CN108233565A - 电机、压缩机及制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机、压缩机及制冷设备，其中，电机包括：定子铁芯，定子铁芯设置有贯穿的转子孔，定子铁芯包括交替排布且数量相等的多个第一定子齿和多个第二定子齿，第二定子齿的最大齿宽小于第一定子齿的最小齿宽，第二定子齿的齿根的宽度大于第二定子齿的齿顶的宽度；定子绕组，绕置在第一定子齿上；转子，设置在转子孔内。本发明提供的电机，通过将第二定子齿的结构设为齿根的宽度大于齿顶的宽度，使得第二定子齿的齿顶处与第一定子齿之间的间隙增大，进而可以绕设更多线圈的定子绕组，从而提高电机的效率，实现电机的高功率密度，降低电机的制造成本。

Description

电机、压缩机及制冷设备

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种电机、压缩机及制冷设备。

背景技术

目前永磁同步电机采用集中卷绕组，集中绕组电机的每个线圈绕在一个定子齿上，缩短了绕组的端部长度和电机的轴向长度，减少了用铜量，降低了电机的总铜耗，进而提高了电机的效率。集中卷普通采用的槽极配合为6槽4极、9槽6极、12槽8极(如图1所示)，电机的绕组系数为0.866，而分布卷18槽6极的绕组系数为1，但分布卷18槽6极端部高，用铜量大，铜线利用率降低。因此，为了进一步提高铜线利用率，保持集中卷绕组端部低的特点，需要提高绕组系数。高绕组系数的集中卷槽极配合有9槽8极，绕组系数为0.945，但存在不平衡磁拉力问题，会导致轴承单边磨损。因此，有必要针对提高绕组系数的新定子结构以及如何进一步提高电机工作效率的配合结构进行研究。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本发明的第一方面的实施例提出了一种电机。

本发明的第二方面实施例，还提出了一种压缩机。

本发明的第三方面实施例，还提出了一种制冷设备。

有鉴于此，根据本发明的第一方面的实施例，本发明提出了一种电机，包括：定子铁芯，定子铁芯设置有贯穿的转子孔，定子铁芯包括交替排布且数量相等的多个第一定子齿和多个第二定子齿，第二定子齿的最大齿宽小于第一定子齿的最小齿宽，第二定子齿的齿根的宽度大于第二定子齿的齿顶的宽度；定子绕组，绕置在第一定子齿上；转子，设置在转子孔内。

本发明提供的电机，通过在定子铁芯上依次交替排布设置多个第一定子齿和第二定子齿，并且将第二定子齿的结构设为齿根的宽度大于齿顶的宽度，使得第二定子齿的齿顶处与第一定子齿之间的间隙增大，进而可以绕设更多线圈的定子绕组，从而提高电机的效率，实现电机的高功率密度，降低电机的制造成本；其中，定子绕组可采用铜线，通过上述结构，在相同匝数情况下，绕组线径可采用更粗的电线，绕组截面积变大，电阻下降，电机效率提高，同时电流密度下降，在保持电流密度相同的情况下，通入的电流更大，输出转矩变大，从而提高电机的功率密度。

另外，第二定子齿的最大齿宽小于第一定子齿的最小齿宽，其中的第一定子齿的齿宽可以为恒定的，也可以为变化的。

另外，本发明提供的上述实施例中的电机还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，第二定子齿的齿根的宽度与第二定子齿的齿顶的宽度的差值大于等于0.5mm且小于等于5mm。

在该技术方案中，第二定子齿的齿根的宽度与第二定子齿的齿顶的宽度的差值大于等于0.5mm且小于等于5mm，一般地，第二定子齿的齿根至齿顶的宽度逐渐减小，两宽度之间的差值可优选为2mm或3mm，以便于定子铁芯的制造并保证第二定子齿自身足够的强度。

