CN106575893A - 永久磁铁嵌入式电动机以及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的永久磁铁嵌入式电动机具备：定子铁芯；转子铁芯(5)，其配置在定子铁芯的内径侧，具有与磁极数对应的多个磁铁插入孔(9)；以及多个永久磁铁(7a，7b，7c，7d)，其沿着多个磁铁插入孔(9)的旋转方向配置，在磁铁插入孔(9)中配置的多个永久磁铁(7a，7b，7c，7d)中相邻的两个永久磁铁之间的间隙(101，102，103)形成为其径向外侧的间隙(A₁₀₁，A₁₀₂，A₁₀₃)大于其径向内侧的间隙(B₁₀₁，B₁₀₂，B₁₀₃)。

Description

永久磁铁嵌入式电动机以及压缩机

技术领域

本发明涉及具备定子铁芯、在定子铁芯的内径侧配置并且具有与磁极数对应的多个磁铁插入孔的转子铁芯、以及在磁铁插入孔中插入的多个永久磁铁的永久磁铁嵌入式电动机以及压缩机。

背景技术

通常，在永久磁铁嵌入式电动机中，在将多个冲裁成特定形状的电磁钢板进行叠铆而形成的转子铁芯中设置有多个磁铁插入孔，在各磁铁插入孔中插入有永久磁铁。

在此，永久磁铁和齿部前端在旋转方向上的相对位置根据转子的旋转而发生变化，此外，伴随着卷绕在各齿部上的绕组的电流的变化，转子内的磁通的朝向尽管不会发生180°翻转，但会在某个范围内发生变化。在使用作为表面容易流过电流的永久磁铁的一个示例的稀土类磁铁的情况下，根据转子内的磁通的变化，永久磁铁的表面会流过涡电流，而涡电流会导致永久磁铁产生焦耳热，焦耳热成为电动机的损耗。此外，该焦耳热会导致永久磁铁的温度上升，尤其是在稀土类磁铁的情况下，使矫顽力降低，也会成为不可逆退磁的原因。

作为降低在永久磁铁的表面产生的涡电流的方法，存在一种将每个磁极的永久磁铁分成多个、即在一个磁铁插入孔内插入多个永久磁铁的方法。但是，在只是将每个磁极的永久磁铁分成多个的情况下，如果在磁铁插入孔内插入的多个永久磁铁中的相邻的永久磁铁的旋转方向侧面紧贴，则永久磁铁之间的电阻会下降，从而降低涡电流的效果会变小。

在下述的专利文献1所示的转子中，从电动机的轴向观察到的各磁铁插入孔的截面呈朝向径向内侧突出的弯曲状，一个磁铁插入孔中沿着旋转方向并排地插入有多个永久磁铁。根据该结构，在磁铁插入孔内插入的多个永久磁铁中相邻的永久磁铁的旋转方向侧面成为在径向外侧相接而在径向内侧分离的形状。即，相邻的永久磁铁的旋转方向侧面成为仅在径向外侧相接的形状，从而能够抑制永久磁铁之间的电阻降低。

专利文献1：日本特开2012-105482号公报

发明内容

在此，在永久磁铁嵌入式电动机中，转子铁芯内的磁通的变化在永久磁铁的径向外侧的区域较大，而在永久磁铁的径向内侧的区域较小。这是因为，在永久磁铁的径向外侧的区域，磁通以尽量短的路径连结永久磁铁的表面和齿部前端的方式流过，因而磁通的朝向会伴随着转子的旋转而发生变化，与此相对，在永久磁铁的径向内侧的区域，磁通以连结相邻的永久磁铁的表面的方式流过。

在上述的专利文献1所示的转子中，相邻的永久磁铁的旋转方向侧面仅在径向外侧相接，因此存在即便旋转方向侧面的径向内侧分离，磁通也会以连结相邻的永久磁铁的径向外侧面的方式流过，不能发挥降低涡电流的效果的问题。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于得到一种能够降低由涡电流导致的损耗的永久磁铁嵌入式电动机。

