CN117175812A - 电机及具有其的压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机及具有其的压缩机，电机包括定子结构，定子结构包括：定子铁芯，定子铁芯具有多个定子齿，各定子齿均包括多个组成段，多个组成段包括第一铁芯段、第二铁芯段和第三铁芯段；其中，各组成段的内侧端部均形成靴部，第一铁芯段形成的第一靴部沿定子铁芯径向的厚度大于第二铁芯段形成的第二靴部沿定子铁芯径向的厚度，第一靴部沿定子铁芯径向的厚度大于第三铁芯段形成的第三靴部沿定子铁芯径向的厚度，第二靴部和第三靴部的厚度一致。本申请解决了现有技术中的由于定转子高度差存在导致定子铁芯轴向上磁密分布不均匀的问题，减小了电机的铁耗，同时不会影响电机效率。

Description

电机及具有其的压缩机

技术领域

本发明涉及电机结构设计技术领域，具体而言，涉及一种电机及具有其的压缩机。

背景技术

现有技术中，多数的表贴式铁氧体永磁电机为降低铜耗、提高电机励磁能力和电机效率，通常需要增加磁极长度，使得电机形成转子高度高于定子高度的现象，而高出定子的磁极的磁力线往往最先分布在定子铁芯的上下两端部，造成整体定子铁芯磁密值不均匀，两端部磁密值远大于中间段定子铁芯的磁密值，使电机铁耗值过大。

现有技术中，较多数改善端部磁密的方法通过添加导磁装置，提高轴向上两端定子铁芯的最大磁密值和饱和程度，但中间段定子铁芯的磁密仍得不到改善，铁磁材料的利用率较低，且导磁装置也需要一定的成本。

针对现有技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电机及具有其的压缩机，以解决现有技术中的由于定子铁芯轴向磁密不均匀导致的电机铁损较大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电机，包括定子结构，定子结构包括：定子铁芯，定子铁芯包括多个组成段，多个组成段包括第一铁芯段、第二铁芯段和第三铁芯段，第二铁芯段和第三铁芯段分别位于第一铁芯段沿定子铁芯的轴线方向的两侧，且第二铁芯段、第三铁芯段均与第一铁芯段连接；其中，各组成段的内侧端部均形成靴部，第一铁芯段形成的第一靴部沿定子铁芯径向的厚度大于第二铁芯段形成的第二靴部沿定子铁芯径向的厚度，第一靴部沿定子铁芯径向的厚度大于第三铁芯段形成的第三靴部沿定子铁芯径向的厚度，第二靴部和第三靴部的厚度一致。

进一步地，电机还包括转子结构，转子结构位于定子铁芯的内侧，转子结构的轴向长度大于定子铁芯的轴向长度。

进一步地，转子结构与定子铁芯的轴向高度差为Δh，其中，5mm≤Δh≤10mm。

进一步地，定子铁芯的轴向长度为h1，其中，20mm≤h1≤30mm。

进一步地，转子结构的轴向长度为h2，转子结构与定子铁芯的轴向高度差为Δh，第一靴部与第二靴部的厚度差为Δa，其中，0.5*Δh*h2/Φ≤Δa≤0.8*Δh*h2/Φ，Φ为电机的总磁通。

进一步地，第三靴部沿定子铁芯的轴向的延伸长度与第二靴部沿定子铁芯的轴向的延伸长度相同，第二靴部沿定子铁芯的轴向的延伸长度为h3，转子结构与定子铁芯的轴向高度差为Δh，其中，0.23≤h3/Δh≤0.38。

进一步地，转子结构上安装有多个磁极，磁极的内轮廓和外轮廓均为圆弧结构，圆弧结构的圆心与定子铁芯的圆心重合，磁极的材质的剩磁为Br，Br≤460mT。

进一步地，每片磁极的外轮廓至圆弧结构的圆心的距离为磁极的半径R，其中R≤30mm。

根据本发明的一个方面，提供了一种压缩机，包括电机，电机为上述的电机。

应用本发明的技术方案，通过将第一靴部的厚度设置为大于第二靴部的厚度，以及将第一靴部的厚度设置为大于第三靴部的厚度，使得部分磁力线走向定子铁芯的中间部分，从而改善定子铁芯的磁密，提高铁磁材料的利用率，同时可使定子铁芯的磁密在轴向上分布均匀，减小整个定子铁芯的磁密值差，使磁密值趋于平均，降低定子铁芯损耗，节约定子铁芯的成本，同时不影响电机效率。采用本申请的技术方案，有效地解决了定转子高度差存在导致定子铁芯轴向上磁密分布不均匀、端部定子铁芯磁密饱和的问题，改变了磁力线的路径，使磁力线通过定转子间的气隙往中间段定子铁芯分布，减小整个定子铁芯的磁密值差，使磁密值趋于平均，减小电机铁耗，同时不会影响电机效率。

