单相异步起动的永磁同步电机和具有其的压缩机系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种单相异步起动的永磁同步电机，其包括：转子；定子，所述定子包括定子铁芯和绕制在所述定子铁芯上的第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组；起动装置，所述起动装置包括单相电源、第一电容和第二电容，其中，所述单相电源给所述永磁同步电机供电，并通过所述第一电容和第二电容以使所述第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组之间形成120°的电位角。本发明的单相异步起动的永磁同步电机起动和运转性能好，可靠性高，并且使用寿命长。本发明还公开了一种具有上述单相异步起动的永磁同步电机的压缩机系统。
【专利说明】单相异步起动的永磁同步电机和具有其的压缩机系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及制冷设备【技术领域】，特别涉及一种单相异步起动的永磁同步电机以及一种具有该单相异步起动的永磁同步电机的压缩机系统。
【背景技术】
[0002]现有的采用单相交流电源供电的具有固定转速的空调及冰箱等制冷设备中使用的压缩机驱动电机大部分是单相异步电机，由于单相异步电机的定子所生成的旋转磁场为椭圆型磁场以及存在鼠笼绕组电阻损耗的缘故而使得单相异步电机的效率较低。
[0003]相关技术中，通常使用具备异步起动能力的单相2绕组永磁同步电机替代单相异步电机以作为上述制冷设备中的动力驱动源。其中，如图1所示，具备异步起动能力的单相2绕组永磁同步电机由主绕组41、副绕组42及串接在副绕组上的电容11组成，由于电容存在，主、副绕组之间将产生90°的电位角，这样单相2绕组永磁同步电机在正常运转时无转子绕组损耗，同时定子生成的旋转磁场为圆形磁场，从一定程度上提高单相异步电机的效率，有利于实现上述制冷设备的高效化。
[0004]然而，单相2绕组永磁同步电机起动时和运转时的电容不同，需要进行切换，这就影响电机的起动和运转性能，甚至会出现电机起动困难的情况。
【发明内容】
[0005]本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷。
[0006]为此，本发明的第一个目的在于提出一种单相异步起动的永磁同步电机，起动和运转性能好，可靠性高。
[0007]本发明的第二个目的在于提出一种压缩机系统。
[0008]为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种单相异步起动的永磁同步电机，包括:转子;定子，所述定子包括定子铁芯和绕制在所述定子铁芯上的第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组；起动装置，所述起动装置包括单相电源、第一电容和第二电容，其中，所述单相电源给所述永磁同步电机供电，并通过所述第一电容和第二电容以使所述第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组之间形成120°的电位角。
[0009]根据本发明实施例的单相异步起动的永磁同步电机，通过在定子铁芯上绕制第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组，以及通过起动装置中的第一电容和第二电容使得第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组之间形成120°的电位角，从而第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组中的电流接近对称状态，这样本发明实施例的单相异步起动的永磁同步电机能够顺利起动和运转，并且第一电容和第二电容在起动和运转过程中一直不会切断，因此，本发明实施例的单相异步起动的永磁同步电机起动和运转性能好，可靠性高，并且使用寿命长。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述第一定子绕组的一端与所述单相电源相连，所述第一定子绕组的另一端与所述第二定子绕组的一端相连，所述第一定子绕组的另一端与所述第二定子绕组的一端之间具有第一节点，所述第二定子绕组的另一端与所述第三定子绕组的一端相连，所述第三定子绕组的另一端与所述单相电源相连，所述第一电容并联在所述第三定子绕组的两端，所述第二电容连接在所述第一节点和所述第三定子绕组的另一端之间。