为了解决上述的问题，实现目的，本发明具备：定子铁芯；转子铁芯，其配置在上述定子铁芯的内径侧，具有与磁极数对应的多个磁铁插入孔；以及多个永久磁铁，其沿着上述多个磁铁插入孔的旋转方向配置，在上述磁铁插入孔中配置的多个永久磁铁中相邻的两个永久磁铁之间的径向外侧的间隙大于径向内侧的间隙。

根据本发明，发挥能够降低由涡电流导致的损耗的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式涉及的永久磁铁嵌入式电动机的纵截面图。

图2是图1所示的转子的A-A向视截面图。

图3是图2所示的转子的局部放大图。

图4是现有的在长方形的磁铁插入孔中插入有多个永久磁铁的转子的截面图。

图5是现有的在向转子铁芯的径向内侧突出的弯曲状的磁铁插入孔中插入有多个永久磁铁的转子的截面图。

图6是表示本发明的实施方式涉及的转子的第一变形例的图。

图7是表示本发明的实施方式涉及的转子的第二变形例的图。

图8是搭载有本发明的实施方式涉及的转子以及定子铁芯的压缩机的截面图。

符号说明

1、1-1、1-2、1A、1B转子；2定子；3壳体；4托架；5转子铁芯；6轴；7永久磁铁；8端板；9磁铁插入孔；10轴嵌合孔；11轴承；12波形垫圈；13定子铁芯；14绕组；15间隙；16轴承；20、21区域；30涡电流；31磁通；50、51转子铁芯；90、91磁铁插入孔；100永久磁铁嵌入式电动机；101、102、103间隙；200压缩机；201壳体；202制冷剂压缩机构。

具体实施方式

下面，基于附图来详细地说明本发明涉及的永久磁铁嵌入式电动机以及压缩机的实施方式。另外，本发明不限于该实施方式。

实施方式

图1是本发明的实施方式涉及的永久磁铁嵌入式电动机的纵截面图。图2是图1所示的转子的A-A向视截面图。图3是图2所示的转子的局部放大图。

图1所示的永久磁铁嵌入式电动机100包括转子1、定子2、壳体3以及托架4。

转子1包括：环状的转子铁芯5；轴6，其配置在转子铁芯5的轴嵌合孔10中；磁铁插入孔9，其形成在转子铁芯5的外周侧，沿着转子铁芯5的轴向延伸并贯穿转子铁芯5的两端；永久磁铁7，其被插入到磁铁插入孔9中；以及圆盘状的端板8，其安装在转子铁芯5的两个端面。

转子铁芯5是将多个冲裁成特定形状的电磁钢板进行叠铆而形成的。端板8用于防止在磁铁插入孔9中插入的永久磁铁7发生脱落。作为将端板8固定在转子铁芯5的端面上的方法，除了焊接或者粘接以外，也可以使用在转子铁芯5和端板8中预先设置贯通孔，使螺栓穿过贯通孔而将其紧固，或者使铆钉穿过贯通孔来进行铆接的方法。

轴6是圆柱状，轴嵌合孔10也是与其对应的形状，其通过热装或者压入而嵌合于轴嵌合孔10。

壳体3形成为有底圆筒状，壳体3的轴向一端朝向径向外侧形成为凸缘状。形成为凸缘状的凸缘部3a被配置成与在托架4上形成的凸缘部4a相接。

在壳体3的作为底部的轴向另一端的中心部，形成有朝向图1的下方侧、即朝向转子1的非负载侧突出的凹部3c。在凹部3c中配置有用于支承转子1非负载侧的轴6的轴承16。

另外，在凹部3c的座面部3b与轴承16之间，配置有波形垫圈12。波形垫圈12在轴向上对轴承16施力，由此能够对轴承16施加预紧力来抑制轴6的振动。

托架4形成为圆筒状，托架4的轴向一端朝向径向外侧形成为凸缘状。形成为凸缘状的凸缘部4a与形成于壳体3的凸缘部3a相接。

在托架4的轴向另一端的中心部，形成有朝向图1的上方侧、即朝向转子1的负载侧突出的凹部4c。在凹部4c中配置有用于支承转子1负载侧的轴6的轴承11。在凹部4c的座面部4b的中心，形成有供转子1负载侧的轴6穿过的孔4d。

