CN112510955A - 一种永磁同步电机、具有其的压缩机及电机配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机及具有其的压缩机，属于电机技术领域。本发明的永磁同步电机包括定子与转子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设有沿轴向贯通的中间孔，所述转子可转动地设置于所述中间孔内，所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ满足：40≤T/δ≤150，其中，T为所述永磁同步电机的工况负载。本发明的永磁同步电机根据电机实际工作的工况负载来设计定子铁芯与转子之间的间隙大小，减小电机工作时的铁损耗和铜损耗的大小和分布比例，进而提升在特定工况负载下永磁同步电机的效率。

Description

一种永磁同步电机、具有其的压缩机及电机配置方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁同步电机、具有其的压缩机及电机配置方法。

背景技术

电机是一种旋转电动机器，能将电能转化为机械能。电机一般包括定子和转子两个部分，电机定子包括定子铁芯、绕组、绝缘材料，电子转子包括转子铁芯和永磁体(和/或铸铝)，其中永磁同步电机由于具有效率高、输出转矩大、转速可调、体积小等特点，目前已经广泛的应用在很多领域中，并取得了良好的应用效果。

永磁同步电机在设计过程中受到很多结构参数的影响，比如定子齿宽、定子轭宽、定子内径、定转子间隙、磁钢厚度等。通常为了保证电机的输出能力，即保证足够的气隙磁密，从而保证电机具有较大的转矩密度。但是，不同的定转子间隙大小会影响电机工作时的铁损耗和铜损耗的大小和分布比例关系，进而影响电机的工作效率。因此，根据电机不同的实际运行工况对电机的各个结构尺寸进而合理的设计才能保证电机的高效率运行。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明实施例提供一种永磁同步电机及具有其的压缩机，其根据电机的实际运行工况负载来设置定子铁芯与转子之间的间隙，进而有效提升特定工况下永磁同步电机的效率，降低电机铜损耗和铁损耗。

为了实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供一种永磁同步电机，包括定子与转子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设有沿轴向贯通的中间孔，所述转子可转动地设置于所述中间孔内，所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ满足：40≤T/δ≤150，其中，T为所述永磁同步电机的工况负载。

可选地，所述定子还包括绕组，所述定子铁芯上周向设有多个定子槽，相邻的两个所述定子槽之间设有定子齿，所述绕组穿过所述定子齿两侧的所述定子槽，并绕设于所述定子齿上。

可选地，所述转子包括转子铁芯与磁性体，所述转子铁芯可转动地设置于所述中间孔内，所述磁性体周向设置于所述转子铁芯上。

可选地，所述转子铁芯上设有磁体槽，所述磁性体设置于所述磁体槽内；

或者，

所述磁性体贴合于所述转子铁芯的外圆周上；

或者，

所述磁性体呈环形，所述磁性体套设于所述转子铁芯的外圆周上。

可选地，包括多个所述磁性体，多个所述磁性体沿所述转子铁芯的周向均匀分布，相邻两个所述磁性体具有不同的极性；

或者，

所述磁性体沿所述转子铁芯的周向方向上具有多段极性段，相邻的两个所述极性段具有不同的极性。

可选地，所述定子铁芯的高度与所述转子铁芯的高度相等。

可选地，所述定子铁芯的高度H满足：10≤H/δ≤35。

可选地，所述定子铁芯的外轮廓面积S1与所述定子铁芯的内轮廓面积S2满足：3.5≤S1/S2≤4.4。

可选地，所述磁性体的厚度K满足：2.35≤K/δ≤5.7。

第二方面，本发明实施提供一种压缩机，包括如上所述的永磁同步电机。

第三方面，本发明实施例还提供一种永磁同步电机配置方法，包括如下步骤：

设置定子与转子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设有沿轴向贯通的中间孔，所述转子可转动地设置于所述中间孔内；

确定永磁同步电机的工况负载T；

根据所述工况负载T确定所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ，其中，所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ满足：40≤T/δ≤150。

本发明的有益效果：

本发明公开了一种永磁同步电机，包括定子与转子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设有沿轴向贯通的中间孔，所述转子可转动地设置于所述中间孔内，所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ满足：40≤T/δ≤150，其中，T为所述永磁同步电机的工况负载。本发明的永磁同步电机根据电机实际工作的工况负载来设计定子铁芯与转子之间的间隙大小，减小电机工作时的铁损耗和铜损耗的大小和分布比例，进而提升在特定工况负载下永磁同步电机的效率。

