CN100369365C - 永磁铁型旋转电机 - Google Patents

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Abstract

一种永磁铁型旋转电机，包括：一个具有电枢绕组的定子，所述电枢绕组布置在几个形成于定子铁心中的槽中；一个具有永磁铁的转子，所述永磁铁保持在形成于一个转子铁心中的多个永磁铁插入孔中，其中，转子铁心的外周表面的结构为，在各磁极处，为绕不同于转子中心的两点的弧线的组合，其方式为，令在转子的一个磁极中心方向上延伸的轴线为d轴，并令在磁极之间的一个偏离磁极中心方向90度的电角度的方向上延伸的轴线为q轴，则从转子铁心的中心到转子外周的径向距离从d轴向q轴逐渐减小。

Description

永磁铁型旋转电机
技术领域
本发明涉及一种具有用于在转子中形成场的永磁铁的永磁铁型旋转电机，更具体地说，涉及一种适于用在空调、冰箱或冷柜的压缩机中的永磁铁型旋转电机。
背景技术
在这种类型的永磁铁型旋转电机中，已经进行了关于减小噪音和振动、即减小转矩脉冲的各种尝试。例如，如JP-U-3-106869的说明书中所描述的那样，定子的齿顶中心形成一个与转子铁心同心的圆，并且齿顶的两端形成于一条直线中，即，与转子相分离从而减小转矩。
当谐波电流通过永磁铁型旋转电机的电枢绕组时，产生一个谐波磁通，导致转矩脉冲增大，从而，减小谐波电流对于减小噪音和振动是非常重要的。电枢电流的波形取决于施加在电枢绕组上的电压的波形和反电动势(感生电动势)的波形，因此，可使感生电动势的波形接近于正弦波。
在上述传统的技术中，所述齿顶的两端与转子分离设置，以便使电机中的磁通分布平滑(或者使感生电动势的波形接近于正弦波)，从而减小转矩脉冲。然而，所述齿顶的两端设置得离转子越远，槽的横截面积变得越小，从而妨碍电枢绕组的插入。因此，利用所述齿顶形状减小转矩脉冲是有限的。
发明内容
本发明的一个目的是，提供一种充分减小转矩脉冲从而实现低振动和低噪音的永磁铁型旋转电机。
为了获得上述目的，本发明提出一种永磁铁型旋转电机，包括：一个具有电枢绕组的定子，所述电枢绕组布置在多个形成于定子铁心中的槽中；一个具有永磁铁的转子，所述永磁铁保持在形成于一个转子铁心中的多个永磁铁插入孔中，其中，转子铁心的外周表面以下述方式构成，即，令在转子的一个磁极中心方向上延伸的轴线为d轴，并令在磁极之间的一个偏离磁极中心方向90度的电角度的方向上延伸的轴线为q轴，则从转子铁心的中心到转子外周的径向距离从d轴向q轴逐渐减小。
本发明进一步提出一种永磁铁型旋转电机，包括：一个具有同心电枢绕组的定子，所述同心电枢绕组围绕形成于定子铁心中的多个槽内的齿布置；一个具有永磁铁的转子，所述永磁铁保持在多个形成于转子铁心中的永磁铁插入孔中，其中，转子铁心外周表面以下述方式构成，即，令在转子的一个磁极的中心方向上延伸的轴线为d轴，并令在磁极之间的一个偏离磁极中心方向90度的电角度的方向上延伸的轴线为q轴，则从转子铁心的中心到转子外周的径向距离从d轴到q轴逐渐减小。
如上所述，为了减小永磁铁型旋转电机的振动和噪音，需要抑制由电枢电流的谐波分量产生的谐波磁通并从而减小转矩脉冲。电枢电流的谐波分量取决于供应给永磁铁型旋转电机端子的电压波形和感生电动势的波形，因此，使感生电动势的波形接近正弦波是非常重要的。
本发明可以利用转子铁心的外周形状使永磁铁型旋转电机的感生电动势的波形接近正弦波。因此，电枢电流的谐波分量被减小，从而显著减小转矩脉冲，因此，提供了一种低振动、低噪音的永磁铁型旋转电机。
本发明的其它目的、特征和优点将通过下面结合附图对本发明的实施例的说明变得更加清楚。
附图说明
