CN106233580B - 转子、永久磁铁埋入式电动机以及压缩机 - Google Patents

转子、永久磁铁埋入式电动机以及压缩机 Download PDF

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Abstract

本发明提供转子、永久磁铁埋入式电动机以及压缩机。转子(5)的狭缝(72a、72b、72c)以及(72d)的磁铁插入孔侧的端部形状为三角形，狭缝的狭缝内侧线(73)包括顶点(73a)和一对侧端部(73b、73c)，一对侧端部各自与磁铁插入孔的间隔大于顶点与磁铁插入孔的间隔，顶点与磁铁插入孔的间隔大于构成转子铁芯的钢板的板厚。

Description

转子、永久磁铁埋入式电动机以及压缩机
技术领域
本发明涉及转子、永久磁铁埋入式电动机以及压缩机。
背景技术
作为现有的永久磁铁埋入式电动机，在专利文献1中公开了一种永久磁铁埋入式电动机，在转子中比磁铁插入孔靠径向外侧设置有多个狭缝。在该永久磁铁埋入式电动机中，能够期待利用狭缝的作用使磁通密度波形的高次谐波成分减少，感应电压的高次谐波、齿槽转矩减少，实现噪声以及振动的减少。
专利文献1：日本特开2005-245148号公报
然而，在专利文献1公开的结构中，使狭缝的一部分与磁铁插入孔连结，狭缝的连结部随着朝向转子外周部，宽度逐渐增大。因此连结部的磁铁表面侧成为空气区域，因而有可能在该部分从磁铁产生的磁通的利用效率降低。
发明内容
本发明是鉴于上述问题所作出的，目的在于提供一种能够减少从磁铁产生的磁通的损失，并且实现减少噪声以及振动的转子。
为了实现上述目的的本发明的转子具备转子铁芯、轴以及多个永久磁铁，所述转子的特征在于，所述转子铁芯以层叠多张钢板的方式构成，所述转子铁芯设置有多个磁铁插入孔，在所述铁芯外周面与至少一个所述磁铁插入孔的外侧线之间，至少设置有一条狭缝，在以旋转中心线为垂线的面观察时，所述狭缝的磁铁插入孔侧的端部形状为三角形，所述三角形朝向所述磁铁插入孔侧突出，所述狭缝的狭缝内侧线包括：所述三角形的顶点、夹着该顶点的所述三角形的两边、以及这两边各自的成为与所述顶点相反的端部的一对侧端部，所述狭缝的所述一对侧端部各自与所述磁铁插入孔的间隔，大于所述狭缝的所述顶点与所述磁铁插入孔的间隔，所述顶点与所述磁铁插入孔的所述间隔大于构成所述转子铁芯的所述钢板的板厚。
此外，用于实现相同目的的本发明的永久磁铁埋入式电动机具备：定子；以及上述本发明的转子，其与所述定子对置并以能够旋转的方式设置。
此外，用于实现相同目的的本发明的压缩机，在密闭容器内具备上述本发明的永久磁铁埋入式电动机和压缩部件。
根据本发明，能够减少从磁铁产生的磁通的损失，并且实现减少噪声以及振动。
附图说明
图1是表示与本发明的实施方式1的永久磁铁埋入式电动机的旋转中心线正交的剖面的图。
图2是表示图1的永久磁铁埋入式电动机中的转子的图。
图3是放大表示图2的转子中的一个永久磁铁的周围部的图。
图4是放大表示图3的多条狭缝的图。
图5是示意地表示狭缝的磁铁插入孔侧的端部与磁铁插入孔的间隔为恒定的情况下磁通的流动的图。
图6是示意地表示狭缝的磁铁插入孔侧的端部形状为三角形的情况下磁通的流动的图。
图7是示意地表示狭缝的磁铁插入孔侧的端部形状为圆弧的情况下磁通的流动的图。
图8是将图6的狭缝的端部形状与图7的狭缝的端部形状进行比较的图，是表示狭缝端部的开口角较小的情况下的例子的图。
图9是将图6的狭缝的端部形状与图7的狭缝的端部形状进行比较的图，是表示狭缝端部的开口角较大的情况下的例子的图。
图10是搭载有永久磁铁埋入式电动机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。另外，在图中相同的附图标记表示相同或者对应的部分。
实施方式1
