CN110768420A - 永磁电机、压缩机和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁电机、压缩机和空调器，永磁电机包括定子和转子，定子包括定子铁芯和定子绕组，定子铁芯包括多个定子齿，多个定子齿沿定子铁芯的周向布置，相邻两个定子齿之间限定出定子槽，定子绕组绕设在定子齿上，转子与定子内外间隔设置，转子包括转子铁芯和嵌设在转子铁芯上的永磁体，转子的横截面外周轮廓与转子的横截面中心之间的最大距离为D₁，转子铁芯的轴向长度为L，永磁电机的额定功率为P，D₁、L、P满足：D₁/L≥1.7、且P/(D₁ ²×L)≥8.5，其中P的单位为W，D₁、L的单位均为cm。根据本发明的永磁电机，具有较高的功率密度和运行效率，同时便于实现小型化设计，降低成本。

Description

永磁电机、压缩机和空调器

技术领域

本发明涉及生活电器技术领域，尤其是涉及一种永磁电机、压缩机和空调器。

背景技术

压缩机行业中，稀土永磁电机的功率密度最高、效率最高。然而，相关技术中，永磁电机的功率密度和效率的提升受到了限制。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种永磁电机，所述永磁电机具有较高的功率密度和运行效率，同时便于实现小型化设计，降低成本。

本发明的另一个目的在于提出永磁电机的压缩机。

本发明的再一个目的在于提出一种具有上述压缩机的空调器。

根据本发明第一方面实施例的永磁电机，包括：定子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯包括多个定子齿，多个所述定子齿沿所述定子铁芯的周向布置，相邻两个所述定子齿之间限定出定子槽，所述定子绕组绕设在所述定子齿上；转子，所述转子与所述定子内外间隔设置，所述转子包括转子铁芯和嵌设在所述转子铁芯上的永磁体，所述转子的横截面外周轮廓与所述转子的横截面中心之间的最大距离为D₁，所述转子铁芯的轴向长度为L，所述永磁电机的额定功率为P，所述D₁、L、P满足：D₁/L≥1.7、且P/(D₁ ²×L)≥8.5，其中所述P的单位为W，所述D₁、L的单位均为cm。

根据本发明实施例的永磁电机，通过将转子的横截面外周轮廓与转子的横截面中心之间的最大距离D₁、转子铁芯21的轴向长度L，永磁电机的额定功率P设置为满足：D₁/L≥1.7、且P/(D₁ ²×L)≥8.5，实现了转子的扁平化设计，有利于提升永磁电机的功率密度，实现永磁电机的高效化，同时减小了永磁电机的体积，便于实现永磁电机的小型化，降低成本。

根据本发明的一些实施例，所述定子套设在所述转子的外侧，所述定子的横截面外周轮廓与所述定子的横截面中心之间的最大距离为D₂，所述D₂满足：D₂/L≥3，其中所述D₂的单位为cm。

根据本发明的一些实施例，所述定子绕组为集中式绕组，所述定子绕组的导体为铜导线。

根据本发明的一些实施例，所述转子的极数为Q，所述Q满足：Q≥8。

根据本发明的一些实施例，当所述定子槽为9个时，所述Q满足：Q＝8或者Q＝10。

根据本发明的一些实施例，所述永磁体采用烧结钕铁硼制成。

根据本发明的一些实施例，所述定子齿包括沿所述定子铁芯的径向设置的轭部和齿部，所述定子绕组绕设在所述齿部上，相邻两个所述定子齿的所述轭部之间焊接相连、或可枢转地相连。

根据本发明的一些实施例，所述转子的轴向两端分别设有端板，以限定所述永磁体沿所述转子铁芯的轴向移动，所述端板为不导磁材料件。

根据本发明第二方面实施例的压缩机，包括根据本发明上述第一方面实施例的永磁电机。

根据本发明实施例的压缩机，通过采用上述的永磁电机，提升了压缩机的运行功率，同时可以实现压缩机的小型化设计，节省压缩机的占用空间。

根据本发明第三方面实施例的空调器，包括根据本发明上述第二方面实施例的压缩机。

根据本发明实施例的空调器，通过采用上述的压缩机，提升了空调器的制冷/制热效率，同时节省了空调器的占用空间。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，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是根据本发明实施例的永磁电机的局部结构示意图；

