CN105075079B

CN105075079B - 永磁铁埋入式电动机、压缩机和冷冻空调装置

Info

Publication number: CN105075079B
Application number: CN201380072981.4A
Authority: CN
Inventors: 仁吾昌弘; 马场和彦; 土田和庆
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2017-07-21
Anticipated expiration: 2033-02-14
Also published as: CN203747527U; WO2014125599A1; CN105075079A; JPWO2014125599A1; JP6022031B2; US20150372548A1; US9647501B2

Abstract

转子外周面(25)由第一圆弧(29)和第二圆弧(31)构成，第一圆弧位于磁极中心部，第二圆弧位于极间部，第一圆弧比第二圆弧更向径向外侧凸出，空气间隙(15)以分别随着从磁极中心部朝向相邻的极间部而变大的形态变化，磁铁插入孔的径向外侧的孔界定部具有第三圆弧(33)的弯曲，径向内侧的孔界定部具有第四圆弧(35)的弯曲，齿前部(7a)的开口角、第一圆弧的开口、以及第三圆弧的开口角相同。

Description

永磁铁埋入式电动机、压缩机和冷冻空调装置

技术区域

本发明涉及永磁铁埋入式电动机、压缩机和冷冻空调装置。

背景技术

对于由将弧状的永磁铁以凸部侧朝向转子的中心侧的方式配置在转子铁芯内部的这种转子构成的电动机而言，通过将永磁铁形成为弧状，从而能够增大表面积，能够增大从转子的永磁铁产生的磁通量。但另一方面，由于永磁铁的磁极表面部的铁芯大，因此存在如下问题：难以控制磁极表面部的磁通密度，由于磁通密度分布的高谐波成分而振动噪音大，容易发生相邻的磁铁间的磁通泄漏，磁铁的端部附近容易局部地退磁。

作为如上述那样配置有永磁铁的电动机，有专利文献1中公开的发明。在专利文献1中，公开了如下结构的永磁型电动机：其具备转子，所述转子将剖面形状形成弧状的磁极用的多个永磁铁以各自的凸部侧朝向转子铁芯的中心侧的方式配置在转子铁芯的内部，将该转子可旋转地配设在形成大致圆筒状的定子铁芯的内侧。并且，在这样的永磁型电动机中，转子铁芯的外周面与定子铁芯的内周面之间的空隙的大小在周向上变化。具体来说，在各个磁极的每个中，随着从与磁极的周向中央部对应的部位开始朝向与磁极间对应的部位，间隙变大。

另外，在专利文献2中，公开了如下的电动机：其设置有定子和转子，所述定子具有多个槽，所述转子与定子隔开间隙地相对配置，并设置有用于插入永磁铁的磁铁收容孔。并且，在该电动机中，转子的外周部由第一曲线部分和第二曲线部分相互连接而构成，所述第一曲线部分与主磁极部的d轴交叉，并且凸部侧朝向外周向，所述第二曲线部分与辅助磁极部的q轴交叉，并且凸部侧朝向外周向。主磁极部的第一曲线部分的半径的中心是转子的轴孔的中心，辅助磁极部的第二曲线部分的半径比主磁极部的第一曲线部分的半径大。此外，在以转子的轴孔为中心，将第一曲线部分的张角设为θ1，将第二曲线部分的张角设为θ2，将定子的槽的齿端部的张角设为θ3的情况下，构成为满足θ1≦θ2，并且θ1≦θ3。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平7－222384号公报

专利文献2:日本专利4452488号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，虽然上述的以往的电动机通过改善转子表面的磁通密度分布，从而构成了噪音振动小的电动机，但是对于由相邻的磁铁间的磁通泄漏导致的性能下降、以及磁铁的端部附近容易局部退磁的这种可靠性方面的课题，并没有做出应对。

