CN105518975B - 永久磁铁埋设式电动机、压缩机以及制冷空调装置 - Google Patents

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Abstract

在永久磁铁埋设式电动机(1)中，在转子(5)的转子外周面(25)与磁铁插入孔(21)的径向外侧插入孔外形面(55)之间形成有至少一个磁极中央狭缝(81a)、和多个侧方狭缝(81b)，多个侧方狭缝在磁极中央狭缝的宽度方向的两侧分别至少设置有一个，磁极中央狭缝的面积比多个侧方狭缝的各自的面积小，多个侧方狭缝的各自的宽度比相邻的狭缝彼此间的间隔大。

Description

永久磁铁埋设式电动机、压缩机以及制冷空调装置
技术领域
本发明涉及永久磁铁埋设式电动机、压缩机以及制冷空调装置。
背景技术
近年来，由于节能意识的提高，提出有通过在转子中使用矫顽力高的稀土类永久磁铁而实现了高效化的永久磁铁式电动机的多种方案。但是，由于稀土类永久磁铁的价格昂贵，会导致电动机的成本增加，因此在现有的一般的永久磁铁埋设式电动机的转子中取代稀土类永久磁铁而使用烧结铁素体磁铁。这样，在取代稀土类永久磁铁而使用烧结铁素体磁铁的情况下，表示磁力的大小的剩余磁通密度大约降低为1/3。因此，通过尽量增大永久磁铁的表面积而弥补因磁力的降低引起的扭矩的不足。另外，在转子铁芯的内部设置有用于埋设多个永久磁铁的多个磁铁插入孔。为了抑制在电动机产生的电磁激振力，在这些永久磁铁的外径侧的铁芯部设置有沿径向延伸的狭缝。
例如，专利文献1中公开了如下的永久磁铁埋设式电动机的转子。永久磁铁埋设式电动机的转子具备层叠铁芯和轴，层叠铁芯具有多个圆弧状的永久磁铁、以及对该永久磁铁进行收纳的多个冲压孔。多个冲压孔按照1个孔对应于1个极的比例设置。而且，多个冲压孔配置为使得圆弧的凸部侧朝向转子中心。
另外，在专利文献2所示的永久磁铁埋设式电动机中，为了在永久磁铁外周的铁芯增大针对定子反作用磁通的磁路阻力，使走向大致沿着法线方向的多个细长的狭缝在相对于上述法线成直角的方向上排列，并且，在相对于上述法线大致成直角的方向上观察，使得上述狭缝与上述转子铁芯的外周面之间的间隔以及上述狭缝与上述永久磁铁之间的间隔比上述狭缝彼此间的间隔以及上述定子的相邻的齿的磁极片彼此间的间隔小。
另外，在专利文献3所示的永久磁铁埋设式电动机的转子中，以在磁极中心部使仅由不存在狭缝的磁性部形成的区域大幅扩大的方式形成有多个狭缝。
专利文献1：日本实开昭58-105779号公报(主要是图1)
专利文献2：日本特开2001-037186号公报(主要是图1)
专利文献3：日本特开2012-217249号公报(主要是图7)
然而，在专利文献1所示的永久磁铁埋设式电动机中，以使圆弧的凸部侧朝向转子中心的方式配置冲压孔，从而因使永久磁铁的表面积增大而能够使扭矩增加，但在因组装偏差等因素而将转子的轴组装为偏心的情况下，存在如下问题：由在定子的线圈中流动的电流产生的磁通对转子铁芯进行吸引，从而使得径向的电磁激振力增大，导致振动、噪声增加。
另外，在专利文献2所示的永久磁铁埋设式电动机中，形成为在转子铁芯的永久磁铁的径向外侧的部分排列有多个细长的狭缝的构造。因此，在因组装偏差等因素而将转子的轴组装为偏心的情况下，存在如下问题：径向的电磁激振力的抑制效果减弱，导致振动、噪声增加。
并且，在专利文献3所示的永久磁铁埋设式电动机中，转子铁芯的磁极中心部的仅由磁性部形成的区域大幅扩大，因此，在因组装偏差等因素而将转子的轴组装为偏心的情况下，存在如下问题：径向的电磁激振力的抑制效果减弱，导致振动、噪声增加。
发明内容
