永磁电机、压缩机和制冷设备的制作方法

本发明属于压缩机，具体涉及一种永磁电机、压缩机和制冷设备。

背景技术：

1、目前家用空调压缩机领域，定速机型逐步退出市场，变频电机已成主流技术。为适应家用空调的应用环境，变频电机的永磁体大多为含有重稀土元素、矫顽力较高的钕铁硼永磁体。钕铁硼永磁体是以金属间化合物nd2fe14b为基础的永磁材料，主要成分为钕、铁和硼。为了获得不同的性能，可用镝、镨等其他稀土金属替代永磁体中部分的钕。随着变频机型总量的逐年增加，消耗的重稀土元素(特别是镝和铽)资源也逐年增加，为了减少重稀土元素的使用，需要开发新的技术。

2、铈元素相比镨、钕元素，成本优势明显，但铈元素相比同等的镨、钕元素，对应的稀土磁铁剩磁br会降低，直接影响了电机性能。因此，为了满足电机性能在整机上的应用需求，需要根据永磁体中稀土元素铈的含量，对电机结构进行改进。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种永磁电机，该永磁电机根据永磁体中铈元素的含量，对电机结构进行设计，在成本相当的条件下，提升了电机效率。

2、本发明还提供了一种含有所述永磁电机的压缩机。

3、本发明还提供了一种含有压缩机的制冷设备。

4、本发明的第一方面提供了一种永磁电机，包括：

5、电机转子，包括转子铁芯与设于所述转子铁芯上的多个永磁体，所述电机转子的极数2p≥8，每极磁铁的总宽度为bm，所述永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；

6、电机定子，包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯围设于所述转子铁芯的外侧，所述定子铁芯沿内周向设有q个定子齿，所述定子齿的齿宽为bt，关系满足：q×bt/(p×bm)≤1.36-x/100≤5×q×bt/(4×p×bm)。

7、本发明关于永磁电机的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

8、本发明的永磁电机，包括电机转子和电机定子。其中，所述电机转子包括转子铁芯与设于所述转子铁芯上的多个永磁体，所述电机转子的极数2p≥8，每极磁铁的总宽度为bm，所述永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；所述电机定子包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯围设于所述转子铁芯的外侧，所述定子铁芯沿内周向设有q个定子齿，所述定子齿的齿宽为bt，关系满足：q×bt/(p×bm)≤1.36-x/100≤5×q×bt/(4×p×bm)。本发明的永磁电机中，永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，由此，减少了对镨、钕元素以及重稀土元素的使用，有效控制了成本。由于铈元素的添加会导致磁铁剩磁br下降，为了保证在成本相当的条件下永磁电机的效率能够满足需求，本发明提出一种永磁电机，根据永磁体中铈元素的质量百分比x％，对每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量q和极数p进行了匹配性设计，当每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量q和极数p满足本发明限定的关系时，磁铁的磁性能满足电机效率使用要求，电机的效率可以达到最优，同时电机成本最低。

9、永磁电机的励磁由电机转子中的永磁体提供，永磁体的剩磁br和宽度决定了电机转子能够提供的磁通。电机极对数为p，每个插槽内有n片磁铁，n片磁铁的总宽度即为每极磁铁的总宽度bm，则永磁体能够提供的磁通为2p×bm×br。由于采用含铈元素的稀土磁铁，br值相应下降，永磁体励磁整体减小，当bm的关系满足bm≥2200/(150-x)时，磁铁的磁性能可满足电机效率使用要求。此外，永磁体产生的磁通经过电机定子与电机转子之间的气隙、定子齿、定子轭部后再到定子齿、气隙、永磁体形成整个闭合的磁力线。其中，定子齿的宽度bt不能太大，否则将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，否则齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。本发明经过仿真分析发现并验证，当各参数满足关系式：q×bt/(p×bm)≤1.36-x/100≤5×q×bt/(4×p×bm)时，在成本相当的条件下，电机效率可以达到最优水平。

10、根据本发明的一些实施方式，所述每极磁铁的总宽度bm满足：15mm≤bm≤21mm。

11、bm为每极磁铁的总宽度，当每极磁铁由两条永磁体组成时，bm即为两条永磁体的宽度之和。由于bm的大小直接决定了电机的励磁磁场大小，电机磁场设计过大，磁路容易饱和，电机效率趋于最大值；同时当电机磁场过小时，电机力矩系数较小，相同负荷下，电机运行电流增大，电机铜损增加明显，电机效率下降幅度大。当15mm≤bm≤21mm时，电机的性价比最优。当bm≥21mm时，电机效率随磁铁宽度的增加幅度不明显；当bm≤15mm时，电机效率下降明显。

12、根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中铈元素的质量百分比x％满足：3％≤x％≤10％。

13、由于铈含量在磁铁中占比越多，磁铁剩磁br值越小，实际当铈的质量百分比含量x％超过10％时，br值下降较大，永磁电机的励磁磁场太小，电机效率差，当永磁电机应用于压缩机时，无法满足压缩机的能效要求。由此，本发明中，永磁体中铈元素的质量百分比含量3％～10％为适宜的范围。

14、根据本发明的一些实施方式，所述定子齿数量q满足：q≥12。

15、定子齿数量q大于或等于12，定子绕组的相数为3相。在该设计中，具体设计定子绕组的相数为3，适用于大多数压缩机产品所需的电机。而通过使定子齿数量q大于或等于12，可以有效降低每个定子齿上串联的定子绕组的匝数，从而有效降低定子绕组通电所产生的退磁反向磁场强度，使得该退磁反向磁场不足以使永磁体退磁，提高电机整体的抗退磁能力。

