压缩机及其电机的制作方法

1.本实用新型涉及压缩机技术领域，特别涉及一种压缩机及其电机。


背景技术：

2.永磁同步电机广泛应用于压缩机领域，特别是离心压缩机、螺杆压缩机等制冷压缩机。高速的永磁同步电机多采用表贴式永磁体，永磁体贴附在转子主轴上，然后利用金属或碳纤维护套固定其位置。
3.然而，压缩机用永磁同步电机的转速较高，导致永磁体或金属护套的涡流损耗和风摩损耗均较大，特别是制冷压缩机更加明显。现有技术主要利用冷却介质在定、转子的气隙内自然流动或采用水冷却电机壳体的方式对电机进行冷却，这对于定子有一定的冷却效果，但是因为转子高转速引发冷却介质较高的流动阻力，加之气态冷却介质的导热系数也较低等等不利因素，导致电机转子的冷却效果较差，影响电机的高速运行效率及可靠性。


技术实现要素：

4.本实用新型的一个目的是要解决或至少部分地解决现有技术存在的上述问题，提供一种可对转子施加良好冷却的压缩机电机。
5.本实用新型的进一步的目的是要提升冷却介质在主轴中央流道的流动动力。
6.本实用新型的另一目的是要提供一种具有上述电机的压缩机。
7.一方面，本实用新型提供了一种压缩机的电机，其包括：
8.定子；和
9.转子，可转动地设置在所述定子内侧，包括主轴和套固其上的永磁体；且
10.所述主轴内开设有沿其轴向延伸的中央流道，所述主轴的外周面向内开设有连通所述中央流道的多个散流孔，以在所述主轴转动时，使液态冷却介质经所述中央流道的流入口进入其中，以冷却所述转子，再经所述多个散流孔甩出至所述主轴之外。
11.可选地，所述流入口和所述多个散流孔位于所述主轴之未包覆所述永磁体的区段，且分别位于所述永磁体的两侧。
12.可选地，所述中央流道的内壁开设有与所述主轴同轴的螺旋槽，以在所述转子转动时，驱动所述流入口处的冷却介质朝所述多个散流孔的方向流动。
13.可选地，所述主轴的第一端为动力输出端，以用于与所述压缩机的压缩部分连接，所述中央流道为从所述主轴的第二端端面向内开设形成的盲孔；且
14.所述流入口相比所述散流孔更靠近所述动力输出端，且从所述主轴的外周面向内开设而成。
15.可选地，所述中央流道在所述主轴第二端的敞开口处安装有密封塞。
16.可选地，所述中央流道和所述散流孔均为圆形，且所述散流孔的孔径与所述中央流道的孔径之比处于0.3～0.35之间。
17.可选地，电机还包括壳体，所述壳体将所述定子和所述转子密封在其内部，所述主
轴通过所述壳体端部的开孔伸出，以连接所述压缩机的压缩部分；
18.所述壳体上开设有用于引入所述冷却介质的进液口和用于排出所述冷却介质的排出口；且
19.所述进液口连接于制冷系统的节流装置，流入所述进液口的所述冷却介质为节流后的制冷剂。
20.可选地，所述排出口连通所述制冷系统的蒸发器。
21.可选地，每个所述散流孔从内向外逐渐朝所述转子转动方向的反向倾斜，以利于甩出所述冷却介质。
22.另一方面，本实用新型还提供了一种压缩机，其包括如以上任一项所述的电机。
23.本实用新型的压缩机的电机中，转子的主轴内开设有中央流道，且开设有多个散流孔。冷却介质进入中央流道后，沿着中央流道流动过程中，对主轴以及与主轴直接相连的永磁体进行了冷却，实现了电机转子的冷却，使电机效率更高，可靠性更好。
24.此外，在主轴转动过程中，中央流道内的已经冷却了主轴的、温度较高的冷却介质被多个散流孔通过离心作用甩出主轴，以允许新的冷却介质继续源源不断地进入中央流道内。因此，本实用新型的冷却方案促使冷却介质沿主轴轴向不停地流动，使得冷却效果更好。
25.进一步地，本实用新型的电机中，中央流道的内壁开设有与主轴同轴的螺旋槽，主轴转动过程中，螺旋槽能够驱动冷却介质流动，使其在中央流道中更有力地流动。此外，由于开设有螺旋槽，使得中央流道内壁表面形状更加凹凸不平，也利于与冷却介质进行充分换热，使冷却效果更好。
26.进一步地，本实用新型的电机中，冷却介质为节流后的制冷剂。制冷剂经节流后温度降低，利用其作为冷却介质冷却转子，使得转子降温幅度更大。
27.根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
28.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
29.图1是根据本实用新型一个实施例的电机的示意性剖视图；
30.图2是图1所示电机中的转子的结构示意图；
31.图3是本实用新型中的主轴的结构示意图；
32.图4是图3所示主轴的另一角度示意图；
