CN107370257A - 一种永磁电机及压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁电机及压缩机。该永磁电机包括定子和转子，所述定子包括：定子铁芯；多个线圈组，每个所述线圈组包括多个绕制于定子凸齿上的线圈，每个所述线圈组具有由相同数量的接头组成的进线端和出线端；两个电机引线组，每个所述电机引线组具有多根用于连接所述线圈组的接头和电机控制电路的电机引线；其中，所述永磁电机由具有控制算法的逆变器提供电源输入，所述逆变器向所述永磁电机提供的端子间最大电压的有效值Um和所述电机线端子间空载反电势ke值满足：4≤Um/ke≤56，所述Um的单位为伏，所述ke的单位为伏/千转每分钟。本发明在兼顾高低频下的效率的同时，还可满足高频下电机的转矩输出能力。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁电机及压缩机。
背景技术
高速电机一直以来是电机领域的主要研究热点之一。主轴驱动、离心机、涡轮泵等很多场合均有高速电机的应用。
当电机输入功率、电磁负荷一定时，通过增大电机转速，可以实现电机的小型化，达到减小电机成本、减小电机占用空间、增大电机功率和转矩密度的目的。因此，在压缩机行业内，高速小型化迅速成为重要的研究热点方向之一。
通常情况下，高速电机主要指转速而言，但在实际设计中并不仅仅关注电机运行转速。因为，电机要单纯地达到高转速，从理论上看并不难。关键的问题是电机所提供的功率大小，即电机运行在高转速下时仍能保证一定的出力。经过高速化设计的电机，可以获得较低的反电势系数，电机可以在较宽泛的转速范围内稳定运行。但实际电机一旦制成，定子线圈组参数不能随意改变以满足电机的兼顾高低频效率和高速下输出规定转矩的需求。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种永磁电机，旨在解决现有技术中的永磁电机不能兼顾高低频效率的缺陷。
为实现上述目的，本发明提出的永磁电机，包括定子和转子，所述定子包括：
定子铁芯，所述定子铁芯具有多个沿其周向间隔设置的定子凸齿，相邻两个所述定子凸齿之间形成定子槽隙；
多个线圈组，每个所述线圈组包括多个绕制于所述定子凸齿上的线圈，每个所述线圈组具有由相同数量的接头组成的进线端和出线端；
两个电机引线组，每个所述电机引线组具有多根用于连接所述线圈组的接头和电机控制电路的电机引线，每个所述电机引线组中的电机引线总根数与所述线圈组的数量相等，每根所述电机引线与一个所述线圈组的一个进线端或一个出线端连接；
其中，所述永磁电机由具有控制算法的逆变器提供电源输入，所述逆变器向所述永磁电机提供的端子间最大电压的有效值Um和所述电机线端子间空载反电势ke值满足：4≤Um/ke≤56，所述Um的单位为伏，所述ke的单位为伏/千转每分钟。
优选地，所述永磁电机的最大功率Pm与所述Um满足：Pm/Um≤50，所述Pm的单位为瓦。
优选地，所述定子还包括插接件，多根所述电机引线通过所述插接件与电机控制电路插接。
优选地，所述插接件的数量为两个，每个所述线圈组包括进线接头和出线接头，两个所述插接件中的一个与连接所述进线接头的电机引线连接，另一个与连接所述出线接头的电机引线连接。
优选地，所述转子包括转子铁芯和磁性件，所述转子铁芯具有多个在周向间隔分布的插槽，每个所述插槽内埋设有所述磁性件。
优选地，所述转子包括转子铁芯和磁性件，所述磁性件为多个且为圆弧形结构，所述磁性件贴附于所述转子铁芯的外壁。
优选地，所述转子包括转子铁芯和磁性件，所述磁性件为圆筒结构且套设于所述转子铁芯的外壁。
优选地，所述永磁电机的额定转速大于或者等于6000转/分钟。
优选地，所述永磁电机的最大转速大于或者等于9000转/分钟。
本发明还提供一种压缩机，包括壳体和设置于壳体内的气缸及曲轴，所述曲轴一端与前述任一项的永磁电机的转子连接，所述曲轴另一端与所述气缸内的活塞连接。
本发明的技术方案中，永磁电机的定子包括定子铁芯、线圈组及两个电机引线组，每个所述电机引线组具有多根用于连接所述线圈组的接头和电机控制电路的电机引线，该永磁电机由具有控制算法的控制逆变器提供电源输入，所述逆变器向所述永磁电机提供的端子间最大电压的有效值Um和所述电机线端子间空载反电势ke值满足：4≤Um/ke≤56，所述Um的单位为伏，所述ke的单位为伏/千转每分钟。在前述应用范围内，本发明能有效地拓展电机的运行转速范围，并同时提升电机弱磁能力，在高频下显著降低铜线电流密度，减少电机发热量。本发明的电机额定转速及最大转速高，具有调速范围宽，高速小型化及电机效率高的优点。同时，定子线圈组参数可以改变，进而在兼顾高低频下的效率的同时，满足高频下电机的转矩输出能力。
进一步地，本发明能有效减小电机端部长度，减小成本，并能消除三次谐波相反电势或削弱由于相反电势的谐波所产生的附加环流损耗，从而提升电机性能。