图1是表示与本发明的实施方式1的永久磁铁埋入式电动机的旋转中心线正交的剖面的图。图2是表示图1的永久磁铁埋入式电动机的转子的图。图3是放大表示图2的转子中的一个永久磁铁的周围部的图。图4是放大表示图3的多条狭缝的图。
永久磁铁埋入式电动机1具备：定子3以及与定子对置并以能够旋转的方式设置的转子5。定子3具有多个齿部7。多个齿部7分别经由对应的插槽部9与其他齿部7相邻。多个齿部7与多个插槽部9以在周向上交替并且以等间隔排列的方式配置。在多个齿部7以公知的方式分别卷绕有省略图示的公知的定子绕组。
转子5具有转子铁芯11和轴13。轴13通过热装、压入等与转子铁芯11的轴心部连结，将旋转能量传递至转子铁芯11。在转子5的铁芯外周面25与定子3的内周面之间确保有气隙15。
在这样的结构中，转子5被保持为在隔着气隙15的定子3的内侧以旋转中心线CL为中心旋转自如。具体而言，通过对定子3通电有与指令转速同步的频率的电流，由此使定子3产生旋转磁场，使转子5旋转。
接下来，对定子3和转子5的结构进行详细地说明。定子3具有定子铁芯17。定子铁芯17以将比较薄的电磁钢板冲裁为规定的形状，通过铆接将规定张数的电磁钢板紧固并且层叠的方式构成。
在定子铁芯17且在其内径侧，沿周向大致等间隔地以放射状形成有九个插槽部9。而且，将定子铁芯17中相邻的插槽部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的大部分具有从径向外侧到径向内侧大致相等的周向的宽度，但在齿部7的成为径向最内侧的前端部，具有齿牙顶部7a。齿牙顶部7a分别形成为其两侧部向周向扩展的伞状的形状。
在齿部卷绕有构成产生旋转磁场的线圈(未图示)的定子绕组(未图示)。线圈以经由绝缘体将磁导线直接卷绕于磁极齿的方式形成。将该绕组方式称为集中绕组。而且，线圈被接线为三相Y接线。线圈的匝数、线径根据要求的特性(转速、扭矩等)、电压规格、插槽的剖面积来决定。在此，以容易绕线的方式将分开齿展开为带状，将适当线径的磁导线在各磁极齿卷绕规定匝，在绕线后，将分开齿整圆为环状，并进行焊接而构成定子。
另外，与定子铁芯17的情况同样，转子铁芯11也以将比较薄的(例如，与定子铁芯17的电磁钢板相同程度的厚度)电磁钢板冲裁为规定的形状，通过将规定张数的电磁钢板铆接紧固并且层叠的方式构成。
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(在本具体例中为六个)永久磁铁19。如图1以及图2所示，永久磁铁19分别弯曲为弧状，并以该弧状的凸部侧朝向转子5的中心侧的方式配置。
若更详细地进行说明，则在转子铁芯11形成有与多个(六个)永久磁铁19对应的数量(六个)的磁铁插入孔21，在多个磁铁插入孔21分别插入有对应的永久磁铁19。即，多个永久磁铁19以及多个磁铁插入孔21均形成为朝向转子5的中心侧成为凸的方向的弧状。另外，如图1以及图2所示，在每一个磁铁插入孔21插入有一个永久磁铁19。另外，只要转子5的磁极数为2极以上则可以为任意数，但在本例子中，例示出6极的情况。
在本发明中，需要在转子5的铁芯外周面25与磁铁插入孔21的各个后述的孔外侧线之间至少形成有一条狭缝，但在本实施方式1中，作为其一个例子，关于6极的磁极各自形成有多条狭缝(更具体而言，为4条狭缝)。
接下来主要基于图3，对永久磁铁以及磁铁插入孔的详细情况进行说明。在以旋转中心线CL为垂线的面观察时，永久磁铁19分别具有：内侧外表面43、外侧外表面45以及一对侧外表面47。另外，在以旋转中心线CL为垂线的面观察时，内侧外表面以及外侧外表面的外侧及内侧为通过相对的比较表示径向的内侧以及外侧的任一方。
另外，在以旋转中心线CL为垂线的面观察时，作为孔的轮廓，磁铁插入孔21分别具有：孔内侧线53、孔外侧线55以及一对孔侧线57。另外，在以旋转中心线CL为垂线的面观察时，孔内侧线以及孔外侧线的外侧及内侧也为通过相对的比较表示径向的内侧以及外侧的任一方。
