CN101536293A - 永久磁铁同步马达及封闭式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的为提供一种高效、低振动、低噪音的永久磁铁同步马达。本发明的特征在于，定子(30)具有：定子铁心(1)和定子绕组(4)，该定子铁心(1)具备形成于邻接的狭槽(3)之间的磁极齿部(2)，该绕组(4)配置于定子铁心(1)的狭槽(3)；转子(40)具有：转子铁心(5)、多个磁铁插入孔(8)、插入到磁铁插入孔(8)的永久磁铁(7)和形成于磁铁插入孔(8)的外周侧的转子铁心(5)的多个狭缝(6)；在狭缝(6)之中，转子铁心(5)的磁极中心附近的多个狭缝(6)配置成向着由永久磁铁(7)产生的磁通在转子铁心(5)的外侧收敛的方向，同时转子铁心(5)的极间部附近的狭缝(6)配置成向着与转子铁心(5)的磁极中心附近的多个狭缝(6)不同的方向。

Description

永久磁铁同步马达及封闭式压缩机

技术领域

本发明涉及主要搭载于封闭式压缩机等的永久磁铁同步马达。

背景技术

提出了如下的永久磁铁嵌入型转子，该永久磁铁嵌入型转子是在电流相位控制困难的永久磁铁嵌入转子中，为了降低转矩脉动，在长度方向将永久磁铁埋设于大致圆柱形转子芯内部的永久磁铁嵌入型转子，具有从各极的永久磁铁的转子芯外周侧附近延伸到转子表面附近的多个狭缝(例如，参照专利文献1)。

另外，提出了如下的永久磁铁马达，该永久磁铁马达，为了通过减轻电枢反作用磁通，同时改善外周部铁心的磁通分布，提供噪音、振动少的高效的永久磁铁马达，其具备：永久磁铁收容孔，该永久磁铁收容孔在转子铁心中，与以其轴心为中心的大致正多边形的各边对应的部位形成；永久磁铁，该永久磁铁分别插入该磁铁收容孔中；四个以上的狭缝孔，该狭缝孔形成于永久磁铁收容孔的外周铁心，径向细长，并且沿着永久磁铁收容孔间隔地配置；使狭缝孔的径向外侧端的节距大致相等，使径向内侧端的节距在永久磁铁的中央部变大，并且随着从中央部到端部相分离而变小(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：特开平11-187597号公报

专利文献2：特开2005-94968号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1的永久磁铁嵌入型转子中，存在如下问题，在定子绕组中感应的电压形成为含有很多谐波的波形，从而引起振动、噪音的增大，同时造成由铁损的增加所产生的效率低下。

另外，在上述专利文献2的永久磁铁马达中，存在如下问题，虽然在定子绕组中感应的电压的谐波减少，但是狭缝孔的形状变得复杂，加工费用增加。另外不能有效地利用永久磁铁端部的磁通，造成效率低下。

本发明是为了解决上述课题而产生，其目的在于提供高效的、低振动、低噪音的永久磁铁同步马达及封闭式压缩机。

解决问题的手段

有关本发明的永久磁铁同步马达，具备定子和转子，其中，

定子具有：定子铁心和定子绕组，该定子铁心层叠多张电磁钢板而形成、并且具备形成于邻接的狭槽之间的磁极齿部，该定子绕组配置于定子铁心的狭槽，

转子，隔开气隙地设置于定子的磁极齿部的内侧，其具有：转子铁心、多个磁铁插入孔、永久磁铁和多个狭缝，该转子铁心层叠多张电磁钢板而形成，该多个磁铁插入孔设置于转子铁心内部的外周部附近，该永久磁铁插入到磁铁插入孔中，该多个狭缝形成于磁铁插入孔的外周侧的转子铁心，并且从永久磁铁附近延伸到转子铁心的外周表面附近，其特征在于，

在狭缝之中，转子铁心的磁极中心附近的多个狭缝配置成向着由永久磁铁产生的磁通在转子铁心的外侧收敛的方向，同时转子铁心的极间部附近的狭缝配置成向着与转子铁心的磁极中心附近的多个狭缝不同的方向。

