CN117917842A - 永磁电机、压缩机和制冷设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种永磁电机、压缩机和制冷设备。根据本发明的永磁电机，包括电机转子和电机定子，电机转子中的永磁体含有铈元素，本发明根据铈元素的质量百分比x％，对每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量Q和极数P进行了设计，当上述参数满足bm≥2200/(150‑x)和Q×bt/(P×bm)≤1.36‑x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)时，磁铁的磁性能满足电机效率使用要求，电机的效率可以达到最优，同时电机成本最低。本发明还提供了含有上述永磁电机的压缩机和制冷设备。
Description
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种永磁电机、压缩机和制冷设备。
背景技术
目前家用空调压缩机领域，定速机型逐步退出市场，变频电机已成主流技术。为适应家用空调的应用环境，变频电机的永磁体大多为含有重稀土元素、矫顽力较高的钕铁硼永磁体。钕铁硼永磁体是以金属间化合物Nd2Fe14B为基础的永磁材料，主要成分为钕、铁和硼。为了获得不同的性能，可用镝、镨等其他稀土金属替代永磁体中部分的钕。随着变频机型总量的逐年增加，消耗的重稀土元素(特别是镝和铽)资源也逐年增加，为了减少重稀土元素的使用，需要开发新的技术。
铈元素相比镨、钕元素，成本优势明显，但铈元素相比同等的镨、钕元素，对应的稀土磁铁剩磁Br会降低，直接影响了电机性能。因此，为了满足电机性能在整机上的应用需求，需要根据永磁体中稀土元素铈的含量，对电机结构进行改进。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种永磁电机，该永磁电机根据永磁体中铈元素的含量，对电机结构进行设计，在成本相当的条件下，提升了电机效率。
本发明还提供了一种含有所述永磁电机的压缩机。
本发明还提供了一种含有压缩机的制冷设备。
本发明的第一方面提供了一种永磁电机，包括：
电机转子，包括转子铁芯与设于所述转子铁芯上的多个永磁体，所述电机转子的极数2P≥8，每极磁铁的总宽度为bm，所述永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；
电机定子，包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯围设于所述转子铁芯的外侧，所述定子铁芯沿内周向设有Q个定子齿，所述定子齿的齿宽为bt，关系满足：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)。
本发明关于永磁电机的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明的永磁电机，包括电机转子和电机定子。其中，所述电机转子包括转子铁芯与设于所述转子铁芯上的多个永磁体，所述电机转子的极数2P≥8，每极磁铁的总宽度为bm，所述永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；所述电机定子包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯围设于所述转子铁芯的外侧，所述定子铁芯沿内周向设有Q个定子齿，所述定子齿的齿宽为bt，关系满足：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)。本发明的永磁电机中，永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，由此，减少了对镨、钕元素以及重稀土元素的使用，有效控制了成本。由于铈元素的添加会导致磁铁剩磁Br下降，为了保证在成本相当的条件下永磁电机的效率能够满足需求，本发明提出一种永磁电机，根据永磁体中铈元素的质量百分比x％，对每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量Q和极数P进行了匹配性设计，当每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量Q和极数P满足本发明限定的关系时，磁铁的磁性能满足电机效率使用要求，电机的效率可以达到最优，同时电机成本最低。
