CN107534370A - 压缩机用电动机、压缩机及制冷循环装置 - Google Patents

压缩机用电动机、压缩机及制冷循环装置 Download PDF

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Abstract

电动机(4)具备：将电磁钢板层叠多个而成的定子铁心(31)；配置在定子铁心(31)的内侧，并将电磁钢板层叠多个而成的转子铁心(11)；一端侧插入到转子铁心(11)的旋转轴(2)；设置在旋转轴(2)的另一端侧，并配置在压缩机构(60)内的偏心部(2a)，从转子铁心(11)的轴向上的转子铁心(11)的中心至转子铁心(11)的轴向上的转子铁心(11)的端面为止的长度比从定子铁心(31)的轴向上的定子铁心(31)的中心至定子铁心(31)的轴向上的定子铁心(31)的端面为止的长度短。

Description

压缩机用电动机、压缩机及制冷循环装置
技术领域
本发明涉及内置于压缩机的压缩机用电动机、压缩机及制冷循环装置。
背景技术
专利文献1所示的以往的压缩机具备密闭容器、配置在密闭容器内的压缩要素、以及经由旋转轴来驱动压缩要素的电动机，电动机具有定子和配置在定子的内侧并向旋转轴施加旋转力的转子，在贯通于压缩要素的旋转轴设有偏心部。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-231586号公报
发明内容
发明的概要
发明要解决的课题
在专利文献1所示的以往的电动机中，转子铁心的叠厚形成得与定子铁心的叠厚相等，或者转子铁心的叠厚形成得比定子铁心的叠厚大。在将转子铁心的叠厚与定子铁心的叠厚处于这样的关系的电动机用于压缩器的情况下，在转子旋转时，产生因作用于设置在旋转轴上的偏心部的离心力造成的挠曲，由于旋转轴的挠曲而使转子铁心的轴心相对于定子铁心的轴心发生倾斜，转子铁心的轴向端部的外周部不再与定子铁心的轴向端部的内周部相向。这样，在转子铁心存在转子铁心与定子铁心不相对的部分即非相向面的情况下，在转子产生的磁通中的从非相向面穿出的磁通未被取入定子铁心的轴向端部而成为漏磁通，由于不产生与漏磁通对应的转矩，因此存在电动机效率下降的问题。
为了防止旋转轴的挠曲，也可考虑对转子设置平衡配重的对策，但是在使用平衡配重的情况下，会导致成本的增加，因此专利文献1所示的以往的电动机存在如下的课题：无法应对不增加成本地防止因漏磁通造成的电动机效率下降这样的需要。
本发明鉴于上述情况而作出，目的在于得到不导致成本的增加地实现电动机效率的提高的压缩机用电动机。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题并实现目的，本发明的压缩机用电动机内置于压缩机，其中，所述压缩机用电动机具备：环状的定子铁心，其将电磁钢板层叠多个而成；转子铁心，其配置在所述定子铁心的内侧，并将电磁钢板层叠多个而成；旋转轴，其一端侧插入到所述转子铁心；以及偏心部，其设置在所述旋转轴的另一端侧，并配置在内置于所述压缩机的压缩机构内，从所述转子铁心的轴向上的所述转子铁心的中心至所述转子铁心的轴向上的所述转子铁心的端面为止的长度比从所述定子铁心的轴向上的所述定子铁心的中心至所述定子铁心的轴向上的所述定子铁心的端面为止的长度短。
发明效果
根据本发明，起到不导致成本的增加就能够实现电动机效率的提高的效果。
附图说明
图1是内置有本发明的实施方式的压缩机用电动机的压缩机的剖视图。
图2是图1所示的电动机的A-A向视剖视图。
图3是表示图1所示的电动机停止运转时的转子铁心、定子铁心及旋转轴的状态的侧视图。
图4是表示图3所示的电动机正常运转中时的转子铁心、定子铁心及旋转轴的状态的侧视图。
图5是表示以往的电动机停止运转时的转子铁心、定子铁心及旋转轴的状态的侧视图。
图6是表示图5所示的以往的电动机正常运转中时的转子铁心、定子铁心及旋转轴的状态的侧视图。
图7是表示本发明的实施方式的电动机相比正常运转时以低速且高转矩运转时的磁通的流动的图。
图8是表示图5所示的以往的电动机相比正常运转时以低速且高转矩运转时的磁通的流动的图。
图9是搭载有本发明的实施方式的压缩机的制冷循环装置的结构图。
具体实施方式
以下，基于附图，详细说明本发明的压缩机用电动机、压缩机及制冷循环装置的实施方式。需要说明的是，并非通过该实施方式来限定本发明。
实施方式.