本发明是鉴于上述课题而做出的，目的在于提供一种永磁铁埋入式电动机，该永磁铁埋入式电动机追求在噪音振动方面的更好的效果，不易发生相邻的磁铁间的磁通泄漏，永磁铁不易退磁，高效率并且可靠性高。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明的永磁铁埋入式电动机具备：定子、以及与所述定子相对并且可旋转地设置的转子，所述转子具有转子铁芯，所述转子铁芯形成有供分别对应的永磁铁插入的多个磁铁插入孔，在所述转子的转子外周面与所述定子的定子内周面之间确保有空气间隙，所述定子具有多个齿部，在该齿部各自的前端部，形成有两侧部沿周向扩展的齿前部，所述永磁铁埋入式电动机的特征在于，所述转子外周面从与旋转中心线正交的剖面观察，由多个第一圆弧和多个第二圆弧构成，所述第一圆弧分别位于所述转子外周面上的对应的磁极中心部，所述第二圆弧分别位于所述转子外周面上的对应的极间部，所述第一圆弧比所述第二圆弧更进一步地向径向外侧凸出，由此，所述空气间隙分别以随着从磁极中心部开始朝向相邻的极间部而变大的形态变化，从与旋转中心线正交的剖面观察，所述转子铁芯中的所述磁铁插入孔各自的径向外侧的孔界定部具有第三圆弧的弯曲部，径向内侧的孔界定部具有第四圆弧的弯曲部，所述齿前部的开口角、所述第一圆弧的开口角、以及所述第三圆弧的开口角相等。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种永磁铁埋入式电动机，该永磁铁埋入式电动机追求在噪音振动方面的更良好的效果，并且，不易发生相邻的磁铁间的磁通泄漏，永磁铁不易退磁，高效率且可靠性高。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的永磁铁埋入式电动机的与旋转中心线正交的剖面的图。

图2是将图1中的一个永磁铁的周围部和与其对应的一个齿前部的周围部放大表示的图。

图3是涉及本发明的实施方式2的、与图2相同形态的图。

图4是涉及本发明的实施方式3的、与图2相同形态的图。

图5是涉及本发明的实施方式4的、与图2相同形态的图。

图6是搭载了永磁铁埋入式电动机的本发明的实施方式5的气缸旋转压缩机的纵剖视图。

图7是涉及比较例的、与图1相同形态的图。

图8是涉及比较例的、表示电角度与空载感应电压的关系的曲线图。

图9是涉及本发明的、表示电角度与空载感应电压的关系的曲线图。

图10是在比较例和本发明之间比较感应电压的实效值的柱状图。

图11是在比较例和本发明之间比较退磁率的曲线图，该退磁率是以产生相对于转子的永磁铁相反的相位的电枢磁通的方式向定子通电的情况下的退磁率。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。此外，在图中，相同附图标记表示相同或对应的部分。

实施方式1.

图1是表示本实施方式1的永磁铁埋入式电动机的与旋转中心线正交的剖面的图。此外，图2～图5都是从图1的形态的整体结构中抽出其中一部分的局部放大图，优先考虑图的简明性而省略了阴影线。

如图1所示，永磁铁埋入式电动机1具备：定子3、以及与该定子3相对并可旋转地设置的转子5。定子3具有多个齿部7。多个齿部7分别隔着对应的槽部9地与另外的齿部7相邻。多个齿部7和多个槽部9以在周向上交替且等间隔地排列的方式配置。省略图示的公知的定子绕组以公知的形态分别卷绕在多个齿部7上。

转子5具有转子铁芯11和轴13。轴13通过热装、压入等方式与转子铁芯11的轴心部连结，并向转子铁芯11传递旋转能量。在转子5的外周面与定子3的内周面之间，确保有空气间隙15。

在这样的结构中，转子5在隔着空气间隙15的定子3的内侧，以旋转中心线CL(转子的旋转中心、轴的轴线)为中心旋转自如地被保持。具体来说，通过将与指令转速同步的频率的电流通向定子3，从而产生旋转磁场，使转子5旋转。定子3与转子5之间的空气间隙15是0.3～1mm的空隙。

接下来，详细地说明定子3和转子5的结构。定子3具有定子铁芯17。定子铁芯17通过将每一块厚度为0.1～0.7mm左右的电磁钢板冲裁成规定的形状，并利用铆接将规定块数的电磁钢板紧固并层叠而构成。在这里，使用板厚为0.35mm的电磁钢板。

在定子铁芯17中，在其内径侧，沿周向大致等间隔地以放射状形成有九个槽部9。并且，将定子铁芯17中相邻的槽部9之间的区域称为齿部7。齿部7分别沿径向延伸，并朝向旋转中心线CL突出。另外，齿部7的大部分从径向外侧开始一直到径向内侧具有大致相等的周向的宽度，但在齿部7的最靠径向内侧的前端部具有齿前部7a(图2的网格部)。齿前部7a分别形成为其两侧部沿周向扩展的伞形的形状。

