CN110768418A - 电机、压缩机及制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机、压缩机及制冷设备，其中，电机包括：定子，设置有定子孔；转子铁芯，设置在定子孔内，转子铁芯设置有永磁体槽，永磁体槽包括互相连通的第一永磁体槽和第二永磁体槽，第一永磁体槽位于第二永磁体槽与转子铁芯的外周面之间；第一永磁体，设置在第一永磁体槽内；第二永磁体，设置在第二永磁体槽内，第一永磁体在转子铁芯切向方向上的厚度大于第二永磁体在转子铁芯切向方向上的厚度,在预设温度条件下，所述第一永磁体的内禀矫顽力小于所述第二永磁体的内禀矫顽力。本发明提供的电机，突破了转子铁芯对于单块式的永磁体的厚度的限制，提高了转子的永磁体所能够提供的磁通，从而提高了电机效率并有利于电机的小型化设计。

Description

电机、压缩机及制冷设备

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种电机、一种压缩机及一种制冷设备。

背景技术

作为使用于压缩机中的永磁同步电动机之一，例如有以在转子铁芯外径形成磁极面的方式在转子铁芯内配置永磁体的转子，即所述的永磁体嵌入式转子。在上述永磁体嵌入式转子中，通常使用磁力大的稀土类烧结磁铁作为永磁体，以获得所希望的磁力特性。此外，为进一步提高磁力特性，组合配置上述稀土类烧结磁铁和稀土类粘接磁铁的转子亦为世人所知。而在使用铁氧体磁铁的情况下，虽然廉价并且容易成型而能得到各种形状的永磁体，但是由于磁通密度较小，所以难以使电动机小型化。另一方面，铁氧体磁铁的耐退磁能力较差，如何提高铁氧体磁铁的耐退磁能力也是值得思考的问题。

近年来，永磁体沿转子径向方向设置的轮辐式结构应用较为普遍，这种结构使得永磁体的磁极方向在切线方向延伸。这种转子的优点在于，通过适当地选取尺寸能够实现这样的气隙磁通密度，其大于安置的永磁体的剩磁磁通密度。因为气隙磁通密度在很大程度上规定电动机的转矩密度，所以由此能够构造具有相对高的转矩密度的效率高的电动机。上面的转子装置经常与由简单的、低成本的磁体材料形成的永磁体组合构成，特别是没有稀土结合物和具有相对小的剩磁磁通密度的磁体材料，例如铁氧体类的永磁体。此外由于铁氧体具有相对小的内禀矫顽力，使得在足够高场强的磁场反转的情况下产生去磁的危险。为补偿相对小的内禀矫顽力，永磁体在它们的材料各向异性个它们的磁化的方向是相对厚地实现，以便使它们能够抵御通过电动机的定子磁场的去磁。此外在上述转子装置中在永磁体的磁通路径内提供两个气隙。为仍然能够实现高的气隙磁通密度以及对于去磁的大的抵御能力，因此如此设置的永磁体经常构造为用铁氧体材料形成的、其磁极方向平行于气隙磁场的永磁体的两倍那样厚(在极化方向)，后者由于结构条件所限在它们各自的磁通路径中仅有一个气隙。特别在具有规定的转子直径和预定的极数的永磁同步电动机的情况下在轮辐结构中永磁体的切向(磁化方向)厚度的每一次增大由于受限的结构空间都会导致它的最大可能的径向长度减小，因为永磁体之间的距离在朝向转动轴向的方向上减小。永磁体的径向长度的该局限性限制了通过永磁体可以提供的磁通并且由此减小电动机的气隙磁通密度和转矩密度。另一方面，在使用稀土类磁铁的情况下，虽然由于磁通密度较大而容易使电动机小型化，但是价格较高受到限制。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本发明的第一方面的实施例提出了一种电机。

本发明的第二方面实施例，还提出了一种压缩机。

本发明的第三方面实施例，还提出了一种制冷设备。

有鉴于此，根据本发明的第一方面的实施例，本发明提出了一种电机，包括：定子，设置有定子孔；转子铁芯，设置在定子孔内，转子铁芯设置有永磁体槽，永磁体槽包括互相连通的第一永磁体槽和第二永磁体槽，第一永磁体槽位于第二永磁体槽与转子铁芯的外周面之间；第一永磁体，设置在第一永磁体槽内；第二永磁体，设置在第二永磁体槽内，第一永磁体在转子铁芯切向方向上的厚度大于第二永磁体在转子铁芯切向方向上的厚度，在预设温度条件下，第一永磁体的内禀矫顽力小于第二永磁体的内禀矫顽力。