图1是内置有本发明的实施方式的压缩机用电动机的压缩机的剖视图。压缩机100具有：储液器51，其使从未图示的蒸发器供给的制冷剂气体与残存的液体制冷剂分离；压缩机构60，其设置在密闭容器55内，对经由吸入管52从储液器51供给的制冷剂气体进行压缩；以及作为压缩机用电动机的电动机4，其设置在密闭容器55内，对压缩机构60进行驱动。
电动机4具备定子3及转子1，定子3包括定子铁心31、绝缘部32以及绕组33，所述定子铁心31将作为电磁钢板的由电磁钢板母材冲裁的铁心片层叠多个而成，并保持在密闭容器55的内周部，所述绕组33隔着绝缘部32而以集中绕组方式或分布绕组方式卷绕于定子铁心31，并被供给来自固定于密闭容器55的玻璃端子53的电力。转子1包括转子铁心11以及多个永久磁铁12，所述转子铁心11将由电磁钢板母材冲裁的铁心片层叠多片而成，且隔开间隙5地配置在定子铁心31的内侧，所述多个永久磁铁12埋入于转子铁心11。
永久磁铁12固定于转子铁心11。作为永久磁铁12的固定方法，可考虑例如向形成于转子铁心11的磁铁插入孔压入、或者在永久磁铁12涂敷了粘接之后向形成于转子铁心11的磁铁插入孔插入的方法。在一般的转子铁心中，在轴向的一端面及另一端面配置防止永久磁铁在轴向上的脱落的端板，但是在本实施方式的电动机4中，不使用端板。需要说明的是，在图示例中，永久磁铁12的轴向的长度与转子铁心11的叠厚相等，但是永久磁铁12的轴向的长度也可以比转子铁心11的叠厚短，或也可以比转子铁心11的叠厚长。转子铁心11的叠厚是指将由电磁钢板母材冲裁的转子铁心11用的铁心片层叠多个的厚度。另外，永久磁铁12也可以是铁素体磁铁和稀土类磁铁中的任意磁铁。
压缩机构60具备：缸体62，其固定在密闭容器55的内部并被供给来自储液器51的制冷剂气体；上部框架65，其供旋转轴2的另一端侧插入并将缸体62的轴向一端闭塞；上部喷出消声器61，其装配于上部框架65；下部框架64，其将缸体62的轴向另一端闭塞；下部喷出消声器63，其装配于下部框架64；以及活塞66，其配置于缸体62并与旋转轴2的偏心部2a一起在缸体62内进行偏心旋转运动。
旋转轴2的一端侧插入于转子铁心11，旋转轴2的另一端侧贯通缸体62的内部空间而由上部框架65及下部框架64保持为旋转自如的状态。另外，在旋转轴2的另一端侧形成有与活塞66一起对制冷剂进行压缩的偏心部2a。
对电动机4旋转时的压缩机100的动作进行说明。从储液器51供给的制冷剂气体通过固定于密闭容器55的吸入管52向缸体62内吸入，通过未图示的逆变器的通电而使转子1旋转，由此设置于旋转轴2的偏心部2a在缸体62内旋转，从而利用活塞66进行制冷剂的压缩。压缩后的高温的制冷剂经过上部喷出消声器61及下部喷出消声器63之后，通过转子1与定子3之间的间隙5而在密闭容器55内上升，通过设置于密闭容器55的喷出管54而向制冷循环的高压侧供给。
图2是图1所示的电动机的A-A向视剖视图。定子铁心31包括环状的背轭31a以及多个齿31b，所述多个齿31b在背轭31a的内周部沿旋转方向以一定间隔设置，并朝向背轭31a中心延伸。“旋转方向”是指转子1的旋转方向。多个齿31b分别包括绕组部31b1以及前端部31b2，所述绕组部31b1固定于背轭31a且供绕组33卷绕，所述前端部31b2形成在绕组部31b1的前端侧且转子相向面31b3形成为伞状。在这样构成的定子铁心31形成有由背轭31a和齿31b划分并收纳绕组33的多个插槽31c。在图示例的背轭31a形成有9个齿31b，但是齿31b的个数并不限定于此。
