CN101093944A - 转子及转子的制造方法、封闭式压缩机以及制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供可降低因磁铁振动所产生的噪音、以更低的速度进行运转的转子。其特征在于，具有：转子铁芯(21)、多个磁铁插入孔(22)、薄壁部(41)以及永久磁铁(24)。转子铁芯(21)是将薄板电磁钢板进行冲压层压而成的；多个磁铁插入孔(22)设置在该转子铁芯(21)外周面的内侧、在周向延伸；薄壁部(41)位于该磁铁插入孔(22)的转子铁芯(21)的中心侧，沿轴向形成，同时，一方的轴向端部附近的一部分以使磁铁插入孔(22)的径向宽度变窄的方式变形；永久磁铁(24)被插在磁铁插入孔(22)内，被压入因变形的薄壁部(41)而使径向宽度变窄的部分中。

Description

转子及转子的制造方法、封闭式压缩机以及制冷循环装置

技术领域

本发明涉及使用永久磁铁的转子及转子的制造方法、封闭式压缩机以及制冷循环装置。

背景技术

用于制冷循环的高效率封闭式压缩机使用以下的方法，即电动元件使用将永久磁铁设置在转子上的无刷直流电动机，通过具有变换器的专用控制装置，利用可调频进行运转。

通常，设置永久磁铁的转子一般是以下的结构，即在对薄板的电磁钢板进行冲压层压的转子芯上设置磁铁插入孔，使永久磁铁与转子芯进行间隙配合。

并且，由于压缩元件反复进行压缩、吸收的循环，负荷转矩在一个循环中变动。因此，由于越是低速运转惯性越弱，转动不匀(回転ムラ)产生的振动增大，由振动的极限值来决定可运转的频率。最近使用被称为转矩控制的技术，可以更低速旋转进行运转，该转矩控制是根据该负荷转矩来产生电动元件的转矩、抑制转动不匀的。

但是，在整个运转范围区域进行最适当的转矩控制是困难的，在转矩控制超过最适当的点成为过剩状态的情况下，即使将振动抑制在充分必要的程度，以间隙配合设置在转子芯的磁铁插入孔内的磁铁被向转动方向的前后励振，有时产生噪音，很难以低频率进行运转。

通过固定磁铁可以有效地防止该磁铁的振动，磁铁的固定方法有利用添加部件固定永久磁铁的提案(例如参照专利文献1)。

并且，有通过将突起设置在转子芯的磁铁插入孔内，压入永久磁铁使突起塑性变形而进行固定的提案(例如参照专利文献2)。

并且，有以下提案，即，在比转子芯的磁铁插入孔稍微靠外方的规定位置上形成规定形状的小孔，插入永久磁铁后，通过使位于磁铁插入孔和小孔之间的部分塑性变形，将永久磁铁按压在磁铁插入孔的内面深处(例如参照专利文献3)。在插入永久磁铁24后使薄壁部41变形来固定永久磁铁24的方法中，通过变形的薄壁部41的弹性回跳来抑制转矩控制的励振所产生的磁铁振动无法得到令人满意的效果。

专利文献1：日本特开平9-182334号公报(图1)

专利文献2：日本特开平5-219668号公报(图2)

专利文献3：日本专利第3757434号公报(图17)

如专利文献1所示，利用添加部件固定永久磁铁的方法具有以下问题，即增加了添加部件部分的成本，在组装时工时增加、成本增加。

并且，如专利文献2所示，在转子芯的磁铁插入孔中设置突起、压入永久磁铁的方法具有以下问题，即为了提高磁铁的插入性，需要在磁铁上设置大的倒角，这不仅增加了加工成本，还会减弱磁铁的磁力。

并且，如专利文献3所示，插入永久磁铁后，通过使位于磁铁插入孔和小孔之间的部分塑性变形，将永久磁铁按压在磁铁插入孔的内面的方法具有以下问题，即，通过变形的薄壁部的弹性回跳来抑制转矩控制的励振所产生的磁铁振动无法得到令人满意的效果。

发明内容

本发明为了解决上述问题而形成，目的是提供降低磁铁振动产生的噪音、可更低速地运转的转子以及转子的制造方法以及封闭式压缩机以及制冷循环装置。

本发明的转子的特征是，具有：转子铁芯、多个磁铁插入孔、薄壁部以及永久磁铁，转子铁芯是将薄板电磁钢板进行冲压层压而成的；多个磁铁插入孔设置在该转子铁芯外周面的内侧、在周向延伸；薄壁部位于该磁铁插入孔的转子铁芯的中心侧，沿轴向形成，同时，一方的轴向端部附近的一部分以使磁铁插入孔的径向宽度变窄的方式变形；永久磁铁被插在磁铁插入孔内，被压入因变形的薄壁部而使径向宽度变窄的部分中。

