CN118054593A - 一种可以提高抗退磁性的电机、压缩机和制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于驱动装置技术领域，具体公开了一种可以提高抗退磁性的电机、压缩机和制冷机。该电机包括：定子组件，包括定子铁芯和绕组；转子组件，包括转子铁芯和永磁体，永磁体的宽度和厚度所在的平面上设置有扩散区，扩散区包括：第一扩散区，设置于永磁体宽度中心线的一侧；和/或第二扩散区，设置于永磁体宽度中心线的另一侧；第一扩散区和第二扩散区中均含有稀土元素。定子铁芯与转子铁芯间的间隙与电机的抗退磁性能正相关，等效绕组匝数与电机的抗退磁性能负相关，本发明推导并验证了各参数间的运算关系，据此设计的电机实现了在保证退磁可靠性及不增加永磁体体积的前提下，提高永磁体局部抗退磁的能力，降低了电机的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于驱动装置技术领域，具体涉及一种可以提高抗退磁性的电机、压缩机和制冷机。
背景技术
现阶段国内外空调压缩机基本采用变频电机，变频电机一般采用永磁电机，永磁电机转子的励磁方式是由磁铁励磁，由于现在永磁电机高功率密度的特点及降成本的需求，导致转子磁铁的抗退磁能力减弱，当磁铁发生不可逆退磁，将影响电机及压缩机的运行性能及可靠性，从而严重影响产品的使用寿命。
同时，随着稀土材料价格的增长，稀土磁铁材料价格和电机成本直线上升。在保证电机可靠运行的前提下，磁铁和电机的降成本迫在眉睫。磁铁价格上涨的根本原因是稀土元素价格的上涨，而稀土元素的含量影响磁铁的剩磁和矫顽力，其中矫顽力的直接表现是抗退磁能力。当磁铁尺寸相同，搭载相同电机时，矫顽力低的磁铁，转子抗退磁能力差，转子失磁风险更高，且失磁更明显。
因此，亟需设计出一种可有效解决上述技术缺陷的电机，在保证退磁可靠性及不增加永磁体体积的前提下，提高电机的抗退磁能力，以降低生产成本。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可以提高抗退磁性的电机、压缩机和制冷机。本发明通过控制电机中定子铁芯与转子铁芯间的间隙、等效绕组匝数及并联支路数和永磁体中扩散区的面积等参数间的特定运算关系，在保证退磁可靠性及不增加永磁体体积的前提下，可提高永磁体局部抗退磁的能力，进而提高电机的抗退磁能力，以降低电机的生产成本。
为克服上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种电机。
具体地，一种电机，包括：
定子组件，包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯设置有凸起部，线圈环绕所述凸起部形成所述绕组；
转子组件，包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯设置有安装槽，所述永磁体设置于所述安装槽内，所述定子铁芯围设于所述转子铁芯的外侧，且所述定子铁芯与转子铁芯之间具有间隙，所述永磁体的宽度和厚度所在的平面上设置有扩散区，所述扩散区包括：
第一扩散区，设置于所述永磁体宽度中心线的一侧；和/或
第二扩散区，设置于所述永磁体宽度中心线的另一侧；
所述第一扩散区和所述第二扩散区中均含有稀土元素；
其中：所述绕组的线圈匝数N、所述绕组的并联支路数a、所述定子铁芯与所述转子铁芯间的间隙δ、所述第一扩散区沿所述永磁体宽度方向的最大长度L1max、所述第一扩散区沿所述永磁体厚度方向的最大长度W1max和变量c满足以下公式(1)和公式(2)：
上述公式中：0.2≤k1≤12.5，0.2≤k3≤6；变量c选自0或1，其中：绕组角接(三角形接法)时变量c为0，绕组星接(星形接法)时，c为1。
本发明的电机包括定子组件和转子组件，其中：定子组件包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯设置有凸起部，所述绕组由线圈环绕所述凸起部形成，绕组的线圈匝数N是指线圈环绕所述凸起部的圈数；所述转子组件包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯设置有安装槽，所述永磁体设置于所述安装槽内；所述定子铁芯围设于所述转子铁芯的外侧，所述定子铁芯与所述转子铁芯之间具有间隙。
永磁体的宽度和厚度所在的平面上设置有扩散区，所述扩散区包括第一扩散区和/或第二扩散区，其中：第一扩散区设置于所述永磁体宽度中心线的一侧，第二扩散区设置于所述永磁体宽度中心线的另一侧。所述第一扩散区和所述第二扩散区中均含有稀土元素。由于稀土元素具有优异的能量密度、矫顽力和剩磁特性，将其制备成浆料并涂覆于永磁体基体表面后，将渗透并扩散至永磁体基体内部形成扩散区，且浆料中稀土元素的含量越高，则永磁体的抗退磁能力越强。同时，在永磁体基体的表面涂覆含有稀土元素的浆料后，还需进行高温处理(约800-950℃，10-18小时)，以进一步提高稀土元素与永磁体基体间的结合力，形成稳定的晶界状态，改进永磁体的矫顽力及其对温度的稳定性，从而提高永磁体的抗退磁能力，进而提高电机的抗退磁能力。