[0011]根据本发明的另一个实施例，所述第一定子绕组的一端与所述单相电源相连，所述第一定子绕组的另一端与所述第一电容的一端相连，所述第一定子绕组的另一端与所述第一电容的一端之间具有第二节点，所述第二节点与所述单相电源相连，所述第二定子绕组与所述第一电容串联，所述第二定子绕组的一端与所述第一电容的另一端相连，所述第二定子绕组的另一端与所述单相电源相连，所述第三定子绕组和所述第二电容串联，所述第三定子绕组的一端分别与所述单相电源和所述第二定子绕组的另一端相连，所述第三定子绕组的另一端与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端分别与所述第二节点和所述单相电源相连。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组采用分布绕线方式或者采用在定子齿上集中绕线的方式绕制在所述定子上。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述转子包括:转子铁芯；鼠笼绕组，所述鼠笼绕组沿所述转子铁芯的周边配置;M组2对极永磁体，所述M组2对极永磁体设置在所述鼠笼绕组的内侧，且沿所述转子铁芯的周边配置，所述M组2对极永磁体中的每组2对极永磁体包括彼此相对设置的N磁极永磁体和S磁极永磁体，并且在相邻的两个N磁极永磁体之间、相邻的两个S磁极永磁体之间以及相邻的N磁极永磁体和S磁极永磁体之间设置辅助隔磁槽，其中，M为大于等于I的整数。
[0014]本发明第二方面实施例提出了一种压缩机系统，其包括上述的单相异步起动的永磁同步电机。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述单相异步起动的永磁同步电机起动时，所述定子产生旋转磁场，所述转子中的鼠笼绕组通过切割所述旋转磁场以生成感应电动势，所述感应电动势在所述鼠笼绕组中产生感应电流，具有所述感应电流的所述鼠笼绕组在所述旋转磁场的作用下产生电磁力以使所述转子转动，并在所述转子中的M组2对极永磁体的磁场与所述旋转磁场达到同步转速时，所述单相异步起动的永磁同步电机进入同步运转状态。
[0016]并且，在所述单相异步起动的永磁同步电机的负荷变化时，根据所述鼠笼绕组产生的电磁力带动所述单相异步起动的永磁同步电机重新进入所述同步运转状态。
[0017]根据本发明实施例的压缩机系统，单相异步起动的永磁同步电机通过在定子铁芯上绕制第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组，以及通过起动装置中的第一电容和第二电容使得第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组之间形成120°的电位角，从而第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组中的电流接近对称状态，保证单相异步起动的永磁同步电机能够顺利起动和运转，并且第一电容和第二电容在起动和运转过程中一直不会切断，使得单相异步起动的永磁同步电机起动和运转性能好，可靠性高，使用寿命长。此外，单相异步起动的永磁同步电机的转子具有鼠笼绕组和M组2对极永磁体，并且，M组2对极永磁体设置在鼠笼绕组的内侧，且沿转子铁芯的周边配置，M组2对极永磁体中的每组2对极永磁体包括彼此相对设置的N磁极永磁体和S磁极永磁体，并且在相邻的两个N磁极永磁体之间、相邻的两个S磁极永磁体之间以及相邻的N磁极永磁体和S磁极永磁体之间设置辅助隔磁槽，其中鼠笼绕组使得单相异步起动的永磁同步电机异步起动后被牵入同步运转，辅助隔磁槽用于降低漏磁，从而获得均匀的磁力线，有利于减小转子的转矩脉动，提高了单相异步起动的永磁同步电机的效率，进而提高了压缩机系统的效率。
[0018]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0020]图1为相关技术中的单相2绕组永磁同步电机的电路示意图；
[0021]图2为根据本发明一个实施例的单相异步起动的永磁同步电机的电路示意图；
[0022]图3为根据本发明另一个实施例的单相异步起动的永磁同步电机的电路示意图；以及
[0023]图4为根据本发明一个实施例的单相异步起动的永磁同步电机的转子的截面图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0025]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此夕卜，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0026]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，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的具体含义。
