电机定子固定结构及压缩机的制作方法

1.本实用新型属于压缩机技术领域，具体涉及一种电机定子固定结构及压缩机。


背景技术：

2.当前压缩机的运行频率日趋宽频化设计，但目前也会存在一定的问题，特别是压缩机存在低频下运行电机效率偏低，而在高频下运行电机振动较大噪声较大的问题，究其原因和电机的定子的硅钢片受应力的状态和装配方式有很大关系，当前电机的定子的固定方式主要采用热套的方式与壳体过盈配合，为保证压缩机运行可靠性，尤其是高频运行时的电机的定子固定的可靠稳定，因为高频下运行，电机发热量大壳体和定子的温度升高、定子的过盈量减小，预紧力降低，定子的振动较大，进而噪声较大，可靠性变差。所以通常装配设计电机的定子时采用较大的过盈量，保障高频运行可靠性问题，但势必造成电机的定子受装配压应力较大的缺点，因此，压缩机低频运行时，硅钢片受压应力大，铁损也越大，电机的运行效率越低，因此需要提出一种电机定子固定结构，提高电机的低频运行效率。


技术实现要素：

3.因此，本实用新型要解决压缩机低频运行时，硅钢片受压应力大，铁损也越大，电机的运行效率越低的技术问题。从而提供一种电机定子固定结构及压缩机。
4.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种电机定子固定结构，包括：壳体、定子和衬套，壳体套设在定子上，壳体与定子之间设置有衬套，壳体、定子和衬套均具有热传导性，并且衬套的热膨胀系数分别大于定子的热膨胀系数和壳体的热膨胀系数。
5.衬套采用包覆、电镀、烧结、浸涂或喷涂的方式粘着于定子的表面。
6.在一些实施例中，常温下壳体和定子的设计过盈量为：
7.rd+2t-rk＞d，
8.其中，rd定子的外径，rk为壳体的内径，t为衬套的单边厚度，d为常温设计过盈量。
9.在一些实施例中，d的取值范围为：0.06mm～0.14mm。
10.在一些实施例中，随温度的变化壳体和定子的过盈量：
11.d
t
＝rd+rdλdδt+2t+2tλ
t
δt-r
k-rkλkδt
12.其中，rd定子的外径，rk为壳体的内径，t为衬套的单边厚度，λd为定子的热膨胀系数，λk为壳体的热膨胀系数，λ
t
为衬套的热膨胀系数，δt为温度变化量，d
t
为δt时的过盈量。
13.在一些实施例中，d
t
的取值为：0.06mm＜dt＜0.14mm。
14.在一些实施例中，λd、λk和λ
t
之间的关系满足：λd＜λk＜λ
t
。
15.在一些实施例中，衬套的材料为铝、铜、铝合金、铜合金、高分子材料和硬质塑料中的至少一种。
16.在一些实施例中，衬套的厚度为：0.5mm≤t≤8mm。
17.在一些实施例中，衬套的厚度为：3mm≤t≤5mm。
18.本实用新型还提供一种压缩机，包括上述的电机定子固定结构。
19.本实用新型提供的电机定子固定结构具有下列有益效果：
20.本实用新型提供了一种电机定子固定结构，包括：壳体、定子和衬套，壳体套设在定子上，壳体与定子之间设置有衬套，壳体、定子和衬套均具有热传导性，并且衬套的热膨胀系数分别大于定子的热膨胀系数和壳体的热膨胀系数。本实用新型实现的是一种宽频运行、电机低频高效、高频低振低噪的压缩机。电机的定子可以先采用衬套包裹后，再整体与压缩机壳体装配，可实现装配过盈量小，高频过盈量大的特点，从而保证电机的定子装配和低频运行受到较小的压应力，电机的定子铁损较小，进而在低频下有较高的电机效率，而在高频运行条件下，壳体温度升高后衬套的膨胀量增加，进而增大壳体对电机的定子的抱紧力，减小电机的定子在高频高速运行下的振动，从而可以保证在高频高速条件下电机也能正常的运转。最终能够保证压缩机在宽频范围内运行保证低频高效和高频低振可靠性的特点。
21.另一方面，本实用新型提供的压缩机基于上述电机定子固定结构设计的，其有益效果参见上述电机定子固定结构的有益效果，在此，不一一赘述。
附图说明
22.图1为本现有的电机定子固定结构的结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例的电机定子固定结构的结构示意图；
