《壓縮機及其電機》是廣東美芝製冷設備有限公司於2014年9月3日申請的發明專利，該專利申請號為2014104471329，公布號為CN104167835A，公布日為2014年11月26日，發明人是邱小華、譚浩。
《壓縮機及其電機》所述電機包括：定子和轉子，所述定子包括定子鐵芯和纏繞在所述定子鐵芯上的定子繞組，所述定子鐵芯具有在所述定子鐵芯的周向上間隔開分布的多個定子齒，其中所述定子鐵芯由多個定子鐵板疊置而成，其中每個所述定子鐵板的厚度θ滿足：θ≤0.3毫米；所述轉子包括轉子鐵芯和設在所述轉子鐵芯上的多個轉子磁鐵件，所述轉子鐵芯由多個轉子鐵板疊置而成，其中每個所述轉子鐵板的厚度δ滿足：δ≤0.3毫米，每個所述轉子磁鐵件在20℃下的剩磁Br滿足：Br＞1.35特斯拉。根據該發明的電機，通過採用板厚較小的轉子鐵板、以及剩磁較高的轉子磁鐵件，實現了銅損和鐵損的同時下降，從而提升了電機效率。
2021年6月24日，《壓縮機及其電機》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《壓縮機及其電機》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：壓縮機及其電機
- 申請人：廣東美芝製冷設備有限公司
- 發明人：邱小華、譚浩
- 申請號：2014104471329
- 申請日：2014年9月3日
- 公布號：CN104167835A
- 公布日：2014年11月26日
- 地址：廣東省佛山市順德區順峰山工業開發區
- 代理機構：北京清亦華智慧財產權代理事務所（普通合夥）
- 代理人：賈玉姣
- Int. Cl.：H02K1/14、H02K1/27
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
轉子內埋設永久磁鐵的無刷電動機因其較高的效率被廣泛套用於空調壓縮機等家電領域中。然而，電機的效率難以得到提升，其主要原因是由於銅損與鐵損造成的損失無法得到抑制。具體而言，電機的效率依賴於綜合了銅損和鐵損後的損失。若以損失來進行考慮，則當定子齒的齒寬較小時，由銅損造成的損失占主導，當齒寬較大時，由鐵損造成的損失占主導。
在2014年9月前的家電領域內，電機效率已做到比較高的水平，即設計上已經達到銅損和鐵損平衡的階段，此時通過改變定子沖片形狀，無論是降低銅損或是鐵損，都會導致另一種損耗的上升，最終都無法達到電機效率的提升。
發明內容
專利目的
《壓縮機及其電機》的一個目的在於提出一種電機，電機的效率得到了提升；該發明的另一個目的在於提出一種具有上述電機的壓縮機。
技術方案
根據《壓縮機及其電機》第一方面實施例的電機，包括：定子，所述定子包括定子鐵芯和纏繞在所述定子鐵芯上的定子繞組，所述定子鐵芯具有在所述定子鐵芯的周向上間隔開分布的多個定子齒，其中所述定子鐵芯由多個定子鐵板疊置而成，其中每個所述定子鐵板的厚度θ滿足：θ≤0.3毫米；和轉子，所述轉子包括轉子鐵芯和設在所述轉子鐵芯上的多個轉子磁鐵件，所述轉子鐵芯由多個轉子鐵板疊置而成，其中每個所述轉子鐵板的厚度δ滿足：δ≤0.3毫米，每個所述轉子磁鐵件在20℃下的剩磁Br滿足：Br＞1.35特斯拉。
根據《壓縮機及其電機》實施例的電機，通過採用板厚較小的轉子鐵板、以及剩磁較高的轉子磁鐵件，實現了銅損和鐵損的同時下降，從而提升了電機效率。
可選地，每個所述定子鐵板的厚度θ進一步滿足：θ＝0.3毫米，每個所述轉子鐵板的厚度δ進一步滿足：δ＝0.3毫米。
可選地，每個所述轉子磁鐵件在20℃下的剩磁Br進一步滿足：Br＝1.38特斯拉。
進一步地，所述電機的磁極個數為P，每極下磁鐵的總寬度為bm，所述定子齒的個數為Q，每個所述定子齒的寬度為t1，其中，所述t1、bm滿足：0.6P/Q<t1/bm<0.8P/Q。