永磁电机的励磁由电机转子中的永磁体提供，永磁体的剩磁Br和宽度决定了电机转子能够提供的磁通。电机极对数为P，每个插槽内有n片磁铁，n片磁铁的总宽度即为每极磁铁的总宽度bm，则永磁体能够提供的磁通为2P×bm×Br。由于采用含铈元素的稀土磁铁，Br值相应下降，永磁体励磁整体减小，当bm的关系满足bm≥2200/(150-x)时，磁铁的磁性能可满足电机效率使用要求。此外，永磁体产生的磁通经过电机定子与电机转子之间的气隙、定子齿、定子轭部后再到定子齿、气隙、永磁体形成整个闭合的磁力线。其中，定子齿的宽度bt不能太大，否则将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，否则齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。本发明经过仿真分析发现并验证，当各参数满足关系式：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)时，在成本相当的条件下，电机效率可以达到最优水平。
根据本发明的一些实施方式，所述每极磁铁的总宽度bm满足：15mm≤bm≤21mm。
bm为每极磁铁的总宽度，当每极磁铁由两条永磁体组成时，bm即为两条永磁体的宽度之和。由于bm的大小直接决定了电机的励磁磁场大小，电机磁场设计过大，磁路容易饱和，电机效率趋于最大值；同时当电机磁场过小时，电机力矩系数较小，相同负荷下，电机运行电流增大，电机铜损增加明显，电机效率下降幅度大。当15mm≤bm≤21mm时，电机的性价比最优。当bm≥21mm时，电机效率随磁铁宽度的增加幅度不明显；当bm≤15mm时，电机效率下降明显。
根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中铈元素的质量百分比x％满足：3％≤x％≤10％。
由于铈含量在磁铁中占比越多，磁铁剩磁Br值越小，实际当铈的质量百分比含量x％超过10％时，Br值下降较大，永磁电机的励磁磁场太小，电机效率差，当永磁电机应用于压缩机时，无法满足压缩机的能效要求。由此，本发明中，永磁体中铈元素的质量百分比含量3％～10％为适宜的范围。
根据本发明的一些实施方式，所述定子齿数量Q满足：Q≥12。
定子齿数量Q大于或等于12，定子绕组的相数为3相。在该设计中，具体设计定子绕组的相数为3，适用于大多数压缩机产品所需的电机。而通过使定子齿数量Q大于或等于12，可以有效降低每个定子齿上串联的定子绕组的匝数，从而有效降低定子绕组通电所产生的退磁反向磁场强度，使得该退磁反向磁场不足以使永磁体退磁，提高电机整体的抗退磁能力。
定子绕组分为集中绕组与分布绕组。集中绕组，是指线圈绕在一个定子齿上的绕组；分布绕组，是指线圈绕在多个定子齿上的绕组。具体而言，集中绕组的跨距为1，比如一号槽到二号槽；而分布绕组跨距不为1，比如跨距为3，绕组从一号槽到四号槽。这里的“槽”，是指定子齿与定子齿之间形成的区域。此外，集中绕组的端部高度小，成本低；分布式绕组的端部高度相对更大，成本更高，但电机运行噪音更小。
根据本发明的一些实施方式，所述定子齿的齿宽bt满足：5mm≤bt≤9mm。
定子齿的宽度bt不能太大，如果太大，定子槽面积较小，相同电机匝数下，铜线线规较小，电机的铜损明显上升，同时将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，如果太小，相同的转子磁通流经定子齿部，定子齿部磁密将偏高，电机铁损明显上升，同时齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。由此，为了兼顾电机铁损与铜损的平衡，5mm≤bt≤9mm为适宜的范围。
根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有镝元素，所述镝元素含量小于3wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有镝元素，所述镝元素含量小于2.3wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有镝元素，所述镝元素含量为2.25wt％左右。
根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有镨、钕元素，所述镨、钕元素含量之和为20wt％～32wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中有镨、钕元素，所述镨、钕元素含量之和为25wt％～32wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中有镨、钕元素，所述镨、钕元素含量之和为25wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有钴元素，所述钴元素含量为1wt％～2wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述转子铁芯的端面上沿所述转子铁芯的周向开设多组插槽，每个所述永磁体对应嵌设于每个所述插槽内。
根据本发明的一些实施方式，所述插槽呈V字形。
根据本发明的一些实施方式，所述V字形的开口面向所述电机定子。
由于含铈元素的稀土磁铁的内禀矫顽力低于现有的常规稀土磁铁，直接应用含铈元素的稀土磁铁会使电机的退磁能力下降，而插槽呈V字形，可以增强电机的抗退磁能力，使电机退磁能力不低于现有的常规稀土磁铁。