24.图3为本实用新型实施例的电机定子固定结构的局部半剖图；
25.附图标记表示为：
26.10、壳体；20、定子；30、衬套。
具体实施方式
27.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.结合图1所示，在传统旋转式压缩机行业，电机的定子20一般和压缩机的壳体10固定，当前电机的定子20的固定方式主要采用热套的方式与壳体10过盈配合，设计的时候将电机的定子20的外径设计大于壳体10的内径，两者的差值即为设计的过盈量，然后再利用材料热胀冷缩的热特性，将压缩机的壳体10迅速加热到500～600℃使其膨胀，让壳体10的直径增长量大于设计过盈量，再将电机的定子20置于壳体10内部，待壳体10冷却后其直径缩回至原来尺寸，因此壳体10会对电机的定子20形成过盈抱紧力，实现对电机的定子20的固定，即压缩机行业统称的电机的定子20热套过盈装配。因材料热膨胀特性的差异，电机的定子20的材料的热膨胀系数会小于壳体10的材料的膨胀系数，当压缩机在高频下运行，气缸的高温气体及电机发热量会使电机的定子20和压缩机的壳体10温度升高，从而造成电机的定子20和壳体10的实际过盈量减小，过盈抱紧力降低，定子振动较大，进而噪声较大，可靠性差的特点。
29.所以电机的定子20和壳体10装配通常设计较大的过盈量，以保证高频高温运行条件下，电机的定子20和壳体10仍有足够的过盈量，保障高频运行可靠性问题，但如此势必造成电机的定子20受装配压应力较大的缺点，因此，压缩机低频运行时，硅钢片受压应力大，铁损也越大，电机的运行效率越低，因此需要提出一种电机定子固定结构，提高电机的低频运行效率。
30.结合图1至图3所示，本实用新型还提供了一种电机定子固定结构，包括：壳体10、定子20和衬套30，壳体10套设在定子20上，壳体10与定子20之间设置有衬套30，壳体10、定子20和衬套30均具有热传导性，并且衬套30的热膨胀系数分别大于定子20的热膨胀系数和壳体10的热膨胀系数。
31.本实用新型实现的是一种宽频运行、电机低频高效、高频低振低噪的压缩机。电机的定子20可以先采用衬套30包裹后，再整体与压缩机壳体装配，可实现装配过盈量小，高频过盈量大的特点，从而保证电机的定子20装配和低频运行受到较小的压应力，电机的定子20铁损较小，进而在低频下有较高的电机效率，而在高频运行条件下，壳体10温度升高后衬套30的膨胀量增加，进而增大壳体10对电机的定子20的抱紧力，减小电机的定子20在高频高速运行下的振动，从而可以保证在高频高速条件下电机也能正常的运转。最终能够保证压缩机在宽频范围内运行保证低频高效和高频低振可靠性的特点。
32.在一些实施例中，衬套30采用包覆、电镀、烧结、浸涂或喷涂的方式粘着于定子20的表面。
33.通常电机的定子20材料通常采用的材料为硅钢片，而压缩机的壳体10材料较多的采用碳素结构钢，一般硅钢片的线膨胀系数较碳素结构钢较小，因此往往其配合过盈量会随着温度的升高逐步减小，其抱紧力也会逐步缩小，会对压缩机的振动、噪声及可靠性造成影响。
34.本实施例的衬套30采用包覆、电镀、烧结、浸涂或喷涂的方式粘着于定子20的表面，衬套30的热膨胀系数大于定子20和壳体10的热膨胀系数。
35.其次再将处理好的定子20与壳体10采用小过盈的方式定位和固定，如此工艺和操作具有明显的好处，即可以在常温装配时设计较小的过盈量，保证电机的低频运行时保持较高的效率，其次随着压缩机运行频率上升，壳体10内部温度上升，因为衬套30的温度敏感性极佳，其尺寸呈现增长规律，可以弥补高温过盈量不足的特点，保证抱紧力防止压缩机的振动和噪声过大，及可靠性出现问题。
36.在一些实施例中，常温下壳体10和定子20的设计过盈量为：
37.rd+2t-rk＞d，
38.其中，rd定子20的外径，rk为壳体10的内径，t为衬套30的单边厚度，d为常温设计过盈量。
39.在一些实施例中，d的取值范围为：0.06mm～0.14mm。
40.在一些实施例中，随温度的变化壳体10和定子20的过盈量：