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示出了根据本发明的定子铁芯的第一实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的定子铁芯的第二实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的定子铁芯的第三实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的定子铁芯的第四实施例的结构示意图；

图5示出了根据本发明的定子铁芯的第五实施例的结构示意图；

图6示出了根据本发明的电机的端部磁密与转子结构和定子铁芯的轴向高度差Δh之间的关系折线图；

图7示出了根据本发明的电机与现有电机关于电机效率的对比示意图；

图8示出了本发明的电机与现有电机关于铁耗值的对比示意图；

图9示出了根据本发明的定子铁芯的磁密与现有铁芯的磁密的对比示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、定子铁芯；11、第一铁芯段；111、第一靴部；12、第二铁芯段；121、第二靴部；13、第三铁芯段；131、第三靴部；

2、转子结构；

3、磁极；

4、齿靴；

5、定子轭部；

6、定子齿部；

7、定子槽。

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。

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术语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。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图9所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种电机。

电机包括定子结构，定子结构包括定子铁芯1。定子铁芯1包括多个组成段，多个组成段包括第一铁芯段11、第二铁芯段12和第三铁芯段13，第二铁芯段12和第三铁芯段13分别位于第一铁芯段11沿定子铁芯1的轴线方向的两侧，且第二铁芯段12、第三铁芯段13均与第一铁芯段11连接；其中，各组成段的内侧端部均形成靴部，第一铁芯段11形成的第一靴部111沿定子铁芯1径向的厚度大于第二铁芯段12形成的第二靴部121沿定子铁芯1径向的厚度，第一靴部111沿定子铁芯1径向的厚度大于第三铁芯段13形成的第三靴部131沿定子铁芯1径向的厚度，第二靴部121和第三靴部131的厚度一致。

应用本申请的技术方案，通过将第一靴部111的厚度设置为大于第二靴部121的厚度，以及将第一靴部111的厚度设置为大于第三靴部131的厚度，第二靴部121和第三靴部131的厚度一致，使得部分磁力线走向定子铁芯1的中间部分，从而改善定子铁芯的磁密，提高铁磁材料的利用率，同时可使定子铁芯1的磁密在轴向上分布均匀，减小整个定子铁芯的磁密值差，使磁密值趋于平均，降低定子铁芯损耗，节约定子铁芯成本，同时不影响电机效率。采用本申请的技术方案，仅对定子铁芯结构做出改进，改善上下两端部(也即轴向的两个端部)的定子铁芯的靴部厚度，改变磁力线的路径，使磁力线通过定子和转子间的气隙往中间段定子铁芯分布，有效地解决了现有技术中定转子高度差存在导致定子铁芯轴向上磁密分布不均匀、端部定子铁芯磁密饱和问题，改变了磁力线的路径，使磁力线通过定转子间的气隙往中间段定子铁芯分布，减小整个定子铁芯的磁密值差，使磁密值趋于平均，减小电机铁耗，同时不会影响电机效率。

如图2中还示出了定子齿的齿靴4(或极靴)，齿靴4和定子轭部、齿部共同形成容纳线圈的容纳空间。齿靴4主要对电机磁场的分布和励磁绕组的固定支撑有着重要的作用。

进一步地，电机还包括转子结构2，转子结构2位于定子铁芯1的内侧，转子结构2的轴向长度大于定子铁芯1的轴向长度。也即是说，在电机标准安装状态下，转子高度高于定子高度。这样设置可以提高电机励磁能力和电机效率。转子结构2与定子铁芯1之间具有均匀气隙。

第一铁芯段11、第二铁芯段12和第三铁芯段13均采用同种材料制成。其中，第二铁芯段12的定子冲片形状和第三铁芯段13的定子冲片形状完全一致，其靴部厚度也相同。且两种定子冲片形状都相对完整，都具有定子齿部、定子靴部、定子轭部。如图2中分别示出了定子铁芯1所包括的多个结构：定子轭部5、定子齿部6、定子槽7和齿靴4。

