CN120200439A 永磁电机及变频涡旋压缩机

(19)国家知识产权局(71)申请人冰山松洋压缩机(大连)有限公司地址116600辽宁省大连市经济技术开发区松岚街8号刘震(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212专利代理师修睿HO2KF04CHO2K21/14(2006.01)(54)发明名称永磁电机及变频涡旋压缩机本发明提供永磁电机及变频涡旋压缩机，涉及涡旋压缩机设计及制造技术领域，永磁电机包括定子铁芯和转子铁芯；定子铁芯包括沿圆周均匀分布的定子槽，槽中嵌入有铜绕组，每个槽底外部设有均布的定子轭，每个定子轭上开有弧形长槽，相邻两个定子槽之间设有定子齿，定子齿顶部均进行凹陷处理形成通流槽；转子铁芯内设有均匀分布的磁钢槽，相邻两磁钢槽之间设有两个相同的第一隔磁槽，磁钢槽中设有磁钢，每个磁钢顶部设有对称分布的两个第二隔磁槽。本发明中的定子铁芯外侧半径Rs1、定子铁芯内侧半径Rs2及定子铁芯沿轴向的长度Lis满足：1.282≤Lis/(Rs1-Rs2)≤2.778,且34≤率、减小谐波含量从而抑制转矩脉动。CN120200439A权利要求书2所述定子铁芯包括沿圆周均匀分布的定子槽，所述定子槽中嵌入圆形漆包线的铜绕所述转子铁芯内设有均匀分布的磁钢槽，相邻两所述磁钢槽之间设有两个相同的第一定子铁芯外侧半径为Rs1,定子铁芯内侧半径为Rs2,定子铁芯沿轴向的长度为Lis;其转子铁芯沿轴向长度为Lir,且满足：0≤Lis-Lir≤2(Rs2-Rr1),其中50mm≤Lis≤5.根据权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述通流槽深度为hs1,且满足，0<所述定子齿宽度为ws1,满足12.2mm≤ws1≤17.槽底圆心角为θ2,其中θ1≤02;所述弧形长槽内侧半径为Rs4,所述弧形长槽外侧半径为Rs5,且满足Rs1-hs1<Rs4<方向垂直于磁钢的长边，磁钢的长边长度为hpm;所述第一隔磁槽宽度为wg1,满足1.2mm≤wg1≤2.5mm;所述第一隔磁槽距所述磁钢槽距离为wb1,两第一隔磁槽距离为wb2,wb1与wb2之间满足：0.45mm≤wb1≤wb2≤1.5mm。3为t0,第一磁桥厚度为t1,第二磁桥厚度为t2,且满足：0.5mm≤tO≤t1≤1.5mm,其中，t1=9.根据权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述第二隔磁槽宽度为wg2,满足所述第二隔磁槽最长边长度为hg2,满足wg2≤hg2≤2.2mm;所述第二隔磁槽距磁钢槽距离为wb3,满足0.45mm≤wb3≤1.5mm。10.一种变频涡旋压缩机，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项权利要求所述的永磁电机。4技术领域[0001]本发明涉及压缩机设计及制造领域技术领域，具体而言，尤其涉及永磁电机及变频涡旋压缩机。背景技术[0002]变频涡旋压缩机搭载永磁电机和高性能变频器，可根据不同环境温度和负载需求在宽转速范围内连续调节，以减少频繁启停造成的能量损失；此外由于其运动部件少，结构[0003]随着我国能效标准的不断升级、热泵领域需求激增、新能源汽车的快速发展、数据中心与冷链的扩张等，变频涡旋压缩机逐渐占据了较高市场份额，变频化成为了涡旋压缩机发展的一大趋势。[0004]尽管永磁电机自身具备高效率、高过载能力、宽转速范围等优势，但是相较于传统搭载异步电机的定频涡旋压缩机成本高、转矩密度低、电机自身存在的大量谐波造成电磁振动噪音大等诸多不足，给永磁电机的设计带来了技术挑战，需采用相关技术对上述不足进行攻关。