本发明提供的电机，通过互相连通的第一永磁体槽和第二永磁体槽的设置使得第一永磁体和第二永磁体共同构成转子的一个永磁体，其中位于外侧的第一永磁体的切向厚度大于第二永磁体，由此突破了转子铁芯对于单块式的永磁体的厚度的限制，提高了转子的永磁体所能够提供的磁通，同时提高了电机的气隙磁通密度和转矩密度，从而提高了电机效率并有利于电机的小型化设计。其中，第一永磁体的内禀矫顽力小于第二永磁体的内禀矫顽力，由此可降低第一永磁体和第二永磁体的退磁的风险，延长转子和电机的使用寿命。

另外，本发明提供的上述实施例中的电机还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，永磁体槽的槽口处设置有凸起结构。

在该技术方案中，通过设置在槽口处的凸起结构限位第一永磁体，并可靠地抵抗转子转动时的离心力以使第一永磁体固定在第一永磁体槽内。

在上述任一技术方案中，优选地，永磁体槽的槽口的相对的两侧均设置有凸起结构，相对的两个凸起结构不接触。

在该技术方案中，通过两个凸起结构可以更可靠地限定第一永磁体，同时在同一永磁体槽槽口处的相对的两个凸起结构不接触，以减少漏磁，从而提高电机效率。

在上述任一技术方案中，优选地，永磁体槽的数量为多个，相邻的两个第二永磁体槽的底部之间形成有连接片，连接片通过第二永磁体的磁化磁饱和。

在该技术方案中，相邻的两个第二永磁体槽的底部之间形成有连接片，并且连接片通过第二永磁体的磁化磁饱和，以减小漏磁，提升电机效率，其中的连接片的也可增强转子铁芯的强度，使其具有足够的机械稳定性，进而延长转子的使用寿命。

在上述任一技术方案中，优选地，第一永磁体和第二永磁体均为铁氧体磁铁；或第一永磁体为铁氧体磁铁，第二永磁体为稀土磁铁。

在该技术方案中，第一永磁体和第二永磁体均采用铁氧体磁铁可有效降低转子和电机的制造成本；或者第一永磁体采用铁氧体磁铁，第二永磁体采用稀土磁铁，稀土磁铁具有更强的磁性，以便于提升电机效率。

在上述任一技术方案中，优选地，在沿转子铁芯的轴线的横截面上，第一永磁体槽和第二永磁体槽均为矩形。

在该技术方案中，第一永磁体槽和第二永磁体槽均为矩形槽，以便于后续安装和固定第一永磁体和第二永磁体。其中，在上述横截面上，第一永磁体槽的面积大于第二永磁体槽的面积。

在上述任一技术方案中，优选地，第一永磁体在转子铁芯切向方向上的厚度为d1，第二永磁体在转子铁芯切向方向上的厚度为d2，其中，d1≥1.5d2。

在该技术方案中，第一永磁体与第二永磁体在转子铁芯切向方向上的厚度的比值优选为大于等于1.5，由此可以更好地利用永磁体槽的空间，突破转子铁芯对于单块式的永磁体的厚度的限制，提高了转子的永磁体所能够提供的磁通，从而提高电机效率并有利于电机的小型化设计。

在上述任一技术方案中，优选地，永磁体槽的数量大于等于6个且小于等于10个。

在该技术方案中，永磁体槽的数量大于等于6个且小于等于10个，以提高对于转子铁芯的空间的利用率并便于设置第一永磁体和第二永磁体。

本发明提供的电机转子及电机，通过使用两种不同内禀矫顽力的磁铁，提高了永磁体沿转子径向方向设置的轮辐式结构电动机的去磁能力和功率密度，实现电动机的高效、低成本。

本发明第二方面的实施例提供的压缩机，包括：第一方面实施例的电机。

本发明提供的压缩机，通过采用上述的电机以提高压缩机的工作效率。

本发明第三方面的实施例提供的制冷设备，包括：第一方面实施例的电机或第二方面实施例的压缩机。

本发明提供的制冷设备，通过采用上述的电机或压缩机以提高制冷设备的工作效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种实施例的定子与转子铁芯的剖视图；

