CN202931152U

CN202931152U - 一种单相感应电机

Info

Publication number: CN202931152U
Application number: CN 201220551668
Authority: CN
Inventors: 巫存
Original assignee: Emerson Climate Technologies Suzhou Co Ltd
Current assignee: Copeland Suzhou Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-10-25

Abstract

本实用新型涉及一种单相感应电机。该单相感应电机包括：定子（2），其包括沿其圆周方向均匀地布置在定子（2）的内部边缘处的多个定子齿（21），在多个定子齿（21）中的相邻两个之间限定定子槽（22）；以及转子（3），其包括沿其圆周方向均匀地布置在转子（3）的外部边缘处的多个转子槽（31），其特征在于，定子（2）的定子槽（22）的数量为28个，转子（3）的转子槽（31）的数量为28+M个，其中M为满足以下关系的整数值：1≤M≤11。根据本实用新型的电机在运转时磁场谐波减少，电磁噪声减少，而且提高了电机的启动转矩。

Description

一种单相感应电机

技术领域

本实用新型涉及一种单相感应电机，更具体地，涉及一种能够减少电磁噪声并且提高效率的单相感应电机。

背景技术

目前，空气调节装置在人类的日常生活中起着越来越重要的作用，迄今已成为各种建筑，特别是商业建筑中不可或缺的组成部分。空气调节装置及类似设备的核心部件是压缩机，压缩机在空气调节装置的制冷剂回路中起压缩驱动制冷剂的作用。

在现有技术中，高能效的空调压缩机通常采用永磁同步电机作为其动力部件。但是，永磁同步电机在使用过程中需要采用专用控制器，而且永磁同步电机需要采用价格昂贵的稀土永磁体，因此导致其使用成本升高。另外，由于稀土永磁体的生产需要采用大量稀土元素，这不仅对稀土元素的开采和提炼提出的更高的要求，而且为稀土永磁体的制造提出更加严格的标准。稀土永磁体的生产不仅需要大量的资源消耗，而且要耗费相当大的人力和财力。此外，稀土磁体的加工和制造技术含量较高，因此进一步增加了稀土永磁同步电机生产成本。因此现有技术中需要利用感应电机来取代永磁电机，从而降低电机的制造成本。

现有单相异步电机大多采用定子槽数和转子槽数比为20/26、20/28、24/30、24/32、24/34电机设计，以上定子、转子槽数比值设计比较陈旧，不能进一步提高效率，而且传统的设计方案的电机高效率运行区间较小，在空调系统小负荷运转时电机的效率较低。

因此，需要提出一种即使在低负荷运转情况下也能够高效运行的单相感应电机。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种旨在解决或至少减轻上述现有技术中所存在的至少一个缺点的单相感应电机。

本实用新型所采用的技术方案如下所述。

根据本实用新型，提供一种单相感应电机，其包括：定子，定子包括沿其圆周方向均匀地布置在定子的内边缘处的多个定子齿，在多个定子齿中的相邻两个之间限定定子槽；和转子，转子包括沿其圆周方向均匀地布置在转子的外边缘处的多个转子槽，其特征在于，定子的定子槽的数量为28个，转子的转子槽的数量为28+M个，其中M为满足以下关系的整数值：1≤M≤11。

根据以上所述的感应电机，其中定子槽数优选为28，使得电机的磁场谐波减少，并且提高电机效率。进一步地，当M满足1≤M≤11时，采用28/（28+M）的定子槽和转子槽的配合关系使得在电机的运转过程中降低电磁噪声，并且提高了电机的启动转矩，由此使得电机启动更加快速，运行更加平稳，从而有利于采用这种电机的压缩机的启动和正常运转。此外，根据本实用新型的感应电机没有采用稀土永磁体，因此避免了采用稀土永磁体所带来的资源消耗、环境污染以及成本提高等问题。

优选地，M为偶数；并且进一步优选地，M为6。当M为6，即转子的转子槽的数量为34时，能够最佳地提高电机的启动转矩并且最大程度地降低电磁噪声。

在根据本实用新型的单相感应电机的优选的实施例中，定子槽包括20个大定子槽和8个小定子槽，大定子槽的体积大于小定子槽的体积。采用20个大定子槽和8个小定子槽的设计使得电机定子的轭部磁路分布更加均匀，由此能够较大程度地提高电机的效率。

