壓縮機及其永磁電機的制作方法

本發明涉及電機領域，具體地涉及一種永磁電機以及具有該永磁電機的壓縮機。

背景技術：

在現有的旋轉式壓縮機用永磁同步電機中，為提高電機的能效，提升材料利用率，定子與轉子之間的空氣間隙通常設計的較小，但是當這種永磁電機用于高轉速運行狀態下時，受氣隙磁場諧波以及裝配所導致的轉子靜偏心等因素的影響，電機受到高頻徑向電磁力和單邊電磁拉力的作用，導致其具有較大的振動和噪聲。

因此，亟待設計一種振動噪聲較小且適用于較高轉速運行的永磁電機。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服現有技術存在的永磁電機高速運轉狀態下振動噪聲較大的問題，提供永磁電機，該永磁電機在高速狀態下仍能保持較小的振動噪聲，并且本發明還提供了一種具有所述永磁電機的壓縮機。

為了實現上述目的，本發明一方面提供一種永磁電機，該永磁電機包括定子和轉子，所述定子包括定子鐵芯和定子繞組，所述定子鐵芯包括沿所述定子的周向間隔分布的多個定子齒、相鄰兩個所述定子齒之間限定出的定子槽以及由所述多個定子齒的內端邊緣限定出的轉子容納部，所述定子繞組設置于所述定子槽中，所述轉子能夠相對于所述定子旋轉地設置于所述轉子容納部中，所述轉子包括轉子鐵芯，所述轉子鐵芯上沿周向間隔地設置有多個磁體槽，所述轉子還包括分別設置于所述多個磁體槽中的多個所述磁性件，所述轉子的旋轉中心與所述轉子容納部的外邊緣之間的距離為Ris，所述轉子的旋轉中心與所述轉子鐵芯的外邊緣之間的距離為Ror，0.9mm≤Ris-Ror≤2.2mm。

優選地，所述磁性件的延伸方向垂直于所述轉子鐵芯的徑向，并且所述磁性件沿所述轉子鐵芯的徑向的尺寸為hm，滿足1.1×(Ris-Ror)≤hm≤5×(Ris-Ror)。

優選地，所述磁性件的剩余磁通密度為Br，滿足Br≥1.3。

優選地，所述定子鐵芯的外徑為Ros，滿足0.48≤Ris/Ros≤0.58，并且Ros≥40mm。

優選地，沿所述定子鐵芯的徑向，所述定子槽的外邊緣與所述定子鐵芯的外邊緣之間的距離為Tsy，滿足15mm≥Tsy≥8mm。

優選地，所述定子鐵芯的軸向長度為Ls，滿足50mm≤Ls≤90mm。

優選地，所述轉子鐵芯垂直于軸向的橫截面具有圓形外邊緣。

優選地，所述定子鐵芯包括沿所述定子鐵芯軸向堆疊的多個定子鐵芯層，該定子鐵芯層的厚度為hs，滿足hs≤0.3mm；并且，所述轉子鐵芯包括沿所述轉子鐵芯軸向堆疊的多個轉子鐵芯層，該轉子鐵芯層的厚度為hr，滿足hr≤0.3mm。

優選地，所述永磁電機的額定運行轉速大于或者等于6000轉/分鐘，并且所述永磁電機的引出線端子之間的反電勢有效值為E伏，當所述永磁電機的轉速為n千轉/分鐘時，所述永磁電機的反電勢常數Ke為E/n，滿足7≤Ke≤36。