图2是图1所示结构中转子的剖视图。

其中，图1和图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1定子，102定子磁导区，104定子齿，106齿顶，2转子铁芯，202凸起结构，204连接片，206极靴，208转子磁导区，3第一永磁体，4第二永磁体，5转子轴。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1和图2描述根据本发明一些实施例所述的电机、压缩机及制冷设备。

如图1和图2所示，本发明提供了一种电机，包括：定子1，设置有定子孔；转子铁芯2，设置在定子孔内，转子铁芯2设置有永磁体槽，永磁体槽包括互相连通的第一永磁体槽和第二永磁体槽，第一永磁体槽位于第二永磁体槽与转子铁芯2的外周面之间；第一永磁体3，设置在第一永磁体槽内；第二永磁体4，设置在第二永磁体槽内，第一永磁体3在转子铁芯2切向方向上的厚度大于第二永磁体4在转子铁芯2切向方向上的厚度，在预设温度条件下，第一永磁体3的内禀矫顽力小于第二永磁体4的内禀矫顽力。

本发明提供的电机，通过互相连通的第一永磁体槽和第二永磁体槽的设置使得第一永磁体3和第二永磁体4共同构成转子的一个永磁体，其中位于外侧的第一永磁体3的切向厚度大于第二永磁体4，由此突破了转子铁芯2对于单块式的永磁体的厚度的限制，提高了转子的永磁体所能够提供的磁通，同时提高了电机的气隙磁通密度和转矩密度，从而提高了电机效率并有利于电机的小型化设计。其中，第一永磁体3的内禀矫顽力小于第二永磁体4的内禀矫顽力，由此可降低第一永磁体3和第二永磁体4的退磁的风险，延长转子和电机的使用寿命。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，永磁体槽的槽口处设置有凸起结构202。

在该实施例中，通过设置在槽口处的凸起结构202限位第一永磁体3，并可靠地抵抗转子转动时的离心力以使第一永磁体3固定在第一永磁体槽内。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，永磁体槽的槽口的相对的两侧均设置有凸起结构202，相对的两个凸起结构202不接触。

在该实施例中，通过两个凸起结构202可以更可靠地限定第一永磁体3，同时在同一永磁体槽槽口处的相对的两个凸起结构202不接触，以减少漏磁，从而提高电机效率。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，永磁体槽的数量为多个，相邻的两个第二永磁体槽的底部之间形成有连接片204，连接片204通过第二永磁体4的磁化磁饱和。

在该实施例中，相邻的两个第二永磁体槽的底部之间形成有连接片204，并且连接片204通过第二永磁体4的磁化磁饱和，以减小漏磁，提升电机效率，其中的连接片204的也可增强转子铁芯2的强度，使其具有足够的机械稳定性，进而延长转子的使用寿命。

在本发明的一个实施例中，优选地，第一永磁体3和第二永磁体4均为铁氧体磁铁；或第一永磁体3为铁氧体磁铁，第二永磁体4为稀土磁铁。

在该实施例中，第一永磁体3和第二永磁体4均采用铁氧体磁铁可有效降低转子和电机的制造成本；或者第一永磁体3采用铁氧体磁铁，第二永磁体4采用稀土磁铁，稀土磁铁具有更强的磁性，以便于提升电机效率。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，在沿转子铁芯2的轴线的横截面上，第一永磁体槽和第二永磁体槽均为矩形。

在该实施例中，第一永磁体槽和第二永磁体槽均为矩形槽，以便于后续安装和固定第一永磁体3和第二永磁体4。其中，在上述横截面上，第一永磁体槽的面积大于第二永磁体槽的面积。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，第一永磁体3在转子铁芯2切向方向上的厚度为d1，第二永磁体4在转子铁芯2切向方向上的厚度为d2，其中，d1≥1.5d2。

在该实施例中，第一永磁体3与第二永磁体4在转子铁芯2切向方向上的厚度的比值优选为大于等于1.5，由此可以更好地利用永磁体槽的空间，突破转子铁芯2对于单块式的永磁体的厚度的限制，提高了转子的永磁体所能够提供的磁通，从而提高电机效率并有利于电机的小型化设计。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，永磁体槽的数量大于等于6个且小于等于10个。

在该实施例中，永磁体槽的数量大于等于6个且小于等于10个，以提高对于转子铁芯2的空间的利用率并便于设置第一永磁体3和第二永磁体4。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，图1示出了具有内转子的电动机的示意性横截面图，电动机具有圆筒状的定子1，定子1包括圆筒状的磁性的定子磁导区102，从它出发等距地在径向上设置的定子齿104沿径向向内指向地突起并且以其向内指向的末端定义出一个同样圆筒状的内部凹槽。定子齿104在其沿径向靠内的末端上设有齿顶106，齿顶106具有圆弧形的、凹形的外轮廓。定子齿104设有定子绕组(图中未示出)，多个定子绕组以集中卷绕的方式卷绕在定子齿104上，通过定子绕组在通电时能够产生定子磁场。