根据本实用新型的单相感应电机的优选的实施例，小定子槽被分成2个组，每个组中的4个小定子槽紧邻地布置并且2个组相对于定子的中心对称地布置。呈中心对称分布的小定子槽在使得电机定子的轭部磁路分布均匀化的同时，还使得电机定子的重心更加稳定，由此使电机的运转更加平稳，从而延长电机的使用寿命。

根据本实用新型的单相感应电机的另一个优选的实施例，定子槽为平底圆角异形槽，定子槽的远离定子的中心的底部形成为平直形，在底部的两侧形成有过渡圆角。定子槽形的如上结构设计能够降低定子的槽漏抗和增大定子的槽面积，另外，其还能够增加定子的轭部宽度，并由此提高电机的效率，从而使得采用这种电机的压缩机能够输出更大的功率。

在根据本实用新型的单相感应电机的再一个优选的实施例中，转子槽为圆顶尖角平底复合异形槽，转子槽的远离转子的中心的端部形成为圆弧形顶部，由圆弧形顶部向两侧延伸形成转子槽的顶部边缘，顶部边缘与转子槽的侧缘形成尖角，转子槽在靠近转子的中心的端部处具有平直底部。采用如上所述圆顶尖角平底复合异形转子槽的电机能够提高电机的启动转矩并且提高电机的输出功率，由此能够使电机的启动更加快速、运行更加稳定。

根据本实用新型的单相感应电机的另一个优选的实施例，在转子槽的顶部边缘之间形成槽型顶角θ₁，θ₁的取值范围值满足以下关系：100°≤θ₁≤130°。优选地，θ₁=110°。槽型顶角θ₁的上述取值范围可以在提高电机启动瞬间的启动转矩的同时提高电机稳定运行时的效率，由此能够使得电机启动迅速并且运行稳定。

根据本实用新型的单相感应电机的再一个优选的实施例，转子槽具有圆形顶部和平直底部，在平直底部的两端形成有过渡圆角。具有这种结构的转子槽可以简化模具制作，扩大转子槽的面积，从而提高了电机的效率。

根据本实用新型的单相感应电机的另一个优选的实施例，该单相感应电机为二极电机。二级电机将使其更加方便地用于普通的家用电器，由此扩大了根据本实用新型的电机的适用范围。

在根据本实用新型的单相感应电机的再一个优选的实施例中，定子的外径D2与转子的外径D1满足以下关系：0.523≤D1/D2≤0.55。进一步优选地，D1/D2=0.537。具有在此所述的定子外径与转子外径关系的电机能够使得定子和转子的磁路和磁通密度分布更加合理，并且使得电机的铁损和励磁电流最小化，从而提高了电机的效率；另外，根据本实用新型的该实施例的单相感应电机还降低了励磁绕组材料的用量。

根据本实用新型的单相感应电机的又一个优选的实施例，定子的齿宽W1与定子的轭部宽度B1满足以下关系：B1=W1×K₁，其中，K₁的取值范围为4.92≤K₁≤5.52。优选地，K₁=5.28。定子齿宽和定子轭部宽度满足上述关系的电机能够使得定子轭部和定子齿部的铁损最小化，同时增大了定子槽的面积。因此，可以提高电机的效率并增大电机的输出功率。

在根据本实用新型的单相感应电机的还一个优选的实施例中，定子的外径D2、同时与定子中的全部大定子槽的底部相切地形成的圆的直径D3、同时与定子中的全部小定子槽的底部相切地形成的圆的直径D4以及定子的切边直径B3满足以下关系：D4=D3-（D2-B3）×K₂，其中，K₂的取值范围为0.70≤K₂≤1.0。优选地，K₂=0.746。满足以上尺寸关系的电机使得主绕组和副绕组的磁路更加均匀和合理，从而提高了电机的效率，并使得电机的运转更加稳定。

根据本实用新型的单相感应电机的另一个优选的实施例，其中，同时与定子中的全部大定子槽的底部相切地形成的圆的直径D3与定子的外径D2之间满足以下关系：0.68≤D3/D2≤0.8。优选地，D3/D2=0.738。满足根据该实施例所述的尺寸关系的电机能够使得励磁绕组所对应的定子槽的槽面积和定子轭部宽度更加合理，从而减少铁损和励磁电流，由此提高电机的效率。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本实用新型的特征和优点将变得更加容易理解，在所述附图中：

