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具有永磁体的同步电动机包括缠绕的定子(1)、以及转子(5)，所述定子包括轴向地延伸且形成在框架中的定子齿，所述转子包括轴向地延伸到圆柱形头部(6)内的多个所述磁体，所述磁体按照所述转子(5)的通量集中构造而被嵌入，其中，所述转子(5)的第一长度(Ls1)大于所述定子齿(2)的第二长度(Ls1)，并且其中所述第一长度(Ls1)与所述第二长度(Ls2)的比值(r)低于1.3。压缩机的特征在于其包括这样的电动机。

1.  一种具有永磁体的同步电动机，其为以下类型：所述同步电动机包括缠绕的定子(1)以及转子(5)，所述定子包括轴向地延伸并且形成在外壳(3)中的定子齿(2)，所述转子包括多个所述磁体，所述磁体在头部(6)中轴向地延伸、并且按照通量集中类型的所述转子(5)的架构而被嵌入，其特征在于，所述转子(5)的第一长度(Ls1)长于所述定子齿(2)的第二长度(Ls2)，且在于，所述第一长度(Ls1)与所述第二长度(Ls2)的比值(r)小于1.3。

2.  根据权利要求1所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，所述比值(r)基本被包含在1.2至1.3之间。

3.  根据权利要求1或2所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，所述比值是预先确定的，使得所述第一长度(Ls1)短于第三预定长度(Lm)，并且包括扭矩和输出的所述电动机的电性能基本等于或大于预定名义值。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，所述比值(r)是预先确定的，使得所述定子齿(2)和所述转子(5)之间的三维磁通量的第一贡献基本等于或大于参考定子和参考转子之间的气隙(9)中的二维磁通量的第二贡献，所述参考定子和参考转子每个在具有所述预定名义值的参考电动机中具有所述预定长度(Lm)

5.  根据前述权利要求中任一项所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，所述比值(r)还被预先确定为最小化所述永磁体重量的增加以及材料的增加，以及降低所述外壳(3)和所述头部(6)的制造。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，所述永磁体按照具有径向取向类型的所述转子(5)的架构而被嵌入。

7.  根据权利要求6所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，所述转子(5)包括臂(8)和具有中央芯部的头部(6)，所述臂相对于所述中央芯部径向地延伸，且在于，所述臂每个在其外周上包括在臂(8)的两侧延伸的两个边缘部(105)。

8.  根据权利要求7所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，所述永磁体被容纳在头部(6)中的凹陷部(7)中，且在于，所述凹陷部(7) 每个由转子(5)的两个相邻臂(8)的彼此相对的两个侧表面(112)、在所述两个相邻臂之间延伸的芯部的外表面以及所述两个相邻臂的边缘部(105)界定。

9.  根据权利要求1至8中任一项所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，所述永磁体由铁氧体构成。

10.  根据权利要求1至7中任一项所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，所述头部(6)和所述外壳(3)每个由堆叠的板构成。

11.  根据权利要求1至10中任一项所述的具有永磁体的同步电动机，其特征在于，定子齿(2)的数量大于永磁体(114)的数量。

12.  一种用于冷却剂流体的压缩机，其被设计用于空调设备，其特征在于，所述压缩机包括由根据前述权利要求1至11中任一项所述的具有永磁体的同步电动机驱动的螺旋部。

