單相異步起動的永磁同步電機和具有其的壓縮機系統的製作方法
2023-06-10 05:08:21
單相異步起動的永磁同步電機和具有其的壓縮機系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種單相異步起動的永磁同步電機，其包括：轉子；定子，所述定子包括定子鐵芯和繞制在所述定子鐵芯上的第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組；起動裝置，所述起動裝置包括單相電源、第一電容和第二電容，其中，所述單相電源給所述永磁同步電機供電，並通過所述第一電容和第二電容以使所述第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組之間形成120°的電位角。本實用新型的單相異步起動的永磁同步電機起動和運轉性能好，可靠性高，並且使用壽命長。本實用新型還公開了一種具有上述單相異步起動的永磁同步電機的壓縮機系統。
【專利說明】單相異步起動的永磁同步電機和具有其的壓縮機系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及製冷設備【技術領域】，特別涉及一種單相異步起動的永磁同步電機以及一種具有該單相異步起動的永磁同步電機的壓縮機系統。
【背景技術】
[0002]現有的採用單相交流電源供電的具有固定轉速的空調及冰箱等製冷設備中使用的壓縮機驅動電機大部分是單相異步電機，由於單相異步電機的定子所生成的旋轉磁場為橢圓型磁場以及存在鼠籠繞組電阻損耗的緣故而使得單相異步電機的效率較低。
[0003]相關技術中，通常使用具備異步起動能力的單相2繞組永磁同步電機替代單相異步電機以作為上述製冷設備中的動力驅動源。其中，如圖1所示，具備異步起動能力的單相2繞組永磁同步電機由主繞組41、副繞組42及串接在副繞組上的電容11組成，由於電容存在，主、副繞組之間將產生90°的電位角，這樣單相2繞組永磁同步電機在正常運轉時無轉子繞組損耗，同時定子生成的旋轉磁場為圓形磁場，從一定程度上提高單相異步電機的效率，有利於實現上述製冷設備的高效化。
[0004]然而，單相2繞組永磁同步電機起動時和運轉時的電容不同，需要進行切換，這就影響電機的起動和運轉性能，甚至會出現電機起動困難的情況。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的旨在至少解決上述的技術缺陷。
[0006]為此，本實用新型的第一個目的在於提出一種單相異步起動的永磁同步電機，起動和運轉性能好，可靠性高。
[0007]本實用新型的第二個目的在於提出一種壓縮機系統。
[0008]為達到上述目的，本實用新型第一方面提出的一種單相異步起動的永磁同步電機，包括:轉子;定子，所述定子包括定子鐵芯和繞制在所述定子鐵芯上的第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組；起動裝置，所述起動裝置包括單相電源、第一電容和第二電容，其中，所述單相電源給所述永磁同步電機供電，並通過所述第一電容和第二電容以使所述第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組之間形成120°的電位角。
[0009]根據本實用新型的單相異步起動的永磁同步電機，通過在定子鐵芯上繞制第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組，以及通過起動裝置中的第一電容和第二電容使得第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組之間形成120°的電位角，從而第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組中的電流接近對稱狀態，這樣本實用新型實施例的單相異步起動的永磁同步電機能夠順利起動和運轉，並且第一電容和第二電容在起動和運轉過程中一直不會切斷，因此，本實用新型實施例的單相異步起動的永磁同步電機起動和運轉性能好，可靠性高，並且使用壽命長。
[0010]其中，所述第一定子繞組的一端與所述單相電源相連，所述第一定子繞組的另一端與所述第二定子繞組的一端相連，所述第一定子繞組的另一端與所述第二定子繞組的一端之間具有第一節點，所述第二定子繞組的另一端與所述第三定子繞組的一端相連，所述第三定子繞組的另一端與所述單相電源相連，所述第一電容並聯在所述第三定子繞組的兩端，所述第二電容連接在所述第一節點和所述第三定子繞組的另一端之間。
