CN106416001B

CN106416001B - 永久磁铁埋入型电动机、压缩机以及制冷空调装置

Info

Publication number: CN106416001B
Application number: CN201480079392.3A
Authority: CN
Inventors: 石川淳史; 马场和彦; 仁吾昌弘; 土田和庆
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2019-02-19
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: WO2016002002A1; JP6223568B2; JPWO2016002002A1; US10608486B2; US20170070112A1; CN106416001A

Abstract

永久磁铁埋入型电动机(1)具备定子(3)和转子(5)，多个磁铁插入孔(21)各自的轮廓具有径向内侧线(53)、径向外侧线(55)、一对边线(57)、一对第1圆形部(61)以及一对第2圆形部(63)，薄壁部(18)形成于转子的外周面(25)与各条边线之间，各个第1圆形部设置于对应的径向外侧线的对应的端部与对应的边线的对应的端部之间，各个第2圆形部设置于对应的径向内侧线的对应的端部与对应的边线的对应的端部之间。

Description

永久磁铁埋入型电动机、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入型电动机、压缩机以及制冷空调装置。

背景技术

近年来，随着节能意识的提高，要求高效的电动机，提出了众多通过作为转子而使用残留磁通密度以及顽磁力高的稀土类磁铁来实现高效化的永久磁铁埋入型电动机。进而，通过做成在转子内部埋入有磁铁的构造，不仅能够利用磁力转矩，而且还能够利用磁阻转矩，所以能够构成高效的电动机。为了提高磁阻转矩，由于与d轴和q轴的电感之差成比例，所以一般期望做成容易使q轴磁通通过而不易使d轴磁通通过的构造。

另一方面，为了提高磁力转矩，期望做成能够有效利用磁铁的磁通的构造，需要降低漏磁通。作为永久磁铁埋入型电动机的漏磁通降低的一个手段，减小处于磁铁插入孔的端部与转子表面之间的薄壁部的厚度并且降低通过薄壁部的磁通是有效的。

例如，在专利文献1中，公开了通过使转子的磁铁插入孔彼此的间隔大于定子的齿宽、并且使转子外表面处的磁铁插入孔的端部附近的凹部的宽度大于上述磁铁插入孔彼此的间隔来获取磁力转矩和磁阻转矩这两者的结构。

专利文献1：日本特开2005-124281号公报

发明内容

然而，通过增大转子外表面处的磁铁插入孔的端部附近的凹部的宽度，有可能在处于磁铁插入孔的端部与转子表面之间的薄壁部的区域中凹部占据的比例增加，薄壁部的厚度变得过薄。另外，如果薄壁部的厚度变得过薄，则通过在转子的旋转中发挥作用的离心力而在薄壁部产生的应力增加，存在导致无法确保所规定的机械强度的问题的担忧。

本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种设置有薄壁部、并且运转中的转子机械强度优良的永久磁铁埋入型电动机。

为了达成上述目的，本发明提供一种永久磁铁埋入型电动机，具备：定子；以及转子，与所述定子对置并且能旋转地设置，所述转子具有转子芯，在所述转子芯中形成有多个磁铁插入孔，所述磁铁插入孔各自的轮廓当在以所述转子的旋转中心线为垂线的面上观察时，具有径向内侧线、径向外侧线、一对边线、一对第1圆形部以及一对第2圆形部，薄壁部形成于所述转子的外周面与各条所述边线之间，各个所述第1圆形部设置于对应的所述径向外侧线的对应的端部与对应的所述边线的对应的端部之间，各个所述第2圆形部设置于对应的所述径向内侧线的对应的端部与对应的所述边线的对应的端部之间。

