CN103907267B - 永久磁铁嵌入型电动机的转子、电动机、压缩机和空调机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制成本增加、实现永久磁铁嵌入型电动机的小型轻量化和低噪音化的转子、使用该转子的电动机、使用该电动机的压缩机和使用该压缩机的空调机。该转子包括：转子铁芯（6），其通过层叠多片电磁钢板而形成；磁铁插入孔（9），每1极1个,沿转子铁芯（6）的轴向形成，以朝向转子铁芯（6）的中心轴呈凸形状的方式形成；多个缝隙孔（12），其以磁极的中心线为基准沿着转子铁芯（6）的外周面形成为对称形状；第一永久磁铁（10），每1极1个，被插入到磁铁插入孔（9）的周向中央部；以及第二永久磁铁（11），每1极2个，其残留磁通密度低于第一永久磁铁（10），中间隔着第一永久磁铁（10）插入到磁铁插入孔（9）的周向两端部，与第一永久磁铁（10）一起形成磁极。

Description

永久磁铁嵌入型电动机的转子、电动机、压缩机和空调机

技术领域

本发明涉及一种永久磁铁嵌入型电动机的转子、使用该转子的电动机、使用该电动机的压缩机和使用该压缩机的空调机。

背景技术

目前为止，公开了下述技术：在转子与定子进行相对旋转运动的电动机中，使第一永久磁铁和第二永久磁铁相对于定子以如下的位置关系配置，即、使剩磁小于第一永久磁铁的第二永久磁铁中间隔着第一永久磁铁沿旋转方向排列而形成场磁极，并且从场磁极到达定子的磁通密度形成为由上述第一永久磁铁产生的磁通密度低于由第二永久磁铁产生的磁通密度，作为第一永久磁铁使用稀土类磁铁，作为第二永久磁铁使用铁氧体磁铁，由此能够抑制成本的增加，实现电动机的小型轻量化(例如专利文献1)。

专利文献

专利文献1：日本特开昭57-101553号公报

发明内容

然而，由于例如Nd-Fe-B(钕-铁-硼)类的稀土类磁铁的残留磁通密度达到铁氧体磁铁的残留磁通密度的大致3倍，所以在上述现有技术中存在下述问题：由第一永久磁铁产生的磁通密度远远高于由第二永久磁铁产生的磁通密度，在转子的外周面产生的磁通密度分布的强弱差很大，电动机产生的力矩脉动增加，并且噪音振动增加。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制成本增加、实现永久磁铁嵌入型电动机的小型轻量化和低噪音化的转子、使用该转子的电动机、使用该电动机的压缩机和使用该压缩机的空调机。

为了解决上述问题并实现上述目的，本发明涉及一种转子，其特征在于，包括：转子铁芯，其通过层叠多片电磁钢板而形成；第一永久磁铁，每1极1个，沿着上述转子铁芯的周向外周部以轴心为中心等角度间隔地被配置，为平板且与宽幅面正交地平行取向；第二永久磁铁，每1极2个，是横截面形状为从上述第一永久磁铁的周向端部朝向上述转子铁芯的外周面呈弓形的弯曲板，与弯曲面正交地径向取向，且与上述第一永久磁铁一起形成磁极；以及多个缝隙孔，其形成在上述转子铁芯的外周面与上述第一永久磁铁及上述第二永久磁铁之间，以磁极的中心线为基准沿着上述转子铁芯的外周面形成为对称形状。

根据本发明，起到能够抑制成本增加、实现永久磁铁嵌入型电动机的小型轻量化和低噪音化的效果。

附图说明

图1是应用了实施方式涉及的转子的永久磁铁嵌入型电动机的横截面图。

图2是实施方式涉及的转子的横截面图。

图3是表示稀土类磁铁和铁氧体磁铁的磁化方向的图。

图4是表示铁氧体磁铁的横截面形状的一个示例的图。

图5是转子铁芯的1极的放大图。

图6是实施方式涉及的转子为4极结构的情况下的横截面图。

符号的说明

1 永久磁铁嵌入型电动机

2 定子

3 转子

4 齿部

5 槽部

6 转子铁芯

7 轴

8 气隙

9 磁铁插入孔

10 稀土类磁铁(第一永久磁铁)