在以封闭壳体3的开口部的方式设置托架4之后，将未图示的紧固部件插入到凸缘部3a以及凸缘部4a，并对紧固部件进行紧固，由此将托架4固定于壳体3。

定子2包括环状的定子铁芯13和被供给来自外部的电力的绕组14。定子2例如通过热装而被固定在壳体3的内侧。定子铁芯13是将多个冲裁成特定形状的电磁钢板进行叠铆而形成的。在定子铁芯13的内周侧，沿着旋转方向以一定间隔设置有未图示的多个齿部。在各齿部上，隔着未图示的绝缘体卷绕有绕组14。而且，在定子2的内侧隔开间隙15地配置有转子1。

在图2、图3中，在转子铁芯5上，沿着旋转方向以一定间隔设置有与磁极数对应的多个磁铁插入孔9。各磁铁插入孔9是其径向内侧面9a和径向外侧面9c沿着旋转方向直线状地延伸的长方形。在各磁铁插入孔9中，沿着旋转方向交替地配置有极性彼此不同的永久磁铁7。在图示例的转子1中，永久磁铁7的极数是6极。

在本实施方式中，构成一个磁极的永久磁铁7由4个永久磁铁7a、7b、7c、7d构成，永久磁铁7a、7b、7c、7d沿着旋转方向并排地配置。

另外，在永久磁铁7a、7b、7c、7d与磁铁插入孔9之间，在旋转方向和径向上，设有使永久磁铁7a、7b、7c、7d能够以间隙配合的方式插入在磁铁插入孔9的微小间隙。

此外，对构成一个磁极的永久磁铁7a、7b、7c、7d而言，其个数越多就能够越提高降低涡电流的效果，但另一方面，向磁铁插入孔9的插入的工时会增加，此外，由于加工引起的重量单价増加从而导致制造成本増加。因此，考虑降低涡电流的效果和制造成本之间的平衡来决定构成一个磁极的永久磁铁7a、7b、7c、7d的数量。另外，关于降低涡电流的效果，在后面叙述。

在转子铁芯5中，形成有作为防止磁通短路用间隙的12个磁通屏障9b，各磁通屏障9b从永久磁铁7a、7d的旋转方向侧面7a3、7d4朝向转子铁芯5的外周面延伸。

此外，转子铁芯5具有用于限制在磁铁插入孔9中插入的多个永久磁铁7a、7b、7c、7d移动的多个突起5b。各突起5b形成在磁铁插入孔9的径向内侧面9a的旋转方向两端部。由于设置有突起5b，在磁铁插入孔9中插入的永久磁铁7a、7d的旋转方向侧面7a3、7d4由突起5b保持，因此能够限制在驱动期间永久磁铁7a、7b、7c、7d的移动。

图3所示的永久磁铁7a的一个旋转方向侧面7a3位于磁通屏障9b侧，在永久磁铁7a的另一个旋转方向侧面7a4与永久磁铁7b的一个旋转方向侧面7b3之间形成有间隙101。在永久磁铁7b的另一个旋转方向侧面7b4与永久磁铁7c的一个旋转方向侧面7c3之间形成有间隙102。在永久磁铁7c的另一个旋转方向侧面7c4与永久磁铁7d的一个旋转方向侧面7d3之间形成有间隙103。而且，永久磁铁7d的另一个旋转方向侧面7d4位于磁通屏障9b侧。另外，在图示例中，在永久磁铁7a的旋转方向侧面7a3与突起5b之间形成有间隙B₁。此外，在永久磁铁7d的旋转方向侧面7d4与突起5b之间形成有微小间隙B₀。

A₁₀₁表示间隙101的径向外侧的间隙，B₁₀₁表示间隙101的径向内侧的间隙，A₁₀₂表示间隙102的径向外侧的间隙，B₁₀₂表示间隙102的径向内侧的间隙，A₁₀₃表示间隙103的径向外侧的间隙，B₁₀₃表示间隙103的径向内侧的间隙。