在转子铁心11形成有多个磁铁插入孔11a以及旋转轴插入孔11b，所述多个磁铁插入孔11a与磁极数对应地沿旋转方向以一定间隔设置，所述旋转轴插入孔11b形成于转子铁心11的径向中心并插入旋转轴2。磁铁插入孔11a的截面形状是径向宽度比旋转方向宽度窄的长方形，磁铁插入孔11a沿轴向延伸并从转子铁心11的一端贯通至另一端。在相邻的磁铁插入孔11a插入有极性互不相同的永久磁铁12，在多个磁铁插入孔11a分别插入的多个永久磁铁12是N极与S极交替地被磁化的平板形状。在这样构成的电动机4中，通过将与指令转速同步的频率的电流向绕组33通电而产生旋转磁场，从而使转子1旋转。在图示例的转子铁心11插入6个永久磁铁12，但是永久磁铁12的个数并不限定于图示例。另外，在本实施方式中，压缩机100使用了内置式永磁(IPM：Interior Permanent Magnet)型的电动机4，但是压缩机100也可以使用IPM型以外的电动机。
图3是表示图1所示的电动机停止运转时的转子铁心、定子铁心及旋转轴的状态的侧视图。在图3中，省略图1所示的电动机4的构成要素中的绝缘部32及绕组33的图示。图3示出转子铁心11的叠厚Lr与定子铁心31的叠厚Ls的关系，转子铁心11的叠厚Lr是将由电磁钢板母材冲裁的转子铁心11用的铁心片层叠多个的厚度，定子铁心31的叠厚Ls是将由电磁钢板母材冲裁的定子铁心31用的铁心片层叠多个的厚度。转子铁心11的叠厚Lr形成得比定子铁心31的叠厚Ls小，转子铁心11的一端面11d1相比定子铁心31的一端面31b4的延长线31b41上的位置而位于转子铁心11的轴向中心侧，转子铁心11的另一端面11d2相比定子铁心31的另一端面31b5的延长线31b51上的位置而位于转子铁心11的轴向中心侧。即，在设从转子铁心11的中心至所述转子铁心11的端面的长度为L1、从定子铁心31的中心至定子铁心的端面的长度为L2时，在转子铁心11和定子铁心31中，L2形成得比L1长。在转子1未旋转时，转子铁心11的轴心11-1的位置与定子铁心31的轴心31-1的位置一致。
图4是表示图3所示的电动机正常运转中时的转子铁心、定子铁心及旋转轴的状态的侧视图。由于转子1的旋转，在旋转轴2产生因作用于偏心部2a的离心力A造成的挠曲，由于旋转轴2的挠曲而使转子铁心11的轴心11-1相对于定子铁心31的轴心31-1发生倾斜。在电动机4中，转子铁心11的叠厚Lr与定子铁心31的叠厚Ls处于Lr<Ls的关系，因此即使在转子铁心11的轴心11-1相对于定子铁心31的轴心31-1发生倾斜的情况下，定子铁心31的转子相向面31b3也存在于转子铁心11的一端面11d1的延长线11d11上和转子铁心11的另一端面11d2的延长线11d21上。在转子1产生的磁通a中的、从转子铁心11的外周面11c与一端面11d1的角部、即转子铁心11的外周面11c的一端面11d1侧和转子铁心11的一端面11d1的外周面11c侧穿出的磁通a1被向定子铁心31的转子相向面31b3的一端面31b4侧取入。另外，在转子1产生的磁通a中的、从转子铁心11的外周面11c与另一端面11d2的角部，即转子铁心11的外周面11c的另一端面11d2侧和转子铁心11的另一端面11d2的外周面11c侧穿出的磁通a2被向定子铁心31的转子相向面31b3的另一端面31b5侧取入。
图5是表示以往的电动机停止运转时的转子铁心、定子铁心及旋转轴的状态的侧视图。图5所示的电动机4A是将专利文献1所示的以往的电动机使用于压缩器的例子，转子铁心的叠厚形成得与定子铁心的叠厚相等，或者转子铁心的叠厚形成得比定子铁心的叠厚大。在图5所示的电动机4A中，对于与图3所示的电动机4相同的部位，标注相同符号而省略说明。在以往的电动机4A中，转子1A的转子铁心11的叠厚Lr形成得与定子铁心31的叠厚Ls相等，或者转子1A的转子铁心11的叠厚Lr形成得比定子铁心31的叠厚Ls大。在图5的电动机4A中，转子铁心11的叠厚Lr与定子铁心31的叠厚Ls处于Lr＝Ls的关系。因此，转子铁心11的一端面11d1位于定子铁心31的一端面31b4的延长线31b41上，转子铁心11的另一端面11d2位于定子铁心31的另一端面31b5的延长线31b51上。
