CN112072881A

CN112072881A - 电机、压缩机

Info

Publication number: CN112072881A
Application number: CN202010896823.2A
Authority: CN
Inventors: 卢素华; 赖涛; 刘思苑; 沈静文; 韦松; 韩允梅
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2020-12-11

Abstract

本发明提供一种电机、压缩机，其中一种电机，包括转子组件、定子铁芯以及绕设于所述定子铁芯的齿部上的定子绕组，所述转子组件包括转轴以及套装于所述转轴上的圆柱转子、盘式转子，所述圆柱转子处于所述定子铁芯的通孔内，所述盘式转子于所述定子铁芯的第一端面相对平行设置，所述定子绕组具有伸出于所述第一端面的定子绕组端部，所述定子绕组端部具有与所述第一端面平行的折弯部。根据本发明的一种电机、压缩机，电机无需单独针对盘式转子提供轴向励磁线圈，实现了定子绕组端部的二次利用，简化了电机结构，提高了电机的功率密度。

Description

电机、压缩机

技术领域

本发明属于电机制造技术领域，具体涉及一种电机、压缩机。

背景技术

近年来，永磁同步电机因其功率密度高、损耗少、效率高而得到广泛应用。但是，稀土永磁材料价格昂贵、稀土资源不可再生且生产过程污染大，为此，不使用或仅使用少量稀土永磁材料的电机设计及优化已经逐渐成为研究热点，近年来更是获得了越来越多的关注。普通的异步电机，当定子绕组通入三相对称电流时，气隙中将会建立基波旋转磁动势，从而产生基波旋转磁场，基波旋转磁场在短路的转子笼中产生相应的电流，该电流与气隙中的旋转磁场相互作用而产生电磁转矩。由于异步电机的转子电流将会产生额外的损耗，并且转子需要额外的励磁电流，这样导致异步电机功率密度和效率都偏低。使用永磁电机，虽然减少了转子损耗，但是磁钢使用和需要控制器驱动是永磁电机的成本大大增加，占用体积大且操作复杂。因此异步与永磁的一种电机将成为趋势。

无论永磁电机还是异步电机，都存在绕组端部过高的问题，这限制着电机叠高，而且端部无法提供有用磁场，还会使电机铜损增加，同时端部漏抗也会增加，影响电机的功率密度和效率。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电机、压缩机，定子绕组端部具有与定子铁芯的第一端面平行的折弯部，能够给盘式转子提供轴向磁场，从而使电机无需单独针对盘式转子提供轴向励磁线圈，实现了定子绕组端部的二次利用，简化了电机结构，提高了电机的功率密度。

为了解决上述问题，本发明提供一种电机，包括转子组件、定子铁芯以及绕设于所述定子铁芯的齿部上的定子绕组，所述转子组件包括转轴以及套装于所述转轴上的圆柱转子、盘式转子，所述圆柱转子处于所述定子铁芯的通孔内，所述盘式转子于所述定子铁芯的第一端面相对平行设置，所述定子绕组具有伸出于所述第一端面的定子绕组端部，所述定子绕组端部具有与所述第一端面平行的折弯部。

可选地，所述折弯部由沿所述第一端面的径向向内或者向外折弯。

可选地，所述折弯部与所述第一端面之间具有直线段。

可选地，所述圆柱转子为鼠笼式转子。

可选地，所述圆柱转子包括圆柱转子铁芯，所述圆柱转子铁芯上构造有多个沿其轴向贯通的闭口槽，所述鼠笼式转子中的鼠笼通过所述闭口槽浇铸铝液获得。

可选地，所述盘式转子包括盘式转子铁芯以及表贴于所述盘式转子铁芯朝向所述定子铁芯一侧的多个磁钢，所述磁钢的个数与所述电机的极数相等。

可选地，所述多个所述磁钢沿所述盘式转子铁芯的周向均匀间隔设置，且相邻的两个所述磁钢的极性相反；或者，所述盘式转子铁芯上构造有多个通流孔，所述通流孔贯通所述盘式转子铁芯的轴向两端。

可选地，所述盘式转子铁芯背离所述定子铁芯的端面上设有叶片。

可选地，所述叶片具有处于所述盘式转子铁芯轴向上的轴向高度h以及处于所述盘式转子铁芯径向上的径向长度l，h:l＞1:3。

本发明还提供一种压缩机，包括上述的电机。

本发明提供的一种电机、压缩机，定子绕组端部具有的与定子铁芯的第一端面平行的折弯部，能够给盘式转子提供轴向磁场，从而使电机无需单独针对盘式转子提供轴向励磁线圈，实现了定子绕组端部的二次利用，简化了电机结构，提高了电机的功率密度，而可以理解的是，由于所述定子绕组端部被折弯，这大大降低了绕组端部的高度，从而一方面能够减少电机铜耗、降低端部漏抗、提高电机效率，另一方面还能够在相同功率密度的情况下，定子铁芯的叠厚能够被设计的更小，从而减少硅钢片的用量及重量，铁耗得到减小。