在上述任一技术方案中，优选地，相邻的第一定子齿和第二定子齿之间的间隙形成绕组槽，绕组槽的朝向转子的槽口的宽度大于等于1mm且小于等于4mm。

在该技术方案中，相邻的第一定子齿和第二定子齿之间的间隙形成绕组槽，绕组槽的朝向转子的槽口的宽度大于等于1mm且小于等于4mm，以便于在靠近第一定子齿的齿顶部绕设更多线圈的定子绕组，从而提高电机的效率，实现电机的高功率密度，降低电机的制造成本。其中，槽口的宽度可优选为3.2mm，以便于绕线。

在上述任一技术方案中，优选地，定子铁芯关于转子孔的圆心中心对称。

在该技术方案中，定子铁芯关于转子孔的圆心中心对称以便于由定子产生的磁场均匀分布，进而提高电机的工作效率。

在上述任一技术方案中，优选地，定子绕组的节距等于电机的极距。

在该技术方案中，电机的绕组系数等于电机分布系数与节距系数的乘积，通过将定子绕组的节距设为等于电机的极距，使得电机的节距系数等于1，从而提高了电机的绕组系数，进而提高了电机的工作效率。

在上述任一技术方案中，优选地，第一定子齿的齿顶的宽度等于电机的极距。

在该技术方案中，第一定子齿的齿顶的宽度等于电机的极距，通过将第一定子齿的齿顶的宽度设计调整为极距的大小，能够进一步地增大电机转矩的提高效果。

在上述任一技术方案中，优选地，定子绕组的节距为第一定子齿的齿顶的两端与转子孔的圆心的连线的夹角；电机的极距沿以转子孔的圆心为圆心的圆周上所占的角度为180度与电机的极对数的比值。

在该技术方案中，将第一定子齿的齿顶的两端与转子孔的圆心的连线的夹角作为定子绕组的节距，以角度表示和限定定子绕组的节距，另外，也可以将第一定子齿两侧的槽口的中点与转子孔的圆心的连线的夹角作为定子绕组的节距，提高对于定子绕组的节距的计算值与转子磁铁更加匹配；电机的极距也可以角度表示，具体地，可将电机的极距沿以转子孔的圆心为圆心的圆周上所占的角度为180度与电机的极对数的比值作为电机的极距。

在上述任一技术方案中，优选地，电机为永磁同步电机；和/或叠压定子铁芯或转子的转子铁芯的硅钢板的厚度大于等于0.3mm且小于等于0.5mm。

在该技术方案中，上述的电机为永磁同步电机，其中定子铁芯或转子的转子铁芯由硅钢板叠压制成，硅钢板的厚度大于等于0.3mm且小于等于0.5mm，以便于定子铁芯和转子铁芯的制造。

在上述任一技术方案中，优选地，转子的磁铁槽为V字型或一字型，转子的转子磁铁设置在磁铁槽内，转子磁铁与磁铁槽相适配；和/或转子的转子磁铁为稀土钕铁硼磁铁或铁氧体磁铁。

在该技术方案中，转子的磁铁槽为V字型或一字型，对应地，设置于磁铁槽内的转子磁铁也可为V字型或一字型，其中一字型的磁铁槽和转子磁铁便于制造和安装，而V字型的磁铁槽和转子磁铁有利于进一步地提高电机的转矩和工作效率；其中，转子的转子磁铁可选为稀土钕铁硼磁铁或铁氧体磁铁，以便于保证转子磁铁的高效长效，从而提高电机的转矩的和工作效率，并且使得电机的功率密度提高，有利于实现电机小型化。

本发明第二方面的实施例提供的压缩机，包括：第一方面实施例的电机。

本发明提供的压缩机，通过采用上述的电机，从而具有其全部的有益的技术效果，同时可有效提高压缩机的工作效率，并减小其工作能耗。

本发明第三方面的实施例提供的制冷设备，包括：第一方面实施例的电机或第二方面实施例的压缩机。

本发明提供的制冷设备，通过采用上述的电机或压缩机，从而具有其全部的有益的技术效果，同时可有效提高制冷设备的工作效率，并减小其工作能耗。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中一种电机的结构示意图；