附图说明

本发明上述和/或附加方面的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是本发明实施例的永磁同步电机的正视图；

图2是本发明实施例的永磁同步电机的立体结构示意图；

图3是本发明实施例中定子铁芯的结构示意图；

图4是本发明第一个另选地实施例中磁性体的安装结构示意图；

图5是本发明第二个另选地实施例中磁性体的安装结构示意图；

图6是本发明第三个另选地实施例中磁性体的安装结构示意图；

图7是本发明第四个另选地实施例中磁性体的安装结构示意图；

图8是本发明一个实施例中永磁同步电机的剖面结构示意图；

图9是本发明另一个实施例中永磁同步电机的剖面结构示意图；

图10是本发明实施例的永磁同步电机配置方法的流程示意图；

图11是本发明实施例的永磁同步电机配置方法的详细流程示意图。

其中图1至图9中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、定子铁芯；2、绕组；3、中间孔；4、定子齿；5、定子槽；6、转子铁芯；7、磁性体；8、磁体槽；40、延伸部；60、定位块。

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。

参照图1与图2，本发明实施例提供一种永磁同步电机，包括定子与转子，定子包括定子铁芯1、引出线组件、绕组2以及绝缘材料，定子铁芯1上设有沿轴向贯通的中间孔3，转子可转动地设置于中间孔3内，在工作时，为了确保电机具有足够的输出能力，在定子铁芯1与转子之间设置一定的间隙，从而确保电机具有足够的气隙磁密，保证电机具有较大的转矩密度，本实施例中，定子铁芯1与转子之间的间隙δ满足：40≤T/δ≤150，其中，T为所述永磁同步电机的工况负载，即定子铁芯1与转子之间的间隙根据永磁同步电机的工况负载设计，进而调整永磁同步电机的铜损耗和铁损耗的比例大小，达到提升特定工况下永磁同步电机的工作效率的目的。可以理解的是，工况负载T以N/m为标准单位确定，间隙δ以m为单位确定，因此，确定定子铁芯1与转子之间的间隙δ所满足的关系时，可以选择为将工况负载T与间隙δ分别转换为该标准单位下之后进行比较，或者也可以选择为将两者及进行比较之后转换在该标准单位下，从而获得两者之间所满足的范围。

如图1至图3，定子铁芯1上设置有多个定子齿4与定子槽5，其中，多个定子齿4与定子槽5沿定子铁芯1的周向方向交替设置，即沿定子铁芯1的周向方向上，每个定子齿4的两侧分别设置有定子槽5，其中如图1与图2，绕组2经由定子齿4两侧的定子槽5绕设于定子齿4上。本实施例中，绕组2的绕设方向为沿定子铁芯1的周向方向，从而避免绕组2经过定子铁芯1与转子之间，为定子铁芯1与转子之间的间隙的设计提供条件，在相邻两个定子齿4之间，两个绕组2共用同一个定子槽5，降低了开槽的难度和成本。

在可选地实施例中，定子铁芯1与绕组2的接触面上设置有绝缘材料，绝缘材料用于分隔定子铁芯1与绕组2，避免在定子铁芯1上产生电流。

在沿定子铁芯1的周向方向上，定子齿4的两侧分别设置有延伸部40，延伸部40位于定子齿4朝向转子的一端，多个定子齿4的所述延伸部40相连形成一个大致的圆形，延伸部40位于定子槽5与转子之间，以避免绕组2从定子槽5内滑出。

转子包括转子铁芯6与磁性体7，其中，转子铁芯6可转动地设置于中间孔3内，磁性体7沿周向设置于转子铁芯6上。工作时，定子铁芯1上的绕组2通入电流，从而形成旋转磁场，磁性体7的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子铁芯1内产生的旋转磁场会道东转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相等。