具有永磁体的同步电动机以及包括这种电动机的电压缩机
技术领域
本发明涉及一种具有永磁体的同步电动机，其应用在汽车工业中，特别是用于电压缩机。
本发明还涉及包括该电动机的电压缩机。
背景技术
目前，生态方面的因素，并且特别是对抗全球变暖，支持电动车辆的发展。
然而，这些车辆的电池对气候条件敏感，并且在最困难的条件下车辆的自主性会大大减小。因此，需要一种空调系统。
在具有热机的车辆中，空调系统的压缩机通常被机械地联接至该发动机。
在电动车辆中，压缩机由电动机驱动，所述电动机必须遵从许多约束，不仅在功率、扭矩、以及旋转速度方面，而且在尺寸和重量方面。
这种类型的电动机已经在于2011年在摩洛哥的马拉喀什(Marrakesh)举行的会议Progress in Electromagnetism Research Symposium中由M.Khanchoul等人在2011年3月20-23日提出的文章(Design and study of a permanent magnet synchronous motor)中讨论过，在PIERS第160页。
这是一种具有NdFeB类型的永磁体、6kW的名义功率、6Nm的最大扭矩以及10000rpm的最大速度的同步电动机。该电机的重量小于2kg，并且其长度小于50mm。在这种类型的电机中，永磁体是表面类型的，并且被植入到转子的外周上。这些磁体由环圈(collar)保持。
为了满足日益增加的紧凑性的约束，出现了对具有相同名义性能、却具有减小的长度和重量的电动机的需求。
发明内容
本发明的目的因此是满足这种需求。
本发明的主题具体是一种具有永磁体类型的同步电动机，其为以下类型：所述电动机包括缠绕的定子以及转子，所述定子包括轴向地延伸并且形成在外壳中的定子齿，所述转子包括多个这些磁体，所述磁体在头部中轴向地延伸，并且按照通量集中的架构而被嵌入。
这种具有永磁体的同步电动机区别在于，转子的第一长度长于定子齿的第二长度，并且第一长度与第二长度的比值小于1.3。
根据单独或结合考虑的其他特点：
-该比值是预先确定的，使得该第一长度短于第三预定长度，并且包括扭矩和输出的电动机的电性能基本等于或大于预定名义值。
-该比值被高度有利地地预先确定，使得定子齿和转子之间的三维磁通量的第一贡献(contribution)基本等于或大于参考定子和参考转子之间的气隙中的二维磁通量的第二贡献，所述参考定子和参考转子每个在具有相同预定名义值的参考电动机中具有该第三预定长度。
-优势还得自于，该比值还被预先确定为最小化永磁体重量的增加和材料的增加，以及降低头部和外壳的制造。
-该比值优选地在1.2到1.3之间。
-磁体按照具有径向取向的所述转子的架构而被嵌入。
-转子包括臂和具有中央芯部的头部，所述臂相对于中央芯部径向地延伸。
-臂每一个在其外周上包括在臂的两侧延伸的两个边缘部。
-永磁体被容纳在头部中的凹陷部中，所述凹陷部每个由转子的两个相邻臂的彼此相对的两个侧表面、在两个相邻臂之间延伸的芯部的外表面以及两个相邻臂的边缘部界定。
-在根据本发明的具有永磁体的同步电动机中，永磁体还有利地由铁氧体构成。
-根据本发明的具有永磁体的同步电动机的头部和外壳每个还高度有利地由堆叠板构成。
-定子齿的数量大于永磁体的数量。
本发明还涉及一种用于冷却剂流体的电压缩机，其被设计用于空调设备，所述压缩机区别在于其包括由具有上述特点的具有永磁体的同步电动机驱动的螺旋部。
这些实质的说明将使由根据本发明的具有永磁体的同步电动机、以及使用所述电动机的电压缩机所提供的、相比较于现有技术的优势对于本领域技术人员来说显而易见。
本发明的详细说明将结合附图提供在以下描述中。应注意的是，这些附图仅用于说明描述文本的目的，并且不以任何方式构成对本发明范围的限制。