也可以构成为多个切口设置于所述转子的外周面，对应的一对所述切口相对于对应的q轴而线对称地设置。

也可以构成为所述磁铁插入孔分别弯曲成弧状，该弧状的凸部侧是所述转子的中心侧。

进而，用于达成同一目的的本发明的压缩机在密闭容器内具备电动机和压缩单元，该电动机是上述本发明的永久磁铁埋入型电动机。

进而，用于达成同一同目的的本发明的制冷空调装置包括上述本发明的压缩机来作为制冷回路的构成单元。

根据本发明，能够提供设置有薄壁部、并且运转中的转子机械强度优良的永久磁铁埋入型电动机。

附图说明

图1是在与旋转中心线正交的面上示出本发明的实施方式1的永久磁铁埋入型电动机的图。

图2是关于实施方式1而示出转子中的一个磁铁插入孔周边的图。

图3是实施方式2的与图2相同的样式的图。

图4是搭载有永久磁铁埋入型电动机的旋转式压缩机的纵剖面图。

(符号说明)

1：永久磁铁埋入型电动机；3：定子；5：转子；11：转子芯；18：薄壁部；19：永久磁铁；21：磁铁插入孔；53：径向内侧线；55：径向外侧线；61：第1圆形部；63：第2圆形部；100：旋转式压缩机；101：密闭容器；103：压缩单元。

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，同一符号表示相同或者对应部分。

实施方式1.

图1是在与旋转中心线正交的面上示出本实施方式1的永久磁铁埋入型电动机的图。图2是示出转子中的一个磁铁插入孔周边的图。

永久磁铁埋入型电动机1具备定子3以及与定子3对置且能旋转地设置的转子5。定子3具有多个齿状部7。多个齿状部7分别隔着对应的槽部9而与其他齿状部7相邻。多个齿状部7和多个槽部9被配置成在周向上交替并且等间隔地排列。

在多个齿状部7处，分别以所谓分布卷绕方式卷绕有定子绕组3a。分布卷绕方式是遍布定子3的多个齿状部7分布地卷绕绕组的卷绕方式。该分布卷绕方式相比于集中卷绕方式，具有适合于利用磁阻转矩的特征。

转子5具有转子芯11和芯轴(shaft)13。芯轴13通过热压配合、压入等而连结于转子芯11的轴心部，对转子芯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，按以旋转中心线CL(转子的旋转中心、芯轴的轴线)为中心旋转自如的方式被保持。具体而言，通过对定子3通入与指令转速同步的频率的电流，产生旋转磁场，使转子5旋转。

详细说明定子3和转子5的结构。定子3具有定子芯17。定子芯17是针对电磁钢板按照预定的形状进行穿孔、并将预定张数的电磁钢板通过铆接方式连接并且层叠而构成的。

在定子3的中心附近处，配置有以能够旋转的方式被保持的芯轴13。并且，对该芯轴13嵌合有转子5。转子5具有转子芯11，另外，该转子芯11也与定子芯17同样地，是针对电磁钢板按照预定的形状进行穿孔、并将预定张数的电磁钢板通过铆接方式连接并且层叠而构成的。

在转子外周面25与后述的边线57之间，存在均匀的壁厚的薄壁部18。这些薄壁部18分别成为邻接的磁极之间的漏磁通的路径，所以优选尽可能薄。

在转子芯11的内部，设置有以使N极和S极交替的方式磁化而成的多个永久磁铁19。永久磁铁19分别由烧结铁氧体磁铁构成，如在图1中看到的那样，被配置成按弧状弯曲，该弧形形状的凸部侧朝向转子5的中心侧。更详细而言，在转子芯11中，形成有与多个永久磁铁19对应的数量的磁铁插入孔21，对多个磁铁插入孔21分别插入有对应的永久磁铁19。

永久磁铁19由铁氧体磁铁构成。铁氧体磁铁以氧化铁(Fe₂O₃)为主成分，所以比在一般的永久磁铁埋入型电动机中使用的稀土类磁铁更廉价，供应性稳定。另外，关于铁氧体磁铁，由于容易形成圆弧形状的磁铁，所以能够构成还能够插入到本实施方式那样的反圆弧样式的磁铁插入孔的磁铁。

多个永久磁铁19以及多个磁铁插入孔21都构成为在径向的内外方向上观察时与转子外周面25的圆弧反向的反圆弧样式。即，多个永久磁铁19以及多个磁铁插入孔21被形成为向转子5的中心侧变凸的朝向(向径向外侧即转子外周面25侧变凹的朝向)的弧状。另外，如图1所示，针对每一个磁铁插入孔21，插入一个永久磁铁19。