41.d
t
＝rd+rdλdδt+2t+2tλ
t
δt-r
k-rkλkδt
42.其中，rd定子20的外径，rk为壳体10的内径，t为衬套30的单边厚度，λd为定子20的热膨胀系数，λk为壳体10的热膨胀系数，λ
t
为衬套30的热膨胀系数，δt为温度变化量，d
t
为δt时的过盈量。
43.在一些实施例中，d
t
的取值为：0.06mm＜dt＜0.14mm。
44.在一些实施例中，λd、λk和λ
t
之间的关系满足：λd＜λk＜λ
t
。保证抱紧力防止压缩机的振动和噪声过大，及可靠性出现问题。
45.在一些实施例中，衬套30的材料为铝、铜、铝合金、铜合金、高分子材料和硬质塑料中的至少一种。具有良好的热传导性，保证抱紧力防止压缩机的振动和噪声过大，及可靠性出现问题。
46.在一些实施例中，衬套30的厚度为：0.5mm≤t≤8mm。
47.在一些实施例中，衬套30的厚度为：3mm≤t≤5mm。保证抱紧力防止压缩机的振动和噪声过大，及可靠性出现问题。
48.本实用新型还提供一种压缩机，包括上述的电机定子固定结构。
49.以下采用某一机型的压缩机的壳体10及电机的定子10的配合情况为例进行说明。
50.正常情况下在未增加衬套30的结构前，该压缩机的定子20和壳体10的规格尺寸及材料特性和装配情况如下表1为常规某压缩机的装配情况，表2为压缩机运行过程中其过盈量变化趋势，以压缩机运行温度区间为室温20℃～150℃，进行说明对比。
51.表1常规某压缩机的装配情况
[0052][0053]
根据材料的热力学膨胀计算公式，材料尺寸变化随温度满足公式：l
t
＝l0+δt
·
λ
·
l0，其中，l0表示零件的原始尺寸，δt表示零件升温量，λ是零件的热膨胀系数，因此在压缩机运行过程中所有零件的尺寸变化及温度点对应尺寸均采用此热力学膨胀公式计算所得，如下变所示。
[0054]
表2常规某压缩机运行过盈量变化趋势
[0055]
温度(℃)定子直径(mm)壳体直径(mm)尺寸(mm)20101.14000101.000000.1400030101.15163101.014140.1374940101.16326101.028280.1349850101.17489101.042420.1324760101.18652101.056560.1299670101.19815101.070700.1274580101.20978101.084840.1249490101.22141101.098980.12243100101.23304101.113120.11992110101.24467101.127260.11741120101.25630101.141400.11490130101.26793101.155540.11239140101.27956101.169680.10988
150101.29119101.183820.10737
[0056]
从上述装配过盈看，装配过盈量为0.14mm，最高温度运行情况下的过盈量为0.107mm，并且过盈量是逐步减小，表明电机的定子20材料的膨胀量不及壳体10膨胀量即认为此压缩机高频运行条件下最小过盈量为0.107mm。因此在增设衬套20时，以此数据对标，并且为保证电机的能力发挥，电机的定子20尺寸不变主要是优化衬套30厚度和壳体10内径，经核算优化后的压缩机装配情况及运行过程中过盈量的变化趋势如下表3及表4。
[0057]
表3某压缩机添加衬套后的装配情况
[0058][0059]
采用上述的热力学膨胀公式计算其运行过程中的过盈量变化趋势如下表。
[0060]
表4某压缩机添加衬套后运行过盈量变化趋势
[0061][0062]
从以上数据分析，当达到相同运行温度时，常规固定方案和本结构衬套30方案过盈量相同，但初始过盈量本结构方案比常规固定方案小0.015μm，经电机性能效率测试本结构方案结构均优于常规方案，其结果如下，表5某压缩机常规方案和本方案电机效率测试对比结果。
[0063]
表5某压缩机常规方案和本方案电机效率测试对比结果