可選地，所述t1、bm進一步滿足：t1/bm＝0.7P/Q。
更進一步地，所述轉子鐵芯的高度為L2，所述轉子的外徑為D2，其中，所述L2、D2滿足：0.9＜L2/D2＜1.1。
具體地，所述轉子鐵芯上形成有用於容納所述多個轉子磁鐵件的多個轉子槽。
可選地，每個所述轉子槽的形狀為“一”字型、V型、U型或W型。
可選地，所述轉子位於所述定子的內側或外側。
根據《壓縮機及其電機》第二方面實施例的壓縮機，包括根據該發明上述第一方面實施例的電機。
附圖說明
圖1是根據《壓縮機及其電機》實施例的電機的俯視圖；
圖2是圖1中所示的電機的立體圖；
圖3是根據該發明實施例的電機和傳統的電機的效率隨（Q×t1）/（P×bm）變化的曲線圖；
圖4是根據該發明實施例的電機和傳統的電機的效率隨L2/D2變化的曲線圖。
附圖示記：100：電機；1：定子；11：磁軛；12：定子齒；121：極靴；13：定子槽；2：轉子；21：轉子鐵芯；211：轉子槽；22：轉子磁鐵件。
技術領域
《壓縮機及其電機》涉及電機製造技術領域，尤其是涉及一種壓縮機及其電機。
權利要求
1.一種電機，其特徵在於，包括：定子，所述定子包括定子鐵芯和纏繞在所述定子鐵芯上的定子繞組，所述定子鐵芯具有在所述定子鐵芯的周向上間隔開分布的多個定子齒，其中所述定子鐵芯由多個定子鐵板疊置而成，其中每個所述定子鐵板的厚度θ滿足：θ≤0.3毫米；和轉子，所述轉子包括轉子鐵芯和設在所述轉子鐵芯上的多個轉子磁鐵件，所述轉子鐵芯由多個轉子鐵板疊置而成，其中每個所述轉子鐵板的厚度δ滿足：δ≤0.3毫米，每個所述轉子磁鐵件在20℃下的剩磁Br滿足：Br＞1.35特斯拉，所述電機的磁極個數為P，每極下磁鐵的總寬度為bm，所述定子齒的個數為Q，每個所述定子齒的寬度為t1，其中，所述t1、bm滿足：0.6P/Q。
2.根據權利要求1所述的電機，其特徵在於，每個所述定子鐵板的厚度θ進一步滿足：θ＝0.3毫米，每個所述轉子鐵板的厚度δ進一步滿足：δ＝0.3毫米。
3.根據權利要求1所述的電機，其特徵在於，每個所述轉子磁鐵件在20℃下的剩磁Br進一步滿足：Br＝1.38特斯拉。
4.根據權利要求1所述的電機，其特徵在於，所述t1、bm進一步滿足：t1/bm＝0.7P/Q。
5.根據權利要求4所述的電機，其特徵在於，所述轉子鐵芯的高度為L2，所述轉子的外徑為D2，其中，所述L2、D2滿足：0.9＜L2/D2＜1.1。
6.根據權利要求1所述的電機，其特徵在於，所述轉子鐵芯上形成有用於容納所述多個轉子磁鐵件的多個轉子槽。
7.根據權利要求1所述的電機，其特徵在於，每個所述轉子槽的形狀為“一”字型、V型、U型或W型。
8.根據權利要求1所述的電機，其特徵在於，所述轉子位於所述定子的內側或外側。
9.一種壓縮機，其特徵在於，包括根據權利要求1-8中任一項所述的電機。
實施方式
參考圖1-圖4描述根據《壓縮機及其電機》第一方面實施例的電機100，電機100可以用於壓縮機中。其中，壓縮機可以為家用電器例如空調器的壓縮機。
如圖1和圖2所示，根據《壓縮機及其電機》第一方面實施例的電機100，包括定子1和轉子2。
定子1包括定子鐵芯和定子繞組（圖未示出），定子繞組纏繞在定子鐵芯上，定子鐵芯具有在定子鐵芯的周向上間隔開分布的多個定子齒12。
具體而言，定子鐵芯包括環狀的磁軛11和多個定子齒12，磁軛11大體為圓環狀，多個定子齒12彼此間隔開地設在磁軛11的內周壁上，且多個定子齒12優選等間距地配置在磁軛11的圓周方向上。其中，每個定子齒12可以由磁軛11的內周壁的一部分向內凸出形成。在每個定子齒12的內端具有沿圓周方向加寬的極靴121，換言之，極靴121的周向寬度大於對應的定子齒12的周向寬度。這裡，需要說明的是，方向“內”指的是朝向磁軛11中心的方向，其相反方向被定義為“外”，即遠離磁軛11中心的方向。定子鐵芯由多個定子鐵板疊置而成。