33.图5是本实用新型中的贯流环的结构示意图；
34.图6是主轴与贯流环的装配示意图；
35.图7是对图6所示结构沿贯流环处进行剖切得到的剖视放大图；
36.图8是图7所示结构的另一视角示意图；
37.图9是本实用新型的冷却器的结构示意图；
38.图10是本实用新型的定子与冷却器的装配结构示意图；
39.图11是图10的示意性左视图；
40.图12是图11的a处放大图；
41.图13是定子的另一种实施结构示意图；
42.图14是图13的b处放大图；
43.图15是本实用新型一个实施例的电机在其止推轴承处的局部示意图。
具体实施方式
44.下面参照图1至图15来描述本实用新型实施例的电机和压缩机。在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
45.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，也即包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。当某个特征“包括或者包含”某个或某些其涵盖的特征时，除非另外特别地描述，这指示不排除其它特征和可以进一步包括其它特征。
46.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”“耦合”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。本领域的普通技术人员，应该可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
47.此外，在本实施例的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。也即在本实施例的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、或“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
48.除非另有限定，本实施例的描述中所使用的全部术语(包含技术术语与科学术语)具有与本技术所属的技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。
49.图1是根据本实用新型一个实施例的电机的示意性剖视图；图2是图1所示电机中的转子30的结构示意图；图3是本实用新型中的主轴31的结构示意图，以x表示电机、定子、转子和主轴的轴向。
50.如图1至图3所示，本实用新型实施例的用于压缩机的电机一般性地可包括定子20和转子30。转子30可转动地置在定子20的内侧，包括主轴31和套固其上的永磁体32。定子20通电后，转子30与定子之间产生磁力，驱动转子30转动。具体地，定子20包括定子20铁芯21和绕组22，定子20整体大致为环状。转子30与定子20同轴地设置在其内侧，且转子30的外周
面与定子20铁芯21内周面具有气隙，主轴31连接于压缩机的压缩部分(例如离心压缩机的叶轮)，以向压缩部分输出扭矩。永磁体32可为瓦片状，包覆在主轴31的外周，永磁体32外周套有固定套环33，以固定永磁体32的位置。
51.主轴31内开设有沿其轴向延伸的中央流道310。换言之，主轴31开设有内孔。主轴31的外周面向内开设有连通中央流道310的多个散流孔312，以在主轴31转动时，使液态冷却介质经中央流道310的流入口311进入其中，以冷却转子30，再经多个散流孔312甩出至主轴31之外。具体地，主轴31转动时，液态冷却介质在离心作用下具有径向向外运动的趋势，因此可经散流孔312流出。具体地，可使多个散流孔312位于主轴31轴向同一位置，并使其沿主轴31的周向均布。当然，也可将多个散流孔312设置在主轴31轴向不同位置。
52.在电机领域，为了对电机进行冷却，使其及时散热，通常会引入冷却介质，冷却介质可为冷冻油。对于制冷压缩机，也可使制冷剂作为冷却介质。但由于转子30被定子20包围，与冷却介质接触较少，冷却效果较差。而且电机的主轴31在转动过程中与轴承等部件产生摩擦，也会产生较多热量难以散发。为解决这一问题，本实用新型实施例特别将主轴31设置为中空结构，将液态冷却介质引入主轴31内部对其冷却，使冷却效果更好，并创造性地利用散流孔312甩出冷却介质，使冷却介质能在中央流道310内不停地流动起来，能够不断地吸收并带走主轴31产生的热量，使冷却效率更高。总之，本实用新型通过直接冷却主轴31实现了电机转子30的冷却，使电机效率更高，可靠性更好。