此外，本发明的线圈组采用无中性点的连接方式，简化了线圈组与电机引线的连接工序。在保证电机相同电压电流特性的情况下，可适当减小线圈组的线圈直径，从而改善线圈组的制造性，降低线圈组的直材成本与制造成本，同时还可以减小集肤效应，降低线圈组的交流电阻，提升电机效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的永磁电机的结构示意图；
图2为本发明一实施例的定子部分的结构示意图；
图3为本发明一实施例的转子的结构示意图；
图4为本发明另一实施例的转子的结构示意图；
图5为本发明又一实施例的转子的结构示意图；
图6为本发明实施例的压缩机的结构示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种永磁电机。
请参照图1，本发明实施例提供的永磁电机，包括定子10和转子20，定子10包括定子铁芯101和线圈组，其中，定子铁芯101具有多个沿其周向间隔设置的定子凸齿101b，相邻两个定子凸齿101b之间形成定子槽隙101a；线圈组绕制于定子凸齿101b上且包括多个线圈组102。
应当清楚，每个线圈组102包括多个绕制于定子凸齿101b上的线圈，每个线圈组102具有由相同数量的接头102a组成的进线端和出线端。
该定子10还包括两个电机引线组，每个电机引线组具有多根用于连接线圈组102的接头102a和电机控制电路的电机引线103，每个电机引线组中的电机引线总根数与线圈组102的数量相等，每根电机引线103与一个线圈组102的一个进线端或一个出线端连接。
由于每根电机引线103与一个线圈组102的一个接头102a连接，因此，每个线圈组102的每个接头102a均与电机控制电路连接，从而使电机控制电路能够根据永磁电机的工作情况对电机中多个线圈组102的接线方式进行切换。例如：电机控制电路根据永磁电机的不同工作频率，控制线圈组在Y型接线方式与三角形接线方式之间进行切换，从而兼顾电机在高频和低频下的工作能效。
该实施例的永磁电机由具有控制算法的逆变器提供电源输入，逆变器向永磁电机提供的端子间最大电压的有效值Um和电机线端子间空载反电势ke值满足：4≤Um/ke≤56，所述Um的单位为伏，所述ke的单位为伏/千转每分钟。在该应用范围内，前述实施例能有效地拓展电机的运行转速范围，并同时提升电机弱磁能力，在高频下显著降低铜线电流密度，减少电机发热量。本发明的电机额定转速及最大转速高，具有调速范围宽，高速小型化及电机效率高的优点。同时，定子线圈组参数可以改变，进而在兼顾高低频下的效率的同时，满足高频下电机的转矩输出能力。
进一步地，本发明能有效减小电机端部长度，减小成本，并能消除三次谐波相反电势或削弱由于相反电势的谐波所产生的附加环流损耗，从而提升电机性能。
此外，本发明的线圈组102采用无中性点的连接方式，简化了线圈组102与电机引线103的连接工序。在保证电机相同电压电流特性的情况下，可适当减小线圈组102的线圈直径，从而改善线圈组102的制造性，降低线圈组102的直材成本与制造成本，同时还可以减小集肤效应，降低线圈组102的交流电阻，提升电机效率。
优选永磁电机的最大功率Pm与前述Um满足：Pm/Um≤50，其中Pm的单位为瓦。在该应用范围的基础上，能进一步满足电机的兼顾高低频效率和高速下输出规定转矩的需求。
为了快速方便的将多个电机引线103与电机控制电路的连接，本实施例中，定子10还可以包括插接件104，多根电机引线103通过一插接件104与电机控制电路插接。其中，该插接件104可以采用如图1所示的结构，也可以采用如图2所示的结构。
在图1所示的实施例中，插接件104的数量为两个，每个线圈组102包括进线接头和出线接头，两个插接件104中的一个与连接进线接头的电机引线103连接，另一个与连接出线接头的电机引线103连接。该插接件104为接线盒结构，与多根电机引线103的连接更加方便。
在图2所示的实施例中，插接件104的数量与电机引线103的数量相同，且插接件104与电机引线103一一对应连接。该插接件104为导电插片结构，成本较低。此外，在图5中还将电机引线103分为两组，与线圈组102的进线接头连接的分为一组，与线圈组102的出线接头连接的分为另一组。
线圈组的线圈组102数量根据电机的型号而定，例如：可以使电机引线103的总数量为六根，线圈组102的数量为三个，每个线圈组102具有两个接头102a，两个接头102a分别为进线接头和出线接头，从而使电机控制电路对电机的控制效果更好。
图3为本发明一实施例的转子20的结构示意图，转子20包括转子铁芯201和磁性件202，转子铁芯201具有多个在周向间隔分布的插槽，每个插槽内埋设有磁性件202。该实施例的转子磁极结构采用内置式，插槽周向贯通设置。此外转子铁芯201垂直于周向的横截面具有圆形外轮廓，能减小电机运转在高速下的风摩损耗，提升电机效率。同时，圆形外轮廓的转子冲片更便于制造。
