CN104025433A - 永磁电动机及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁电动机及使用该永磁电动机的驱动系统，该永磁电动机输出与负载的脉动相适的转矩，抑制电流增加，由此提高马达效率并且抑制过电流检测，从而提高系统的可靠性及冗余性。在由具备多个齿的定子及与所述定子隔着规定的间隙地配置的转子构成的永磁电动机中，在所述齿中的至少一个齿中，间隙方向的透过磁通量与其他齿相比变得容易透过，并且在所述转子的至少一极中，间隙方向的透过磁通量与其他极相比变得容易透过。

Description

永磁电动机及压缩机

技术领域

本发明涉及一种永磁电动机及使用该永磁电动机的压缩机。

背景技术

一般来说，电动机的转矩与在定子与转子之间的间隙处产生的磁通量密度矢量的平方成比例。为了产生恒定转矩，期望将定子在间隙处产生的磁动势分布设为正弦波，并且将转子在间隙处产生的磁动势分布设为正弦波。然而，在实际中，由于定子在旋转方向上周期性地具有用于具备绕线的多个狭缝部及供该绕线卷绕的多个齿部，因此在磁动势分布中包含被称作狭缝高次谐波的高次谐波成分，产生磁偏。另外，定子绕线由多个相构成(通常，永磁电动机大多具有UVW的三相交流的结构，除此之外具有将单相交流通过电容器等分相且由两相交流来构成的结构等)，因此在各相的合成磁动势的分布中包含被称作磁动势高次谐波的高次谐波成分，同样地产生磁偏。这样的磁动势分布的磁偏产生转矩脉动，成为使驱动稳定性及静音性恶化的重要因素。在先技术文献1中描述有如下技术：以降低转矩脉动为目的，使多个齿部周期性地向间隙方向突出，以降低磁动势分布的磁偏。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本实用新型第2559450号公报

发明概要

发明要解决的课题

如上所述，由于在永磁电动机的转矩中包含脉动，因此通常以尽可能地降低该脉动而产生恒定转矩的方式进行设计。

然而，对于搭载马达的驱动系统，有时未必产生恒定转矩就是好的方法。例如在用于压缩制冷剂的制冷剂压缩机中，在制冷剂压缩动作时产生负载变动，在制冷剂排出时负载转矩变得最大。对于具有这样的负载变动的驱动系统，当设计、应用产生恒定转矩的马达时，如图8所示在负载的脉动成为峰值时电流增加，导致效率的降低。另外，在最大负载下的运转时，所述的电流增加超出过电流检测的阈值，从而马达停止频率增加，也可能导致系统的可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种永磁电动机及使用该永磁电动机的压缩机，该永磁电动机输出与负载的脉动相适的转矩，抑制电流增加，从而能够提高马达效率，并且抑制以负载变动为起因的过电流检测，提高可靠性。

解决方案

本发明提供一种永磁电动机，该永磁电动机具备：具有多个齿的定子；及与该定子隔着规定的间隙而配置在内周侧的转子，其中，所述多个齿中的至少一个齿的间隙方向上的透过磁通量比其他齿的间隙方向上的透过磁通量多，在所述转子中，与透过磁通量增多的所述齿相同的数量的部位处的间隙方向上的透过磁通量比其他部位的间隙方向上的透过磁通量多。

发明效果

根据本发明，提供一种永磁电动机及使用该永磁电动机的压缩机，该永磁电动机输出与负载的脉动相适的转矩，抑制电流增加，从而能够提高马达效率，并且抑制以负载变动为起因的过电流检测，提高可靠性。

上述以外的课题、结构及效果通过以下的实施方式的说明变得明了。

附图说明

图1是本发明的一实施例的压缩机的剖面构造图。

图2是本发明的第一实施例的永磁电动机的径向剖视图。

图3是本发明的第二实施例的永磁电动机的径向剖视图。

图4是本发明的第三实施例的永磁电动机的径向剖视图。

图5是本发明的第三实施例的永磁电动机的径向剖视图。

图6是本发明的第三实施例的永磁电动机的径向剖视图。

图7是本发明的第四实施例的永磁电动机的径向剖视图。

图8是用于说明制冷剂压缩机的负载变动的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施例进行说明。在引用的附图中，旋转方向设为逆时针旋转，但即使为顺时针的旋转方向，也能够通过反转形状而获得与本发明所谋求的效果相同的效果。

