CN220692892U - 电机、压缩机以及制冷设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电机、压缩机以及制冷设备，其中，电机包括定子和转子，定子包括定子铁芯和绕组，定子铁芯上设有定子槽，定子铁芯包括定子轭和定子齿，定子齿连接于定子轭，绕组绕设于定子齿，并位于定子槽内，转子包括转子铁芯和永磁体，转子铁芯上设有磁铁槽，永磁体位于磁铁槽，定子铁芯的外径和内径分别为D₁和D₂，定子轭的厚度为t，磁铁槽的宽度为b，磁铁槽的厚度为h，转子的极数为2p，永磁体的片数为N，4.3≤t≤7.0，0.577≤D₂/D₁≤0.6、1.3≤b*h*2p*N/1000≤3.5。本实用新型技术方案通过合理设计定子和转子尺寸关系，在保证电机可靠性以及成本不大幅提升的前提下，提高了电机的过载能力和效率。

Description

电机、压缩机以及制冷设备

技术领域

本实用新型涉及电机的技术领域，特别涉及一种电机、压缩机以及制冷设备。

背景技术

当前压缩机电机为降本和提效，将电机的功率密度做到了极限。而电机功率密度过高会带来可靠性问题，比如电机的电密和温升超标，电机的过载能力差等一系列问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种电机，旨在通过合理设计定子和转子尺寸关系，在保证电机可靠性以及成本不大幅提升的前提下，提高电机的过载能力和效率。

为实现上述目的，本实用新型提出的电机，包括：

定子，所述定子包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯上设有定子槽，所述定子铁芯包括定子轭和定子齿，所述定子齿连接于所述定子轭，所述绕组绕设于定子齿，并位于所述定子槽内；和

转子，所述转子包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯上设有磁铁槽，所述永磁体位于所述磁铁槽；

其中，所述定子铁芯的外径和内径分别为D₁和D₂，所述定子轭的厚度为t，所述磁铁槽的宽度为b，所述磁铁槽的厚度为h，所述转子的极数为2p，所述永磁体的片数为N，4.3≤t≤7.0，0.577≤D₂/D₁≤0.6、1.3≤b*h*2p*N/1000≤3.5。

可选地，所述定子槽设有12个。

可选地，所述转子的极数2p＝8；或所述转子极数2p＝10。

可选地，N＝2p或N＝4p。

可选地，70mm≤D₁≤150mm。

可选地，1.2mm≤h≤2.5mm。

可选地，所述转子上设有用于冷媒流动的通流孔。

本实用新型还提出一种压缩机，包括如上所述的电机。

本实用新型还提出一种制冷设备，包括如上所述的压缩机。

本实用新型技术方案中的电机包括定子和转子，定子包括定子铁芯和绕组，定子铁芯上设有定子槽，定子铁芯包括定子轭和定子齿，定子齿连接于所述定子轭，绕组绕设于定子齿，且绕组位于定子槽内，转子包括转子铁芯和永磁体，转子铁芯上设有磁铁槽，永磁体位于磁铁槽内，进一步地，定子铁芯的外径和内径分别为D₁和D₂，定子轭的厚度为t，磁铁槽的宽度为b，磁铁槽的厚度为h，转子的极数为2p，永磁体的片数为N，4.3≤t≤7.0，0.577≤D₂/D₁≤0.6、1.3≤b*h*2p*N/1000≤3.5，通过合理的设置定子尺寸和转子尺寸，从而在保证电机可靠性以及成本不大幅提升的前提下，提高了电机的过载能力和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电机一实施例的剖视图；

图2为图1中添加有各个参数的标注图；

图3为本实用新型电机的转矩对比图；

图4为本实用新型电机的效率对比图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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；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，除非另有明确的限定。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。

另外，在本实用新型中涉及“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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参照图1和图2，本实用新型提出一种电机，包括：

定子，所述定子包括定子铁芯11和绕组12，所述定子铁芯11上设有定子槽113，所述定子铁芯11包括定子轭111和定子齿112，所述定子轭111呈环状设置，所述定子齿112间隔设于所述定子轭111的内周面，所述绕组12绕设于定子齿112，并位于所述定子槽113内；和

转子，所述转子包括转子铁芯21和永磁体，所述转子铁芯21上设有磁铁槽22，所述永磁体位于所述磁铁槽22；

其中，所述定子铁芯11的外径和内径分别为D₁和D₂，所述定子轭111的厚度为t，所述磁铁槽22的宽度为b，所述磁铁槽22的厚度为h，所述转子的极数为2p，所述永磁体的片数为N，4.3≤t≤7.0，0.577≤D₂/D₁≤0.6、1.3≤b*h*2p*N/1000≤3.5。