[0005]本发明提供一种永磁电机及变频涡旋压缩机技术，以达到增大永磁电机的功率密发明内容[0006]根据上述提出的搭载永磁电机的变频涡旋压缩机相较于传统搭载异步电机的定频涡旋压缩机成本高、转矩密度低、电机自身存在的大量谐波造成振动噪音大等诸多不足，而提供一种永磁电机及变频涡旋压缩机。本发明通过限定定子内外侧半径与铁芯长度的关系可增大电机的功率密度、降低成本、提高效率；通过在定子铁芯上设置弧形长槽、转子铁芯上设置第一隔磁槽、第二隔磁槽等可改善空载反电势波形进而抑制转矩脉动，减少振动噪音。[0007]本发明采用的技术手段如下：一种永磁电机，包括在外的定子铁芯和设置于定子铁芯内部的转子铁芯；所述定子铁芯包括沿圆周均匀分布的定子槽，所述定子槽中嵌入圆形漆包线的铜绕组，每个定子槽底外部设有均布的定子轭，每个所述定子轭上开有弧形长槽，相邻两个所述定子槽之间设有定子齿，所述定子齿顶部均进行凹陷处理，形成通流槽；所述转子铁芯内设有均匀分布的磁钢槽，相邻两所述磁钢槽之间设有两个相同的第一隔磁槽，所述磁钢槽中设有南北极交替的磁钢，每个所述磁钢顶部设有对称分布的两个第二隔磁槽；所述磁钢槽和所述第二隔磁槽顶部与所述转子铁芯外圆间设有第一磁桥和第二磁桥；定子铁芯外侧半径为Rs1,定子铁芯内侧半径为Rs2,定子铁芯沿轴向的长度为5[0008]进一步地，所述定子槽数量为Q,所述定子槽中嵌入的圆形漆包线的铜绕组构成三相对称绕组，转子铁芯分布的磁钢槽数量为p,其中Q和p之间满足：p/Q=2/3。[0009]进一步地，所述转子铁芯外圆为一整圆，其圆心处在转轴中心；转子铁芯外侧半径为Rr1,且满足：0.45mm≤Rs2-Rr1≤1mm;转子铁芯沿轴向长度为Lir,且满足：0≤Lis-Lir≤2(Rs2-Rr1),其中50mm≤Lis≤ws1,满足12.2mm≤ws1≤17.4mm;所述通流槽述弧形长槽内侧半径为Rs4,所述弧形长槽外侧半径为Rs5,且满足Rs1-hs1<Rs4<Rs5<长边长度为hpm;所述磁钢短边长度为wpm,满足1.8mm≤wpm≤3.5mm;所述第一隔磁槽宽度为wg1,满足1.2mm≤wg1≤2.5mm;所述第一隔磁槽长度为hg1,满足wg1<hg1≤wpm;所述第[0014]进一步地，所述第一隔磁槽距转子外圆垂直距离为t0,第一磁桥厚度为t1,第二磁桥厚度为t2,且满足：0.5mm≤t0≤t1≤1.5mm,其中，t1=t2。最长边长度为hg2,满足wg2≤hg2≤2.2mm;所述第二隔磁槽距磁钢槽距离为wb3,满足[0016]本发明还提供了一种变频涡旋压缩机，包括所述的永磁电机。[0017]较现有技术相比，本发明具有以下优点：1、通过限定定子铁芯外侧半径Rs1、定子铁芯内侧半径Rs2、定子铁芯沿轴向的长度Lis之间满足，1.282≤Lis/(Rs1-Rs2)≤2.778,可增加电机的功率密度，从而降低电磁材料成本，此外可以使得电机的铜铁损合理分配，提高电机的效率。[0018]2、通过对转子铁芯第一隔磁槽、第二隔磁槽及弧形长槽的引入与合理布置，可以保证不减小功率密度的同时，减小某些特定次谐波，从而提高反电势波形正弦度，进而抑制转矩脉动，减小振动噪音的影响。此外弧形长槽的引入可以增大压缩机内部冷媒流通面积，达到减小定子铁芯温升，增加效率的目的。[0019]3、根据定子槽数量Q和转子铁芯分布的磁钢槽数量p之间满足p/Q=2/3的关系构成的磁路特点，在定子铁芯特定位置开有通流槽为冷媒流通提供了路径，进一步减小电机的温升，增加电机的效率。6附图说明[0020]为了更清楚地说明本发明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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0021]图1为本发明永磁电机的结构示意图。[0022]图2为本发明中定子铁芯结构示意图。[0023]图3为本发明中转子铁芯结构示意图。