CN107317419A - 定子、电机、压缩机和制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子、电机、压缩机和制冷设备，包括定子铁芯和线圈绕组，所述定子铁芯设有沿周向均布的N个定子槽，所述线圈绕组包括对称布置的第一主绕组和第二主绕组以及对称布置的第一副绕组和第二副绕组，所述第一主绕组和第二主绕组分别包括N1层主绕组线圈，所述第一副绕组和第二副绕组分别包括N2层副绕组线圈，每层所述主绕组线圈或每层所述副绕组线圈均嵌于两个所述定子槽中，每个所述定子槽中嵌有单层线圈，且满足：N＝4×(N1+N2)。本发明中的主、副绕组在分别对称布置的情况下，限定一个定子槽有且仅放置单层线圈，在实现减少电机低阶次谐波的同时提高定子铁芯材料的利用率，节约了生产成本。

Description

定子、电机、压缩机和制冷设备

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，具体地，涉及一种定子、电机、压缩机和制冷设备。

背景技术

采用二极绕线结构的单相电机因可靠且性能优良而被广泛地应用在转速不可调节型的压缩机中。在现有技术中，当上述单相电机的定子槽较多时，常设置至少一层主绕组线圈和一层副绕组线圈共用一个定子槽的线圈绕组绕线结构，以防止电机在起动过程中于线圈绕组上感生出过高的谐波电势，尤其是低阶次的三次谐波电势和五次谐波电势，避免出现电机起动缓慢、噪声过大等情况。

但另一方面，采用了上述绕线结构的电机的定子槽填充率一般不高，会存在部分定子槽空置的情况，造成材料的浪费，增加了生产成本；且此时电机的绕组系数偏低，使得电机性能下降从而缺乏市场竞争力。

因此，对于采用了上述二极绕线结构的单相电机，工程界亟待对其作进一步的结构优化。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种定子、电机、压缩机和制冷设备，能减少电机起动过程中产生的三、五次谐波电势，提升电机的性能，同时能提高定子铁芯材料的利用率，节约生产成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种定子，包括定子铁芯和线圈绕组，所述定子铁芯设有沿周向均布的N个定子槽，所述线圈绕组包括对称布置的第一主绕组和第二主绕组以及对称布置的第一副绕组和第二副绕组，所述第一主绕组和第二主绕组分别包括N1层主绕组线圈，所述第一副绕组和第二副绕组分别包括N2层副绕组线圈，每层所述主绕组线圈或每层所述副绕组线圈均嵌于两个所述定子槽中，每个所述定子槽中嵌有单层线圈，且满足：N＝4×(N1+N2)。

优选地，N1≥N2≥2。

优选地，所述定子铁芯设有沿周向均布的20个定子槽，所述第一主绕组和第二主绕组分别包括3层主绕组线圈，所述第一副绕组和第二副绕组分别包括2层副绕组线圈。

优选地，所述定子槽包括沿周向等间隔依次布置的第一定子槽至第二十定子槽；所述第一主绕组包括第一层主绕组线圈、第二层主绕组线圈和第三层主绕组线圈，所述第二主绕组包括第四层主绕组线圈、第五层主绕组线圈和第六层主绕组线圈；

其中，所述第一层主绕组线圈嵌于第一定子槽和第十定子槽中，所述第二层主绕组线圈嵌于第二定子槽和第九定子槽中，所述第三层主绕组线圈嵌于第三定子槽和第八定子槽中，所述第四层主绕组线圈嵌于第十一定子槽和第二十定子槽中，所述第五层主绕组线圈嵌于第十二定子槽和第十九定子槽中，所述第六层主绕组线圈嵌于第十三定子槽和第十八定子槽中。

优选地，所述第一副绕组包括第一层副绕组线圈和第二层副绕组线圈，所述第二副绕组包括第三层副绕组线圈和第四层副绕组线圈；

其中，所述第一层副绕组线圈嵌于第五定子槽和第十六定子槽中，所述第二层副绕组线圈嵌于第四定子槽和第十七定子槽中，所述第三层副绕组线圈嵌于第六定子槽和第十五定子槽中，所述第四层副绕组线圈嵌于第七定子槽和第十四定子槽中。