图2是本发明一种实施例的结构示意图；

图3是图2所示电机的绕组连接结构示意图；

图4是图3所示电机与图1所示电机仿真空载线反电势波形的示意图；

图5是图3所示电机与图1所示电机实测不同负载下电机效率的示意图。

其中，图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1定子铁芯，102第一定子齿，104第二定子齿，106绕组槽，2定子绕组，3转子，302磁铁槽，304转子磁铁。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明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。

下面参照图2至图5描述根据本发明一些实施例所述的电机。

如图2和图3所示，本发明提供了一种电机，包括：定子铁芯1，定子铁芯1设置有贯穿的转子孔，定子铁芯1包括交替排布且数量相等的多个第一定子齿102和多个第二定子齿104，第二定子齿104的最大齿宽小于第一定子齿102的最小齿宽，第二定子齿104的齿根的宽度大于第二定子齿104的齿顶的宽度；定子绕组2，绕置在第一定子齿102上；转子3，设置在转子孔内。

本发明提供的电机，通过在定子铁芯1上依次交替排布设置多个第一定子齿102和第二定子齿104，并且将第二定子齿104的结构设为齿根的宽度大于齿顶的宽度，使得第二定子齿104的齿顶处与第一定子齿102之间的间隙增大，进而可以绕设更多线圈的定子绕组2，从而提高电机的效率，实现电机的高功率密度，降低电机的制造成本；其中，定子绕组2可采用铜线，通过上述结构，在相同匝数情况下，绕组线径可采用更粗的电线，绕组截面积变大，电阻下降，电机效率提高，同时电流密度下降，在保持电流密度相同的情况下，通入的电流更大，输出转矩变大，从而提高电机的功率密度。

另外，第二定子齿104的最大齿宽小于第一定子齿102的最小齿宽，其中的第一定子齿102的齿宽可以为恒定的，也可以为变化的。其中，第一定子齿102的数量等于第二定子齿104的数量，两者的数量可优选为3的倍数，例如6或9等。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图2所示，第二定子齿104的齿根的宽度与第二定子齿104的齿顶的宽度的差值大于等于0.5mm且小于等于5mm。

在该实施例中，第二定子齿104的齿根的宽度与第二定子齿104的齿顶的宽度的差值大于等于0.5mm且小于等于5mm，一般地，第二定子齿104的齿根至齿顶的宽度逐渐减小，两宽度之间的差值可优选为2mm或3mm，以便于定子铁芯1的制造并保证第二定子齿104自身足够的强度。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图2所示，相邻的第一定子齿102和第二定子齿104之间的间隙形成绕组槽106，绕组槽106的朝向转子3的槽口的宽度大于等于1mm且小于等于4mm。

在该实施例中，相邻的第一定子齿102和第二定子齿104之间的间隙形成绕组槽106，绕组槽106的朝向转子3的槽口的宽度大于等于1mm且小于等于4mm，以便于在靠近第一定子齿102的齿顶部绕设更多线圈的定子绕组2，从而提高电机的效率，实现电机的高功率密度，降低电机的制造成本。其中，槽口的宽度可优选为3.2mm，以便于绕线。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图2所示，定子铁芯1关于转子孔的圆心中心对称。

在该实施例中，定子铁芯1关于转子孔的圆心中心对称以便于由定子产生的磁场均匀分布，进而提高电机的工作效率。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图2所示，定子绕组2的节距等于电机的极距。

在该实施例中，电机的绕组系数等于电机分布系数与节距系数的乘积，通过将定子绕组2的节距设为等于电机的极距，使得电机的节距系数等于1，从而提高了电机的绕组系数，进而提高了电机的工作效率。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图2所示，第一定子齿102的齿顶的宽度等于电机的极距。

在该实施例中，第一定子齿102的齿顶的宽度等于电机的极距，通过将第一定子齿102的齿顶的宽度设计调整为极距的大小，能够进一步地增大电机转矩的提高效果。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图2所示，定子绕组2的节距为第一定子齿102的齿顶的两端与转子孔的圆心的连线的夹角；电机的极距沿以转子孔的圆心为圆心的圆周上所占的角度为180度与电机的极对数的比值。