图1是示出根据本实用新型的单向感应电机的平面图;

图2是示出根据本实用新型的单相感应电机的定子的局部放大图;

图3是示出根据本实用新型的单相感应电机的转子的局部放大图；

图4是示出根据本实用新型的单相感应电机的转子的另一个优选实施例的局部放大图；以及

图5是示出根据本实用新型的单相感应电机与现有技术中的电机的效率对比图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型示例性实施例进行详细描述。对示例性实施例的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。

图1示出根据本实用新型的单相感应电机1的平面视图。其中，单相感应电机1包括定子2和转子3，定子2包括沿其径向方向朝向定子内腔延伸的多个定子齿21，在每相邻的两个定子齿21之间形成定子槽22，用于容纳绕制在定子齿21上的定子绕组。在根据本实用新型的优选的实施例中，该单相感应电机1的定子槽22的数量为28个，其中，定子槽22中的20个定子槽为大定子槽23，用于容纳绕制在定子齿21上的主绕组，另外的8个定子槽为小定子槽24，用于容纳绕制在定子齿21上的副绕组，大定子槽23的体积大于小定子槽24的体积。在此，8个小定子槽24分成两组，每个组中的4个小定子槽24紧邻地布置，并且2个组围绕定子2的中心对称地布置。进一步地，转子3包括围绕其外周均匀分布的28+M个转子槽31，用于容纳转子导体或转子绕组，其中M为满足以下关系的整数值：1≤M≤11。在此，M可以取值为1-11内的任意整数，也就是说，转子槽31的数量可以为29-39之间的任意整数值。优选地，M为偶数；进一步优选地，M为6。在根据本实用新型的优选的实施例中，转子槽31的数量为34个。

现有技术中的定子槽数和转子槽数的配合设计使得电机的运转效率较低，启动转矩较小，不能够满足电机效率和启动转矩同时大幅度提升的要求。根据本实用新型的具有定子槽数为28和转子槽数为28+M的配合关系的单相感应电机1不仅使得电机在运转时磁场谐波减少，而且使得电机在运行过程中电磁噪声减少，同时提高了电机的启动转矩。并且当转子槽数为34时，不仅能够使电机运转时的磁场谐波和电磁噪声较大地减少，而且能够最大程度地提高电机的启动转矩，因此，当M为6时能够使电机达到最优配置。此外，采用20个大定子槽23和8个小定子槽24的设计使得电机定子轭部的磁路均匀化，从而提高了电机效率。采用这种电机的压缩机将能够输出更大的功率，并且效率得到提高，运行更加稳定。

在根据本实用新型的优选的实施例中，定子槽22的形状优选为平底圆角异形槽，如图2所示。定子槽22的远离定子中心的底部221形成为平直形，底部221的两侧形成有过渡圆角222，定子槽22的两侧边缘沿着与定子2的直径方向平行的方向延伸，从而在两个定子槽22之间形成定子齿21。与现有技术相比，根据本实用新型的定子槽22的这种形状能够降低定子槽22的槽漏抗并且能够增大定子槽22的槽面积，还增大了定子的轭部宽度，从而提高电机的效率。因此能够克服现有常规槽形所存在的槽面积增大和轭部磁路扩大受到限制的问题。

进一步优选地，转子槽31的形状优选为圆顶尖角平底复合异形形状。如图3所示，转子槽31的远离转子中心的端部形成为圆弧形的顶部311，由顶部311向两侧延伸形成转子槽31的顶部边缘313，并一直延伸形成转子槽31的最宽部分，并在转子槽31的最宽部分处以形成尖角312的方式沿着平行于转子3的直径方向的方向延伸形成转子槽31的两个侧缘315，并在转子槽31的距离转子中心最近的位置处形成平直底部314。此外，优选地在平直底部314与转子槽31的两个侧缘315之间形成平滑的过渡圆角。进一步优选地，转子槽31的位于顶部311与其两侧的尖角312之间的两个顶部边缘313形成转子槽型顶角θ₁。在此，转子槽型顶角θ₁优选为100度至130度之间的角，并且当θ₁为110度时达到最佳状态。与现有技术中的电机相比，根据上述优选实施例的转子槽31能够提高电机1的启动转矩和输出功率，从而克服现有常规槽形存在的启动转矩和电机输出功率相冲突的局限性。

