CN107425685B - 电机及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机及压缩机。该电机包括转子铁芯以及安装在转子铁芯上的磁石。磁石为圆弧状结构，圆弧状结构包括间隔的内表面和外表面。内表面为与转子铁芯相适配第一弧面形，外表面包括第二弧面形的弧面段以及连接在弧面段两端的切面段。应用本发明的技术方案，磁石为圆弧状结构，其内表面为与转子铁芯相适配第一弧面形，这样内表面可以与转子铁芯更好地贴合，保证电机的气隙均匀，进而保证电机的性能。与此同时，外表面还包括连接在弧面段两端的切面段，通过切面段可以减小磁石的制造材料，降低气隙谐波含量达到减振降噪的目的，还可以解决气隙磁密正弦化的难题。

Description

电机及压缩机

技术领域

本发明涉及家电技术领域，具体而言，涉及一种电机及压缩机。

背景技术

永磁同步电机广泛应用于各行各业，对永磁同步电机的研究也日趋成熟。电机在性能、转速范围、噪音、驱动力、节约成本、特殊场合方面都取得了很多的成就。表贴式永磁电机，有着极弧系数高，出力大的优势。

在专利号为CN103368299的专利文献中公布了一种钕铁硼磁石的表贴式的永磁电机转子磁极结构的技术方案。在该技术方案中，通过将磁石设计成梯形结构，两边切去锐角，达到节约磁石成本、降低气隙谐波含量达到减振降噪的目的。

在该技术方案中，由于磁石由矩形块的永磁体的切割形成，其与转子铁芯的贴合效果较难以统一，进而造成电机气隙不均匀。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电机及压缩机，以解决现有技术中由于电机气隙不均匀的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电机，包括转子铁芯以及安装在转子铁芯上的磁石，磁石为圆弧状结构，圆弧状结构包括间隔的内表面和外表面，内表面为与转子铁芯相适配第一弧面形，外表面包括第二弧面形的弧面段以及连接在弧面段两端的切面段。

进一步地，磁石为多个，多个磁石相间隔地设置在转子铁芯上，相邻磁石之间通过定位凸台定位。

进一步地，电机还包括定子铁芯，定子铁芯上开设有安装孔，转子铁芯可转动地安装在安装孔内。

进一步地，安装孔的内壁上开设有多个定子极靴，多个定子极靴沿内壁的圆周方向等间隔地设置。

进一步地，第一弧面形的内表面的轴心与第二弧面形的弧面段的轴心同心设置。

进一步地，弧面段的弓长为K1，相邻两个定子极靴的相邻端壁之间的间距为K2，相邻两个磁石的弧面段的相邻端之间的间距为K3，每个定子极靴的两个相邻端壁之间的间距为K4，K2≤K1<K2+K4，K3>(K2+K4)/2。

进一步地，内表面与弧面段之间的厚度为H1，弧面段与安装孔的内壁之间的气隙宽度为D1，8*D1<H1<14*D1。

进一步地，内表面和外表面之间厚度不恒定。

进一步地，第一弧面形的内表面的轴心与第二弧面形的弧面段的轴心与磁石的竖直中心线共面。

进一步地，弧面段的弓长为K1，相邻两个定子极靴的相邻端壁之间的间距为K2，每个定子极靴的两个相邻端壁之间的间距为K4，K2<K1<K2+K4。

进一步地，弧面段的端部的切面与切面段之间的夹角为J1，10°<J1<20°。

进一步地，磁石的磁力线方向与磁石的竖直中心线平行。

进一步地，磁石的两端处的磁力线方向与磁石的竖直中心线之间的误差偏角为J2，J2<8°。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种压缩机，包括电机，电机为上述的电机。

应用本发明的技术方案，磁石为圆弧状结构，其内表面为与转子铁芯相适配第一弧面形，这样内表面可以与转子铁芯更好地贴合，保证电机的气隙均匀，进而保证电机的性能。与此同时，外表面还包括连接在弧面段两端的切面段，通过切面段可以减小磁石的制造材料，降低气隙谐波含量达到减振降噪的目的，还可以解决气隙磁密正弦化的难题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的电机的实施例的剖视结构示意图；

图2示出了图1的电机的磁石的结构示意图；

图3示出了图2的磁石采用平行充磁时的结构示意图；

图4示出了图2的磁石采用径向充磁时的结构示意图；

图5示出了根据本发明的电机的另一种实施方式的磁石的结构示意图；

图6示出了采用切边设计结构的实际测试结果图；

图7示出了采用方波结构的实际测试结果图；

图8示出了采用切边设计结构、方波设计结构以及完全正弦化结构的谐波含量对比图；

图9示出了采用径向充磁的反电势波形的测试结果图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、转子铁芯；11、定位凸台；20、磁石；21、内表面；22、外表面；221、弧面段；222、切面段；30、定子铁芯；31、安装孔；32、定子极靴。