其特征在于，定子为将定子绕组直接卷装在磁极齿部的集中绕组方式。

其特征在于，转子铁心的磁极中心附近的多个狭缝设置于磁极齿部的与转子铁心相对的气隙侧的宽度之内。

其特征在于，定子铁心按照每个磁极齿部被分割。

其特征在于，在转子极间部附近的狭缝，将靠近转子极间部的、位于磁铁插入孔的周向两端部的狭缝的磁铁插入孔侧并且是转子极间部侧的两端之间的距离形成得比面对气隙的磁极齿部的宽度大。

其特征在于，将作为转子极间部附近的磁铁插入孔的外周侧的铁心部的极间外周薄壁部的径向尺寸形成得比作为极间部附近的狭缝的外周侧的铁心部的外周薄壁部的径向尺寸大。

其特征在于，将外周薄壁部的径向尺寸和作为在极间部附近的狭缝与磁铁插入孔之间的铁心部的内周薄壁部的径向尺寸之和形成得比极间外周薄壁部的径向尺寸大。

其特征在于，具备永久磁铁同步马达。

发明的效果

有关本发明的永久磁铁同步马达，根据上述结构，通过有效地利用永久磁铁的磁通，可以得到高效的永久磁铁同步马达，同时可以得到抑制了马达产生的振动、噪音的低振动、低噪音的永久磁铁同步马达。

附图说明

【图1】是表示实施方式1的图，是永久磁铁同步马达100的横剖视图。

【图2】是表示实施方式1的图，是表示永久磁铁同步马达100的转子40的局部的图。

【图3】是表示实施方式1的图，是表示永久磁铁同步马达100的定子30以及转子40的局部的图。

【图4】是表示实施方式2的图，是表示永久磁铁同步马达100的转子铁心5的局部的图。

【图5】是表示实施方式3的图，是旋转式压缩机20的纵剖视图。

符号的说明

1 定子铁心

2  磁极齿部

3  狭槽

4  定子绕组

5  转子铁心

6  狭缝

7  永久磁铁

8  磁铁插入孔

9  外周薄壁部

10 极间外周薄壁部

11 内周薄壁部

20 旋转式压缩机

21 电动要素

22 封闭容器

23 压缩要素

24 吸入管

25 排出管

30 定子

40 转子

61 狭缝

62 狭缝

63 狭缝

64 狭缝

65 狭缝

66 狭缝

67 狭缝

100 永久磁铁同步马达

具体实施方式

实施方式1

图1至图3是表示实施方式1的图，图1是永久磁铁同步马达100的横剖视图，图2是表示永久磁铁同步马达100的转子40的局部的图，图3是表示永久磁铁同步马达100的定子30以及转子40的局部的图。

在图1中，永久磁铁同步马达100具备定子30和转子40。定子30具有定子铁心1和定子绕组4。在定子铁心1上，设置有在内周面附近向轴向延伸的九个狭槽3。定子铁心1通过多张层叠板厚为0.1～1mm左右的电磁钢板而构成。九个磁极齿部2形成于邻接的狭槽3之间。磁极齿部2从外周侧到内周侧具有大致平行的形状，外周侧及内周侧都形成为向周向(圆弧状)扩张那样的结构。

定子铁心1，按照每个磁极齿部2被分割，由九个分割的磁极齿部2构成。

定子绕组4，以集中绕组方式进行绕组，该集中绕组方式为在分割的磁极齿部2上直接缠绕规定的卷数。定子绕组4，例如由铜线或铝线构成。定子绕组4的卷数、铜线的直径等，是按照作为永久磁铁同步马达100所需要的期望的转矩、转速、施加到马达的电压以及狭槽3的剖面面积决定的。

在分割的磁极齿部2上施设了定子绕组4之后，通过将分割的磁极齿部2进行焊接或压入等的加工而形成圆形的定子30。在压入加工分割的磁极齿部2之际，需要将邻接的磁极齿部2的接合部形成为凹凸形状。

在定子30的内周侧，隔开0.1～2mm左右的气隙，设置有转子40。转子40具备转子铁心5和永久磁铁7。转子铁心5也与定子铁心1同样通过多张层叠板厚为0.1～1mm左右的电磁钢板而构成。

在转子铁心5上，在与以其轴心为中心的大致正六边形的各边对应的部位设置有六个磁铁插入孔8。而且以在周向上交替地配置N极与S极的方式，将六张永久磁铁7插入到磁铁插入孔8。永久磁铁7为平板形状结构，为以钕、铁、硼为主要成分的稀土类磁铁。