附图说明

图1为本发明实施例的电机的立体结构示意图；

图2为图1的拆解结构示意图；

图3为图1中的盘式转子的正视结构示意图(图中显示了其朝向定子铁芯的端面)；

图4为图1中的盘式转子的另一实施例中的立体结构示意图(图中显示了其背离定子铁芯的端面)；

图5为图1中定子绕组的端部折弯示意图，图中的定子绕组的轴向两个端部皆被做了压平折弯处理；

图6为图5中的定子绕组的理论基础简化模型；

图7为本发明实施例的电机的磁场示意图(左侧示意出了轴向磁场情况，右侧示意出了径向磁场情况)。

附图标记表示为：

1、定子铁芯；11、通孔；2、定子绕组；21、折弯部；22、直线段；23、折弯部在折弯之前的对应部分；3、转子组件；31、转轴；32、圆柱转子；321、圆柱转子铁芯；322、闭口槽；33、盘式转子；331、盘式转子铁芯；332、磁钢；333、通流孔；334、叶片。

具体实施方式

结合参见图1至图7所示，根据本发明的实施例，提供一种电机，包括转子组件3、定子铁芯1以及绕设于所述定子铁芯1的齿部上的定子绕组2，所述转子组件3包括转轴31以及套装于所述转轴31上的圆柱转子32、盘式转子33，所述圆柱转子32处于所述定子铁芯1的通孔11内，所述盘式转子33于所述定子铁芯1的第一端面相对平行设置，所述定子绕组2具有伸出于所述第一端面的定子绕组端部，所述定子绕组端部具有与所述第一端面平行的折弯部21。该技术方案在客观上提供了一种同时具备圆柱转子32与盘式转子33的组合式电机，定子绕组端部具有的与定子铁芯的第一端面平行的折弯部，能够给盘式转子提供轴向磁场，从而使电机无需单独针对盘式转子提供轴向励磁线圈，实现了定子绕组端部的二次利用，简化了电机结构，提高了电机的功率密度，而可以理解的是，由于所述定子绕组端部被折弯，这大大降低了绕组端部的高度，从而一方面能够减少电机铜耗、降低端部漏抗、提高电机效率，另一方面还能够在相同功率密度的情况下，定子铁芯1的叠厚能够被设计的更小，从而减少硅钢片的用量及重量，铁耗得到减小。

以下结合理论推导对本发明中将定子绕组端部进行折弯后能够提升电机功率密度予以证明。

图6示出了定子绕组的理论基础简化模型。本发明的绕组端部二次利用方法为将端部沿电机径向向内或向外整形，如图5中21所示，与23相比，减少整个2*Cs部分，Cs为定子绕组折弯部21总长度的一半，如此为圆柱转子32提供励磁的绕组线圈长度就减少了2*Cs/每匝线圈长度，相应定子绕组电阻也就减少2*Cs/每匝线圈长度，电机铜损相应减少，电机效率增加。

本发明按图5所示进行绕组端部再利用，并结合图6所示，产生的轴向磁场与盘式转子33组成盘式电机，绕组端部的二次利用可以使电机端部漏抗减少，整机功率因数增加，提高功率密度和效率。电机的每极每相绕组的漏抗与N_sq ²成正比(为定子线圈槽内的绕组线圈的根数q，针对每个定子齿的一侧)，因为漏磁通是由q个线圈边中的电流所产生，并且与q个线圈边匝链。此外，端部漏抗还与线圈端部长度有关。因此，每极每相线圈数的端部漏抗标幺值，可以表示为下式：

式中，如图5所示，d1为绕组端部的直线段22的长度，单位为m；如图6所示，f_d为折弯部21在所述定子铁芯1的轴向上的投影长度，单位为m；f为频率，单位为Hz；μ₀为真空磁导率，为0.4π×10^-6H/m，N₁为定子每槽导体数，无量纲；P_N为电机额定功率，单位为kW；m₁为电机相数，常数无量纲；U_Nφ为电机额定相电压，单位为V；p为电机极对数，常数无量纲。

f_d＝C_s sinα

上式中，α为定子绕组在折弯前(23)的侧边与第一端面的夹角。

由端部漏抗标幺值公式可知本发明可以减少绕组整个f_d部分，端部漏抗在异步电机的定子漏抗中占比达到70％，本发明将端部按以上方法设计，定子漏抗可减少约70％，满载时定子电流无功分量标幺值：

上式中，I_m ^*为电机磁化电流，单位为A；σ₁为为漏磁系数，无量纲；X_σ ^*为定转子漏抗标幺值之和，常数无量纲；I_lp ^*为定子电流有功分量标幺值，常数无量纲。