在一个实施例中，如图1与图2所示，磁性体7设于转子铁芯6的外圆周上，此时，所述定子铁芯1与转子之间的间隙为定子铁芯1与磁性体7之间的间隙，即在本实施例中，定子铁芯1与磁性体7之间的间隙δ满足：40≤T/δ≤150。具体地，在本实施例中，转子铁芯6的外圆周上均匀且间隔地设置有多个磁性体7，且相邻的磁性体7具有不同的极性。进一步地，转子铁芯6的外圆周上设置有多个定位块60，在安装磁性体7时，磁性体7安装于相邻的两个定位块60之间，以对磁性体7进行快速的定位。本发明实施例中，磁性体7可以选择为通过胶体粘结于转子铁芯6的圆周外壁上。

图4示出了本发明第一个另选地实施例中磁性体的安装结构示意图，在本实施例中，磁性体7设置于转子铁芯6的外圆周上，其中，磁性体7为一整体的环形结构，磁性体7套设于转子铁芯6的外圆周上。本实施例中，磁性体7可以选择为通过胶体粘结在转子铁芯6的圆周外壁上或者通过过盈配合的方式套设于转子铁芯6上。可选地，磁性体7沿周向方向上包括多段磁性段，相邻的两个磁性段具有不同的极性。

在不同的实施例中，磁性体7可以选择为设置于转子铁芯6的其他位置，比如转子铁芯6的圆周范围之内，此时，所述定子铁芯1与转子之间的间隙即为定子铁芯1与转子铁芯6之间的间隙。图5示出了本发明第二个另选地实施例中磁性体的安装结构示意图，参照图5，本实施例中，磁性体7设置于转子铁芯6的圆周范围之内并沿转子铁芯6的圆周方向设置，其中，转子铁芯6上设置有磁体槽8，磁性体7嵌设于磁体槽8内。在图5所示出的实例中，磁体槽8包括多个，对应地，多个磁性体7分别嵌设于对应的磁体槽8内，磁体槽8可以选择在轴线方向上贯通转子铁芯6，磁性体7可以选择为通过过盈配合或胶粘的方式紧固地设置于磁体槽7内。同图4所示的实例，在可选地实施例中，磁体槽8与磁性体7也可以选择为一个整体，即在转子铁芯6的周向方向上为一个整体，此时，磁性体7可以选择为在转子铁芯6的圆周方向上具有多段不同极性的磁性段。

本发明实施例中，如图5，磁体槽8与磁性体7可以选择为呈方形，在另选地实施例中，如图6，磁体槽8与磁性体7也可以选择为呈圆弧形，其中，在图6所示的实例中，磁体槽8与磁性体7为朝向转子铁芯6的圆心弯曲的圆弧形，在不同的实施方式中，也可以选择为磁体槽8与磁性体7为朝向转子铁芯6径向向外的方向弯曲的圆弧形。

图7示出了本发明实施例的永磁同步电机的局部结构示意图，参照图7，本实施例中，在周向方向上，定子铁芯1与转子之间的间隙可以选择为非均匀的，此时，可以选取定子铁芯1与转子之间的等效间隙，使得定子铁芯1与转子之间的等效间隙δ′满足：40≤T/δ′≤150。在可选地实施例中，定子铁芯1与转子之间的间隙的不均匀可以选择为定子铁芯1的内圈不均匀、转子铁芯6的外圆周不均匀或磁性体7在圆周方向上的厚度不均匀，在优选地实施例中，可以选择为磁性体7在圆周方向上的厚度不均匀，从而对磁性体7选用标准更加灵活，便于确保永磁同步电机的生产难度，降低生产成本。

继续参照图2，在本发明实施例中，定子铁芯1的高度为H，其中，永磁同步电机的定子铁芯1与转子之间的间隙δ，和定子铁芯1的高度H之间满足：10≤H/δ≤35。在电机设计过程中，根据永磁同步电机的特定工况负载在电机设计过程中，根据此定子铁芯1的高度H与定转子间隙δ的关系，能够根据定子铁芯1的高度H的大小而合理地选择出较优的定转子间隙δ，或者根据定转子间隙δ的大小而合理地选择出较优的定子铁芯1的高度H，从而达到保持较高的电机效率的同时使用较少的电机铁芯材料、降低成本的目的。