在径向细长地延伸的多个狭缝6，沿着磁铁插入孔8间隔地配置于磁铁插入孔8的外侧的转子铁心5。在图1的例中，相对于一极的永久磁铁7(一个磁铁插入孔8)设置有七个狭缝6。

将磁铁插入孔8(永久磁铁7)的中心作为转子磁极中心。另外将邻接的磁铁插入孔8(永久磁铁7)之间的间隙作为转子极间部。

图2是表示永久磁铁同步马达100的转子40的一个极的图。在图2中，一个极的狭缝6由七个狭缝61、狭缝62、狭缝63、狭缝64(配置于转子磁极中心上)、狭缝65、狭缝66、狭缝67所构成。

七个狭缝61、狭缝62、狭缝63、狭缝64(配置于转子磁极中心上)、狭缝65、狭缝66、狭缝67相对于转子磁极中心对称，沿着磁铁插入孔8，以这个顺序从磁铁插入孔8的一端间隔配置。

在七个狭缝61、狭缝62、狭缝63、狭缝64、狭缝65、狭缝66、狭缝67之中，为了使永久磁铁7产生的磁通集中到转子磁极中心，在转子40的外侧在大致收敛的方向上配置有转子磁极中心侧的五个狭缝62、狭缝63、狭缝64、狭缝65、狭缝66。最好是使五个狭缝62、狭缝63、狭缝64、狭缝65、狭缝66的中心线收敛到图2中所示的转子40的外侧的X点。但是，如果它们的中心线大致收敛到X点，则可以得到相同的特性。最好是X点处于比定子铁心1的外周更靠内侧。

另外，靠近转子极间部的两个狭缝61及狭缝67配置成向着与转子磁极中心的五个狭缝62、狭缝63、狭缝64、狭缝65、狭缝66不同的方向。例如，靠近转子极间部的两个狭缝61及狭缝67相对于永久磁铁7(磁铁插入孔8)配置于直角方向。

相对于定子铁心1的磁极数(狭槽数)为九个，转子的极数为六极。因此，相对于定子30的磁极齿部2的磁极宽度，永久磁铁7的宽度形成得大。但是，使靠近转子磁极中心的五个狭缝62、狭缝63、狭缝64、狭缝65、狭缝66的配置(朝向)设置成在转子40的外侧大致收敛永久磁铁7的磁通。因此，相对于集中绕组方式的定子30，可以有效地利用永久磁铁7的磁通。

进而靠近转子极间部的狭缝61及狭缝67相对于永久磁铁7配置于直角方向。通过转子极间部的两个狭缝61及狭缝67与转子磁极中心侧的狭缝62、狭缝63、狭缝64、狭缝65、狭缝66同样配置在磁通收敛的方向上，也可以实现有效利用磁通。但是，在转子极间部中，由于相对于永久磁铁7的磁通的朝向，狭缝61及狭缝67的倾斜形成得大，因此有阻挡永久磁铁7的端部的磁通的情况。可以通过使转子极间部的狭缝61及狭缝67的朝向形成为与其他的转子磁极中心侧的狭缝62、狭缝63、狭缝64、狭缝65、狭缝66的朝向不同(例如，相对于永久磁铁7配置于直角方向)，不仅能够有效地利用永久磁铁7的中心部的磁通，还能够有效地利用永久磁铁7的端部的磁通。

在通过有效利用永久磁铁7的磁通，使流入到定子绕组4的电流不变的情况下，永久磁铁同步马达100产生的转矩变大。另外在转矩不变的情况下，可以使流入到定子绕组4的电流变小。因此，可以得到使铜损降低的高效的永久磁铁同步马达100。

进而在转矩不变以及电流不变的情况下，可以实现使永久磁铁7的体积变小。由此可以得到便宜的永久磁铁同步马达100。

另外，图3是表示永久磁铁同步马达的定子铁心1的九个磁极齿部2之中的一个和六极的转子铁心5的一个极的剖视图。在图3中，将磁极齿部2的与转子铁心5面对的气隙侧的宽度尺寸作为A。另外，在向着磁通收敛的方向的狭缝62、狭缝63、狭缝64、狭缝65、狭缝66之中，将离转子磁极中心最远的狭缝62以及狭缝66之间的磁铁插入孔8侧的距离作为B(以狭缝62以及狭缝66的转子极间部侧的端部为基准)。而且，构成为满足A>B的关系。