研究发现，定子铁芯与转子铁芯间的间隙与电机的抗退磁性能正相关，即随着定子铁芯与转子铁芯间的间隙的增加，电机的抗退磁性能也随之增加，在实现相同抗退磁性能的前提下，需要扩散区的面积减少；同时，等效绕组匝数与电机的抗退磁性能负相关，即随着等效绕组匝数的增加，电机的抗退磁性能将下降，在实现相同抗退磁性能的前提下，需要扩散区的面积增加，且此外，扩散区的面积与各扩散区沿永磁体厚度方向和宽度方向的最大长度有关。因此，通过合理设置绕组的线圈匝数N、绕组并联支路数a、定子铁芯与所述转子铁芯间的间隙δ、第一扩散区沿永磁体宽度方向的最大长度L1max、第一扩散区沿永磁体厚度方向的最大长度W1max和变量c间的关系，并使之满足上述公式(1)和(2)的运算关系，可实现在保证退磁可靠性及不增加永磁体体积的前提下，提高永磁体局部抗退磁的能力，进而提高电机的抗退磁能力，降低电机的生产成本。
优选的，公式(1)和公式(2)中，0.9≤k1≤1.4，0.7≤k3≤1.1。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二扩散区沿所述永磁体宽度方向的最大长度L2max、所述第二扩散区沿所述永磁体厚度方向的最大长度W2max满足以下公式(3)和公式(4)：
上述公式中：0.2≤k2≤12.5，0.2≤k4≤6；绕组角接时c＝0，绕组星接时c＝1。
具体地，当第二扩散区中沿永磁体的宽度和厚度方向的最大长度满足公式(3)和公式(4)时，可实现对第一扩散区的补充，实现在保证退磁可靠性及不增加永磁体体积的前提下，进一步提高永磁体局部抗退磁的能力。
优选的，公式(3)和公式(4)中，0.9≤k1≤1.4，0.7≤k3≤1.1。
作为上述技术方案的进一步改进，所述稀土元素包括镝、铽、镨、钕、铈中的至少一种。
具体地，这些稀土元素渗透并扩散至永磁体内，在高温处理的过程中，可与永磁体内的过渡金属元素形成金属间化合物，过渡金属元素之间的强交换作用使得化合物具有较高的居里温度，过渡金属原子具有较大的磁矩保证化合物拥有较高的饱和磁化强度，而稀土元素局域的4f电子能够提供较强的各向异性，两类元素的综合效应，有利于提高永磁体的矫顽力，从而增强永磁体的抗退磁能力，进而提高电机的抗退磁能力。
优选的，所述稀土元素包括镝、铽、钕中的至少一种。
作为上述技术方案的进一步改进，所述稀土元素均匀或非均匀分布于所述扩散区中。
具体地，稀土元素在永磁体中的分布是指扩散区域中稀土元素的分布情况，扩散区域中稀土元素可以均匀分布也可以不均匀分布，主要取决于扩散工艺。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一扩散区中稀土元素的含量占所述永磁体的质量百分比g1为0.98％-2.1％。
具体地，通过控制第一扩散区中稀土元素的质量占比范围，以满足电机的低成本需求。第一扩散区的稀土元素的重量百分比需大于0.98％，以保证第一扩散区具备可满足永磁体矫顽力的最低需求，从而确保第一扩散区可以提升整个永磁体的抗退磁能力；同时限定第一扩散区的稀土元素的重量百分比需小于2.1％，可以在保证第一扩散区具备较强抗退磁能力的基础上，减少永磁体的成本，从而满足电机的低成本需求。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二扩散区中稀土元素的含量占所述永磁体的质量百分比g2为0.98％-2.1％。
具体地，第二扩散区中的稀土元素的质量占比与第一扩散区中的稀土元素的质量占相同，可作为第一扩散区的补充或独立作为扩散区。同时，第二扩散区的稀土元素的重量百分比需大于0.98％，以保证第二扩散区具备可满足永磁体矫顽力的最低需求，从而确保第二扩散区可以提升整个永磁体的抗退磁能力；同时限定第二扩散区的稀土元素的重量百分比需小于2.1％，可以在保证第二扩散区具备较强抗退磁能力的基础上，减少永磁体的成本，从而满足电机的低成本需求。
作为上述技术方案的进一步改进，所述永磁体还包括非扩散区，所述非扩散区中稀土元素的含量占所述永磁体的质量百分比为g3，且g3<g1，g3<g2。
具体地，非扩散区是指永磁体中含稀土元素的浆料未渗透或扩散至的区域，即未采用3D扩散技术的区域，非扩散区中稀土元素的质量占比小于第一扩散区和第二扩散中的稀土元素的质量占比，即两个扩散区的矫顽力均大于非扩散区的矫顽力。因此，第一扩散区和第二扩散区所能抵御的矫顽磁场的强度大于非扩散区所能抵御的矫顽磁场的强度，从而在非扩散区面临退磁风险时，可保持自身的磁感应强度，进而阻止非扩散区发生不可逆退磁，以实现提升永磁体抗退磁能力，在延长永磁体使用寿命的同时，提高其可靠性。
作为上述技术方案的进一步改进，所述永磁体还包括若干个第三扩散区，所述第三扩散区设置于所述第一扩散区和所述第二扩散区之间，每个所述第三扩散区中稀土元素的含量占所述永磁体重量的百分比为gi，gi>g3。
具体地，永磁体除可包括第一扩散区和/或第二扩散区外，还可包括若干个第三扩散区，可作为第一扩散区和第二扩散区的补充，且第三扩散区设置于所述第一扩散区和所述第二扩散区之间。同时，每个扩散区中稀土元素的质量占比均大于非扩散区，即第三扩散区的矫顽力大于非扩散区的矫顽力。通过设置质量占比不同的第三扩散区和非扩散区，可以在每个永磁体上形成退磁能力不同的第三扩散区和非扩散区，以通过梯度抗退磁区域强化永磁体的抗退磁性能，进而降低永磁体出现不可逆退磁问题的发生。
优选的，所述永磁体包括所述第一扩散区、所述第二扩散区和所述第三扩散区，且所述第三扩散区设置于所述第一扩散区和所述第二扩散区之间，所述第一扩散区、所述第二扩散区和所述第三扩散区围合成回字型。
