CN208571745U - 永磁同步电动机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种永磁同步电动机及压缩机，永磁同步电动机包括同轴的定子和转子结构，定子包括由多个沿周向排布的子铁芯构成的定子铁芯和多个缠绕于子铁芯的齿部的线圈组，其中，相邻的两个子铁芯的齿部之间设有定子槽隙；转子结构包括：转子铁芯；以及多个固设于铁芯上且以铁芯的轴线圆周阵列的永磁体组，每个永磁体组包括：至少一个永磁体，沿铁芯的周向，相邻的两个永磁体极性相反，其中，定子的最小内径D_i、转子结构的单位体积转矩TVR以及永磁同步电动机的额定转矩T满足：通过本实用新型的技术方案，在电机高速运转时，电机的dq轴的电感差较大，能够获得更高的磁阻转矩，从而能够提高电机的输出转矩，使得电机的输出转矩更加稳定。

Description

永磁同步电动机和压缩机

技术领域

本实用新型涉及压缩机技术领域，具体而言，涉及一种永磁同步电动机及一种压缩机。

背景技术

随着空调能效标准的调整，使得压缩机对电机提出了高功率密度和高效率的更高要求。空调压缩机电机的高速小型化，使得相同输出能力压缩机电机体积越来越小，这样可以有效地降低电机的成本。在过去的十年间，行业内用于电机的硅钢片、磁铁的材料性能不断得到提升，然而材料的价格也随着性能的提升大幅增加，电机仅通过替换材料来提升功率密度越来越困难。因此，现有技术中通常采用高速小型化的电机以解决上述问题，然而，在实际中难以兼顾高低频下的效率，在保证压缩机电机在额定工况下能效的同时，往往导致低频能效差，在更高转速的运行过程中存在着转矩输出能力不足的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一

有鉴于此，本实用新型的一个目的在于提供了一种永磁同步电动机。

本实用新型的又一个目的在于提供一种压缩机。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面的技术方案提供了一种永磁同步电动机，包括同轴的转轴、定子和转子结构，定子包括定子铁芯和多个线圈组，定子铁芯由多个沿定子铁芯的周向排布的子铁芯构成，其中，相邻的两个子铁芯的齿部之间设有定子槽隙；线圈组缠绕于子铁芯的齿部，且每个线圈组具有至少两个接头；转子结构包括：与转轴固定连接的转子铁芯；以及多个永磁体组，固设于转子铁芯上，多个永磁体组以转子铁芯的轴线圆周阵列，每个永磁体组包括：至少一个永磁体，沿转子铁芯的周向，相邻的两个永磁体极性相反，永磁同步电动机还包括：至少一组电机引线，每组电机引线用于连接线圈组和电机控制电路，每组电机引线的引线根数与线圈组的数量相同；至少一个插接件，每个插接件与对应的电机引线相连，其中，定子的最小内径D_i、转子结构的单位体积转矩TVR以及永磁同步电动机的额定转矩T满足：其中，在平行于所述转子铁芯的端面的截面上，所述永磁体组为轴对称结构且所述永磁体组的对称轴过所述转子铁芯的几何中心，所述永磁体在所述对称轴方向上的最大厚度T_m与所述转子结构的单位体积转矩TPV满足：

在该技术方案中，永磁同步电动机包括至少一根对应于线圈组的电机引线，每个电机引线通过插接件和线圈组连接，线圈组缠绕于子铁芯的齿部，相邻子铁芯之间的定子槽隙为线圈组在齿部上的缠绕提供空间，其中，每个线圈组具有至少两个接头，以使线圈组通过插接件和电机引线与电机控制电路连接，实现电机控制电路对电机工作状态的控制。转子铁芯上的多个永磁体组以转子铁芯的轴线圆周阵列，且沿转子铁芯的周向，相邻的两个永磁体极性相反，使转子上的永磁体产生一个在转子周围均布的恒定磁场，在电机控制电路控制永磁同步电动机工作时，定子的线圈组通电后，在永磁体产生的恒定磁场的作用下，产生一个磁场对线圈组的作用力，在上述作用力的反作用力下，使转子结构相对于定子的转动，最终实现转子带动转轴转动，电机通过转轴输出动力。同时定子的最小内径D_i、转子结构的单位体积转矩TVR以及永磁同步电动机的额定转矩T满足：使永磁同步电动机高速运转时，在转子和定子的相互作用下，永磁同步电动机的dq轴的电感差较大，能够获得更高的磁阻转矩，从而能够提高永磁同步电动机的输出转矩，使永磁同步电动机在高速运转时仍然能够输出较高的转矩，使得永磁同步电动机的输出转矩更加稳定。