在内部凹槽中作为转子装置在转子轴5上可转动地设置了一个同样圆筒状的转子(电动机转动件)。转子具有转子铁芯2，转子铁芯2由多片被冲裁成一定形状的电磁钢板层叠而形成。转子铁芯2设有极靴206(相邻的永磁体槽之间的部位)，极靴206通过(在切向上)窄的连接片204与包围轴的转子磁导区208连接。

沿转子铁芯2的径向方向均匀布置有多组永磁体槽，每组永磁体槽由相邻的极靴206间隔设置，其内容纳永磁体。为在径向上向外限制永磁体槽，极靴206具有凸起结构202，凸起结构202起切向搭接在永磁体槽内设置的永磁体并且将其可靠地抵抗转子转动时作用的离心力地保持在永磁体槽内。永磁体槽优选沿切向具有宽度，以便容纳相应的永磁体，使得永磁体其极面贴靠在极靴206的侧面上。凸起结构202的彼此相对的末端具有间隔，在该间隔内永磁体的相应侧面露出，使得在极靴206之间构成磁极间隙。

每组永磁体槽包含在转子铁芯2的径向方向并列设置的第一永磁体槽和第二永磁体槽，第一永磁体槽靠近转子铁芯2的外周面且接近转子和定子1之间的气隙设置，第二永磁体槽则远离转子铁芯2的外周面接近转子磁导区208围绕转子轴5设置。

其中的第一永磁体3和第二永磁体4为铁氧体类材料，其通过对铁氧体粉末材料压力加工进行制造并且接着得到烧结，其中铁氧体材料在压力加工期间通过施加磁场而被授予磁化各向异性并且接着在各向异性的方向上对得到烧结的材料进行磁化。永磁体因制造简单的理由以块状优选，以方块状提供，永磁体的磁极方向亦即垂直于极靴206和永磁体槽之间的边界面。

永磁体包含第一永磁体3和第二永磁体4，其优选构造为方形，材料为铁氧体，分别单独形成并依次插入第一永磁体槽和第二永磁体槽。在这种情况下，如图2所示，它们以在切向相同的磁极方向安置在永磁体槽内，第一永磁体3和第二永磁体4在切向方向的两面分别形成N极和S极。

如图2所示，第一永磁体3的切向厚度d1比第二永磁体4的切向厚度d2大。第一永磁体3和第二永磁体4以优选横向于径向方向延伸的、不相应于磁极面的侧面彼此贴靠，从而在横截面内横向于转子的轴向构成永磁体的阶梯形的形状。

因第一永磁体3的厚度d1显著大于第二永磁体4的厚度d2，优选第一永磁体3的厚度d1≥1.5d2，第一永磁体3的在20℃下的内禀矫顽力设为小于第二永磁体4，这样可保证第一永磁体3和第二永磁体4同等的抗去磁能力，同时使得永磁体的径向长度(第一永磁体3和第二永磁体4的总的径向长度)增大，从而增加永磁体可提供的磁通，进而增大电动机的气隙磁通密度和转矩密度。

在该实施例中，优选地，第一永磁体3在20℃下的内禀矫顽力Hcj1≥340kA/m，第二永磁体4在20℃下的内禀矫顽力Hcj2≥382kA/m。另外，连接片204也可选取合适的尺寸，使得它们具有足够的机械的稳定性，以便抵抗径向作用的离心力以及在加速或者制动电动机时在切向作用的横向力来保持住向外拓展的极靴206。此外连接片204选取合适的尺寸，使得其具有足够小的横截面，以便通过永磁体引起的通过磁导区的磁通保持得尽可能小。特别有必要的是，永磁体流过连接片204的那部分磁通足以把连接片204内的磁通密度保持在饱和状态中。同时，多组永磁体槽的数目为p，且6≤p≤10，使得电动机的功率密度高，铁损低，并且通过搭载本发明的永磁同步电动机，提高了压缩机的能效，降低了压缩机的成本。