孔外侧线55由基于第一圆弧半径的第一圆弧构成。孔内侧线53由基于大于第一圆弧半径的第二圆弧半径的第二圆弧构成。第一圆弧半径与第二圆弧半径具有共同的半径中心，该共同的半径中心比永久磁铁19以及磁铁插入孔21位于靠径向外侧，并且位于对应的磁极中心线ML上。换言之，孔内侧线53与孔外侧线55构成为同心圆状，第一圆弧的中心与第二圆弧的中心与永久磁铁的取向中心(取向焦点)一致。
另外，在图3中观察，一对侧外表面47分别将内侧外表面43以及外侧外表面45的对应的端部彼此连结，在图3中观察，一对孔侧线57分别将孔内侧线53以及孔外侧线55的对应的端部彼此连结。
转子铁芯11中的铁芯外周面25与磁铁插入孔21各自的孔侧线57之间的部分为同样壁厚的极薄壁部35。由于这些极薄壁部35分别成为相邻的磁极间的漏磁通的路径，因此优选为尽可能薄。在此作为一个例子，作为能够冲压的最小宽度，设定为电磁钢板的板厚程度。
接下来，基于图3以及图4对狭缝的详细情况进行说明。四条狭缝72a、72b、72c以及72d均为沿与对应的磁极中心线ML平行的方向延伸、并且在旋转中心线CL方向上贯通转子铁芯11的孔。
在以旋转中心线CL为垂线的面观察时，作为狭缝的轮廓，狭缝72a、72b、72c以及72d分别具有：狭缝内侧线73、狭缝外侧线75以及一对狭缝侧线77。另外，在以旋转中心线CL为垂线的面观察时，狭缝内侧线以及狭缝外侧线的外侧及内侧也为通过相对的比较表示径向的内侧以及外侧的任一方。
狭缝72a、72b、72c以及72d各自的磁铁插入孔侧的端部形状为三角形。即，狭缝72a、72b、72c以及72d各自的狭缝内侧线73包括：朝向磁铁插入孔21侧成为凸的三角形的顶点73a、夹着该顶点73a的三角形的两边、以及这两边各自的成为与顶点相反的端部的一对侧端部73b、73c。另外，虽然为一个例子，但在实施方式1中上述三角形为等腰三角形，狭缝内侧线73形成为以与对应的磁极中心线ML平行地延伸且以通过顶点73a的假想线为中心的线对称。
狭缝外侧线75大致沿着铁芯外周面25延伸。另外，一对狭缝侧线77沿着对应的磁极中心线ML延伸。而且，与上述一对狭缝侧线77连接的狭缝内侧线73的端部为上述的一对侧端部73b、73c。
即，狭缝72a、72b、72c以及72d各自的磁铁插入孔侧的端部具有顶点73a和一对侧端部73b、73c，在以旋转中心线CL为垂线的面观察时，狭缝72a、72b、72c以及72d各自的一对侧端部73b、73c与磁铁插入孔21的孔外侧线55的间隔(对应的磁极中心线ML的方向的间隔)T2、T3，大于顶点73a与磁铁插入孔21的孔外侧线55的间隔(对应的磁极中心线ML的方向的间隔)T1(T1＜T2并且T1＜T3)。此外，狭缝72a、72b、72c以及72d各自的顶点73a与磁铁插入孔21的孔外侧线55的间隔T1，大于构成转子铁芯11的电磁钢板的板厚。
接下来，使用图5～图9对基于包括上述狭缝的本实施方式1的作用进行说明。
首先，为了对本实施方式的作用简单地进行说明，在图5中示出磁铁插入孔与狭缝内侧线之间的间隔恒定的方式。在配置有以噪声减少为目的的狭缝的情况下，狭缝端部侧的磁通以避开狭缝的方式通过转子铁芯，但由于狭缝中央部的磁通也避开狭缝通过，因此若磁铁插入孔与狭缝之间的壁厚较薄，则会引起磁饱和而产生磁通的损失。
因此，如图6那样通过将狭缝的磁铁插入孔侧的端部形状形成为三角形，从而狭缝的磁铁插入孔侧的端部与磁铁插入孔的间隔，从狭缝宽度方向(与对应的磁极中心线ML正交的方向)的中央部朝向端部增大，能够低损失且高效地向转子铁芯获取从面向狭缝宽度方向中央部的磁铁产生的磁通。