根据本发明的一些实施方式，所述定子绕组的每一相中，分布在不同的所述定子齿上的所述定子绕组之间相互串联或并联。
相同功率等级下，串联绕组用在相对更粗的线径电机上，可实现更高的反电动势，提升中低频电机效率。
相同功率等级下，并联绕组用在相对更细的线径电机上，可适当降低反电动势，有利于提升高频电机效率。
本发明的第二方面提供了一种压缩机，所述压缩机包括所述的永磁电机。
本发明关于压缩机的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明压缩机，其中含有所述的永磁电机，该永磁电机包括电机转子和电机定子。其中，所述电机转子包括转子铁芯与设于所述转子铁芯上的多个永磁体，所述电机转子的极数2P≥8，每极磁铁的总宽度为bm，所述永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；所述电机定子包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯围设于所述转子铁芯的外侧，所述定子铁芯沿内周向设有Q个定子齿，所述定子齿的齿宽为bt，关系满足：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)。本发明的永磁电机中，永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，由此，减少了对镨、钕元素以及重稀土元素的使用，有效控制了成本。由于铈元素的添加会导致磁铁剩磁Br下降，为了保证在成本相当的条件下永磁电机的效率能够满足需求，本发明提出一种永磁电机，根据永磁体中铈元素的质量百分比x％，对每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量Q和极数P进行了匹配性设计，当每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量Q和极数P满足本发明限定的关系时，磁铁的磁性能满足电机效率使用要求，电机的效率可以达到最优，同时电机成本最低。
本发明压缩机，永磁电机的励磁由电机转子中的永磁体提供，永磁体的剩磁Br和宽度决定了电机转子能够提供的磁通。电机极对数为P，每个插槽内有n片磁铁，n片磁铁的总宽度即为每极磁铁的总宽度bm，则永磁体能够提供的磁通为2P×bm×Br。由于采用含铈元素的稀土磁铁，Br值相应下降，永磁体励磁整体减小，当bm的关系满足bm≥2200/(150-x)时，磁铁的磁性能可满足电机效率使用要求。此外，永磁体产生的磁通经过电机定子与电机转子之间的气隙、定子齿、定子轭部后再到定子齿、气隙、永磁体形成整个闭合的磁力线。其中，定子齿的宽度bt不能太大，否则将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，否则齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。本发明经过仿真分析发现并验证，当各参数满足关系式：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)时，在成本相当的条件下，电机效率可以达到最优水平。进而，在成本相当的条件下，压缩机的效率可以达到最优水平。
本发明的第三方面提供了一种制冷设备，所述制冷设备包括所述的压缩机。
本发明关于制冷设备的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明的制冷设备，由于使用了本发明的压缩机，由此，具有上述永磁电机和压缩机的所有效果和优势。
根据本发明的一些实施方式，所述制冷设备为空调机。
附图说明
图1是本发明永磁电机结构示意图。
图2是永磁电机中插槽和永磁体的局部示意图。
图3是铈元素的添加与磁铁剩磁下降关系图。
图4是电机效率对比关系图。
附图标记：
100：电机转子，110：插槽，120：永磁体；
200：电机定子，210：定子轭，220：定子齿；
300：气隙。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例以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。
参考图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，本发明提供了一种永磁电机，该永磁电机包括电机转子100和电机定子200。其中：
电机转子100包括转子铁芯与设于转子铁芯上的多个永磁体120，电机转子100的极数2P≥8，每极磁铁的总宽度为bm，永磁体120中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；