11 铁氧体磁铁(第二永久磁铁)

12 缝隙孔

13 轴孔

14 贯通孔

15 间隙

16 薄壁部

17 止动部

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式涉及的永久磁铁嵌入型电动机的转子、使用该转子的电动机、使用该电动机的压缩机和使用该压缩机的空调机进行说明。此外，本发明不由以下例示的实施方式限定。

实施方式

图1是应用了实施方式涉及的转子的永久磁铁嵌入型电动机的横截面图。此外，图2是实施方式涉及的转子的横截面图。

如图1所示，永久磁铁嵌入型电动机1包括：定子2，其配置有多个齿部4，该多个齿部4卷绕有定子绕组(未图示)，隔着槽部5以轴心为 中心等角度间隔地配置在周向上；以及转子3，其通过热装、压入等将用于传递旋转能量的轴7与转子铁芯6的轴心连结，以轴心为中心隔着转子铁芯6的外周面与定子2的内周面之间的气隙8以旋转自由的方式被保持。另外，在图1所示的示例中，示出了定子2的齿部4和槽部5分别由9个构成的例子，但是该齿部4和槽部5的构成数量不限于此，既可以是少于9个，也可以是9个以上。

如图2所示，在转子铁芯6中，以朝向转子铁芯6的中心轴呈凸形状的方式形成每1极1个的磁铁插入孔9。在该磁铁插入孔9的周向中央部，每1极1个地插入例如Nd-Fe-B(钕-铁-硼)类的稀土类磁铁(第一永久磁铁)10，再中间隔着该稀土类磁铁10每1极2个地插入铁氧体磁铁(第二永久磁铁)11，该1个稀土类磁铁10和2个铁氧体磁铁11构成1个磁极。另外，转子3的磁极数只要是2极以上，则无论是几个磁铁都可以，在图2中例示了转子3的磁极数为6极的情况。

图3是表示稀土类磁铁和铁氧体磁铁的磁化方向的图。图3中所示的箭头表示稀土类磁铁10和铁氧体磁铁的磁化方向。稀土类磁铁10是平板，其横截面形状为在周向上较长的呈长方形，并且为与宽幅面正交的平行取向。

铁氧体磁铁11是弯曲板，其横截面形状为从稀土类磁铁10的周向端部朝向转子铁芯6的外周面呈弓形，并且为与弯曲面正交的径向取向。

图4是表示铁氧体磁铁的横截面形状的一个示例的图。在本实施方式中，铁氧体磁铁11的横截面形状呈作为图4所示的环形的一部分的弓形。

另外，使铁氧体磁铁11在磁化方向上的厚度为比稀土类磁铁10在磁化方向上的厚度厚。更优选使该铁氧体磁铁11在磁化方向上的厚度为稀土类磁铁10在磁化方向上的厚度的2倍以上。在本实施方式中，作为一个示例，稀土类磁铁10在磁化方向上的厚度为2mm左右，铁氧体磁铁11在磁化方向上的厚度为5mm左右。

图5是转子铁芯的1极的放大图。在转子铁芯6，除上述的磁铁插入孔9以外，还在转子铁芯6的外周面与磁铁插入孔9之间形成有多个缝隙孔12，其以磁极的中心线为基准，沿着转子铁芯6的外周面形成为对称形状。另外，在图5所示的示例中，示出了每1极的各缝隙孔12朝着收敛于磁极中心线的离心方向上的1点的方向形成的例子，但是每1极的各缝隙孔12既可以相互平行地形成，也可以相反地朝着向离心方向发散的方向形成。