此外，永磁体组为轴对称结构且永磁体组的对称轴过转子铁芯的几何中心，使永磁体组产生的磁场也关于过转子铁芯的几何中心的平面对称，使从而使转子结构各个部位受力均匀，增加转子结构转动的稳定性，同时，永磁体在对称轴方向上的最大厚度T_m，与转子结构的单位体积转矩TPV满足：在满足上述关系式时，永磁体能够提供较高的磁阻转矩，使永磁同步电动机的输出转矩在不同的转速下更加稳定。

其中，需要说明的是，上述转子结构特别适用于三角形接法的三相永磁同步电动机中。

其中，优选地，每个永磁体组包括沿径向分布的两个永磁体。

在上述技术方案中，优选地，转子铁芯包括：多个插槽，所述永磁体通过与所述插槽的配合实现与所述转子铁芯的固定连接。

在该技术方案中，永磁体通过转子铁芯上的插槽与转子铁芯固定连接，通过插槽的固定使永磁体部分位于转子铁芯内，能够减小永磁体和转子铁芯整体占用的体积，便于减小永磁同步电动机的体积。

其中，优选地，多个插槽贯穿转子铁芯的至少一个端面。

其中，优选地，多个插槽以转子铁芯的轴线呈圆周阵列分布。

在上述技术方案中，优选地，在平行于转子铁芯的端面的截面上，插槽在转子铁芯周向上的两端，与转子铁芯的几何中心的连线的夹角满足：其中，α为连线的夹角，p为转子结构的极数。

在该技术方案中，插槽在转子铁芯周向上的两端与转子铁芯的几何中心的连线的夹角α与转子结构的极数p满足：在该范围内，插槽内的永磁体分布较为合理，能够产生足够的磁阻转矩，使永磁同步电动机的输出转矩在不同的转速下更加稳定。

在上述技术方案中，优选地，永磁体组中的永磁体为两个或两个以上时，多个永磁体沿转子铁芯的径向分布。

在该技术方案中，永磁体组中包含至少两个永磁体时，永磁体组内的永磁体沿转子铁芯的径向分布，使转子结构转子铁芯不同位置的磁场强度分布更加均匀，使转子结构转子铁芯各个部位受力均匀，从而使转子结构转动更加稳定。

在上述技术方案中，优选地，每个永磁体靠近转轴的一侧呈曲面且曲面的轴线位于永磁体远离转轴的一侧。

在该技术方案中，每个永磁体靠近转轴的一侧向转轴凸出，永磁体产生的磁场更容易获得更高的磁阻转矩，使永磁同步电动机在高速运转时仍然能够输出较高的转矩。

在上述技术方案中，优选地，在平行于端面的截面上，沿对称轴方向，相邻永磁体之间的第一距离，以及与定子铁芯的边缘相邻的永磁体与边缘之间的第二距离，满足：其中，T_r为第一距离与第二距离中的最大值。

在该技术方案中，沿对称轴方向相邻永磁体之间的第一距离，以及沿对称轴方向与定子铁芯的边缘相邻的永磁体与边缘之间的第二距离，之间的最大值T_r，与永磁体在对称轴方向上的最大厚度T_m满足：其在满足上述关系式时，能够使永磁体之间的间距更为合理，便于永磁体提供较高的磁阻转矩，使永磁同步电动机的输出转矩在不同的转速下更加稳定。

在上述技术方案中，优选地，在平行于端面的截面上，每个永磁体距离几何中心最远的第一点与第二点，以及永磁体距离几何中心最近的第三点之间满足：L≤15H，其中，H为第一点或第二点，与第三点在对称轴方向上的距离，L为第一点与第二点之间的距离。

在该技术方案中，在磁体组为轴对称结构且永磁体组的对称轴过转子铁芯的几何中心的前提下，每个永磁体距离几何中心最远的第一点与第二点，以及永磁体距离几何中心最近的第三点，满足：L≤15H，其中，由于在对称的情况下，第一点与第二点对称，第一点距第三点的距离与第二点距第三点的距离相同，因此H为第一点或第二点，与第三点在对称轴方向上的距离，通过对H和L进行比例限定，从而在该数值范围内，永磁体能够提供较高的磁阻转矩，使永磁同步电动机的输出转矩在不同的转速下更加稳定，特别适用于永磁同步电动机转速较高的情况。