图2是图1中所示的永磁电机的剖视图；

图3是图2中所示的转子的剖视图；

图4是根据本发明实施例的永磁电机与传统技术永磁电机的功率-体积关系示意图；

图5是图1中所示的永磁电机的另一个局部结构示意图；

图6是图1中所示的永磁电机的再一个局部结构示意图；

图7是根据本发明实施例的压缩机的剖视图。

附图标记：

压缩机200、机壳101、进气口101a、出气口101b、曲轴102、压缩机构部103、

气缸103a、主轴承103b、副轴承103c、活塞103d、平衡块104、

永磁电机100、永磁电机的中心轴线100a、

定子1、定子铁芯11、定子绕组12、

定子槽110、定子齿111、轭部111a、齿部111b、

转子2、转子铁芯21、永磁体槽21a、永磁体22、

端板3、

绝缘端板4、安装柱41、导向部411、绝缘件5。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图6描述根据本发明第一方面实施例的永磁电机100。

如图1-图6所示，根据本发明实施例的永磁电机100，包括定子1和转子2。

定子1包括定子铁芯11和定子绕组12，定子铁芯11包括多个定子齿111，多个定子齿111沿定子铁芯11的周向布置，相邻两个定子齿111之间限定出定子槽110，定子绕组12绕设在定子齿111上。转子2与定子1内外间隔设置，转子2包括转子铁芯21和嵌设在转子铁芯21上的永磁体22，转子2的横截面外周轮廓与转子2的横截面中心之间的最大距离为D₁，转子铁芯21的轴向长度为L，永磁电机100的额定功率为P，D₁、L、P满足：D₁/L≥1.7、且P/(D₁ ²×L)≥8.5，其中所述P的单位为W(瓦特)，所述D₁、L的单位均为cm(厘米)。

例如，如图1-图4所示，多个定子齿111可以沿定子铁芯11的轴向依次首尾相连，定子绕组12位于定子槽110内；转子铁芯21上可以形成有沿转子铁芯21的周向间隔设置的多个永磁体槽21a，每个永磁体槽21a可以沿转子铁芯21的轴向贯穿转子铁芯21的两端端面，多个永磁体22可以对应嵌设在多个永磁体槽21a内，使得每个永磁体槽21a内嵌入至少一个永磁体22后以形成一个磁极。

转子铁芯21的横截面外轮廓可以大致形成为圆形，转子2的横截面中心可以为上述圆形的圆心，D₁可以为转子铁芯21的横截面外轮廓的最大直径，D₁与转子铁芯21的轴向长度L之间满足D₁/L≥1.7(“1.7”为无量纲系数)，在一定程度上、提升了转子2的扁平化程度，实现了转子2的扁平化设计，有利于提升永磁电机100的功率密度，从而实现了永磁电机100的高效化。然而，由于D₁/L≥1.7，在一定程度上不便于实现永磁电机100的小型化设计，通过将永磁电机100的额定功率P设置为满足P/(D₁ ²×L)≥8.5(“8.5”的单位为W/cm³)，使得在相同的额定功率的前提下、本申请的转子2的体积较小，从而减小了永磁电机100的体积，相对于传统技术的永磁电机100、本申请的永磁电机100的体积可以降低约10％，进而在保证永磁电机100高效运行的前提下、实现了永磁电机100的小型化设计，降低了永磁电机100的成本，尤其是降低了永磁电机100的材料成本。

其中，对于一台永磁电机100来说，其额定功率P与(D₁ ²×L)的比值可以为一固定值；“额定功率P”可以指永磁电机100应用于压缩机200、压缩机200应用于空调器时，空调器额定制冷工况下、永磁电机100的输入功率；“多个”的含义是两个或两个以上。

根据本发明实施例的永磁电机100，通过将转子2的横截面外周轮廓与转子2的横截面中心之间的最大距离D₁、转子铁芯21的轴向长度L，永磁电机100的额定功率P设置为满足：D₁/L≥1.7、且P/(D₁ ²×L)≥8.5，实现了转子2的扁平化设计，有利于提升永磁电机100的功率密度，实现永磁电机100的高效化，同时减小了永磁电机100的体积，便于实现永磁电机100的小型化，降低成本。