[0024]图4为本发明中转子结构示意图的局部放大图。[0025]图5为采用本发明永磁电机与现有技术的功率密度对比。[0026]图6为采用本发明永磁电机与现有技术的成本对比。[0027]图7为不同工况下采用本发明永磁电机效率图。[0028]图8为采用本发明永磁电机与现有技术的空载反电势各次谐波对比图。[0029]图9为采用本发明永磁电机与现有技术的空载反电势谐波畸变率对比图。[0030]图10为采用本发明永磁电机与现有技术的电磁转矩波形对比图。具体实施方式[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0033]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0034]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包[0035]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中7不需要对其进行进一步讨论。[0036]如图1-4所示，本发明提供了一种永磁电机，该永磁电机1包括在外的定子铁芯2和设置于定子铁芯2内部的转子铁芯9;定子铁芯2包括沿圆周均匀分布的定子槽3,定子槽3中嵌入圆形漆包线的铜绕组4,每个定子槽3底外部设有均布的定子轭5,每个定子轭5上开有弧形长槽6,相邻两个定子槽3之间设有定子齿7,定子齿7顶部均进行凹陷处理形成通流槽8;转子铁芯9内设有均匀分布的磁钢槽10,相邻两磁钢槽10之间设有两个相同的第一隔磁槽11,磁钢槽10中设有南北极交替的磁钢12,每个磁钢12顶部设有对称分布的两个第二隔磁槽13;所述磁钢槽10和所述第二隔磁槽13顶部与所述转子铁芯9外圆间设有第一磁桥14和第二磁桥15;其中定子铁芯2外侧半径为Rs1、定子铁芯2内侧半径为Rs2及定子铁芯2沿轴向的长度为Lis,Rs1、Rs2以及Lis之间满足：1.282≤Lis/(Rs1-Rs2)≤2.778,且34≤Rs1-Rs2≤39mm,三者之间关系的约束条件根据压缩机排量对于电机的要求、电负荷和磁负荷的合理设计、压缩机壳体体积的限制、成本等综合因素获取。可增大电机的功率密度、降低成[0037]优选地，定子槽3为数量Q,其中定子槽3中嵌入的圆形漆包线构成三相对称绕组4,转子铁芯9分布的磁钢12数量p之间满足p/Q=2/3,以构成集中绕组，三相对称绕组4可利用机械卷绕而成也可集中嵌入，以达到减小绕组4的端部长度，增加效率的目的。如本实施例中定子槽3的数量为9,磁钢12的数量为6,构成了p/Q=2/3的条件。[0038]优选地，为避免因削弱谐波造成磁钢12利用率低、功率密度下降等问题，转子铁芯9的外圆为一整圆。转子铁芯9外侧半径为Rr1,定子铁芯2内侧半径为Rs2,Rr1与Rs2之间满芯2内侧半径Rs2=41mm,转子铁芯9外侧半径Rr1=40.9mm,即Rs2-Rr1=0.6mm。[0039]优选地，所述定子铁芯2沿轴向长度为Lis、转子铁芯9沿轴向长度为Lir,且满足：0≤Lis-Lir≤2(Rs2-Rr1),其中50mm≤Lis≤100mm,减小转子铁芯9端部漏磁的同时，以实现在同样压缩机壳径的基础上进行系列化设计与分配。[0040]优选地，所述定子槽3底半径为Rs3,所述定子铁芯2外侧半径为Rs1,且满足8.3mm≤Rs1-Rs3≤14.6mm,以保证一定的槽面积同时，形成合理磁场配分，保证一定的刚度以减小振动噪音。[0041]优选地，弧形长槽6圆心角为θ1,所述定子槽3底圆心角为θ2,满足θ1≤02,以磁场特定次谐波的流通。[0042]优选地，定子齿7顶部进行凹陷处理形成通流槽8深度为hs1,满足0<hs1≤Rs1-Rs3,在保证较大冷媒流通面积的同时，考虑定子机械强度，磁场分布的合理性。