附图说明
图1a是根据本发明的具有永磁体的同步电动机的定子/转子组件的多组板的分解视图；
图1b是图1a中示出的定子和转子的透视图，对应于根据本发明的具有永磁体的同步电动机的局部视图，转子被布置为与定子相对；
图2是对应于图1b的透视图的侧视图；
图3示出了转子的第一长度和定子的第二长度之间的比值在根据本发明类型的具有永磁体的同步电动机的气隙中的磁通量上的效果；
图4是定子的透视图，不包括其线圈；
图5是定子的透视图，包括其线圈；
图6是装备有其磁体和弹簧的转子的部分俯视视图，用于容纳磁体的凹陷部中的一个没有其磁体；
图7是转子的透视图，其装备有具有平衡配重的其凸缘。
具体实施方式
图1a、1b、4和5示出的具有永磁体的同步电动机的定子1包括定子齿2，所述定子齿还称为定子臂，所述定子齿沿圆周方向规律地分布，并且在由堆叠板形成的外壳3中按照轴向方向XX'延伸。下文描述中，术语轴向、径向和横向将参照定子1的轴线XX'做出，所述定子是中心中空的，用于转子5的植入。轴线XX'构成了电动机的旋转轴线。
外壳3被配置为被电动机所包括的壳体支撑。在该实施例中，为半敞开类型的凹口形式的纵向腔室4存在于两个连续的齿2之间。这些凹口4每个设置有在图4中示出的凹口绝缘体400，所述图4与2012年6月12日提交的申请FR 12/55481中的图11是相同的。该绝缘体400为精细膜(fine  membrane)的形式，所述精细膜由电绝缘并且是良好热导体的材料制成，诸如Nomex类型(注册商标)的芳纶材料。如图4中所示，绝缘体400匹配凹口4的轮廓，并且因此在两个连续齿之间的空间的水平处是敞开的。在该实施例中，绝缘体400具有0.24mm的厚度。将意识到，这取决于应用。
定子齿2之间的纵向腔室4被设计为接收产生旋转磁场的定子绕组的连续导线。这些导线是导电的，它们例如由铜和/或铝制成，并且被覆盖有诸如磁漆的电绝缘层。
定子绕组可以被设计为形成例如具有中性点的三相类型的同步电动机，如例如在文档EP 0 831 580中所描述的，本文将参照该文档用于进一步的细节。
因此，图5示出了三相类型的定子绕组的三个端部236'。这些端部236'被配置为连接至该文档EP 0 831 580中示出的逆变器的臂。
每个相包括至少一个定子绕组，所述定子绕组是包括匝的线圈600(图5)的形式。这些匝可以通过在凹口绝缘体400插入的情况下将导线绕齿2缠绕而形成，用于形成线圈600。这些绕组例如借助于导线穿入其中的中空针状物制造，而针状物通过为此目的而在凹口4中被轴向地、径向地、并且周向地移置而执行缠绕运动。与布置在凹口4的内周上的线相比，更大量的线布置在凹口4的外周上。单个凹口4的两个线圈600之间存在空间，所述线圈每个绕界定凹口4的齿中的一个缠绕。端部236'被包住，以便与线圈绝缘。为了保持端部236'而设置有带(tie)。
根据一个实施例(图4和5)，定子1可以在其外壳3的每个端部处装备有电绝缘元件200、200，用于形成线圈600，所述元件与定子1的臂或齿2接触，如在将参考的前述申请FR 12/55481中描述的。绝缘元件200、200'装备有从支撑部201、201'延伸的臂202。两个连续的臂202界定类似于凹口4'的凹口208。元件200、200'例如是由塑料材料制成的，诸如可以由纤维增强的PA6.6，所述纤维诸如玻璃纤维。所述元件比绝缘体400更厚。臂202具有突出脚(图4)，用于形成凹槽，所述凹槽用于匝。这些凹槽在它们的外周处由支撑部201、201'的内周界定。线圈600穿过定子1的板组，并且在该组板的两侧上具有髻部(chignons)，所述髻部被安装在元件200、201'的凹槽中，如在图5中可以看见的。如在图5中示出的，臂202的内周与齿2的内周302对齐。线圈600的匝由元件201、201'以及绝缘体400保护。将 线圈600以同心方式布置使得可以减小定子1的轴向长度。