在齿上卷绕有定子绕组(未图示)，所述定子绕组构成产生旋转磁场的线圈(未图示)。线圈是通过将电磁线隔着绝缘体地直接卷附于磁极齿上而形成。将该绕组方式称为集中绕组。并且，线圈被接线成三相Y形接线。线圈的匝数和线径根据所要求的特性(转速和转矩等)、电压规格、槽的剖面积来确定。在这里，为了易于绕组，将分割齿展开成带状，将线径为φ0.8mm左右电磁线在各个磁极齿上卷附100匝左右，在绕组之后，将分割齿弯成环状并焊接，从而构成定子。

在定子3的中心附近，配置有被可旋转地保持的轴13。并且，在该轴13上嵌合有转子5。转子5具有转子铁芯11，该转子铁芯11也是与定子铁芯17同样地，通过将厚度0.1～0.7mm左右的电磁钢板冲裁成规定的形状，并利用铆接将规定块数的电磁钢板紧固并层叠而构成。在这里，使用板厚为0.35mm的电磁钢板。

在转子铁芯11的内部，以N极和S极交替的方式设置有磁化了的多个(在本具体例中是六个)永磁铁19。从图1观察，永磁铁19分别弯曲成弧状，并配置成该弧形状的凸部侧朝向转子5的中心侧。更详细地说，在转子铁芯11中，形成有与多个永磁铁19相对应的数量的磁铁插入孔21，在多个磁铁插入孔21中分别插入有对应的永磁铁19。如图1所示，在每一个磁铁插入孔21中插入有一个永磁铁19。此外，转子5的磁极数只要是两极以上，可以是任意磁极数，在本例中，例示了六极的情况。

此外，在转子铁芯11中的、永磁铁19的径向内侧，设置有风孔23，所述风孔23在将永磁铁埋入式电动机1搭载于压缩机的情况下供制冷剂和油通过。

图2是将图1中的一个永磁铁的周围部和与其对应的一个齿前部的周围部放大表示的图。如图2所示，定子内周面27与转子外周面25之间的空气间隙15在周向上变化。在本实施方式1中，定子内周面27距旋转中心线CL的半径R0是恒定的，通过使转子外周面25局部地向径向外侧凸起，从而实现上述空气间隙15的周向上的变化。

从图2的剖面观察(从与旋转中心线CL正交的剖面观察)，转子外周面25由多个第一圆弧29和多个第二圆弧31构成。第一圆弧29分别是转子外周面25上的位于对应的磁极中心部的凸面的剖面。第二圆弧31分别是转子外周面25上的位于对应的极间部的圆筒面的剖面。第一圆弧29比第二圆弧31更进一步地向径向外侧凸起。第二圆弧31分别与对应的一对第一圆弧29的端部相连。即，多个第一圆弧29和多个第二圆弧31在周向上交替地排列。

通过这样使转子外周面25与定子内周面27相对，由此，空气间隙15分别以随着从磁极中心部开始朝向相邻的极间部而变大的形态、遍及整周地变化。

下面示出具体的一例，转子外周面25的第一圆弧29与定子内周面27之间的空气间隙15之中最小的、磁极间中心线ML上的空气间隙15是0.6mm。另外，从图2的剖面观察，通过第一圆弧29与第二圆弧31的交点(连接点、分界点)的分界线BL上的空气间隙15是0.9mm。第一圆弧29与定子内周面27之间的空气间隙15在第一圆弧29的范围内，越朝向磁极间中心线ML越变小，而另一方面，第二圆弧31与定子内周面27之间的空气间隙15在第二圆弧31的范围内相同。此外，各个第一圆弧29与在其两侧相邻的一对第二圆弧31形成为关于该第一圆弧29的磁极间中心线ML线对称。

在图2中，在将磁铁插入孔21各自的径向外侧(离旋转中心线CL远的一侧)的孔界定部的弯曲作为第三圆弧33，将径向内侧(离旋转中心线CL近的一侧)的孔界定部的弯曲作为第四圆弧35的情况下，齿前部7a的开口角θ1、第一圆弧29的开口角θ1、以及第三圆弧33的开口角θ1相等。此外，作为更优选的例子，将上述三个开口角θ1设计成2度以内，但只要是在5度以内，就能够毫无问题地发挥后述的效果。