本发明的转子根据上述构成，具有可防止磁铁的振动、降低噪音、以更低的速度运转的效果。

附图说明

图1是表示第一实施方式的封闭式压缩机37的剖视图。

图2是表示第一实施方式的图1的A-A剖视图。

图3是表示第一实施方式的转子铁芯21的通风孔40附近的放大图。

图4是表示第一实施方式的图2的B-B剖视图。

图5是表示第一实施方式的控制封闭式压缩机37的控制装置30的框图。

图6是表示第一实施方式的封闭式压缩机37的压缩转矩的脉动图。

图7是表示第二实施方式的转子铁芯21的薄壁部41的变形工序图。

图8是表示第三实施方式的空气调节器的冷媒回路图。

具体实施方式

第一实施方式

图1至图6是表示第一实施方式的图，图1是表示封闭式压缩机37的剖视图，图2是表示图1的A-A剖视图，图3是表示转子铁芯21的通风孔40附近的放大图，图4是表示图2的B-B剖视图，图5是表示控制封闭式压缩机37的控制装置30的框图，图6是表示封闭式压缩机37的压缩转矩的脉动图。

利用图1对封闭式压缩机37的整体构成进行说明。以单缸回转式压缩机为例对封闭式压缩机37进行说明。封闭式压缩机37，将压缩冷媒的压缩元件2和驱动该压缩元件2的电动元件3收容在由上部容器1a和下部容器1b构成的密封容器1内。压缩元件2和电动元件3通过曲轴4连接，压缩元件2收容在密封容器1的下部、电动元件3收容在密封容器1的上部。

压缩元件2，将与曲轴4的偏心部8嵌合的旋转柱塞9收容于汽缸5内，沿径向在设置于汽缸5上的槽内进行往复运动的无图示的叶片的一端一面与旋转柱塞9的外周抵接一面形成压缩室。汽缸5的轴向两端的开口部由主轴承6和副轴承7封闭。

以下对电动元件3进行说明，除了图1，还同时参照图2至图4进行说明。电动元件3具有定子10和转子11，是例如无刷直流电动机。定子10具有定子铁芯13、绝缘部件15、铜线16以及端子。定子铁芯13是将薄板的电磁钢板冲压形成的定子芯片层压而构成的；绝缘部件15在轴向被一分为二地与形成在定子铁芯13的内径侧的多个齿部13a嵌合；铜线16具有卷绕在该绝缘部件15上的绝缘膜；端子在该绝缘部件15上连接铜线16之间或铜线16与导线17。

转子11具有转子铁芯21、永久磁铁24、上平衡锤25a和下平衡锤25b以及铆钉26，转子铁芯21是将薄板的电磁钢板冲压形成的转子芯片层压而构成的，具有磁铁插入孔22、与磁铁插入孔22邻接形成的磁铁固定用的薄壁部41以及通风孔40(形成在轴向的孔的一个例子)；永久磁铁24插入到磁铁插入孔22中；上平衡锤25a(在封闭式压缩机37中、设置在转子铁芯21的上端部)和下平衡锤25b(在封闭式压缩机37中、设置在转子铁芯21的下端部)分别设置在转子铁芯21的两端部，兼具有防止永久磁铁24飞出的端板的作用；铆钉26固定上平衡锤25a、下平衡锤25b和转子铁芯21。铆钉26被插入到铆钉孔46中。上平衡锤25a和下平衡锤25b与端板也可以是分开的零件。

另外，设置在磁铁插入孔22的径向内侧的例如圆形的通风孔40相对于磁铁插入孔22至少设置一个。通风孔40本来的作用是将从压缩元件2排出的冷媒气体向密封容器1的上部引导，同时，与冷媒气体一起使被引导到密封容器1的上部的制冷机油流到密封容器1的下部。如图3所示，本实施方式的通风孔40具有使其一部分向磁铁插入孔22侧突出的突出部40a。另外，也形成了不具有突出部40a的通风孔45。在磁铁插入孔22与突出部40a之间设置薄壁部41。该薄壁部41的具体结构如后所述，可以形成使磁铁插入孔22的径向宽度在插入永久磁铁24之前小于永久磁铁24的厚度的部分，将永久磁铁24压入磁铁插入孔22进行固定。

如图4所示，薄壁部41在将转子铁芯21组装到封闭式压缩机37中时成为上部端部，并位于安装有上平衡锤25a侧的通风孔40与磁铁插入孔22之间，该薄壁部41在径向的外侧变形、一部分或全部形成锥形，该部分的径向宽度小于永久磁铁24的厚度。并且，将永久磁铁24压入该部分，从而将永久磁铁24固定在转子铁芯21上。在本实施方式中，使薄壁部41变形，使一部分形成锥形、使另一部分与轴向平行。这是为了在永久磁铁24的高度有偏差时，防止因过度按压永久磁铁24而使永久磁铁24破裂。并且，在本实施方式中，在与磁铁插入孔22之间形成薄壁部41的通风孔40共有6个，但在图4中只表示了其中的两个通风孔40。

