电机铁芯、涡旋压缩机及制冷设备的制作方法

1.本发明涉及压缩机技术领域，特别地涉及一种电机铁芯、涡旋压缩机及制冷设备。


背景技术：

2.电机铁芯是压缩机的重要组成部分，特别地，涡旋压缩机具有振动小、零件少和可靠性高的突出优点，而广泛应用在制冷空调领域。与其它封闭式制冷压缩机类似，涡旋压缩机的基本结构也是由封闭在全密闭壳体中的机械泵体单元和电机单元构成。机械泵体单元完成制冷剂的吸入、压缩机和排出，电机单元提供所需要的动力。通常，电机单元与机械泵体单元的能量供给需要主轴来传送，这个轴一端热套在电机转子中，另一端通过一定的结构驱动泵体，电机转子外套设有电机定子，电机定子安装在壳体上。对于涡旋压缩机而言，一般采用两个滚动轴承(称为主副轴承)，来对主轴进行定位和支撑。
3.主副轴承的轴线难以做到完全重合，存在一定的偏差，这个偏差用同轴度来衡量。因此，主副轴承不同轴将导致主轴的轴线以及热套在主轴上的转子相对壳体以及电机定子铁芯的轴线发生倾斜，直接的后果就是造成定子与转子之间的间隙不均匀。定子与转子间隙不均匀，将导致电机径向电磁力波动增大，进而造成电磁噪声的增大。电磁噪声通常分布在中频和低频频段，中低频噪声穿透力强，不容易屏蔽和消除，因此消减电磁噪声有着重要的意义。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中涡旋压缩机的定子与转子之间气隙不均匀，将导致电机径向电磁力波动增大，进而造成电磁噪声的增大的问题，本技术提出了一种电机铁芯、涡流压缩机及制冷设备，能够减小气隙不均匀度，降低电磁噪声。
5.第一方面，本发明提出一种电机铁芯，包括转子铁芯和套设于其上的定子铁芯，所述定子铁芯的内表面和/或所述转子铁芯的外表面为圆锥面，以使所述定子铁芯与所述转子铁芯之间形成宽度沿所述铁芯轴向逐渐增大的气隙。
6.在一个实施方式中，所述定子铁芯的内表面和所述转子铁芯的外表面之间具有夹角θ，θ满足以下关系式：
[0007][0008]
式中，c为所述转子铁芯所在的主轴的两端对应的第一轴承和第二轴承的同轴度，l为所述第一轴承和所述第二轴承的间距，λ为小于1的常数。通过本实施方式，对转子铁芯或定子铁心的圆锥面的倾斜程度进行限制，降低气隙不均匀度的同时，避免气隙磁阻的增加过大，在气隙磁阻和气隙均匀度之间取得优化。
[0009]
在一个实施方式中，式中，λ的取值范围为0.3～0.6。通过本实施方式，对小于1的λ常数进一步确定取值范围。
[0010]
在一个实施方式中，所述定子铁芯的内表面和所述转子铁芯的外表面均为圆锥
面。通过本实施方式，能够分别对定子铁芯的内表面和转子铁芯的外表面加工圆锥面，并且定子铁芯的圆锥面与转子铁芯的圆锥面的倾斜方向相反，降低当需要对微小型转子铁芯或定子铁芯进行加工时的工艺要求。
[0011]
在一个实施方式中，所述定子铁芯的圆锥面的圆锥角为θ’，所述转子铁芯的圆锥面的圆锥角为θ”，满足，θ’ θ”＝θ。通过本实施方式，将原本需要单独加工到定子铁芯或转子铁芯上的圆锥角分割为两部分，分别加工到定子铁芯和转子铁芯上。
[0012]
在一个实施方式中，所述定子铁芯的圆锥面的圆锥角等于所述转子铁芯的圆锥面的圆锥角。
[0013]
在一个实施方式中，所述圆锥面的母线为直线或曲线。
[0014]
在一个实施方式中，所述气隙的宽度沿所述铁芯轴向均匀增大。通过本实施方式，保证转子铁芯与定子铁芯的表面光滑度，降低噪音。
[0015]
第二方面，本发明提出一种涡旋压缩机，包括上述的电机铁芯。
[0016]
第三方面，本发明提出一种智能设备，包括上述涡旋压缩机。
[0017]
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
[0018]
本发明提供的一种电机铁芯、涡旋压缩机及制冷设备，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
[0019]
本发明的定子铁芯与转子铁芯之间的气隙宽度沿铁芯的轴向方向逐渐增大，既降低了气隙不均匀度，又使得气隙磁阻的增加不至于过大，在气隙磁阻和气隙均匀度之间取得了优化，从而降低了气隙磁阻的波动率，导致径向电磁力波动率的下降，最终有效降低压缩机整机的电磁振动和电磁噪声。
附图说明
[0020]
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
[0021]
图1显示了定子铁芯与转子铁芯气隙增大的俯视示意图；