具体地，第一铁芯段11、第二铁芯段12和第三铁芯段13沿定子铁芯的轴向方向相邻设置。

图4示出了根据本申请的电机过定子中心点或转子中心点剖面图(定子中心与转子轴向和径向中心点重合)。图4中示出的F2方向即为定子铁芯1的轴线方向，也是转子结构的轴线方向，同时还是电机处于标准装配状态下的高度方向。相应地，如图2示出了定子铁芯1的俯视图，其中，F1方向即为定子铁芯1的径线方向。如图4所示，转子结构2与定子铁芯1的轴向高度差为Δh，其中，5mm≤Δh≤10mm。如图6示出了定子铁芯1轴向上的端部磁密随Δh变化情况。优选地，使本实施例中的定转子铁芯轴向上单侧高度差范围为5mm≤Δh≤10mm，定子铁芯两端磁密值大于中间段磁密值现象的主要原因是电机定转子高度差的存在。如图6所示，当定子高度不变时，端部磁密随着Δh的增加而增加。这样设置可以提高端部磁密的均匀性和一致性。

本申请提供的电机结构可以用于永磁同步电机，其包括定子和转子，转子包括转子铁芯和磁极。如图1所示为单独示出的定子铁芯的结构图。

进一步地，定子铁芯1的轴向长度为h1，其中，20mm≤h1≤30mm。定子铁芯的高度对电机转矩和功率密度有着重要影响。优选地，使本实施例中的定子铁芯高度范围为20mm≤h1≤30mm，定子高度小于20mm时电机整体功率密度较低，定子铁芯大于30mm时实际测试中降低的铜耗值普遍小于增加的铁耗值，电机效率提高不明显。因此，轴向长度在本实施例提供的范围内，具有同时兼顾提高电机效率和减小电机损耗的更优效果。

进一步地，第二靴部121的厚度与第三靴部131的厚度相同地设置。

如图4所示，转子结构2的轴向长度为h2，转子结构2与定子铁芯1的轴向高度差为Δh，第一靴部111与第二靴部121的厚度差为Δa，其中，0.5*Δh*h2/Φ≤Δa≤0.8*Δh*h2/Φ，Φ为电机的总磁通。转子结构2与定子铁芯1的轴向高度差为Δh，指的是，转子结构2与定子铁芯1单侧的轴向高度差，而非转子结构2的全长与定子铁芯1的全长的差值。Δa也可以理解为轴向上两端定子铁芯(第二铁芯段和第三铁芯段)相对于中间段定子铁芯(第一铁芯段)减小的靴部厚度。优选地，本实施例在保持定子铁芯的靴部结构完整的情况下，通过减小轴向两端的定子铁芯的靴部厚度，使更多磁力线向中间段定子铁芯(第一铁芯段)分布，使两端定子铁芯靴部相对于中间定子铁芯靴部的厚度减小值Δa满足关系0.5*Δh*h2/Φ≤Δa≤0.8*Δh*h2/Φ。通过对Δa的值进行限制，Δa较小时由磁极3上出发的磁力线较少通过气隙向中间段定子铁芯，定子铁芯整体磁密改善效果不明显，Δa较大时两端定子铁芯的靴部厚度较小，这会增加定子铁芯的加工难度。

进一步地，第三靴部131沿定子铁芯1的轴向的延伸长度与第二靴部121沿定子铁芯1的轴向的延伸长度相同，第二靴部121沿定子铁芯1的轴向的延伸长度为h3，转子结构2与定子铁芯1的轴向高度差为Δh，其中，0.23≤h3/Δh≤0.38。h3也可以理解为轴向上两端靴部厚度减小的高度。h3在此高度范围内，电机端部磁密得到改善且不会影响电机整体效率，大于此高度时，电机总磁通和电机效率下降较多，小于此高度时，端部磁密值和铁耗改善效果微弱。其中，定子和转子轴向上的中心线水平高度需保持一致。

磁极3的材质对两端定子铁芯的磁密值也有一定影响，因此对电机定转子高度差以及磁极进行限制，转子结构2上安装有多个磁极3，磁极3的内轮廓和外轮廓均为圆弧结构，圆弧结构的圆心与定子铁芯1的圆心重合，磁极3的材质的剩磁为Br，Br≤460mT。定转子高度差小于5mm时整体定子铁芯磁密值差别不明显，定转子高度差大于10mm、磁极半径R大于30mm以及磁极材质剩磁大于460mT时，都会使电机总磁通较大，电机铁耗上升，影响电机效率。因此采用本实施例的技术方案，能够取得兼顾电机效率和铁耗的更优效果。

优选地，磁极3为表贴式铁氧体磁极，磁极3的形状为弧形且其弧形所在圆心与定子铁芯、转子铁芯中至少一个的圆心一致。

进一步地，每片磁极3的外轮廓至圆弧结构的圆心的距离为磁极3的半径R，其中R≤30mm。

对结合上述实施例的技术方案的电机进行建模仿真，对比现有的电机，仿真结果显示，在减小轴向两端部定子铁芯的靴部厚度之后，其电机效率相比原电机只减小了0.19％(如图7所示)；但其铁耗相对原电机减小9.38％(如图8所示)；两端定子铁芯的最大磁密值相对原电机平均减小2.96％，中间段定子铁芯的最大磁密值相对原电机增加11.75％(如图9所示)，明显提高了中间段定子铁芯的铁磁材料利用率。