在上述技术方案中，优选地，永磁体为非对称结构。

在该技术方案中，永磁体为非对称结构，从而能够改变永磁体产生的磁场的分布，便于获得更高的磁阻转矩，使永磁同步电动机在高速运转时仍然能够输出较高的转矩。

本实用新型第二方面的技术方案提供了一种压缩机，包括第一方面的技术方案所述的永磁同步电动机。

在该技术方案中，由于压缩机包括第二方面的技术方案所述的永磁同步电动机，因此压缩机能够在永磁同步电动机转速不同时能够保持稳定的压缩效率，提高压缩机工作的稳定性。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的实施例中永磁同步电动机的定子与转子结构的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的实施例中永磁同步电动机的转子结构的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型的实施例中永磁同步电动机的定子的结构示意图；

图4示出了根据本实用新型的实施例的永磁同步电动机的转子结构配合的结构示意图；

图5示出了根据本实用新型的实施例的永磁同步电动机的定子与转子结构配合的结构示意图；

图6示出了根据本实用新型的实施例的永磁同步电动机的定子与转子结构的结构示意图；

图7示出了根据本实用新型的实施例的压缩机的结构示意图。

其中，图1至图7中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10永磁同步电动机，102定子，1022定子铁芯，1024子铁芯，1026齿部，104转子结构，1042转子铁芯，1044永磁体组，1046永磁体，1048插槽，106插接件，20压缩机。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图7描述根据本实用新型的一些实施例。

如图1至图3所示，本实用新型第一方面的实施例提供了一种永磁同步电动机10，包括同轴的转轴、定子102和转子结构104，定子102包括定子铁芯1022和多个线圈组，定子铁芯1022由多个沿定子铁芯1022的周向排布的子铁芯1024构成，其中，相邻的两个子铁芯1024的齿部1026之间设有定子102槽隙；线圈组缠绕于子铁芯1024的齿部1026，且每个线圈组具有至少两个接头；转子结构104包括：与转轴固定连接的转子铁芯1042；以及多个永磁体组1044，固设于转子铁芯1042上，多个永磁体组1044以转子铁芯1042的轴线圆周阵列，每个永磁体组1044包括：至少一个永磁体1046，沿转子铁芯1042的周向，相邻的两个永磁体1046极性相反，永磁同步电动机10还包括：至少一组电机引线，每组电机引线用于连接线圈组和电机控制电路，每组电机引线的引线根数与线圈组的数量相同；至少一个插接件106，每个插接件106与对应的电机引线相连，其中，定子102的最小内径D_i、转子结构104的单位体积转矩TVR以及永磁同步电动机10的额定转矩T满足：其中，在平行于转子铁芯1042的端面的截面上，永磁体组1044为轴对称结构且永磁体组1044的对称轴过转子铁芯1042的几何中心，永磁体1046在对称轴方向上的最大厚度T_m与转子结构104的单位体积转矩TPV满足：

在该实施例中，永磁同步电动机10包括至少一根对应于线圈组的电机引线，每个电机引线通过插接件106和线圈组连接，线圈组缠绕于子铁芯1024的齿部1026，相邻子铁芯1024之间的定子102槽隙为线圈组在齿部1026上的缠绕提供空间，其中，每个线圈组具有至少两个接头，以使线圈组通过插接件106和电机引线与电机控制电路连接，实现电机控制电路对电机工作状态的控制。转子铁芯1042上的多个永磁体组1044以转子铁芯1042的轴线圆周阵列，且沿转子铁芯1042的周向，相邻的两个永磁体1046极性相反，使转子上的永磁体1046产生一个在转子周围均布的恒定磁场，在电机控制电路控制永磁同步电动机10工作时，定子102的线圈组通电后，在永磁体1046产生的恒定磁场的作用下，产生一个磁场对线圈组的作用力，在上述作用力的反作用力下，使转子结构104相对于定子102的转动，最终实现转子带动转轴转动，电机通过转轴输出动力。同时定子102的最小内径D_i、转子结构104的单位体积转矩TVR以及永磁同步电动机10的额定转矩T满足：使永磁同步电动机10高速运转时，在转子和定子102的相互作用下，永磁同步电动机10的dq轴的电感差较大，能够获得更高的磁阻转矩，从而能够提高永磁同步电动机10的输出转矩，使永磁同步电动机10在高速运转时仍然能够输出较高的转矩，使得永磁同步电动机10的输出转矩更加稳定。