優選地，所述永磁電機的最大運行轉速大于或者等于9000轉/分鐘。

本發明還提供了一種壓縮機，所述壓縮機包括根據本發明的永磁電機。

通過上述技術方案，對定子和轉子之間的間隙Ris-Ror進行了優化設計，以通過對所述間隙Ris-Ror的調整來減小轉子裝配所產生的偏心量占間隙Ris-Ror的比例，有效減小徑向電磁激振力和單邊磁拉力，減小電磁噪聲，削弱交軸電樞反應，抑制氣隙磁場諧波，降低電機噪聲，并同時降低附加損耗，提高永磁電機的性能。當本發明的永磁電機用于壓縮機時，有效增大氣態冷媒的流通面積，能夠降低排氣閥間歇排氣所導致的湍流壓力脈動，進而減小氣流噪聲。同時，本發明的永磁電機能夠滿足在較高轉速下的電機轉矩要求，并且導線電密度較小。本發明的永磁電機尤其適用在高轉速運行狀態下，其降低振動噪聲、同時保證電機效率并合理控制制造成本的優勢較為突出。

附圖說明

圖1是根據本發明的永磁電機的示意圖，其中定子與轉子相配合；

圖2是圖1的永磁電機中的定子的示意圖；

圖3是圖1的永磁電機中的轉子的示意圖；

圖4為具有不同Ris-Ror尺寸并且額定轉速均為7200轉/分鐘的多個永磁電機在負載且轉速為6000轉/分鐘時，不同電頻率下定子鐵芯表面的振動加速度的曲線圖；

圖5為圖4中的具有不同Ris-Ror尺寸并且額定轉速均為7200轉/分鐘的多個永磁電機在額定工況下(轉速為7200轉/分鐘，轉矩為6.9N·m)，勵磁鐵損耗和總鐵損耗的曲線圖；

圖6為隨著永磁電機的Ris-Ror尺寸變化，為保證氣隙磁場基波幅值不變，通過增加磁鐵厚度所帶來的永磁電機的成本變化的曲線圖；

圖7為根據本發明的壓縮機的示意圖，該壓縮機包括圖1中示出的永磁電機。

附圖標記說明

1定子

11定子齒 12定子槽

13定子繞組 14轉子容納部

2轉子

21轉子鐵芯 22磁體槽

23磁性件

O轉子的旋轉中心

具體實施方式

在本發明中，需要理解的是，術語“內”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，也與實際使用的方位或位置關系相對應，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

本發明提供了一種永磁電機，結合圖1至圖3，本發明的永磁電機包括定子1和轉子2，所述定子1包括定子鐵芯和定子繞組13，所述定子鐵芯包括沿所述定子1的周向間隔分布的多個定子齒11、相鄰兩個所述定子齒11之間限定出的定子槽12以及由所述多個定子齒11的內端邊緣限定出的轉子容納部14，所述定子繞組13設置于所述定子槽12中，所述轉子2能夠相對于所述定子1旋轉地設置于所述轉子容納部14中，所述轉子2包括轉子鐵芯21，所述轉子鐵芯21上沿周向間隔地設置有多個磁體槽22，所述轉子2還包括分別設置于所述多個磁體槽22中的多個所述磁性件23，所述轉子2的旋轉中心O與所述轉子容納部14的外邊緣之間的距離為Ris，所述轉子2的旋轉中心O與所述轉子鐵芯21的外邊緣之間的距離為Ror，其特征在于，0.9mm≤Ris-Ror≤2.2mm。

在根據本發明的永磁電機中，對定子1和轉子2之間的間隙Ris-Ror進行了優化設計，以通過對所述間隙Ris-Ror的調整來減小轉子2裝配所產生的偏擺量占間隙Ris-Ror的比例，有效減小單邊磁拉力和離心力，減小電磁噪聲和機械軸承噪聲，削弱交軸電樞反應，抑制磁場的諧波，有效減少徑向電磁激振力，降低電機噪聲，并同時降低附加損耗，提高永磁電機的性能。當本發明的永磁電機用于壓縮機時，有效增大氣態冷媒的流通面積，能夠降低排氣閥間歇排氣所導致的湍流壓力脈動，進而減小氣流噪聲。同時，本發明的永磁電機能夠滿足在較高轉速下的電機轉矩要求，并且導線電密度較小。本發明的永磁電機尤其適用在高轉速運行狀態下，其降低振動噪聲、同時保證電機效率并合理控制制造成本的優勢較為突出。