优选地，所述定子铁芯的外径D为：80mm≤D≤125mm。

优选地，所述第一主绕组或第二主绕组中的N1层所述主绕组线圈的横截面面积之和大于所述第一副绕组或第二副绕组中的N2层所述副绕组线圈的横截面面积之和。

优选地，N1＞N2。

优选地，所述定子槽中嵌设的所述单层线圈的横截面为圆形或方形。

优选地，所述第一主绕组与第二主绕组关于主绕组径向对称线对称布置，所述第一副绕组与第二副绕组关于副绕组径向对称线对称布置，所述主绕组径向对称线与副绕组径向对称线垂直。

此外，本发明还提供了一种包括所述定子的电机。

此外，本发明还提供了一种包括所述电机的压缩机。

此外，本发明还提供了一种包括所述压缩机的制冷设备。

通过上述技术方案，本发明对电机的定子结构进行了优化，使主、副绕组在分别对称布置的情况下，限定一个定子槽有且仅放置单层线圈，在实现减少电机低阶次谐波的同时提高定子铁芯材料的利用率，节约了生产成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为具体实施方式中设有20个定子槽的定子的俯视图；

图2为具体实施方式中设有28个定子槽的定子的俯视图。

附图标记说明：

1：定子铁芯；

21：第一主绕组；22：第二主绕组；

31：第一副绕组；32：第二副绕组；

4：主绕组径向对称线；5：副绕组径向对称线；

S1～S28：第一定子槽至第二十八定子槽；

m1～m8：第一层主绕组线圈至第八层主绕组线圈；

a1～a6：第一层副绕组线圈至第六层副绕组线圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种定子，包括定子铁芯1和线圈绕组，定子铁芯1设有沿周向均布的N个定子槽，线圈绕组包括对称布置的第一主绕组21和第二主绕组22以及对称布置的第一副绕组31和第二副绕组32，第一主绕组21和第二主绕组22分别包括N1层主绕组线圈，第一副绕组31和第二副绕组32分别包括N2层副绕组线圈，每层主绕组线圈或每层副绕组线圈均嵌于两个定子槽中，每个定子槽中嵌有单层线圈，且满足：N＝4×(N1+N2)。

需要说明，上述第一主绕组21中跨过定子槽数最多的一层主绕组线圈所在的两个定子槽与第二主绕组22中跨过定子槽数最多的一层主绕组线圈所在的两个定子槽是对应地相邻布置的；同样地，上述第一副绕组31中跨过定子槽数最多的一层副绕组线圈所在的两个定子槽与第二副绕组32中跨过定子槽数最多的一层副绕组线圈所在的两个定子槽也是对应地相邻布置的。

上述定子结构中，在主、副绕组分别对称布置的情况下，限定一个定子槽只能放置单层线圈，避免出现多个主、副绕组线圈层叠于一个定子槽的绕线方式，且由于限定定子槽与主、副绕组线圈满足关系式：N＝4×(N1+N2)，进一步确保所有定子槽中均有放置线圈，提高了定子铁芯材料的利用率，节约了生产成本。

具体地，上述定子的主绕组线圈与副绕组线圈满足：N1≥N2≥2。也就是说，第一主绕组21或第二主绕组22中主绕组线圈的层数始终大于等于第一副绕组31或第二副绕组32中副绕组线圈的层数，且主绕组线圈和副绕组线圈的层数均不能小于2层。

如图1所示，将上述定子的定子槽个数设为20个，第一主绕组21和第二主绕组22分别包括3层主绕组线圈，第一副绕组31和第二副绕组32分别包括2层副绕组线圈。定子铁芯1由多块厚度为0.1～1.5mm的电磁钢板冲裁成规定的形状并通过铆接或焊接等方式沿周向层叠而成。

此时第一主绕组21和第二主绕组22的主绕组线圈层数N1等于3，第一副绕组31和第二副绕组32的副绕组线圈层数N2等于2，定子槽个数N＝4×(3+2)＝20，因此上述定子结构中的每个定子槽有且只放置了单层线圈，定子铁芯材料的利用率较高。