转子铁芯21的内径小于曲轴4的外径，转子铁芯21热装固定在曲轴4的主轴4a上。

如图1所示，设置与密封容器1邻接、储存液体冷媒的储液器27，储液器27通过吸入连接管28与汽缸5连接。

在汽缸5内压缩的冷媒气体向密封容器1内排出，通过电动元件3从排出管29向制冷循环装置送出。

如图5所示，控制封闭式压缩机37的控制装置30具有与单相或三相交流电源连接的插座34连接并进行整流的整流器部32、向封闭式压缩机37供给驱动电压的变换器部33、检测封闭式压缩机37的运转电流的压缩机运转电流检测装置35、以及运算定子10和转子11的相位的运算部36。

以下对动作进行说明。从插座34供给的单相或三相交流电压在整流器部32进行整流，在变换器部33使用PWM、PAM或这两种调制方式进行调制，通过来自设置在控制装置30内的压缩机运转电流检测装置35的信息以及事先储存在控制装置30中的作为要驱动的电动元件3即电动机的感应电压常数或d轴电感、q轴电感、绕线电阻值、转矩常数等电动元件固有的信息，在运算部36中计算转子11和定子10的相位，通过变换器部33在最适合于驱动的时机将电压向封闭式压缩机37供给。

由向封闭式压缩机37供给的电压使得电流在铜线16中流动，电流产生的磁场形成了穿过定子铁芯13和转子铁芯21的闭合回路。由于使磁场转动地供给电压，因此，转子11利用转子11的永久磁铁24的磁力和磁阻转矩使曲轴4转动。

通过曲轴4的转动运动，在汽缸5内与曲轴4的偏心部8嵌合的旋转柱塞9进行转动运动。这样，将冷媒气体从储液器27通过吸入连接管28吸入到汽缸5内，被吸入到汽缸5内的冷媒经过压缩后从设置在密封容器1上部的排出管29向制冷循环装置流出。

在这样运转的封闭式压缩机37(单缸回转式压缩机)中，曲轴4转动一圈时分别进行一次吸入和压缩工序，具有图6中所示的负荷转矩的特性。因此，利用控制装置30进行控制以使电动元件3产生符合该转矩特性的转矩，从而抑制转动不匀、降低振动。这对转动体的惯性力减小的40rps以下的运转尤其有效。

但是，在并非像本实施方式那样具有利用空穴元件的磁传感器或检测轴的转动相位的编码装置等、转子11和定子10的直接相位检测装置的封闭式压缩机37中，通过运转电流或在中间产生的感应电压等信息，推断位置、在所有的区域理想地进行上述转矩控制是非常困难的。实际上有时在控制振动的范围内偏离了最适当的点。此时，从转子11的永久磁铁24来看，定子10形成的磁场有时在转动方向的前进方向和前进的反方向上相互错位，这对永久磁铁24形成励振，在进行间隙配合的情况下，该振动产生噪音。

在本实施方式中，如图2、图3所示，通风孔40用于将冷媒气体向密封容器1的上部引导，并使与冷媒气体一起被向密封容器1上部引导的制冷机油流到密封容器1的下部。该通风孔40的一部分形成具有向磁铁插入孔22侧突出的突出部40a的形状，在磁铁插入孔22与通风孔40之间设置薄壁部41，如图4所示，以插入永久磁铁24前磁铁插入孔22窄于永久磁铁24的厚度的方式，使一部分(在图4的例中是上平衡锤25a的端部)相对插入方向预先变形成锥形，通过将永久磁铁24压入该处而固定永久磁铁24。用于使铁芯变形、固定永久磁铁24的薄壁部41也可以与通风孔40分开设置，也可以相对一个磁铁插入孔22设置多处。

用模具将磁铁插入孔22在层压方向形成锥形时，模具的结构复杂、成本很高。并且，在插入永久磁铁24后、使薄壁部41变形来固定永久磁铁24的方法中，通过变形的薄壁部41的弹性回跳，对抑制因转矩控制的励振而形成的磁铁振动没有足够的效果。

如上所述，对于封闭式压缩机37，使用在插入永久磁铁24前使转子铁芯21的磁铁插入孔22与通风孔40之间的薄壁部41变形成锥形、通过压入永久磁铁24来固定永久磁铁24的转子11。该封闭式压缩机37，在由转矩控制而进行的低速运转时可抑制永久磁铁24的振动声音，降低振动、噪音的同时，可进一步低速地运转封闭式压缩机37。