其中，可以理解的是，所述轉子2的旋轉中心O與所述轉子容納部14的外邊緣之間的距離Ris即轉子2的旋轉中心O與定子齒11的內端邊緣之間的距離，定子齒11可以具有靴形結構，定子齒11的內端邊緣指定子齒11朝向轉子2的旋轉中心O的一端的邊緣。

并且，所述間隙Ris-Ror的具體數值可以根據實際要求(例如永磁電機的額定轉速)調整設計，例如，Ris-Ror可以進一步滿足：1.3mm≤Ris-Ror≤1.5mm，以獲得更好的減小振動噪聲并保證電機效率的效果。

優選地，沿所述定子鐵芯的徑向，所述定子槽12的外邊緣與所述定子鐵芯的外邊緣之間的距離為Tsy，滿足15mm≥Tsy≥8mm。其中，所述定子槽12的外邊緣至所述定子槽12的沿背離轉子2的旋轉中心O的方向的邊緣，這種情況下，定子1的軛部具有較厚的厚度，從而可以有效降低噪聲，同時該厚度還能保證永磁電機具有足夠的電機效率。

另外，優選地，所述定子鐵芯的軸向長度為Ls，滿足50mm≤Ls≤90mm，以通過設計較長的定子鐵芯的軸向長度來降低噪聲。

參見圖1和圖3，所述轉子鐵芯21垂直于軸向的橫截面具有圓形外邊緣，轉子鐵芯21的外邊緣為平滑的圓形可以減小轉動時的空氣阻力，還可以減小定子1和轉子2之間的間隙的不均勻性，降低轉子產生的磁拉力，減小不平衡振動。

并且，可以理解的是，對于定子鐵芯的由多個定子齒11的內端邊緣限定出的內輪廓可以大致為圓柱形。

優選地，所述磁性件23的延伸方向垂直于所述轉子鐵芯21的徑向，并且所述磁性件23沿所述轉子鐵芯21的徑向的尺寸為hm，滿足1.1×(Ris-Ror)≤hm≤5×(Ris-Ror)，以使得磁性件23具有足夠大的能量以獲得足夠的轉矩，并同時將高頻諧波電磁場在定子1和轉子2的鐵芯中產生的渦流損耗控制在合適范圍，保證電機效率。

進一步地，所述磁性件的剩余磁通密度為Br，可以滿足Br≥1.3，以獲得較大的能量密度，在合適磁體件23體積的條件下盡可能獲得足夠大轉矩。

優選情況下，所述定子鐵芯的外徑為Ros，滿足0.48≤Ris/Ros≤0.58，并且Ros≥40mm，以在保證轉子2正常運轉的同時使轉子2具有充分尺寸的磁體槽22，進而可以容納足夠尺寸的磁性件23。

此外，所述定子鐵芯包括沿所述定子鐵芯軸向堆疊的多個定子鐵芯層，該定子鐵芯層的厚度為hs，滿足hs≤0.3mm；并且，所述轉子鐵芯21包括沿所述轉子鐵芯21軸向堆疊的多個轉子鐵芯層，該轉子鐵芯層的厚度為hr，滿足hr≤0.3mm，通過合理控制定子鐵芯層和轉子鐵芯層的厚度可以在合理控制電機的制造成本的基礎上有效減低渦流損耗，提高電機效率。

優選地，所述永磁電機的額定運行轉速大于或者等于6000轉/分鐘，并且所述永磁電機的引出線端子之間的反電勢有效值為E伏，當所述永磁電機的轉速為n千轉/分鐘時，所述永磁電機的反電勢常數Ke為E/n，滿足7≤Ke≤36，以保證永磁電機獲得電流。