具体地，上述定子槽包括沿周向等间隔依次布置的第一定子槽S1至第二十定子槽S20；第一主绕组21包括第一层主绕组线圈m1、第二层主绕组线圈m2和第三层主绕组线圈m3，第二主绕组22包括第四层主绕组线圈m4、第五层主绕组线圈m5和第六层主绕组线圈m6。

其中，第一层主绕组线圈m1嵌于第一定子槽S1和第十定子槽S10中，第二层主绕组线圈m2嵌于第二定子槽S2和第九定子槽S9中，第三层主绕组线圈m3嵌于第三定子槽S3和第八定子槽S8中，第四层主绕组线圈m4嵌于第十一定子槽S11和第二十定子槽S20中，第五层主绕组线圈m5嵌于第十二定子槽S12和第十九定子槽S19中，第六层主绕组线圈m6嵌于第十三定子槽S13和第十八定子S18槽中。

由上述可知，第一层主绕组线圈m1和第四层主绕组线圈m4的定子槽间距均为9个，第二层主绕组线圈m2和第五层主绕组线圈m5的定子槽间距均为7个，第三层主绕组线圈m3和第六层主绕组线圈m6的定子槽间距均为5个。

更具体地，上述定子结构满足N1＞N2，进一步地设第一层主绕组线圈m1至第六层主绕组线圈m6的线圈根数均为58根，且第一层副绕组线圈a1至第四层副绕组线圈a4的线圈根数均为65根。

当上述主绕组接通单相交变电源时，会感生出谐波电势，具体如下：

第一层主绕组线圈m1和第四层主绕组线圈m4对应的基波绕组系数为b11，b11＝sin{1*(9/10)*(π/2)}≈0.9877；

第一层主绕组线圈m1和第四层主绕组线圈m4对应的3次谐波绕组系数为t11，t11＝sin{3*(9/10)*(π/2)}≈-0.8910；

第一层主绕组线圈m1和第四层主绕组线圈m4对应的5次谐波绕组系数为f11，f11＝sin{5*(9/10)*(π/2)}≈0.7071。

第二层主绕组线圈m2和第五层主绕组线圈m5对应的基波绕组系数为b12，b12＝sin{1*(7/10)*(π/2)}≈0.8910；

第二层主绕组线圈m2和第五层主绕组线圈m5对应的3次谐波绕组系数t12，t12＝sin{3*(7/10)*(π/2)}≈-0.1564；

第二层主绕组线圈m2和第五层主绕组线圈m5对应的5次谐波绕组系数f12，f12＝sin{5*(7/10)*(π/2)}≈-0.7071。

第三层主绕组线圈m3和第六层主绕组线圈m6对应的基波绕组系数为b13，b13＝sin{1*(5/10)*(π/2)}≈0.7071；

第三层主绕组线圈m3和第六层主绕组线圈m6对应的3次谐波绕组系数t13，t13＝sin{3*(5/10)*(π/2)}≈0.7071；

第三层主绕组线圈m3和第六层主绕组线圈m6对应的5次谐波绕组系数f13，f13＝sin{5*(5/10)*(π/2)}≈-0.7071。

主绕组的合计基波绕组系数为b1，则：

b1＝(58*0.9877+58*0.8910+58*0.7071)/(58+58+58)≈0.8619；

主绕组的合计3次谐波绕组系数为t1，则：

t1＝{58*(-0.8910)+58*(-0.1564)+58*0.7071}/(58+58+58)≈-0.1134；

主绕组的合计5次谐波绕组系数为f1，则：

f1＝{58*(0.7071)+58*(-0.7071)+58*(-0.7071)}/(58+58+58)≈-0.2357。

通过上述数据，可以进一步计算得到主绕组的3、5次谐波绕组磁势，即：

主绕组的合计3次谐波绕组磁势为Ft1，且：

Ft1＝|-0.1134/(3*0.8619)|*100％≈4.39％；

主绕组的合计5次谐波绕组磁势为Ff1，且:

Ff1＝|-0.2357/(5*0.8619)|*100％≈5.46％。

另外，具有20个定子槽的上述定子的第一副绕组31包括第一层副绕组线圈a1和第二层副绕组线圈a2，第二副绕组32包括第三层副绕组线圈a3和第四层副绕组线圈a4。

其中，第一层副绕组线圈a1嵌于第五定子槽S5和第十六定子槽S16中，第二层副绕组线圈a2嵌于第四定子槽S4和第十七定子槽S17中，第三层副绕组线圈a3嵌于第六定子槽S6和第十五定子槽S15中，第四层副绕组线圈a4嵌于第七定子槽S7和第十四定子槽S14中。

由上述可知，第一层副绕组线圈a1和第三层副绕组线圈a3的定子槽间距均为9个，第二层副绕组线圈a2和第四层副绕组线圈a4的定子槽间距均为7个。

同样地，当上述副绕组接通单相交变电源时，也会感生出谐波电势，具体如下：

第一层副绕组线圈a1和第三层副绕组线圈a3对应的基波绕组系数为b21，b21＝sin{1*(9/10)*(π/2)}≈0.9877；

第一层副绕组线圈a1和第三层副绕组线圈a3对应的3次谐波绕组系数为t21，t21＝sin{3*(9/10)*(π/2)}≈-0.8910；

第一层副绕组线圈a1和第三层副绕组线圈a3对应的5次谐波绕组系数为f21，f21＝sin{5*(9/10)*(π/2)}≈0.7071。

第二层副绕组线圈a2和第四层主绕组线圈a4对应的基波绕组系数为b22，b22＝sin{1*(7/10)*(π/2)}≈0.8910；

第二层副绕组线圈a2和第四层主绕组线圈a4对应的3次谐波绕组系数t22，t22＝sin{3*(7/10)*(π/2)}≈-0.1564；

第二层副绕组线圈a2和第四层主绕组线圈a4对应的5次谐波绕组系数f22，f22＝sin{5*(7/10)*(π/2)}≈-0.7071。

副绕组的合计基波绕组系数为b2，则：

b2＝(65*0.9877+65*0.8910)/(65+65)≈0.9393；

副绕组的合计3次谐波绕组系数为t2，则：

t2＝(65*(-0.8910)+65*(-0.1564))/(65+65)≈-0.5237；

副绕组的合计5次谐波绕组系数为f2，则：

f2＝(65*(0.7071)+65*(-0.7071))/(65+65)≈0。

通过上述数据，可以进一步计算得到副绕组的3、5次谐波绕组磁势，即：

副绕组的合计3次谐波绕组磁势为Ft2，且：

Ft2＝|-0.5237/(3*0.9393)|*100％≈18.58％；

副绕组的合计5次谐波绕组磁势为Ff2，且:

Ff2＝|0/(5*0.9393)|*100％≈0％。

将上述计算结果汇总如下表所示：

从上表可知，该定子的主绕组中的各绕组线圈在接通单相交变电源时产生的合计3次谐波绕组磁势约为4.39％，产生的合计5次谐波绕组磁势约为5.46％，相对于一般技术而言，其产生的总谐波磁势较低，3次、5次谐波转矩相对较小。另一方面，虽然副绕组中产生的合计3次谐波绕组磁势较高，但由于单相电机中的副绕组串接有分相电容器，分相电容器对该3次谐波有一定的削弱作用，因此副绕组中产生的总谐波磁势也较低，其相应产生的谐波转矩也较小。可见，上述定子结构能在充分利用定子槽的同时减少低阶次谐波电势的产生，确保电机能顺畅快速地起动。

优选地，对于本发明中具有20个定子槽的上述定子，其定子铁芯1的外径D应满足：80mm≤D≤125mm。

通过将定子铁芯的外径限定在上述取值范围，相当于限定了定子的整体尺寸，使电机在满足降谐波且充分利用其定子槽的情况下，最大化电机的功率密度，进一步降低生产成本。

更具体地，本发明中定子的第一主绕组21或第二主绕组22中的N1层主绕组线圈的横截面面积之和大于第一副绕组31或第二副绕组32中的N2层副绕组线圈的横截面面积之和。