第二实施方式

在第一实施方式中，对具有通过使转子铁芯21的磁铁插入孔22与通风孔40之间的薄壁部41变形来固定永久磁铁24的转子11的封闭式压缩机37进行了说明，在第二实施方式中对该转子11的制造方法进行说明。

图7是表示第二实施方式的图，表示转子铁芯21的变形工序的一个例子。在图7(a)中，相对于通过层压、铆接而结合有各电磁钢板的转子铁芯21，准备铁芯变形夹具38(在此，六根变形夹具形成一体)。在图7(b)中，铁芯变形夹具38插入转子铁芯21的六个通风孔40，轴向一端部附近的薄壁部41变形、使通风孔40的径向宽度变窄。在图7(c)中，将使薄壁部41变形的铁芯变形夹具38从转子铁芯21拔出。在图7(d)中，将永久磁铁24从转子铁芯21的轴向的另一端部插入。此时，至少在转子铁芯21的轴向一端部附近安装外周变形防止夹具39，以防止转子铁芯21的外周变形。永久磁铁24被压入薄壁部41变形、径向宽度变窄的磁铁插入孔22的部分进行固定。图7(e)是表示拆下外周变形防止夹具39、压入永久磁铁24的状态。

在图7(b)的薄壁部41的变形工序中，通过使用与通风孔40的突出部40a嵌合的铁芯变形夹具38，可容易地进行薄壁部41的变形。

第三实施方式

图8是表示第三实施方式的图，是空气调节器的冷媒回路图。如图8所示，空气调节器的冷媒回路由封闭式压缩机37、四通阀50、室外热交换器51、减压装置52(电子膨胀阀)、室内热交换器53以及冷媒回路的储液器54构成。

如图8的实线所示，在进行制冷运转时，冷媒以封闭式压缩机37、四通阀50、室外热交换器51、减压装置52、室内热交换器53、四通阀50、冷媒回路的储液器54以及封闭式压缩机37的顺序流动。

如图8的虚线所示，在进行采暖运转时，冷媒以封闭式压缩机37、四通阀50、室内热交换器53、减压装置52、室外热交换器51、四通阀50、冷媒回路的储液器54以及封闭式压缩机37的顺序流动。

通过使用第一实施方式的封闭式压缩机37，可以降低空气调节器的振动和噪音的同时，可以低速运转封闭式压缩机37。

虽然以空气调节器为例进行了说明，但使用制冷循环的装置、例如冰箱、陈列柜、供热水机等的制冷循环装置也可以使用封闭式压缩机37。

Claims (6)

1.一种转子，其特征在于，具有：转子铁芯、多个磁铁插入孔、薄壁部以及永久磁铁，

所述转子铁芯是将薄板电磁钢板进行冲压层压而成的；

所述多个磁铁插入孔设置在该转子铁芯外周面的内侧、在周向延伸；

所述薄壁部位于该磁铁插入孔的所述转子铁芯的中心侧，形成在轴向的同时、一方的轴向端部附近的一部分以使所述磁铁插入孔的径向宽度变窄的方式变形；

所述永久磁铁被插在所述磁铁插入孔内，被压入因所述变形的薄壁部而使径向宽度变窄的部分中。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，在所述磁铁插入孔附近的所述转子铁芯的中心侧具有沿轴向形成的孔，将所述薄壁部设置在沿该轴向形成的孔和所述磁铁插入孔之间。

3.如权利要求2所述的转子，其特征在于，沿所述轴向形成的孔具有向所述磁铁插入孔侧突出的突出部，将所述薄壁部设置在该突出部和所述磁铁插入孔之间。

4.一种转子的制造方法，该转子具有：转子铁芯、多个磁铁插入孔、薄壁部以及永久磁铁，所述转子铁芯是将薄板电磁钢板进行冲压层压而成的；所述多个磁铁插入孔设置在该转子铁芯外周面的内侧、在周向延伸；所述薄壁部位于该磁铁插入孔的转子铁芯的中心侧、沿轴向形成；所述永久磁铁被插入所述磁铁插入孔中，该转子的制造的方法的特征在于，

将所述永久磁铁插入所述磁铁插入孔之前，使所述薄壁部变形、使所述磁铁插入孔的轴向的一部分径向宽度变窄、将所述永久磁铁压入所述磁铁插入孔。

5.一种封闭式压缩机，将电动元件和压缩元件收容在密封容器内，该电动元件具有定子和备有永久磁铁的转子；该压缩元件被该电动元件驱动，其特征在于，所述电动元件的所述转子使用权利要求1至3中任一项所述的转子。

6.一种制冷循环装置，其特征在于，使用权利要求5所述的封闭式压缩机。

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