[0027]下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的单相异步起动的永磁同步电机以及具有该单相异步起动的永磁同步电机的压缩机系统。
[0028]图2为根据本发明一个实施例的单相异步起动的永磁同步电机的电路示意图。图3为根据本发明另一个实施例的单相异步起动的永磁同步电机的电路示意图。
[0029]本发明实施例的单相异步起动的永磁同步电机包括转子、定子和起动装置。其中，定子包括定子铁芯和绕制在所述定子铁芯上的第一定子绕组101、第二定子绕组102和第三定子绕组103，所述起动装置包括单相电源100 (即单相交流电源)、第一电容201和第二电容202，其中，单相电源100给所述永磁同步电机供电，并通过第一电容1201和第二电容202以使第一定子绕组101、第二定子绕组102和第三定子绕组103之间形成120°的电位角，从而使得第一定子绕组101、第二定子绕组102和第三定子绕组103中的电流接近对称状态。
[0030]在本发明的实施例中，第一定子绕组101、第二定子绕组102和第三定子绕组103以及单相电源100、第一电容201和第二电容202之间的相互连接关系具体如图2或图3所
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[0031]具体地，根据本发明的一个实施例，如图2所示，第一定子绕组101的一端与单相电源100相连，第一定子绕组101的另一端与第二定子绕组102的一端相连，第一定子绕组101的另一端与第二定子绕组102的一端之间具有第一节点J1，第二定子绕组102的另一端与第三定子绕组103的一端相连，第三定子绕组103的另一端与单相电源100相连，第一电容201并联在第三定子绕组103的两端，第二电容202连接在第一节点Jl和第三定子绕组103的另一端之间。
[0032]根据本发明的另一个实施例，如图3所示，第一定子绕组101的一端与单相电源100相连，第一定子绕组101的另一端与第一电容201的一端相连，第一定子绕组101的另一端与第一电容201的一端之间具有第二节点J2，第二节点J2与单相电源100相连，第二定子绕组102与第一电容201串联，第二定子绕组102的一端与第一电容201的另一端相连，第二定子绕组102的另一端与单相电源100相连，第三定子绕组103和第二电容202串联，第三定子绕组103的一端分别与单相电源100和第二定子绕组102的另一端相连，第三定子绕组103的另一端与第二电容202的一端相连，第二电容202的另一端分别与第二节点J2和单相电源100相连。
[0033]如图2或图3所示，本发明实施例的单相异步起动的永磁同步电机通过第一电容和第二电容的作用使得第一定子绕组101、第二定子绕组102和第三定子绕组103之间在空间上形成接近120°的电角度，即第一定子绕组101、第二定子绕组102和第三定子绕组103之间的电角度相差120°，因此电路中并没有主、副绕组之分，即类似于三相电动机，但又不同于三相电动机，因为三相电动机输入的是三相电源(即每相为120°电角度)、三相绕组间无电容，而本发明实施例的单相异步起动的永磁同步电机的输入是单相电源100，然后通过电容的作用使得绕组间形成接近120°的电角度，第一和第二电容在单相异步起动的永磁同步电机的整个启动、运转过程中不会切断，避免电容切换带来的不利影响，提高了可靠性。并且，第一定子绕组101、第二定子绕组102和第三定子绕组103中的电流接近对称状态，使得单相异步起动的永磁同步电机的起动和运转性能好，保证单相异步起动的永磁同步电机的起动和运转稳定可靠。
[0034]根据本发明的一个实施例，第一定子绕组101、第二定子绕组102和第三定子绕组103可以采用分布绕线方式或者采用在定子齿上集中绕线的方式绕制在所述定子上。
[0035]并且，如图4所示，转子1001包括转子铁芯1、鼠笼绕组2和M组2对极永磁体。其中，鼠笼绕组2沿转子铁芯I的周边配置；M组2对极永磁体设置在鼠笼绕组2的内侧，且沿转子铁芯I的周边配置，M组2对极永磁体中的每组2对极永磁体包括彼此相对设置的N磁极永磁体和S磁极永磁体，并且在相邻的两个N磁极永磁体之间、相邻的两个S磁极永磁体之间以及相邻的N磁极永磁体和S磁极永磁体之间设置辅助隔磁槽，其中，M为大于等于I的整数。