优选的，所述永磁体包括所述第一扩散区和所述第二扩散区，且所述第一扩散区和所述第二扩散区分别设置于永磁体的四个角部。
优选的，所述永磁体包括所述第一扩散区、所述第二扩散区和第所述三扩散区，且第一扩散区、第二扩散区和第三扩散区分别平行设置于永磁体的两侧和中部，呈三条型。
具体地，第一扩散区、第二扩散区和第三扩散区可同时设置于永磁体中，也可单独设置于永磁体中，对于永磁电机来说，在永磁体宽度和厚度所在平面上，永磁体容易在宽度两端退磁，以及宽度中间位置退磁；此外，永磁体还容易在长度方向两端退磁。因此，在永磁体容易退磁的位置设置扩散区既可以提高抗退磁性，同时保证降低成本。
作为上述技术方案的进一步改进，所述公式(1)和公式(2)中参数的取值范围任意满足以下一个或多个：40≤N≤200；1≤a≤8、0.35mm≤δ≤1mm；1mm≤L1max≤20mm；1mm≤W1max≤4mm。
优选的，所述公式(1)和公式(2)中参数的取值范围任意满足以下一个或多个：88≤N≤134；1≤a≤2；0.4mm≤δ≤0.6mm；2.8mm≤L1max≤4.2mm；1.5mm≤W1max≤2.3mm。
作为上述技术方案的进一步改进，所述公式(3)和公式(4)中参数的取值范围任意满足以下一个或多个：40≤N≤200；1≤a≤8、0.35mm≤δ≤1mm；1mm≤L2max≤20mm；1mm≤W2max≤4mm。
优选的，所述公式(3)和公式(4)中参数的取值范围任意满足以下一个或多个：88≤N≤134；1≤a≤2；0.4mm≤δ≤0.6mm；2.8mm≤L2max≤4.2mm；1.5mm≤W2max≤2.3mm。。
具体地，通过限定公式中各参数(线圈匝数N，绕组并联支路数a、定子铁芯与所述转子铁芯间的间隙δ、第一扩散区沿永磁体宽度方向的最大长度L1max、第一扩散区沿永磁体厚度方向的最大长度W1max、第二扩散区沿永磁体宽度方向的最大长度L2max和第二扩散区沿永磁体厚度方向的最大长度W2max)的范围值，以使其满足各公式中0.2≤k1≤12.5，0.2≤k2≤12.5，0.2≤k3≤6，0.2≤k4≤6，从而实现在保证退磁可靠性及不增加永磁体体积的前提下，提高永磁体局部抗退磁的能力，进而提高电机的抗退磁能力，降低电机的生产成本。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一扩散区和所述第二扩散区沿所述永磁体轴向方向全区域分布或局部分布。
具体地，第一扩散区和第二扩散区可沿永磁体轴向方向全区域分布或局部分布是指：第一扩散区和第二扩散区沿永磁体长度方向的分布情况，其沿长度方向分布可以全区域分布，也可以部分区域分布，主要取决于永磁体对于抗退磁性能的要求，部分区域分布主要是为了减小扩散区，从而降低成本。
作为上述技术方案的进一步改进，所述转子组件包括多个永磁体，在所述永磁体不同宽度和厚度所在截面上的所述扩散区相同或不同。
具体地，通过在转子组件上设置多个永磁体，可以强化转子组件的抗退磁能力，从而进一步降低转子组件出现不可逆退磁的可能性。对于一片永磁体，在不同的永磁体长度上的宽度和厚度所在平面上，扩散区可以相同，也可以不相同，只需保证永磁体的整体抗退磁能力即可。
作为上述技术方案的进一步改进，所述永磁体采用径向充磁或平行充磁。
具体地，永磁体的充磁方向可以为径向充磁，也可以为平行充磁，只需保证转子组件上的每个永磁体的充磁方向一致，且每个永磁体中的第一扩散区、第二扩散区、第三扩散区和非扩散区的充磁方向一致即可。在非扩散区因外部磁场产生退磁现象时，抗退磁能力较强的第一扩散区、第二扩散区和第三扩散区可保证自身的磁性，从而通过第一扩散区、第二扩散区和第三扩散区对非扩散区进行充磁，以避免永磁体出现不可逆退磁的情况发生。
作为上述技术方案的进一步改进，所述永磁体的极对数P≥2。
具体地，通过限定永磁体的极对数不小于2，有利于提高电机的永磁体的抗退磁能力，并满足压缩机的使用要求的可靠性，进而提高压缩机运行的可靠性。
优选的，所述永磁体的极对数P＝2-4。
作为上述技术方案的进一步改进，所述转子铁芯由多个硅钢片层叠而成。
具体地，转子铁芯由多个硅钢片层叠而成，采用层叠的方式加工转子铁芯，有利于减小涡流损耗。转子铁芯在工作时，处于变化的磁场中，其内部感生的电流将导致能量损耗，该能量损耗称为涡流损耗。转子铁芯由硅钢片叠压而成，可有效减少铁耗，提高转子组件的可靠性。
本发明的第二方面提供了一种压缩机。
具体地，一种压缩机，包括：
壳体，以及
如本发明第一方面任一技术方案所述的电机，所述电机设于所述壳体的内部。
本发明提供的压缩机，包括壳体以及上述第一方面任一技术方案所述的电机，所述电机设于所述壳体的内部，由于压缩机包括上述任一技术方案的电机，因此具有该电机所能实现的全部有益效果。为避免重复，此处不再赘述。
本发明的第三方面提供了一种制冷机。
具体地，一种制冷机，包括：
如本发明第一方面任一技术方案所述的电机；或
如本发明第二方面所述的压缩机。
本发明提供的制冷机，包括上述第一方面任一技术方案所述的电机或上述第二方面所述的压缩机，由于制冷机包括上述任一技术方案的电机或压缩机，因此具有该电机或压缩机所能实现的全部有益效果。为避免重复，此处不再赘述。
本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