此外，永磁体组1044为轴对称结构且永磁体组1044的对称轴过转子铁芯1042的几何中心，使永磁体组1044产生的磁场也关于过转子铁芯1042的几何中心的平面对称，使从而使转子结构104各个部位受力均匀，增加转子结构104转动的稳定性，同时，永磁体1046在对称轴方向上的最大厚度T_m，与转子结构104的单位体积转矩TPV满足：在满足上述关系式时，永磁体1046能够提供较高的磁阻转矩，使永磁同步电动机10的输出转矩在不同的转速下更加稳定。

其中，如图5所示，存在Tm1以及Tm2，此时T_m为Tm1和Tm2中数值最大的一个。

其中，在本实施例中，本实施例中，永磁同步电动机10为三相永磁同步电动机10，每个永磁体组1044只设有一个永磁体1046。

其中，需要注意的是，定子102可以为非正圆形，Di为定子102的最小内径。

如图4所示，在上述实施例中，优选地，转子铁芯1042包括：多个插槽1048，所述永磁体1046通过与所述插槽1048的配合实现与所述转子铁芯1042的固定连接。

在该实施例中，永磁体1046通过转子铁芯1042上的插槽1048与转子铁芯1042固定连接，通过插槽1048的固定使永磁体1046部分位于转子铁芯1042内，能够减小永磁体1046和转子铁芯1042整体占用的体积，便于减小永磁同步电动机10的体积。

其中，优选地，多个插槽1048贯穿铁芯的至少一个端面。

其中，优选地，多个插槽1048以铁芯的轴线呈圆周阵列分布。

其中，在本实施例中，每个永磁体组1044设有两个永磁体1046。

在上述实施例中，优选地，在平行于转子铁芯1042的端面的截面上，插槽1048在转子铁芯1042周向上的两端，与转子铁芯1042的几何中心的连线的夹角满足：其中，α为连线的夹角，p为转子结构104的极数。

在该实施例中，插槽1048在转子铁芯1042周向上的两端与转子铁芯1042的几何中心的连线的夹角α与转子结构104的极数p满足：在该范围内，插槽1048内的永磁体1046分布较为合理，能够产生足够的磁阻转矩，使永磁同步电动机10的输出转矩在不同的转速下更加稳定。

如图5所示，在上述实施例中，优选地，永磁体组1044中的永磁体1046为两个或两个以上时，多个永磁体1046沿转子铁芯1042的径向分布。

在该实施例中，永磁体组1044中包含至少两个永磁体1046时，永磁体组1044内的永磁体1046沿转子铁芯1042的径向分布，使转子结构104转子铁芯1042不同位置的磁场强度分布更加均匀，使转子结构104转子铁芯1042各个部位受力均匀，从而使转子结构104转动更加稳定。

在上述实施例中，优选地，每个永磁体1046靠近转轴的一侧呈曲面且曲面的轴线位于永磁体1046远离转轴的一侧。

在该实施例中，每个永磁体1046靠近转轴的一侧向转轴凸出，永磁体1046产生的磁场更容易获得更高的磁阻转矩，使永磁同步电动机10在高速运转时仍然能够输出较高的转矩。

在上述实施例中，优选地，在平行于端面的截面上，沿对称轴方向，相邻永磁体1046之间的第一距离，以及与定子铁芯1022的边缘相邻的永磁体1046与边缘之间的第二距离，满足：其中，T_r为第一距离与第二距离中的最大值。

在该实施例中，沿对称轴方向相邻永磁体1046之间的第一距离，以及沿对称轴方向与定子铁芯1022的边缘相邻的永磁体1046与边缘之间的第二距离，之间的最大值T_r，与永磁体1046在对称轴方向上的最大厚度T_m满足：其在满足上述关系式时，能够使永磁体1046之间的间距更为合理，便于永磁体1046提供较高的磁阻转矩，使永磁同步电动机10的输出转矩在不同的转速下更加稳定。

其中，如图5所示，第一距离为Tr2，第二距离为Tr1，T_r根据二者之间数值最大的距离而确定。

如图6所示，在上述实施例中，优选地，在平行于端面的截面上，每个永磁体1046距离几何中心最远的第一点与第二点，以及永磁体1046距离几何中心最近的第三点之间满足：L≤15H，其中，H为第一点或第二点，与第三点在对称轴方向上的距离，L为第一点与第二点之间的距离。

