件23。

此外，所述定子铁芯包括沿所述定子铁芯轴向堆叠的多个定子铁芯层，该定子铁芯层的厚度为hs，满足hs≤0.3mm；并且，所述转子铁芯21包括沿所述转子铁芯21轴向堆叠的多个转子铁芯层，该转子铁芯层的厚度为hr，满足hr≤0.3mm，通过合理控制定子铁芯层和转子铁芯层的厚度可以在合理控制电机的制造成本的基础上有效减低涡流损耗，提高电机效率。

优选地，所述永磁电机的额定运行转速大于或者等于6000转/分钟，并且所述永磁电机的引出线端子之间的反电势有效值为E伏，当所述永磁电机的转速为n千转/分钟时，所述永磁电机的反电势常数Ke为E/n，满足7≤Ke≤36，以保证永磁电机获得电流。

进一步优选地，所述永磁电机的最大运行转速大于或者等于9000转/分钟。

本实施方式的永磁电机中，定子齿11和定子槽12均沿定子铁芯的周向等间隔地布置有多个，磁体槽22贯通转子铁芯21的轴向，并且沿转子铁芯21的周向等间隔地布置有多个。

根据本发明的另一方面，提供了一种压缩机，所述压缩机包括根据权利要求1-10中任意一项所述的永磁电机。

参见图4，具体地，本实施方式中的所述压缩机包括主轴承、副轴承以及设置于所述主轴承和所述副轴承之间的气缸，所述气缸中设置有活塞，所述压缩机还具有与所述活塞连接的曲轴，该曲轴装配在所述永磁电机的转子2的内孔中。所述永磁电机通过变频器与电源相连。

下面通过实施例详细说明本发明，但本发明不局限于此。

试验所用多个永磁电机的额定功率均为7200转/分钟，转矩均为6.9N·m，并均具有如图1至图3所示的结构，具体包括定子1和转子2，所述定子1包括定子铁芯和定子绕组13，所述定子铁芯包括沿所述定子1的周向间隔分布的多个定子齿11、相邻两个所述定子齿11之间限定出的定子槽12以及由所述多个定子齿11的内端边缘限定出的转子容纳部14，所述定子绕组13设置于所述定子槽12中，所述转子2能够相对于所述定子1旋转地设置于所述转子容纳部14中，所述转子2包括转子铁芯21，所述转子铁芯21上沿周向间隔地设置有多个磁体槽22，所述转子2还包括分别设置于所述多个磁体槽22中的多个所述磁性件23，所述转子2的旋转中心O与所述转子容纳部14的外边缘之间的距离为Ris，所述转子2的旋转中心O与所述转子铁芯21的外边缘之间的距离为Ror，并且，在试验中，所述多个永磁电机的Ris-Ror取值分别为：0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2.0mm和2.2mm。

通过西门子振动仪和西门子LMS软件进行试验测定，参见图4至图5，分别显示了上述多个永磁电机在负载且转速为6000转/分钟时不同电频率下定子铁芯表面的振动加速度的曲线图以及在额定工况下(转速为7200转/分钟，转矩为6.9N·m)励磁铁损耗和总铁损耗的曲线图。另外，图6显示了随着永磁电机的Ris-Ror尺寸变化，为保证气隙磁场基波幅值不变，通过增加磁铁厚度所带来的永磁电机的成本变化的曲线图。

通过图4和图5能够看出，随着Ris-Ror取值的增大，在各频段下，所述永磁电机定子的径向振动加速度逐渐减小，伴随着噪声降低，总铁损耗逐渐减小，Ris-Ror为1.5mm较0.9mm减小了24.3W，而励磁铁损耗变化较小，近似相等，这是由于通过增加磁铁厚度，使得气隙磁场的基波幅值近似一致；通过图6能够看出，随着Ris-Ror增大，永磁电机的成本增加明显，而在Ris-Ror大于2.2mm后，成本增加的影响远大于径向振动加速度减小和总铁损耗减小带来的优势，因此，Ris-Ror的取值最好小于或者等于2.2，而对于转速较高的永磁电机而言，根据一般需求，Ris-Ror的取值需要大于或者等于0.9mm后才能满足噪声和损耗的要求。

综合考虑径向振动加速度、总铁损耗和永磁电机的成本，Ris-Ror适宜取值0.9mm～2.2mm。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种永磁电机，该永磁电机包括定子(1)和转子(2)，所述定子(1)包括定子铁芯和定子绕组(13)，所述定子铁芯包括沿所述定子(1)的周向间隔分布的多个定子齿(11)、相邻两个所述定子齿(11)之间限定出的定子槽(12)以及由所述多个定子齿(11)的内端边缘限定出的转子容纳部(14)，所述定子绕组(13)设置于所述定子槽(12)中，所述转子(2)能够相对于所述定子(1)旋转地设置于所述转子容纳部(14)中，所述转子(2)包括转子铁芯(21)，所述转子铁芯(21)上沿周向间隔地设置有多个磁体槽(22)，所述转子(2)还包括分别设置于所述多个磁体槽(22)中的多个所述磁性件(23)，所述转子(2)的旋转中心(O)与所述转子容纳部(14)的外边缘之间的距离为Ris，所述转子(2)的旋转中心(O)与所述转子铁芯(21)的外边缘之间的距离为Ror，其特征在于，0.9mm≤Ris-Ror≤2.2mm。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述磁性件(23)的延伸方向垂直于所述转子铁芯(21)的径向，并且所述磁性件(23)沿所述转子铁芯(21)的径向的尺寸为hm，满足1.1×(Ris-Ror)≤hm≤5×(Ris-Ror)。

3.根据权利要求2所述的永磁电机，其特征在于，所述磁性件的剩余磁通密度为Br，满足Br≥1.3。

4.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯的外径为Ros，满足0.48≤Ris/Ros≤0.58，并且Ros≥40mm。

5.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，沿所述定子铁芯的径向，所述定子槽(12)的外边缘与所述定子铁芯的外边缘之间的距离为Tsy，满足15mm≥Tsy≥8mm。

6.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯的轴向长度为Ls，满足50mm≤Ls≤90mm。

7.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述转子铁芯(21)垂直于轴向的横截面具有圆形外边缘。

8.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子铁芯包括沿所述定子铁芯轴向堆叠的多个定子铁芯层，该定子铁芯层的厚度为hs，满足hs≤0.3mm；并且，所述转子铁芯(21)包括沿所述转子铁芯(21)轴向堆叠的多个转子铁芯层，该转子铁芯层的厚度为hr，满足hr≤0.3mm。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机的额定运行转速大于或者等于6000转/分钟，并且所述永磁电机的引出线端子之间的反电势有效值为E伏，当所述永磁电机的转速为n千转/分钟时，所述永磁电机的反电势常数Ke为E/n，满足7≤Ke≤36。

10.根据权利要求9所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机的最大运行转速大于或者等于9000转/分钟。

11.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机包括根据权利要求1-10中任意一项所述的永磁电机。