此外，在转子铁芯6形成有通过热装、压入等连结轴7的轴孔13、以及多个贯通孔14。该贯通孔14是为了在将该转子3应用于压缩机的电动机的情况下使制冷剂或冷冻机油通过而设置的。另外，贯通孔14的数量、位置和形状也可以与图5所示结构不同。

此外，磁铁插入孔9形成为，在插入稀土类磁铁10和铁氧体磁铁11时，在磁铁插入孔9的周向两端部产生空隙15。在本实施方式中，使该间隙15在离心方向上的宽度为与转子铁芯6的外周面和定子2的内周面之间的气隙8相同程度的宽度。通过该间隙15，在转子铁芯6的外周面与间隙15之间形成薄壁部16。

进而，磁铁插入孔9上形成有止动部17,以使得在插入稀土类磁铁10时稀土类磁铁10的角部与转子铁芯6接触。该止动部17以使稀土类磁铁10的轴侧的两角部和与该轴侧的两角部相向的两角部中任一方或双方与转子铁芯6接触的方式形成即可。

转子铁芯6是通过如下方式形成的：用模具对薄板状的电磁钢板(例如板厚为0.1～1.0mm左右的无方向性电磁钢板)进行冲孔，来形成上述的磁铁插入孔9、多个缝隙孔12、轴孔13和多个贯通孔14，并层叠规定数量(多片)的电磁钢板。另外，使上述薄壁部16的厚度为与形成转子铁芯6的电磁钢板的厚度相同程度的厚度(在本实施方式中，约为0.35mm左右)。

图6是实施方式涉及的转子3为4极结构的情况下的横截面图。在上述 示例中，对转子3的磁极数为6极的例子进行了说明，但是例如如图6所示，也能够使转子3为4极结构。此外，图6所示的转子3的各结构部与图2所示的转子3相同，因此这里省略说明。

如上所述，在本实施方式中，以朝向转子铁芯6的中心轴呈凸形状的方式形成每1极1个的磁铁插入孔9，在该磁铁插入孔9的周向中央部，每1极1个地插入例如Nd-Fe-B(钕-铁-硼)类的稀土类磁铁10，再中间隔着该稀土类磁铁10每1极2个地插入铁氧体磁铁11，该1个稀土类磁铁10和2个铁氧体磁铁11构成1个磁极。

一般而言，在用铁包围永久磁铁的周围的情况下，从永久磁铁产生的磁通不交链于定子，而是在自身磁铁内短路从而产生能量损失。因此，由多个磁铁构成磁极会使各磁铁的自我短路磁通增加，故不优选。在本实施方式中，由于将1个稀土类磁铁10和2个铁氧体磁铁11插入到一体的磁铁插入孔9中，所以各磁铁的自我短路磁通被抑制，从各磁铁产生的磁通以磁极表面为共用磁路而效率良好地交链于定子2。因此，能够减小各磁铁的大小，从而能够得到抑制成本增加的永久磁铁嵌入型电动机。

此外，磁力矩基于从磁极产生的磁通密度与由定子绕组产生的电枢磁通密度之积生成，所以双方的磁通密度越近似于正弦波分布，产生的力矩中所包含的谐波分量越减少，能够得到低噪音的电动机。

本实施方式中的Nd-Fe-B类的稀土类磁铁10的残留磁通密度达到铁氧体磁铁11的残留磁通密度的大致3倍，并且在转子3的外周面产生的磁通密度的强弱差很大，因此在本实施方式中，通过以朝向转子铁芯6的中心轴呈凸形状的方式形成磁铁插入孔9，并在稀土类磁铁10的两侧插入铁氧体磁铁11，使得稀土类磁铁10的磁通绕至铁氧体磁铁11的前面，从而能够缓和转子3的外周面的磁通密度分布的强弱差，使其接近正弦波分布。