[0011]或者，所述第一定子繞組的一端與所述單相電源相連，所述第一定子繞組的另一端與所述第一電容的一端相連，所述第一定子繞組的另一端與所述第一電容的一端之間具有第二節點，所述第二節點與所述單相電源相連，所述第二定子繞組與所述第一電容串聯，所述第二定子繞組的一端與所述第一電容的另一端相連，所述第二定子繞組的另一端與所述單相電源相連，所述第三定子繞組和所述第二電容串聯，所述第三定子繞組的一端分別與所述單相電源和所述第二定子繞組的另一端相連，所述第三定子繞組的另一端與所述第二電容的一端相連，所述第二電容的另一端分別與所述第二節點和所述單相電源相連。
[0012]優選地，所述第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組採用分布繞線方式或者採用在定子齒上集中繞線的方式繞制在所述定子上。
[0013]具體地，所述轉子包括:轉子鐵芯；鼠籠繞組，所述鼠籠繞組沿所述轉子鐵芯的周邊配置；M組2對極永磁體，所述Μ組2對極永磁體設置在所述鼠籠繞組的內側，且沿所述轉子鐵芯的周邊配置，所述Μ組2對極永磁體中的每組2對極永磁體包括彼此相對設置的Ν磁極永磁體和S磁極永磁體，並且在相鄰的兩個Ν磁極永磁體之間、相鄰的兩個S磁極永磁體之間以及相鄰的Ν磁極永磁體和S磁極永磁體之間設置輔助隔磁槽，其中，Μ為大於等於1的整數。
[0014]本實用新型還提出了一種壓縮機系統，其包括上述的單相異步起動的永磁同步電機。
[0015]根據本實用新型的壓縮機系統，單相異步起動的永磁同步電機通過在定子鐵芯上繞制第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組，以及通過起動裝置中的第一電容和第二電容使得第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組之間形成120°的電位角，從而第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組中的電流接近對稱狀態，保證單相異步起動的永磁同步電機能夠順利起動和運轉，並且第一電容和第二電容在起動和運轉過程中一直不會切斷，使得單相異步起動的永磁同步電機起動和運轉性能好，可靠性高，使用壽命長。此外，單相異步起動的永磁同步電機的轉子具有鼠籠繞組和Μ組2對極永磁體，並且，Μ組2對極永磁體設置在鼠籠繞組的內側，且沿轉子鐵芯的周邊配置，Μ組2對極永磁體中的每組2對極永磁體包括彼此相對設置的Ν磁極永磁體和S磁極永磁體，並且在相鄰的兩個Ν磁極永磁體之間、相鄰的兩個S磁極永磁體之間以及相鄰的Ν磁極永磁體和S磁極永磁體之間設置輔助隔磁槽，其中鼠籠繞組使得單相異步起動的永磁同步電機異步起動後被牽入同步運轉，輔助隔磁槽用於降低漏磁，從而獲得均勻的磁力線，有利於減小轉子的轉矩脈動，提高了單相異步起動的永磁同步電機的效率，進而提高了壓縮機系統的效率。
[0016]本實用新型附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]本實用新型上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0018]圖1為相關技術中的單相2繞組永磁同步電機的電路示意圖；
[0019]圖2為根據本實用新型一個實施例的單相異步起動的永磁同步電機的電路示意圖；
[0020]圖3為根據本實用新型另一個實施例的單相異步起動的永磁同步電機的電路示意圖；以及
[0021]圖4為根據本實用新型一個實施例的單相異步起動的永磁同步電機的轉子的截面圖。
【具體實施方式】
[0022]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0023]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本實用新型的不同結構。為了簡化本實用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本實用新型。此外，本實用新型可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。此外，本實用新型提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用於性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特徵在第二特徵之「上」的結構可以包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特徵形成在第一和第二特徵之間的實施例，這樣第一和第二特徵可能不是直接接觸。