图1是根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例1的剖视图；
图2是图1中的转子铁心的剖视图；
图3是图1中的转子铁心的外周形状的剖视图；
图4表示根据本发明的永磁铁型旋转电机的感生电动势的波形；
图5是根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例2的转子铁心的外周形状的剖视图；
图6是根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例3的转子铁心的外周形状的剖视图；
图7是根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例4的转子铁心的外周形状的剖视图；
图8是根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例5的剖视图；
图9是根据本发明的压缩机的剖视结构图；
图10根据现有技术的永磁铁型旋转电机的剖视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细地描述本发明的一个实施例。
(实施例1)
图1表示根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例1的径向截面形状，图2表示根据本发明的实施例1的转子的径向截面形状，图3是根据本发明的实施例1的转子外周形状的剖视图；图4表示根据本发明的永磁铁型旋转电机的感生电动势的波形；图10是永磁铁型旋转电机的一个比较例的结构的剖视图。
永磁铁型旋转电机1包括一个定子2和一个转子3。定子2包括一个包含有齿4和铁心背部5的定子铁心6，和同心电枢绕组8(包括U相绕组8A、V相绕组8B和W相绕组8C的三相绕组)，所述电枢绕组围绕齿4布置于齿4之间的槽7中。转子3具有永磁铁14(表示出了四个极)，并且包括一个用于与一个轴(未示出)配合的轴孔，所述永磁铁保持在形成于转子铁心12中的永磁铁插入孔13中。
被本发明所覆盖的、用于压缩机的永磁铁型旋转电机1通常会产生振动和噪音等问题。尤其，同心电枢绕组8是120度绕组(传统分布的电枢绕组是180度的绕组，并且具有低的谐波磁通)，因此，具有高的谐波磁通，从而会产生引起振动和噪音的大的转矩脉冲。
因此，如图10所示，在比较例中，定子的齿25的顶部中心形成一个与转子铁心12同心的圆，并且齿25的顶部两端均形成一条直线，即远离转子3设置。这样的结构减小了感生电动势的谐波分量并因此减小了谐波电流，从而减小了谐波磁通和转矩脉冲。然而，齿25的顶部两端离转子越远，槽7的截面面积越小，因此导致必须减小电枢绕组8的单股直径，或必须减小电枢绕组的匝数的问题。因此，齿25的顶部两端不能设置得离转子3太远，因而振动和噪音不能充分减小。
因此，在本发明中，如图3所示，转子铁心12的外周形状是绕不同于转子铁心12中心O1的点O2、O3的弧线的组合。特别地，一个在转子3的一个磁极的中心方向上延伸的轴线为d轴，一个在磁极之间偏离磁极的中心方向90度的电角度的方向上延伸的轴线为q轴，从转子铁心12的中心O1到转子铁心外周的距离为r1，不同于中心O1的两点被定义为O2、O3，因此，转子铁心12的外周形状成为绕点O2、O3的弧线的组合。点O2、O3相对于d轴对称，并且从点O2、O3到转子外周具有大体上相等的距离r2、r3，绕点O2、O3的弧线的圆周角α2、α3也大体相等。因此，从中心O1到转子外周的径向距离从d轴向q轴逐渐减小。