此外，由于q轴(各磁极间中心部)和d轴(各磁极中心部)的磁 凸极性较大的电动机因该磁凸极性而产生振动，所以噪音大。在本实施方式中，通过在转子铁芯6的外周面与磁铁插入孔9之间形成多个缝隙孔12，其以磁极的中心线为基准，沿着转子铁芯6的外周面形成为对称形状，使q轴磁通难以穿过，从而抑制因磁凸极性而产生的振动。

进而，通过该缝隙孔12，能够进一步缓和转子3的外周面的磁通密度分布的强弱差，使其接近正弦波分布，从而减少包含在所产生的力矩中的谐波分量。

此外，一般而言，如果将永久磁铁配置在磁路较窄的磁极边界附近，则转子铁芯的磁极边界附近发生磁饱和，产生朝向相邻磁极的短路磁通和自我短路磁通，因此不能有效地利用永久磁铁的磁通。

此外，在磁铁插入孔中配置在与定子之间的距离最近的周向两端部的永久磁铁最容易受到来自定子的反向磁场的影响，而容易退磁。

如上所述，Nd-Fe-B类的稀土类磁铁的残留磁通密度达到铁氧体磁铁的残留磁通密度的大致3倍，因此通过有效地利用稀土类磁铁的磁通，并且通过使其难以受到来自定子的反向磁场的影响，而能够有助于电动机的高效率化和小型化。

在本实施方式中，通过将残留磁通密度比稀土类磁铁10小的铁氧体磁铁11配置在磁极边界附近，而将稀土类磁铁10远离磁极边界附近地配置，从而抑制由稀土类磁铁10产生的朝向相邻磁极的短路磁通和自我短路磁通，有效地利用由稀土类磁铁10产生的磁通，并且抑制来自定子2的反向磁场对稀土类磁铁10产生的影响，以使得稀土类磁铁10耐退磁。

此外，作为防止稀土类磁铁退磁的其它方法，能够列举增加镝(Dysprosium：Dy)的含量来提高矫顽磁力的方法，但是该Dy是稀土金属，而成为稀土类磁铁价格较高的主要原因。在本实施方式中，由于如上述那样采用了使稀土类磁铁10耐退磁的结构，所以能够使用Dy含量较少、更廉价的矫顽磁力较小的稀土类磁铁10。

此外，在本实施方式中，构成为在插入稀土类磁铁10和铁氧体磁铁11时，在磁铁插入孔9的周向两端部、即磁极边界附近产生间隙15。通过该间隙15，在转子铁芯6的外周面与间隙15之间形成薄壁部16，通过该薄壁部16来抑制由铁氧体磁铁11产生的朝向相邻磁极的短路磁通以及自我短路磁通。此外，由于该间隙15作为磁阻发挥作用，所以形成铁氧体磁铁11也耐退磁的结构。

进而，在本实施方式中，使铁氧体磁铁11在磁化方向上的厚度比稀土类磁铁10在磁化方向上的厚度厚，更优选使该铁氧体磁铁11在磁化方向上的厚度为稀土类磁铁10在磁化方向上的厚度的2倍以上(这里，例如稀土类磁铁10在磁化方向上的厚度为2mm左右，铁氧体磁铁11在磁化方向上的厚度为5mm左右)。通过增加铁氧体磁铁11在磁化方向上的厚度，使铁氧体磁铁11的残留磁通密度增大，能够得到均匀的磁通密度分布，并且铁氧体磁铁11的磁阻增大，形成更加耐退磁的结构。

此外，在本实施方式中，使铁氧体磁铁11为弯曲板，其横截面形状为从稀土类磁铁10的周向端部朝向转子铁芯6的外周面呈弓形。由此，铁氧体磁铁11的表面面积增加，铁氧体磁铁11的磁力增强，因此在使电动机产生相同的力矩的条件下，能够减小稀土类磁铁10的大小。