在本实施方式涉及的转子1中，间隙101、102、103形成为其径向外侧的间隙A₁₀₁、A₁₀₂、A₁₀₃大于径向内侧的间隙B₁₀₁、B₁₀₂、B₁₀₃。即，在各磁铁插入孔9中插入的多个永久磁铁7a、7b、7c、7d中，相邻的永久磁铁之间的间隙有式(1)至式(3)的关系。

A₁₀₁＞B₁₀₁…(1)

A₁₀₂＞B₁₀₂…(2)

A₁₀₃＞B₁₀₃…(3)

如前述那样，磁铁插入孔9是沿着转子1的旋转方向延伸的长方形，因此通过以满足从式(1)到式(3)的关系的方式来配置永久磁铁7a、7b、7c、7d，即便在由于转子1的旋转而在磁铁插入孔9的内部永久磁铁7a、7b、7c、7d沿着旋转方向移动了的情况下，也能够保持从式(1)到式(3)的关系。另外，当相邻的永久磁铁7a、7b的旋转方向侧面7a4、7b3接触时间隙A₁₀₁或者间隙B₁₀₁会成为零，但由于永久磁铁7a、7b的间隙A₁₀₁有式(1)的关系，因此间隙B₁₀₁满足式(4)。此外，当相邻的永久磁铁7b、7c的旋转方向侧面7b4、7c3接触时间隙A₁₀₂或者间隙B₁₀₂会成为零，但由于永久磁铁7b、7c的间隙A₁₀₂有式(2)的关系，因此间隙B₁₀₂满足式(5)。此外，当相邻的永久磁铁7c、7d的旋转方向侧面7c4、7d3接触时间隙A₁₀₃或者间隙B₁₀₃会成为零，但由于永久磁铁7c、7d的间隙A₁₀₃有式(3)的关系，因此间隙B₁₀₃满足式(6)。

B₁₀₁＝0…(4)

B₁₀₂＝0…(5)

B₁₀₃＝0…(6)

换而言之，间隙A₁₀₁、A₁₀₂，A₁₀₃满足从式(7)到式(9)的关系。

A₁₀₁＞0…(7)

A₁₀₂＞0…(8)

A₁₀₃＞0…(9)

这样，在本实施方式涉及的转子1中，在各磁铁插入孔9中插入的多个永久磁铁7a、7b、7c、7d中相邻的永久磁铁之间，能够确保径向外侧的间隙A₁₀₁、A₁₀₂、A₁₀₃。下面，具体地说明基于本结构的效果。

图4是现有的在长方形的磁铁插入孔中插入有多个永久磁铁的转子1A的截面图，图5是现有的在向转子铁芯的径向内侧突出的弯曲状的磁铁插入孔中插入有多个永久磁铁的转子的截面图。

为了简化说明，在图4中表示了在一个磁铁插入孔90中插入有3个永久磁铁70a、70b、70c的转子铁芯50。相邻的永久磁铁70a、70b的旋转方向侧面在径向外侧和径向内侧相接。同样地，相邻的永久磁铁70b、70c的旋转方向侧面在径向外侧和径向内侧相接。此时，相邻的永久磁铁的旋转方向侧面紧贴，从而永久磁铁之间的电阻降低。另一方面，转子铁芯50内的磁通变化在永久磁铁70a、70b、70c的径向外侧的区域20较大，而在永久磁铁70a、70b、70c的径向内侧的区域21较小。而且，在永久磁铁70a、70b、70c的径向外侧面流过如虚线所示那样的涡电流30，涡电流30导致永久磁铁70a、70b、70c产生焦耳热，焦耳热成为电动机的损耗。

图5所示的转子1B是前述的专利文献1中的结构。在图5所示的转子铁芯51中，形成有朝向径向内侧突出的弯曲状的两个磁铁插入孔91。在各个磁铁插入孔91中沿着旋转方向插入有多个永久磁铁71a、71b、71c。另外，在转子铁芯51中，以两个磁铁插入孔91为1组，并且由2个磁铁插入孔91和在两个磁铁插入孔91中分别插入有的永久磁铁71a、71b、71c构成一个磁极。这样，在弯曲状的磁铁插入孔91中插入了多个永久磁铁71a、71b、71c的情况下，因为相邻的永久磁铁的旋转方向侧面的径向内侧分离，所以能够抑制永久磁铁之间的电阻的降低。但是，即便相邻的永久磁铁的旋转方向侧面的径向内侧分离，因为旋转方向侧面的径向外侧还是相接，所以在现有的转子1B中，磁通31也会以连结永久磁铁71a、71b、71c的径向外侧面的方式流过，而不能发挥降低涡电流的效果。