实施例1

图1是基于本发明的一实施例的压缩机的剖面构造图。在图1中，压缩机构部通过使直立于固定涡盘构件13的端板14的漩涡状卷板15、和直立于回旋涡盘构件16的端板17的漩涡状卷板18啮合而形成。通过利用曲轴6使回旋涡盘构件16回旋运动，从而对从吸入配管23吸入的空气进行压缩动作。

由固定涡盘构件13及回旋涡盘构件16形成的压缩室19(19a、19b、……)中的、位于最靠外径侧的压缩室19伴随着回旋运动而朝向两个涡盘构件13、16的中心移动，容积逐渐缩小。当两个压缩室19a、19b到达固定涡盘构件13及回旋涡盘构件16的中心附近时，两个压缩室19内的压缩气体从与压缩室19连通的排出口20排出。所排出的压缩气体通过在固定涡盘构件13及框架21设置的气体通路(未图示)而到达框架21下部的压力容器22内，从设于压力容器22的侧壁的排出导管(未图示)向压缩机外排出。

在压力容器22内，内封有永磁电动机24，以任意的速度来旋转，进行压缩动作。在永磁电动机24的下部设置有储油部25。储油部25内的油在因旋转运动而产生的压力差的作用下，通过在曲轴6内设置的油孔26，供回旋涡盘构件16与曲轴6的滑动部、滑动轴承27等的润滑用。

该压缩机在制冷剂压缩动作时产生负载变动，在制冷剂排出时负载转矩变得最大。作为对具有这样的负载变动的驱动系统(压缩机)进行驱动的永磁电动机24，当应用产生恒定转矩的结构时，如图8所示在负载的脉动达到峰值时电流增加，导致效率的降低。因此，在本实施例中，如以下说明的那样，采用能够与负载的峰值时相适地输出转矩的永磁电动机24。

在图2中表示基于本实施例的永磁电动机24的径向剖视图。图2的永磁电动机24由具备多个定子齿52的定子50、及与定子50隔着规定的间隙地配置的转子1构成。而且，定子齿52中的至少一个构成为，与其他齿相比，间隙方向的透过磁通量变得容易透过，并且转子1的至少一极构成为，与其他极相比，间隙方向的透过磁通量变得容易透过。

即，定子50构成为，多个定子齿52中的至少一个定子齿52的间隙方向上的透过磁通量变得比其他定子齿52的间隙方向上的透过磁通量多。而且，另一方面，转子1构成为，与构成为透过磁通量增多的定子齿52相同数量的部位中的间隙方向上的透过磁通量变得比其他部位的间隙方向上的透过磁通量多。

在图2中，作为实现上述效果的方法，形成如下结构：定子齿52中的至少一个定子齿52具有向所述间隙方向突出的部位(定子齿突出部55)，并且转子1的一极中的外周面的一部分具有向间隙方向突出的部位(转子外周面突出部8)。即，在定子50中，构成为透过磁通量增多的齿形成有比其他齿向间隙方向突出的部位(定子齿突出部55)。而且，另一方面，在转子中，构成为透过磁通量增多的部位(转子外周面突出部8)形成为比其他部位向间隙方向突出。

如此，图2的结构与通常的马达的不同之处在于，具有定子齿突出部55与转子外周面突出部8。在通常的马达中，不设置这样的突出部，而设计为输出转矩脉动较少的恒定转矩。与此相对地，在设为图2那样的结构的情况下，能够在定子齿突出部55与转子外周面突出部8对置时获得较大的转矩，并且那样的位置关系在旋转一周中仅产生一次。

因而，例如，若在像单级旋转压缩机那样旋转一周中具有一次峰值负载的系统中应用本实施例的永磁电动机，则能够在恒定电流下产生与负载变动相适的转矩。由此，能够抑制以负载变动为起因的电流增加，与设计为输出恒定转矩的马达相比较，马达效率提高，并且抑制过电流检测，系统的可靠性及冗余性提高。

另外，在例如像双级旋转压缩机那样旋转一周中具有两次峰值负载的系统的情况下，通过另行设置一组定子齿突出部55与转子外周面突出部8，能够获得相同的效果。此时，若峰值负载相对于马达旋转角而等间隔地出现，则定子齿突出部55配置为夹着旋转轴对置，并且转子外周面突出部8也同样地配置为夹着旋转轴对置，从而获得更大的效果。另一方面，若峰值负载相对于马达旋转轴以不等间隔出现，则与其出现间隔相适地配置定子齿突出部55及转子外周面突出部8，获得更大的效果。