[0036]具体地，在本发明的一个实施例中，如图4所示，转子1001可以是具有由2M个永磁体构成的M组2对极的电动机转子。其中M = 2，即图4中的单相异步起动的永磁同步电机的转子1001是4个永磁体构成的2组2对极的电动机转子结构。其中，两个位于外径侧的永磁体4构成转子的N磁极，两个位于外径侧的永磁体5构成转子的S磁极，从而两组4个永磁体共同构成一个2组2对极的电动机的转子结构。在2组2对极的永磁体的极外设置例如铝制的鼠笼绕组2，并且在相邻的两个N磁极永磁体之间设置辅助隔磁槽3，在相邻的N磁极永磁体和S磁极永磁体之间设置辅助隔磁槽6。
[0037]在本发明的实施例中，在转子外周设置鼠笼绕组的作用在于诱导单相异步起动的永磁同步电机的起动，并且能够在将单相异步起动的永磁同步电机牵入同步的过程中发挥作用。
[0038]根据本发明实施例的单相异步起动的永磁同步电机，通过在定子铁芯上绕制第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组，以及通过起动装置中的第一电容和第二电容使得第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组之间形成120°的电位角，从而第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组中的电流接近对称状态，这样本发明实施例的单相异步起动的永磁同步电机能够顺利起动和运转，并且第一电容和第二电容在起动和运转过程中一直不会切断，因此，本发明实施例的单相异步起动的永磁同步电机起动和运转性能好，可靠性高，并且使用寿命长。
[0039]此外，本发明的实施例还提出了一种压缩机系统，其包括上述实施例描述的单相异步起动的永磁同步电机。
[0040]其中，单相异步起动的永磁同步电机起动时，即在单相异步起动的永磁同步电机的定子上绕制的第一定子绕组101、第二定子绕组102和第三定子绕组103通电后，定子产生旋转磁场，转子1001中的鼠笼绕组2通过切割旋转磁场以生成感应电动势，该感应电动势在鼠笼绕组2中产生感应电流，具有感应电流的鼠笼绕组在旋转磁场的作用下产生电磁力以使转子1001转动，即使单相异步起动的永磁同步电机的转子1001随旋转磁场转动，当带到某一定转速时，即在转子中的M组2对极永磁体的磁场与旋转磁场达到同步转速时,单相异步起动的永磁同步电机进入同步运转状态。其中,M组2对极永磁体的磁场与旋转磁场达到同步转速时，由于转子和旋转磁场没有相对运动，转子1001的鼠笼绕组2切割不了旋转磁场，鼠笼绕组2不产生发热损耗，并且转子1001的鼠笼绕组2由于不切割旋转磁场而不再产生电磁力，从而使得单相异步起动的永磁同步电机作为同步电动机进行同步转动，因此转子的鼠笼绕组的作用就在于促进单相异步起动的永磁同步电机的异步起动，并使单相异步起动的永磁同步电机最终被牵入同步。
[0041]在本发明的实施例中，辅助隔磁槽3和6的作用在于降低漏磁，从而获得均匀的磁力线，减小转子转矩的大小偏差。辅助隔磁槽3和6内一般为空气或者设置导磁率较低的铝，因此加大了隔磁辅助槽3和6位置处的磁阻，减少了漏磁，从而也有利于减少转子的转矩脉动，提高单相异步起动的永磁同步电机的效率。
[0042]根据本发明的一个实施例，在单相异步起动的永磁同步电机的负荷变化时，根据鼠笼绕组产生的电磁力带动单相异步起动的永磁同步电机重新进入同步运转状态。即言，如果在单相异步起动的永磁同步电机的能力范围内发生负荷的变动，由于鼠笼绕组的存在可以产生定位扭矩而使单相异步起动的永磁同步电机迅速达到新的平衡状态。
[0043]根据本发明实施例的压缩机系统，单相异步起动的永磁同步电机通过在定子铁芯上绕制第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组，以及通过起动装置中的第一电容和第二电容使得第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组之间形成120°的电位角，从而第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组中的电流接近对称状态，保证单相异步起动的永磁同步电机能够顺利起动和运转，并且第一电容和第二电容在起动和运转过程中一直不会切断，使得单相异步起动的永磁同步电机起动和运转性能好，可靠性高，使用寿命长。此外，单相异步起动的永磁同步电机的转子具有鼠笼绕组和M组2对极永磁体，并且，M组2对极永磁体设置在鼠笼绕组的内侧，且沿转子铁芯的周边配置，M组2对极永磁体中的每组2对极永磁体包括彼此相对设置的N磁极永磁体和S磁极永磁体，并且在相邻的两个N磁极永磁体之间、相邻的两个S磁极永磁体之间以及相邻的N磁极永磁体和S磁极永磁体之间设置辅助隔磁槽，其中鼠笼绕组使得单相异步起动的永磁同步电机异步起动后被牵入同步运转，辅助隔磁槽用于降低漏磁，从而获得均匀的磁力线，有利于减小转子的转矩脉动，提高了单相异步起动的永磁同步电机的效率，进而提高了压缩机系统的效率。