[0022]
图2显示了定子铁芯的内径增大的主视剖面示意图；
[0023]
图3显示了转子铁芯的外径减小的主视剖面示意图；
[0024]
图4显示了本发明的定子铁芯与转子铁芯的安装位置示意图；
[0025]
图5显示了主轴轴线倾斜的对比示意图；
[0026]
图6显示了转子铁芯相对定子铁芯偏移时的俯视对比示意图；
[0027]
图7显示了转子铁芯相对定子铁芯偏移时的主视剖面对比示意图；
[0028]
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
[0029]
附图标记：
[0030]
10-转子铁芯，20-定子铁芯，30-主轴，31-第一轴承，32-第二轴承。
具体实施方式
[0031]
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0032]
实施例1
[0033]
本发明提出一种电机铁芯，包括转子铁芯10和套设于其上的定子铁芯20，定子铁
芯20的内表面和/或转子铁芯10的外表面为圆锥面，以使定子铁芯20与转子铁芯10之间形成宽度沿铁芯轴向逐渐增大的气隙。
[0034]
具体地，如附图1-3，定子铁芯20与转子铁芯10之间的气隙沿铁芯的轴向方向逐渐增大，既降低了气隙不均匀度，又使得气隙磁阻的增加不至于过大，在气隙磁阻和气隙均匀度之间取得了优化，从而降低了气隙磁阻的波动率，导致径向电磁力波动率的下降，最终有效降低压缩机整机的电磁振动和电磁噪声。
[0035]
需要进一步说明的是：电磁噪声本质上仍然是一种机械噪声，它只不过是电磁力作用在电机铁芯上造成的机械振动而引起的机械噪声。由于电磁力的生成机理与机械力迥然不同，才把电磁噪声单独作为一类噪声列出。定子铁芯20与转子铁芯10之间的气隙，对电磁噪声有重要影响。实际上，具有径向长度的气隙，构成了电机磁路中最主要的磁阻。电机的磁场能量，基本上都集中在气隙磁阻上。而电机的磁通，由电机的磁动势除以磁阻所决定。当气隙长度变化很小时，也就是气隙磁阻变化也很小，此时，磁通的变化很小，对应的电磁力变化很小。根据振动理论，可知，造成机械构件振动大的原因，不在于外界施加力的大小，而在于外界施加力变化的大小，因此，气隙磁阻变化的大小，而不是气隙磁阻本身的大小，是决定电磁力变化进而决定电磁噪声大小的决定性因素。
[0036]
由上可知，电机定转子气隙分布的不均匀度，是影响电磁噪声的重要因素。减小定转子气隙的不均匀度，亦称波动率，可以有效抑制电磁噪声。如附图6和7，图6和图7中左侧结构为定子铁芯20的内表面及转子铁芯10的外表面均为圆柱形的示意图，右侧为定子铁芯20与转子铁芯10相对倾斜时的俯视示意图以及主视剖视图，此时定子铁芯20与转子铁芯10之间的气隙不均匀度记为δ，满足下式(2)：
[0037][0038]
上述(2)中，c
max
为最大气隙宽度，c
min
为最小气隙宽度，d为定子铁芯20的内径，d为转子铁芯10的外径，(d-d)/2为气隙平均值。
[0039]
根据上式(2)可知，如果将定子铁芯20内径增大2δ，保持转子铁芯10的外径不变，则最大气隙和最小气隙各增大δ，此时的气隙不均匀度为δ’，满足下式(3)：
[0040][0041]
由式(2)和式(3)比较可知，δ’的值小于δ的值，定子铁芯20内径增大2δ后，定子铁芯20与转子铁芯10之间的气隙不均匀度减小了，这将导致径向电磁力波动的减小，进而降低对应的电磁噪声。
[0042]
同理，根据上式(2)，如果将转子铁芯10的外径减小2δ，并保持定子铁芯20的内径不变，则最大气隙和最小气隙各增大δ，此时的气隙不均匀度为δ”，满足下式(4)：
[0043][0044]
可见，此时的气隙不均匀度也将减小，这同样将导致径向电磁力波动的减小，进而降低对应的电磁噪声。以上为本技术所依据的科学原理。
[0045]
另外，实际上，第一轴承31和第二轴承32的轴线不同轴造成的主轴30倾斜角一般在0.1
°
左右，对定子铁芯20或者转子铁芯10做圆锥化设计时的δ值一般小于0.15mm，本技术的附图是为了说明问题，突出重点，将实际情况放大了数倍。
[0046]
实施例2
[0047]
本实施例是在实施例1的基础上作出的进一步优化如下：定子铁芯20的内表面和转子铁芯10的外表面之间具有夹角θ，满足以下关系式(1)：
[0048][0049]
