CN104871409A - 永磁体嵌入式电动机和压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种永磁体嵌入式电动机(50)，其具备定子(1)和具有转子铁心(12)的转子(100)，其中，转子铁心包括：多个磁铁容纳孔(13)，该多个磁铁容纳孔(13)形成有与极数相应的数量；多个永磁体(14)；风孔部(7)，该风孔部(7)供制冷剂和冷冻机油通过；以及紧固孔(8)，磁铁容纳孔形成为朝向径向内侧突出且朝向径向外侧凹陷的形状，风孔部和紧固孔排列成交替布置，风孔部的形状形成为包括沿着旋转轴的外周面在转子铁心的周向上呈弧状地扩展的部分，风孔部的面积比紧固孔的面积大。

Description

永磁体嵌入式电动机和压缩机
技术领域
本发明涉及将永磁体嵌入转子铁心的内部的永磁体嵌入式的永磁体型电动机和压缩机。
背景技术
近年来，由于节能意识的提高，提出了多种通过将矫顽力高的稀土类永磁体使用于转子来实现高效率化的永磁体型马达。但是，由于稀土类永磁体昂贵，导致电动机的成本增加，因此以往的常见的永磁体嵌入式电动机的转子使用烧结铁氧体磁铁来代替稀土类永磁体。这样，在使用了烧结铁氧体磁铁来代替稀土类永磁体的情况下，表示磁力的大小的残留磁通密度降低至约1/3。为了弥补由磁力的降低导致的转矩不足，需要将永磁铁设为使表面积尽可能大的形状，用表面积弥补磁力不足。另外，除了由永磁体产生的转矩之外，积极地利用磁阻转矩，从而能够弥补由永磁体导致的磁力不足。
例如，专利文献1所公开的永磁体嵌入式电动机的转子由轴、圆弧状的永磁体以及具有容纳永磁体的冲孔的层叠铁心构成，冲孔以1极1个冲孔的比例进行设置，并且冲孔的圆弧形状为朝向转子中心形成为凸状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-339420(图1等)
发明内容
发明要解决的课题
然而，上述专利文献1所公开的永磁体嵌入式电动机在装入到压缩机的情况下，无法确保足够的制冷剂的路径，导致压缩机的性能降低。另外，存在如下的问题：制冷剂与冷冻机油难以分离，冷冻机油常常被带向密闭容器外，从而发生压缩机的油枯竭。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种永磁体嵌入式电动机，该永磁体嵌入式电动机即使在使用了烧结铁氧体磁铁的情况下，也能够确保适当的磁力，并且，即使在装入到压缩机时，也能够充分地确保制冷剂的路径，并且促进制冷剂与冷冻机油的分离。
用于解决课题的手段
为了达到上述的目的，本发明的永磁体嵌入式电动机具备：转子，该转子具有多个构成板层叠而成的转子铁心；以及定子，该定子设置成包围所述转子，所述转子铁心包括：多个磁铁容纳孔，该多个磁铁容纳孔沿着周向形成有与极数相应的数量；多个永磁体，该多个永磁体容纳于该多个磁铁容纳孔；风孔部，该风孔部成为用于供制冷剂和冷冻机油通过的路径；以及紧固孔，该紧固孔用于紧固被层叠了的所述多个构成板，多个磁铁容纳孔分别形成为，朝向所述转子铁心的径向内侧突出且朝向径向外侧凹陷的形状，所述多个风孔部和所述多个紧固孔在所述转子铁心的周向上排列成交替布置，所述风孔部的形状形成为，包括沿着所述旋转轴的外周面在所述转子铁心的周向上呈弧状地扩展的部分，由此，所述风孔部的面积比所述紧固孔的面积大。
发明的效果
根据本发明，发挥如下这样的效果：即使在使用了烧结铁氧体磁铁的情况下，也能够确保适当的磁力，并且充分地确保制冷剂的路径，并且促进制冷剂与冷冻机油的分离，从而能够提供高性能的压缩机。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的永磁体嵌入式电动机的剖视图。
图2是图1所示的转子铁心的剖视图。
图3是将铁氧体磁铁容纳于图2的转子铁心的剖视图。