参照图1，在本发明实施例中，永磁同步电机的磁性体7的厚度为K，永磁同步电机的定子铁芯1与转子之间的间隙为δ，其中，磁性体7的厚度K与定转子间隙δ之间的关系满足：2.35≤K/δ≤5.7。在电机设计过程中，根据定转子间隙δ的大小合理地选择转子磁体的厚度K，既能够保证一定的定转子气隙磁密，合理地控制定子铁芯1磁密，进而控制定子铁芯1的铁损，也能够保证磁钢用量处于一个合理的水平，达到控制成本，节省材料的目的。

如图3，在本发明实施例中，永磁同步电机的定子铁芯1的外轮廓为一圆形，中间孔3的轮廓形状也为一圆。永磁同步电机的定子铁芯1的外轮廓面积为S1，永磁同步电机的定子铁芯1的中间孔3的轮廓面积为S2，其中S1与S2之间满足：3.5≤S1/S2≤4.4。在电机设计过程中，合理地设计定子铁芯1外轮廓面积和中间孔3轮廓面积的比值，既能够保证永磁同步电机具有较高的电机效率，又能够达到节省定子铁芯1的材料用量，提升电机硅钢片材料利用率的目的。

本发明实施例的永磁同步电机可以选择为应用于家用冰箱，在电机的工况负载相对比较稳定的情况下，根据永磁同步电机的工况负载来设计定转子之间的间隙，从而提高永磁同步电机的能效，降低电机的成本，在此基础上，根据已经获得的定转子间隙，限定定子铁芯1的高度、磁性体7的厚度以及定子铁芯1的外轮廓面积与中间孔3的轮廓面积，从而在确保永磁同步电机具有良好的能效的情况下，节省生产上的耗材，降低生产成本。

参照图8，在本发明实施例中，定子铁芯1与转子铁芯6之间可以选择为具有相同的高度。传统的永磁同步电机，定子铁芯1与转子铁芯6多具有不同的高度，在生产线加工时，针对定子铁芯1与转子铁芯6多处的高度的部分需要单独开模进行冲片，增加了生产线的开模成本，本实施例中，选择定子铁芯1与转子铁芯6具有相同的高度，从而避免了多余的开模，节省了加工成本。在图8所示出的实例中，定子铁芯1与转子铁芯6之间的具有相同的高度，且定子铁芯1与转子铁芯6的表面齐平，其中，磁性体7可以选择为与定子铁芯1、转子铁芯6具有相同的高度。

参照图9，在另一可选地实施例中，定子铁芯1与转子铁芯6之间具有一定的错位，本实施例中，磁性体7的表面与定子铁芯1的表面齐平，以确保磁性体7与定子铁芯1上的绕组2的电磁感应，此时，磁性体7与转子铁芯6之间具有一定的错位，为保证磁性体7与转子铁芯6的紧固，磁性体7可以选择为胶粘或通过过盈配合的方式设置在转子铁芯6上。

本发明实施例的永磁同步电机能够针对电机的实际运行工况负载，来确定定子铁芯1与转子之间的间隙、定子铁芯1的高度、磁性体7的厚度以及定子铁芯1的内外径参数，从而有效提升特定工况下永磁同步电机的效率、降低电机磁性材料、硅钢片等原材料用量，在一定程度上降低电机成本；根据本发明实施例的永磁同步电机，改善了气隙磁密波形及反电势波形，降低齿槽转矩幅值和父爱转矩波动，有利于径向电磁力的降低，从而改善了电机的电磁噪声，提高特定负载工况下的电机效率，同时具有良好的工艺性和安全形。

本发明实施例还提供一种压缩机，包括如上所述的永磁同步电机。

图10示出了本发明实施例的永磁同步电机配置方法的流程示意图，参照图10，本发明实施例提供一种永磁同步电机配置方法，包括如下步骤：

S100，设置定子与转子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设有沿轴向贯通的中间孔，所述转子可转动地设置于所述中间孔内；

S200,确定永磁同步电机的工况负载T；

S300，根据所述工况负载T确定所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ，其中，所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ满足：40≤T/δ≤150。

本发明实施例中，根据电机实际工作的工况负载来设计定子铁芯与转子之间的间隙大小，减小电机工作时的铁损耗和铜损耗的大小和分布比例，进而提升在特定工况负载下永磁同步电机的效率。