可选地，如图1和图2所示，定子1套设在转子2的外侧，此时永磁电机100为内转子电机，定子1的横截面外周轮廓与定子1的横截面中心之间的最大距离为D₂，D₂满足：D₂/L≥3(“3”为无量纲系数)，其中所述D₂的单位为cm，从而在一定程度上、提升了定子1的扁平化程度，实现了定子1的扁平化设计，有利于进一步提升永磁电机100的功率密度，实现永磁电机100的高效运行。其中，定子铁芯11的轴向长度可以与转子铁芯21的轴向长度L大致相等，也就是说，定子铁芯11的轴向长度与转子铁芯21的轴向长度L相等，或者定子铁芯11的轴向长度与转子铁芯21的轴向长度L存在差值、且差值很小。

可以理解的是，转子2可以套设在定子1外，此时永磁电机100为外转子电机。

具体地，定子绕组12为集中式绕组，集中式绕组可以应用于凸极式定子1，通常绕制成矩形线圈，经纱带包扎定型，再经浸漆烘干处理后，绕设在定子1上，从而降低定子1的加工成本，同时易于满足永磁电机100的小型化设计需求，而且集中式绕组的端部长度较短，可以减小永磁电机100的电阻，保证永磁电机100的效率。其中，定子绕组12的导体为铜导线，铜导线具有良好的导电性和力学性能，便于加工。

可选地，转子2的极数为Q，Q满足：Q≥8，与传统技术中设置4个或6个磁极的转子2相比，由于增加了磁极个数，使得永磁电机100的功率密度得以进一步有效提升，同时降低了永磁电机100的铜损，有利于进一步实现永磁电机100的高效化，而且可以减小转子2的结构尺寸，便于进一步实现永磁电机100的小型化。

进一步可选地，转子2的极数Q满足：8≤Q≤14，从而避免由于转子2的极数过多、使得永磁电机100的铁损明显上升，导致在一定程度上抑制了永磁电机100的效率的提升，从而保证了永磁电机100的性能。

具体地，当定子槽110为9个时，Q满足：Q＝8或者Q＝10，也就是说，定子槽110为9个、转子2的极数Q为，或者定子槽110为9个，转子2的极数Q为10(例如，如图1所示)。

当然，定子槽110与转子2极数的数量设置还可以为其他形式。例如，定子槽110为12个，转子2的极数Q为14；或者，定子槽110为12个，转子2的极数Q为10。但不限于此。

可选地，永磁体22采用烧结钕铁硼制成，使得永磁体22具有优异的磁性能，保证永磁体22的使用可靠性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，定子齿111包括沿定子铁芯11的径向设置的轭部111a和齿部111b，多个定子齿111的轭部111a依次首尾相连以形成环形的定子轭，相邻两个定子齿111的轭部111a之间可以焊接相连、或者可枢转相连，多个定子齿111的齿部111b沿永磁电机100的周向间隔设置，定子绕组12可以绕设在定子齿111的齿部111b上以位于定子槽110内。其中，当相邻两个定子齿111的轭部111a之间可枢转地相连时，相邻两个定子齿111中的其中一个的轭部111a的周向一端可以设有枢转凸起，相邻两个定子齿111中的另一个的轭部111a的周向一端可以形成有枢转开口，枢转凸起可以对应配合在枢转开口内，使得相邻两个定子齿111中的上述其中一个可以在一定范围内绕枢转开口的中心轴线相对于相邻两个定子齿111中的上述其中一个转动，以便于定子铁芯11的快速组装，提升了定子1的组装效率。

具体地，转子2的轴向两端分别设有端板3，以限定永磁体22沿转子铁芯21的轴向移动，端板3为不导磁材料件。例如，在图2和图3的示例中，端板3为两个，每个端板3可以均形成为板状结构，端板3可以紧贴转子铁芯21的端面设置，以阻挡永磁体22的移动，实现了永磁体22的轴向限位，避免永磁体22从转子铁芯21上脱离，保证了转子2的结构稳定性。其中，端板3为不导磁材料件，例如端板3可以为不锈钢件，使得端板3可以屏蔽转子2漏磁。