上式(1)中λ＝0.3～0.6，c为贯穿转子铁芯10的主轴30上套设的位于转子铁芯10两侧的第一轴承31和第二轴承32的同轴度，l为第一轴承31和第二轴承32的间距。如附图5，左侧结构为第一轴承31和第二轴承32理论上同轴时与定子铁芯20的位置关系示意图；右侧结构为第一轴承31和第二轴承32不同轴时与定子铁芯20的位置关系示意图。对转子铁芯10或定子铁心的圆锥面的倾斜程度进行限制，降低气隙不均匀度的同时，避免气隙磁阻的增加过大，在气隙磁阻和气隙均匀度之间取得优化。当定子铁芯20的内表面为圆锥面时，转子铁芯10的外表面为圆柱形；当转子铁芯10的外表面为圆锥形时，定子铁芯20的内表面为圆柱形。
[0050]
具体地，定子铁芯20的内表面与转子铁芯10的外表面之间的夹角θ，更具体地描述为：定子铁芯20与转子铁芯10装配完毕后，沿轴线剖切得到剖切面，如附图2和附图3，θ为定子铁芯20外侧轮廓边线与转子铁芯10内侧的轮廓边线之间的夹角。若只是在轴向方向固定增大定子铁芯20的内径尺寸，或固定减小转子铁芯10的外径尺寸，即保持改变尺寸后的定子铁芯20或转子铁芯10仍为圆柱形，会使气隙磁阻变得过大，导致电机功率增大，效率降低。
[0051]
进一步地，λ的取值为0.3、0.4、0.5、及0.6等，λ需要根据经验取值，它反映了这样一个事实：由式(1)中参数c和l确定的角度，是一个概率事件，即根据c和l确定的角度，实际上发生的概率是比较低的，因此，实际确定圆锥角θ就需要打一个折扣，因此需要乘以一个小于1的系数λ。
[0052]
实施例3
[0053]
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步优化如下：定子铁芯20的内表面和转子铁芯10的外表面均为圆锥面。能够分别对定子铁芯20的内表面和转子铁芯10的外表面加工圆锥面，并且定子铁芯20的圆锥面与转子铁芯10的圆锥面的倾斜方向相反，降低当需要对微小型转子铁芯10或定子铁芯20进行加工时的工艺要求。定子铁芯20的圆锥面的圆锥角为θ’，转子铁芯10的圆锥面的圆锥角为θ”，满足，θ’ θ”＝θ。进一步的，θ’＝θ”，针对微小型压缩机，当定子铁芯20或转子铁芯10中其中一个构件加工难度更大时，也可以设置加工难度更大的构件的圆锥角小于另一个更易加工的构件。将原本需要单独加工到定子铁芯20或转子铁芯10上的圆锥角分割为两部分，分别加工到定子铁芯20和转子铁芯10上。
[0054]
具体地，针对大型压缩机电机等满足工艺要求的情况下，可以同时在定子铁芯20的内表面或转子铁芯10的外表面加工圆锥面，定子铁芯20和转子铁芯10的圆锥面的圆锥角之和等于单独在定子铁芯20和转子铁芯10中一个加工圆锥面时的圆锥角相等或略小。当同时在定子铁芯20的内表面或转子铁芯10的外表面加工圆锥面时，定子铁芯20的内径沿轴向逐渐增大，此时转子铁芯10的外径沿该方向逐渐减小。
[0055]
转子铁芯10与定子铁芯20的轴线夹角为0.05
°
～0.15
°
。具体地，转子铁芯10热套在主轴30上，主轴30上套设的第一轴承31和第二轴承32分别位于转子铁芯10的两侧，第一
轴承31和第二轴承32的轴线难以做到完全重合，存在一定偏差，因此导致的直接结果就是，转子铁芯10的轴线与定子铁芯20的轴向具有一定夹角。其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。
[0056]
实施例4
[0057]
圆锥面的母线为直线或曲线。满足气隙的宽度逐渐增大的条件。气隙的宽度沿铁芯轴向均匀增大，保证转子铁芯10与定子铁芯20的表面光滑度，降低风阻。其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。
[0058]
实施例5
[0059]
本发明提出一种涡旋压缩机，包括上述的电机铁芯，进而具备其所具备的全部技术效果。
[0060]
实施例6
[0061]
本发明提出一种智能设备，包括上述涡旋压缩机，进而具备其所具备的全部技术效果。
[0062]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”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发明和简化描述，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发明的限制。
[0063]
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。