每相鄰的兩個定子齒12之間限定出定子槽13，定子繞組穿過多個定子槽13纏繞在定子鐵芯上。其中，定子繞組可以為一般被稱作U、V、W相的三相繞線。
轉子2包括轉子鐵芯21和設在轉子鐵芯21上的多個轉子磁鐵件22，多個轉子磁鐵件22在轉子鐵芯21的周向上間隔開分布，優選地，轉子2以S極與N極隔開等間隔地交替配置在圓周方向上的方式將多個磁極數的轉子磁鐵件22保持在轉子鐵芯21的周向上。轉子鐵芯21由多個轉子鐵板疊置而成。可選地，每個轉子磁鐵件22為高剩磁的稀土磁鐵，例如稀土磁鐵可以採用燒結工藝製成，20℃下該轉子磁鐵件22的磁性能為：剩磁Br大於1.35特斯拉，內稟矯頑力Hcj大於1700千安/米。
轉子2可以位於定子1的內側，如圖1和圖2所示，轉子鐵芯21上形成有用於容納多個轉子磁鐵件22的多個轉子槽211，多個轉子槽211沿轉子鐵芯21的周向間隔開分布，且多個轉子槽211鄰近轉子鐵芯21的外周壁設定。轉子2以多個定子齒12與多個轉子磁鐵件22隔開規定的空隙相對的方式配置在定子1的內周側。當然，轉子2也可以位於定子1的外側（圖未示出）。
可選地，每個轉子槽211的形狀為“一”字型，如圖1所示。當然，每個轉子槽211的形狀還可以為V型、U型或W型等。可以理解，轉子槽211的具體形狀可以根據實際要求具體設定，該發明對此不作具體限定。
其中，定子鐵芯採用低鐵損的薄鐵板層疊而成，每個定子鐵板的厚度θ滿足：θ≤0.3毫米，此時P1.5/50（即50赫茲、1.5特斯拉下的鐵損值）小於2.7瓦/千克。轉子鐵芯21採用的是低鐵損的薄鐵板層疊而成，每個轉子鐵板的厚度δ滿足：δ≤0.3毫米，P1.5/50（即50赫茲、1.5特斯拉下的鐵損值）小於2.7瓦/千克。在20℃下，每個轉子磁鐵件22的剩磁Br滿足：Br＞1.35特斯拉，內稟矯頑力Hcj大於1700千安/米。由此，可以同時抑制銅損和鐵損，實現電機100效率的大幅度提升。
在該申請下面的描述中，參照圖1和圖2，以電機100的定子齒12的個數Q（即定子槽13的個數）為九個、轉子磁鐵件22的磁極的個數P為六個為例進行說明。
其中，定子鐵芯和轉子鐵芯21均採用的是低鐵損的薄鐵板層疊而成，其板厚分別為0.3毫米，P1.5/50（即50赫茲、1.5特斯拉下的鐵損值）為2.4瓦/千克。因為鐵芯的鐵損主要由磁滯效應和渦流效應產生，而板厚減薄對於渦流效應產生的鐵損的降低有明顯的作用。
轉子2採用的是20℃下剩磁Br為1.38特斯拉的磁鐵，內稟矯頑力Hcj為1800千安/米。因為磁鐵的剩磁提高，提供到定子鐵芯里的磁感應強度和總磁通都相應增加，在定子繞組中感應的反電動勢也會相應提升，同樣的定子1電流輸出的轉矩增加了，那么在要求輸出同樣轉矩的情況下，定子1需要的電流就可以下降，由定子1電流產生的銅損也下降了。
銅損Wcu與電流I的平方值及電阻值R存在有正比關係。具體來說，銅損Wcu與電流I及電阻值R之間的關係用Wcu＝RI×I表示。這樣，在使用相同的銅線的情況下，銅損Wcu在電流I的平方值發生變化的情況下發生變化。另外，電動機的轉矩T與磁通量Φ和電流I存在有簡單的正比關係。在此，若增加定子齒12的寬度，則與轉子磁鐵件22相對的相對面積增加，導向定子鐵芯的磁通量Φ增大。這樣，在轉矩T為相同轉矩的情況下，定子齒12的寬度越大，電動機的電流越小，因此，銅損Wcu也越小。
鐵損Wfe與磁感應強度B及轉速f存在有正比關係。這樣，在為相同的轉速f的情況下，鐵損Wfe在磁感應強度B的值發生變化的情況下發生變化。在此，定子齒12的寬度越大，越易於導入磁通，磁感應強度B越大。而且，由於鐵損Wfe與磁感應強度B存在有正比關係，因此定子齒12的寬度越大，鐵損Wfe也越大。
