CN110086270A - 定子、电机及压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种定子、电机及压缩机。定子上具有交替布置的槽和齿部，所述槽的数量大于等于12，所述定子的极数大于等于4，所述定子的每极每相槽数小于等于0.5，所述槽的横截面积为S1，所述齿部的横截面积为S2，其中，S1/S2小于等于1。本发明能够有效提升电机转矩密度、功率密度特性，保证压缩机工作在额定点时电机性能不降低，能将活塞压缩机电机功率密度提高至新的高度，便于适应活塞压缩机低速化趋势。

Description

定子、电机及压缩机
技术领域
本发明涉及驱动装置技术领域，具体而言，涉及一种定子、电机及压缩机。
背景技术
压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，是制冷系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力。市面上的变频活塞压缩机发展已20多年的时间，变频压缩机的普及，显著提升冰箱、冷柜的控温能力以及食品的保鲜能力。使得人们生活质量得到大大的提升。
变频活塞压缩机从最早的体积大、性能低、噪音大、成本高，到性能显著超越、体积小、成本低、噪音小。发展到今天，对微型化、高负荷启动、高度适应性设计提出巨大要求。目前变频活塞压缩机常规使用的变频电机有表贴式6S4P、9S6P、内置式6S4P、9S6P，外转子9S6P等，这些电机的典型特征是工艺性好，性能较佳，转速范围1000-4000rpm，比较适合于活塞压缩机场合。
然而，目前的变频活塞压缩式的电机的功率密度低于行业先进电机的水平，电机的低速性能和低速区间不行，不能适应活塞压缩机低速化趋势，压缩机系统能效在对低速区间高的优势发挥不出来。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种定子、电机及压缩机，以解决现有技术中的活塞压缩机的电机功率密度低、低速性能和稳定性差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种定子，所述定子上具有交替布置的槽和齿部，所述槽的数量大于等于12，所述定子的极数大于等于4，所述定子的每极每相槽数小于等于0.5，所述槽的横截面积为S1，所述齿部的横截面积为S2，其中，S1/S2小于等于1。
进一步地，所述齿部的宽度为L1，所述槽的数量为N，其中，(L1*N)/(1mm)大于等于96。
进一步地，所述定子上设置有绕组，所述绕组高于所述定子端部的高度L2小于10mm。
进一步地，所述定子上设置有内孔，所述内孔的直径为D1，所述定子沿轴向上的长度为H，其中，H/D1小于等于0.39。
进一步地，所述定子的横截面积为S3，其中，S1/S3小于等于0.4。
根据本发明的另一方面，提供了一种电机，包括定子，所述定子为上述的定子。
进一步地，所述电机还包括转子，所述转子为铁氧体转子，所述电机的极对数为4～7。
进一步地，所述电机还包括转子，所述转子为钕铁硼转子，所述电机的极对数为4～10。
根据本发明的另一方面，提供了一种压缩机，包括电机，所述电机为上述的电机。
进一步地，所述压缩机为活塞压缩机，所述活塞压缩机包括气缸，所述气缸的容器大于等于7cc，所述槽的数量为12，所述电机的极数为10。
进一步地，所述气缸上设置有吸气口和排气口，所述吸气口的横截面积为S4，所述排气口的横截面积为S5，其中，40mm2<S4<66mm2，13mm2<S5<28mm2。
进一步地，所述压缩机还包括曲轴和气缸座，所述气缸安装在所述气缸座上，所述电机与所述曲轴驱动连接，所述曲轴与所述气缸的活塞杆连接，所述定子靠近所述气缸座的一端与所述气缸座的距离L3小于等于15mm。
应用本发明的技术方案，本发明通过使电机极对数大于等于4，采用槽的数量大于等于12的多槽极结构，并使得定子的每极每相槽数变小，同时使得S1/S2小于等于1，能够有效提升电机转矩密度、功率密度特性，保证压缩机工作在额定点时电机性能不降低，能将活塞压缩机电机功率密度提高至新的高度，便于适应活塞压缩机低速化趋势。
附图说明
构成本申请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示意性示出了本发明的电机的定子的主视图；
图2示意性示出了本发明的电机的定子的剖视图；
图3示意性示出了本发明的压缩机的泵体的主视图；
图4示意性示出了本发明的电机与现有电机在1200RPM时的实测性能比较图；