本实用新型技术方案中的电机包括定子和转子，定子包括定子铁芯11和绕组12，定子铁芯11上设有定子槽113，定子铁芯11包括定子轭111和定子齿112，定子齿112连接于所述定子轭111，绕组12绕设于定子铁芯11，且绕组12位于定子槽113内，转子包括转子铁芯21和永磁体，转子铁芯21上设有磁铁槽22，永磁体位于磁铁槽22内，进一步地，定子铁芯11的外径和内径分别为D₁和D₂，磁铁槽22的宽度为b，磁铁槽22的厚度为h，转子的极数为2p，永磁体的片数为N，0.577≤D₂/D₁≤0.6、1.3≤b*h*2p*N/1000≤3.5，通过合理的设置定子尺寸和转子尺寸，从而在保证电机可靠性以及成本不大幅提升的前提下，提高了电机的过载能力和效率。

同时，通过进一步将定子的内径和外径限定在0.577至0.6的范围内，从而可以增加转动惯量，进而有利于运用该电机的压缩机低频能效的稳定发挥；同时使电机具有最优的退磁能力，进而获得更高的系统能效；同时进一步降低稀土元素的使用量，进而降低了电机的生产制造成本，进而提高了电机的性价比；进一步地，通过图3和图4的实验数据表明，通过本申请中合理的设置定子尺寸和转子尺寸后，在电流大于6A时，本实施例的转矩明显大于基准值，在30rps/60rps/90rps不同转速下，本实施例的电机效率明显高于基准值。

定子铁芯11包括依次叠压的多个定子冲片，定子槽113设于定子冲片上，转子铁芯21包括依次叠压的多个转子冲片，磁铁槽22设于转子冲片上，通过将定子冲片和转子冲片设置为多个，从而在加工定子铁芯11和转子铁芯21时，仅加工多个定子冲片或转子冲片即可，再将多个定子冲片和转子冲片零件装配成定子铁芯11和转子铁芯21，相较于加工一个完整的定子铁芯11和转子铁芯21，加工定子冲片和转子冲片零件的难度降低，便于通过自动化生产线实现对定子铁芯11和转子铁芯21的自动化生产，从而降低了生产成本。

在一实施例中，转子铁芯21和定子铁芯11可以是不同的材质或形状，从而能够满足定子和转子不同加工工艺的需求，有利于根据电机的性能要求选择合适的冲片以形成转子铁芯21和定子铁芯11，进而保证电极良好的性能，同时也提高了电机的适用范围广泛。在另一实施例中，堆叠成定子铁芯11的定子冲片和堆叠成转子铁芯21的转子冲片相同，从而有利于冲片批量生产，降低制造成本。

进一步地，冲片为软磁材料冲片，软磁材料可以用较小的外磁场实现较大的磁化强度，软磁材料具有低矫顽力和高磁导率，有利于降低定子铁芯11和/或转子铁芯21的损耗，即降低电机的铁损，进而有利于提高电机的性能。具体地，冲片为硅钢片，可以理解的是，冲片还可以是其它材质。

影响涡流损耗的因素有很多，包括磁性材料的横截面积、厚度、感应电动势的频率和磁通密度等，通过将转子铁芯21和定子铁芯11设置为分别由多层互相绝缘的转子冲片和定子冲片叠合而成，从而能够使涡流被抑制在每一层转子冲片或定子冲片内，从而降低由此产生的涡流损耗。也即，通过避免层间涡流导通，能够显著降低转子铁芯21和定子铁芯11的整体涡流损耗。具体而言，定子铁芯11和转子铁芯21通常配置为硅钢片，可以是其自带的漆膜构成绝缘表层，也可以是通过电机制造厂在无漆膜的冲片上涂绝缘漆以构成绝缘表层，还可以是在电机制造厂对冲片进行氧化处理以构成绝缘表层。

在相关技术中，为保证转子铁芯21不会出现散片或层间错位的问题，或保证转子铁芯21在线圈绕组12的绕制过程中，不会出现因转子铁芯21冲片间偏移而导致的转子铁芯21变形，要求电机铁芯具备充足的叠铆强度。而为了能保证电机铁芯能够具备充足的叠铆强度，因此，在本实施例中，转子铁芯21上设有多个铆钉孔23。通过铆钉和铆钉孔23的配合从而能够满足硅钢片之间的固定强度，从而避免后续加工过程中发生硅钢片的层间错位的问题。

需要说明的是，为了降低甚至避免这种叠铆结构带来的层间涡流导通问题，转子冲片之间可以采用胶水粘连的方式替代叠铆方式，能够使硅钢片在铆钉孔23处的绝缘表层不被破坏，从而避免涡流层间导通的问题，但是由于胶水价格贵且产线生产效率低，因此并没有被应用到空调压缩机的电机里。