同样地，通过在旋转一周中具有多于两次的峰值负载的系统中也构成突出部，从而能够抑制以负载变动为起因的电流增加，因此与设计为输出恒定转矩的马达相比较，马达效率提高，并且抑制过电流检测，系统的可靠性及冗余性提高。

另外，在马达输出轴上连结有齿轮比α(α＞1)的增速齿轮的系统中，并且齿轮的输出轴侧为旋转一周中具有一次峰值负载的系统的情况下，将马达旋转作为α倍的转速来输出。因此，在马达的旋转一周中，通过设为持有α次脉动的结构、即将定子齿突出部55与转子外周面突出部8的组合设置α组，从而与单级旋转压缩机的情况相同地，能够在恒定电流下产生与负载变动相适的转矩。由此，由于能够抑制以负载变动为起因的电流增加，因此与设计为输出恒定转矩的马达相比较，马达效率提高，并且抑制过电流检测，系统的可靠性及冗余性提高。另一方面，即使在齿轮输出轴侧为旋转一周中具有多个峰值负载的系统的情况下，也能够依据上述方法而设置突出部，从而获得相同的效果。

需要说明的是，在图2中，定子齿突出部55的旋转方向宽度成为齿前端部旋转方向宽度的大致一半，并且转子外周面突出部8的旋转方向宽度成为转子一极的旋转方向宽度的大致一半，但突出部的宽度与峰值负载施加的期间或机械角间距相适地自由调整即可。

实施例2

以下，使用图3而对本发明的实施例2进行说明。

实施例1所述的结构能够与负载的脉动相适地输出转矩，但另一方面，由于在间隙方向上设置突出部，因此由于马达组装时的轴偏移、偏芯，有可能使定子内径与转子外径机械干涉。当发生干涉时，有可能导致振动、噪声的增大。若为了避免机械干涉、振动及噪声增加，而使突出部对置时的间隙长度与以往设计的水准相适，则非突出部的间隙长度变得过大，在脉动峰值以外的期间，无法产生足够的转矩。

在本实施例中说明用于解决该课题的方法。即，本实施例的永磁电动机不采用机械性地设有磁通量透过容易的部分的结构，通过采用磁性地设有磁通量透过容易的部分的结构，从而避免机械干涉、振动及噪声增加，进而在脉动峰值以外的期间也能够产生足够的转矩，并且还能够获得与实施例1相同的效果。

在图3中表示本实施例的永磁电动机的径向剖视图。在图3中，对与图2相同的构成要素标注相同的附图标记，避免重复说明。图3的结构与图2不同之处在于，首先如定子磁通量透过容易部56所示，在至少一个齿处，将构成该齿的磁性体的整体或者一部分的磁导率设为高于其他的磁性体的磁导率。即，作为构成为透过磁通量增多的定子齿52，其一部分或者全部由磁导率比其他齿高的构件(定子磁通量透过容易部56)形成，作为该构件(定子磁通量透过容易部56)而例如可以使用非晶形材料、纳米晶体材料。

另一方面在于，作为转子1而如转子磁通量透过容易部9所示，在至少一极处，构成该极的磁性体的整体或者一部分的磁导率高于构成转子的其他磁性体的磁导率。即，构成为透过磁通量增多的部位(转子磁通量透过容易部9)由磁导率比其他部位高的构件来形成。需要说明的是，作为该构件(转子磁通量透过容易部9)，例如使用非晶形材料、纳米晶体材料皆可。

通过采用这样的结构，在定子磁通量透过容易部56与转子磁通量透过容易部9对置时获得较大的转矩，并且能够使上述位置关系在旋转一周中仅产生一次。因而，与实施例1相同地，在旋转一周中具有一次峰值负载的系统下，能够在恒定电流下产生与负载变动相适的转矩。由此，能够抑制以负载变动为起因的电流增加，因此与设计为输出恒定转矩的马达相比较，马达效率提高，并且抑制过电流检测，系统的可靠性及冗余性提高。

另外，由于机械性间隙长度在周向上大致一样，通过沿袭以往马达的设计，在能够避免马达组装时的轴偏移、偏芯所带来的机械干涉、振动及噪声增加的同时，也不会使转矩在脉动峰值以外的期间大幅降低。