优选的，为更好观察和计算靴部减小的厚度，第二铁芯段12的厚度和第三铁芯段13的厚度是均匀的，但是，可替代地，第二铁芯段12的厚度和第三铁芯段13的厚度(也即相对于中间段，轴向两端的定子铁芯靴部减小的厚度)可以是非均匀的，只需使轴向上两端定子铁芯减小的最大靴部厚度Δa仍能满足关系式0.5*Δh*h2/Φ≤Δa≤0.8*Δh*h2/Φ，就可以实现减小铁耗而兼顾电机效率。其具体结构如图5所示。

具体地，采用上述实施例的技术方案，在不影响定子绕线和定子槽的有效槽面积的情况下，使轴向上两端定子铁芯的靴部厚度小于中间段定子铁芯靴部厚度，但保留定子铁芯的靴部结构，使两种定子铁芯结构都完整，形成轴向上定、转子间的不均等气隙，在转子高度大于定子高度时，使磁力线通过气隙Δa往中间段铁芯分布，减小定子铁芯两端的磁密值，提升中间段定子铁芯磁密值，从而改善整体定子铁芯的磁密值，使整个定子铁芯磁密值更加均匀，从而减小定子铁芯损耗，提高定子铁芯材料的利用率，同时不影响电机效率。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例解决了如下技术问题：1、定子铁芯轴向上磁密分布不均匀，端部定子铁芯磁密饱和；2、电机铁耗值大；3、定子铁芯利用率低。

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。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

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 (9)

1.一种电机，其特征在于，包括定子结构，所述定子结构包括：

定子铁芯(1)，所述定子铁芯(1)具有包括多个组成段，多个所述组成段包括第一铁芯段(11)、第二铁芯段(12)和第三铁芯段(13)，所述第二铁芯段(12)和所述第三铁芯段(13)分别位于所述第一铁芯段(11)沿所述定子铁芯(1)的轴线方向的两侧，且所述第二铁芯段(12)、所述第三铁芯段(13)均与所述第一铁芯段(11)连接；

其中，各所述组成段的内侧端部均形成靴部，所述第一铁芯段(11)形成的第一靴部(111)沿所述定子铁芯(1)径向的厚度大于所述第二铁芯段(12)形成的第二靴部(121)沿所述定子铁芯(1)径向的厚度，所述第一靴部(111)沿所述定子铁芯(1)径向的厚度大于所述第三铁芯段(13)形成的第三靴部(131)沿所述定子铁芯(1)径向的厚度，所述第二靴部(121)和所述第三靴部(131)的厚度一致。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机还包括转子结构(2)，所述转子结构(2)位于所述定子铁芯(1)的内侧，所述转子结构(2)的轴向长度大于所述定子铁芯(1)的轴向长度。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述转子结构(2)与所述定子铁芯(1)的轴向高度差为Δh，其中，5mm≤Δh≤10mm。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子铁芯(1)的轴向长度为h1，其中，20mm≤h1≤30mm。

5.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述转子结构(2)的轴向长度为h2，所述转子结构(2)与所述定子铁芯(1)的轴向高度差为Δh，所述第一靴部(111)与所述第二靴部(121)的厚度差为Δa，其中，0.5*Δh*h2/Φ≤Δa≤0.8*Δh*h2/Φ，Φ为电机的总磁通。

6.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述第三靴部(131)沿所述定子铁芯(1)的轴向的延伸长度与所述第二靴部(121)沿所述定子铁芯(1)的轴向的延伸长度相同，所述第二靴部(121)沿所述定子铁芯(1)的轴向的延伸长度为h3，所述转子结构(2)与所述定子铁芯(1)的轴向高度差为Δh，其中，0.23≤h3/Δh≤0.38。

7.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述转子结构(2)上安装有多个磁极(3)，所述磁极(3)的内轮廓和外轮廓均为圆弧结构，所述圆弧结构的圆心与所述定子铁芯(1)的圆心重合，所述磁极(3)的材质的剩磁为Br，Br≤460mT。

8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，每片所述磁极(3)的外轮廓至所述圆弧结构的圆心的距离为所述磁极(3)的半径R，其中R≤30mm。

9.一种压缩机，包括电机，其特征在于，所述电机为权利要求1至8中任一项所述的电机。