图5示意性示出了本发明的电机与现有电机在1600RPM时的实测性能比较图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、定子；11、槽；12、齿部；13、绕组；14、内孔；20、电机绝缘骨架；30、气缸；40、曲轴。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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。
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。
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。
参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种压缩机，本实施例中的压缩机尤其指活塞压缩机，当然，在合适的使用情况下，本申请中的压缩机还可以是其他类型的压缩机，例如回转式压缩机或者离心式压缩机等。
正如背景技术中记载的那样，现有的活塞压缩机的电机的功率密度比较低，不能适应活塞压缩机的低速化趋势。
为此，本申请中对压缩机及用于驱动压缩机的泵体运动的电机进行了改进，优选地，本实施例中的电机尤其指切向式永磁电机。
具体来说，本申请中的电机包括定子10和转子(图中未示出)。参见图1和图2所示，本实施例中的定子10上具有交替布置的槽11和齿部12，其中，槽11的数量大于等于12，定子10的极数大于等于4，定子10的每极每相槽数小于等于0.5，槽11的横截面积为S1，齿部12的横截面积为S2，其中，S1/S2小于等于1。需要说明的是，本实施例中的每极每相槽数是指定子10的槽数除以相数，再乘以极数得到的结果。槽11横截面和齿部12横截面是指沿垂直于定子10的轴线方向剖切定子10得到的截面。且齿部12的横截面积S2包括齿部极靴，根部至槽底圆弧切边，无切边时为连线位置。
本实施例中通过使定子10极对数大于等于4，采用槽11的数量大于等于12的多槽极结构，并使得定子10的每极每相槽数变小，同时使得S1/S2小于等于1，能够有效提升电机转矩密度、功率密度特性，保证压缩机工作在额定点时电机性能不降低，能将活塞压缩机电机功率密度提高至新的高度，便于适应活塞压缩机低速化趋势。
本实施例中采用多级数电机，压缩机在低于行业最低转速800rpm时，能够轻松稳定运行，当转速低至500rpm时，也能准确驱动。
优选地，本实施例中的齿部12的宽度为L1，槽11的数量为N，其中，L1*N/1mm大于等于96，其中L1的单位mm。在实际设计的过程中，如果定子10的齿部12不是平行齿，则L1按照齿宽的平均值取值。本实施例中使得L1*N/1mm大于等于96，可以使电机定子10的齿部12宽度最适合于活塞压缩机水平，能够提升电机功率密度，降低电机体积，且电机的低速性能、稳定性优异。
在本发明的一种优选的实施例中，电机的转子为铁氧体转子，此时，通过仿真模拟测得得到，将电机的定子10的极对数设置为4～7。例如4、5、6或7，能够使得电机的性能最优化。
在本发明的另一种优选的实施例中，电机的转子为钕铁硼转子，通过仿真模拟测得得到，定子10的极对数为4～10，例如5、6、7、8、9，能够使得电机的性能最优化。
相比较而言，钕铁硼转子的抗退磁能力比铁氧体转子的抗退磁能力要强，能够适应于极对数较多的电机。
再次参见图1至图3所示，本实施例中的电机还包括电机绝缘骨架20，该电机绝缘骨架20设置在定子的外侧，电机绝缘骨架20和定子10上设置有绕组13，绕组13高于定子10端部的高度L2小于10mm。压缩机还包括气缸30、气缸座50、曲轴40，其中，气缸30安装在气缸座50上，电机与曲轴40驱动连接，曲轴40与气缸30的活塞杆连接，安装好之后，定子10靠近气缸座50的一端与气缸座50的距离L3小于等于15mm，该设计可以有效的减小压缩机的高度，进而减小压缩机体积。该高度的降低同时可以降低压缩机机芯的高度，有利于改善压缩机运行摆动，减小振动值。
本实施例中的定子10上设置有内孔14，转子安装在内孔14内，该内孔14的直径为D1，定子10沿轴向上的长度为H，其中，H/D1小于等于0.39，适合于压缩机电机小型化、功率密度提升的应用场合。
优选地，本实施例中的定子10的横截面积为S3，该横截面为沿垂直于定子10的轴线方向剖切开后的得到的截面，其中，S1/S3小于等于0.4，S1/S2小于等于1，能够保证活塞压缩机在运行过程中最大限度地工作在最佳工况点。
参见图4和图5所示，将本实施例中的电机与现有的电机的性能进行测试比较的数据如4和图5所示，其中图4和图5中的横坐标为电机转矩值，单位mNm，纵坐标为电机效率值。根据图4和图5的比较可以知道，在电机重量降低20％的情况下，本实施例中的电机的负载点在240mNm时，效率提升3-3.5％，效果显著，本实施例中的电机在低速运转更加稳定。