图4是关于本发明的实施方式2的、与图3相同形式的图。
图5是关于本发明的实施方式3的、与图3相同形式的图。
图6是表示将本发明的电动机装入到压缩机的状态的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的永磁体嵌入式电动机的实施方式。此外，在图中，相同附图标记表示相同或者相对应的部分。
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1的永磁体嵌入式电动机的剖视图，图2是表示图1所示的转子铁心的剖视图，图3是将铁氧体磁铁容纳于图2的转子铁心的状态的剖视图。此外，图1～图3将以后述的转子的旋转轴为垂线的面设为纸面。
在图1中，本发明的实施方式1的永磁体嵌入式电动机50具备圆环状的定子1和转子100。定子1具有：呈环状的定子铁心2；多个槽3，该多个槽3在该定子铁心2的内周部沿周向(转子100的旋转方向)以等角间距形成；以及线圈4，该线圈4容纳于各槽3。
在定子1的内周侧，以能够旋转的方式配置有转子100，在转子100(转子铁心12)的外周面15与定子1的内周面1a之间，形成有圆筒状的空隙5。此外，图1所示的定子1作为一例是分布绕组的定子，但也可以是集中绕组的定子。
另一方面，转子100作为主要的结构，具有转子铁心12、旋转轴11以及多个永磁体14。从驱动源向旋转轴11传递旋转能，利用该旋转能使设于旋转轴11的周围的转子铁心12旋转。转子铁心12和旋转轴11通过例如热套和压入等连结。
然后，参照图2说明转子的详细情况。在图2中示出了容纳永磁体14之前的转子铁心12。转子铁心12是通过将用模具冲压成规定形状的硅钢板(构成板)在旋转轴11的延伸方向(图2的纸面表里方向)上层叠多片而制作的。转子铁心12的外周面15形成为圆筒状。
在转子铁心12中形成有沿着周向设于同一圆周上的6个磁铁容纳孔13。磁铁容纳孔13分别形成为在图1～图3中观察的朝向转子铁心12的径向内侧突出且朝向径向外侧凹陷的形状。作为一例，具体地说，磁铁容纳孔13分别形成为在图1～图3中观察的大致U字状(内侧划定线和外侧划定线均呈圆弧状)。另外，磁铁容纳孔13分别以上述U字中的凹部侧朝向转子的外侧的方式进行配置。
更详细地说，在图2的纸面中观察，磁铁容纳孔13分别具有圆弧状的内侧划定线13a、圆弧状的外侧划定线13b以及一对端部线13c，该一对端部线13c在转子铁心12的外周面15的附近连结内侧划定线13a的端部和外侧划定线13b的端部。
并且，磁铁容纳孔13的短边方向(与连接内侧划定线13a和外侧划定线13b的中点而成的弯曲中心线CC正交的方向)的厚度构成为，磁极的极中心部最小，随着向转子铁心12的径向外侧去而逐渐变大。
转子铁心12在转子铁心12的外周面15与各磁铁容纳孔13的各个端部线13c之间具有外周薄壁铁心部6。
通过如此构成转子铁心12，能够增大磁铁容纳孔13的两端部(端部线13c)附近的磁阻。由此，能够增大转子铁心12的凸极比(最小电感相对于最大电感之比)，从而能够有效地利用磁阻转矩，能够实现高转矩化。
如图3所示，在各个磁铁容纳孔13容纳有对应的永磁体14。即，构成转子铁心12的磁极的永磁体14，在转子铁心12的外周侧沿转子铁心12的周向配置有与极数相同的数量。另外，永磁体14是常温下的残留磁通密度为0.4T～0.5T左右的烧结铁氧体磁铁，永磁体14的极中心部的厚度构成为空隙5的宽度(电动机径向的尺寸)的8倍以上。
永磁体14的外缘形状与磁铁容纳孔13的内缘形状大致相似。为了避免局部的部分退磁，对永磁体14的周向两端部(径向外侧的两端部)的内侧部分14a适当地施加倒角加工14b。而且，各永磁体14被磁化成N极和S极相对于转子100的径向交替布置。具体地说，永磁体14被磁化成径向取向，以使永磁体14的取向的焦点在通过转子100的中心CA与永磁体14的磁极的中央部的中央线上且位于转子100的外侧。