[0024]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。
[0025]下面參照附圖來描述根據本實用新型實施例提出的單相異步起動的永磁同步電機以及具有該單相異步起動的永磁同步電機的壓縮機系統。
[0026]圖2為根據本實用新型一個實施例的單相異步起動的永磁同步電機的電路示意圖。圖3為根據本實用新型另一個實施例的單相異步起動的永磁同步電機的電路意圖。
[0027]本實用新型實施例的單相異步起動的永磁同步電機包括轉子、定子和起動裝置。其中，定子包括定子鐵芯和繞制在所述定子鐵芯上的第一定子繞組101、第二定子繞組102和第三定子繞組103，所述起動裝置包括單相電源100 (即單相交流電源)、第一電容201和第二電容202，其中，單相電源100給所述永磁同步電機供電，並通過第一電容1201和第二電容202以使第一定子繞組101、第二定子繞組102和第三定子繞組103之間形成120°的電位角，從而使得第一定子繞組101、第二定子繞組102和第三定子繞組103中的電流接近對稱狀態。
[0028]在本實用新型的實施例中，第一定子繞組101、第二定子繞組102和第三定子繞組103以及單相電源100、第一電容201和第二電容202之間的相互連接關係具體如圖2或圖3所示。
[0029]具體地，根據本實用新型的一個實施例，如圖2所示，第一定子繞組101的一端與單相電源100相連，第一定子繞組101的另一端與第二定子繞組102的一端相連，第一定子繞組101的另一端與第二定子繞組102的一端之間具有第一節點J1，第二定子繞組102的另一端與第三定子繞組103的一端相連，第三定子繞組103的另一端與單相電源100相連，第一電容201並聯在第三定子繞組103的兩端，第二電容202連接在第一節點J1和第三定子繞組103的另一端之間。
[0030]根據本實用新型的另一個實施例，如圖3所示，第一定子繞組101的一端與單相電源100相連，第一定子繞組101的另一端與第一電容201的一端相連，第一定子繞組101的另一端與第一電容201的一端之間具有第二節點J2，第二節點J2與單相電源100相連，第二定子繞組102與第一電容201串聯，第二定子繞組102的一端與第一電容201的另一端相連，第二定子繞組102的另一端與單相電源100相連，第三定子繞組103和第二電容202串聯，第三定子繞組103的一端分別與單相電源100和第二定子繞組102的另一端相連，第三定子繞組103的另一端與第二電容202的一端相連，第二電容202的另一端分別與第二節點J2和單相電源100相連。
[0031]如圖2或圖3所示，本實用新型實施例的單相異步起動的永磁同步電機通過第一電容和第二電容的作用使得第一定子繞組101、第二定子繞組102和第三定子繞組103之間在空間上形成接近120°的電角度，即第一定子繞組101、第二定子繞組102和第三定子繞組103之間的電角度相差120°，因此電路中並沒有主、副繞組之分，即類似於三相電動機，但又不同於三相電動機，因為三相電動機輸入的是三相電源(即每相為120°電角度)、三相繞組間無電容，而本實用新型實施例的單相異步起動的永磁同步電機的輸入是單相電源100，然後通過電容的作用使得繞組間形成接近120°的電角度，第一和第二電容在單相異步起動的永磁同步電機的整個啟動、運轉過程中不會切斷，避免電容切換帶來的不利影響，提高了可靠性。並且，第一定子繞組101、第二定子繞組102和第三定子繞組103中的電流接近對稱狀態，使得單相異步起動的永磁同步電機的起動和運轉性能好，保證單相異步起動的永磁同步電機的起動和運轉穩定可靠。
[0032]根據本實用新型的一個實施例，第一定子繞組101、第二定子繞組102和第三定子繞組103可以採用分布繞線方式或者採用在定子齒上集中繞線的方式繞制在所述定子上。