在根据本实用新型的实施例中，该单相感应电机1优选为二极电机，这更加便于电机在家用电器上的应用。如图1所示，电机1的转子3的外径D1与电机1的定子2的外径D2之间满足以下关系，即：0.523≤D1/D2≤0.55，优选地，D1/D2=0.537。将电机1的转子3和定子2的外径之比D1/D2设置成如上所述的值，与现有技术中的电机相比，可以使得定子2和转子3的磁路和磁通密度分配更加合理，使得电机1的铁损最小化，励磁电流最小化，从而提高电机的效率；以避免现有设计中由于转子与定子外径之比D1/D2较小，而无法实现在提高电机输出功率和效率的同时降低励磁绕组材料用量的问题。

在二极电机中，如图1所示，将定子2中的相邻定子槽22的邻近的边缘之间的宽度定义为定子齿宽W1，将同时与全部大定子槽23的平直形底部221相切的圆与定子2的最外侧边缘之间的距离定义为定子2的轭部宽度B1，定子齿宽W1与轭部宽度B1之间满足以下关系，即：B1=W1×K₁，其中4.92≤K₁≤5.52，优选地，K₁=5.28。与现有技术中的电机相比，当定子齿宽W1和定子2的轭部宽度B1之间满足如上所述的关系时，能够使得定子轭部和定子齿部铁损最小化，同时增大了定子槽22的面积，从而提高了电机的效率，避免了现有设计中定子轭部和齿部磁通密度分布不合理，铁损损耗过大的问题。

对于二极电机，将同时与定子2中的全部小定子槽24的平直形底部相切地形成的圆的直径定义为D4，将同时与定子2中的大定子槽23的平直形底部221相切地形成的圆的直径定义为D3，电机1的定子2的切边直径定义为B3，则D4、D3、D2和B3之间满足以下关系，即：D4=D3-（D2-B3）×K₂。其中K₂的取值范围为0.70≤K₂≤1.0，优选地K₂=0.746。与电机的现有设计相比，满足上述尺寸关系的电机使得主绕组和副绕组的磁路分布更加均匀和合理，从而提高了电机的效率，由此克服了现有技术中存在的磁路饱和影响电机效率提高的问题。

在如上所述的二极电机中，同时与定子2中的大定子槽23的平直形底部221相切地形成的圆的直径D3与定子2的外径D2之间满足如下关系，即：0.68≤D3/D2≤0.8，其中优选地，D3/D2=0.738。当采用满足以上关系的定子2时，与现有电机相比，在包括这种定子2的电机1的运转过程中，能够使得励磁绕组对应的定子槽22的面积和定子2的轭部宽度B1更加合理，从而减少铁损和励磁电流，提高电机的效率。

根据本实用新型的另一个优选的实施例，转子槽31采用如图4所示的槽形，其中转子槽31具有圆形顶部311’，并且转子槽31的底部为平直底部314，平直底部314与转子槽31的两个侧缘315之间具有过渡圆角。由此可以简化转子3的模具制作，扩大转子槽的面积，从而提升电机效率。根据本实用新型的电机转子槽型避免了现有设计电机受到大尺寸的转子内径和转子槽长度要求的限制，并由此由于转子轭部不足而影响电机效率的问题。

图5中示出了发明人通过实验得到的根据本实用新型的单相感应电机1与现有技术中的电机在不同负荷状态下的效率对比，其中，根据本实用新型的单相感应电机1具有28/34的定子槽数和转子槽数比。横轴表示电机在不同负荷状态下的转速，纵轴表示电机的效率。发明人对根据本实用新型设计电机1与现有技术中的相同尺寸的电机A和具有更大尺寸的电机B进行了对比。从图中可以看出，根据本实用新型的电机1与相同尺寸的现有电机A相比，效率提高1.5%以上，特别是当电机转速较高，即电机负荷较低时，效率提高尤为明显。与现有的更大尺寸的电机B相比，其效率也有所提高，特别是在电机处于低负荷运转时，效率提高更加明显。由此可以看出，根据本实用新型的单相感应电机1在低负荷运转时，与现有技术相比将具有更高的效率。