烧结铁氧体磁铁具有如下这样的特性：由于与Nd、Fe、B系的烧结稀土类永磁体相比电阻较大，因此涡流损耗不易流动，但是矫顽力非常小(烧结稀土类永磁体的1/3左右)，当施加去磁场时易于退磁。另一方面，在没有磁铁容纳孔的情况下，越向铁心的中心侧磁阻越大。因此，通过使磁铁容纳孔的短边方向的厚度在铁心中心侧(极中心部)最小且随着向铁心外径侧而变大，能够缓和磁阻的不平衡，并防止去磁场集中于永磁体的端部附近。
通过如此配置永磁体，能够有效地确保永磁体的磁力。另外，能够改善永磁体的两端部的退磁耐力。
在转子铁心12中的旋转轴11与磁铁容纳孔13之间的部分形成有：多个风孔部7，该多个风孔部7成为用于供制冷剂、冷冻机油通过的路径；以及多个紧固孔8，该多个紧固孔8呈正圆形状，用于紧固为了构成转子铁心12而层叠的多个硅钢板。
风孔部7沿着旋转轴11配置与极数的一半相应的数量。风孔部7分别配置于对应的极间部。另外，风孔部7和紧固孔8在转子铁心12的周向上排列成交替布置。具体地说，在本实施方式1中，由于是6极的结构，因此风孔部7的数量为3个，紧固孔8的数量也是3个。并且，风孔部7与紧固孔8的配置形式为在每个极间部对称。
另外，风孔部7的形状形成为包括沿着旋转轴11的圆筒外周面11a在转子铁心12的周向上呈弧状地扩展的部分7a，由此，意图使风孔部7的面积比紧固孔8的面积大。
在此，如图2所示，构成为：当设风孔部7的周向的扩展角度为θ1、设对应的一对磁极的间距为θ2时，θ1≥θ2。换言之，当假定存在由关于转子铁心12的中心CA的半径限定的、相对于一对磁极的一对磁极中心线MC时，风孔部7具有扩展至对应的一对磁极中心线MC的周向外侧的区域的部分。
另外，风孔部7的形状形成为包括朝向转子铁心12的径向外侧的凸部7b。并且，风孔部7的形状形成为包括沿着磁铁容纳孔13的内侧划定线13a在转子铁心12的周向上延伸的部分7c。
通过如此配置风孔部7，能够确保转子的强度和适当的磁力，并且充分地确保制冷剂的路径。另外，能够促进制冷剂与冷冻机油的分离。由此，发挥如下的效果：能够抑制冷冻机油混入制冷剂之中并在制冷循环中循环而导致导热性能降低，从而能够提供高性能的压缩机。
实施方式2.
接下来，说明本发明的实施方式2的永磁体嵌入式电动机。在上述的实施方式1中，在一对磁铁容纳孔之间设有由一个空间构成的一个风孔部，但本发明不限定于此，也可以使形成于一对磁铁容纳孔之间的多个被分割的空间发挥一个风孔部的功能。本实施方式2是一个风孔部由在周向上被分割的多个(图示例中是二个)空间部分构成的情况的例子。
图4是关于本实施方式2的、与图3相同形式的图。本实施方式2除了以下说明的部分之外与上述实施方式1相同。如图4所示，在转子101中，由在极间部附近在周向上分成两部分的两个空间部分151、152构成一个风孔部117。若宏观地观察两个空间部分151、152，则风孔部117占据与上述实施方式1的风孔部7相同的范围，并形成为具有沿着旋转轴11的圆筒外周面11a在转子铁心12的周向上呈弧状地扩展的部分。
在这样的本实施方式2中，也能够得到与上述实施方式1同样的优点，即使在使用了烧结铁氧体磁铁的情况下，也确保适当的磁力，并且充分地确保制冷剂的路径，并且促进制冷剂与冷冻机油的分离，从而能够提供高性能的压缩机。此外，根据本实施方式2，通过分割地配置风孔部，转子的强度进一步增加，而且能够进行高速旋转，从而能够谋求进一步的高输出化。另外，通常在欲进行高速化的情况下，冷冻机油的枯竭会成为课题，但通过如本实施方式这样由分割了的空间部分构成风孔部，能够谋求兼顾促进高速化和促进制冷剂、冷冻机油的分离这两者，可发挥如下的优异的效果：即使在以高速旋转进行运转的情况下，也能够防止冷冻机油混入到制冷剂之中并在制冷循环中循环而导致导热性能降低。
实施方式3.