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种永久磁铁埋设式电动机，其能够抑制因组装偏差而产生的径向磁引力所引起的振动、噪声。
用于达成上述目的本发明是一种永久磁铁埋设式电动机，其具备：定子；以及转子，其设置为与所述定子对置、且能够旋转，所述转子具有转子铁芯，该转子铁芯形成有供分别对应的永久磁铁插入的多个磁铁插入孔，多个所述永久磁铁以及多个所述磁铁插入孔形成为凸向所述转子的中心侧的朝向的弧状，其中，在所述转子的转子外周面与每一个所述磁铁插入孔的所述径向外侧插入孔外形面之间分别形成有至少一个磁极中央狭缝、和多个侧方狭缝，所述磁极中央狭缝配置于对应的磁极中心，所述多个侧方狭缝在磁极中央狭缝的宽度方向的两侧分别至少设置有一个，所述磁极中央狭缝的面积比每一个所述侧方狭缝的面积小，所述多个侧方狭缝的各自的宽度比相邻的所述磁极中央狭缝与所述侧方狭缝之间的间隔大、且比相邻的所述侧方狭缝彼此间的间隔大。
可以构成为上述磁极中央狭缝的宽度比每一个上述侧方狭缝的宽度小。
可以构成为上述多个侧方狭缝的各自的长度比上述磁极中央狭缝的长度大。
上述永久磁铁优选为铁素体磁铁。
并且，为了实现该目的，本发明还提供一种压缩机，本发明的压缩机在密闭容器内具备电动机和压缩单元，上述电动机是上述本发明所涉及的永久磁铁埋设式电动机。
并且，为了实现该目的，本发明还提供一种制冷空调装置，本发明的制冷空调装置中作为制冷回路的构成要素而具备上述本发明所涉及的压缩机。
根据本发明，能够抑制因组装偏差而产生的径向磁引力所引起的振动、噪声。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的永久磁铁埋设式电动机的与旋转中心线正交的截面的图。
图2是放大示出图1中的转子单体的图。
图3是示出在图2中未将永久磁铁放置于磁铁插入孔的状态的剖视图。
图4是放大示出图3中的一个磁铁插入孔的周围部的图。
图5是本发明的实施方式2所涉及的、与图4相同的方式的图。
图6是本发明的实施方式3所涉及的、与图4相同的方式的图。
图7是搭载有永久磁铁埋设式电动机的本发明的实施方式4所涉及的回转式压缩机的纵剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。此外，图中的相同的附图标记表示相同或者相应的部分。此外，图2～图6都是从图1所示那样的整体结构中提取其一部分的局部放大图，优先考虑图的清晰性而将剖面线省略。
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的永久磁铁埋设式电动机的与旋转中心线正交的截面的图。图2是放大示出图1中的转子单体的图。图3是示出在图2中未将永久磁铁放置于磁铁插入孔的状态的剖视图。图4是放大示出图3中的一个磁铁插入孔的周围部的图。
永久磁铁埋设式电动机1具备：定子3；以及转子5，其设置为与定子对置、且能够旋转。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而与其它的齿部7相邻。多个齿部7和多个槽部9配置为在周向上交替且隔开相等间隔地排列。在多个齿部7分别以例如分布卷绕方式对定子绕组进行卷绕。此外，本发明不限定于此，还能够使用具有集中卷绕方式的绕组的定子。
转子5具有转子铁芯11和轴13。轴13通过热压配合、压入等方式而与转子铁芯11的轴心部连结，从而向转子铁芯11传递旋转能量。在转子5的外周面与定子3的内周面之间确保存在气隙15。
在这样的结构中，转子5在隔着气隙15的定子3的内侧被保持为以旋转中心线CL(转子的旋转中心、轴的轴线)为中心而旋转自如。具体而言，以频率与指示的转速同步的电流对定子3通电，由此产生旋转磁场而使转子5旋转。