虽然参照示例性实施例对本实用新型进行了描述，但是应当理解，本实用新型并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施例做出各种改变。

Claims

1.一种单相感应电机，包括：

定子（2），所述定子（2）包括沿其圆周方向均匀地布置在所述定子（2）的内边缘处的多个定子齿（21），在所述多个定子齿（21）中的相邻两个之间限定定子槽（22）；和

转子（3），所述转子（3）包括沿其圆周方向均匀地布置在所述转子（3）的外边缘处的多个转子槽（31），

其特征在于，所述定子（2）的定子槽（22）的数量为28个，所述转子（3）的转子槽（31）的数量为28+M个，其中M为满足以下关系的整数值：1≤M≤11。

2.如权利要求1所述的单相感应电机，其中M为偶数。

3.如权利要求2所述的单相感应电机，其中M为6。

4.如权利要求1所述的单相感应电机，其中，所述定子槽（22）包括20个大定子槽（23）和8个小定子槽（24），所述大定子槽（23）的体积大于所述小定子槽（24）的体积。

5.如权利要求4所述的单相感应电机，其中，所述小定子槽（24）被分成2个组，每个组中的4个小定子槽（24）紧邻地布置并且2个组相对于所述定子（2）的中心对称地布置。

6.如权利要求1-5中任一项所述的单相感应电机，其中，所述定子槽（22）为平底圆角异形槽，所述定子槽（22）的远离所述定子（2）的中心的底部（221）形成为平直形，在所述底部（221）的两侧形成有过渡圆角（222）。

7.如权利要求1-5中任一项所述的单相感应电机，其中，所述转子槽（31）为圆顶尖角平底复合异形槽，所述转子槽（31）的远离所述转子（3）的中心的端部形成为圆弧形顶部（311），由所述圆弧形顶部（311）向两侧延伸形成所述转子槽（31）的顶部边缘（313），所述顶部边缘（313）与所述转子槽（31）的侧缘（315）形成尖角（312），所述转子槽（31）在靠近所述转子（3）的中心的端部处具有平直底部（314）。

8.如权利要求7所述的单相感应电机，其中，在所述转子槽（31）的所述顶部边缘（313）之间形成槽型顶角θ₁，θ₁的值满足以下关系：100°≤θ₁≤130°。

9.如权利要求8所述的单相感应电机，其中，θ₁=110°。

10.如权利要求1-5中任一项所述的单相感应电机，其中，所述转子槽（31）具有圆形顶部（311’）和平直底部（314），在所述平直底部（314）的两端形成有过渡圆角。

11.如权利要求1-5中任一项所述的单相感应电机，其中，所述单相感应电机为二极电机。

12.如权利要求11所述的单相感应电机，其中，所述定子（2）的外径D2与所述转子（3）的外径D1满足以下关系：0.523≤D1/D2≤0.55。

13.如权利要求12所述的单相感应电机，其中，所述定子（2）的外径D2与所述转子（3）的外径D1满足以下关系：D1/D2=0.537。

14.如权利要求11所述的单相感应电机，其中，所述定子（2）的齿宽W1与所述定子（2）的轭部宽度B1满足以下关系：B1=W1×K₁，其中，K₁的取值范围为4.92≤K₁≤5.52。

15.如权利要求14所述的单相感应电机，其中，K₁=5.28。

16.如权利要求11所述的单相感应电机，其中，所述定子（2）的外径D2、同时与所述定子（2）中的全部所述大定子槽（23）的底部（221）相切地形成的圆的直径D3、同时与所述定子（2）中的全部所述小定子槽（24）的底部相切地形成的圆的直径D4以及所述定子（2）的切边直径B3满足以下关系：D4=D3-（D2-B3）×K₂，其中，K₂的取值范围为0.70≤K₂≤1.0。

17.如权利要求16所述的单相感应电机，其中，K₂=0.746。

18.如权利要求11所述的单相感应电机，其中，同时与所述定子（2）中的全部所述大定子槽（23）的底部（221）相切地形成的圆的直径D3与所述定子（2）的外径D2之间满足以下关系：0.68≤D3/D2≤0.8。

19.如权利要求18所述的单相感应电机，其中，D3/D2=0.738。