图4表示当转子按照图3中所示的方式构成时一个感生电动势的波形，和作为比照的当转子铁心12的外周为一个绕中心O1的圆(同心圆)时的波形。当转子铁心12的外周形状是绕中心O1的同心圆时，感生电动势的波形显著畸变，并且波形畸变系数大约为19.3％。另一方面，在本发明中，波形畸变系数大约为2.7％，比较接近正弦波。
因此，本发明可使感生电动势的波形接近一个正弦波，并可使通过电枢绕组8的谐波电流减小，进而使谐波磁通减小，从而减小转矩脉冲并因此减小振动和噪音。
永磁铁14向转子的外周突出，但是永磁铁14也可以形成其它形状，只要是绕着不同于转子铁心12的中心的两个点的弧线的组合、并且从转子铁心12的中心到转子铁心12的外周径向距离从d轴到q轴逐渐减小就可以。
(实施例2)
图5是根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例2的转子外周形状的剖视图。
对于附图中的转子，与图3中类似的部分采用类似的标号，并因此省略对其的说明。图5与图3的不同点是，转子铁心12的外周形状是一条与转子3的中心O1同心的弧和一条与其不同心的弧的组合。具体而言，转子的形状是绕不同于中心O1的点O2、O3的弧线和一条绕中心O1的弧线的组合。为了使转子的外周形状在各磁极处相对于d轴对称，绕点O2的弧线的半径r2和绕点O3的弧线的半径r3相等，并且绕点O2的弧线的圆周角α2和绕点O3的弧线的圆周角α3相等。
在这一结构中，转子3的外周包括绕中心O1的弧线，以便将一个圆柱形部分插入到定子2和转子3之间以利于定子2和转子3的对正(可在定子2和转子3之间获得一个均匀的空气隙)。
应当理解，除非绕中心O1的弧线的圆周角α2增加，否则可以获得与图3中所示实施例的类似的优点。
(实施例3)
图6是根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例3的转子的外周形状的剖视图。
对于附图中的转子，与图3所示类似的部件采用类似的标号，并且省略对其的说明。图6与图3的不同点在于，转子铁心12的外周形状是长轴沿d轴方向的椭圆弧线的组合。在这种结构中，从转子3的中心到转子3的外周的径向距离仍然从d轴向q轴逐渐减小，并且因此可获得与图3所示的实施例类似的优点。
(实施例4)
图7是根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例4的转子的外周形状的剖视图。
对于附图中的转子，与图3所示类似的部分采用类似的标号，并且因此省略对其的说明。
图7与图3的不同点在于，永磁铁14在转子铁心12中被布置成V形，并且转子铁心12的外周在q轴附近被切去。
例如，当永磁铁14被布置成所示的V形而不切去转子铁心时，永磁铁的磁通倾向于在q轴附近衍射通过转子铁心12的外周而减小互联电枢绕组8的磁通。因此，靠近q轴的转子铁心12外周被切去(转子形成一个朝向外周的凹槽)，从而防止永磁铁14的磁通缩短。
在这种情况下，如果转子铁心12的外周形状是绕不同于中心O1的点O2和O3的弧线的组合，并且从中心O1到转子铁心12的外周的径向距离从d轴向q轴逐渐减小，则可以获得类似实施例1的优点。
(实施例5)
图8是根据本发明的永磁铁型旋转电机的实施例5的剖视图。
对于附图中的永磁铁型旋转电机，与图1所示类似的部分采用类似的标号，并且因此省略对其的说明。
在图8中，转子3的结构与图1中的相同，但是定子2的结构不同。尤其是，图8与图1的不同点在于，定子的齿25的顶部中心形成与转子铁心12同心的圆，并且齿25的顶部两端形成一条直线，即远离转子3布置。
在这样的结构中，定子2的形状还使得感生电动势的波形接近一个正弦波，从而使感生电动势的波形比图1所示的情况更加接近正弦波，以便减小电枢电流的谐波分量，并因此减小谐波磁通。因此，转矩脉冲也被减小，以便显著减小振动和噪音。