在本实施方式涉及的转子1中，如图3所示，在相邻的永久磁铁的旋转方向侧面的径向外侧设有间隙A₁₀₁、A₁₀₂、A₁₀₃。因此，在永久磁铁7a、7b、7c、7d各自的径向外侧面7a1、7b1、7c1、7d1，流过比图4所示的涡电流30小的涡电流30-1、30-2、30-3、30-4，从而能够降低永久磁铁7a、7b、7c、7d产生的焦耳热。

图6是表示本发明的实施方式涉及的转子的第一变形例的图。在图示例的转子1-1中，在永久磁铁7a的旋转方向侧面7a3与突起5b之间形成有微小间隙B₀，在间隙101的径向内侧形成有微小间隙B_101-0，在间隙102的径向内侧形成有微小间隙B_102-0，在间隙103的径向内侧形成有微小间隙B_103-0，在永久磁铁7d的旋转方向侧面7d4与突起5b之间形成有微小间隙B₀。在图示例的转子1-1中，看上去像是永久磁铁7a和突起5b接触，永久磁铁7d和突起5b接触，并且相邻的永久磁铁彼此接触。但是，如果省去间隙B₁、间隙B₁₀₁、间隙B₁₀₂以及间隙B₁₀₃，则难以将永久磁铁7a、7b、7c、7d插入到磁铁插入孔9中。因此，在相邻的两个永久磁铁的旋转方向侧面的径向内侧，设有使多个永久磁铁7a、7b、7c、7d能够以间隙配合的方式插入在磁铁插入孔9的微小间隙B_101-1、微小间隙B_102-2以及微小间隙B_103-3。

根据该结构，永久磁铁7a、7b、7c、7d的移动被限制为相当于间隙B₁₀₁、B₁₀₂、B₁₀₃的量，由此能够降低在转子1-1旋转时永久磁铁7a、7b、7c、7d的移动所带来的噪音以及振动，并且能够降低相邻的永久磁铁由于反复进行接触与分离而导致的破损的风险。

图7是表示本发明的实施方式涉及的转子的第二变形例的图。在图7的转子1-2中，使用在与转子铁芯5的轴向正交的方向上的截面呈等腰梯形的永久磁铁72a、72b、72c、72d来代替永久磁铁7a、7b、7c、7d。永久磁铁72a、72b、72c、72d是相同形状，以较短的底边位于磁铁插入孔9的径向外侧面9c侧并且较长的底边位于磁铁插入孔9的径向内侧面9a侧的方式插入在磁铁插入孔9。

将各永久磁铁72a、72b、72c、72d的较短的底边和较长的底边之间的长度的差值设为ΔW时，间隙A₁₀₁、A₁₀₂、A₁₀₃和差值ΔW之间的关系能够以式(10)表示。

A₁₀₁＝A₁₀₂＝A₁₀₃＝ΔW…(10)

另外，在永久磁铁72a、72b、72c、72d与磁铁插入孔9之间，在旋转方向和径向上，设有使永久磁铁72a、72b、72c、72d能够以间隙配合的方式插入在磁铁插入孔9的间隙。此外，ΔW的大小是下述值即可：在该间隙的范围内，即便在永久磁铁72a、72b、72c、72d在磁铁插入孔9内发生倾斜的情况下，相邻的永久磁铁的旋转方向侧面的径向外侧也不接触的值。

根据该结构，例如即便在以永久磁铁72b、72a、72d、72c这样的顺序插入到磁铁插入孔9中的情况下，也能够保持式(10)的关系。因此，使转子1-2的组装简单化，能够实现生产效率的提高。