定子电流无功分量标幺值与定子漏抗的立方成正比，端部漏抗的减少必然会引起定子电流无功分量标幺值的减少，电机无功功率减少，而视在功率与有功功率、无功功率的关系为：

S＝P+Q

其中S为视在功率、P为有功功率、Q为无功功率，电网给定视在功率不变，无功功率减小，则有功功率将增加，电机功率密度增加。

所述折弯部21由沿所述第一端面的径向向内或者向外折弯，具体折弯方向依据所述转轴31与定子铁芯1之间的相对位置确定即可，原则上以不使前述两者产生干涉为准即可。而在一些实施例中，所述定子绕组2的线径可能会较大，此时，为了保证所述折弯部21的轻松实现，所述折弯部21与所述第一端面之间具有直线段22，此处的所述直线段22可以理解为所述定子绕组2在定子铁芯1的齿槽中的延伸出所述第一端面的直线部分。

在一些实施例中，所述圆柱转子32为鼠笼式转子，具体的，所述圆柱转子32包括圆柱转子铁芯321，所述圆柱转子铁芯321上构造有多个沿其轴向贯通的闭口槽322，所述鼠笼式转子中的鼠笼通过所述闭口槽322浇铸铝液获得。此时所述圆柱转子铁芯321被设计为鼠笼式转子在实质上形成异步电机结构，这能够增加盘式转子33的自启动能力。

可选地，所述盘式转子33包括盘式转子铁芯331以及表贴于所述盘式转子铁芯331朝向所述定子铁芯1一侧的多个磁钢332，所述磁钢332的个数与所述电机的极数相等。所述多个所述磁钢332沿所述盘式转子铁芯331的周向均匀间隔设置，且相邻的两个所述磁钢332的极性相反。具体如图3所示出，所述盘式转子33采用侧部表贴磁钢332的盘式结构，磁钢数量为2K(K为正整数)，与电机极数相等，排布依次为N、S，相邻两磁钢提供相反磁场。

可选地，所述盘式转子铁芯331上构造有多个通流孔333，所述通流孔333贯通所述盘式转子铁芯331的轴向两端，一方面可以减轻盘式转子33的重量、降低转子转动惯性，使电机相应更迅速，另一方面则能够使圆柱转子32的散热更为顺畅，防止转子温升过高。

在一些实施例中，所述盘式转子铁芯331背离所述定子铁芯1的端面上设有叶片334。为减小噪声与风阻，叶片数量可选为7、11、13，叶片334轴向高度需设计的尽量矮，叶片轴向高度与径向长度比例大于1:3。当电机在运行过程中，处于叶片334间的气体受离心力的作用向外飞逸，在风叶边缘产生压差，增加电机内部空气流通，提高电机散热能力，克服了圆柱转子电机散热困难的不足。

图7示出了本发明电机磁场示意，同一定子绕组可同时提供圆柱转子的径向磁场和盘式转子的轴向磁场，左图为端部绕组产生磁场与盘式转子33结合形成盘式电机的结构，定子绕组2能够充分利用绕组端部使端部绕组得到充分利用的同时，提高电机功率密度和材料利用率。

根据本发明的实施例，还提供一种压缩机，包括上述的电机。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种电机，其特征在于，包括转子组件(3)、定子铁芯(1)以及绕设于所述定子铁芯(1)的齿部上的定子绕组(2)，所述转子组件(3)包括转轴(31)以及套装于所述转轴(31)上的圆柱转子(32)、盘式转子(33)，所述圆柱转子(32)处于所述定子铁芯(1)的通孔(11)内，所述盘式转子(33)于所述定子铁芯(1)的第一端面相对平行设置，所述定子绕组(2)具有伸出于所述第一端面的定子绕组端部，所述定子绕组端部具有与所述第一端面平行的折弯部(21)。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述折弯部(21)由沿所述第一端面的径向向内或者向外折弯。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述折弯部(21)与所述第一端面之间具有直线段(22)。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述圆柱转子(32)为鼠笼式转子。

5.根据权利要求3所述的电机，其特征在于，所述圆柱转子(32)包括圆柱转子铁芯(321)，所述圆柱转子铁芯(321)上构造有多个沿其轴向贯通的闭口槽(322)，所述鼠笼式转子中的鼠笼通过所述闭口槽(322)浇铸铝液获得。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机，其特征在于，所述盘式转子(33)包括盘式转子铁芯(331)以及表贴于所述盘式转子铁芯(331)朝向所述定子铁芯(1)一侧的多个磁钢(332)，所述磁钢(332)的个数与所述电机的极数相等。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述多个所述磁钢(332)沿所述盘式转子铁芯(331)的周向均匀间隔设置，且相邻的两个所述磁钢(332)的极性相反；或者，所述盘式转子铁芯(331)上构造有多个通流孔(333)，所述通流孔(333)贯通所述盘式转子铁芯(331)的轴向两端。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的电机，其特征在于，所述盘式转子铁芯(331)背离所述定子铁芯(1)的端面上设有叶片(334)。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述叶片(334)具有处于所述盘式转子铁芯(331)轴向上的轴向高度h以及处于所述盘式转子铁芯(331)径向上的径向长度l，h:l＞1:3。

10.一种压缩机，包括电机，其特征在于，所述电机为权利要求1至9中任一项所述的电机。