CN108352741B - 电动机、转子、压缩机以及制冷空调装置 - Google Patents

电动机、转子、压缩机以及制冷空调装置 Download PDF

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Abstract

电动机具备定子和设置于定子的内侧的转子。转子具有：转子芯，在周向上具有多个磁铁插入孔，各磁铁插入孔对应于1个磁极；以及多个永磁铁，被设置成在各磁铁插入孔内配置有至少两个永磁铁。转子芯还具有：第1磁铁保持部，配置于在磁铁插入孔内相邻的永磁铁之间；空隙，相对于第1磁铁保持部配置于转子芯的径向的内侧；以及中心孔，配置于转子芯的径向中心。从空隙至磁铁插入孔的距离短于从空隙至中心孔的距离。

Description

电动机、转子、压缩机以及制冷空调装置
技术领域
本发明涉及永磁铁嵌入式电动机及其转子、以及使用了电动机的压缩机以及制冷空调装置。
背景技术
以往以来，已知在转子安装有永磁铁的电动机。这种电动机大体被分为在转子的表面贴有永磁铁的表面磁铁式电动机(例如参照专利文献1)、以及在转子的内部嵌入有永磁铁的永磁铁嵌入式电动机。在永磁铁嵌入式电动机中，在转子芯形成有磁铁插入孔，在该磁铁插入孔内配置有永磁铁。在磁铁插入孔设置有用于使永磁铁在磁铁插入孔内不移动地进行定位的磁铁保持部(突起)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-70520号公报(参照图2)
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，由于磁铁保持部由与转子芯相同的磁性材料构成，所以在驱动电动机时，来自定子的磁通容易流到磁铁保持部。因此，与磁铁保持部邻接的永磁铁的端部容易退磁。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于抑制永磁铁的退磁。
解决技术问题的技术方案
本发明的电动机具备定子和设置于定子的内侧的转子。转子具有：转子芯，在周向上具有多个磁铁插入孔，各磁铁插入孔对应于1个磁极；以及多个永磁铁，被设置成在各磁铁插入孔内配置有至少两个永磁铁。转子芯还具有：第1磁铁保持部，配置于在磁铁插入孔内相邻的永磁铁之间；空隙，相对于第1磁铁保持部配置于转子芯的径向的内侧；以及中心孔，配置于转子芯的径向中心。从空隙至磁铁插入孔的距离短于从空隙至中心孔的距离。
本发明的转子具有：转子芯，在周向上具有多个磁铁插入孔，各磁铁插入孔对应于1个磁极；以及多个永磁铁，被设置成在各磁铁插入孔内配置有至少两个永磁铁。转子芯还具有：第1磁铁保持部，配置于在磁铁插入孔内相邻的永磁铁之间；空隙，相对于第1磁铁保持部配置于转子芯的径向的内侧；以及中心孔，配置于转子芯的径向中心。从空隙至磁铁插入孔的距离短于从空隙至中心孔的距离。
本发明的压缩机具备电动机和由电动机驱动的压缩机构。电动机具备定子和设置于定子的内侧的转子。转子具有：转子芯，在周向上具有多个磁铁插入孔，各磁铁插入孔对应于1个磁极；以及多个永磁铁，被设置成在各磁铁插入孔内配置有至少两个永磁铁。转子芯还具有：第1磁铁保持部，配置于在磁铁插入孔内相邻的永磁铁之间；空隙，相对于第1磁铁保持部配置于转子芯的径向的内侧；以及中心孔，配置于转子芯的径向中心。从空隙至磁铁插入孔的距离短于从空隙至中心孔的距离。
本发明的制冷空调装置具备压缩机、冷凝器、减压装置以及蒸发器。压缩机具备电动机和由电动机驱动的压缩机构。电动机具备定子和设置于定子的内侧的转子。转子具有：转子芯，在周向上具有多个磁铁插入孔，各磁铁插入孔对应于1个磁极；以及多个永磁铁，被设置成在各磁铁插入孔内配置有至少两个永磁铁。转子芯还具有：第1磁铁保持部，配置于在磁铁插入孔内相邻的永磁铁之间；空隙，相对于第1磁铁保持部配置于转子芯的径向的内侧；以及中心孔，配置于转子芯的径向中心。从空隙至磁铁插入孔的距离短于从空隙至中心孔的距离。
发明效果
根据本发明，在配置于在磁铁插入孔内相邻的永磁铁之间的第1磁铁保持部的径向内侧配置有空隙。通过这样配置空隙，第1磁铁保持部的磁阻增加，磁通变得难以流过第1磁铁保持部。由此，能够抑制从第1磁铁保持部流到永磁铁的磁通所引起的永磁铁的退磁。
附图说明
图1是实施方式1的电动机的剖视图。
图2是实施方式1的转子的剖视图。
图3是实施方式1的转子芯的剖视图。