接下来，对定子3和转子5的结构进行详细说明。定子3具有定子铁芯17。将电磁钢板冲压为规定的形状，并对规定数量的电磁钢板一边通过敛缝的方式进行紧固连结、一边进行层叠，由此构成定子铁芯17。
在定子3的中心附近配置有被保持为能够旋转的轴13。而且，转子5与该轴13嵌合。转子5具有转子铁芯11，该转子铁芯11也与定子铁芯17同样地以如下方式构成：将电磁钢板冲压为规定的形状，并对规定数量的电磁钢板一边通过敛缝的方式进行紧固连结、一边进行层叠。在转子外周面25与后述的侧端插入孔外形面57之间存在壁厚相同的极间薄壁部18。上述极间薄壁部18分别成为相邻的磁极间的漏磁通的路径，因此优选尽量减薄上述极间薄壁部18。
在转子铁芯11的内部设置有以N极与S极交替的方式被磁化的多个永久磁铁19。永久磁铁19分别由烧结铁素体磁铁构成，在图1中观察，该永久磁铁19弯曲为弧状，且配置为使得该弧形状的凸部侧朝向转子5的中心侧。更详细而言，在转子铁芯11形成有与多个永久磁铁19对应的数量的磁铁插入孔21，将对应的永久磁铁19分别插入于多个磁铁插入孔21。即，多个永久磁铁19以及多个磁铁插入孔21都形成为凸向转子5的中心侧的朝向的弧状。另外，如图1所示，针对一个磁铁插入孔21插入有一个永久磁铁19。此外，转子5的磁极数只要为2个以上则可以是任意的个数。
接下来，对永久磁铁以及磁铁插入孔进行详细说明。永久磁铁19分别具有径向内侧磁铁外形面43、径向外侧磁铁外形面45以及一对侧端磁铁外形面47。另外，磁铁插入孔21分别具有径向内侧插入孔外形面53、径向外侧插入孔外形面55以及一对侧端插入孔外形面57。径向外侧插入孔外形面55由第一圆弧半径A1的第一圆弧面构成。另一方面，径向内侧插入孔外形面53由第二圆弧半径A2的第二圆弧面53a和直线面59构成。
第一圆弧半径A1和第二圆弧半径A2具有通用的半径中心，该通用的半径中心处于比磁铁插入孔21靠径向外侧的位置，且处于对应的磁极中心线ML上。换言之，径向内侧插入孔外形面53和径向外侧插入孔外形面55构成为同心圆状，第一圆弧面的中心以及第二圆弧面的中心与永久磁铁的取向中心(取向焦点)一致。
在图4那样的以转子5的旋转中心线CL为垂线的截面中观察，直线面59沿与磁极中心线ML正交的假想的基面延伸。即，直线面59在与对应的磁极中心线ML正交的方向上形成。
如图2所示，在永久磁铁19插入于对应的磁铁插入孔21的状态下，在侧端磁铁外形面47与侧端插入孔外形面57之间形成空隙部61，径向外侧磁铁外形面45与径向外侧插入孔外形面55接触，径向内侧磁铁外形面43与径向内侧插入孔外形面53接触。另外，在以转子5的旋转中心线CL为垂线的截面中观察，永久磁铁19以及磁铁插入孔21形成为相对于对应的磁极中心线ML而线对称。
在转子铁芯11的磁铁插入孔21的径向内侧，特别是在直线面59的径向内侧设置有当将永久磁铁埋设式电动机搭载于压缩机时供制冷剂、油通过的至少一个风孔(图示例子中为多个风孔71)。此外，附图标记73为铆钉孔。风孔71以及铆钉孔73在周向上交替排列，风孔71以及铆钉孔73分别以相等的角度间隔排列。风孔71以及铆钉孔73分别位于对应的极间部。
在图示例子中，3个风孔71是凸向磁铁插入孔21的径向内侧插入孔外形面53的圆弧状的长孔，3个风孔71配置为相对于转子中心而在同一圆周上以相等的角度间隔分离。构成为：每1个长孔分别配置为跨越对应的2个磁铁插入孔21的径向内侧的部分，风孔71位于所有磁铁插入孔21的直线面59(即，与直线面59对应的永久磁铁19的直线面)的径向内侧(磁极中心线上)。