[0033]並且，如圖4所示，轉子1001包括轉子鐵芯1、鼠籠繞組2和Μ組2對極永磁體。其中，鼠籠繞組2沿轉子鐵芯1的周邊配置；Μ組2對極永磁體設置在鼠籠繞組2的內側，且沿轉子鐵芯1的周邊配置，Μ組2對極永磁體中的每組2對極永磁體包括彼此相對設置的Ν磁極永磁體和S磁極永磁體，並且在相鄰的兩個Ν磁極永磁體之間、相鄰的兩個S磁極永磁體之間以及相鄰的Ν磁極永磁體和S磁極永磁體之間設置輔助隔磁槽，其中，Μ為大於等於1的整數。
[0034]具體地，在本實用新型的一個實施例中，如圖4所示，轉子1001可以是具有由2Μ個永磁體構成的Μ組2對極的電動機轉子。其中Μ = 2，即圖4中的單相異步起動的永磁同步電機的轉子1001是4個永磁體構成的2組2對極的電動機轉子結構。其中，兩個位於外徑側的永磁體4構成轉子的Ν磁極,兩個位於外徑側的永磁體5構成轉子的S磁極,從而兩組4個永磁體共同構成一個2組2對極的電動機的轉子結構。在2組2對極的永磁體的極外設置例如鋁製的鼠籠繞組2，並且在相鄰的兩個N磁極永磁體之間設置輔助隔磁槽3，在相鄰的N磁極永磁體和S磁極永磁體之間設置輔助隔磁槽6。
[0035]在本實用新型的實施例中，在轉子外周設置鼠籠繞組的作用在於誘導單相異步起動的永磁同步電機的起動，並且能夠在將單相異步起動的永磁同步電機牽入同步的過程中發揮作用。
[0036]根據本實用新型實施例的單相異步起動的永磁同步電機，通過在定子鐵芯上繞制第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組，以及通過起動裝置中的第一電容和第二電容使得第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組之間形成120°的電位角，從而第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組中的電流接近對稱狀態，這樣本實用新型實施例的單相異步起動的永磁同步電機能夠順利起動和運轉，並且第一電容和第二電容在起動和運轉過程中一直不會切斷，因此，本實用新型實施例的單相異步起動的永磁同步電機起動和運轉性能好，可靠性高，並且使用壽命長。
[0037]此外，本實用新型的實施例還提出了一種壓縮機系統，其包括上述實施例描述的單相異步起動的永磁同步電機。
[0038]其中，單相異步起動的永磁同步電機起動時，即在單相異步起動的永磁同步電機的定子上繞制的第一定子繞組101、第二定子繞組102和第三定子繞組103通電後，定子產生旋轉磁場，轉子1001中的鼠籠繞組2通過切割旋轉磁場以生成感應電動勢，該感應電動勢在鼠籠繞組2中產生感應電流，具有感應電流的鼠籠繞組在旋轉磁場的作用下產生電磁力以使轉子1001轉動，即使單相異步起動的永磁同步電機的轉子1001隨旋轉磁場轉動，當帶到某一定轉速時，即在轉子中的M組2對極永磁體的磁場與旋轉磁場達到同步轉速時,單相異步起動的永磁同步電機進入同步運轉狀態。其中,M組2對極永磁體的磁場與旋轉磁場達到同步轉速時，由於轉子和旋轉磁場沒有相對運動，轉子1001的鼠籠繞組2切割不了旋轉磁場，鼠籠繞組2不產生發熱損耗，並且轉子1001的鼠籠繞組2由於不切割旋轉磁場而不再產生電磁力，從而使得單相異步起動的永磁同步電機作為同步電動機進行同步轉動，因此轉子的鼠籠繞組的作用就在於促進單相異步起動的永磁同步電機的異步起動，並使單相異步起動的永磁同步電機最終被牽入同步。
[0039]在本實用新型的實施例中，輔助隔磁槽3和6的作用在於降低漏磁，從而獲得均勻的磁力線，減小轉子轉矩的大小偏差。輔助隔磁槽3和6內一般為空氣或者設置導磁率較低的鋁，因此加大了隔磁輔助槽3和6位置處的磁阻，減少了漏磁，從而也有利於減少轉子的轉矩脈動，提高單相異步起動的永磁同步電機的效率。
[0040]根據本實用新型的一個實施例，在單相異步起動的永磁同步電機的負荷變化時，根據鼠籠繞組產生的電磁力帶動單相異步起動的永磁同步電機重新進入同步運轉狀態。即言，如果在單相異步起動的永磁同步電機的能力範圍內發生負荷的變動，由於鼠籠繞組的存在可以產生定位扭矩而使單相異步起動的永磁同步電機迅速達到新的平衡狀態。