此外，在本实施方式中，形成有止动部17，以使得在插入稀土类磁铁10时稀土类磁铁10的角部与转子铁芯6接触。由此，在周向上固定稀土类磁铁10。而且，也还可以通过压入、粘接等固定稀土类磁铁10。

如以上说明的那样，根据实施方式的永久磁铁嵌入型电动机的转子，以朝向转子铁芯的中心轴呈凸形状的方式形成磁铁插入孔，在转子铁芯的外周面与磁铁插入孔之间形成多个缝隙孔，其以磁极的中心线为基准沿着转子铁芯的外周面形成为对称形状，在磁铁插入孔的周向中央部插入稀土类磁铁，并且中间隔着该稀土类磁铁插入残留磁通密度低于稀土类磁铁的铁氧体磁铁，来构成1个磁极，因此能够缓和因使用磁力不同 的多个磁铁所产生的转子外周面的磁通密度分布的强弱差，使其接近正弦波分布，并且通过在转子铁芯的外周面与磁铁插入孔之间形成的缝隙孔，使q轴磁通难以穿过，从而抑制因磁凸极性而产生的振动，进而通过该缝隙孔，能够进一步缓和转子外周面的磁通密度分布的强弱差，使其接近正弦波分布，从而减少包含在所产生的力矩中的谐波分量，因此能够实现永久磁铁嵌入型电动机的低噪音化。

此外，通过将1个稀土类磁铁和2个铁氧体磁铁插入到一体的磁铁插入孔中来构成1个磁极，能够抑制各磁铁的自我短路磁通，因此能够减小各磁铁的大小，从而能够得到抑制了成本增加的永久磁铁嵌入型电动机。

此外，通过将残留磁通密度比稀土类磁铁小的铁氧体磁铁配置在磁极边界附近，而将稀土类磁铁远离磁极边界附近地配置，由此能够抑制由稀土类磁铁产生的朝向相邻磁极的短路磁通和自我短路磁通被抑制，能够有效地利用由稀土类磁铁产生的磁通，并且能够抑制来自定子的反向磁场对稀土类磁铁产生的影响，使得稀土类磁铁耐退磁，因此能够使用Dy含量较少而更廉价且矫顽磁力较小的稀土类磁铁，从而能够抑制成本增加，实现永久磁铁嵌入型电动机的小型轻量化。

此外，由于构成为在插入稀土类磁铁和铁氧体磁铁时，在磁铁插入孔的周向两端部、即磁极边界附近产生间隙，该间隙作为磁阻发挥作用，由此也能够使铁氧体磁铁耐退磁，此外，在转子铁芯的外周面与间隙之间形成薄壁部，因此通过该薄壁部也能够抑制由铁氧体磁铁产生的朝向相邻磁极的短路磁通以及自我短路磁通。

进而，由于使铁氧体磁铁在磁化方向上的厚度为比稀土类磁铁在磁化方向上的厚度厚，所以铁氧体磁铁的残留磁通密度增大，能够得到均匀的磁通密度分布，并且铁氧体磁铁的磁阻增大，能够使铁氧体磁铁更加耐退磁，从而能够构成可靠性高的高品质的电动机。

此外，通过使铁氧体磁铁为其横截面形状为从稀土类磁铁的周向端部朝向转子铁芯的外周面呈弓形的弯曲板，铁氧体磁铁的表面面积增加，铁氧体磁铁的磁力得到强化，因此在使电动机产生相同的力矩的条件下，能够进一步减小稀土类磁铁的大小，从而能够进一步抑制成本增加，并且实现永久磁铁嵌入型电动机的进一步的小型轻量化。

此外，以在插入稀土类磁铁时稀土类磁铁的角部与转子铁芯接触的方式形成止动部，因此能在周向上固定稀土类磁铁，而在制造转子时将稀土类磁铁插入到转子铁芯中时，能够防止稀土类磁铁在周向上移动。