在该实施例中，在磁体组为轴对称结构且永磁体组1044的对称轴过转子铁芯1042的几何中心的前提下，每个永磁体1046距离几何中心最远的第一点与第二点，以及永磁体1046距离几何中心最近的第三点，满足：L≤15H，其中，由于在对称的情况下，第一点与第二点对称，第一点距第三点的距离与第二点距第三点的距离相同，因此H为第一点或第二点，与第三点在对称轴方向上的距离，通过对H和L进行比例限定，从而在该数值范围内，永磁体1046能够提供较高的磁阻转矩，使永磁同步电动机10的输出转矩在不同的转速下更加稳定，特别适用于永磁同步电动机10转速较高的情况。

在上述实施例中，优选地，永磁体1046为非对称结构。

在该实施例中，永磁体1046为非对称结构，从而能够改变永磁体1046产生的磁场的分布，便于获得更高的磁阻转矩，使永磁同步电动机10在高速运转时仍然能够输出较高的转矩。

如图7所示，本实用新型第二方面的实施例提供了一种压缩机20，包括第一方面的实施例中任一项所述的永磁同步电动机10。

在该实施例中，由于压缩机20包括第二方面的实施例所述的永磁同步电动机10，因此压缩机20能够在永磁同步电动机10转速不同时能够保持稳定的压缩效率，提高压缩机20工作的稳定性。

以上结合附图详细说明了本实用新型的实施例，通过本实用新型的实施例，在永磁同步电动机高速运转时，永磁同步电动机的dq轴的电感差较大，能够获得更高的磁阻转矩，从而能够提高永磁同步电动机的输出转矩，使永磁同步电动机在高速运转时仍然能够输出较高的转矩，使得永磁同步电动机的输出转矩更加稳定。

在本实用新型中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

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实用新型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。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种永磁同步电动机，包括同轴的转轴、定子和转子结构，其特征在于，

所述定子包括定子铁芯和多个线圈组，所述定子铁芯由多个沿所述定子铁芯的周向排布的子铁芯构成，其中，相邻的两个所述子铁芯的齿部之间设有定子槽隙；所述线圈组缠绕于所述子铁芯的齿部，且每个所述线圈组具有至少两个接头；

所述转子结构包括：与所述转轴固定连接的转子铁芯；以及多个永磁体组，固设于所述转子铁芯上，所述多个永磁体组以所述转子铁芯的轴线圆周阵列，每个所述永磁体组包括：至少一个永磁体，沿所述转子铁芯的周向，相邻的两个所述永磁体极性相反，

所述永磁同步电动机还包括：至少两组电机引线，每组所述电机引线用于连接所述线圈组和电机控制电路，每组所述电机引线的引线根数与所述线圈组的数量相同；

至少两个插接件，每个所述插接件与对应的所述电机引线相连，

其中，所述定子的最小内径D_i、所述转子结构的单位体积转矩TVR以及所述永磁同步电动机的额定转矩T满足：

其中，在平行于所述转子铁芯的端面的截面上，所述永磁体组为轴对称结构且所述永磁体组的对称轴过所述转子铁芯的几何中心，所述永磁体在所述对称轴方向上的最大厚度T_m与所述转子结构的单位体积转矩TPV满足：

2.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于，转子铁芯包括：多个插槽，所述永磁体通过与所述插槽的配合实现与所述转子铁芯的固定连接；在平行于所述转子铁芯的端面的截面上，所述插槽在所述转子铁芯周向上的两端，与所述转子铁芯的几何中心的连线的夹角满足：

其中，α为所述连线的夹角，p为所述转子结构的极数。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于，所述永磁体组中的所述永磁体为两个或两个以上时，多个所述永磁体沿所述转子铁芯的径向分布。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的永磁同步电动机，其特征在于，

每个所述永磁体靠近所述转轴的一侧呈曲面且所述曲面的轴线位于所述永磁体远离所述转轴的一侧。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的永磁同步电动机，其特征在于，在平行于所述端面的所述截面上，沿所述对称轴方向，相邻所述永磁体之间的第一距离，以及与所述定子铁芯的边缘相邻的永磁体与所述边缘之间的第二距离，满足：

其中，T_r为所述第一距离与所述第二距离中的最大值。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的永磁同步电动机，其特征在于，在平行于所述端面的所述截面上，每个所述永磁体距离所述几何中心最远的第一点与第二点，以及所述永磁体距离所述几何中心最近的第三点之间满足：L≤15H，

其中，H为第一点或第二点，与第三点在所述对称轴方向上的距离，L为所述第一点与所述第二点之间的距离。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的永磁同步电动机，其特征在于，所述永磁体为非对称结构。

8.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的永磁同步电动机。