具体实施方式

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

图1和图2示出了本发明的电机的实施例，该电机包括转子铁芯10以及安装在转子铁芯10上的磁石20。磁石20为圆弧状结构，圆弧状结构包括间隔的内表面21和外表面22。内表面21为与转子铁芯10相适配第一弧面形，外表面22包括第二弧面形的弧面段221以及连接在弧面段221两端的切面段222。

应用本实施例的技术方案，磁石20为圆弧状结构，其内表面21为与转子铁芯10相适配第一弧面形，这样内表面21可以与转子铁芯10更好地贴合，保证电机的气隙均匀，进而保证电机的性能。与此同时，外表面22还包括连接在弧面段221两端的切面段222，通过切面段222可以减小磁石的制造材料，降低气隙谐波含量达到减振降噪的目的，还可以解决气隙磁密正弦化的难题。

如图1所示，作为一种可选的实施方式，磁石20为多个，多个磁石20相间隔地设置在转子铁芯10上，相邻磁石20之间通过定位凸台11定位。通过定位凸台11可以稳定地定位磁石20在转子铁芯10上的位置。

作为一种可选的实施方式，电机还包括定子铁芯30，定子铁芯30上开设有安装孔31，转子铁芯10可转动地安装在安装孔31内。使用时，转子铁芯10与定子铁芯30通过磁力配合转动。可选的，安装孔31的内壁上开设有多个定子极靴32，多个定子极靴32沿内壁的圆周方向等间隔地设置。采用磁石20切边，定子极靴32不切边的方式，实现电机气隙磁密正弦化显著提高，降低齿槽转矩、转矩脉动，显著提升控制器驱动稳定性。

如图2所示，在本实施例中，第一弧面形的内表面21的轴心与第二弧面形的弧面段221的轴心同心设置，即磁石20所在的弧面段221区域内的厚度是恒定的。

如图1和图2所示，在本实施例中，弧面段221的弓长为K1，相邻两个定子极靴32的相邻端壁之间的间距为K2，相邻两个磁石20的弧面段221的相邻端之间的间距为K3，每个定子极靴32的两个相邻端壁之间的间距为K4。通过实验分析，当K2≤K1<K2+K4以及K3>(K2+K4)/2时，可以使得电机性能达到最优。

作为一种优选的实施方式，如图1和图2所示，内表面21与弧面段221之间的厚度为H1，弧面段221与安装孔31的内壁之间的气隙宽度为D1，8*D1<H1<14*D1。采用该厚度的磁石20，可以在降低磁石2成本的同时，还不牺牲电机的输出能力。

如图2所示，为了既保证磁石20可以降低气隙谐波含量，又保证磁石20可以让电机提供足够的输出力，弧面段221的端部的切面与切面段222之间的夹角为J1，10°<J1<20°。

作为一种可选的实施方式，如图3所示，磁石20的磁力线方向与磁石20的竖直中心线平行。在对磁石20充磁时，选择平行充磁。通过平行充磁，可极大的提升K1宽度内的磁力线密度，充分发挥平行充磁方向磁石主要部分的内磁势。

因实际应用中，充磁方向可能较难做到完全的平行充磁。如图3所示，磁石20的两端处的磁力线方向与磁石20的竖直中心线之间的误差偏角为J2，应当对J2进行控制，以保证上述的性能。优选的，J2<8°。

作为另一种可选的实施方式，如图4所示，也可以选择径向充磁的方式来对磁石20进行充磁。

本发明还提供了另一种电机的实施例，该实施例和上述实施例的区别在于，内表面21和外表面22之间厚度不恒定。磁石20采用切边不等厚的设计，可以保证磁石20的磁性不下降，进而保证电机的输出力能力。作为一种可选的实施方式，如图5所示，第一弧面形的内表面21的轴心与第二弧面形的弧面段221的轴心与磁石20的竖直中心线共面，即磁石20的厚度从左向右先增大再减小。

为了在不降低转矩输出能力的同时，还能降低反电势中的谐波。在该实施例中，弧面段221的弓长为K1，相邻两个定子极靴32的相邻端壁之间的间距为K2，每个定子极靴32的两个相邻端壁之间的间距为K4，K2<K1<K2+K4。

对于本发明的电机实验如下：

1、气隙磁密正弦度显著改善，满足驱动稳定性的效果。

切边设计的实际测试结果如图6所示，方波结构的实际测试结果如图7所示，仿真结果如图8所示，需要说明的是，

(1)在分析正弦度对驱动运行的影响时，一直没有较为权威的判定界限。经分析，正弦度达到一定的程度，控制器驱动就已经能够很好的使用。且有些谐波含量是有利于转矩输出的。