电机定子200包括定子铁芯和绕设于定子铁芯上的定子绕组(图中未示)，定子铁芯围设于转子铁芯的外侧，定子铁芯沿内周向设有Q个定子齿220，定子齿220的齿宽为bt，关系满足：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)。
可以理解，本发明的永磁电机，包括电机转子100和电机定子200。其中，电机转子100包括转子铁芯与设于转子铁芯上的多个永磁体120，电机转子100的极数2P≥8，每极磁铁的总宽度为bm，永磁体120中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；电机定子200包括定子铁芯和绕设于定子铁芯上的定子绕组，定子铁芯围设于转子铁芯的外侧，定子铁芯沿内周向设有Q个定子齿220，定子齿220的齿宽为bt，关系满足：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)。本发明的永磁电机中，永磁体120中含有质量百分比为x％的铈元素，由此，减少了对镨、钕元素以及重稀土元素的使用，有效控制了成本。由于铈元素的添加会导致磁铁剩磁Br下降，为了保证在成本相当的条件下永磁电机的效率能够满足需求，本发明根据铈元素在永磁体中的质量百分比x％，对每极磁铁的总宽度bm、定子齿220数量Q和极数P进行了新的设计，当每极磁铁的总宽度bm、铈元素含量x、定子齿220数量Q和极数P满足本发明限定的关系时，磁铁的磁性能满足电机效率使用要求，电机的效率可以达到最优，同时电机成本最低。
还可以理解，永磁电机的励磁由电机转子100中的永磁体120提供，永磁体120的剩磁Br和宽度决定了电机转子100能够提供的磁通。电机极对数为P，每个插槽内有n片磁铁，n片磁铁的总宽度即为每极磁铁的总宽度bm，则永磁体120能够提供的磁通为2P×bm×Br。由于采用含铈元素的稀土磁铁，Br值相应下降，永磁体120励磁整体减小，当bm的关系满足bm≥2200/(150-x)时，永磁体120的磁性能可满足电机效率使用要求。此外，永磁体120产生的磁通经过电机定子200与电机转子100之间的气隙300、定子齿220、定子轭210部后再到定子齿220、气隙300、永磁体120形成整个闭合的磁力线。其中，定子齿220的宽度bt不能太大，否则将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，否则齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。本发明经过仿真分析发现并验证，当各参数满足关系式：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)时，在成本相当的条件下，电机效率可以达到最优水平。
为了降低对镨、钕元素以及重稀土元素的依赖，本发明采用含铈元素的永磁体，对应铈元素占永磁体总重的质量百分比为x％，铈元素的添加会导致磁铁剩磁下降，剩磁下降参考图3所示。从图3可以看出不同永磁体中不同质量百分比的铈元素对应永磁体剩磁Br的下降幅度。由于磁铁剩磁降低，在现有电机设计方案下，电机磁通量降低，成本相当条件下电机效率下降幅度较大。为了应用含铈元素的稀土磁铁，本发明根据永磁体中铈元素的质量百分比x％，对电机结构尺寸进行了新的设计。
在本发明的一些实施例中，每极磁铁的总宽度bm满足：15mm≤bm≤21mm。
bm为每极磁铁的总宽度，当每极磁铁由两条永磁体组成时，bm即为两条永磁体的宽度之和。由于bm的大小直接决定了电机的励磁磁场大小，电机磁场设计过大，磁路容易饱和，电机效率趋于最大值；同时当电机磁场过小时，电机力矩系数较小，相同负荷下，电机运行电流增大，电机铜损增加明显，电机效率下降幅度大。当15mm≤bm≤21mm时，电机的性价比最优。当bm≥21mm时，电机效率随磁铁宽度的增加幅度不明显；当bm≤15mm时，电机效率下降明显。
在本发明的一些实施例中，永磁体中铈元素的质量百分比x％满足：3％≤x％≤10％。
由于铈含量铈含量在磁铁中占比越多，磁铁剩磁Br值越小，实际当铈的质量百分比含量x％超过10％时，Br值下降较大，永磁电机的励磁磁场太小，电机效率差，当永磁电机应用于压缩机时，无法满足压缩机的能效要求。由此，本发明中，永磁体中铈元素的质量百分比含量3％～10％为适宜的范围。
表1列出了当bm为16mm时，铈的质量百分比含量x％从0至13％变化时，对应的(150-x)×bm的变化值。
表1(150-x)×bm的变化值
| bm/mm | x/％ | (150-x)×bm | bm/mm | x/％ | (150-x)×bm |
| 16.0 | 0 | 2400 | 16.0 | 7 | 2288 |
| 16.0 | 1 | 2384 | 16.0 | 8 | 2272 |
| 16.0 | 2 | 2368 | 16.0 | 9 | 2256 |
| 16.0 | 3 | 2352 | 16.0 | 10 | 2240 |
| 16.0 | 4 | 2336 | 16.0 | 11 | 2224 |
| 16.0 | 5 | 2320 | 16.0 | 12 | 2208 |