在本实施例中，所述定子槽113设有12个。当前家用空调压缩机用变频电机的定子槽113数为6、9，首先，定子槽113数决定了定子绕组12的分布方式，进而影响了电机的磁场分布。较多的定子槽113数可以提供更均匀的磁场分布，减小磁场的不均匀性，从而提高电机的效率和性能。其次，在一定范围内，增加定子槽113数可以减小磁场饱和现象。当电流通过定子绕组12时，磁场会导致铁芯饱和，从而降低电机的效率和性能。适当增加定子槽113数可以减小磁场饱和，提高电机的输出功率和效率。同时较少的定子槽113数可能导致谐波磁场的产生，这会引起电机的振动和噪音，因此通过增加定子槽113数可以减小谐波磁场的产生，提高电机的运行平稳性和静音性。因此，本实施例中将定子槽113设为12个，从而增加了电机的各种性能，减少了噪音的产生，提高了电机的性价比。

在本实施例中，所述转子的极数2p＝8；或所述转子的极数2p＝10。当前家庭常用的转子极数一般是4、6；电机的转速和转子的极数有着密切的关系，一般情况下，极数越多，转速越高，电机的效率会越高，极数越多，转径越小，每一相电动势磁场频率越高，每周期电动势越大，电机空载转速越高，负载情况下，由于容许的热损耗限制空载转速，所以负载情况下转速会降低，受限于容许负载条件，而反映在耗电量上也会随之减少。因此，本实施例中，通过将极数设置为8或10从而提高了电机的效率，减少了电机的耗电量。

在本实施例中，N＝2p或N＝4p。需要说明的是，转子的极数是指电机转子上的磁极数目，电机的磁极数目决定了电机的性能和特性，转子的极数越多，电机的转矩就越大，但是转速会降低，反之，转子的极数越少，电机的转速越快，但是转矩就会降低，因此通过将转子极数设置为2p和4p既能满足压缩机的转矩要求，也能满足压缩机的转速要求，进而提高了电机的性价比。

在本实施例中，70mm≤D₁≤150mm。所述定子铁芯11的外径为D₁，70mm≤D₁≤150mm。通过限定定子冲片的外径范围大小，从而可以增加电机的抗退磁能力较高，进而进一步降低稀土元素的使用量，进而降低了电机的生产制造成本，进而提高了电机的性价比。同时定子外径在70至150范围内能满足运用于压缩机的电机要求。

在本实施例中，1.2mm≤h≤2.5mm。磁铁槽22与永磁体在厚度方向上相适配，因此，当h≤1.2mm时，即永磁体的厚度较小时，则会导致磁通密度较小，进而使得电机的输出功率较小，进而降低了电机的效率；当x≥2.5mm时，即表示永磁体的厚度较大时，则会出现磁路饱和现象，导致磁路损耗增加，进而降低了电机的效率；因此，通过将磁铁槽22和永磁体的厚度控制在1.2mm至2.5mm之间，从而使得电机的输出功率能满足压缩机的要求，同时也不至于使永磁体的厚度过大，进而降低了磁路损耗，提高了电机的效率。

影响涡流损耗的因素有很多，包括磁性材料的横截面积、厚度、感应电动势的频率和磁通密度等，通过将转子铁芯21和定子铁芯11设置为分别由多层互相绝缘的转子冲片和定子冲片叠合而成，从而能够使涡流被抑制在每一层转子冲片或定子冲片内，从而降低由此产生的涡流损耗。也即，通过避免层间涡流导通，能够显著降低转子铁芯21和定子铁芯11的整体涡流损耗。具体而言，定子铁芯11和转子铁芯21通常配置为硅钢片，可以是其自带的漆膜构成绝缘表层，也可以是通过电机制造厂在无漆膜的冲片上涂绝缘漆以构成绝缘表层，还可以是在电机制造厂对冲片进行氧化处理以构成绝缘表层。

在相关技术中，为保证转子铁芯21不会出现散片或层间错位的问题，或保证转子铁芯21在线圈绕组12的绕制过程中，不会出现因转子铁芯21冲层间偏移而导致的转子铁芯21变形，要求电机铁芯具备充足的叠铆强度。而为了能保证电机铁芯能够具备充足的叠铆强度，因此，在本实施例中，转子铁芯21上设有多个铆钉孔23。通过铆钉和铆钉孔23的配合从而能够满足硅钢片之间的固定强度，从而避免后续加工过程中发生硅钢片的层间错位的问题。

需要说明的是，为了降低甚至避免这种叠铆结构带来的层间涡流导通问题，转子冲片之间可以采用胶水粘连的方式替代叠铆方式，能够使硅钢片在铆钉孔23处的绝缘表层不被破坏，从而避免涡流层间导通的问题，但是由于胶水价格贵且产线生产效率低，因此并没有被应用到空调压缩机的电机里。