在转子5的转子外周面25、与磁铁插入孔21的各自的径向外侧插入孔外形面55之间形成有至少一个磁极中央狭缝和多个侧方狭缝。磁极中央狭缝配置于对应的磁极中心，多个侧方狭缝在磁极中央狭缝的宽度方向的两侧分别至少设置有一个。作为具体的一个例子，在本实施方式1中，一个磁极中央狭缝81a配置于对应的磁极中心线ML上，在磁极中央狭缝的宽度方向的单侧分别设置有2个侧方狭缝81b，从而共计设置有4个侧方狭缝81b。此外，在宽度方向上，对于每个与对象的结构部分对应的磁极，将与对应的磁极中心线ML正交的方向设为宽度方向WD。1个磁极中央狭缝81a以及4个侧方狭缝81b都沿与对应的磁极中心线ML平行的方向(长度方向)延伸。1个磁极中央狭缝81a和4个侧方狭缝81b设置为以对应的磁极中心线ML为中心而线对称。
在以转子5的旋转中心线CL为垂线的截面中观察，磁极中央狭缝81a的面积比4个侧方狭缝81b中的每一个侧方狭缝81b的面积小。
另外，在所有4个侧方狭缝81b中，侧方狭缝81b的各自的长度方向上的端部、与转子外周面25或者径向外侧插入孔外形面55之间的间隔以相同的程度一致，并且，转子外周面25与径向外侧插入孔外形面55之间的间隔随着在宽度方向上逐渐远离磁极中心线ML而逐渐缩窄。因此，对于4个侧方狭缝81b的长度的相对关系而言，接近磁极中心线ML的侧方狭缝81b形成为比远离磁极中心线ML的侧方狭缝81b长。并且，对于4个侧方狭缝81b的宽度的相对关系而言，接近磁极中心线ML的侧方狭缝81b的宽度Wb1比远离磁极中心线ML的侧方狭缝81b的宽度Wb2大。
磁极中央狭缝81a的宽度Wa比各侧方狭缝81b的宽度Wb1、Wb2小。另外，当将相邻的磁极中央狭缝81a与侧方狭缝81b之间的间隔(磁路宽度)设为MW1、且将相邻的侧方狭缝81b彼此间的间隔(磁路宽度)设为MW2时，各侧方狭缝81b的宽度Wb1、Wb2分别比相邻的磁极中央狭缝81a与侧方狭缝81b之间的间隔MW1大，并且分别比相邻的侧方狭缝81b彼此间的间隔MW2大。
接下来，对以如上方式构成的本实施方式1所涉及的永久磁铁埋设式电动机的优点进行说明。在转子铁芯的内部将圆弧状的永久磁铁配置为使得凸部侧朝向转子的中心侧的转子中，由于磁铁表面弯曲为圆弧状，所以能够构成较大的磁铁表面积，能够使由永久磁铁产生的磁通量增加，能够降低施加于电动机的电流而构成高效的电动机，并能够构成较小的电动机的体积。特别是在使用铁素体磁铁作为埋设于转子的永久磁铁的情况下，与稀土类磁铁的情况相比，能够实现成本的降低，另一方面，虽然存在剩余磁通密度降低而产生扭矩的不足的问题，但如上所述，通过在转子铁芯的内部将圆弧状的永久磁铁配置为使得凸部侧朝向转子的中心侧，能够尽量获得较大的磁铁表面积，从而既能实现成本的降低又能避免扭矩的不足。另外，虽然通过在转子中将圆弧状的永久磁铁配置为使得凸部侧朝向转子的中心侧而能够避免扭矩的不足，但在因组装偏差等因素而使得转子的轴偏心地组装于定子的情况下，存在如下问题：因在定子的线圈中流动的电流而产生的磁通对转子铁芯进行吸引，从而使得径向的电磁激振力增大，导致振动、噪声增加。与此相对，在本实施方式1中，不仅在远离磁极中央的部分设置狭缝，还在磁极中央附近设置狭缝，并使多个侧方狭缝的各自的宽度大于相邻的狭缝之间的磁路宽度，从而能够抑制上述电磁激振力的增大，并且，虽然在磁极中央附近也设置狭缝，但通过使磁极中央狭缝的面积小于各侧方狭缝的面积，能够使转子表面的磁通密度分布形成为磁通密度在磁极中心部最大的接近正弦波的分布，能够减少磁通密度的高次谐波分量而减小电动机的振动噪声。这样，能够使用凸向转子的中心侧的朝向的弧状的永久磁铁，并且能够抑制因组装偏差而产生的径向磁引力所引起的振动、噪声。
实施方式2.