(1)本发明依据定子铁芯与转子铁芯间的间隙与电机的抗退磁性能正相关，等效绕组匝数与电机的抗退磁性能负相关，推导并验证了通过合理设置绕组的线圈匝数N，绕组并联支路数a、定子铁芯与所述转子铁芯间的间隙δ、第一扩散区沿永磁体宽度方向的最大长度L1max、第一扩散区沿永磁体厚度方向的最大长度W1max和变量c间的关系，并使之满足上述公式(1)和公式(2)，可实现在保证退磁可靠性及不增加永磁体体积的前提下，提高永磁体局部抗退磁能力，进而提高电机的抗退磁能力，降低电机的生产成本。
(2)本发明提供的电机，其永磁体在50A/130℃下的退磁率可达2.68％。
附图说明
图1为本发明一种实施例的电机的结构示意图；
图2为本发明一种实施例的电机的尺寸示意图；
图3为本发明一种实施例的分块式定子铁芯的结构示意图；
图4为本发明一种实施例的整体式定子铁芯的结构示意图；
图5为本发明一种实施例的绕组的并联支路数示意图；
图6为本发明另一种实施例的绕组的并联支路数示意图；
图7为本发明一种实施例的永磁体V字型分布的结构及方向示意图；
图8为本发明一种实施例的永磁体W字型分布的结构示意图；
图9为本发明一种实施例的永磁体组合式分布的结构示意图；
图10为本发明一种实施例的转子组件中永磁体扩散区的结构示意图；
图11为本发明一种实施例的永磁体的回字型扩散区的结构示意图；
图12为本发明一种实施例的永磁体的四角型扩散区的结构示意图；
图13为本发明一种实施例的永磁体的三条型扩散区的结构示意图；
图14为本发明一种实施例的永磁体的单一扩散区的结构示意图。
附图中：100-电机，110-定子组件，111-定子铁芯，112-绕组，1111-凸起部，120-转子组件，121-转子铁芯，122-永磁体，1211-安装槽，1221-第一扩散区，1222-第二扩散区，1223-第三扩散区，1224-非扩散区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。
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。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
下面参照图1-14描述本发明一些实施例的电机、压缩机和制冷机。
实施例1
如图1所示，根据本发明的第一方面，实施例提出了一种电机100，包括定子组件110和转子组件120，其中：定子组件110包括定子铁芯111和绕组112，定子铁芯111设置有凸起部1111，绕组112由线圈环绕凸起部1111形成，绕组112的线圈匝数N是指线圈环绕凸起部1111的圈数；转子组件120包括转子铁芯121和永磁体122，转子铁芯121设置有安装槽1211，永磁体122设置于安装槽1211内；定子铁芯111围设于转子铁芯121的外侧，且定子铁芯111与转子铁芯121间具有间隙。
永磁体122的宽度和厚度所在的平面上设置有扩散区，该扩散区包括包括第一扩散区1221和/或第二扩散区1222，其中：第一扩散区1221设置于永磁体122宽度中心线的一侧，第二扩散区1222设置于永磁体122宽度中心线的另一侧。第一扩散区1221和第二扩散区1222是指在永磁体122的制造过程中，通过在永磁体122基体的表面涂覆一层含有稀土元素的浆料，以增强永磁体122的抗退磁性能。为满足不同抗磁性能的要求，可在永磁体122的宽度中心线的一侧涂覆含有稀土元素的浆料，形成第一扩散区1221；也可在永磁体的宽度中心线的另一侧涂覆含有稀土元素的浆料，形成第二扩散区1222；或者在永磁体122的宽度中心线的两侧同时涂覆含有高抗退磁性能的浆料，形成第一扩散区1221和第二扩散区1222。此外，还可通过控制浆料中稀土元素的含量，以适应不同抗退磁性能的要求。
进一步地，第一扩散区1221和第二扩散区1222中均含有稀土元素，由于稀土元素具有优异的能量密度、矫顽力和剩磁特性，将其制备成浆料并涂覆于永磁体基体表面后，将渗透并扩散至永磁体122基体内部形成扩散区，以提高永磁体122的抗退磁能力，进而提高电机100的抗退磁能力。
如图2所示，定子铁芯111与转子铁芯121间的间隙与电机100的抗退磁性能正相关，即随着定子铁芯111与转子铁芯121间的间隙的增加，电机100的抗退磁性能也随之增加，在实现相同抗退磁性能的前提下，需要扩散区的面积减少；同时，等效绕组匝数与电机100的抗退磁性能负相关，即随着等效绕组匝数的增加，电机100的抗退磁性能将下降，在实现相同抗退磁性能的前提下，需要扩散区的面积增加，且此外，扩散区的面积与各扩散区沿永磁体122厚度方向和宽度方向的最大长度有关。因此，通过合理设置绕组的线圈匝数N、绕组112并联支路数a、定子铁芯111与转子铁芯121间的间隙δ、第一扩散区1121沿永磁体122宽度方向的最大长度L1max、第一扩散区1121沿永磁体122厚度方向的最大长度W1max、第二扩散区1122沿永磁体122宽度方向的最大长度L2max、第二扩散1122区沿永磁体122厚度方向的最大长度W2max和变量c间的关系，并使之满足下述公式(1)-(2)或公式(1)-(4)的运算关系，可实现在保证退磁可靠性及不增加永磁体122体积的前提下，提高永磁体122局部抗退磁的能力，进而提高电机100的抗退磁能力，降低电机100的生产成本。