例如，对于具有20个定子槽的上述定子，设其单根主绕组线圈的直径为Фa1，Фa1＝0.85mm，且设单根副绕组线圈的直径为Фb1，Фb1＝0.8mm。容易得到，其第一主绕组21或第二主绕组22中的3层主绕组线圈的横截面面积之和与第一副绕组31或第二副绕组32中的2层副绕组线圈的横截面面积之和的比值k1，即：

k1＝((58+58+58)*0.85*0.85)/((65+65)*0.8*0.8)≈1.51≥1。

此时，具有20个定子槽的上述定子满足上述要求。

另外，如图2所示，将上述定子的定子槽个数设为28个，且第一主绕组21和第二主绕组22分别包括4层主绕组线圈，第一副绕组31和第二副绕组32分别包括3层副绕组线圈。定子铁芯1由多块厚度为0.1～1.5mm的电磁钢板冲裁成规定的形状并通过铆接或焊接等方式沿周向层叠而成。

此时第一主绕组21和第二主绕组22的主绕组线圈层数N1等于4，第一副绕组31和第二副绕组32的副绕组线圈层数N2等于3，定子槽个数N＝4×(4+3)＝28，因此上述定子结构中的每个定子槽有且只放置了单层线圈，定子铁芯材料的利用率较高。

具体地，上述定子槽包括沿周向等间隔依次布置的第一定子槽S1至第二十八定子槽S28；第一主绕组21包括第一层主绕组线圈m1、第二层主绕组线圈m2、第三层主绕组线圈m3和第四层主绕组线圈m4，第二主绕组22包括第五层主绕组线圈m5、第六层主绕组线圈m6、第七层主绕组线圈m7和第八层主绕组线圈m8。

其中，第一层主绕组线圈m1嵌于第一定子槽S1和第十四定子槽S14中，第二层主绕组线圈m2嵌于第二定子槽S2和第十三定子槽S13中，第三层主绕组线圈m3嵌于第三定子槽S3和第十二定子槽S12中，第四层主绕组线圈m4嵌于第四定子槽S4和第十一定子槽S11中，第五层主绕组线圈m5嵌于第十五定子槽S15和第二十八定子槽S28中，第六层主绕组线圈m6嵌于第十六定子槽S16和第二十七定子槽S27中，第七层主绕组线圈m7嵌于第十七定子槽S17和第二十六定子槽S26中，第八层主绕组线圈m8嵌于第十八定子槽S18和第二十五定子槽S25中。

由上述可知，第一层主绕组线圈m1和第五层主绕组线圈m5的定子槽间距均为13个，第二层主绕组线圈m2和第六层主绕组线圈m6的定子槽间距均为11个，第三层主绕组线圈m3和第七层主绕组线圈m7的定子槽间距均为9个，第四层主绕组线圈m4和第八层主绕组线圈m8的定子槽间距均为7个。

更具体地，上述定子结构满足N1＞N2，进一步地设第一层主绕组线圈m1至第八层主绕组线圈m8的线圈根数均为43根，且第一层副绕组线圈a1至第六层副绕组线圈a6的线圈根数均为44根。