| 16.0 | 6 | 2304 | 16.0 | 13 | 2192 |
表2列出了bm从13mm至24mm变化时，电机中的励磁磁通、电机效率和电机成本。
表2bm与励磁磁通和电机效率、成本
| bm/mm | 励磁磁通/mWb | 电机效率/％ | 电机成本/元 |
| 13.0 | 235 | 91.3 | 60.0 |
| 15.0 | 271 | 92.0 | 64.0 |
| 18.0 | 325 | 92.3 | 68.0 |
| 21.0 | 379 | 92.8 | 72.0 |
| 24.0 | 433 | 92.9 | 76.0 |
在本发明的一些实施例中，永磁体中含有镝元素，镝元素含量小于3wt％。
在本发明的一些实施例中，永磁体中含有镝元素，镝元素含量小于2.3wt％。
在本发明的一些实施例中，永磁体中含有镝元素，镝元素含量为2.25wt％左右。
镝是一种银白色金属，质软，可用刀切开。镝除了拥有稀土元素共有的化学活性，可以作为混合稀土金属和化合物使用外，还具有优异的光、电、磁和核性质。镝作为钕铁硼系永磁体的添加剂使用，在磁体中添加2wt％～3wt％左右的镝，可提高其矫顽力。随着钕铁硼磁体需求的增加，镝成为必要的添加元素，需求也在迅速增加。
在本发明的一些实施例中，永磁体中含有镨、钕元素，镨、钕元素含量之和为20wt％～32wt％。
在本发明的一些实施例中，永磁体中含有镨、钕元素，镨、钕元素含量之和为25wt％～32wt％。
在本发明的一些实施例中，永磁体中含有镨、钕元素，镨、钕元素含量之和为25wt％。
在本发明的一些实施例中，永磁体中含有钴元素，钴元素含量为1wt％～2wt％。
永磁体中含有钴元素能提高矫顽力和磁能积。
参考图1所示，在本发明的一些实施例中，转子铁芯的端面上沿转子铁芯的周向开设多组插槽110，每个永磁体120对应嵌设于每个插槽110内。
在本发明的一些实施例中，插槽110呈V字形。
在本发明的一些实施例中，V字形的开口面向电机定子200。
由于含铈元素的稀土磁铁的内禀矫顽力低于现有的常规稀土磁铁，直接应用含铈元素的稀土磁铁会使电机的退磁能力下降，而插槽110呈V字形，可以增强电机的抗退磁能力，使电机退磁能力不低于现有的常规稀土磁铁。
需要说明的是，定子绕组分为集中绕组与分布绕组。集中绕组，是指线圈绕在一个定子齿上的绕组。分布绕组，是指线圈绕在多个定子齿上的绕组。具体而言，集中绕组的跨距为1，比如一号槽到二号槽；而分布绕组跨距不为1，比如跨距为3，绕组从一号槽到四号槽。这里的“槽”，是指定子齿与定子齿之间形成的区域。此外，集中绕组的端部高度小，成本低；分布式绕组的端部高度相对更大，成本更高，但电机运行噪音更小。
在本发明的一些实施例中，定子绕组的每一相中，分布在不同的所述定子齿上的所述定子绕组之间相互串联或并联。
可以理解，相同功率等级下，串联绕组用在相对更粗的线径电机上，可实现更高的反电动势，提升中低频电机效率。
还可以理解，相同功率等级下，并联绕组用在相对更细的线径电机上，可适当降低反电动势，有利于提升高频电机效率。
为了便于理解本发明的技术方案，比较了本发明的永磁电机与常规永磁电机的电机成本和电机效率，结果如表3和图4所示。永磁电机的中的永磁体中，镨、钕元素含量为25wt％，铈元素含量为5wt％，镝含量为2.25wt％，钴含量为1.5wt％，其余元素为铁。
表3中，本发明电机和常规电机1、常规电机2使用的电机中的永磁体相同，区别在于结构设计上的bt和bm值不同。
需要说明的是，本发明电机和常规电机1、常规电机2中的永磁体均可以直接从市场购得。
表3本发明永磁电机与常规永磁电机成本和效率比较
表3中，本发明电机的Q×bt/(P×bm)为1.16，1.36-x的值为1.26，满足本发明限定的Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100，电机成本与常规电机1和2的成本相对，但电机效率有明显提升。
常规电机1的Q×bt/(P×bm)为1.34，1.36-x的值为1.26，不满足本发明限定的Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100。
常规电机2的Q×bt/(P×bm)为1.30，1.36-x的值为1.26，同样不满足本发明限定的Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100。
需要说明的是，电机效率，指电机的输出功率与输入功率之比。对于永磁电机而言，电机效率提升0.5％即可视为明显的效率提升。
还需要说明的是，表3中的“电机成本”，是指电机的整体成本。
在本发明的一些实施例中，定子齿的数量Q满足：Q≥12。
定子齿数量Q大于或等于12，定子绕组的相数为3相。在该设计中，具体设计定子绕组的相数为3，适用于大多数压缩机产品所需的电机。而通过使定子齿数量Q大于或等于12，可以有效降低每个定子齿上串联的定子绕组的匝数，从而有效降低定子绕组通电所产生的退磁反向磁场强度，使得该退磁反向磁场不足以使永磁体退磁，提高电机整体的抗退磁能力。