图4是用于说明实施方式1的转子中的空隙的配置的图。
图5是比较例的转子的剖视图。
图6是比较例的转子芯的剖视图。
图7是示出实施方式1的电动机以及比较例的电动机的退磁率的变化的曲线图。
图8是示出实施方式1的电动机中的永磁铁的退磁率的解析结果的图。
图9是实施方式1的旋转压缩机的剖视图。
图10是实施方式1的制冷空调装置的图。
图11是实施方式2的转子的剖视图。
图12是实施方式2的转子芯的剖视图。
图13是实施方式3的转子的剖视图。
图14是实施方式3的转子芯的剖视图。
图15是实施方式4的转子的剖视图。
图16是实施方式4的转子芯的剖视图。
附图标记
1：定子；10：定子芯；12：齿；15：线圈；2、2A、2B、2C：转子；20、20A、20B、20C：转子芯；21：轴孔(中心孔)；22、28：磁铁插入孔；24：磁通屏障；25、27a、27b：空隙；26、27：孔；31、32：磁铁保持部；40：永磁铁；300：旋转压缩机(压缩机)；301：框架；310：压缩机构；315：轴；400：制冷空调装置；410：压缩机。
具体实施方式
实施方式1.
首先，对本发明的实施方式1进行说明。实施方式1的目的在于在永磁铁嵌入式电动机中抑制永磁铁的退磁。
图1是示出本发明的实施方式1的电动机100的结构的剖视图。该电动机100是在转子2嵌入有永磁铁40的永磁铁嵌入式电动机，例如在旋转压缩机300(参照图9)中使用。此外，图1是与转子2的旋转轴正交的面的剖视图。
如图1所示，电动机100具备：定子1；以及转子2，以能够旋转的方式设置于定子1的内侧。在定子1与转子2之间形成有例如0.3～1mm的气隙。
定子1具备定子芯10和缠绕于定子芯10的线圈15(图9)。定子芯10是在旋转轴方向上层叠厚度为0.1～0.7mm(在此为0.35mm)的多个电磁钢板并通过铆接进行紧固而成的。
定子芯10具有环形的磁轭部11和从磁轭部11向径向内侧突出的多个(在此为9个)齿12。在相邻的齿12之间形成有槽。各齿12在径向内侧的前端具有宽度(定子芯10的周向的尺寸)宽的齿尖部13。
在各齿12缠绕有作为定子绕组的线圈15(图9)。线圈15是通过将磁导线隔着绝缘体16(图9)缠绕于齿12而形成的。另外，线圈15是将3相(U相、V相以及W相)进行Y接线而成的。
此外，定子芯10具有针对每个齿12的多个(在此为9个)块经由薄部连结的结构。在将定子芯10展开为带状的状态下，在各齿12上，缠绕例如80匝例如直径为1.0mm的磁导线(线圈15)，之后，将定子芯10弯曲成环形，对两端进行焊接。此外，定子芯10不限定于具有这样连结多个块而成的结构。
接下来，对转子2的结构进行说明。转子2具有转子芯20和安装于转子芯20的永磁铁40。转子芯20是在旋转轴方向上层叠厚度为0.1～0.7mm(在此为0.35mm)的多个电磁钢板并通过铆接进行紧固而成的。
图2是转子2的剖视图。转子芯20具有圆筒形，在其径向中心形成有轴孔(中心孔)21。作为转子2的旋转轴的轴(例如图9所示的旋转压缩机300的轴315)通过冷缩配合(shrink fitting)或压入配合(press fitting)等固定于轴孔21。
以下，将沿着转子芯20的外周(圆周)的方向简称为“周向”。另外，将转子芯20的轴向(旋转轴的方向)简称为“轴向”。另外，将转子芯20的半径方向简称为“径向”。
沿着转子芯20的外周面形成有插入永磁铁40的多个(在此为6个)磁铁插入孔22。磁铁插入孔22为空隙，1个磁铁插入孔22对应于1个磁极。在此，由于设置有6个磁铁插入孔22，所以转子2整体为6极。此外，磁极数并不限定于6极，只要为2极以上即可。另外，相邻的磁铁插入孔22之间为极间。
在1个磁铁插入孔22内配置有两个永磁铁40。即，对于1个磁极配置有两个永磁铁40。在此，如上述那样，由于转子2为6极，所以配置有合计12个永磁铁40。
永磁铁40为在转子芯20的轴向上为长的平板形部件，在转子芯20的周向上具有宽度，在径向上具有厚度。永磁铁40的厚度为例如2mm。永磁铁40由例如以钕(Nd)、铁(Fe)以及硼(B)为主要成分的稀土类磁铁构成，对其将在后文说明。
永磁铁40在厚度方向上被磁化。另外，配置于1个磁铁插入孔22内的两个永磁铁40被磁化为相同的磁极朝向径向的相同侧。例如，配置于某个磁铁插入孔22内的两个永磁铁40被磁化为各自的径向内侧为N极且径向外侧为S极。