接下来，对本发明的实施方式2所涉及的永久磁铁埋设式电动机进行说明。图5是本发明的实施方式2所涉及的、与图4相同的方式的图。此外，除了以下说明的部分之外，本实施方式2的其余部分与上述实施方式1相同。
在本实施方式2中，在上述实施方式1的基础上，使磁极中央狭缝比侧方狭缝短。换言之，在本实施方式2中，4个侧方狭缝81b的各自的长度大于磁极中央狭缝181a的长度。另外，磁极中央狭缝181a配置为靠近转子外周面25，形成为与径向外侧插入孔外形面55相比更靠近转子外周面25。
即使在这样的方式中，也能够使用凸向转子的中心侧的朝向的弧状的永久磁铁，并且能够抑制因组装偏差而产生的径向磁引力所引起的振动、噪声。
实施方式3.
接下来，对本发明的实施方式3所涉及的永久磁铁埋设式电动机进行说明。图6是本发明的实施方式3所涉及的、与图4相同的方式的图。此外，除了以下说明的部分之外，本实施方式3的其余部分与上述实施方式1相同。
在本实施方式3中，也在上述实施方式1的基础上使磁极中央狭缝比侧方狭缝短，从而4个侧方狭缝81b的各自的长度大于磁极中央狭缝281a的长度。另外，磁极中央狭缝281a配置为靠近径向外侧插入孔外形面55，形成为与转子外周面25相比更靠近径向外侧插入孔外形面55。
即使在这样的方式中，也能够使用凸向转子的中心侧的朝向的弧状的永久磁铁，并且能够抑制因组装偏差而产生的径向磁引力所引起的振动、噪声。
实施方式4.
接下来，作为本发明的实施方式4，对搭载有上述实施方式1～3中的任一方式的永久磁铁埋设式电动机的回转式压缩机进行说明。此外，本发明包含搭载有上述实施方式1～3中的任一方式的永久磁铁埋设式电动机的压缩机，但压缩机的种类不限定于回转式压缩机。
图7是搭载有永久磁铁埋设式电动机的回转式压缩机的纵剖视图。回转式压缩机100在密闭容器101内具备永久磁铁埋设式电动机1(电动单元)和压缩单元103。虽然未进行图示，但在密闭容器101的底部存积有对压缩单元103的各滑动部进行润滑的冷冻机油。
压缩单元103的主要构件包括：缸体105，其设置为上下层叠状态；旋转轴107，其是借助永久磁铁埋设式电动机1而旋转的轴；活塞109，其嵌插于旋转轴107；叶片(未图示)，其将缸体105内划分为吸入侧和压缩侧；上下一对上部框架111和下部框架113，旋转轴107以旋转自如的方式嵌插于该上部框架111和下部框架113，该上部框架111和下部框架113将缸体105的轴向端面封闭；以及消音器115，其分别安装于上部框架111和下部框架113。
永久磁铁埋设式电动机1的定子3通过热压配合或者焊接等方法而被直接安装并保持于密闭容器101。从固定于密闭容器101的玻璃端子向定子3的线圈供电。
转子5在定子3的内径侧隔着空隙地配置，经由转子5的中心部的旋转轴107(轴13)并利用压缩单元103的轴承部(上部框架111以及下部框架113)将该转子5保持为旋转自如的状态。
接下来，对上述回转式压缩机100的动作进行说明。利用固定于密闭容器101的吸入管119而将从蓄积器(accumulator)117供给的制冷剂气体向缸体105内吸入。通过对逆变器的通电而使永久磁铁埋设式电动机1旋转，由此使得与旋转轴107嵌合的活塞109在缸体105内旋转。由此，在缸体105内进行制冷剂的压缩。制冷剂在经过消音器115之后在密闭容器101内上升。此时，压缩后的制冷剂中混入有冷冻机油。当该制冷剂与冷冻机油的混合物从设置于转子铁芯11的风孔71通过时，制冷剂与冷冻机油的分离得到促进，从而能够防止冷冻机油向排出管121流入。这样，压缩后的制冷剂从设置于密闭容器101的排出管121通过并被向制冷循环系统的高压侧供给。