在本发明的一些实施例中，定子齿的齿宽bt满足：5mm≤bt≤9mm。
定子齿的宽度bt不能太大，如果太大，定子槽面积较小，相同电机匝数下，铜线线规较小，电机的铜损明显上升，同时将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，如果太小，相同的转子磁通流经定子齿部，定子齿部磁密将偏高，电机铁损明显上升，同时齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。由此，为了兼顾电机铁损与铜损的平衡，5mm≤bt≤9mm为适宜的范围。
在本发明的另外一些实施例中，本发明提供了一种压缩机，该压缩机包括本发明的永磁电机。该永磁电机包括电机转子和电机定子。其中，电机转子包括转子铁芯与设于转子铁芯上的多个永磁体，电机转子的极数2P≥8，每极磁铁的总宽度为bm，永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；电机定子包括定子铁芯和绕设于定子铁芯上的定子绕组，定子铁芯围设于转子铁芯的外侧，定子铁芯沿内周向设有Q个定子齿，定子齿的齿宽为bt，关系满足：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)。本发明的永磁电机中，永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，由此，减少了对镨、钕元素以及重稀土元素的使用，有效控制了成本。由于铈元素的添加会导致磁铁剩磁Br下降，为了保证在成本相当的条件下永磁电机的效率能够满足需求，根据永磁体中铈元素的含量x，对磁铁总宽度bm、铈元素含量x、定子齿数量Q和极数P进行了匹配性设计，当磁铁总宽度bm、铈元素含量x、定子齿数量Q和极数P满足本发明限定的关系时，磁铁的磁性能满足电机效率使用要求，电机的效率可以达到最优，同时电机成本最低。
可以理解，永磁电机的励磁由电机转子中的永磁体提供，永磁体的剩磁Br和宽度决定了电机转子能够提供的磁通。电机极对数为P，每个插槽内有n片磁铁，n片磁铁的总宽度即为每极磁铁的总宽度bm，则永磁体能够提供的磁通为2P×bm×Br。由于采用含铈元素的稀土磁铁，Br值相应下降，永磁体励磁整体减小，当bm的关系满足bm≥2200/(150-x)时，磁铁的磁性能可满足电机效率使用要求。此外，永磁体产生的磁通经过电机定子与电机转子之间的气隙、定子齿、定子轭部后再到定子齿、气隙、永磁体形成整个闭合的磁力线。其中，定子齿的宽度bt不能太大，否则将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，否则齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。本发明经过仿真分析发现并验证，当各参数满足关系式：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)时，在成本相当的条件下，电机效率可以达到最优水平。进而，在成本相当的条件下，压缩机的效率可以达到最优水平。
在本发明的另外一些实施例中，提供了一种制冷设备，制冷设备包括压缩机。
容易理解，本发明的制冷设备，由于使用了本发明的压缩机，由此，具有上述永磁电机和压缩机的所有效果和优势。具体而言：
本发明的制冷设备中的压缩机含有本发明的永磁电机，该永磁电机包括电机转子和电机定子。其中，电机转子包括转子铁芯与设于转子铁芯上的多个永磁体，电机转子的极数2P≥8，每极磁铁的总宽度为bm，永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；电机定子包括定子铁芯和绕设于定子铁芯上的定子绕组，定子铁芯围设于转子铁芯的外侧，定子铁芯沿内周向设有Q个定子齿，定子齿的齿宽为bt，关系满足：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)。本发明的永磁电机中，永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，由此，减少了对镨、钕元素以及重稀土元素的使用，有效控制了成本。由于铈元素的添加会导致磁铁剩磁Br下降，为了保证在成本相当的条件下永磁电机的效率能够满足需求，本发明提出一种永磁电机，根据永磁体中铈元素的质量百分比x％，对每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量Q和极数P进行了匹配性设计，当每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量Q和极数P满足本发明限定的关系时，磁铁的磁性能满足电机效率使用要求，电机的效率可以达到最优，同时电机成本最低。