上述公式中：0.2≤k1≤12.5，0.2≤k2≤12.5，0.2≤k3≤6，0.2≤k4≤6；变量c选自0或1，其中：绕组112角接(三角形接法)时变量c为0；绕组112星接(星形接法)时，c为1。
如图3所示，进一步地，定子铁芯111为分块式的结构，以便于更换与维修，使用过程中更为灵活与便捷。
如图4所示，进一步地，定子铁芯111为整体式结构，以便于整体安装与拆卸，有利于提高电机100运行的可靠性。
如图5所示，进一步地，当三相星接绕组112时，c为1，绕组112并联支路数a为3。
如图6所示，进一步地，当三相角接绕组112时，c为0，绕组112并联支路数a为1。
如图7-9所示，进一步地，安装槽1211的形状呈V字型、W型或V字型和一字型组合，安装槽1211的不同结构能够满足永磁体122不同分布结构的需求，以扩大产品的使用范围。因此，可根据不同的需求，设置不同形状的安装槽1211，安装槽1211的形状可以相同也可以不同。
如图7所示，安装槽1211的形状呈V字型，V字型分布的永磁体122有利于进一步增强电机100的抗退磁能力。
如图8所示，安装槽1211的形状呈W字型，W字型的安装槽1221由两组V字型安装槽1221组成，W字型分布的永磁体122对于电机100的抗退磁能力也较单组V字型更强。
如图9所示，安装槽1211由V字型和一字型组合而成，可综合V字型和一字型永磁体122分布的结构特点。
实施例2
如图1所示，本发明的一个实施例中，在上述实施例1的基础上，进一步地，稀土元素包括镝、铽、镨、钕、铈中的至少一种，且稀土元素均匀或非均匀分布于永磁体122中。这些稀土元素渗透并扩散至永磁体122内，在高温处理的过程中，可与永磁体122内的过渡金属元素形成金属间化合物，过渡金属元素之间的强交换作用使得化合物具有较高的居里温度，过渡金属原子具有较大的磁矩保证化合物拥有较高的饱和磁化强度，而稀土元素局域的4f电子能够提供较强的各向异性，两类元素的综合效应，有利于提高永磁体122的矫顽力，从而增强永磁体122的抗退磁能力，进而提高电机100的抗退磁能力。
稀土元素在永磁体122中的分布是指扩散区域中稀土元素的分布情况，扩散区域中稀土元素可以均匀分布也可以不均匀分布，主要取决于扩散工艺及永磁体122对于抗退磁性能的要求。当永磁体122对抗退磁性能的要求较高时，则需对永磁体122涂覆稀土元素含量较高的浆料，此时浆料的浓度高，渗透及扩散性不佳，易形成稀土元素的非均匀分布，从而在部分区域形成相对抗退磁能力更强的扩散区，进而提升电机100的整体抗退磁能力；当永磁体122对抗退磁性能的要求不高时，则可对永磁体122涂覆稀土元素含量较低的浆料，此时浆料的浓度低，渗透及扩散性良好，易形成稀土元素的均匀分布，从而在扩散区形成均衡的抗退磁区域，亦可有效提升电机100的整体抗退磁能力。
实施例3
如图1所示，本发明的一个实施例中，在上述实施例1或2的基础上，进一步地，第一扩散区1221中稀土元素的含量占永磁体122的质量百分比g1为0.98％-2.1％。
在该实施例中，通过控制第一扩散区1221中稀土元素的质量占比范围，以满足电机100的低成本需求。第一扩散区1221的稀土元素的重量百分比需大于0.98％，以保证第一扩散区1221具备可满足永磁体122矫顽力的最低需求，从而确保第一扩散区1221可以提升整个永磁体122的抗退磁能力；同时限定第一扩散区1221的稀土元素的重量百分比需小于2.1％，可以在保证第一扩散区1221具备较强抗退磁能力的基础上，减少永磁体122的成本，从而满足电机100的低成本需求。
进一步地，第二扩散区1222中稀土元素的含量占永磁体122的质量百分比为g2为0.98％-2.1％。第二扩散区1222中的稀土元素的质量占与第一扩散区1221中的稀土元素的质量占比相同，可作为第一扩散区1221的补充或独立作为扩散区。同时，第二扩散区1222的稀土元素的重量百分比需大于0.98％，以保证第二扩散区1222具备可满足永磁体122矫顽力的最低需求，从而确保第二扩散区1222可以提升整个永磁体122的抗退磁能力；同时限定第二扩散区1222的稀土元素的重量百分比需小于2.1％，可以在保证第二扩散区1222具备较强抗退磁能力的基础上，减少永磁体122的成本，从而满足电机100的低成本需求。
进一步地，永磁体122还包括非扩散区1224，非扩散区1224中稀土元素的含量占永磁体122的质量百分比为g3，且g3<g1，g3<g2。非扩散区1224是指永磁体122中含稀土元素的浆料未渗透或扩散至的区域，非扩散区1224中稀土元素的质量占比小于第一扩散区1221和第二扩散中的稀土元素的质量占比，即两个扩散区的矫顽力均大于非扩散区1224的矫顽力。因此，第一扩散区1221和第二扩散区1222所能抵御的矫顽磁场的强度大于非扩散区1224所能抵御的矫顽磁场的强度，从而在非扩散区1224面临退磁风险时，可保持自身的磁感应强度，进而阻止非扩散区1224发生不可逆退磁，以实现提升永磁体122抗退磁能力，在延长永磁体122使用寿命的同时，提高其可靠性。
如图10所示，进一步地，永磁体122还包括若干个第三扩散区1223，每个第三扩散区1223中稀土元素的重量占永磁体122重量的百分比为gi，gi>g3。永磁体122除可包括第一扩散区1221和/或第二扩散区1222外，还可包括若干个第三扩散区1223，可作为第一扩散区1221和第二扩散区1222的补充。同时，每个扩散区中稀土元素的质量占比均大于非扩散区1224，即第三扩散区1223的矫顽力大于非扩散区1224的矫顽力。通过设置质量占比不同的第三扩散区1223和非扩散区1224，可以在每个永磁体122上形成退磁能力不同的第三扩散区1223和非扩散区1224，以通过梯度抗退磁区域强化永磁体122的抗退磁性能，进而降低永磁体122出现不可逆退磁问题的发生。