[0041]根據本實用新型實施例的壓縮機系統，單相異步起動的永磁同步電機通過在定子鐵芯上繞制第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組，以及通過起動裝置中的第一電容和第二電容使得第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組之間形成120°的電位角，從而第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組中的電流接近對稱狀態，保證單相異步起動的永磁同步電機能夠順利起動和運轉，並且第一電容和第二電容在起動和運轉過程中一直不會切斷，使得單相異步起動的永磁同步電機起動和運轉性能好，可靠性高，使用壽命長。此外，單相異步起動的永磁同步電機的轉子具有鼠籠繞組和Μ組2對極永磁體，並且，Μ組2對極永磁體設置在鼠籠繞組的內側，且沿轉子鐵芯的周邊配置，Μ組2對極永磁體中的每組2對極永磁體包括彼此相對設置的Ν磁極永磁體和S磁極永磁體，並且在相鄰的兩個Ν磁極永磁體之間、相鄰的兩個S磁極永磁體之間以及相鄰的Ν磁極永磁體和S磁極永磁體之間設置輔助隔磁槽，其中鼠籠繞組使得單相異步起動的永磁同步電機異步起動後被牽入同步運轉，輔助隔磁槽用於降低漏磁，從而獲得均勻的磁力線，有利於減小轉子的轉矩脈動，提高了單相異步起動的永磁同步電機的效率，進而提高了壓縮機系統的效率。
[0042]在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0043]儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由所附權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種單相異步起動的永磁同步電機,其特徵在於,包括: 轉子； 定子，所述定子包括定子鐵芯和繞制在所述定子鐵芯上的第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組； 起動裝置，所述起動裝置包括單相電源、第一電容和第二電容，其中，所述單相電源給所述永磁同步電機供電，並通過所述第一電容和第二電容以使所述第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組之間形成120°的電位角。
2.如權利要求1所述的單相異步起動的永磁同步電機，其特徵在於，所述第一定子繞組的一端與所述單相電源相連，所述第一定子繞組的另一端與所述第二定子繞組的一端相連，所述第一定子繞組的另一端與所述第二定子繞組的一端之間具有第一節點，所述第二定子繞組的另一端與所述第三定子繞組的一端相連，所述第三定子繞組的另一端與所述單相電源相連，所述第一電容並聯在所述第三定子繞組的兩端，所述第二電容連接在所述第一節點和所述第三定子繞組的另一端之間。
3.如權利要求1所述的單相異步起動的永磁同步電機，其特徵在於，所述第一定子繞組的一端與所述單相電源相連，所述第一定子繞組的另一端與所述第一電容的一端相連，所述第一定子繞組的另一端與所述第一電容的一端之間具有第二節點，所述第二節點與所述單相電源相連，所述第二定子繞組與所述第一電容串聯，所述第二定子繞組的一端與所述第一電容的另一端相連，所述第二定子繞組的另一端與所述單相電源相連，所述第三定子繞組和所述第二電容串聯，所述第三定子繞組的一端分別與所述單相電源和所述第二定子繞組的另一端相連，所述第三定子繞組的另一端與所述第二電容的一端相連，所述第二電容的另一端分別與所述第二節點和所述單相電源相連。
4.如權利要求1-3中任一項所述的單相異步起動的永磁同步電機,其特徵在於,所述第一定子繞組、第二定子繞組和第三定子繞組採用分布繞線方式或者採用在定子齒上集中繞線的方式繞制在所述定子上。
5.如權利要求1所述的單相異步起動的永磁同步電機，其特徵在於，所述轉子包括: 轉子鐵芯； 鼠籠繞組，所述鼠籠繞組沿所述轉子鐵芯的周邊配置； M組2對極永磁體，所述M組2對極永磁體設置在所述鼠籠繞組的內側，且沿所述轉子鐵芯的周邊配置,所述M組2對極永磁體中的每組2對極永磁體包括彼此相對設置的N磁極永磁體和S磁極永磁體，並且在相鄰的兩個N磁極永磁體之間、相鄰的兩個S磁極永磁體之間以及相鄰的N磁極永磁體和S磁極永磁體之間設置輔助隔磁槽，其中，M為大於等於I的整數。
6.一種壓縮機系統，其特徵在於，包括如權利要求1-5中任一項所述的單相異步起動的永磁同步電機。
【文檔編號】H02K21/00GK204145238SQ201420509367
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月4日 優先權日:2014年9月4日
【發明者】葉振峰, 楊涇濤, 喻繼江 申請人:安徽美芝精密製造有限公司