進一步優選地，所述永磁電機的最大運行轉速大于或者等于9000轉/分鐘。

本實施方式的永磁電機中，定子齒11和定子槽12均沿定子鐵芯的周向等間隔地布置有多個，磁體槽22貫通轉子鐵芯21的軸向，并且沿轉子鐵芯21的周向等間隔地布置有多個。

根據本發明的另一方面，提供了一種壓縮機，所述壓縮機包括根據權利要求1-10中任意一項所述的永磁電機。

參見圖4，具體地，本實施方式中的所述壓縮機包括主軸承、副軸承以及設置于所述主軸承和所述副軸承之間的氣缸，所述氣缸中設置有活塞，所述壓縮機還具有與所述活塞連接的曲軸，該曲軸裝配在所述永磁電機的轉子2的內孔中。所述永磁電機通過變頻器與電源相連。

下面通過實施例詳細說明本發明，但本發明不局限于此。

試驗所用多個永磁電機的額定功率均為7200轉/分鐘，轉矩均為6.9N·m，并均具有如圖1至圖3所示的結構，具體包括定子1和轉子2，所述定子1包括定子鐵芯和定子繞組13，所述定子鐵芯包括沿所述定子1的周向間隔分布的多個定子齒11、相鄰兩個所述定子齒11之間限定出的定子槽12以及由所述多個定子齒11的內端邊緣限定出的轉子容納部14，所述定子繞組13設置于所述定子槽12中，所述轉子2能夠相對于所述定子1旋轉地設置于所述轉子容納部14中，所述轉子2包括轉子鐵芯21，所述轉子鐵芯21上沿周向間隔地設置有多個磁體槽22，所述轉子2還包括分別設置于所述多個磁體槽22中的多個所述磁性件23，所述轉子2的旋轉中心O與所述轉子容納部14的外邊緣之間的距離為Ris，所述轉子2的旋轉中心O與所述轉子鐵芯21的外邊緣之間的距離為Ror，并且，在試驗中，所述多個永磁電機的Ris-Ror取值分別為：0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2.0mm和2.2mm。

通過西門子振動儀和西門子LMS軟件進行試驗測定，參見圖4至圖5，分別顯示了上述多個永磁電機在負載且轉速為6000轉/分鐘時不同電頻率下定子鐵芯表面的振動加速度的曲線圖以及在額定工況下(轉速為7200轉/分鐘，轉矩為6.9N·m)勵磁鐵損耗和總鐵損耗的曲線圖。另外，圖6顯示了隨著永磁電機的Ris-Ror尺寸變化，為保證氣隙磁場基波幅值不變，通過增加磁鐵厚度所帶來的永磁電機的成本變化的曲線圖。

通過圖4和圖5能夠看出，隨著Ris-Ror取值的增大，在各頻段下，所述永磁電機定子的徑向振動加速度逐漸減小，伴隨著噪聲降低，總鐵損耗逐漸減小，Ris-Ror為1.5mm較0.9mm減小了24.3W，而勵磁鐵損耗變化較小，近似相等，這是由于通過增加磁鐵厚度，使得氣隙磁場的基波幅值近似一致；通過圖6能夠看出，隨著Ris-Ror增大，永磁電機的成本增加明顯，而在Ris-Ror大于2.2mm后，成本增加的影響遠大于徑向振動加速度減小和總鐵損耗減小帶來的優勢，因此，Ris-Ror的取值最好小于或者等于2.2，而對于轉速較高的永磁電機而言，根據一般需求，Ris-Ror的取值需要大于或者等于0.9mm后才能滿足噪聲和損耗的要求。

綜合考慮徑向振動加速度、總鐵損耗和永磁電機的成本，Ris-Ror適宜取值0.9mm～2.2mm。

以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于此。在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，包括各個具體技術特征以任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。但這些簡單變型和組合同樣應當視為本發明所公開的內容，均屬于本發明的保護范圍。