将意识到，作为变化例，定子绕组可以是五相或六相类型的。在所有情况下，定子绕组的输出端被连接至逆变器的臂，所述逆变器属于电子命令和控制装置，例如具有在文档EP 0 831 580中描述的类型，由电动机的壳体支撑。
同步电动机可以属于用于冷却剂流体的电压缩机，例如是具有至少两个螺旋部的类型。具有螺旋部的该类型的压缩机被称为涡旋式压缩机。其被设计用于尤其是机动车辆的空调设备，如在前述文献中公开的。将记住的是，螺旋部中的一个是固定的，而另一个螺旋部在所述固定螺旋部中可移动。在这种情况下，电动机的壳体可以包括多个部段，即前部部段、中央部段和后部部段，所述前部部段容纳具有两个螺旋部的系统，所述螺旋部还被称为涡螺(volutes)，所述螺旋部中的一个可移动，所述螺旋部中的另一个是固定的，以便泵送和压缩冷却剂流体，冷却剂流体经过所述中央部段且所述中央部段支撑定子1，所述后部部段包括凸缘。凸缘可以支撑专用于定子绕组线圈的命令和控制电子器件。作为变化例，所述命令和控制电子器件可以由壳体的中央部段支撑。
电动机包括转子5，在定子1的内周(包括齿2的内表面302)和与轴成一体的转子5的外周之间存在气隙9。该轴可以直接地驱动压缩机的可移动螺旋部。
上文给出了压缩机结构的示例。
转子5，其大致是圆柱体的形式，包括头部6，所述头部6也是由与前述轴成一体的堆叠板形成。该轴可以例如被局部地滚花，并且可以被强制进入堆叠板中的中央开口内。
为了经济性原因，这些板可以与外壳3的板同时切割。
永磁体，其在图6中具有附图标记114，按照通量集中的架构而被嵌入到转子5的头部6中。
为了这一目的，在该实施例中，凹陷部7按照轴向方向XX'在头部6中延伸，并且被设计为接收永磁体114。凹陷部7在周向上规律分布。
这些凹陷部7接收磁体114，以形成在转子5的周边部分中规律分布的多个北极和南极8。磁体114的侧表面中一个构成北极，而该磁体的另一个侧表面构成南极。
更具体地，如在图1a、1b以及6中示出的，转子5可包括：
-头部6，具有中央芯部；
-臂8，其相对于芯部轴向地延伸，这些臂每个在它们的外周上包括在臂的两侧延伸的两个边缘部105；
-永磁体114(见图6)，被定位在凹陷部7的内部中，所述凹陷部每个由转子的两个相邻臂的彼此相对的两个侧表面112、与在两个相邻臂之间延伸的芯部的外表面以及两个相邻臂的边缘部界定。
磁体114具有参照图6的径向取向。所述磁体轴向地延伸到头部6内。
头部6中的凹陷部7构成用于永磁体的容室(receptacles)，其被布置在两个连续的极8之间。这些磁体114具有正如凹陷部7的径向取向。所述磁体产生从转子5至定子1的齿2的有用磁通量。该有用的磁通量在极8中径向地全局流通，所述极8以多个北极和南极规律地交替。
极8每个由径向延伸的臂形成，并且在其外周上包括在臂的两侧延伸的两个边缘部105。更具体地，每个臂，并且因此每个极8，包括第一部分，该第一部分具有相对于轴线XX'全局径向的取向，并且具有恒定的宽度，从头部6的中央芯部延伸；以及包括第二部分112，该第二部分在相反于轴线XX'的方向上变宽并且终止于边缘部105。凹陷部7具有的形式互补于磁体114的形式。这些磁体114尽最大程度占据转子5中可用的空间，并且具有平行六面体形式，在臂8的两个部分112的水平处具有恒定宽度，并且在臂的第一部分的水平处在它们的内周处具有两个斜角角度。因此，磁体114具有基本矩形的横截面，但是朝着轴线XX'以楔形形式斜切。小的板119(图6)，其例如由塑料材料制成，可以被插置到两个连续边缘部105的内表面(在外部上界定凹陷部7)和容纳在凹陷部7中的磁体114的外表面之间。小的板119比磁体114更柔性，并且通过防止磁体114免于在离心力的作用下破坏而保护磁体。如果考虑单个极8，取决于所讨论的情况，该极被插置在两个连续磁体的两个北或南表面之间，分别用于形成北极和南极。