通过形成为A>B，可以使永久磁铁7的磁通更有效地集中到磁极齿部2。由此，可以得到高效的永久磁铁同步马达。

另外，将在靠近转子极间部的狭缝61及狭缝67的磁铁插入孔8侧，并且是转子极间部侧的两端之间的距离作为C。而且，通过形成为C>A>B，可以有效利用永久磁铁7的端部的磁通。另外，可以使在定子绕组4中感应的电压(以下称为感应电压)接近正弦波状。

根据定子铁心1，永久磁铁7，磁铁插入孔8以及狭缝6的形状、配置，大体上决定了感应电压的波形。特别是，转子极间部附近的狭缝61以及狭缝67的形状对感应电压的波形起到很大地作用。

可以通过使感应电压接近正弦波，即减少感应电压的谐波成分，抑制使永久磁铁同步马达100运转时的振动、噪音。另外，可以防止由铁损增加所产生的效率低下。通过形成为C>A，转子极间部的磁通的变化变得平滑。由此可以使感应电压的波形接近正弦波。结果可以得到低振动、低噪音的永久磁铁同步马达100。进而可以通过将C的尺寸形成得比永久磁铁7的横宽度小，取得更进一层的效果。

在本实施方式中，对定子30的磁极齿部2的数量为九个，转子40的磁极数为六极的情况进行了说明。即使是其他的组合，例如定子30的磁极齿部2的数量为十二个与转子40的磁极数为八极的组合也可以取得同样的效果。进而，即使是定子30的磁极齿部2的数量为十八个与转子40的磁极数为十二极的组合也可以取得同样的效果。

另外，虽然对狭缝6的个数为七个的情况进行了说明，但只要是四个以上就可以取得效果。

实施方式2

图4是表示实施方式2的图，是表示永久磁铁同步马达100的转子铁心5的局部的图。

在图4中，将靠近极间部的狭缝67的外周侧的铁心部作为外周薄壁部9。将在狭缝67和磁铁插入孔8之间的铁心部作为内周薄壁部11。将极间部附近的磁铁插入孔8的外周侧的铁心部作为极间外周薄壁部10。

在本实施方式中，在将外周薄壁部9的宽度尺寸(径向尺寸)作为D1，将极间外周薄壁部10的宽度尺寸(径向尺寸)作为D2的情况下，构成为D1<D2。在实施方式1中，对使感应电压接近正弦波，转子极间部附近的狭缝67的形状起到很大的作用的情况进行了说明。与狭缝67的形状相同，极间外周薄壁部10的形状、尺寸，也对使感应电压接近正弦波起到很大的作用。

若D2≤D1，则作为感应电压的电压值变大。但是，存在感应电压波形变为包含谐波成分的、变形的波形的倾向。通过形成为D2>D1可以实现使感应电压接近正弦波。但是，若D2的尺寸变得过大，则由于永久磁铁7的磁通在邻接的极间外周薄壁部10泄漏，因此使感应电压的电压值变低，永久磁铁同步马达的效率恶化。因此，更期望D2的尺寸设定为D1的1.2～3倍左右。另外，期望D1的尺寸为构成转子铁心5的电磁钢板的一张板厚(0.1～1mm左右)的1～2倍左右。

另外，在以每分钟7000转(rpm)以上的高速，运转该永久磁铁同步马达100的情况下，若D2的尺寸形成得过小，则通过高速旋转时的离心力，应力集中到极间外周薄壁部10，最坏的情况，存在损坏、毁坏极间外周薄壁部10的可能性。

在本实施方式中，通过将D2形成得比D1大，对离心力的强度增加。因此可以得到可靠性高的永久磁铁同步马达100。另外，可以得到降低了感应电压的谐波成分的低振动、低噪音的永久磁铁同步马达100。

另外，将内周薄壁部11的宽度尺寸作为D3。而且，构成为D2<D1+D3。永久磁铁7的磁通具有：流到定子30的磁极齿部2、对转矩起作用的分量和在邻接的永久磁铁7的方向上流动的漏通量的分量。漏通量由于通过极间外周薄壁部10，因此对D2的尺寸起到很大作用。