(实施例6)
图9是根据本发明的压缩机的剖视结构。
该压缩机有一个竖立于固定涡卷件60的一个端板61上的螺旋卷62，其与一个竖立于一个枢转涡卷件63的端板64上的螺旋卷65啮合，并且该枢转涡卷件63由一个曲柄轴72旋转，以便进行压缩。在由固定涡卷件60和枢转涡卷件63形成的压缩室66(66a、66b...)中，当枢转涡卷件63被旋转时，最外侧的压缩室向螺旋件60、63的中心移动，并且其容积逐渐减小。当压缩室66a、66b达到涡卷件60、63的中心附近时，在压缩室66中的压缩空气从一个与压缩室66连通的排出孔67排出。排出的压缩空气通过一个设置在固定涡卷件60和一个支架68中的气体通道(未示出)到达支架68下面的一个压缩容器69，从压缩机排出的空气通过一个设置在压缩容器69的侧壁上的排出管70排出。在这种压缩机中，压缩容器69包括一个驱动马达71，该驱动马达71由一个单独设置的变换器(未示出)控制而以一定旋转速度旋转，以便进行压缩。该驱动马达71是一个包括一个定子2和一个转子3的永磁铁型旋转电机。
在这种方式中，当永磁铁型旋转电机1被用作一个用于压缩机等的驱动马达时，其运行由一个控制器(变换器)控制。如上所述，电枢电流的波形取决于永磁铁型旋转电机1的端电压(从控制器提供的电压)的波形和永磁铁型旋转电机1的感生电动势的波形。因此，电枢电流的谐波分量可以通过使感生电动势的波形接近一个正弦波而被减小。电枢电流的谐波分量可以通过用一个输出电压的波形为正弦波的控制器操作永磁铁型旋转电机而被进一步减小。因此，本发明中所述的永磁铁型旋转电机与输出电压的波形为正弦波的控制器的组合，可以显著减小振动和噪音。
压缩机被用作空调、冰箱或冷柜的驱动源，并且常年使用。因此，考虑到全球变暖的问题，该压缩机最重要的是节省能量。采用永磁铁型旋转电机作为驱动源，可以通过增加旋转电机的效率来节省能量，但不能用来减小噪音。另一方面，当本发明的永磁铁型旋转电机被用于驱动源时，其可以减小噪音并解决环境问题，从而提供一种效率提高且实现节能目的的压缩机。
在空调中采用以本发明的永磁铁型旋转电机作为驱动源的压缩机，可以提供符合Top Runner标准的空调。
在冰箱中采用以本发明的永磁铁型旋转电机作为驱动源的压缩机，可以提供符合Top Runner标准的电冰箱。
在冷柜中采用以本发明的永磁铁型旋转电机作为驱动源的压缩机，可以提供符合Top Runner标准的冷柜。
本发明提供了一种解决了振动和噪音问题的永磁铁型旋转电机。
本领域人员通过前述对本发明实施例的描述可以进一步理解，在本发明中可以进行各种变化和改变而不超出本发明的主旨和权利要求的范围。

Claims (4)

1.一种电机，具有转子和定子，其特征在于，前述转子插入有永磁铁，在前述定子的齿上将电枢绕组卷绕成集中卷，转子铁心的外周形状为将每个180度电角度的以与转子铁心的中心O1不同的点O2、O3为中心的圆弧组合起来形成的形状，设沿着转子的磁极中心方向延伸的轴为d轴，设沿着与磁极中心方向偏离90度电角度的磁极间方向延伸的轴为q轴，O2、O3以d轴为中心呈线对称，设从O2到转子外周的距离为r2，从O3到转子外周的距离为r3，则r2与r3基本相等，随着从d轴接近q轴，从O1到转子外周的距离沿着以O2、O3为中心的圆弧逐渐变短。
2.一种压缩机，其特征在于，以权利要求1所述的电机为驱动源。
3.一种冰箱，其特征在于，采用权利要求2所述的压缩机。
4.一种冷柜，其特征在于，采用权利要求2所述的压缩机。
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