如图11-14所示，进一步地，第一扩散区1221、第二扩散区1222和第三扩散区1223可同时设置于永磁体122中，也可单独设置于永磁体122中，对于永磁电机来说，在永磁体122宽度和厚度所在平面上，永磁体122容易在宽度两端退磁，以及宽度中间位置退磁；此外，永磁体122还容易在长度方向两端退磁。因此，在永磁体122容易退磁的位置设置扩散区既可以提高抗退磁性，同时保证降低成本。
如图11所示，永磁体122包括第一扩散区1221、第二扩散区1222和第三扩散区1223，且第三扩散区1223设置于第一扩散区1221第二扩散区1222之间，第一扩散区1221、第二扩散区1222和第三扩散区1223围合成回字型。
如图12所示，永磁体122包括第一扩散区1221和第二扩散区1222，且第一扩散区1221和第二扩散区1222分别设置于永磁体122的四个角部。
如图13所示，永磁体122包括第一扩散区1221、第二扩散区1222和第三扩散区1223，且第一扩散区1221、第二扩散区1222和第三扩散区1223分别平行设置于永磁体122的两侧和中部，呈三条型。
如图14所示，永磁体122中仅包括第二扩散区1222。
实施例4
如图1所示，本发明的一个实施例中，在上述实施例1至3任意一个的基础上，进一步地，各运算公式中参数的取值范围任意满足以下一个或多个：40≤N≤200；1≤a≤8；0.35mm≤δ≤1mm；1mm≤L1max≤20mm；1mm≤L2max≤20mm；1mm≤W1max≤4mm；1mm≤W2max≤4mm。
在该实施例中，通过限定公式中各参数线圈匝数N，绕组并联支路数a、定子铁芯111与转子铁芯121间的间隙δ、第一扩散区1221沿永磁体122宽度方向的最大长度L1max、第一扩散区1221沿永磁体122厚度方向的最大长度W1max、第二扩散区1222沿永磁体122宽度方向的最大长度L2max和第二扩散区1222沿永磁体122厚度方向的最大长度W2max的范围值，以使其满足各公式中0.2≤k1≤12.5，0.2≤k2≤12.5，0.2≤k3≤6，0.2≤k4≤6，从而实现在保证退磁可靠性及不增加永磁体122体积的前提下，提高永磁体122局部抗退磁的能力，进而提高电机100的抗退磁能力，降低电机100的生产成本。
实施例5
如图1所示，本发明的一个实施例中，在上述实施例1至4任意一个的基础上，进一步地，第一扩散区1221和第二扩散区1222沿永磁体122轴向方向全区域分布或局部分布。
在该实施例中，第一扩散区1221和第二扩散区1222可沿永磁体122轴向方向全区域分布或局部分布是指：第一扩散区1221和第二扩散区1222沿永磁体122长度方向的分布情况，其沿长度方向分布可以全区域分布，也可以部分区域分布，主要取决于永磁体122对于抗退磁性能的要求，部分区域分布主要是为了减小扩散区，从而降低成本。
进一步地，转子组件120包括多个永磁体122，永磁体122在宽度和厚度所在截面上的扩散区域相同或不同。通过在转子组件120上设置多个永磁体122，可以强化转子组件120的抗退磁能力，从而进一步降低组件出现不可逆退磁的可能性。同时，对于一片永磁体122，在不同的永磁体122长度上的宽度和厚度所在平面上，扩散区可以相同，也可以不相同，只需保证永磁体122的整体抗退磁能力即可。
进一步地，永磁体122采用径向充磁或平行充磁。永磁体122的充磁方向可以为径向充磁，也可以为平行充磁，只需保证转子组件120上的每个永磁体122的充磁方向一致，且每个永磁体122中的第一扩散区1221、第二扩散区1222、第三扩散区1223和非扩散区1224的充磁方向一致即可。在非扩散区1224因外部磁场产生退磁现象时，抗退磁能力较强的第一扩散区1221、第二扩散区1222和第三扩散区1223可保证自身的磁性，从而通过第一扩散区1221、第二扩散区1222和第三扩散区1223对非扩散区1224进行充磁，以避免永磁体122出现不可逆退磁的情况发生。
进一步地，永磁体122的极对数P≥2。通过限定永磁体122的极对数不小于2，有利于提高电机100的永磁体122的抗退磁能力，并满足压缩机的使用要求的可靠性，进而提高压缩机运行的可靠性。
进一步地，转子铁芯121由多个硅钢片层叠而成。转子铁芯121由多个硅钢片层叠而成，采用层叠的方式加工转子铁芯121，有利于减小涡流损耗。转子铁芯121在工作时，处于变化的磁场中，其内部感生的电流将导致能量损耗，该能量损耗称为涡流损耗。转子铁芯121由硅钢片叠压而成，可有效减少铁耗，提高转子组件120的可靠性。
实施例6
如图1所示，根据本发明的第二个方面，实施例提出了一种压缩机，包括壳体以及上述第一方面任一技术方案的电机100，电机100设于壳体的内部，由于压缩机包括上述任一技术方案的电机100，因此具有该电机100所能实现的全部有益效果。
实施例7
如图1所示，根据本发明的第三个方面，实施例提出了一种制冷机，包括上述第一方面任一技术方案电机100或上述第二方面任一技术方案的压缩机，由于制冷机包括上述任一技术方案的电机100或压缩机，因此具有该电机100或压缩机所能实现的全部有益效果。