53.在一些实施例中，如图1至图3所示，流入口311和多个散流孔312位于主轴31之未包覆永磁体32的区段，且分别位于永磁体32的两侧，以避免永磁体32阻挡流入口311和散流孔312。具体地，设主轴31的第一端(a端)为动力输出端，以用于与压缩机的压缩部分连接。中央流道310为从主轴31的第二端(b端)的端面向内开设形成的盲孔。中央流道310在主轴31第二端的敞开口处安装有密封塞39。
54.并且，流入口311相比散流孔312更靠近动力输出端，且从主轴31的外周面向内开设而成。这种结构可以避免中央流道310影响主轴31动力输出端的固有结构(例如用于连接叶轮的螺纹孔)和结构强度。
55.在一些实施例中，如图1至图3所示，中央流道310的内壁开设有与主轴31同轴的螺旋槽318，以在转子30转动时，使螺旋槽318驱动流入口311处的冷却介质朝多个散流孔312的方向流动。此时，螺旋槽318起到泵的作用，驱动冷却介质在中央流道310中更有力地流动。此外，由于开设有螺旋槽318，使得中央流道310内壁表面形状更加凹凸不平，与冷却介质的接触面更大，紊流程度更高，也利于与冷却介质进行充分换热，使冷却效果更好。
56.在一些实施例中，可使中央流道310和散流孔312均为圆形，且散流孔312的孔径与中央流道310的孔径之比处于0.3～0.35之间。发明人发现，这种比例设计能使冷却介质在中央流道310内的流动连续性更好，且避免开设更大的孔影响主轴31的强度。进一步地，可使每个散流孔312从内向外逐渐朝转子30转动方向的反向倾斜，以利于甩出冷却介质。
57.在一些实施例中，如图1所示，电机还包括壳体10。壳体10将定子20和转子30密封在其内部，主轴31通过壳体10端部的开孔伸出，以连接压缩机的压缩部分。即，该压缩机为非接触式结构，电机独立设置在壳体10内，主轴31伸出以连接位于电机外侧的压缩部分。壳体10上开设有用于引入冷却介质的进液口11和用于排出冷却介质的排出口12。较低温度的冷却介质从进液口11进入壳体10，对定子20和转子30进行冷却，温度升高，然后从排出口12
排出，将电机产生的热量带走。
58.制冷压缩机应用于蒸气压缩制冷循环系统，该循环系统主要由压缩机、冷凝器、节流装置80和蒸发器90通过管路连接成循环回路，其内循环流动有制冷剂。本实用新型实施例优选使进液口11连接于制冷系统的节流装置80，流入进液口11的冷却介质为节流后的制冷剂，使排出口12连通制冷系统的蒸发器90。在制冷循环系统中，经节流装置80节流后的制冷剂温度最低，将其引入电机的壳体10内用于冷却定子20和转子30，使定子20和转子30的降温幅度更大，冷却力度更大。
59.如图1所示，电机还包括两个径向轴承40。主轴31的两端可设置有密封圈，以与壳体10轴向两端开孔之间进行密封。
60.图4是图3所示主轴31的另一角度示意图。
61.如图1至图4所示，在一些实施例中，主轴31上形成有止推盘315。电机还包括止推轴承50。止推轴承50与止推盘315配合，用于平衡转子30的轴向外力。具体地，主轴31部分区段径向向外延展，形成直径大于周围区段的盘状结构构成止推盘315，其轴向两侧的平面为止推面，止推轴承50约束两个止推面，使主轴31无法沿轴向移动。
62.在电机运行过程中，止推轴承50与止推盘315的配合同样会产生较大的热量。为此，本实用新型实施例特别使止推盘315的至少一个止推面(止推盘轴向两个平面用于承担轴向力，称为止推面)开设有多个导流槽3150(图3、图4中阴影部分标示的为导流槽3150)，以在主轴31转动时，带动止推面处的液态冷却介质流动并将其甩出。冷却介质在流动过程中完成对止推盘315的冷却，继而使转子30的整体温度下降，使电机效率更高，可靠性更好。此外，由于开设了导流槽3150，使止推面的表面更加不平整，与冷却介质的接触面更大，紊流程度更高，换热效果更好。
63.优选地，使止推盘315的两个止推面均形成有多个导流槽3150，以使其两侧均能够得到更好地冷却。每个止推面上的各导流槽3150在止推盘315的圆周方向上均布，以使止推盘315各处的受冷更加均匀。如图3和图4所示，可使每个导流槽3150从止推面内周缘向外延伸至止推面外周缘，使其在径向方向覆盖范围更大，也利于及时甩出止推面表面的冷却介质。此外，每个导流槽3150在从止推面内周缘向外周缘的延伸方向上，其宽度逐渐增大，以利于加快冷却介质的流动速度。具体地，可使导流槽3150的宽度方向的两侧壁3151、3152沿止推面内周缘的渐开线延伸，以加快介质流动速度。在从止推面内周缘向外周缘的延伸方向上，使渐开线逐渐朝主轴31的转动方向倾斜。