當轉子2中採用的磁鐵剩磁提高了，那么定子鐵芯中定子齒12和磁軛11的磁感應強度B會變大，導致鐵損Wfe變大，對效率提升不利。在該發明中，定子鐵芯採用的是低鐵損的薄鐵板層疊而成，其板厚為0.3毫米，P1.5/50（即50赫茲、1.5特斯拉下的鐵損值）為2.4瓦/千克。其對於渦流效應產生的鐵損有抑制作用，那么即使在定子鐵芯磁感應強度B會變大，由於板厚的降低，反而使鐵損值得到下降。
由此，根據該發明實施例的電機100，通過採用板厚較小的轉子鐵板、以及剩磁較高的轉子磁鐵件22，實現了銅損和鐵損的同時下降，從而提升了電機100效率。
根據《壓縮機及其電機》的進一步實施例，可以通過對定子鐵芯的具體尺寸進行限定來進一步提高電機100的效率。
其中，定子鐵芯和轉子鐵芯21採用的鐵板的厚度同樣均為0.3毫米，轉子磁鐵件22採用的是20℃下剩磁Br為1.38特斯拉的磁鐵。同樣地，定子齒12的個數為九個，磁鐵的個數為六個。圖3是表示採用上述電機100與傳統的電機的效率的比較的圖。將Q個定子齒12的總寬度Q×t1與各磁極磁鐵的總寬度P×bm的比值（Q×t1）/（P×bm）作為橫軸，將改變比值t1/bm時的電機100效率作為縱軸，示出了比值從0.4變化至0.9時的電機100效率。
其中，bm為每極下磁鐵的總寬度，例如在圖1的示例中，當轉子槽211為“一”字型時，轉子槽211內設有一個轉子磁鐵件22，此時bm為轉子磁鐵件22在轉子鐵芯21的周向上的長度。t1為每個定子齒12的寬度。
根據圖3可知，當電機100的比值（Q×t1）/（P×bm）為相同值（即橫坐標相同）時，根據該發明實施例的電機100的效率高於傳統的電機的效率。
當電機100套用於空調器的壓縮機中時，一般電機100的效率提升在0.5％左右，從而壓縮機的製冷效率會有明顯提升。優選地，當0.6<（Q×t1）/（P×bm）<0.8時，電機100效率較高。與此相對可知，在與比值（Q×t1）/（P×bm）大致相同的範圍（即0.6<（Q×t1）/（P×bm）<0.8）內，傳統的電機的效率的變化在0.3％以內，其實現電機100效率的提升是困難的。
通過上述比較，通過將0.3毫米板厚的鐵板與具有高剩磁的磁鐵配合使用，能夠實現電機100效率的大幅度提升。在考慮效率最大化時，優選的是比值0.6<（Q×t1）/（P×bm）<0.8，即0.6P/Q<t1/bm<0.8P/Q。進一步優選地，t1/bm＝0.7P/Q。
更進一步地，可以對電機100的積厚與外徑的具體尺寸進行限定以更進一步地提高電機100效率。具體而言，其它條件（定子鐵芯和轉子鐵芯21採用的鐵板的厚度同樣均為0.3毫米，轉子磁鐵件22採用的是20℃下剩磁Br為1.38特斯拉的磁鐵，定子齒12的個數為九個，磁鐵的個數為六個）不變，將（Q×t1）/（P×bm）的比值設定為0.7。
圖4是表示根據該發明實施例的電機100的效率的圖。將轉子鐵芯21的高度L2與轉子2的外徑D2的比值L2/D2作為橫軸，將改變比值L2/D2時的電機100效率作為縱軸，示出了比值從0.6變化至1.4時的電機100效率。其中，定子鐵芯和轉子鐵芯21高度差可以在±5毫米範圍內。
根據圖4可知，當根據該發明實施例的電機100的比值L2/D2為相同值（即橫坐標相同）時，根據該發明實施例的電機100效率高於傳統的電機效率。
另外，當比值在0.9＜L2/D2＜1.1範圍內時，根據該發明實施例的電機100效率較該範圍之外的效率有明顯提升。
根據《壓縮機及其電機》實施例的電機100，電機100的製造簡單，且電機100的效率的提升可以達到0.5％，從而極大地提升了電機100的性能。
根據《壓縮機及其電機》第二方面實施例的壓縮機（圖未示出），包括根據該發明上述第一方面實施例的電機100。其中，壓縮機的類型可以根據實際需求而適應性改變，該發明對此不作特殊限定。
專利榮譽
2021年6月24日，《壓縮機及其電機》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