根据本发明第二方面实施例的压缩机200，包括根据本发明上述第一方面实施例的永磁电机100。其中，压缩机200可以应用于家用电器，例如空调器；压缩机200可以为立式压缩机200；压缩机200可以为单缸压缩机200或多缸压缩机200。但不限于此。

例如，如图7所示，压缩机200可以为单缸压缩机200且压缩机200可以为旋转式压缩机200，压缩机200还可以包括机壳101、曲轴102和压缩机构部103，曲轴102、压缩机构部103和永磁电机100均设在机壳101内，机壳101的顶部可以形成有出气口101b，机壳101的周壁上可以形成有进气口101a，曲轴102穿设在永磁电机100和压缩机构部103上，从而永磁电机100运行时、转子1转动以通过曲轴102驱动压缩机构部103运行以实现制冷剂的吸入、压缩和排出；压缩机构部103包括气缸103a和分别位于气缸103a两端的主轴承103b、副轴承103c，压缩机构部103内限定出压缩腔，且压缩结构部上可以形成有与压缩腔分别连通的进口和出口，压缩腔内设有活塞103d，曲轴102的偏心部穿设在活塞103d内以驱动活塞103d偏心运转，进口与进气口101a连通以使制冷剂通过进气口101a和进口流入压缩腔内以进行压缩。其中，永磁电机100的转子2的端部可以设置平衡块104，以实现曲轴102的动平衡。

根据本发明实施例的压缩机200，通过采用上述的永磁电机100，提升了压缩机的运行功率，同时可以实现压缩机的小型化设计，节省压缩机的占用空间。

根据本发明第三方面实施例的空调器，包括根据本发明上述第二方面实施例的压缩机。具体地，空调器可以包括机壳，压缩机可以设在机壳内。空调器可以实现制冷和/或制热，空调器可以为柜式空调、挂壁式空调、嵌入式空调、或窗式空调等。

根据本发明实施例的空调器，通过采用上述的压缩机200，提升了空调器的制冷/制热效率，同时节省了空调器的占用空间。

根据本发明实施例的空调器的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

下面参考图1-图6以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的永磁电机100。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“长度”、“上”、“下”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-图6所示，永磁电机100包括转子1和定子2，转子1包括转子铁芯11和十个永磁体12，转子铁芯11的横截面外轮廓形成为圆形，转子铁芯11由多个第二电磁钢板沿永磁电机100的轴向层叠而成，第二电磁钢板在50Hz频率下磁化到1.5T时的铁损测定值不超过2.5W/kg；转子铁芯11上形成有沿转子铁芯11的周向间隔设置的十个永磁体槽11a，每个永磁体槽11a可以沿转子铁芯11的轴向贯穿转子铁芯11的两端端面，十个永磁体12一一对应嵌设在十个永磁体槽11a内，使得十个永磁体12内嵌在转子铁芯11内、转子1的极数Q＝10。其中，每个永磁体12采用烧结钕铁硼制成。

定子2套设在转子1外，定子2包括定子铁芯21和定子绕组22，定子铁芯21由多个第一电磁钢板沿永磁电机100的轴向层叠而成，第一电磁钢板在50Hz频率下磁化到1.5T时的铁损测定值为2.3W/kg；定子铁芯21包括沿永磁电机100的周向设置的九个定子齿211，每个定子齿211均包括沿永磁电机100的径向相对设置的轭部211a和齿部211b，齿部211b位于轭部211a的内侧，多个定子齿211的轭部211a依次首尾相连以形成环形的定子轭，多个定子齿211的齿部211b沿永磁电机100的周向间隔设置，相邻两个定子齿211之间限定出定子槽210，即定子槽210为九个，定子绕组22绕设在定子齿211的齿部211b上以位于定子槽210内，且定子绕组22为集中式绕组，定子绕组22的导体为铜导线。其中，定子槽210内设有绝缘件5，以将定子绕组22的线圈与定子齿211隔开，实现绝缘，绝缘件5可以为绝缘纸。