[0064][0065]
从上述电机效率的测试结果分析，电机的效率随温度的变化呈现逐步提升的趋势，主要是因为过盈量逐步减小，压应力降低电机效率提高，其次相比两个方案，本结构方案相对常规方案的效率提升随温度升高差异减小，主要是因为本结构方案在相同温度下的过盈量相对常规方案差异越来越小，即应力趋于一致，因此，整体表现还有衬套30方案电机效率低温效果明显，高温效果相对较小，因此对应压缩机的运行工况，低频运行效率运行提升明显，高频提升较小。
[0066]
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式可以自由地组合、叠加。
[0067]
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种电机定子固定结构，其特征在于，包括：壳体(10)、定子(20)和衬套(30)，所述壳体(10)套设在所述定子(20)上，所述壳体(10)与所述定子(20)之间设置有衬套(30)，所述壳体(10)、所述定子(20)和所述衬套(30)均具有热传导性，并且所述衬套(30)的热膨胀系数分别大于所述定子(20)的热膨胀系数和所述壳体(10)的热膨胀系数。2.根据权利要求1所述的电机定子固定结构，其特征在于，所述衬套(30)采用包覆、电镀、烧结、浸涂或喷涂的方式粘着于所述定子(20)的表面。3.根据权利要求1所述的电机定子固定结构，其特征在于，常温下所述壳体(10)和定子(20)的设计过盈量为：r
d
+2t-r
k
＞d，其中，r
d
所述定子(20)的外径，r
k
为所述壳体(10)的内径，t为所述衬套(30)的单边厚度，d为常温设计过盈量。4.根据权利要求3所述的电机定子固定结构，其特征在于，所述d的取值范围为：0.06mm～0.14mm。5.根据权利要求1所述的电机定子固定结构，其特征在于，随温度的变化所述壳体(10)和定子(20)的过盈量为：d
t
＝r
d
+r
d
λ
d
δt+2t+2tλ
t
δt-r
k-r
k
λ
k
δt，其中，r
d
所述定子(20)的外径，r
k
为所述壳体(10)的内径，t为所述衬套(30)的单边厚度，λ
d
为所述定子(20)的热膨胀系数，λ
k
为所述壳体(10)的热膨胀系数，λ
t
为所述衬套(30)的热膨胀系数，δt为温度变化量，d
t
为δt时的过盈量。6.根据权利要求5所述的电机定子固定结构，其特征在于，所述d
t
的取值为：0.06mm＜d
t
＜0.14mm。7.根据权利要求5所述的电机定子固定结构，其特征在于，所述λ
d
、λ
k
和λ
t
之间的关系满足：λ
d
＜λ
k
＜λ
t
。8.根据权利要求1所述的电机定子固定结构，其特征在于，所述衬套(30)的材料为铝、铜、铝合金、铜合金、高分子材料和硬质塑料中的至少一种。9.根据权利要求1所述电机定子固定结构，其特征在于，所述衬套(30) 的厚度为：0.5mm≤t≤8mm。10.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的电机定子固定结构。

技术总结
本实用新型提供了一种电机定子固定结构压缩机，电机定子固定结构包括：壳体、定子和衬套，壳体套设在定子上，壳体与定子之间设置有衬套，壳体、定子和衬套均具有热传导性，并且衬套的热膨胀系数分别大于定子的热膨胀系数和壳体的热膨胀系数。本实用新型保证电机的定子装配和低频运行受到较小的压应力，电机的定子铁损较小，进而在低频下有较高的电机效率，而在高频运行条件下，壳体温度升高后衬套的膨胀量增加，进而增大壳体对定子的抱紧力，减小定子在高频高速运行下的振动，从而可以保证在高频高速条件下电机也能正常的运转。最终能够保证压缩机在宽频范围内运行保证低频高效和高频低振可靠性的特点。频低振可靠性的特点。频低振可靠性的特点。


技术研发人员：胡文祥 李亮 关蕴奇 李业林 贾波 史正良
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2022/5/25