(2)上图采用的是平行充磁，所以方波方案与实测结果差异很大，表贴式的方案大多采用先贴磁石后充磁的方式，所以磁石的磁场方向更倾向于径向充磁的结果。

图9示出了采用径向充磁的反电势波形的测试结果图。

采用径向充磁和平行充磁的反电势谐波分析如下表a所示。(仿真结果)

倍频	径向充磁方波设计	平行充磁方波设计	平行充磁磁石切边
				5	15.35％	5.49％	0.25％
7	7.96％	0.56％	1.81％
				11	2.12％	2.10％	0.16％
13	0.61％	2.00％	0.60％
				15	0.06％	0.06％	0.06％
17	0.62％	1.70％	1.36％
				19	0.54％	0.97％	0.44％
21	0.14％	0.14％	0.15％

表a

即实际做出来的方波方案的谐波含量是很高的(测试14.44％仿真15.35％)，不利于驱动。

2、转矩输出能力不下降，相比方波，单位电流出力能力不下降。(仿真结果)

表b

由上表b可知，该运行状态是2000rpm(转每分钟)，0.3A(安培)状态下。转矩波动仅具有对比意义，不具备绝对意义，即切边设计的转矩波动12.54％远低于径向充磁的方波设计的38.83％。

转矩输出同比(考虑磁石消耗)，其出力能力没有下降。而采用偏心的设计，其转矩输出下降达到12％，不利于性能开发，也不利于材料利用。

3、磁石材料利用率高，有利于降低电机成本。采用较少的磁石就能产生较大的出力。

4、磁石粘结、转子安装工艺难度降低。磁石采用同心圆设计，电机气隙大部分是均匀的，在磁石黏贴、转子安装过程中，具有较好的工艺性。

本发明还提供了一种压缩机，该压缩机包括电机，电机为上述的电机。采用上述电机的压缩机可以在降低制造陈本的同时，还可以保证压缩机的运行性能。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电机，包括转子铁芯(10)以及安装在所述转子铁芯(10)上的磁石(20)，其特征在于，所述磁石(20)为圆弧状结构，所述圆弧状结构包括间隔的内表面(21)和外表面(22)，所述内表面(21)为与所述转子铁芯(10)相适配第一弧面形，所述外表面(22)包括第二弧面形的弧面段(221)以及连接在所述弧面段(221)两端的切面段(222)；

所述电机还包括定子铁芯(30)，所述定子铁芯(30)上开设有安装孔(31)；

所述安装孔(31)的内壁上开设有多个定子极靴(32)，多个所述定子极靴(32)沿所述内壁的圆周方向等间隔地设置；

所述弧面段(221)的弓长为K1，相邻两个所述定子极靴(32)的相邻端壁之间的间距为K2，相邻两个所述磁石(20)的弧面段(221)的相邻端之间的间距为K3，每个所述定子极靴(32)的两个相邻端壁之间的间距为K4，K2≤K1<K2+K4，K3>(K2+K4)/2。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述磁石(20)为多个，多个磁石(20)相间隔地设置在所述转子铁芯(10)上，相邻所述磁石(20)之间通过定位凸台(11)定位。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述转子铁芯(10)可转动地安装在所述安装孔(31)内。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一弧面形的内表面(21)的轴心与所述第二弧面形的弧面段(221)的轴心同心设置。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述内表面(21)与所述弧面段(221)之间的厚度为H1，所述弧面段(221)与所述安装孔(31)的内壁之间的气隙宽度为D1，8*D1<H1<14*D1。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述内表面(21)和所述外表面(22)之间厚度不恒定。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述第一弧面形的内表面(21)的轴心与所述第二弧面形的弧面段(221)的轴心与所述磁石(20)的竖直中心线共面。

8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述弧面段(221)的弓长为K1，相邻两个所述定子极靴(32)的相邻端壁之间的间距为K2，每个所述定子极靴(32)的两个相邻端壁之间的间距为K4，K2<K1<K2+K4。

9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述弧面段(221)的端部的切面与所述切面段(222)之间的夹角为J1，10°<J1<20°。

10.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述磁石(20)的磁力线方向与所述磁石(20)的竖直中心线平行。

11.根据权利要求10所述的电机，其特征在于，所述磁石(20)的两端处的磁力线方向与所述磁石(20)的竖直中心线之间的误差偏角为J2，J2<8°。

12.一种压缩机，包括电机，其特征在于，所述电机为权利要求1至11中任一项所述的电机。

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