另外，在上述实施方式中，没有涉及稀土类磁铁和铁氧体磁铁在轴向上的大小，但是例如只要减小稀土类磁铁在轴向上的大小，就能够使电动机的尺寸进一步小型化。此外，能够缩短定子的绕组周长，能够得到效率更高且更廉价的电动机。

此外，上述实施方式涉及的转子的结构，不仅将铁氧体磁铁作为稀土类磁铁的磁通辅助加以利用，而且采用了能够有效地利用残留磁通密度较高的稀土类磁铁所产生的磁通的结构，因此能够得到通过提高稀土类磁铁的磁通的有效利用率，来削减稀土类磁铁量的效果。

进而，在上述实施方式中，对能够应用于永久磁铁嵌入型电动机的转子进行了说明，只要将本实施方式涉及的转子应用于电动机，就能够抑制成本增加，并且实现该电动机的小型化、低噪音化和高品质化。

此外，只要将上述电动机应用于压缩机，就能够抑制成本增加，并且实现该压缩机的小型化、低噪音化和高品质化。

此外，只要将上述压缩机应用于空调机，就能够抑制成本增加，并且实现该空调机的小型化、低噪音化和高品质化。

此外，上述实施方式所示的结构是本发明结构的一个示例，很显然还能够与其它公知技术组合，还能够在不脱离本发明的要旨的范围内，进行省略一部分等的变更而构成。

Claims (10)

1.一种永久磁铁嵌入型电动机的转子，其特征在于，包括：

转子铁芯，其通过层叠多片电磁钢板而形成；

第一永久磁铁，每1极1个，沿着所述转子铁芯的周向外周部以轴心为中心等角度间隔地被配置，为平板且与宽幅面正交地平行取向；

第二永久磁铁，每1极2个，是横截面形状为从所述第一永久磁铁的周向端部朝向所述转子铁芯的外周面呈弓形的弯曲板，与弯曲面正交地径向取向，并且其残留磁通密度低于所述第一永久磁铁，而且与所述第一永久磁铁一起形成磁极；以及

多个缝隙孔，其形成在所述转子铁芯的外周面与所述第一永久磁铁及所述第二永久磁铁之间，以磁极的中心线为基准沿着所述转子铁芯的外周面形成为对称形状。

2.根据权利要求1所述的永久磁铁嵌入型电动机的转子，其特征在于：

所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁插入在每1极1个的磁铁插入孔中。

3.根据权利要求1所述的永久磁铁嵌入型电动机的转子，其特征在于：

所述第一永久磁铁是稀土类磁铁，所述第二永久磁铁是铁氧体磁铁。

4.根据权利要求1所述的永久磁铁嵌入型电动机的转子，其特征在于：

所述第二永久磁铁在磁化方向上的厚度，比所述第一永久磁铁在磁化方向上的厚度厚。

5.根据权利要求4所述的永久磁铁嵌入型电动机的转子，其特征在于：

所述第二永久磁铁在磁化方向上的厚度是所述第一永久磁铁在磁化方向上的厚度的2倍以上。

6.根据权利要求2所述的永久磁铁嵌入型电动机的转子，其特征在于：

所述磁铁插入孔形成为，在插入所述第一永久磁铁和所述第二永久磁铁时，在该磁铁插入孔的周向两端部产生间隙，

在所述转子铁芯的外周面与所述间隙之间形成有薄壁部。

7.根据权利要求2所述的永久磁铁嵌入型电动机的转子，其特征在于：

所述磁铁插入孔形成为，在插入所述第一永久磁铁时，所述第一永久磁铁的轴侧的两角部和与所述轴侧的两角部相向的两角部中的任一方或双方与形成所述转子铁芯的电磁钢板接触。

8.一种电动机，其特征在于：

具有权利要求1至7中任一项所述的转子。

9.一种压缩机，其特征在于：

具有权利要求8所述的电动机。

10.一种空调机，其特征在于：

具有权利要求9所述的压缩机。