在将弧状的永磁铁19以凸部侧朝向转子5的中心侧的方式配置在转子铁芯11的内部的情况下，永磁铁19的离转子外周面25最近的部位是弧状的永磁铁19的侧面部19a，当在定子3中有大的电流流过，在转子5上施加有电枢磁通的情况下，永磁铁19的侧面部19a最容易退磁。

磁铁插入孔21的、容纳永磁铁19的侧面部19a的磁铁侧面相对部37，根据上述的开口角θ1的关系，位于转子外周面25的第二圆弧31的径向的内侧的范围内，在转子铁芯11的磁铁侧面相对部37与第二圆弧31之间，存在相同壁厚的极间薄壁部39。这些极间薄壁部39分别成为相邻的磁极间的磁通泄漏的路径，因此，优选使这些极间薄壁部39尽可能地薄。在这里，作为能够进行冲压的最小宽度，设定为电磁钢板的板厚左右即0.35mm。通过这样的结构，本实施方式1的极间薄壁部39的磁通路狭窄，由于相邻的磁极间的磁通泄漏，磁通密度高，达到磁饱和。

此外，上述第一圆弧29的半径R1的中心位于磁极间中心线ML上的、比转子中心(旋转中心线CL)向对应的磁极侧(径向外侧)偏离的位置。第二圆弧31的半径R2的中心、以及定子内周面27的半径R0的中心位于转子中心(旋转中心线CL)。第三圆弧33的半径R3的中心、以及第四圆弧35的半径R4形成为在使转子5的磁极中心与定子3的齿相对时，位于磁极间中心线ML上的齿前部7a。这样的第三圆弧33的半径R3的中心与永磁铁的配向焦点一致。

根据如上那样构成的本实施方式1的永磁铁埋入式电动机，由于转子外周面与定子内周面之间的空气间隙构成为随着从磁极中心部开始朝向极间部而变大，因此，转子表面的磁阻随着从磁极中心部开始朝向极间部而变大，转子表面的磁通密度分布成为在磁极中心部最大的近似正弦波的分布，能够降低磁通密度的高谐波成分，能够使电动机的振动噪音变小。

此外，通过使齿前部的开口角、转子外周面的第一圆弧的开口角、以及磁铁插入孔的第三圆弧的开口角一致，由此，磁通流出和流入的磁通路宽度相同，能够使由转子的永磁铁产生的磁通有效地流入定子。加之，由于位于容易退磁的永磁铁的侧面部的径向外侧的部分的转子外周面由第二圆弧构成，因此，距离齿部的空气间隙宽，成为电枢磁通不易与永磁铁交链的结构，能够使永磁铁不易退磁。

另外，使齿前部的开口角与转子外周面的第一圆弧的开口角相等是为了使磁通流出和流入的磁通路宽度相等，而当齿前部的开口角比转子外周面的第一圆弧的开口角大的情况下，定子的磁通流入角比转子的磁通流出角大，存在在齿前部容易发生局部的磁通密度的集中的这种不利因素。而另一方面，当齿前部的开口角比转子外周面的第一圆弧的开口角小的情况下，定子的磁通流入角比转子的磁通流出角小，存在永磁铁的磁通在转子内短路、或者向相邻的齿的齿前部泄漏并短路，而不能与定子有效地交链的不利因素。因此，在本实施方式1中，通过使齿前部的开口角、转子外周面的第一圆弧的开口角、以及磁铁插入孔的第三圆弧的开口角一致，从而既能够使磁通流出和流入的磁通路宽度相等，也能够完全避免上述的多个不利因素。

另外，当齿前部的开口角和转子外周面的第一圆弧的开口角比磁铁插入孔的第三圆弧的开口角大的情况下，来自定子的电枢磁通容易与转子外周面的第一圆弧的开口角的内侧部位交链，存在当大的电流流过时，永磁铁的端部容易局部退磁的不利因素。另外，当齿前部的开口角和转子外周面的第一圆弧的开口角比磁铁插入孔的第三圆弧的开口角小的情况下，定子的磁通流入角比永磁铁的磁通流出的角度小，存在永磁铁的磁通在转子内短路、或者向相邻的齿部的齿前部泄漏并短路，而不能与定子有效地交链的不利因素。与此相比，在本实施方式1中，通过使齿前部的开口角、转子外周面的第一圆弧的开口角、以及磁铁插入孔的第三圆弧的开口角一致，能够完全避免这些多个不利因素。