进一步地，制冷机还包括管路，管路与压缩机相连通，冷媒经管路、压缩机构循环回路以实现换热制冷。具体地，制冷机为空调。
下面根据上述实施例1-5的电机，描述本发明一些实施例和对比例电机的具体应用。
应用例1
一种电机100，包括定子组件110和转子组件120，其中：定子组件110包括定子铁芯111和绕组112，定子铁芯110设置有用于固定绕组112的凸起部1111，绕组112由线圈环绕凸起部1111形成，绕组112的线圈匝数N是指线圈环绕凸起部1111的圈数；转子组件120包括转子铁芯121和永磁体122，转子铁芯121设置有安装槽1211，转子铁芯121由多个硅钢片层叠而成，永磁体122设置于安装槽1211内，永磁体122采用径向充磁且极对数P为2；定子铁芯111围设于转子铁芯121的外侧并形成间隙。
选用尺寸/牌号为1.9×13×40/42SH的永磁体，在其沿长度方向的两端涂覆含稀土元素钕的浆料并进行高温处理，形成第一扩散区1221和第二扩散区1222，且第一扩散区1221和第二扩散区1222沿永磁体122的轴向方向全区域均匀分布，得本应用例的永磁体122。且第一扩散区1221中稀土元素钕的重量占比为1.5％，第二扩散区1221中稀土元素钕的重量占比为1.5％，非扩散区中不含稀土元素钕。
将绕组112的线圈匝数N＝112、绕组112并联支路数a＝1、定子铁芯111与转子铁芯121间的间隙δ＝0.5mm、第一扩散区1221沿永磁体122宽度方向的最大长度L1max＝3.5mm、第一扩散区1221沿永磁体122厚度方向的最大长度W1max＝1.9mm、第二扩散区1222沿永磁体122宽度方向的最大长度L2max＝3.5mm、第二扩散区1222沿永磁体122厚度方向的最大长度W2max＝1.9mm和变量c＝0代入公式(1)-(4)中计算得出：k1＝k2＝1.18mm、k3＝k4＝0.87mm。
对比例1
一种电机100，包括定子组件110和转子组件120，其中：定子组件110包括定子铁芯111和绕组112，定子铁芯110设置有用于固定绕组112的凸起部1111，绕组112由线圈环绕凸起部1111形成，绕组112的线圈匝数N是指线圈环绕凸起部1111的圈数；转子组件120包括转子铁芯121和永磁体122，转子铁芯121设置有安装槽1211，转子铁芯121由多个硅钢片层叠而成，永磁体122设置于安装槽1211内，永磁体122采用径向充磁且极对数P为2；定子铁芯111围设于转子铁芯121的外侧并形成间隙。
对比例1与应用例1的永磁体的区别在于，对比例1选用尺寸/牌号为1.9×13×40/42SH的永磁体，但该永磁体未涂覆任何含稀土元素的浆料，即不含扩散区，且电机参数也不满足本发明的公式(1)-(4)的运算关系。
性能测试
测试应用例1和对比例1的电机100的退磁率以及永磁体的内禀矫顽力，其中退磁率的具体的测试过程如下：
首先将充磁饱和的转子组件120放置室温，测量转子组件120磁通量接着测试完初始磁通量的转子组件120放到恒温箱内放置4个小时以上，恒温箱温度按规定温度(130℃)设定；然后将试验用DC电机与直流电源连接，按预先设定的退磁电流值设定退磁电流(43A、50A等)，准备就绪后从恒温箱内取出转子组件120，安装退磁测试工装，在直流退磁电流下，转子组件旋转一周；完成后，将转子组件120放置在常温下4小时以上，然后测定转子组件120的温度和退磁后的磁通量/>
计算退磁率，计算公式如下：(计算时需采用到与/>相同的温度)：
其中：为退磁试验初始时的转子组件120的磁通量；/>为第i个退磁电流值下退磁试验后转子组件120的磁通量。测试结果如表1所示：
表1：应用例1和对比例1的性能对比表
| 性能 | 130℃/50A条件下退磁率(％) | 内禀矫顽力 |
| 应用例1 | 2.68 | 1920KA/m |
| 对比例1 | 3.81 | 2070KA/m |
由表1可知，本发明提供的具体扩散区的永磁体，相对无扩散的永磁体，其内禀矫顽力提高了150KA/m；同时本发明提供的电机在50A/130℃下的退磁率可达2.68％，相较普通电机，退磁率下降29.66％，大大降低了电机的生产成本。
此外，经大量实验发现，当电机的参数线圈匝数N、绕组112并联支路数a、定子铁芯111与转子铁芯121间的间隙δ、第一扩散区1121沿永磁体122宽度方向的最大长度L1max、第一扩散区1121沿永磁体122厚度方向的最大长度W1max、第二扩散区1122沿永磁体122宽度方向的最大长度L2max、第二扩散1122区沿永磁体122厚度方向的最大长度W2max和变量c间不满足上述公式(1)-(4)的运算关系时，均不利于电机成本的降低。具本地，当k1小于0.2mm，k2小于0.2mm，k3小于0.2mm，k4小于0.2mm，电机的退磁效果均不佳；当k1大于12.5mm，k2大于12.5mm，k3大于6mm，k4大于6mm，电机的退磁效果与实施例1相近，但成本却远远高于实施例1，因此电机的性价比不高，成本反而升高。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”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实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或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。