其中，转子2的横截面外周轮廓与转子2的横截面中心之间的最大距离为D₁，转子铁芯21的轴向长度为L，永磁电机100的额定功率为P，定子1的横截面外周轮廓与定子1的横截面中心之间的最大距离为D₂，D₁、L、P、D₂满足：D₁/L≥1.7、P/(D₁ ²×L)≥8.5、且D₂/L≥3，P的单位为W，D₁、L和D₂的单位均为cm。

这里，需要说明的是，方向“外”是指远离永磁电机的中心轴线100a的方向，其相反方向被定义为“内”；“永磁电机100的轴向”与永磁电机的中心轴线100a的延伸方向平行。

如图2、图3、图5和图6所示，转子2的轴向两端分别设有端板3，以限定永磁体22沿转子铁芯21的轴向移动，端板3为不锈钢件；定子2的轴向两端(例如，图5中的上端和下端)分别设有绝缘端板4，两个绝缘端板4分别安装在定子铁芯21的轴向两端的端面处，每个绝缘端板4形成为绝缘骨架，且每个绝缘端板4上设有沿定子铁芯21的周向间隔设置的多个安装柱41，每个安装柱41可以均沿定子铁芯21的轴向朝向定子铁芯21延伸，定子铁芯21的轴向两端端面上分别形成有多个安装孔，每个安装孔可以由定子铁芯21的部分端面凹入形成，多个安装柱41一一对应配合在多个安装孔内，从而将绝缘端板4快速安装在定子铁芯21上。

其中，每个安装柱41可以形成为圆柱结构，每个安装柱41的自由端可以设有导向部411，导向部411的外周壁形成导向面，导向部411可以形成为圆台结构，使得导向部411的横截面积沿定子铁芯21的轴向、由导向部411的远离定子铁芯21中心的一端朝向导向部411的邻近定子铁芯21中心的一端逐渐减小，使得在绝缘端板4的安装过程中、导向面可以起到良好的导向作用，进一步提升了绝缘端板4的安装效率。

根据本发明实施例的永磁电机100，相比于传统技术的永磁电机中、对应的D₁/L≤1.5、且P/(D₁ ²×L)≤8，本申请中的永磁电机100的功率密度得以进一步有效提升从而有效提升了永磁电机100的效率，便于实现永磁电机100的高效化，而且从图4中可以看出，在相同的额定输入功率P₀时，本申请的永磁电机100对应的(D₁ ²×L)值相比于传统技术的永磁电机对应的(D₁ ²×L)值较小，使得本申请的永磁电机100具有较小的体积，实现了永磁电机100的小型化，降低成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者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示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种永磁电机，其特征在于，包括：

定子，所述定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯包括多个定子齿，多个所述定子齿沿所述定子铁芯的周向布置，相邻两个所述定子齿之间限定出定子槽，所述定子绕组绕设在所述定子齿上；

转子，所述转子与所述定子内外间隔设置，所述转子包括转子铁芯和嵌设在所述转子铁芯上的永磁体，所述转子的横截面外周轮廓与所述转子的横截面中心之间的最大距离为D₁，所述转子铁芯的轴向长度为L，所述永磁电机的额定功率为P，所述D₁、L、P满足：

D₁/L≥1.7、且P/(D₁ ²×L)≥8.5，其中所述P的单位为W，所述D₁、L的单位均为cm。

2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子套设在所述转子的外侧，所述定子的横截面外周轮廓与所述定子的横截面中心之间的最大距离为D₂，所述D₂满足：D₂/L≥3，其中所述D₂的单位为cm。

3.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子绕组为集中式绕组，所述定子绕组的导体为铜导线。

4.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述转子的极数为Q，所述Q满足：Q≥8。

5.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，当所述定子槽为9个时，所述Q满足：Q＝8或者Q＝10。

6.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁体采用烧结钕铁硼制成。

7.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子齿包括沿所述定子铁芯的径向设置的轭部和齿部，所述定子绕组绕设在所述齿部上，相邻两个所述定子齿的所述轭部之间焊接相连、或可枢转地相连。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的永磁电机，其特征在于，所述转子的轴向两端分别设有端板，以限定所述永磁体沿所述转子铁芯的轴向移动，所述端板为不导磁材料件。

9.一种压缩机，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的永磁电机。

10.一种空调器，其特征在于，包括根据权利要求9所述的压缩机。

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