另外，相对于狭缝67靠近转子磁极中心的部分的永久磁铁7的磁通通过外周薄壁部9(宽度尺寸D1)以及内周薄壁部11(宽度尺寸D3)，磁通从极间外周薄壁部10(宽度尺寸D2)向邻接的永久磁铁7泄漏。

在此，由于形成为D2<D1+D3，因此可以通过D2抑制来自D1以及D3的永久磁铁7的漏通量。因此，可以有效地利用永久磁铁7的磁通。结果，可以得到高效的永久磁铁同步马达100。

实施方式3

图5是表示实施方式3的图，是旋转式压缩机20(封闭式压缩机的一例)的纵剖视图。在图5中，在旋转式压缩机20的封闭容器22的内部收容有电动要素21和压缩要素23。在电动要素21中使用了在实施方式1或者实施方式2中表示的永久磁铁同步马达100。

吸入管24与制冷循环的蒸发器(未图示)连接，将制冷剂引导到压缩要素23。排出管25与制冷循环的冷凝器连接，将封闭容器22内的高压制冷剂送出到制冷循环。

在将实施方式1或者实施方式2中表示的永久磁铁同步马达100搭载到旋转式压缩机20的情况下，由于被搭载的永久磁铁同步马达100效率高，因此可以得到高效的旋转式压缩机20。如果将该旋转式压缩机20使用于空气调节机或者冷冻冷藏库，则可以实现节能化。

Claims (8)

1.一种永久磁铁同步马达，具备定子和转子，其中，

上述定子具有：定子铁心和定子绕组，

上述定子铁心层叠多张电磁钢板而形成、并且具备形成于邻接的狭槽之间的磁极齿部，

上述定子绕组配置于上述定子铁心的上述狭槽，

上述转子，隔开气隙设置于上述定子的上述磁极齿部的内侧，其具有：转子铁心、多个磁铁插入孔、永久磁铁和多个狭缝，

上述转子铁心层叠多张电磁钢板而形成，

上述多个磁铁插入孔设置于上述转子铁心内部的外周部附近，

上述永久磁铁插入到上述磁铁插入孔中，

上述多个狭缝形成于上述磁铁插入孔的外周侧的上述转子铁心，并且从上述永久磁铁附近延伸到上述转子铁心的外周表面附近，其特征在于，

在上述狭缝之中，上述转子铁心的磁极中心附近的多个狭缝配置成向着由上述永久磁铁产生的磁通在上述转子铁心的外侧收敛的方向，同时上述转子铁心的极间部附近的狭缝配置成向着与上述转子铁心的磁极中心附近的多个狭缝不同的方向。

2.根据权利要求1所述的永久磁铁同步马达，其特征在于，上述定子为将上述定子绕组直接卷装在上述磁极齿部的集中绕组方式。

3.根据权利要求2所述的永久磁铁同步马达，其特征在于，上述转子铁心的磁极中心附近的多个狭缝设置于上述磁极齿部的与上述转子铁心相对的气隙侧的宽度之内。

4.根据权利要求2所述的永久磁铁同步马达，其特征在于，上述定子铁心按照每个上述磁极齿部被分割。

5.根据权利要求2所述的永久磁铁同步马达，其特征在于，在上述转子极间部附近的狭缝，将靠近上述转子极间部的、位于上述磁铁插入孔的周向两端部的狭缝的上述磁铁插入孔侧，并且是上述转子极间部侧的两端之间的距离形成得比面对上述气隙的上述磁极齿部的宽度大。

6.根据权利要求1所述的永久磁铁同步马达，其特征在于，将作为上述转子极间部附近的上述磁铁插入孔的外周侧的铁心部的极间外周薄壁部的径向尺寸形成得比作为上述极间部附近的上述狭缝的外周侧的铁心部的外周薄壁部的径向尺寸大。

7.根据权利要求6所述的永久磁铁同步马达，其特征在于，将上述外周薄壁部的径向尺寸和作为在上述极间部附近的上述狭缝与上述磁铁插入孔之间的铁心部的内周薄壁部的径向尺寸之和形成得比上述极间外周薄壁部的径向尺寸大。

8.一种封闭式压缩机，其特征在于，该封闭式压缩机具备权利要求1所述的永久磁铁同步马达。

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