在该实施例中，将第一定子齿102的齿顶的两端与转子孔的圆心的连线的夹角作为定子绕组2的节距，以角度表示和限定定子绕组2的节距，另外，也可以将第一定子齿102两侧的槽口的中点与转子孔的圆心的连线的夹角作为定子绕组2的节距，提高对于定子绕组2的节距的计算值与转子磁铁304更加匹配；电机的极距也可以角度表示，具体地，可将电机的极距沿以转子孔的圆心为圆心的圆周上所占的角度为180度与电机的极对数的比值作为电机的极距。

在本发明的一个实施例中，优选地，电机为永磁同步电机；和/或叠压定子铁芯1或转子3的转子铁芯的硅钢板的厚度大于等于0.3mm且小于等于0.5mm。

在该实施例中，上述的电机为永磁同步电机，其中定子铁芯1或转子3的转子铁芯由硅钢板叠压制成，硅钢板的厚度大于等于0.3mm且小于等于0.5mm，以便于定子铁芯1和转子铁芯的制造，硅钢板的厚度可优选为0.3mm。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图2所示，转子3的磁铁槽302为V字型或一字型，转子3的转子磁铁304设置在磁铁槽302内，转子磁铁304与磁铁槽302相适配；和/或转子3的转子磁铁304为稀土钕铁硼磁铁或铁氧体磁铁。

在该实施例中，转子3的磁铁槽302为V字型或一字型，对应地，设置于磁铁槽302内的转子磁铁304也可为V字型或一字型，其中一字型的磁铁槽302和转子磁铁304便于制造和安装，而V字型的磁铁槽302和转子磁铁304有利于进一步地提高电机的转矩和工作效率；其中，转子3的转子磁铁304可选为稀土钕铁硼磁铁或铁氧体磁铁，以便于保证转子磁铁304的高效长效，从而提高电机的转矩的和工作效率，并且使得电机的功率密度提高，有利于实现电机小型化。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图2和图3所示，定子中第一定子齿102和第二定子齿104的数量均为6个，两者数量均为3的倍数，多个绕组槽106围绕转子孔呈中心对称式排布，其中将定子槽口设置为3.2mm，有利于绕线。

其中，可以以绕组槽106的槽口中点与转子孔的圆心的连线作为边界线计算第一定子齿102和第二定子齿104沿周向所占的角度，其中第一定子齿102沿周向所占角度θ1为45度，第二定子齿104沿周向所占角度θ2为15度，其中，θ1大于θ2，第一定子齿102沿周向所占的角度θ1等于转子3一个磁极沿周向所占的角度，即若电机的极对数为p＝4，满足θ1＝360/2p＝45度。

其中，第二定子齿104呈梯形结构，第二定子齿104为不等齿宽设置且远离转子孔的圆心端的齿宽更大，靠近转子孔的圆心端的齿宽为L1，第二定子齿104远离转子孔的圆心端的齿宽为L2，并且满足0.5mm≤L2-L1≤5mm，在保证第二定子齿104足够刚性的前提下，使得绕组槽106靠近圆心端的空间变大，绕组槽106面积变大，且有利于槽底绕线，使得电机可以放置更多的铜线，在相同匝数情况下，绕组线径变粗，绕组截面积变大，电阻下降，电机效率提高；电流密度下降，保持电流密度相同的情况下，通入的电流可以更大，进而输出转矩变大，电机的功率密度提高。

其中，第一定子齿102为等齿宽设置，定子绕组2绕置在第一定子齿102上，图2中的定子绕组2为集中绕组，一个极下为一个线圈组，因此，本发明的电机分布系数Kd1为1；一个极下定子绕组2线圈的节距y为第一定子齿102沿周向所占的角度45度，电机的极距沿周向所占的角度为τ＝360/2p＝45度，本发明电机的节距系数为Kp1＝sin(y*90/τ)＝1。因此，电机的绕组系数为Kdp＝Kd1*Kp1＝1，由此使得本发明实现集中卷的绕组系数达到最大值1。

或者，在本发明另一个实施例中，电机槽极配合为12槽10极，包括6个第一定子齿102和6个第二定子齿104，可使该实施例中的θ1＝36度，θ2＝24度，6个线圈绕组分别绕置在第一定子齿102上，同样可以使得集中卷的绕组系数达到最大值1。