本实施例中的压缩式的气缸30的容器大于等于7cc，对应地，使得此时的电机定子10的槽11的数量为12，电机的极数为10。气缸30上设置有吸气口(图中未示出)和排气口(图中未示出)，所述吸气口的横截面积为S4，排气口的横截面积为S5，其中，40mm2<S4<66mm2，13mm2<S5<28mm2，使得压缩机低速冷量更稳定、性能更优异，冷量跨度范围比常规压缩机大，能够更好的适应冰箱或冷柜的制冷量需求和性能噪音需求。
根据上述的实施例可以知道，本发明的压缩机的电机极对数大于等于4，结合较优的转子设计，能够实现转矩密度提升。适用于铁氧体材质转子时，最优的极对数选择在4～7。适用于钕铁硼材质转子时，最优的极对数范围为4～10。
下表是该电机应用于同等压缩机系统的系统能效评估结果：
从数据来看，应用工况点压缩机COP提升0.05-0.1，直接能够实现降成本的同时，提升一个能效级别。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明的压缩机电机通过选择使用多槽极结构，并经过试验验证选择最优的定子设计方案，达到提升电机转矩密度、功率密度特性，减小电机体积，成本降低，电机低速可至500rpm，运行稳定性好。
需要说明的是，本申请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数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。
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)

1.一种定子(10)，其特征在于，所述定子(10)上具有交替布置的槽(11)和齿部(12)，所述槽(11)的数量大于等于12，所述定子(10)的极数大于等于4，所述定子(10)的每极每相槽数小于等于0.5，所述槽(11)的横截面积为S1，所述齿部(12)的横截面积为S2，其中，S1/S2小于等于1。
2.根据权利要求1所述的定子(10)，其特征在于，所述齿部(12)的宽度为L1，所述槽(11)的数量为N，其中，(L1*N)/(1mm)大于等于96。
3.根据权利要求1所述的定子(10)，其特征在于，所述定子(10)上设置有绕组(13)，所述绕组(13)高于所述定子(10)端部的高度L2小于10mm。
4.根据权利要求1所述的定子(10)，其特征在于，所述定子(10)上设置有内孔(14)，所述内孔(14)的直径为D1，所述定子(10)沿轴向上的长度为H，其中，H/D1小于等于0.39。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的定子(10)，其特征在于，所述定子(10)的横截面积为S3，其中，S1/S3小于等于0.4。
6.一种电机，包括定子(10)，其特征在于，所述定子(10)为权利要求1至5中任一项所述的定子(10)。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述电机还包括转子，所述转子为铁氧体转子，所述电机的极对数为4～7。
8.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述电机还包括转子，所述转子为钕铁硼转子，所述电机的极对数为4～10。
9.一种压缩机，包括电机，其特征在于，所述电机为权利要求6至8中任一项所述的电机。
10.根据权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机为活塞压缩机，所述活塞压缩机包括气缸(30)，所述气缸(30)的容器大于等于7cc，所述槽(11)的数量为12，所述电机的极数为10。
11.根据权利要求10所述的压缩机，其特征在于，所述气缸(30)上设置有吸气口和排气口，所述吸气口的横截面积为S4，所述排气口的横截面积为S5，其中，40mm2<S4<66mm2，13mm2<S5<28mm2。
12.根据权利要求10所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括曲轴(40)和气缸座(50)，所述气缸(30)安装在所述气缸座(50)上，所述电机与所述曲轴(40)驱动连接，所述曲轴(40)与所述气缸(30)的活塞杆连接，所述定子(10)靠近所述气缸座(50)的一端与所述气缸座(50)的距离L3小于等于15mm。
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