另外，对于回转式压缩机100的制冷剂可以使用现有的R410A、R407C、R22等，还能够应用低GWP(全球变暖系数)的制冷剂等的任意制冷剂。根据防止全球变暖的观点，优选低GWP制冷剂。作为低GWP制冷剂的代表例，存在以下制冷剂。
(1)组成中具有碳的双键的卤代烃：例如HFO-1234yf(CF3CF＝CH2)。HFO是Hydro-Fluoro-Olefin的缩略，Olefin是具有一个双键的不饱和烃。另外，HFO-1234yf的GWP为4。
(2)组成中具有碳的双键的烃：例如R1270(丙烯)。另外，GWP为3，比HFO-1234yf的GWP小，但可燃性比HFO-1234yf的可燃性大。
(3)含有组成中具有碳的双键的卤代烃、或者组成中具有碳的双键的烃的至少任一种的混合物：例如，HFO-1234yf和R32的混合物等。由于HFO-1234yf是低压制冷剂，因此压力损失变大，制冷循环系统(特别是在蒸发器中)的性能容易降低。因此，与相对于HFO-1234yf的高压的制冷剂即R32或者R41等的混合物在实际应用中更有利。
即使在以上述方式构成的本实施方式4所涉及的回转式压缩机中，也具有与对应于上述实施方式1～3的任一方式相同的优点。
实施方式5.
另外，本发明还能够实施为作为制冷回路的构成要素而具备上述实施方式4的压缩机的制冷空调装置。此外，并未对制冷空调装置的制冷回路中的、除了压缩机以外的构成要素的结构进行特殊限定。
以上，参照优选实施方式对本发明的内容进行了具体说明，只要是本领域技术人员，显然能够基于本发明的基本技术思想以及启示而实现各种变更方式。
附图标记的说明
1…永久磁铁埋设式电动机，3…定子，5…转子，11…转子铁芯，19…永久磁铁，21…磁铁插入孔，25…转子外周面，53…径向内侧插入孔外形面，55…径向外侧插入孔外形面，57…侧端插入孔外形面，81a、181a、281a…磁极中央狭缝，81b…侧方狭缝，100…回转式压缩机，101…密闭容器，103…压缩单元，105…缸体，CL…旋转中心线，ML…磁极中心线。

Claims (5)

1.一种永久磁铁埋设式电动机，具备：
定子；以及
转子，其设置为与所述定子对置、且能够旋转，
所述转子具有转子铁芯，该转子铁芯形成有供分别对应的永久磁铁插入的多个磁铁插入孔，其中，
在所述转子的转子外周面与每一个所述磁铁插入孔的径向外侧插入孔外形面之间分别形成有至少一个磁极中央狭缝、和多个侧方狭缝，
所述磁极中央狭缝配置于对应的磁极中心，
所述多个侧方狭缝在磁极中央狭缝的宽度方向的两侧分别至少设置有一个，
所述磁极中央狭缝的面积比每一个所述侧方狭缝的面积小，
所述磁极中央狭缝的宽度比每一个所述侧方狭缝的宽度小，
所述多个侧方狭缝的各自的宽度比相邻的所述磁极中央狭缝与所述侧方狭缝之间的间隔大、且比相邻的所述侧方狭缝彼此间的间隔大。
2.根据权利要求1所述的永久磁铁埋设式电动机，其中，
所述多个侧方狭缝的各自的长度比所述磁极中央狭缝的长度大。
3.根据权利要求1所述的永久磁铁埋设式电动机，其中，
多个所述永久磁铁以及多个所述磁铁插入孔形成为凸向所述转子的中心侧的朝向的弧状。
4.一种压缩机，在密闭容器内具备电动机和压缩单元，其中，
所述电动机是权利要求1～3中任一项所述的永久磁铁埋设式电动机。
5.一种制冷空调装置，其中，
作为制冷回路的构成要素而具备权利要求4所述的压缩机。
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