转子5的磁极数只要是2极以上，则可以是任意个数。在本说明中，作为一个例子，设为6极。此外，在图1中，用虚线表示其一极相当量。在转子5中，以按照等角度间隔隔开的方式，设置有6个磁铁插入孔21。即，6个磁铁插入孔21被配置成分别以60度的角度间隔与相邻的磁铁插入孔21隔开。另外，6个永久磁铁19被配置成关于径向的磁极的朝向，沿着转子周向使N极和S极交替地调换。

接下来，详细说明磁铁插入孔。当在以转子5的旋转中心线CL为垂线的面上观察时，磁铁插入孔21各自的轮廓(outline)具有径向内侧线53、径向外侧线55以及一对边线57。

如图2所示，径向外侧线55由第1圆弧面构成，径向内侧线53由第2圆弧面构成，第1圆弧面的圆弧和第2圆弧面的圆弧具有公共的半径中心，该公共的半径中心相比磁铁插入孔21处于径向外侧、并且处于对应的磁极中心线ML上。换言之，径向内侧线53和径向外侧线55按照同心圆状构成。这样，径向内侧线53的圆弧中心和径向外侧线55的圆弧中心相同，从而转子芯11以及插入其中的永久磁铁19的生产率提高。

另外，当在以转子5的旋转中心线CL为垂线的面上观察时，相对于对应的磁极中心线ML，线对称地形成有永久磁铁19以及磁铁插入孔21。

另外，在本实施方式1中，磁铁插入孔21各自的轮廓对于一个磁铁插入孔21，具有4个圆形部、即一对第1圆形部61以及一对第2圆形部63。

一对第1圆形部61分别将对应的径向外侧线55的对应的端部55a与对应的边线57的对应的一端部相连，一对第2圆形部63分别将对应的径向内侧线53的对应的端部53a与对应的边线57的对应的另一端部相连。

在本实施方式1中，第1圆形部61以及第2圆形部63都弯曲成弧状，第1圆形部61的曲率比第2圆形部63的曲率小。进而，在本实施方式1中，边线57也弯曲成弧状，边线57的曲率比第1圆形部61的曲率以及第2圆形部63的曲率小。

另外，边线57、第1圆形部61以及第2圆形部63如上所述地弯曲，所以在本实施方式1中，当在以转子5的旋转中心线CL为垂线的面上观察时，径向外侧线55的对应的端部55a与径向内侧线53的对应的端部53a之间的轮廓仅由弯曲的线构成。

根据上述本实施方式1的永久磁铁埋入型电动机，得到如下优点。

一般来说，来自磁铁的磁通的一部分不与定子绕组交链，通过磁铁插入孔的端部与转子外周面之间的芯部分而返回到磁铁，所以该芯部分成为漏磁通的路径。如果漏磁通多，则无法有效利用磁铁的磁通，导致马达效率的降低，所以期望漏磁通少。即，为了提高磁力转矩，需要降低漏磁通，磁铁插入孔的端部与转子外周面之间的芯部分的壁厚优选窄。

但是，另一方面，如果磁铁插入孔的端部与转子外周面之间的芯部分的壁厚变薄，则有可能通过在转子的旋转中发挥作用的离心力而在薄壁部产生的应力增加，无法确保机械强度。通过转子的旋转产生的离心力按“转子的质量”、“转子半径”和“旋转角速度的平方”之积来发挥作用。因此，在电动机的使用用途中的额定转速时，通过离心力在转子芯产生的最大应力不能超过所使用的电磁钢板的疲劳极限应力，需要使在转子芯产生的应力比所规定的最大应力小。另外，通过离心力在薄壁部产生的应力的分布变得不均等，所以存在容易在局部的部分产生过大的应力的问题。