[0044]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者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示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。
[0045]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
【权利要求】
1.一种单相异步起动的永磁同步电机,其特征在于,包括: 转子； 定子，所述定子包括定子铁芯和绕制在所述定子铁芯上的第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组； 起动装置，所述起动装置包括单相电源、第一电容和第二电容，其中，所述单相电源给所述永磁同步电机供电，并通过所述第一电容和第二电容以使所述第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组之间形成120°的电位角。
2.如权利要求1所述的单相异步起动的永磁同步电机，其特征在于，所述第一定子绕组的一端与所述单相电源相连，所述第一定子绕组的另一端与所述第二定子绕组的一端相连，所述第一定子绕组的另一端与所述第二定子绕组的一端之间具有第一节点，所述第二定子绕组的另一端与所述第三定子绕组的一端相连，所述第三定子绕组的另一端与所述单相电源相连，所述第一电容并联在所述第三定子绕组的两端，所述第二电容连接在所述第一节点和所述第三定子绕组的另一端之间。
3.如权利要求1所述的单相异步起动的永磁同步电机，其特征在于，所述第一定子绕组的一端与所述单相电源相连，所述第一定子绕组的另一端与所述第一电容的一端相连，所述第一定子绕组的另一端与所述第一电容的一端之间具有第二节点，所述第二节点与所述单相电源相连，所述第二定子绕组与所述第一电容串联，所述第二定子绕组的一端与所述第一电容的另一端相连，所述第二定子绕组的另一端与所述单相电源相连，所述第三定子绕组和所述第二电容串联，所述第三定子绕组的一端分别与所述单相电源和所述第二定子绕组的另一端相连，所述第三定子绕组的另一端与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端分别与所述第二节点和所述单相电源相连。
4.如权利要求1-3中任一项所述的单相异步起动的永磁同步电机,其特征在于,所述第一定子绕组、第二定子绕组和第三定子绕组采用分布绕线方式或者采用在定子齿上集中绕线的方式绕制在所述定子上。
5.如权利要求1所述的单相异步起动的永磁同步电机，其特征在于，所述转子包括: 转子铁芯； 鼠笼绕组，所述鼠笼绕组沿所述转子铁芯的周边配置； M组2对极永磁体，所述M组2对极永磁体设置在所述鼠笼绕组的内侧，且沿所述转子铁芯的周边配置,所述M组2对极永磁体中的每组2对极永磁体包括彼此相对设置的N磁极永磁体和S磁极永磁体，并且在相邻的两个N磁极永磁体之间、相邻的两个S磁极永磁体之间以及相邻的N磁极永磁体和S磁极永磁体之间设置辅助隔磁槽，其中，M为大于等于I的整数。
6.一种压缩机系统，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的单相异步起动的永磁同步电机。
7.如权利要求6所述的压缩机系统，其特征在于，所述单相异步起动的永磁同步电机起动时，所述定子产生旋转磁场，所述转子中的鼠笼绕组通过切割所述旋转磁场以生成感应电动势，所述感应电动势在所述鼠笼绕组中产生感应电流，具有所述感应电流的所述鼠笼绕组在所述旋转磁场的作用下产生电磁力以使所述转子转动，并在所述转子中的M组2对极永磁体的磁场与所述旋转磁场达到同步转速时，所述单相异步起动的永磁同步电机进入同步运转状态。
8.如权利要求7所述的压缩机系统，其特征在于，在所述单相异步起动的永磁同步电机的负荷变化时，根据所述鼠笼绕组产生的电磁力带动所述单相异步起动的永磁同步电机重新进入所述同步运转状态。
【文档编号】H02K21/46GK104167891SQ201410449514
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】叶振峰, 杨泾涛, 喻继江 申请人:安徽美芝精密制造有限公司