64.可使每个导流槽3150的深度为0.1～0.5mm，以使导流槽3150深度更加适宜，以不影响止推盘315的强度。
65.如图1所示，止推轴承50形成有连通排出口12的通道58，以允许止推盘315甩出的冷却介质经通道58流动至排出口12。
66.图5是本实用新型中的贯流环34的结构示意图；图6是主轴31与贯流环34的装配示意图；图7是对图6所示结构沿贯流环34处进行剖切得到的剖视放大图；图8是图7所示结构的另一视角示意图。
67.在一些实施例中，如图1至图7所示，电机包括定子20和转子30。转子30可转动地设置在定子20内侧，包括主轴31和套固其上的永磁体32。主轴31内开设有沿其轴向延伸的中央流道310，主轴31的外周面向内开设有连通中央流道310的多个散流孔312和至少一个流
入口311，主轴31在流入口311的位置处套设有贯流环34。贯流环34开设有多个贯流吸口340，以在贯流环34随主轴31转动时，将液态冷却介质吸入流入口311，使冷却介质在中央流道310内流动以冷却转子30，再被多个散流孔312甩出至主轴31之外。多个贯流吸口340可沿贯流环34的周向均布。
68.本实施中，贯流环34起到泵的作用，促使主轴31之外的冷却介质能更大流量地进入中央流道310，以保证更好的冷却效果。此外，本实用新型实施例对贯流环34的贯流吸口340的延伸方向、形状、宽度等进行一系列特别设计，使得贯流吸口340的吸液能力更强，从而使更大流量的冷却介质进入中央流道310。
69.具体地，如图7和图8所示，在从贯流环34的内周至外周方向上，每个贯流吸口340逐渐朝贯流环34的转动方向倾斜地延伸。并且，在从贯流环34的内周至外周方向上，每个贯流吸口340的宽度先减小后增大。具体地，使在贯流环34的转动方向上，每个贯流吸口340朝前的前壁341为中间凸出的折线形，朝后的后壁342为直线形或内凹的弯曲形。这种形状能够使贯流环34的吸液量更大，泄漏更少。
70.如图3、图4、图7和图8所示，可使每个流入口311为与主轴31同轴的扇形，扇形的扇面也能够起到将冷却介质朝中央流道310内引导的作用。扇形流入口311的数量可为多个，例如两个，使其沿主轴31的周向分布。
71.如图1所示，可使主轴31在散流孔312的位置固定套设有一挡环35，永磁体32被贯流环34和挡环35夹在中间，以使其轴向位移被约束。挡环35上开设有与多个散流孔312一一相对的出液孔351，以允许冷却介质流出。
72.图9是本实用新型的冷却器60的结构示意图；图10是本实用新型的定子20与冷却器60的装配结构示意图；图11是图10的示意性左视图；图12是图11的a处放大图。
73.如图9至图12所示，在一些实施例中，电机还包括冷却器60。冷却器60安装于定子20，并配置成引入壳体10外部的冷却介质，然后将冷却介质喷射至转子30的外周面，以冷却转子30。常规的电机冷却结构不易冷却到的转子30外周面，使转子30冷却效果不佳。本实用新型利用喷射方式对转子30外周面进行冷却，使转子30冷却效果非常好，从而使电机运行效率更高且可靠性更好。
74.具体地，如图9所示，冷却器60包括环形总管61、进液管62和多个分支管63。其中，环形总管61的中心轴线平行于定子20的轴向，为一个中空环圈。环形总管61设置在定子20的轴向一端，例如贴靠于定子20轴向端面上。进液管62连接环形总管61，以向环形总管61注入冷却介质。多个分支管63从环形总管61的周向各处延伸出，且与环形总管61连通。多个分支管63沿定子20的轴向延伸地设置在定子20的内周部位，每个分支管63上开设有多个喷射孔631，以用于将从环形总管61引入的冷却介质喷向转子30的外周面，对转子30外周面进行冷却。在图9中，为简化示意，仅一根分支管63上示意了喷射孔631，其余分支管63的喷射孔631未画出。
75.本实施例使多个分支管63沿定子20轴向方向在定子20内周部位延伸，既能够伸入电机内部对转子30进行冷却，又不额外占据空间。而且，冷却器60利用多个分支管63全方位喷射，覆盖范围非常大。可见，本实用新型的这种冷却器的结构设计非常实用、巧妙。
76.在一些实施例中，如图9，每个分支管63与环形总管61相接的端部为第一端，另一端为第二端。发明人认识到，分支管63在越靠近其进口处(第一端)的内部压强越大，越远离