图4为本发明另一实施例的转子20的结构示意图，转子20也包括转子铁芯201和磁性件202，与前述结构不同的是，磁性件202为多个且为圆弧形结构，磁性件202贴附于转子铁芯201的外壁。该实施例的转子磁极结构采用表贴式，磁性件202埋设在转子铁芯201的径向外周上，可以通过胶粘、捆扎、限位等方式进行固定。
图5为本发明又一实施例的转子20的结构示意图，转子20也包括转子铁芯201和磁性件202，与前述结构不同的是，磁性件202为圆筒结构且套设于转子铁芯201的外壁。该实施例的磁性件202为环形一体结构，便于制造，且在高速旋转下磁性件202不会脱出发生扫膛的风险。
本实施例中，当永磁电机的额定运行转速大于或等于6000转/分钟时，或者，当永磁电机的最大运行转速大于或等于9000转/分钟时，采用每根电机引线103与一个线圈组102的一个接头102a连接方案对电机的效率提升更高。
此外，请参阅图6，本发明还提供一种压缩机，该压缩机包括壳体30和设置于壳体30内的气缸50及曲轴40，曲轴40一端与前述实施例的永磁电机的转子20连接，曲轴40另一端与气缸50内的活塞60连接。通过转子20带动曲轴40转动，进而能带动活塞60伸缩移动。该压缩机还包括主轴承70和副轴承80，主轴承70和副轴承80分别自曲轴40的上端和下端套设在曲轴40上，并与气缸50的上下两端固定连接以对气缸50的压缩腔进行密封。
电机设置在壳体30的容纳腔31内，并可在容纳腔31的内壁上设置与电机的电机控制电路连接的接线端子，该接线端子与电机的插接件104对应插接，从而将电机引线103与电机控制电路电连接。通过采用上述实施例的电机，有利于显著提高压缩机运行在低频下的能效，提升压缩机的性价比。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种永磁电机，其特征在于，包括定子和转子，所述定子包括：
定子铁芯，所述定子铁芯具有多个沿其周向间隔设置的定子凸齿，相邻两个所述定子凸齿之间形成定子槽隙；
多个线圈组，每个所述线圈组包括多个绕制于所述定子凸齿上的线圈，每个所述线圈组具有由相同数量的接头组成的进线端和出线端；
两个电机引线组，每个所述电机引线组具有多根用于连接所述线圈组的接头和电机控制电路的电机引线，每个所述电机引线组中的电机引线总根数与所述线圈组的数量相等，每根所述电机引线与一个所述线圈组的一个进线端或一个出线端连接；
其中，所述电机由具有控制算法的逆变器提供电源输入，所述逆变器向所述永磁电机提供的端子间最大电压的有效值Um和所述电机线端子间空载反电势ke值满足：4≤Um/ke≤56，所述Um的单位为伏，所述ke的单位为伏/千转每分钟。
2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机的最大功率Pm与所述Um满足：Pm/Um≤50，所述Pm的单位为瓦。
3.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子还包括插接件，多根所述电机引线通过所述插接件与电机控制电路插接。
4.根据权利要求3所述的永磁电机，其特征在于，所述插接件的数量为两个，每个所述线圈组包括进线接头和出线接头，两个所述插接件中的一个与连接所述进线接头的电机引线连接，另一个与连接所述出线接头的电机引线连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子铁芯和磁性件，所述转子铁芯具有多个在周向间隔分布的插槽，每个所述插槽内埋设有所述磁性件。
6.根据权利要求1-4任一项所述的永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子铁芯和磁性件，所述磁性件为多个且为圆弧形结构，所述磁性件贴附于所述转子铁芯的外壁。
7.根据权利要求1-4任一项所述的永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子铁芯和磁性件，所述磁性件为圆筒结构且套设于所述转子铁芯的外壁。
8.根据权利要求1-4任一项所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机的额定转速大于或者等于6000转/分钟。
9.根据权利要求1-4任一项所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机的最大转速大于或者等于9000转/分钟。
10.一种压缩机，其特征在于，包括壳体和设置于壳体内的气缸及曲轴，所述曲轴一端与权利要求1-9任一项所述的永磁电机的转子连接，所述曲轴另一端与所述气缸内的活塞连接。
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