另外，如图7那样通过将狭缝的端部形状形成为圆弧，也能够使狭缝的端部与磁铁插入孔的间隔从狭缝宽度方向中央部向宽度方向端部增大，但在图6的三角形与图7的圆弧中，会产生如下差异。即，如图8所示，在图6的三角形与图7的圆弧中，对于转子铁芯中狭缝所占的范围，会产生附图标记A表示的斜线区域的差异。该斜线区域的产生与狭缝端部的开口角α(0°＜α＜180°)的大小无关。在图9中，作为例子，虽然示出扩大开口角α的形态，但在该情况下，也经常会产生斜线区域。而且，由于狭缝宽度方向中央部的磁铁的磁通，从狭缝宽度方向中央侧的薄壁部B(参照图6)向铁芯流入，并通过通往狭缝宽度方向端部侧的路径，因此可知狭缝宽度方向中央部的壁厚(狭缝的磁铁插入孔侧的端部和磁铁插入孔的、对应的磁极中心线的方向的间隔)很重要，将狭缝的端部形状形成为以直线构成的三角形很有用。该端部形状由直线构成很重要，而不必一定为等腰三角形。即，不限定为壁厚的变化形态在狭缝宽度方向中央部的宽度方向两侧为对称。
另外，由于层叠钢板冲压时的最小壁厚能够视为层叠钢板的板厚，因此三角形状的顶点73a与磁铁插入孔21之间的壁厚为层叠钢板的板厚以上。另外，通过如上述那样构成面向磁铁(磁铁插入孔)的狭缝的端部形状，从而无论磁铁形状本身如何，均能够期待减少磁通损失的效果。
根据以上那样构成的本实施方式1的转子以及具备该转子的永久磁铁埋入式电动机，能够得到如下优异的优点。由于在铁芯外周面与磁铁插入孔的孔外侧线之间至少设置有一条狭缝，因此能够抑制由芯外周面的磁吸引力产生的振动、噪声。另外，由于将狭缝的磁铁插入孔侧的端部形状形成为三角形，因此能够减少从面对狭缝的部分产生的磁铁的磁通的损失，实现高磁化。即，能够减少从磁铁产生的磁通的损失，并且实现减少噪声以及振动。进而，由于如上述那样将狭缝的磁铁插入孔侧的端部形状形成为三角形，进而在此基础上，狭缝的磁铁插入孔侧的端部与磁铁插入孔在空气区域不连接(由于在狭缝的磁铁插入孔侧的端部与磁铁插入孔之间转子铁芯遍布该狭缝的宽度方向整体存在)，因此促进确保转子铁芯的刚性，并且避免由在狭缝的磁铁插入孔侧的端部与磁铁插入孔之间存在空气区域引起的磁通损失的产生。
实施方式2
接下来，作为本发明的实施方式2，对搭载有上述实施方式1的永久磁铁埋入式电动机的回转式压缩机进行说明。另外，本发明虽然包括搭载有上述实施方式1的永久磁铁埋入式电动机的压缩机，但压缩机的种类不限定于回转式压缩机。
图10是搭载有永久磁铁埋入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内具备永久磁铁埋入式电动机1(电动要素)和压缩部件103。虽未图示，但在密闭容器101的底部贮存有对压缩部件103的各滑动部进行润滑的冷冻机油。
压缩部件103的主要部件包括：汽缸105，其设置为上下层叠状态；旋转轴107，其为利用永久磁铁埋入式电动机1旋转的轴；活塞109，其嵌插于旋转轴107；叶片(未图示)，其将汽缸105内划分为吸入侧和压缩侧；上下一对的上部框架111和下部框架113，它们供旋转轴107旋转自如地嵌插，并将汽缸105的轴向端面封闭；消声器115，其分别安装于上部框架111和下部框架113。
永久磁铁埋入式电动机1的定子3通过热装或者焊接等方法直接安装并且保持于密闭容器101。从固定于密闭容器101的玻璃端子将电力供给至定子3的线圈。
转子5经由空隙配置于定子3的内径侧，并且经由转子5的中心部的旋转轴107(轴13)而由压缩部件103的轴承部(上部框架111以及下部框架113)以旋转自如的状态保持。
接下来，对该回转式压缩机100的动作进行说明。从储能器117供给的制冷剂气体被固定于密闭容器101的吸入管119向汽缸105内吸入。永久磁铁埋入式电动机1通过变频器的通电而旋转，从而嵌合于旋转轴107的活塞109在汽缸105内旋转。由此在汽缸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，冷冻机油混入到压缩后的制冷剂。在该制冷剂与冷冻机油的混合物通过设置于转子铁芯11的风孔时，促进制冷剂与冷冻机油的分离，从而能够防止冷冻机油流入排出管121。这样，压缩后的制冷剂通过设置于密闭容器101的排出管121，向制冷循环的高压侧供给。