在可选地实施例中，在周向方向上，定子铁芯与转子之间的间隙为均匀分布，此时，定子铁芯与转子之间的间隙δ为定子铁芯与转子之间任一位置处的间隙，在另选地实施例中，在周向方向上，定子铁芯与转子之间的间隙为非均匀分布，此时，定子铁芯与转子之间的间隙δ为定子铁芯与转子之间的平均间隙，即定子铁芯与转子之间的等效间隙。

如图11，在可选地实施例中，所述永磁同步电机配置方法还包括：

S400，根据所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ确定所述定子铁芯的高度H，其中，所述定子铁芯的高度H满足：10≤H/δ≤35。

本发明实施例中，根据已经获得的定转子间隙δ的取值来确定定子铁芯的高度H的取值，从而达到保持较高的电机效率的同时使用较少的电机铁芯材料、降低成本的目的。

在可选地实施例中，所述永磁同步电机配置方法还包括：

S500，根据所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ确定所述磁性体的厚度K，其中，所述磁性体的厚度K满足：2.35≤K/δ≤5.7。

本发明实施例中，根据定转子间隙δ的大小合理地选择磁性体的厚度K，既能够保证一定的定转子气隙磁密，合理地控制定子铁芯1磁密，进而控制定子铁芯1的铁损，也能够保证磁钢用量处于一个合理的水平，达到控制成本，节省材料的目的。由上文可知，在可选地实施例中，在周向方向上，定子铁芯与转子之间的间隙可以选择为非均匀地，此时，可以选择为磁性体的厚度K在周向方向上是非均匀性，此时，可以选择为磁性体在周向方向上的平均厚度K满足2.35≤K/δ≤5.7。

在可选地实施例中，所述永磁同步电机配置方法还包括：

S600，限定定子铁芯的外轮廓面积S1与中间孔的轮廓面积S2，其中，定子铁芯的外轮廓面积S与中间孔的轮廓面积S2满足：3.5≤S1/S2≤4.4。

本发明实施例中，通过对定子铁芯1外轮廓面积和中间孔3轮廓面积的比值的限定，既能够保证永磁同步电机具有较高的电机效率，又能够达到节省定子铁芯1的材料用量，提升电机硅钢片材料利用率的目的。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种永磁同步电机，其特征在于，包括定子与转子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设有沿轴向贯通的中间孔，所述转子可转动地设置于所述中间孔内，所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ满足：40≤T/δ≤150，其中，T为所述永磁同步电机的工况负载。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述定子还包括绕组，所述定子铁芯上周向设有多个定子槽，相邻的两个所述定子槽之间设有定子齿，所述绕组穿过所述定子齿两侧的所述定子槽，并绕设于所述定子齿上。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，所述转子包括转子铁芯与磁性体，所述转子铁芯可转动地设置于所述中间孔内，所述磁性体周向设置于所述转子铁芯上。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机，其特征在于，所述转子铁芯上设有磁体槽，所述磁性体设置于所述磁体槽内；

或者，

所述磁性体贴合于所述转子铁芯的外圆周上；

或者，

所述磁性体呈环形，所述磁性体套设于所述转子铁芯的外圆周上。

5.根据权利要求3所述的永磁同步电机，其特征在于，包括多个所述磁性体，多个所述磁性体沿所述转子铁芯的周向均匀分布，相邻两个所述磁性体具有不同的极性；

或者，

所述磁性体沿所述转子铁芯的周向方向上具有多段极性段，相邻的两个所述极性段具有不同的极性。

6.根据权利要求1所述永磁同步电机，其特征在于，所述定子铁芯的高度与所述转子铁芯的高度相等。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的永磁同步电机，其特征在于，所述定子铁芯的高度H满足：10≤H/δ≤35。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的永磁同步电机，其特征在于，所述定子铁芯的外轮廓面积S1与所述定子铁芯的内轮廓面积S2满足：3.5≤S1/S2≤4.4。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的永磁同步电机，其特征在于，所述磁性体的厚度K满足：2.35≤K/δ≤5.7。

10.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的永磁同步电机。

11.一种永磁同步电机配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置定子与转子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯上设有沿轴向贯通的中间孔，所述转子可转动地设置于所述中间孔内；

确定永磁同步电机的工况负载T；

根据所述工况负载T确定所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ，其中，所述定子铁芯与所述转子之间的间隙δ满足：40≤T/δ≤150。

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