当上述主绕组接通单相交变电源时，会感生出谐波电势，具体如下：

第一层主绕组线圈m1和第五层主绕组线圈m5对应的基波绕组系数为b31，b31＝sin{1*(13/14)*(π/2)}≈0.9937；

第一层主绕组线圈m1和第五层主绕组线圈m5对应的3次谐波绕组系数为t31，t31＝sin{3*(13/14)*(π/2)}≈-0.9439；

第一层主绕组线圈m1和第五层主绕组线圈m5对应的5次谐波绕组系数为f31，f31＝sin{5*(13/14)*(π/2)}≈0.8467。

第二层主绕组线圈m2和第六层主绕组线圈m6对应的基波绕组系数为b32，b32＝sin{1*(11/14)*(π/2)}≈0.9439；

第二层主绕组线圈m2和第六层主绕组线圈m6对应的3次谐波绕组系数t32，t32＝sin{3*(11/14)*(π/2)}≈-0.5320；

第二层主绕组线圈m2和第六层主绕组线圈m6对应的5次谐波绕组系数f32，f32＝sin{5*(11/14)*(π/2)}≈-0.1120。

第三层主绕组线圈m3和第七层主绕组线圈m7对应的基波绕组系数为b33，b33＝sin{1*(9/14)*(π/2)}≈0.8467；

第三层主绕组线圈m3和第七层主绕组线圈m7对应的3次谐波绕组系数t33，t33＝sin{3*(9/14)*(π/2)}≈0.1120；

第三层主绕组线圈m3和第七层主绕组线圈m7对应的5次谐波绕组系数f33，f33＝sin{5*(9/14)*(π/2)}≈-0.9439。

第四层主绕组线圈m4和第八层主绕组线圈m8对应的基波绕组系数为b34，b34＝sin{1*(7/14)*(π/2)}≈0.7071；

第四层主绕组线圈m4和第八层主绕组线圈m8对应的3次谐波绕组系数t34，t34＝sin{3*(7/14)*(π/2)}≈0.7071；

第四层主绕组线圈m4和第八层主绕组线圈m8对应的5次谐波绕组系数f34，f34＝sin{5*(7/14)*(π/2)}≈-0.7071。

主绕组的合计基波绕组系数为b3，则：

b3＝(43*0.9937+43*0.9439+43*0.8467+43*0.7071)/(43+43+43+43)≈0.8729；

主绕组的合计3次谐波绕组系数为t3，则：

t3＝{43*(-0.9439)+43*(-0.5320)+43*0.1120+43*0.7071}/(43+43+43+43)≈-0.1642；

主绕组的合计5次谐波绕组系数为f3，则：

f3＝{43*(0.8467)+43*(-0.1120)+43*(-0.9439)+43*(-0.7071)}/(43+43+43+43)≈-0.2291。

通过上述数据，可以进一步计算得到主绕组的3、5次谐波绕组磁势，即：

主绕组的合计3次谐波绕组磁势为Ft3，且：

Ft3＝|-0.1642/(3*0.8729)|*100％≈6.27％；

主绕组的合计5次谐波绕组磁势为Ff3，且:

Ff3＝|-0.2291/(5*0.8729)|*100％≈5.25％。

另外，具有28个定子槽的上述定子的第一副绕组31包括第一层副绕组线圈a1、第二层副绕组线圈a2和第三层副绕组线圈a3，第二副绕组32包括第四层副绕组线圈a4、第五层副绕组线圈a5和第六层副绕组线圈a6；

其中，第一层副绕组线圈a1嵌于第七定子槽S7和第二十二定子槽S22中，第二层副绕组线圈a2嵌于第六定子槽S6和第二十三定子槽S23中，第三层副绕组线圈a3嵌于第五定子槽S5和第二十四定子槽S24中，第四层副绕组线圈a4嵌于第八定子槽S8和第二十一定子槽S21中，第五层副绕组线圈a5嵌于第九定子槽S9和第二十定子槽S20中，第六层副绕组线圈a6嵌于第十定子槽S10和第十九定子槽S19中。

由上述可知，第一层副绕组线圈a1和第四层副绕组线圈a4的定子槽间距均为13个，第二层副绕组线圈a2和第五层副绕组线圈a5的定子槽间距均为11个，第三层副绕组线圈a3和第六层副绕组线圈a6的定子槽间距均为9个。