在本发明的一个实施例中，其主体结构方面与图1和图2所示的实施例相同，不同的是第一永磁体和第二永磁体通过采用不同的永磁体材料来造成第一永磁体和第二永磁体在20℃下内禀矫顽力的差异。永磁体包含第一永磁体和第二永磁体，其优选构造为方形。分别单独形成并然后依次插入第一永磁体槽和第二永磁体槽。在这种情况下，它们以在切向相同的磁极方向安置在永磁体槽内，第一永磁体和第二永磁体在切向方向的两面分别形成N极和S极。第一永磁体为铁氧体磁铁，第二永磁体为稀土磁铁，优选钕铁硼的稀土磁铁，其剩磁为铁氧体磁铁的大致3倍。第二永磁体的切向厚度(磁化方向)形成得比第一永磁体的切向厚度薄，在本实施例中，例如第一永磁体的厚度为3.6mm左右，第二永磁体的厚度为10mm左右。为保证第一永磁体的抗去磁能力，第一永磁体在20℃下的内禀矫顽力Hcj1≥340kA/m。对于第二永磁体而言，因其内禀矫顽力显著优于第一永磁体，优选第二永磁体的内禀矫顽力Hcj2≥1020kA/m。

在该实施例中，连接片可选取合适的尺寸，使得它们具有足够的机械的稳定性，以便抵抗径向作用的离心力以及在加速或者制动电动机时在切向作用的横向力来保持住向外拓展的极靴。此外连接片可选取合适的尺寸，使得其具有足够小的横截面，以便通过永磁体引起的通过转子磁导区的磁通保持得尽可能小。特别有必要的是，永磁体的流过连接片的那部分磁通足以把连接片内的磁通密度保持在饱和状态中。

通过设置具有不同永磁铁材料的多个第一永磁体和第二永磁体，与现有技术相比能够提高这种永磁同步电动机的气隙磁场的基波和永磁同步电动机的抗去磁能力。多组永磁体槽的数目为p，且6≤p≤10，使得电动机的功率密度高，铁损低。通过搭载本发明的永磁同步电动机，还可提高压缩机的能效并降低压缩机的成本。

本发明提供的电机转子及电机，通过使用两种不同内禀矫顽力的磁铁，提高了永磁体沿转子径向方向设置的轮辐式结构电动机的去磁能力和功率密度，实现电动机的高效、低成本。

本发明还提供了一种压缩机，包括：上述的电机。

本发明提供的压缩机，通过采用上述的电机，可以提高压缩机的工作效率、改善压缩机的工作性能并降低能耗。

本发明还提供了一种制冷设备，包括：上述的电机或压缩机。

本发明提供的制冷设备，通过采用上述的电机或压缩机，可以改善制冷设备的工作性能并降低能耗，同时提高制冷设备的工作效率。

在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (10)

1.一种电机，其特征在于，包括：

定子，设置有定子孔；

转子铁芯，设置在所述定子孔内，所述转子铁芯设置有永磁体槽，所述永磁体槽包括互相连通的第一永磁体槽和第二永磁体槽，所述第一永磁体槽位于所述第二永磁体槽与所述转子铁芯的外周面之间；

第一永磁体，设置在所述第一永磁体槽内；

第二永磁体，设置在所述第二永磁体槽内，所述第一永磁体在所述转子铁芯切向方向上的厚度大于所述第二永磁体在所述转子铁芯切向方向上的厚度,在预设温度条件下，所述第一永磁体的内禀矫顽力小于所述第二永磁体的内禀矫顽力。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，

所述永磁体槽的槽口处设置有凸起结构。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，

所述永磁体槽的槽口的相对的两侧均设置有所述凸起结构，相对的两个所述凸起结构不接触。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，

所述永磁体槽的数量为多个，相邻的两个所述第二永磁体槽的底部之间形成有连接片，所述连接片通过所述第二永磁体的磁化磁饱和。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，

所述第一永磁体和所述第二永磁体均为铁氧体磁铁；或

所述第一永磁体为铁氧体磁铁，所述第二永磁体为稀土磁铁。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，

在沿所述转子铁芯的轴线的横截面上，所述第一永磁体槽和所述第二永磁体槽均为矩形。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，

所述第一永磁体在所述转子铁芯切向方向上的厚度为d1，所述第二永磁体在所述转子铁芯切向方向上的厚度为d2，其中，d1≥1.5d2。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，

所述永磁体槽的数量大于等于6个且小于等于10个。

9.一种压缩机，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中任一项所述的电机。

10.一种制冷设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中任一项所述的电机；或

如权利要求9所述的压缩机。

Images