因此，在本实施方式1中，在边线57与对应的径向外侧线55以及径向内侧线53的端部之间，设置有第1圆形部61以及第2圆形部63，所以虽然设置有薄壁部18，仍能够使在薄壁部18产生的应力分布均等化，防止产生局部的应力。即，能够减小薄壁厚度来提高薄壁的磁阻，降低漏磁通，同时使薄壁部的应力分布分散，缓和局部地产生的应力，确保机械强度。

另外，通过将磁铁插入孔以及磁铁形状设为反圆弧形状，磁铁的表面积变大而能够获得磁力。如果磁力变大，则能够降低为了产生预定的转矩而所需的电枢电流，所以铜损降低而预见马达效率提高。另外，插入于磁铁插入孔的磁铁通过离心力而产生将要使磁铁向径向飞出的力。反圆弧形状相比于平板形状，磁铁的质量更大，所以在转子是同一转速并且同一外径的情况下，存在反圆弧形状时的离心力所产生的影响更大的倾向。因此，在不像本实施方式1那样具有圆形部的情况下，相比于平板形状的磁铁，在反圆弧形状的磁铁的情况下，在薄壁部产生的应力增加。因此，如本实施方式1那样具有圆形部的样式正因为做成能够通过反圆弧形状的磁铁所带来的铜损降低来提高马达效率的结构，从而更有效。

实施方式2.

接下来，说明本发明的实施方式2。图3是实施方式2的与图2相同的样式的图。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。

本实施方式2中的转子5’的转子外周面25’在与各条边线57对置的部分具有切口71。切口71被设置成相对于对应的q轴(作为在相邻的磁铁之间延伸的轴(极间中心线)的、与d轴(磁铁的中心线、磁极中心线)形成电角90deg的轴)而线对称。切口71与边线57大致平行地延伸，切口71与边线57之间的薄壁部18’的壁厚大致恒定。

另外，在q轴的周向两侧设置切口71，所以作为相对的凹凸关系，在一对切口71之间出现突起部73。即，在转子外周面25’的q轴上，设置突起部73。

在如上述那样构成的本实施方式2的永久磁铁埋入型电动机中，也得到与上述实施方式1相同的优点。进而，在本实施方式2中，能够通过切口71来增大薄壁部18’的磁阻，进一步降低漏磁通，并且，通过q轴上的突起部73来确保q轴磁通的路径。即，能够在发挥在上述实施方式1中叙述的确保机械强度的特征的同时，有效地产生磁力转矩和磁阻转矩这两者。

实施方式3.

接下来，作为本发明的实施方式3，说明搭载有上述实施方式1或者实施方式2的永久磁铁埋入型电动机的旋转式压缩机。此外，本发明包括搭载有上述实施方式1或者实施方式2的永久磁铁埋入型电动机的压缩机，但压缩机的类别不限于旋转式压缩机。

图4是搭载有永久磁铁埋入型电动机的旋转式压缩机的纵剖面图。旋转式压缩机100在密闭容器101内，具备永久磁铁埋入型电动机1(电动单元)以及压缩单元103。虽然未图示，但在密闭容器101的底部，存积有使压缩单元103的各滑动部润滑的制冷机油。

在压缩单元103中，作为主要的单元，包括按照上下层叠状态设置的缸体105、作为通过永久磁铁埋入型电动机1来旋转的芯轴的旋转轴107、嵌插到旋转轴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)、以旋转自如的方式嵌插有旋转轴107且使缸体105的轴向端面闭塞的上下一对的上部框架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的消音器115。

通过热压配合或者焊接等方法，将永久磁铁埋入型电动机1的定子3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，对定子3的线圈供给电力。

转子5是在定子3的内径侧隔着空隙配置的，经由转子5的中心部的旋转轴107(芯轴13)，通过压缩单元103的轴承部(上部框架111和下部框架113)而以旋转自如的状态被保持。