另外，作为增大永磁铁的表面积并且使转子表面的磁通密度分布接近正弦波的圆弧的关系，优选使磁铁插入孔的第三圆弧的半径R3相对于转子外周面的第一圆弧的半径R1存在R1＞2×(R3)的关系。在本实施方式1中，将第一圆弧的半径R1的中心置于比转子中心(旋转中心线CL)向磁极侧偏离的位置，将第三圆弧的半径R3的中心置于齿前部，得到上述R1＞2×(R3)的关系。通过这样，能够使从永磁铁与齿部交链的磁通容易集中在磁极中心轴上的齿前部，能够增加与定子有效地交链的磁通量，并且，磁极表面的磁通密度分布也接近磁极中心凸出的正弦波分布，因此，与转子表面的第一圆弧的磁阻分布的效果共同地，能够使转子表面的磁通密度分布更接近正弦波。

如以上说明的那样，根据本实施方式1，能够得到如下永磁铁埋入式电动机：追求噪音振动方面的更良好的效果，并且不易发生相邻的磁铁间的磁通泄漏，使永磁铁不易退磁，高效率且可靠性高。

实施方式2.

接下来，利用图3说明本发明的实施方式2。图3是涉及本实施方式2的、与图2相同形态的图。此外，本实施方式2除了以下说明的部分以外，与上述实施方式1相同。

在本实施方式2的永磁铁埋入式电动机中，构成为位于一个齿部7的两侧的一对齿部7的齿前部7a的开口角θ2比磁铁插入孔21的第四圆弧35的开口角θ3小。

通过这样的结构，在本实施方式2中，在上述实施方式1的优点的基础上，还能够得到如下优点。即，在本实施方式2中，在齿部与转子的磁极中心相对的、永磁铁最容易退磁的相位，当来自齿部的电枢磁通流入转子时，在开口角θ2的内侧的角度范围且开口角θ1的外侧的角度范围的区域中，成为转子表面全部埋入有永磁铁的状态，形成大的磁阻。因此，从齿部流入转子的电枢磁通比起与永磁铁交链，更容易在距离短且磁阻小的相邻的齿前部短路，而不易与永磁铁交链。因此，即使在向定子流过大的电流的情况下，也能够使永磁铁不易退磁。

实施方式3.

接下来，利用图4说明本发明的实施方式3。图4是涉及本实施方式3的、与图2相同形态的图。此外，本实施方式3除了以下说明的部分以外，与上述实施方式2相同。

在本实施方式3的永磁铁埋入式电动机中，构成为：当将转子外周面25的第一圆弧29的磁极中心部29a与齿前部7a的定子内周面27之间的空气间隙15最狭窄的间隔设为Ga，将在转子外周面25的第二圆弧31与齿前部7a的定子内周面27之间的空气间隙15最宽的间隔上加上极间薄壁部39的厚度所得的尺寸设为Gb，将相邻的齿前部7a的间隔设为Gc的情况下，满足2×(Ga)＜(Gc)＜2×(Gb)的大小关系。

此外，由于极间薄壁部39成为相邻的磁极间的磁通泄漏的路径，因此，优选尽可能地窄，在这里，作为能够进行冲压的最小宽度，设定为电磁钢板的板厚左右。但是，像这样作为磁通路且狭窄的极间薄壁部由于相邻的磁极间的磁通泄漏，而成为磁通密度高、磁饱和的部位。其结果是，本实施方式3的极间薄壁部39成为不能用作磁通路的磁阻的大的部位。

在按照以上构成的本实施方式3中，在上述实施方式2的优点的基础上，还能够得到如下优点。即，在本实施方式3中，从转子的永磁铁产生的磁通根据2×(Ga)＜(Gc)的关系，在相邻的齿间不易发生磁通泄漏，并且，磁通容易从空气间隙最窄的转子外周面的第一圆弧的磁极中心部流入定子，与定子交链的有效磁通量增加。另外，当向定子流过大的电流，电枢磁通流入转子时，根据(Gc)＜2×(Gb)的关系，电枢磁通避开磁阻大的转子外周部，而容易在磁阻小的相邻的齿间短路，因此，能够使永磁铁不易退磁。

此外，使用铁氧体磁铁作为永磁铁，以第三圆弧和第四圆弧中心与永磁铁的配向中心一致的方式形成。在这里，将铁氧体磁铁的内周面和外周面形成为规定的同心圆弧状，将铁氧体磁铁的弯曲径向的厚度相同地维持为6mm左右，使用从同心圆弧的中心施加配向磁场的磁铁，并且，将磁铁插入按照该磁铁的形状且具备上述关系的磁铁插入孔中。