另外，对于回转式压缩机100的制冷剂，虽然也可以使用以往就有的R410A、R407C、R22等，但也能够应用低GWP(全球变暖系数)的制冷剂等任意的制冷剂。从防止全球变暖的观点出发，优选低GWP制冷剂。作为低GWP制冷剂的代表例，存在以下的制冷剂。
(1)在组成中具有碳的双键的卤代烃：例如HFO-1234yf(CF3CF＝CH2)。HFO是Hydro-Fluoro-Olefin的缩写，Olefin是带有一个双键的不饱和烃。另外，HFO-1234yf的GWP为4。
(2)在组成中具有碳的双键的烃：例如R1270(丙烯)。另外，GWP为3，比HFO-1234yf小，但可燃性比HFO-1234yf大。
(3)含有在组成中具有碳的双键的卤代烃或者在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与R32的混合物等。由于HFO-1234yf是低压制冷剂，因此压力损失大，制冷循环(特别是在蒸发器中)的性能容易降低。因此，与和HFO-1234yf相比作为高压冷剂的R32或者R41等的混合物在实用上变得有力。
在以上构成的本实施方式2的回转式压缩机中，若使用上述的永久磁铁埋入式电动机，则具有与上述实施方式1同样的优点。
实施方式3
另外，本发明也能够作为将上述实施方式2的压缩机作为制冷回路的构成要素而包含的空调装置进行实施。另外，空调装置的制冷回路中的、压缩机以外的构成要素的结构不做特别限定。
以上，参照优选的实施方式，对本发明的内容具体地进行了说明，但显而易见只要是本领域技术人员，则基于本发明的基本技术思想以及启示能够采用各种改变方式。
附图标记说明：1…永久磁铁埋入式电动机；3…定子；5…转子；11…转子铁芯；13…轴；19…永久磁铁；21…磁铁插入孔；25…芯外周面；55…孔外侧线；72a、72b、72c以及72d…狭缝；73…狭缝内侧线；73a…顶点；73b、73c…侧端部；100…回转式压缩机；101…密闭容器；103…压缩部件；105…汽缸；ML…磁极中心线。

Claims (4)

1.一种转子，具备转子铁芯和多个永久磁铁，所述转子的特征在于，
所述转子铁芯以层叠多张钢板的方式构成，
所述转子铁芯设置有多个磁铁插入孔，
在多个所述磁铁插入孔分别插入有对应的永久磁铁，
在所述铁芯外周面与至少一个所述磁铁插入孔的外侧线之间至少设置有一条狭缝，
在以旋转中心线为垂线的面观察时，所述狭缝的磁铁插入孔侧的端部形状为三角形，
所述三角形朝向所述磁铁插入孔侧突出，
所述三角形的朝向所述磁铁插入孔侧突出的顶点在狭缝的长度方向上与所述永久磁铁对置，
所述狭缝配置在比对应的所述永久磁铁的周向宽度靠周向内侧处，
所述狭缝的所述磁铁插入孔侧的端部形状为等腰三角形，
所述狭缝具有：狭缝内侧线、狭缝外侧线以及一对狭缝侧线，
所述狭缝的狭缝内侧线包括：所述三角形的顶点、夹着该顶点的所述三角形的两边、以及这两边各自的成为与所述顶点相反的端部的一对侧端部，
所述狭缝的所述一对侧端部各自与所述磁铁插入孔的间隔，大于所述狭缝的所述顶点与所述磁铁插入孔的间隔，
所述顶点与所述磁铁插入孔的所述间隔大于构成所述转子铁芯的所述钢板的板厚，
所述一对狭缝侧线沿着对应的磁极中心线延伸。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，
所述多个永久磁铁以及所述多个磁铁插入孔均形成为朝向所述转子的中心侧成为凸的方向的弧状。
3.一种永久磁铁埋入式电动机，其特征在于，具备：
定子；以及
权利要求1或2所述的转子，其与所述定子对置并以能够旋转的方式设置。
4.一种压缩机，其特征在于，
在密闭容器内具备权利要求3所述的永久磁铁埋入式电动机和压缩部件。
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