[0043]优选地，弧形长槽6内侧半径为Rs4,弧形长槽6外侧半径为Rs5,且满足Rs1-hsl<Rs4<Rs5<Rs1,弧形长槽6宽度为hs2,满足1.2mm≤hs2≤2mm,其中hs2=Rs5-Rs4。按照此限定可以在充分考虑工艺可行性的前提下，准确定位弧形长槽6的位置，以优化磁场分布。[0044]优选地，定子齿7宽度为ws1,满足12.2mm≤ws1≤17.4mm。以保证一定的齿宽轭厚8以保证在磁路合理性的前提下，尽可能增大冷媒流通面积，进而减小温升，提高电机效率。[0046]优选地，沿圆周均布的磁钢12插入到磁钢槽10中后进行充磁处理，经充磁后磁场方向需垂直于磁钢12的长边，磁钢12的长边的长度为hpm;磁钢12短边长度为wpm,满足1.8mm≤wpm≤3.5mm;以保证在有限的转子空间内提供所需磁场、磁钢12不会因所处运行环境发生退磁[0047]优选地，第一隔磁槽11宽度为wg1,满足1.2mm≤wg1≤2.5mm;第一隔磁槽11长度为hg1,满足wg1<hg1≤wpm;第一隔磁槽11距磁钢槽10距离为wb1,两个第一隔磁槽11距离为wb2,wb1与wb2之[0048]按上述限定设置第一隔磁槽11的位置和相关尺寸，可以减小极间漏磁的同时，优[0049]优选地，第一隔磁槽11距转子外圆垂直距离为t0,第一磁桥14厚度为t1,第二磁桥15厚度为t2,且满足：0.5mm≤tO≤t1,t2≤1.5mm,其中t1=t2。在满足机械强度的前提下，[0050]优选地，第二隔磁槽13宽度为wg2,满足0.8mm≤wg2≤1.8mm;第二隔磁槽13最长边长度为hg2,满足wg2≤hg2≤2.2mm;第二隔磁槽13距磁钢槽10距离为wb3,满足0.45mm≤wb3≤1.5mm。[0051]在有限空间内，按上述限定合理放置第二隔磁槽13且合理给定尺寸后，可以进一步减小漏磁增加反电势有效值，且可进一步减小反电势谐波进而抑制转矩脉动，减小振动[0052]需要说明的是，下文出现的“现有技术”特指未使得定子铁芯2外侧半径Rs1、定子铁芯2内侧半径Rs2及定子铁芯2沿轴向的长度Lis满足：1.282≤Lis/(Rs1-Rs2)≤2.778,未对定子铁芯2开设弧形长槽6,未对转子铁芯9开设第一隔磁槽11和第二隔磁槽13。[0053]现有技术的Lis为70mm,Rs1为85mm,Rs2为43.5mm,在本发明限定外；本发明的Lis为80mm,Rs1为75mm,Rs2为41mm在本发明限定范围内。定义功率密度为电机输出功率与Lis×π×Rs1²的比值。则在ARI标准工况下，即对应电机转速为3600rpm,转矩为9.4Nm,功率为3540W,采用本发明永磁电机1与现有技术的功率密度对比如图5所示。此外，对于现有方案和本发明方案的电磁材料成本进行统计，采用本发明永磁电机1与现有技术的成本对比如图6所示。[0054]从图5中可以看出，采用本发明的永磁电机1相对于现有技术的永磁电机功率密度增加了11.06%,更小的体积能够产生更大的出力；从图6中可以看出，采用本发明的永磁电机1相对于现有技术的永磁电机电磁成本节省了16.51%,降低了压缩机的制造成本。[0055]电机的效率会直接影响到压缩机的能效，如图7所示为压缩机典型工况下电机效率图，从图7中可以看出，在宽运转范围下，效率都保持了较高水工况下的平均效率高达95.26%,相较与传统的搭配异步电机的压缩机，效率提升明显。9[0056]如图8-9所示分别为在转速1000rpm下采用本发明实施例的永磁电机与现有技术的空载反电势各次谐波对比图、采用本发明实施例的永磁电机与现有技术的空载反电势谐波畸变率对比图。[0057]从图8和图9可以看出，通过转子引入第一隔磁槽11、第二隔磁槽13和定子的弧形长槽6后，空载反电势的基波幅值有所增加，且多数尤其是低次谐波均有不同程度的降低，反电势谐波畸变率大幅度减小，充分证明基于上述的具体实施方式，可使得空载反电势正[0058]如图