由此，永磁铁的磁通沿相对于第三圆弧和第四圆弧垂直的方向产生，因此，永磁铁的磁通不会相同地局部地发生磁通集中，而是在磁极表面的铁芯部产生，与定子有效地交链。另外，由于在磁极表面相同地产生磁通，因此，磁通容易沿着转子外周面的第一圆弧的磁阻流动，此外，磁极表面的磁通密度分布成为在磁极中心最大的近似正弦波的分布，能够降低磁通密度的高谐波成分。另外，还存在如下优点：通常，稀土类磁铁是将块状的磁铁加工而制作，因此适用于平板状的磁铁，而铁氧体磁铁是一个一个地成型制作，因此本形状的这种弧状的磁铁形状也能够容易地试制。另外，铁氧体磁铁与稀土类磁铁相比残留磁通密度小约1/3，因此，使像本形状那样地与定子交链的磁通量增加的效果更显著。

此外，本实施方式3也可以与不具有上述实施方式2的特征的上述实施方式1组合地来实施。

实施方式4.

接下来，利用图5说明本发明的实施方式4。图5是涉及本实施方式4的、与图2相同形态的图。此外，本实施方式4除了以下说明的部分以外，与上述实施方式3相同。

在本实施方式4的永磁铁埋入式电动机中，在转子铁芯11的、磁铁插入孔21各自的第三圆弧33与对应的转子外周面25的第一圆弧29之间的部分，设置有一对缝隙(空隙)41。缝隙41分别以沿着第三圆弧33的半径R3所延伸的方向而延伸的方式形成，所述第三圆弧33的半径R3与缝隙41的形成位置相应地通过形成位置。缝隙41都是1mm左右的固定宽度的空隙。在图5中，一对缝隙41配置并形成为以磁极间中心线ML为中心线的线对称，本实施方式4只要是满足该线对称的形态，也可以设置有单侧两个以上、合计两对以上的缝隙。

在按照以上构成的本实施方式4中，在上述实施方式3的优点的基础上，还能够得到如下优点。即，在本实施方式4中，利用缝隙对从永磁铁产生的磁通的流动不遮挡地进行控制，能够使转子表面的磁通密度分布接近正弦波，另外，能够抑制由在定子中产生的电枢磁通的电磁力所导致的振动噪音。另外，在本实施方式4的永磁铁埋入式电动机中，通过像上述那样使用具有缝隙的转子，利用驱动回路的变频器的PWM控制进行可变速驱动，从而能够进行与所要求的产品负荷条件相匹配的高效率的运转。

此外，本实施方式4也可以与不具有上述实施方式3的特征的上述实施方式1或2组合地来实施。

实施方式5.

接下来，作为本发明的实施方式5，说明搭载了上述实施方式1～4中任意一个永磁铁埋入式电动机的气缸旋转压缩机。此外，本发明虽然包含搭载了上述实施方式1～4中任意一个永磁铁埋入式电动机的压缩机，但压缩机的类别不限定于旋转式压缩机。

图6是搭载了永磁铁埋入式电动机的气缸旋转压缩机的纵剖视图。气缸旋转压缩机100在密闭容器101内具备永磁铁埋入式电动机1(电动要素)和压缩要素103。虽未图示，但在密闭容器101的底部储存有使压缩要素103的各个滑动部润滑的冷冻机油。

压缩要素103作为主要的要素，包含：以上下层叠状态设置的缸体105、通过永磁铁埋入式电动机1旋转的轴即旋转轴107、嵌插于旋转轴107的活塞109、将缸体105内分成吸入侧和压缩侧的叶片(未图示)、旋转自如地嵌插有旋转轴107并且将缸体105的轴向端面封闭的上下一对上部框架111和下部框架113、以及分别安装于上部框架111和下部框架113的消声器115。

永磁铁埋入式电动机1的定子3通过热装或焊接等方法直接安装于密闭容器101并被保持。电力从固定于密闭容器101的玻璃端子供给至定子3的线圈。

转子5隔着空隙地配置在定子3的内径侧，经由转子5的中心部的旋转轴107(轴13)，由压缩要素103的轴承部(上部框架111和下部框架113)以旋转自如的状态保持。