进口处内部压强越小。因此，在从分支管63第一端至第二端的方向上，使其过流截面逐渐变大，换言之，使分支管63越远离环形总管61越粗，以使分支管63长度方向各处的各喷射孔631的喷射流量一致或相差更小，以使转子30轴向各处受到的冷却更加均匀，使冷却效果更好且避免产生不利的热变形。
77.同理，在从分支管63第一端至第二端的方向上，也可使喷射孔631的孔径逐渐增大。即，越靠近分支管63第一端的喷射孔631的孔径越小。同样也使分支管63长度方向各处的各喷射孔631的喷射流量一致或相差更小。
78.在一些实施例中，如图1、图10和图12所示，可使每个分支管63嵌设在定子20的铁芯21的槽口处。定子20包括铁芯21和绕组22，铁芯21形成有沿其周向均布的多个齿211，没相邻两齿211之间形成槽212，槽212在临近齿211的外周面的区域为槽口。本实施例将分支管63嵌设在槽口处，不需要占据任何额外空间，而且不需要对定子20结构进行任何改动。
79.进一步地，可使每个分支管63的横截面形状与槽口相匹配，以便以唯一姿态插入槽口，加快插接速度，避免插接方向错误。还可使每个分支管63可转动地连接于环形总管61，且转动轴线平行于自身长度方向，以将分支管63转动至最佳姿态，以便更好地嵌入槽口。
80.图13是定子20的另一种实施结构示意图；图14是图13的b处放大图。
81.如图13和图14所示，该实施例与图9至图12实施例的区别在于，改进了定子20的铁芯21的结构。使定子20的铁芯21的每个齿211的内周面开设有凹槽2110，凹槽2110贯穿齿211的轴向两端面，以便提高定转子30之间气隙的紊流度，加快转子30外周面与气隙件的热量传导，从而加快转子30冷却速度。凹槽2110的深度h的取值范围为0.5-1.5mm，宽度c的取值范围为1-3mm。
82.图15是本实用新型一个实施例的电机在其止推轴承50处的局部示意图。
83.如图15所示，在本实用新型的一些实施例中，电机包括壳体10、定子20、转子30和止推轴承50，转子30的主轴31上形成有止推盘315。
84.止推轴承50包括两个导磁铁芯51、永磁体环52、非导磁环53。两个导磁铁芯51分别位于止推盘315的轴向两侧并与止推盘315的两个止推面间隔设置，且固定于壳体10的内壁。导磁铁芯51可由硅钢片或电工铁制成。永磁体环52与止推盘315的外周面位置相对地固定于壳体10的内壁。非导磁环53固定于永磁体环52的内周面，且与止推盘315外周面间隔设置，非导磁环53由铝合金或铜合金制成。非导磁环53的厚度大于等于0.2mm。两个导磁铁芯51、非导磁环53以及止推盘315之间的间隙内填充有磁流体55，以与两个导磁铁芯51、非导磁环53以及止推盘315构成磁回路，实现磁流体55密封，避免或减少制冷剂和润滑油的泄漏，使压缩机运行效率更高，可靠性更强。
85.如图15所示，每个导磁铁芯51为环状，其套在主轴31上。并且，每个导磁铁芯51朝向止推面的一侧具有围绕主轴31延伸的环状凹槽512。止推轴承50还包括两个隔磁环54，分别位于止推盘315的轴向两侧，并套固于主轴31上。每个隔磁环54的远离止推盘315的端部区段的外周面形成多个直径大于隔磁环54其余区段的凸起环541，以阻挡磁流体55外流。凸起环541凸出于隔磁环54其余区段的高度为n，隔磁环54外周面与导磁铁芯51内周面的间隙为m，满足0.3≤n/m≤0.5。
86.每个止推面的根部具有一台阶部3102，台阶部3102的宽度等于导磁铁芯51与止推
面的之间的间隙宽度。每个隔磁环54的一端抵靠于台阶部3102的端面上，使导磁铁芯51的一个端面(靠近止推盘315的端面)与隔磁环54的一个端面平齐。隔磁环54的长度大于导磁铁芯51的长度，以使个隔磁环54的另一端面凸出于导磁铁芯51的另一端面，以便于使多个凸起环541朝导磁铁芯51的投影落在导磁铁芯51的内周面之外，以方便阻挡磁流体55。
87.本实用新型实施例对导磁铁芯51、非导磁环53、隔磁环54等形状、材料、尺寸等进行上述一系列优化设计，使得磁流体55密封结构的密封性能更好，且运行更加可靠，故障率更低。
88.另一方面，本实用新型还提供了一种压缩机，其包括如以上任一实施例所述的电机，以由电机驱动压缩机的压缩部分，使其对气体进行压缩。压缩机可为离心压缩机、螺杆压缩机等等形式，本实用新型不对其压缩形式进行限定。
89.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。