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。
对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的结构及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。
Claims (15)
1.一种电机，其特征在于，包括：
定子组件(110)，包括定子铁芯(111)和绕组(112)，所述定子铁芯(111)设置有凸起部(1111)，线圈环绕所述凸起部(1111)形成所述绕组(112)；
转子组件(120)，包括转子铁芯(121)和永磁体(122)，所述转子铁芯(121)设置有安装槽(1211)，所述永磁体(122)设置于所述安装槽(1211)内，所述定子铁芯(111)围设于所述转子铁芯(121)的外侧，且所述定子铁芯(111)与转子铁芯(121)之间具有间隙，所述永磁体(122)的宽度和厚度所在的平面上设置有扩散区，所述扩散区包括：
第一扩散区(1221)，设置于所述永磁体(122)宽度中心线的一侧；和/或
第二扩散区(1222)，设置于所述永磁体(122)宽度中心线的另一侧；
所述第一扩散区(1221)和所述第二扩散区(1222)中均含有稀土元素；
其中：所述绕组(112)的线圈匝数N、所述绕组(112)的并联支路数a、所述定子铁芯(111)与所述转子铁芯(121)间的间隙δ、所述第一扩散区(1221)沿所述永磁体(122)宽度方向的最大长度L1max、所述第一扩散区(1221)沿所述永磁体(122)厚度方向的最大长度W1max和变量c满足以下公式(1)和公式(2)：
上述公式中：0.2≤k1≤12.5，0.2≤k3≤6；绕组角接时c＝0，绕组星接时c＝1。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第二扩散区(1222)沿所述永磁体(122)宽度方向的最大长度L2max、所述第二扩散区(1222)沿所述永磁体(122)厚度方向的最大长度W2max满足以下公式(3)和公式(4)：
上述公式中：0.2≤k2≤12.5，0.2≤k4≤6；绕组角接时c＝0，绕组星接时c＝1。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述稀土元素包括镝、铽、镨、钕、铈中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述稀土元素均匀或非均匀分布于所述扩散区中。
5.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述第一扩散区(1221)中稀土元素的含量占所述永磁体(122)的质量百分比g1为0.98％-2.1％。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述第二扩散区(1222)中稀土元素的含量占所述永磁体(122)的质量百分比g2为0.98％-2.1％。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述永磁体(122)还包括非扩散区(1224)，所述非扩散区(1224)中稀土元素的含量占所述永磁体(122)的质量百分比为g3，且g3<g1，g3<g2。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述永磁体(122)还包括若干个第三扩散区(1223)，所述第三扩散区设置于所述第一扩散区(1221)和所述第二扩散区(1222)之间，每个所述第三扩散区(1223)中稀土元素的含量占所述永磁体(122)的质量百分比为gi，gi>g3。
9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一扩散区(1221)和所述第二扩散区(1222)沿所述永磁体(122)轴向方向全区域分布或局部分布。
10.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子组件(120)包括多个永磁体(122)，在所述永磁体(122)不同宽度和厚度所在截面上的所述扩散区相同或不同。
11.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述永磁体(122)采用径向充磁或平行充磁。
12.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述永磁体(122)的极对数P≥2。
13.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子铁芯(121)由多个硅钢片层叠而成。
14.一种压缩机，其特征在于，包括：
壳体，以及
如权利要求1至13任意一项所述的电机，所述电机设于所述壳体的内部。
15.一种制冷机，其特征在于，包括：
如权利要求1至13任意一项所述的电机；或
如权利要求14所述的压缩机。
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