本发明的制冷设备中，永磁电机的励磁由电机转子中的永磁体提供，永磁体的剩磁Br和宽度决定了电机转子能够提供的磁通。电机极对数为P，每个插槽内有n片磁铁，n片磁铁的总宽度即为每极磁铁的总宽度bm，则永磁体能够提供的磁通为2P×bm×Br。由于采用含铈元素的稀土磁铁，Br值相应下降，永磁体励磁整体减小，当bm的关系满足bm≥2200/(150-x)时，磁铁的磁性能可满足电机效率使用要求。此外，永磁体产生的磁通经过电机定子与电机转子之间的气隙、定子齿、定子轭部后再到定子齿、气隙、永磁体形成整个闭合的磁力线。其中，定子齿的宽度bt不能太大，否则将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，否则齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。本发明经过仿真分析发现并验证，当各参数满足关系式：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)时，在成本相当的条件下，电机效率可以达到最优水平。进而，在成本相当的条件下，压缩机的效率可以达到最优水平，最终，制冷设备的效率也得到了提升。
在本发明的一些实施例中，制冷设备为空调机。
空调机中，通过设置上述的压缩机，从而提高了空调机的整体性能。
在本发明的一些实施例中，空调机为家用空调机。
还需要说明的是，本发明的技术方案中涉及的含铈永磁体，均为市场上已有的产品。本发明是根据含铈永磁体中铈元素的含量，通过对每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量Q、定子齿的齿宽为bt和极数P进行结构设计，最终提升永磁电机、压缩机和制冷设备的性能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。
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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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 (12)
1.一种永磁电机，其特征在于，包括：
电机转子(100)，包括转子铁芯与设于所述转子铁芯上的多个永磁体(120)，所述电机转子(100)的极数2P≥8，每极磁铁的总宽度为bm，所述永磁体(120)中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；
电机定子(200)，包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯围设于所述转子铁芯的外侧，所述定子铁芯沿内周向设有Q个定子齿(220)，所述定子齿(220)的齿宽为bt，关系满足：Q×bt/(P×bm)≤1.36-x/100≤5×Q×bt/(4×P×bm)。
2.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述每极磁铁的总宽度bm满足：15mm≤bm≤21mm。
3.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁体(120)中铈元素的质量百分比x％满足：3％≤x％≤10％。
4.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁体(120)中含有镝元素，所述镝元素含量小于3wt％。
5.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁体(120)中含有镨、钕元素，所述镨、钕元素含量之和为20wt％～32wt％。
6.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述定子齿(220)数量Q满足：Q≥12。
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(220)的齿宽bt满足：5mm≤bt≤9mm。
8.根据权利要求1至7任一项所述的永磁电机，其特征在于，所述转子铁芯的端面上沿所述转子铁芯的周向开设多组插槽(110)，每个所述永磁体(120)对应嵌设于每个所述插槽(110)内。
9.根据权利要求8所述的永磁电机，其特征在于，所述插槽(110)呈V字形。
10.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，每相内各所述定子齿(220)上的线圈之间通过相互串联或并联方式连接而成。
11.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机包括如权利要求1至10任一项所述的永磁电机。
12.一种制冷设备，其特征在于，所述制冷设备包括权利要求11所述的压缩机。
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