接下来，说明该气缸旋转压缩机100的动作。从储液器117供给的制冷剂气体由固定于密闭容器101的吸入管119向缸体105内被吸入。通过向变频器通电，永磁铁埋入式电动机1旋转，由此，嵌合于旋转轴107的活塞109在缸体105内旋转。由此，在缸体105内进行制冷剂的压缩。制冷剂在经过消声器115之后，在密闭容器101内上升。此时，在被压缩了的制冷剂中混入有冷冻机油。该制冷剂和冷冻机油的混合物在通过设置于转子铁芯11的风孔23时，被促进制冷剂与冷冻机油的分离，能够防止冷冻机油向排出管121流入。按照这样，被压缩了的制冷剂通过设置于密闭容器101的排出管121而向冷冻循环的高压侧被供给。

此外，作为气缸旋转压缩机100的制冷剂，可以使用以往的R410A、R407C、R22等，也可以采用低GWP(全球变暖潜能值)的制冷剂等任何制冷剂。从防止全球变暖的观点出发，优选采用低GWP制冷剂。作为低GWP制冷剂的代表例，有以下的制冷剂。

(1)在组成中含有碳双键的卤代烃：例如，HFO－1234yF(CF₃CF＝CH₂)。HFO是HydrO－FluOrO－OleFin的缩写，OleFin是指具有一个双键的不饱和烃。此外，HFO－1234yF的GWP是4。

(2)在组成中含有碳双键的烃：例如，R1270(丙烯)。此外，R1270的GWP是3，比HFO－1234yF小，但可燃性比HFO－1234yF高。

(3)包含在组成中含有碳双键的卤代烃或在组成中含有碳双键的烃中的至少一方的混合物：例如，HFO－1234yF与R32的混合物等。HFO－1234yF由于是低压制冷剂，因此压力损失大，冷冻循环(尤其是在蒸发器中)的性能容易下降。因此，与作为比HFO－1234yF高压的制冷剂的R32或R41等的混合物在实用上很有效。

在以上构成的本实施方式5的气缸旋转压缩机中，通过使用上述的永磁铁埋入式电动机，提高永磁铁埋入式电动机的电磁转矩，从而也能够减小通向定子的电流，能够降低铜损和变频器损失，构成高效率的电动机，并且能够通过减少磁通密度的高谐波成分来减小噪音振动，此外，能够构成即使大电流流过也不易退磁的电动机。此外，如果将该永磁铁埋入式电动机用于压缩机和冷冻空调装置，则能够构成高效率且低噪音的可靠性高的产品。

接下来，示出在本发明(至少包含实施方式1的特征)和比较例之间比较感应电压的结果。图7是涉及比较例的、与图1相同形态的图。如图7所示，比较例是遍及整周地空气间隙51恒定的电动机。

图8是涉及比较例的、表示电角度[degree]与1000rpm转速时的空载感应电压[V]的关系的曲线图。图9是涉及本发明的、表示电角度[degree]与1000rpm转速时的空载感应电压[V]的关系的曲线图。

感应电压是从转子流出的永磁铁的磁通在卷绕于齿上的线圈上交链时所产生的电压，高谐波成分的原因在于转子表面的磁通密度分布。从图8和图9的比较可知，与图8的比较例相比，图9的本发明的空载感应电压的波形接近正弦波，所含有的高谐波成分也从比较例的9％降低至本发明的2％。电动机的转矩由感应电压度和电流的积产生，因此，利用本发明的电动机，能够进行转矩脉动小、低噪音的驱动。

另外，图10是在比较例和本发明之间比较感应电压的实效值的柱状图。如图10所示可知，本发明的感应电压的实效值相对于比较例提高13％。由此，产生相同转矩的情况下的电流值也与实效值成比例地变小，降低了铜损和变频器损失，能够进行高效率的驱动。

另外，图11是在比较例和本发明之间比较退磁率的曲线图，该退磁率是以产生相对于转子的永磁铁相反的相位的电枢磁通的方式向定子通电的情况下的退磁率。

退磁率表示通电前后的转子表面的磁通量的比。如果永磁铁退磁，则电动机的性能发生变化，因此，为了确保电动机的可靠性，例如在回路中设置过流截断保护，以便使退磁率为3％以上的电流不流过。在小的电流下退磁的电动机，其截断电流小，因此不能在高负荷区域下运转。以这样的背景为基础，在图11中可知，在比较例和本发明之间比较，本发明的退磁率为3％的电流值与比较例相比大接近30％，与比较例相比针对退磁的耐力大大改善。因此，本发明的电动机能够构成为在高负荷区域也不退磁的、可靠性高的电动机。

实施方式6.