接下来，说明本发明的实施方式3的永磁体嵌入式电动机。本实施方式3作为使多个被分割的空间发挥一个风孔部的功能的情况的其他例子，表示一个风孔部由在径向上被分割的多个(图示例是两个)空间部分构成的情况的例子。
图5是关于本实施方式3的、与图3相同形式的图，本实施方式3也是除了以下说明的部分之外与上述实施方式1相同。如图5所示，在转子102中，由在径向上分成两部分的两个空间部分161、162构成一个风孔部127。空间部分161是在周向上扩展的内径侧的风孔构成部分，空间部分162是朝向径向外侧形成凸状的外径侧的风孔构成部分。若宏观地观察两个空间部分161、162，则风孔部127占据与上述实施方式1的风孔部7相同的范围，并形成为具有沿着旋转轴11的圆筒外周面11a在转子铁心12的周向上呈弧状地扩展的部分。
在这样的本实施方式3中，也能够得到与上述实施方式2同样的优点，确保适当的磁力并且充分地确保制冷剂的路径，并且促进制冷剂与冷冻机油的分离，从而能够提供高性能的压缩机。并且，能够谋求兼顾促进高速化和促进制冷剂、冷冻机油的分离这两者。此外，对于实施方式2和3，关于空间部分的分割数量也可以是三个以上，分割方向也可以是除了周向、径向以外的方向，关于一个风孔部，也可以对不同方向的分割形式进行组合。
实施方式4.
接下来，作为本发明的实施方式4，对搭载了上述的实施方式1～3中的任一个永磁体嵌入式电动机的回转压缩机进行说明。此外，本发明的压缩机不限定于回转压缩机。图6是搭载了图1～图5所示的永磁体嵌入式电动机的气缸回转压缩机的纵剖视图。
回转压缩机200在密闭容器25内具备电动机50(电动元件)和压缩元件30。虽未图示，但在密闭容器25的底部贮存有用于润滑压缩元件30的各滑动部的冷冻机油。
压缩元件30作为主要的元件包括：气缸20，该气缸20设置为上下层叠状态；旋转轴11，该旋转轴11通过电动机进行旋转；活塞21，该活塞21插入嵌合于旋转轴11；叶片(未图示)，该叶片将气缸20内分为吸入侧和压缩侧；上下一对的上部框架22a和下部框架22b，该上部框架22a和下部框架22b供旋转轴11以旋转自如的方式插入嵌合，并闭塞气缸20的轴向端面；以及消音器24a和24b，该消音器24a和24b分别安装于上部框架22a和下部框架22b。
电动机50的定子1通过热套或者焊接等方法直接安装于密闭容器25并被保持。从固定于密闭容器25的玻璃端子26向定子1的线圈4供给电力。
转子100隔着设于定子1的内径侧的空隙进行配置，经由转子100的中心部的旋转轴11通过设于回转压缩机200的下部的压缩元件30的轴承部(上部框架22a和下部框架22b)以旋转自如的状态保持。
接下来，说明该回转压缩机的动作。通过固定于密闭容器25的吸入管28向气缸20内吸入从储液器41供给的制冷剂气体。通过变换器的通电使电动机50旋转，从而嵌合于旋转轴11的活塞21在气缸20内旋转。由此，在气缸20内进行制冷剂的压缩。制冷剂经过消音器24a和24b之后，通过电动机50的风孔部等而在密闭容器25内上升。此时，在被压缩了的制冷剂中混入了冷冻机油。在该制冷剂与冷冻机油的混合物通过设于转子铁心12的风孔部7时，能够促进制冷剂与冷冻机油的分离，防止冷冻机油向排出管29流入。这样，被压缩了的制冷剂通过设于密闭容器25的排出管29而向制冷循环的高压侧供给。
此外，回转压缩机200的制冷剂以往采用了R410A、R407C、R22等，但也能够应用低GWP(全球变暖潜能值)的制冷剂等任意制冷剂。从防止全球变暖的观点来看，优选低GWP制冷剂。作为低GWP制冷剂的代表例，有以下的制冷剂。
(1)组成中具有碳双键的卤代烃：例如是HFO-1234yf(CF3CF＝CH2)。HFO是Hydro-Fluoro-Olefin的缩写，Olefin是具有一个双键的不饱和烃。此外，HFO-1234yf的GWP是4。
(2)组成中具有碳双键的烃：例如是R1270(丙烯)。此外，GWP为3，虽然比HFO-1234yf的GWP小，但可燃性比HFO-1234yf的可燃性大。