因此，旋转电机可以具有最大功率，同时径向紧凑。在该实施例中，设置有十个凹陷部7以及十五个定子齿2。
将注意的是，磁体114和定子齿的数量大于前面提到的文档中的数量，所述文档中设置有六个定子齿以及八个表面磁体。此外，在该实施例中，使用了钕铁硼(NdFeB)类型的稀土磁体。在所描述的实施例中，磁体114可 以是更经济的铁氧体磁体。此外，可以减小定子1和转子5之间的气隙9，因为在该实施例中未提供环圈，由此可以增加机器的功率。因此，获得了0.15mm，对应于环圈的厚度。因此，定子和转子之间的气隙可等于0.50mm或更小。正如在之前提及的文档中，转子5和定子1的堆叠板的板可以具有0.35mm的厚度。
如在2012年5月30日提交的申请FR 12/54949中描述的(该申请将被引用)，该转子5可以包括：
-弹簧122(图6)，其被定位在凹陷部7的内部中，位于头部6的芯部的外表面和磁体114的面朝转子5的轴线XX'的内表面之间，这些弹簧确保将永磁体114保持在其凹陷部7形成的其容室的内部中，抵靠相关的小的板119，通过借助永磁体114上的变形而从转子5的内部朝向外部施加径向力F1来支撑在相关的臂8的边缘部105上。
弹簧122可以工作在弹塑性域中。
这些弹簧122每个具有与磁体114的内周接触的线性接触部C1，由磁体的内表面构成，以及与头部6的芯部的外表面接触的两个线性接触部C2。这些弹簧122每个包括斜端部，所述斜端部包括槽(无附图标记)以降低斜端部的刚度。在该实施例中，每个弹簧122包括中央圆化部分和两个端部圆化部分，所述端部圆化部分被配置为形成接触部C2。这些圆化部分位于配置为形成接触部C1的中央圆化部分的两侧。
将注意到，该实施例中极8是穿孔的，特别地用于铆钉的通过，所述铆钉优选地由非磁性材料制成，用于转子堆叠板的装配，如在前述申请FR12/54949中描述的。更具体地说，如在图7中示出的，转子5的板被穿孔用于前述装配铆钉108通过，所述铆钉108穿过堆叠板，用于形成可被操纵和运输的板组。该堆叠板还包括其他通孔以接收系杆109，所述系杆优选地由非磁性材料制成，用于装配由非磁性材料制成的两个凸缘20，所述凸缘被放置在转子5的板组的两侧上。凸缘20例如由铝或塑料材料制成，而铆钉108和系杆109例如由不锈钢制成。
每个凸缘20可以支撑图7中附图标记330所指代的平衡配重。配重330从一个凸缘20至另一个凸缘20直径地相对。这些配重330可以比凸缘20重，并且可以例如由黄铜制成。半环形式的配重330具有中空部，所述中空部具有矩圆形形式，用于接收铆钉108。中空部具有局部穿孔的基部，用于 支撑系杆109的头部，所述系杆还构成了用于将配重330与凸缘20装配的系杆。
配重330的存在不是必要的，并且作为变化例，凸缘29可以具有多个突起，所述突起中的一些可被加工，用于转子的平衡。作为变化例，突起是中空的，并且突起中的一些可以装备有配重，所述配重卷接在突起中，用于转子的平衡。