在本实施例中，转子铁芯21上还设有轴孔25和通流孔24，轴孔25用于安装传动轴，从而带动传动物件进行转动；在电机长时间使用后其温度容易升高，进而容易导致永磁体退磁，进而导致永磁体的丧失磁性或降低磁性，因此，在本实施例中，通过在转子铁芯21上设置通流孔24，通流孔24内流通有冷媒，通过冷媒从而可以降低转子铁芯21的温度，从而将永磁体维持在最佳的范围内，进而提高了电机的性能。

在一实施例中，所述永磁体中重稀土元素的质量百分比的范围为：0至1.5％；或所述的永磁体中镝和/或铽的质量百分比的范围为：0至1.5％。由于镝和铽属于重稀土元素，重稀土元素属于国家战略性资源，而永磁体中重稀土元素的质量百分比与永磁体的内禀矫顽力hcj的大小正相关。因此，一方面，通过限定永磁体中镝和/或铽的质量百分比的范围为0至1.5％，有利于在保证电机良好的抗退磁能力的情况下，减少镝和/或铽的使用，进而有利于降低电机的制造成本，提高电机的性价比；另一方面，通过限定永磁体中重稀土元素的质量百分比的范围为0至1.5％，有利于在保证电机良好的抗退磁能力的情况下，减少重稀土元素的使用，进而有利于降低电机的制造成本，提高电机的性价比。

在另一实施例中，永磁体中镝和/或铽的质量百分比为0，一方面，永磁体中镝的质量百分比为0，即永磁体中不含重稀土元素镝，降低了永磁体对重稀土元素镝的消耗，有利于节约能源；另一方面，永磁体中铽的质量百分比为0，即永磁体中不含重稀土元素铽，降低了永磁体对重稀土元素铽的消耗，有利于节约能源；再一方面，永磁体中镝和铽的质量百分比之和为0，即永磁体中不含重稀土元素镝和铽，降低了永磁体对重稀土元素镝和铽的消耗，有利于资源的可持续发展，节约能源，并有利于降低电机的制造成本，适于推广应用。

可以理解的是，永磁体中镝和/或铽的质量百分比也可以为其他数值，例如，永磁体中镝和/或铽的质量百分比为0.005％、0.01％、0.025％等。进一步地，永磁体为钕铁硼永磁磁铁，钕铁硼磁铁具有优异的磁性能，能够满足电机的使用需求。

具体地，所述的永磁体的剩磁Br的范围为1.28T至1.5T。其中，剩磁是指永磁体经磁化至技术饱和，并去掉外磁场后所保留的表面场，Br为剩余磁感感应强度，通过合理设置剩磁，在相同磁负荷下，剩磁Br值越大，表明永磁体中稀土元素的用量越少，进而降低电机的制造成本，同时，通过合理设置剩磁，有利于降低铁损，进而提高电机的效率。具体地，永磁体的剩磁为1.28T、或1.32T、或1.5T，其中，T为单位特斯拉。

本实用新型还提出一种压缩机，该压缩机包括电机，该电机的具体结构参照上述实施例，由于本申请的压缩机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实用新型还提出一种制冷设备，该制冷设备包括上述的压缩机，其中制冷设备可以但不限于冰箱、冰柜、空调等具有制冷功能的设备，该压缩机的具体结构参照上述实施例，由于本申请的制冷设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电机，其特征在于，包括：

定子，所述定子包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯上设有定子槽，所述定子铁芯包括定子轭和定子齿，所述定子齿连接于所述定子轭，所述绕组绕设于定子齿，并位于所述定子槽内；和

转子，所述转子包括转子铁芯和永磁体，所述转子铁芯上设有磁铁槽，所述永磁体位于所述磁铁槽；

其中，所述定子铁芯的外径和内径分别为D₁和D₂，所述定子轭的厚度为t，所述磁铁槽的宽度为b，所述磁铁槽的厚度为h，所述转子的极数为2p，所述永磁体的片数为N，4.3≤t≤7.0，0.577≤D₂/D₁≤0.6、1.3≤b*h*2p*N/1000≤3.5。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子槽设有12个。

3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子的极数2p＝8；或所述转子的极数2p＝10。

4.如权利要求1所述的电机，其特征在于，N＝2p或N＝4p。

5.如权利要求1所述的电机，其特征在于，70mm≤D₁≤150mm。

6.如权利要求1所述的电机，其特征在于，1.2mm≤h≤2.5mm。

7.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述转子上设有用于冷媒流动的通流孔。

8.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求1至7中任意一项所述的电机。

9.一种制冷设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的压缩机。