(3)包括组成中具有碳双键的卤代烃或者组成中具有碳双键的烃中的至少任一种的混合物：例如是HFO-1234yf与R32的混合物等。HFO-1234yf由于是低压制冷剂，因此压力损失变大，制冷循环(特别是在蒸发器中)的性能容易降低。因此，在实用性上优选HFO-1234yf与作为比HFO-1234yf高压的制冷剂的R32或R41等的混合物。
在上述构成的本实施方式4的回转压缩机中，由于电动机的风孔部如上所述地设置，所以也得到能够确保转子的强度和适当的磁力并且充分地确保制冷剂的路径的优点。另外，能够促进制冷剂与冷冻机油的分离，由此，发挥如下的效果：能够抑制冷冻机油混入制冷剂之中并在制冷循环中循环而导致导热性降低能，能够提供高性能的压缩机。
此外，本发明的实施方式表示本发明的内容的一例，也能够进一步与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的要旨的范围内，当然也能够通过进行省略一部分等的变更来构成。
附图标记说明
1：定子，5：空隙，7、117、127：风孔部，8：紧固孔，12：转子铁心，13a：内侧划定线，13b：外侧划定线，13：磁铁容纳孔，14：永磁体，25：密闭容器，30：压缩元件，50：永磁体嵌入式电动机，100、101、102：转子，200：回转压缩机。

Claims (8)

1.一种永磁体嵌入式电动机，其特征在于，该永磁体嵌入式电动机具备：转子，该转子具有多个构成板层叠而成的转子铁心；以及
定子，该定子设置成包围所述转子，
所述转子铁心包括：多个磁铁容纳孔，该多个磁铁容纳孔沿着周向形成有与极数相应的数量；多个永磁体，该多个永磁体容纳于该多个磁铁容纳孔；风孔部，该风孔部成为用于供制冷剂和冷冻机油通过的路径；以及紧固孔，该紧固孔用于紧固被层叠了的所述多个构成板，
多个磁铁容纳孔分别形成为，朝向所述转子铁心的径向内侧突出且朝向径向外侧凹陷的形状，
所述多个风孔部和所述多个紧固孔在所述转子铁心的周向上排列成交替布置，
所述风孔部的形状形成为，包括沿着所述旋转轴的外周面在所述转子铁心的周向上呈弧状地扩展的部分，由此，所述风孔部的面积比所述紧固孔的面积大。
2.根据权利要求1所述的永磁体嵌入式电动机，其特征在于，
在设所述风孔部的周向的扩展角度为θ1、设对应的一对所述磁极的间距为θ2时，θ1≥θ2。
3.根据权利要求1或2所述的永磁体嵌入式电动机，其特征在于，
所述风孔部的形状形成为，包括朝向所述转子铁心的径向外侧的凸部以及沿着所述磁铁容纳孔的内侧划定线在转子铁心的周向上延伸的部分。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的永磁体嵌入式电动机，其特征在于，
所述磁铁容纳孔的短边方向的厚度构成为，磁极的极中心部最小，且随着向所述转子铁心的径向外侧而逐渐变大。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的永磁体嵌入式电动机，其特征在于，
所述多个风孔部分别由被分割了的多个空间部分构成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的永磁体嵌入式电动机，其特征在于，
在所述转子铁心的外周面与所述定子的内周面之间形成有空隙，
所述永磁体的极中心部的厚度构成为所述空隙的宽度的8倍以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的永磁体嵌入式电动机，其特征在于，
所述永磁体是铁氧体磁铁。
8.一种压缩机，其是在密闭容器内具备电动机和压缩元件的压缩机，其特征在于，
所述电动机是权利要求1～7中任一项所述的永磁体嵌入式电动机。
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