头部3和元件200、200'可以在它们的外周上具有通道，参照图5中的附图标记321，其针对用于装配电动机的壳体的前部段和后部段的系杆。这些通道相反于齿2和臂202植入。将注意的是，绝缘元件200、200'的外直径小于定子1的堆叠板的外直径。头部3还具有用于接收销的开口，元件200、200'在它们表面的水平处包括所述开口，所述表面被设计为与定子的堆叠板的相关端部接触。在该实施例中，所述销是卡(snap-in)销，所述卡销每个具有圆柱形的两个部分，所述部分具有彼此相对的平的表面，并且间隔开一空间，所述空间准许当所述销被插入到头部中的相关开口中时两个部分朝向彼此弹性变形。在前面提到的方式中，齿2的数量大于极8和磁体的数量。
根据申请FR 12/54949中描述的实施例，通过非限制性方式指示了转子5的堆叠板具有等于41mm的长度，并且转子的外直径是61mm。实际上，转子的堆叠板组的长度与定子的板组的长度相同，如可以例如在文档EP 2506 399的图1(b)中看出的。该相同长度构成参考值Lm，在下文称作第三长度。这种类型的具有永磁体的同步电动机构成参考电动机。
以非限制性方式，发明本体已经构造了具有等于41mm的第三长度Lm、并且具有等于61mm的转子外直径的参考电动机。在电动机的该原型中，由一组板构成的定子的堆叠板的外直径全局地为100mm，并且所述堆的内直径为62mm。
根据本发明类型的具有永磁体的同步电动机的计算机模拟，特别是借助于三维磁通量的计算，已经允许发明本体确定，通过使转子5的第一轴向长度Lr1长于定子1的第二轴向长度Ls1而增大了诸如扭矩和输出的电性能(见图3)。
因此，发明本体决定通过使所述转子5的第一长度Ls1长于所述定子齿2的第二长度Ls2、并且通过建立所述第一长度Ls1与所述第二长度Ls2的比值低于1.3来改进电动机的该原型。
电性能的增加使得可以使长度Ls1短于参考电动机的第三长度Lm，其在实施例中等于上文所指示的长度。
图1b清晰地示出了从定子齿2和转子的极8之间的气隙9延伸的转子5的端部。
因此，可以减小根据本发明的电动机的轴向尺寸，同时保持参考电动机的相同预定名义值。
图2示出了所讨论的尺寸特性。
转子5的第一长度Lr1是转子5的径向端部表面之间的距离。在该优选实施例中，该距离等于永磁体的轴向长度。如在图2中清晰地示出的，转子5相对于定子1对称地布置。
第二长度Ls1对应于形成外壳3的一组板的厚度，即定子齿2的第二轴向长度。由发明本体选择的、用于进行模拟的附加参数是其他的尺寸特性，即：
Lm：参考电动机的定子1或转子5的前述第三长度(Ls0或Lr0)；
Ns0：参考电动机的定子1的前述参考匝数；
Ns1：根据本发明的电动机的定子1的匝数；
以及功能特性：
LD0,LQ0：参考电动机的定子1的参考定子电感(轴线是直的并且正交，axes direct and in quadrature)；
LD1,LQ1：根据本发明的电动机的定子1的定子电感(轴线是直的并且正交)；
Rs0：参考电动机的参考定子阻抗；
Rs1：根据本发明的电动机的定子阻抗；
Kt0：参考电动机的参考扭矩常数；
Kt1：根据本发明的电动机的扭矩常数。
这些尺寸和功能特性是关联的：
-定子阻抗Rs与定子的匝数、平方Ns²、以及第三长度Lm成比例；
-定子电感LD、LQ也与定子1的匝数、平方Ns²、以及第三长度Lm成比例；
-扭矩常数Kt与定子1的匝数Ns、以及第三长度Lm成比例。
目的是得到具有与参考电动机相同特性(扭矩、输出)、但是更短(成 本和重量的减少)的优化的电动机。
为了具有相同的特性，必要的是具有相同的扭矩常数Kt、定子阻抗Rs、以及定子电感LD、LQ的值，即：
条件1：
Rs和LD、LQ的保留条件意味着：
Ns1/Ns0＝(Ls0/Ls1)^1/2
条件2：
Kt的保留条件意味着：
Ns1/Ns0＝(Ls0/Ls1)
这些条件总结在下表I中：
Ns1/Ns0
条件1         条件2