另外，在图2中，转子3采用“V”字形磁铁槽302，磁铁优选磁性能高的稀土钕铁硼磁铁，使得电机的功率密度提高，有利于实现电机小型化。

图1是相关技术中采用12槽8极电机的结构示意图，其绕组系数为0.866。在保持图1所示的实施例中12槽8极和本发明新电机结构的绕组总匝数、转子3结构一致的情况下，得到图4所示的本发明图2所示新电机结构与图1所示电机的仿真空载线反电势波形，图1中电机反电势系数为33.7V/krpm，图2中本发明的电机反电势系数39.2V/krpm，本发明电机的反电势相比现有例提高约16.3％，能够有效提高电机的工作效率。同时，上述的两者若要获得相同的功率输出，本发明中铜线用量可减少约50克，电机成本降低约2.5元。

电机的绕组系数提高，电机的铜损降低，使得电机效率提高，图5是本发明图2所示新电机结构与图1所示的电机的实测不同负载下电机效率的示意图，其中，在转速1800rpm、扭矩1.2N.m及1.46N.m的条件下，本发明的电机的电机效率绝对值提高0.5％，由此有效地提高了电机的工作效率，以及有助于降低电机的功耗。

本发明的实施例所提供的电机可为永磁体同步电机，并且提高了永磁同步电机的绕组系数，实现集中卷的绕组系数达到最大值1，从而提高电机效率和铜线的利用率，实现了电机的高功率密度，同时也能减小铜线的用量，降低电机成本。

本发明还提供了一种压缩机，包括：第一方面实施例的电机。

本发明提供的压缩机，通过采用上述的电机，从而具有其全部的有益的技术效果，同时可有效提高压缩机的工作效率，并减小其工作能耗。

本发明还提供了一种制冷设备，包括：第一方面实施例的电机或第二方面实施例的压缩机。

本发明提供的制冷设备，通过采用上述的电机或压缩机，从而具有其全部的有益的技术效果，同时可有效提高制冷设备的工作效率，并减小其工作能耗。

在本发明中，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发明中的具体含义。

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。

Claims (11)

1.一种电机，其特征在于，包括：

定子铁芯，所述定子铁芯设置有贯穿的转子孔，所述定子铁芯包括交替排布且数量相等的多个第一定子齿和多个第二定子齿，所述第二定子齿的最大齿宽小于所述第一定子齿的最小齿宽，所述第二定子齿的齿根的宽度大于所述第二定子齿的齿顶的宽度；

定子绕组，绕置在所述第一定子齿上；

转子，设置在所述转子孔内。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，

所述第二定子齿的齿根的宽度与所述第二定子齿的齿顶的宽度的差值大于等于0.5mm且小于等于5mm。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，

相邻的所述第一定子齿和所述第二定子齿之间的间隙形成绕组槽，所述绕组槽的朝向所述转子的槽口的宽度大于等于1mm且小于等于4mm。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，

所述定子铁芯关于所述转子孔的圆心中心对称。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，

所述定子绕组的节距等于所述电机的极距。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，

所述第一定子齿的齿顶的宽度等于所述电机的极距。

7.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，

所述定子绕组的节距为所述第一定子齿的齿顶的两端与所述转子孔的圆心的连线的夹角；

所述电机的极距沿以所述转子孔的圆心为圆心的圆周上所占的角度为180度与所述电机的极对数的比值。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，

所述电机为永磁同步电机；和/或

叠压所述定子铁芯或所述转子的转子铁芯的硅钢板的厚度大于等于0.3mm且小于等于0.5mm。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，

所述转子的磁铁槽为V字型或一字型，所述转子的转子磁铁设置在所述磁铁槽内，所述转子磁铁与所述磁铁槽相适配；和/或

所述转子的转子磁铁为稀土钕铁硼磁铁或铁氧体磁铁。

10.一种压缩机，其特征在于，包括：

如权利要求1至9中任一项所述的电机。

11.一种制冷设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至9中任一项所述的电机；或

如权利要求10所述的压缩机。