同样地，当上述副绕组接通单相交变电源时，也会感生出谐波电势，具体如下：

第一层副绕组线圈a1和第四层副绕组线圈a4对应的基波绕组系数为b41，b41＝sin{1*(13/14)*(π/2)}≈0.9937；

第一层副绕组线圈a1和第四层副绕组线圈a4对应的3次谐波绕组系数为t41，t41＝sin{3*(13/14)*(π/2)}≈-0.9439；

第一层副绕组线圈a1和第四层副绕组线圈a4对应的5次谐波绕组系数为f41，f41＝sin{5*(13/14)*(π/2)}≈0.8467。

第二层副绕组线圈a2和第五层主绕组线圈a5对应的基波绕组系数为b42，b42＝sin{1*(11/14)*(π/2)}≈0.9439；

第二层副绕组线圈a2和第五层主绕组线圈a5对应的3次谐波绕组系数t42，t42＝sin{3*(11/14)*(π/2)}≈-0.5320；

第二层副绕组线圈a2和第五层主绕组线圈a5对应的5次谐波绕组系数f42，f42＝sin{5*(11/14)*(π/2)}≈-0.1120。

第三层副绕组线圈a3和第六层主绕组线圈a6对应的基波绕组系数为b43，b43＝sin{1*(9/14)*(π/2)}≈0.8467；

第三层副绕组线圈a3和第六层主绕组线圈a6对应的3次谐波绕组系数t43，t43＝sin{3*(9/14)*(π/2)}≈0.1120；

第三层副绕组线圈a3和第六层主绕组线圈a6对应的5次谐波绕组系数f43，f43＝sin{5*(9/14)*(π/2)}≈-0.9439。

副绕组的合计基波绕组系数为b4，则：

b4＝(44*0.9937+65*0.9439+44*0.8467)/(44+44+44)≈0.9281；

副绕组的合计3次谐波绕组系数为t4，则：

t4＝(44*(-0.9439)+44*(-0.5320)+44*0.1120)/(44+44+44)≈-0.4546；

副绕组的合计5次谐波绕组系数为f4，则：

f4＝(44*(0.8467)+44*(-0.1120)+44*(-0.9439))/(44+44+44)≈-0.0697；

通过上述数据，可以进一步计算得到副绕组的3、5次谐波绕组磁势，即：

副绕组的合计3次谐波绕组磁势为Ft4，且：

Ft4＝|-0.4546/(3*0.9281)|*100％≈16.33％；

副绕组的合计5次谐波绕组磁势为Ff4，且:

Ff4＝|-0.0697/(5*0.9281)|*100％≈1.50％。

将上述计算结果汇总如下表所示：

从上表可知，该定子的主绕组中的各绕组线圈在接通单相交变电源时产生的合计3次谐波绕组磁势约为6.27％，产生的合计5次谐波绕组磁势约为5.25％，相对于一般技术而言，其产生的总谐波磁势较低，3次、5次谐波转矩相对较小。另一方面，虽然副绕组中产生的合计3次谐波绕组磁势较高，但由于单相电机中的副绕组串接有分相电容器，分相电容器对该3次谐波有一定的削弱作用，因此副绕组中产生的总谐波磁势也较低，其相应产生的谐波转矩也较小。可见，上述定子结构能在充分利用定子槽的同时减少低阶次谐波电势的产生，确保电机能顺畅快速地起动。

优选地，对于本发明中具有28个定子槽的上述定子，其定子铁芯1的外径D应满足：120mm≤D≤160mm。

通过将定子铁芯的外径限定在上述取值范围，相当于限定了定子的整体尺寸，使电机在满足降谐波且充分利用其定子槽的情况下，最大化电机的功率密度，进一步降低生产成本。

更具体地，本发明中定子的第一主绕组21或第二主绕组22中的N1层主绕组线圈的横截面面积之和大于第一副绕组31或第二副绕组32中的N2层副绕组线圈的横截面面积之和。

例如，对于具有28个定子槽的上述定子，设其单根主绕组线圈的直径为Фa2，Фa2＝0.85mm，且设单根副绕组线圈的直径为Фb2，Фb2＝0.825mm。容易得到，其第一主绕组21或第二主绕组22中的4层主绕组线圈的横截面面积之和与第一副绕组31或第二副绕组32中的3层副绕组线圈的横截面面积之和的比值k2，即：

k2＝((43+43+43+43)*0.85*0.85)/((44+44+44)*0.825*0.825)≈1.38≥1。

此时，具有28个定子槽的上述定子满足上述要求。

具体地，上述所有定子槽中嵌设的单层线圈的横截面可以为圆形或方形。

具体地，上述所有定子的第一主绕组21与第二主绕组22关于主绕组径向对称线4对称布置，第一副绕组31与第二副绕组32关于副绕组径向对称线5对称布置，主绕组径向对称线4与副绕组径向对称线5垂直。也就是说，主、副绕组之间是通过相互垂直的绕线方式布置的，加上电容器的分相作用，能确保电机在接通电源时在定子附近产生完整的旋转磁场，从而使电机转动。

在上述定子的优化结构的基础上，本发明还提供了一种电机，其包括上述定子。通过采用上述定子，可以减少电机运行过程中产生的低阶次谐波，提高电机的性能，以及节约电机的生产成本。