另外，在作为永久磁铁7a、7b、7c、7d以及永久磁铁72a、72b、72c、72d使用由稀土类元素形成的稀土类磁铁的情况下，能够得到下面的效果。稀土类磁铁具有相对于质量，磁力较高这样的优点，但另一方面具有在高温环境下矫顽力降低容易引起不可逆退磁这样的缺点。根据本实施方式涉及的转子1、1-1、1-2的结构，能够降低涡电流，因此永久磁铁的温度会下降。因此，能够采用在高温时存在不可逆退磁的风险的稀土类磁铁，能够通过高磁力化实现电动机效率的提高，并且能够实现小型轻量化。

图8是搭载有本发明的实施方式涉及的转子以及定子铁芯的压缩机的截面图。压缩机200具有上述的转子1、转子1-1或者转子1-2、定子2、覆盖定子2的壳体201以及在壳体201在内部设置的制冷剂压缩机构202。

通过在处于高温下的压缩机200中搭载转子1、1-1、1-2，能够实现压缩机200的效率的提高，并且能够实现小型轻量化。

另外，在本实施方式中，作为一个示例说明的是磁极数是6极的转子1、1-1、1-2，但是磁极数不限于此。此外，在本实施方式涉及的转子1、1-1、1-2中，在各永久磁铁7与各磁极间铁芯5a之间形成有磁通屏障9b，但是也可以省去磁通屏障9b，此外，磁通屏障9b的形状也不限于图示例。

此外，本实施方式的磁铁插入孔9是其径向内侧面9a和径向外侧面9c沿着旋转方向直线状地延伸的长方形，但是磁铁插入孔9的形状不限于此。即，相邻的永久磁铁的旋转方向侧面的间隙满足上述式(1)到式(9)的关系即可，可以是其径向内侧面9a和径向外侧面9c稍微弯曲的形状的磁铁插入孔9，也可以是旋转方向的宽度和径向的宽度相同的磁铁插入孔9。

如以上说明的那样，本实施方式涉及的永久磁铁嵌入式电动机具备：定子铁芯；转子铁芯，其配置在定子铁芯的内径侧，具有与磁极数对应的多个磁铁插入孔；以及多个永久磁铁，其沿着多个磁铁插入孔的旋转方向配置，在磁铁插入孔中配置的多个永久磁铁中相邻两个永久磁铁之间的间隙形成为其径向外侧的间隙大于其径向内侧的间隙。根据该结构，即便由于转子1的旋转而导致相邻的永久磁铁的旋转方向侧面接触，也能够在旋转方向侧面的径向外侧确保间隙，由于该间隙，使永久磁铁的径向外侧流过的涡电流降低，由此能够抑制永久磁铁的发热，进而能够得到损耗少并且退磁能力强的永久磁铁嵌入式电动机。

另外，上面的实施方式所示的结构是本发明的结构的一个示例，当然也能够与其它的公知技术相组合，在不脱离本发明的主旨的范围内也能够省略或变更其中一部分来构成。

Claims (5)

1.一种永久磁铁嵌入式电动机，其特征在于，具备：

定子铁芯；

转子铁芯，其配置在所述定子铁芯的内径侧，具有与磁极数对应的多个磁铁插入孔；以及

多个永久磁铁，其沿着所述多个磁铁插入孔的旋转方向配置，

在所述磁铁插入孔中配置的多个永久磁铁中相邻的两个永久磁铁之间的径向外侧的间隙大于径向内侧的间隙。

2.根据权利要求1所述的永久磁铁嵌入式电动机，其特征在于：

在所述相邻的两个永久磁铁的旋转方向侧面的径向内侧，设有使多个永久磁铁能够以间隙配合的方式插入在所述磁铁插入孔的微小间隙。

3.根据权利要求1或者2所述的永久磁铁嵌入式电动机，其特征在于：

所述多个永久磁铁，其在与所述转子铁芯的轴向正交的方向上的截面呈等腰梯形，其中，较短的底边位于所述磁铁插入孔的径向外侧面侧，较长的底边位于所述磁铁插入孔的径向内侧面侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的永久磁铁嵌入式电动机，其特征在于：

所述多个永久磁铁是稀土类磁铁。

5.一种压缩机，其特征在于：

搭载有权利要求1至4中任一项所述的永久磁铁嵌入式电动机。