需要说明的是，上述是将旋转一周中具有一次峰值负载的系统作为对象进行描述的，通过设置多组定子磁通量透过容易部56及转子磁通量透过容易部9，即使在旋转一周中具有两次以上的峰值负载的系统、连结有齿轮的系统中，能够获得与实施例1所述的效果相同的效果。另外，也可以将图2的转子1或者定子50的结构与实施例1所示的转子1或者定子50的结构组合。

作为本实施例的其他方式，也可以替代设置转子磁通量透过容易部9，在转子1中的至少一极中，关于构成该极的永久磁铁4的全部或者一部分，使该永久磁铁的残留磁通量密度大于其他磁铁。通过采用这样的结构，在残留磁通量密度较高的永久磁铁与转子磁通量透过容易部9对置时，获得较大的转矩，并且上述位置关系能够在旋转一周中仅产生一次，因此能够获得与由上述本实施例获得的效果相同的效果。需要说明的是，也可以将该结构与实施例1所示的结构组合，或者也可以与图3所示的结构组合。

实施例3

以下，使用图4～图6来说明本发明的实施例3。

图4是表示本实施例的永磁电动机的径向剖视图。在图4中，在与图2相同的构成要素上标注相同附图标记，避免重复说明。图4的结构与图2的不同之处在于，首先在定子齿52中的至少一个定子齿52上设置定子狭缝53(空穴)，相对地设置磁通量透过变得容易的部位(定子磁通量透过容易部56)。另外，另一方面，在转子1的多个极中，在构成上述极的磁性体的一部分设置转子狭缝7(空穴)，并且通过使所述转子1中的至少一极与设有所述转子狭缝7的多个极相比而减小狭缝的截面面积或消除狭缝，从而相对地设置磁通量透过变得容易的部位(转子磁通量透过容易部9)。

通过采用这样的结构，在定子磁通量透过容易部56与转子磁通量透过容易部9对置时获得较大转矩，并且上述位置关系能够在旋转一周中仅产生一次。因此，通过与制冷剂压缩机等的在旋转一周中具有一次峰值负载的系统的负载峰值相适地采用本实施例的永磁电动机，能够在恒定电流下产生与负载变动相适合的转矩。省略详细说明，但获得与实施例1、2相同的效果是不言自明的。

需要说明的是，图4的结构在制作性的方面优异，基本来说，在对马达铁心进行穿孔加工时，通过准备设有图4所示那样的定子狭缝53及转子狭缝7的穿孔模具而能够制作，不会造成像实施例2那样改变特定位置的构成材料、物性这样的麻烦。另外，如图5所示，也可以将设于定子齿52的定子狭缝53构成为相对于间隙面而凹陷的槽状。另外，如图6所示，也可以在设于转子的转子狭缝7中，追加相对于间隙面而凹陷的槽状的转子狭缝7b。

需要说明的是，上述是将在旋转一周中具有一次峰值负载的系统作为对象进行描述的，但也可以设置多组定子磁通量透过容易部56及转子磁通量透过容易部9，从而在旋转一周中具有两次以上的峰值负载的系统、连结有齿轮的系统中也能够获得与实施例1所述相同的效果。另外，也可以将图4、图5、图6的结构与实施例1及实施例2所示的任一者或者两者的结构组合。

实施例4

在图7中表示本发明的第一实施例的永磁电动机的径向剖视图。在图7中，对与图4相同的构成要素标注相同的附图标记，避免重复说明。图7的结构与图4的不同之处在于，齿52a的旋转方向的宽度大于其他齿，设置磁通量透过变得容易的部位(定子磁通量透过容易部56)。通过采用这样的结构，在定子磁通量透过容易部56与转子磁通量透过容易部9对置时获得较大转矩，并且上述位置关系在旋转一周中仅产生一次，因此在旋转一周中具有一次峰值负载的系统中，能够在恒定电流下产生与负载变动相适的转矩。由此，能够抑制以负载变动为起因的电流增加，因此与设计为输出恒定转矩的马达相比较，马达效率提高，并且抑制过电流检测，系统的可靠性及冗余性提高。另外，机械性间隙长度在周向上大致一样，因此沿袭以往马达的设计，从而在能够避免马达组装时的轴偏移、偏芯所带来的机械干涉、振动及噪声增加的同时，也不会使转矩在脉动峰值以外的期间大幅降低。另外，图7的结构在制作性的方面优异，基本来说，在对马达核心进行穿孔加工时，通过准备设有图7所示那样的定子狭缝53及转子狭缝7的穿孔模具而能够制作，不会造成像实施例2那样改变确定位置的构成材料、物性这样的麻烦。