接下来，说明上述旋转式压缩机100的动作。从固定于密闭容器101的吸入管119向缸体105内吸入从收集器117供给的制冷剂气体。通过逆变器的通电而使永久磁铁埋入型电动机1旋转，从而使嵌合于旋转轴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。制冷剂在经过消音器115之后，在密闭容器101内上升。此时，在经压缩的制冷剂中混入有制冷机油。该制冷剂和制冷机油的混合物在通过设置于转子芯11的风孔71时，被促进制冷剂和制冷机油的分离，能够防止制冷机油流入到排出管121。通过这样，将经压缩的制冷剂通过设置于密闭容器101的排出管121而供给到制冷循环的高压侧。

此外，作为旋转式压缩机100的制冷剂，也可以使用以往的R410A、R407C、R22等，但还能够应用低GWP(全球变暖系数)的制冷剂等任意的制冷剂。根据防止全球变暖的观点，期望低GWP制冷剂。作为低GWP制冷剂的代表例，有以下的制冷剂。

(1)在组成中具有碳的双键的卤化烃：是例如HFO-1234yf(CF3CF＝CH2)。HFO是Hydro-Fluoro-Olefin的简称，Olefin是具有1个双键的不饱和烃。此外，HFO-1234yf的GWP是4。

(2)在组成中具有碳的双键的烃：是例如R1270(丙烯)。此外，GWP是3，比HFO-1234yf小，但可燃性比HFO-1234yf大。

(3)包含在组成中具有碳的双键的卤化烃或者在组成中具有碳的双键的烃中的至少某一个的混合物：是例如HFO-1234yf和R32的混合物等。HFO-1234yf由于是低压制冷剂，所以压损变大，制冷循环(特别在蒸发器中)的性能容易降低。因此，与相比HFO-1234yf为高压制冷剂的R32或者R41等的混合物在实用上有竞争力。

在如以上那样构成的本实施方式3的旋转式压缩机中，也具有与上述实施方式1或者实施方式2相同的优点。另外，能够有效利用磁力转矩和磁阻转矩这两者，所以能够构成高效的压缩机。

实施方式4.

另外，本发明还能够实施为包括上述实施方式3的压缩机而作为制冷回路的构成单元的制冷空调装置。此外，制冷空调装置的制冷回路中的压缩机以外的构成单元的结构没有特别限定。

在如以上那样构成的本实施方式4的制冷空调装置中，也具有与上述实施方式3相同的优点。另外，能够有效利用磁力转矩和磁阻转矩这两者，所以能够构成高效的压缩机，由此，能够用于节能基准严格的制冷空调设备。

以上，参照优选的实施方式来具体说明了本发明的内容，但根据本发明的基本的技术思想以及教导，只要是本领域技术人员就能够采用各种改变样式，这是不言自明的。

Claims

1.一种永久磁铁埋入型电动机，具备：

定子；以及

转子，与所述定子对置并且能旋转地设置，

所述转子具有转子芯，

在所述转子芯中形成有多个磁铁插入孔，

当在以所述转子的旋转中心线为垂线的面上观察时，所述磁铁插入孔各自的轮廓具有径向内侧线、径向外侧线、一对边线、一对第1圆形部以及一对第2圆形部，

薄壁部形成于所述转子的外周面与各条所述边线之间，

各个所述第1圆形部设置于对应的所述径向外侧线的对应的端部与对应的所述边线的对应的端部之间，

各个所述第2圆形部设置于对应的所述径向内侧线的对应的端部与对应的所述边线的对应的端部之间，

所述第1圆形部、所述第2圆形部以及所述边线都弯曲成弧状，

所述第1圆形部的曲率比所述第2圆形部的曲率小，

所述边线的曲率比所述第1圆形部的曲率以及所述第2圆形部的曲率小。

2.根据权利要求1所述的永久磁铁埋入型电动机，其特征在于，

多个切口设置于所述转子的外周面，

相邻的两个所述切口相对于对应的q轴而线对称地设置。

3.根据权利要求1或者2所述的永久磁铁埋入型电动机，其特征在于，

所述磁铁插入孔分别弯曲成弧状，

该弧状的凸部侧是所述转子的中心侧。

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中的任意一项所述的永久磁铁埋入型电动机。

5.一种制冷空调装置，其中，

包括权利要求4所述的压缩机来作为制冷回路的构成单元。