本发明还提供了一种压缩机，包括上述的电机，通过采用该电机，可以提高压缩机的整体性能。

同样地，本发明还提供了一种制冷设备，包括上述的压缩机，通过采用该压缩机，也可以提高制冷设备的整体性能。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，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，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过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。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种定子，包括定子铁芯(1)和线圈绕组，所述定子铁芯(1)设有沿周向均布的N个定子槽，其特征在于，所述线圈绕组包括对称布置的第一主绕组(21)和第二主绕组(22)以及对称布置的第一副绕组(31)和第二副绕组(32)，所述第一主绕组(21)和第二主绕组(22)分别包括N1层主绕组线圈，所述第一副绕组(31)和第二副绕组(32)分别包括N2层副绕组线圈，每层所述主绕组线圈或每层所述副绕组线圈均嵌于两个所述定子槽中，每个所述定子槽中嵌有单层线圈，且满足：N＝4×(N1+N2)。

2.根据权利要求1所述定子，其特征在于，N1≥N2≥2。

3.根据权利要求1所述定子，其特征在于，所述定子铁芯(1)设有沿周向均布的20个定子槽，所述第一主绕组(21)和第二主绕组(22)分别包括3层主绕组线圈，所述第一副绕组(31)和第二副绕组(32)分别包括2层副绕组线圈。

4.根据权利要求3所述定子，其特征在于，所述定子槽包括沿周向等间隔依次布置的第一定子槽(S1)至第二十定子槽(S20)；所述第一主绕组(21)包括第一层主绕组线圈(m1)、第二层主绕组线圈(m2)和第三层主绕组线圈(m3)，所述第二主绕组(22)包括第四层主绕组线圈(m4)、第五层主绕组线圈(m5)和第六层主绕组线圈(m6)；

其中，所述第一层主绕组线圈(m1)嵌于第一定子槽(S1)和第十定子槽(S10)中，所述第二层主绕组线圈(m2)嵌于第二定子槽(S2)和第九定子槽(S9)中，所述第三层主绕组线圈(m3)嵌于第三定子槽(S3)和第八定子槽(S8)中，所述第四层主绕组线圈(m4)嵌于第十一定子槽(S11)和第二十定子槽(S20)中，所述第五层主绕组线圈(m5)嵌于第十二定子槽(S12)和第十九定子槽(S19)中，所述第六层主绕组线圈(m6)嵌于第十三定子槽(S13)和第十八定子(S18)槽中。

5.根据权利要求4所述定子，其特征在于，所述第一副绕组(31)包括第一层副绕组线圈(a1)和第二层副绕组线圈(a2)，所述第二副绕组(32)包括第三层副绕组线圈(a3)和第四层副绕组线圈(a4)；

其中，所述第一层副绕组线圈(a1)嵌于第五定子槽(S5)和第十六定子槽(S16)中，所述第二层副绕组线圈(a2)嵌于第四定子槽(S4)和第十七定子槽(S17)中，所述第三层副绕组线圈(a3)嵌于第六定子槽(S6)和第十五定子槽(S15)中，所述第四层副绕组线圈(a4)嵌于第七定子槽(S7)和第十四定子槽(S14)中。

6.根据权利要求3所述定子，其特征在于，所述定子铁芯(1)的外径D为：80mm≤D≤125mm。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述定子，其特征在于，所述第一主绕组(21)或第二主绕组(22)中的N1层所述主绕组线圈的横截面面积之和大于所述第一副绕组(31)或第二副绕组(32)中的N2层所述副绕组线圈的横截面面积之和。

8.根据权利要求7所述定子，其特征在于，N1＞N2。

9.根据权利要求7所述定子，其特征在于，所述定子槽中嵌设的所述单层线圈的横截面为圆形或方形。

10.根据权利要求1所述定子，其特征在于，所述第一主绕组(21)与第二主绕组(22)关于主绕组径向对称线(4)对称布置，所述第一副绕组(31)与第二副绕组(32)关于副绕组径向对称线(5)对称布置，所述主绕组径向对称线(4)与副绕组径向对称线(5)垂直。

11.一种电机，其特征在于，所述电机包括权利要求1～10中任一项所述的定子。

12.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机包括权利要求11所述的电机。

13.一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备包括权利要求12所述的压缩机。