另外，本发明也可以作为将上述实施方式5的压缩机作为冷冻回路的构成要素而包含的、冷冻空调装置来实施。此外，关于冷冻空调装置的冷冻回路中的、压缩机以外的构成要素的结构不做特别的限定。

以上，参照优选实施方式具体地说明了本发明的内容，但无需赘言，本领域技术人员能够根据本发明的基本的技术思想和技术启示采用各种改变形态。

附图标记说明

1 永磁铁埋入式电动机、3 定子、5 转子、7 齿部、7a 齿前部、11 转子铁芯、15 空气间隙、19 永磁铁、19a 侧面部、21磁铁插入孔、25 转子外周面、27 定子内周面、29 第一圆弧、29a磁极中心部、31 第二圆弧、33 第三圆弧、35 第四圆弧、37 磁铁侧面相对部、39极间薄壁部、41 缝隙、 100 气缸旋转压缩机、101 密闭容器、103 压缩要素。

Claims

1.一种永磁铁埋入式电动机，具备：

定子；

转子，所述转子与所述定子相对，并且可旋转地设置，

所述转子具有转子铁芯，所述转子铁芯形成有供分别对应的永磁铁插入的多个磁铁插入孔，

在所述转子的转子外周面与所述定子的定子内周面之间，确保有空气间隙，

所述定子具有多个齿部，在所述齿部各自的前端部，形成有两侧部沿周向扩展的齿前部，所述永磁铁埋入式电动机的特征在于，

从与旋转中心线正交的剖面观察，所述转子外周面由多个第一圆弧和多个第二圆弧构成，

所述第一圆弧分别位于所述转子外周面上的对应的磁极中心部，所述第二圆弧分别位于所述转子外周面上的对应的极间部，所述第一圆弧比所述第二圆弧更进一步地向径向外侧凸出，由此，所述空气间隙分别以从磁极中心部开始朝向相邻的极间部而变大的形态变化，

从与旋转中心线正交的剖面观察，所述转子铁芯中的所述磁铁插入孔各自的径向外侧的孔界定部具有第三圆弧的弯曲部，径向内侧的孔界定部具有第四圆弧的弯曲部，

所述齿前部的开口角、所述第一圆弧的开口角、以及所述第三圆弧的开口角相等。

2.根据权利要求1所述的永磁铁埋入式电动机，其特征在于，所述第一圆弧的半径的中心配置于比旋转中心线向磁极侧偏离的位置，所述第三圆弧的半径的中心配置于所述齿前部。

3.根据权利要求1所述的永磁铁埋入式电动机，其特征在于，位于各个所述齿部的两侧的一对其它的所述齿部的所述齿前部所夹开口角构成为比所述第四圆弧的开口角小。

4.根据权利要求1所述的永磁铁埋入式电动机，其特征在于，

在所述磁铁插入孔的容纳所述永磁铁的侧面部的磁铁侧面相对部与所述第二圆弧之间存在相同壁厚的极间薄壁部，

在将所述转子外周面的所述第一圆弧的磁极中心部与所述齿前部的所述定子内周面之间的所述空气间隙最狭窄的间隔设为Ga，

将在所述转子外周面的所述第二圆弧与所述齿前部的所述定子内周面之间的所述空气间隙最宽的间隔上加上所述极间薄壁部的厚度所得的尺寸设为Gb，

将相邻的齿前部的间隔设为Gc的情况下，满足如下大小关系：

2×(Ga)＜(Gc)＜2×(Gb)。

5.根据权利要求1所述的永磁铁埋入式电动机，其特征在于，在各个所述第三圆弧与对应的所述第一圆弧之间的部分设置有一对缝隙，

所述缝隙分别沿着所述第三圆弧的半径所延伸的方向延伸，

所述一对缝隙形成为以磁极间中心线为中心线的线对称。

6.一种压缩机，在密闭容器内具备电动机和压缩机构，所述压缩机的特征在于，

所述电动机是权利要求1至5中任一项所述的永磁铁埋入式电动机。

7.一种冷冻空调装置，其中，包含权利要求6的压缩机作为冷冻回路的构成要素。