16、定子绕组分为集中绕组与分布绕组。集中绕组，是指线圈绕在一个定子齿上的绕组；分布绕组，是指线圈绕在多个定子齿上的绕组。具体而言，集中绕组的跨距为1，比如一号槽到二号槽；而分布绕组跨距不为1，比如跨距为3，绕组从一号槽到四号槽。这里的“槽”，是指定子齿与定子齿之间形成的区域。此外，集中绕组的端部高度小，成本低；分布式绕组的端部高度相对更大，成本更高，但电机运行噪音更小。

17、根据本发明的一些实施方式，所述定子齿的齿宽bt满足：5mm≤bt≤9mm。

18、定子齿的宽度bt不能太大，如果太大，定子槽面积较小，相同电机匝数下，铜线线规较小，电机的铜损明显上升，同时将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，如果太小，相同的转子磁通流经定子齿部，定子齿部磁密将偏高，电机铁损明显上升，同时齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。由此，为了兼顾电机铁损与铜损的平衡，5mm≤bt≤9mm为适宜的范围。

19、根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有镝元素，所述镝元素含量小于3wt％。

20、根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有镝元素，所述镝元素含量小于2.3wt％。

21、根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有镝元素，所述镝元素含量为2.25wt％左右。

22、根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有镨、钕元素，所述镨、钕元素含量之和为20wt％～32wt％。

23、根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中有镨、钕元素，所述镨、钕元素含量之和为25wt％～32wt％。

24、根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中有镨、钕元素，所述镨、钕元素含量之和为25wt％。

25、根据本发明的一些实施方式，所述永磁体中含有钴元素，所述钴元素含量为1wt％～2wt％。

26、根据本发明的一些实施方式，所述转子铁芯的端面上沿所述转子铁芯的周向开设多组插槽，每个所述永磁体对应嵌设于每个所述插槽内。

27、根据本发明的一些实施方式，所述插槽呈v字形。

28、根据本发明的一些实施方式，所述v字形的开口面向所述电机定子。

29、由于含铈元素的稀土磁铁的内禀矫顽力低于现有的常规稀土磁铁，直接应用含铈元素的稀土磁铁会使电机的退磁能力下降，而插槽呈v字形，可以增强电机的抗退磁能力，使电机退磁能力不低于现有的常规稀土磁铁。

30、根据本发明的一些实施方式，所述定子绕组的每一相中，分布在不同的所述定子齿上的所述定子绕组之间相互串联或并联。

31、相同功率等级下，串联绕组用在相对更粗的线径电机上，可实现更高的反电动势，提升中低频电机效率。

32、相同功率等级下，并联绕组用在相对更细的线径电机上，可适当降低反电动势，有利于提升高频电机效率。

33、本发明的第二方面提供了一种压缩机，所述压缩机包括所述的永磁电机。

34、本发明关于压缩机的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

35、本发明压缩机，其中含有所述的永磁电机，该永磁电机包括电机转子和电机定子。其中，所述电机转子包括转子铁芯与设于所述转子铁芯上的多个永磁体，所述电机转子的极数2p≥8，每极磁铁的总宽度为bm，所述永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，bm的关系满足：bm≥2200/(150-x)；所述电机定子包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子铁芯围设于所述转子铁芯的外侧，所述定子铁芯沿内周向设有q个定子齿，所述定子齿的齿宽为bt，关系满足：q×bt/(p×bm)≤1.36-x/100≤5×q×bt/(4×p×bm)。本发明的永磁电机中，永磁体中含有质量百分比为x％的铈元素，由此，减少了对镨、钕元素以及重稀土元素的使用，有效控制了成本。由于铈元素的添加会导致磁铁剩磁br下降，为了保证在成本相当的条件下永磁电机的效率能够满足需求，本发明提出一种永磁电机，根据永磁体中铈元素的质量百分比x％，对每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量q和极数p进行了匹配性设计，当每极磁铁的总宽度bm、定子齿数量q和极数p满足本发明限定的关系时，磁铁的磁性能满足电机效率使用要求，电机的效率可以达到最优，同时电机成本最低。

36、本发明压缩机，永磁电机的励磁由电机转子中的永磁体提供，永磁体的剩磁br和宽度决定了电机转子能够提供的磁通。电机极对数为p，每个插槽内有n片磁铁，n片磁铁的总宽度即为每极磁铁的总宽度bm，则永磁体能够提供的磁通为2p×bm×br。由于采用含铈元素的稀土磁铁，br值相应下降，永磁体励磁整体减小，当bm的关系满足bm≥2200/(150-x)时，磁铁的磁性能可满足电机效率使用要求。此外，永磁体产生的磁通经过电机定子与电机转子之间的气隙、定子齿、定子轭部后再到定子齿、气隙、永磁体形成整个闭合的磁力线。其中，定子齿的宽度bt不能太大，否则将导致齿部磁密过小，不利于性能的发挥；bt也不能太小，否则齿部磁密过高，导致电机铁损增加明显，将降低电机效率。本发明经过仿真分析发现并验证，当各参数满足关系式：q×bt/(p×bm)≤1.36-x/100≤5×q×bt/(4×p×bm)时，在成本相当的条件下，电机效率可以达到最优水平。进而，在成本相当的条件下，压缩机的效率可以达到最优水平。

37、本发明的第三方面提供了一种制冷设备，所述制冷设备包括所述的压缩机。

38、本发明关于制冷设备的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

39、本发明的制冷设备，由于使用了本发明的压缩机，由此，具有上述永磁电机和压缩机的所有效果和优势。

40、根据本发明的一些实施方式，所述制冷设备为空调机。