需要说明的是，上述是将在旋转一周中具有一次峰值负载的系统作为对象进行描述的，通过设置多组定子磁通量透过容易部56及转子磁通量透过容易部9，即使在旋转一周中具有两次以上的峰值负载的系统、连结有齿轮的系统中，也能够获得与实施例1所述的效果相同的效果。另外，也可以将图7的结构与实施例1、实施例2及实施例3所示的任一者或者全部的结构组合。

若将以上说明的实施例中的任一个永磁电动机应用于图1的压缩机，则在具备吸入并压缩制冷剂而将其排出的压缩机构部(压缩室19)及驱动该压缩机构部(压缩室19)的永磁电动机24的压缩机中，永磁电动机24构成为，在旋转一周的期间内该压缩机的负载转矩增大的时间中，以使定子50的透过磁通量增多的方式形成的齿与以使转子1的透过磁通量增多的方式形成的部位处于隔着间隙对置的位置，能够获得各个实施例所说明的效果。

附图标记说明如下：

1   转子

2   转子铁心

3   永久磁铁

4   永久磁铁插入孔

5   轴孔

6   曲轴

7   转子狭缝

8   转子外周面突出部

9   转子磁通量透过容易部

13  固定涡盘构件

14、17 端板

15、18 漩涡状卷板

16  回旋涡盘构件

19  压缩室

20  排出口

21  框架

22  压力容器

23  吸入配管

24  永磁电动机

25  储油部

26  油孔

27  滑动轴承

50  定子

51  定子铁心

52  定子齿

53  定子狭缝

54  定子绕线

55  定子齿突出部

56  定子磁通量透过容易部

Claims (11)

1.一种永磁电动机，该永磁电动机具备：具有多个齿的定子；及与该定子隔着规定的间隙而配置在内周侧的转子，其特征在于，

所述多个齿中的至少一个齿的间隙方向上的透过磁通量比其他齿的间隙方向上的透过磁通量多，

在所述转子中，与透过磁通量增多的所述齿相同的数量的部位处的间隙方向上的透过磁通量比其他部位的间隙方向上的透过磁通量多。

2.根据权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，

透过磁通量增多的所述齿形成有比其他齿向间隙方向突出的部位。

3.根据权利要求1或2所述的永磁电动机，其特征在于，

在所述转子中，透过磁通量增多的所述部位以比其他部位向间隙方向突出的方式形成。

4.根据权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，

透过磁通量增多的所述齿的一部分或者全部由磁导率比其他齿高的构件形成。

5.根据权利要求1或4所述的永磁电动机，其特征在于，

在所述转子中，透过磁通量增多的所述部位由磁导率比其他部位高的构件形成。

6.根据权利要求1或4所述的永磁电动机，其特征在于，

在所述转子中，透过磁通量增多的所述部位由永久磁铁的残留磁通量密度比其他部位高的构件形成。

7.根据权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，

所述多个齿的一部分或者全部在内部形成空穴，透过磁通量增多的所述齿没有形成所述空穴、或者空穴的截面面积比其他齿小。

8.根据权利要求1或7所述的永磁电动机，其特征在于，

所述转子在外周侧形成多个空穴，透过磁通量增多的所述部位以所述空穴比其他部位少、或者空穴的截面面积比其他部位小的方式形成。

9.根据权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，

透过磁通量增多的所述齿的旋转方向的宽度形成得比其他齿大。

10.根据权利要求9所述的永磁电动机，其特征在于，

减小了旋转方向的宽度的齿与增大了旋转方向的宽度的齿的至少一组配置为夹着旋转轴彼此对置。

11.一种压缩机，该压缩机具备吸入并压缩制冷剂且将该制冷剂排出的压缩机构部、及对该压缩机构部进行驱动的电动机，其特征在于，

所述电动机是权利要求1至10中任一项所述的永磁电动机，

该永磁电动机构成为，在旋转一周的期间该压缩机的负载转矩增大的时间内，所述定子的透过磁通量增多的齿与所述转子的透过磁通量增多的部位处于隔着间隙对置的位置。