图6是表示图5所示的以往的电动机正常运转中时的转子铁心、定子铁心及旋转轴的状态的侧视图。由于转子1A的旋转，在旋转轴2产生因作用于偏心部2a的离心力A造成的挠曲，由于旋转轴2的挠曲而使转子铁心11的轴心11-1相对于定子铁心31的轴心31-1发生倾斜。在电动机4A中，转子铁心11的叠厚Lr与定子铁心31的叠厚Ls处于Lr＝Ls的关系，因此在转子铁心11的轴心11-1相对于定子铁心31的轴心31-1发生倾斜时，定子铁心31的转子相向面31b3不存在于转子铁心11的一端面11d1的延长线11d11上，且也不存在于转子铁心11的另一端面11d2的延长线11d21上。在转子1A产生而从转子铁心11的外周面11c穿出的磁通a中的、从转子铁心11的外周面11c的一端面11d1侧穿出的磁通a1未被取入定子铁心31的转子相向面31b3的一端面31b4侧而成为漏磁通。另外，在转子1A产生而从转子铁心11的外周面11c穿出的磁通a中的、从转子铁心11的外周面11c的另一端面11d2侧穿出的磁通a2未被取入定子铁心31的转子相向面31b3的另一端面31b5侧而成为漏磁通。因此，与漏磁通相应的转矩成为电动机效率下降的主要原因。
在本实施方式的电动机4中，即使在由于旋转轴2的挠曲而使转子铁心11的轴心11-1相对于定子铁心31的轴心31-1发生倾斜时，由于转子铁心11的叠厚Lr与定子铁心31的叠厚Ls处于Lr<Ls的关系，因此也能够降低如图6所示那样的漏磁通，能够实现电动机效率的提高。
图7是表示本发明的实施方式的电动机相比正常运转时以低速且高转矩运转时的磁通的流动的图。在电动机4相比正常运转时以低速且高转矩运转时，作用于偏心部2a的离心力A比正常运转时的离心力低，因此因离心力A造成的旋转轴2的挠曲也减少。因此，转子铁心11的轴心11-1相对于定子铁心31的轴心31-1的倾斜比正常运转时减小。在图7中，为了简化说明，假定为电动机4相比正常运转时以低速且高转矩运转时的转子铁心11的轴心11-1的位置与定子铁心31的轴心31-1的位置一致。
另一方面，在电动机4相比正常运转时以低速且高转矩运转时，定子铁心31与转子铁心11相对的部分的磁通密度比正常运转时的磁通密度高，因此有可能产生磁饱和。
在本实施方式的电动机4中，转子铁心11的叠厚Lr与定子铁心31的叠厚Ls处于Lr<Ls的关系，因此即使在定子铁心31与转子铁心11的相向部产生磁饱和的情况下，转子相向面31b3中的除定子铁心31与转子铁心11相对的部分以外的部分、即转子相向面31b3的一端面31b4侧及另一端面31b5侧也具有比定子铁心31与转子铁心11的相向部的磁通密度低的磁通密度。因此，在转子1产生的磁通a中的、从转子铁心11的一端面11d1的外周面11c侧与一端面11d1的角部穿出的磁通a1被取入磁通密度比定子铁心31与转子铁心11相对的部分的磁通密度低的转子相向面31b3的一端面31b4侧。同样，在转子1产生的磁通a中的、从转子铁心11的外周面11c与另一端面11d2的角部穿出的磁通a2被取入磁通密度比定子铁心31与转子铁心11相对的部分低的转子相向面31b3的另一端面31b5侧。其结果是，即使在电动机4相比正常运转时以低速且高转矩运转的状况下，也能够期待对电动机效率下降的抑制。
图8是表示图5所示的以往的电动机相比正常运转时以低速且高转矩运转时的磁通的流动的图。在电动机4A中，转子铁心11的叠厚Lr与定子铁心31的叠厚Ls处于Lr＝Ls的关系。因此，在定子铁心31与转子铁心11的相向部发生了磁饱和时，在转子1A产生的磁通a中的、从转子铁心11的一端面11d1的外周面11c侧与一端面11d1的角部穿出的磁通a1未被取入定子铁心31与转子铁心11相对的部分即转子相向面31b3，而成为漏磁通。同样，在转子1产生的磁通a中的、从转子铁心11的外周面11c与另一端面11d2的角部穿出的磁通a2未被取入定子铁心31与转子铁心11相对的部分，而成为漏磁通。漏磁通成为电动机4A相比正常运转时以低速且高转矩运转的状况下的电动机效率的下降的主要原因。
如以上说明所述，本实施方式的电动机是内置于压缩机的压缩机用电动机，所述电动机具备：环状的定子铁心，其将电磁钢板层叠多个而成；转子铁心，其配置在定子铁心的内侧，将电磁钢板层叠多个而成；旋转轴，其一端侧插入到转子铁心；以及偏心部，其设置在旋转轴的另一端侧，并配置在内置于压缩机的压缩机构内，其中，从转子铁心的轴向上的转子铁心的中心至转子铁心的轴向上的转子铁心的端面为止的长度比从定子铁心的轴向上的定子铁心的中心至定子铁心的轴向上的定子铁心的端面为止的长度短。通过该结构，即使在由于旋转轴的挠曲而使转子铁心的轴心相对于定子铁心的轴心发生倾斜时，也能够降低漏磁通，能够实现电动机效率的提高。
图9是搭载有本发明的实施方式的压缩机的制冷循环装置的结构图。制冷循环装置200包括：压缩机100；四通阀75；使在压缩机100中被压缩的高温高压的制冷剂气体的热与空气进行热交换而冷凝并成为液体制冷剂的冷凝器72；使液体制冷剂膨胀而成为低温低压的液体制冷剂的膨胀器73；从低温低压的液体制冷剂吸热而使其成为低温低压的气体制冷剂的蒸发器74；以及对压缩机100、膨胀器73及四通阀75进行控制的控制部76。压缩机100、四通阀75、冷凝器72、膨胀器73及蒸发器74分别由制冷剂配管71连接而构成制冷循环。通过使用压缩机100而能够提供高效率且高输出的制冷循环装置200。制冷循环装置200适合于例如空调机。
以下，对动作进行说明。在制冷循环装置200正常运转时，进行制冷剂按照压缩机100、冷凝器72、膨胀器73、蒸发器74的顺序循环并再次返回压缩机100的制冷循环。在压缩机100中被压缩后的高温高压的制冷剂气体在冷凝器72中与空气进行热交换而冷凝并成为液体制冷剂，液体制冷剂在膨胀器73中膨胀而成为低温低压的制冷剂气体，在蒸发器74中与空气进行热交换而蒸发并再次在压缩机100中被压缩，成为高温高压的制冷剂气体。
通过这样使用本发明的实施方式的压缩机100，能够提供可以在抑制成本的同时实现低振动化和低噪音化的制冷循环装置200。
以上的实施方式所示的结构是表示本发明的内容的一个例子，既可以与其他的公知技术组合，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内对结构的一部分进行省略、变更。
符号说明
1、1A转子，11转子铁心，11a磁铁插入孔，11b旋转轴插入孔，11c外周面，11d1一端面，11d11延长线，11d2另一端面，11d21延长线，11-1轴心，12永久磁铁，2旋转轴，2a偏心部，3定子，31定子铁心，31a背轭，31b齿，31b1绕组部，31b2前端部，31b3转子相向面，31b4一端面，31b41延长线，31b5另一端面，31b51延长线，31-1轴心，31c插槽，32绝缘部，33绕组，4、4A电动机，5间隙，51储液器，52吸入管，53玻璃端子，54喷出管，55密闭容器，60压缩机构，61上部喷出消声器，62缸体，63下部喷出消声器，64下部框架，65上部框架，66活塞，71制冷剂配管，72冷凝器，73膨胀器，74蒸发器，75四通阀，76控制部，100压缩机，200制冷循环装置。

Claims (3)

1.一种压缩机用电动机，其内置于压缩机，其中，
所述压缩机用电动机具备：
环状的定子铁心，其将电磁钢板层叠多个而成；
转子铁心，其配置在所述定子铁心的内侧，并将电磁钢板层叠多个而成；
旋转轴，其一端侧插入到所述转子铁心；以及
偏心部，其设置在所述旋转轴的另一端侧，并配置在内置于所述压缩机的压缩机构内，
从所述转子铁心的轴向上的所述转子铁心的中心至所述转子铁心的轴向上的所述转子铁心的端面为止的长度比从所述定子铁心的轴向上的所述定子铁心的中心至所述定子铁心的轴向上的所述定子铁心的端面为止的长度短。
2.一种压缩机，具备权利要求1所述的压缩机用电动机。
3.一种制冷循环装置，具备权利要求2所述的压缩机。
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