接下来，对转子芯20的结构进行说明。图3是转子芯20的剖视图。磁铁插入孔22在转子芯20的周向上均等地配置。另外，各个磁铁插入孔22具有周向的中央部向转子芯20的径向内侧突出的V形。磁铁插入孔22在夹着周向中央部(形成V形的顶点的部分)的两侧分别具有以直线形延伸的部分，分别配置有永磁铁40(图2)。
即，在转子2的1个磁极处以V形配置有两个永磁铁40。通过这样配置，与对1个磁极配置1个永磁铁40的情况相比，永磁铁的电阻增加，能够降低面内涡流损耗。其结果是，能够降低驱动电动机100时的损耗并提高电动机100的效率。
在磁铁插入孔22的周向两侧分别形成有磁通屏障24。该磁通屏障24为与磁铁插入孔22连续地形成的空隙。磁通屏障24用于抑制相邻的磁极间的漏磁通(即，流过极间的磁通)。
转子芯20的外周与磁通屏障24之间的区域被形成为磁路变窄，以避免磁通在相邻磁极的永磁铁40之间短路。在此，转子芯20的外周与磁通屏障24的距离被设定为与构成转子芯20的电磁钢板的一张电磁钢板的厚度相同(例如0.35mm)。
转子芯20在磁铁插入孔22的周向的中央部(周向中央部)具有作为突起的第1磁铁保持部31。第1磁铁保持部31配置于在磁铁插入孔22内相邻的两个永磁铁40(图2)之间。
第1磁铁保持部31被形成为在永磁铁40的厚度方向上比永磁铁40的板面(平坦面)向永磁铁40的内部侧突出。换言之，第1磁铁保持部31被形成为能够抵接于两个永磁铁40的相互对置的各端面。
另外，转子芯20在磁铁插入孔22的周向的两端部(周向端部)分别具有作为突起的第2磁铁保持部32。第2磁铁保持部32相对于在磁铁插入孔22内相邻的两个永磁铁40(图2)而配置于周向外侧。
第2磁铁保持部32被形成为在永磁铁40的厚度方向上比永磁铁40的板面(平坦面)向永磁铁40的内部侧突出。换言之，各个第2磁铁保持部32被形成为能够抵接于两个永磁铁40的相互离开侧的各端面。
磁铁插入孔22的宽度(永磁铁40的厚度方向的尺寸)被设定为能够不晃动地保持永磁铁40的宽度。另外，当将永磁铁40的厚度设为2mm时，磁铁保持部31、32在永磁铁40的厚度方向上的突出量被设定为例如0.5mm。
磁铁保持部31、32被形成为转子芯20的一部分，对永磁铁40进行定位(位置限制)以避免永磁铁40在磁铁插入孔22内在周向上移动。在驱动电动机100时，由于从定子1的线圈15产生的磁通与永磁铁40的作用而在使永磁铁40在磁铁插入孔22内移动的方向上产生电磁力。通过设置磁铁保持部31、32，能够抑制永磁铁40的移动，还抑制与永磁铁40的移动相伴的振动音的产生。
作为在磁铁插入孔22内对永磁铁40进行定位的结构，还有将桥部设置于磁铁插入孔22的周向中央部而将磁铁插入孔22分割成两部分的结构。然而，由于桥部由磁性材料构成，所以产生例如从永磁铁40的N极发出的磁通通过桥部而流到同一永磁铁40的S极这样的磁通的短路。这样的磁通的短路成为磁矩(magnet torque)下降的原因。
相对于此，通过采用在磁铁插入孔22内配置多个永磁铁40并设置有突起状的磁铁保持部31、32的结构，能够抑制在设置有桥部时的磁通的短路，能够抑制磁铁转矩的下降。
在此，利用在磁铁插入孔22的周向中央部设置的1个第1磁铁保持部31对两个永磁铁40的相互对置的侧进行位置限制。然而，也可以在磁铁插入孔22的周向中央部设置两个第1磁铁保持部31，使得分别对永磁铁40进行位置限制。
磁铁保持部31、32形成于磁铁插入孔22的径向内侧。即，在磁铁保持部31、32的径向外侧形成空隙。使磁铁保持部31、32不形成于磁铁插入孔22的径向外侧而形成于径向内侧是为了提高抑制永磁铁40的退磁的效果。
在此，对永磁铁40的退磁进行说明。在驱动电动机100时，由定子1的线圈15产生的磁通通过转子芯20的永磁铁40的外周侧，从而产生磁吸引力，产生使转子2旋转的旋转转矩。
当在定子1的线圈15中流过的电流大的情况下，或使电流相位变化的情况下，由线圈15产生的磁通有时会作用在抵消永磁铁40的磁化的方向。而且，当在线圈15中流过的电流值超过阈值时，会产生永磁铁40的磁化反转而返回不到原状的所谓退磁的现象。
当在磁铁插入孔22的径向外侧设置磁铁保持部31、32时，由于磁铁保持部31、32由磁性材料构成，所以容易与转子芯20中的磁铁插入孔22的径向外侧的区域成为一体而形成磁路。由于该区域是由线圈15产生的磁通特别容易流动的区域，所以与磁铁保持部31、32邻接的永磁铁40的端部容易退磁。
因此，磁铁保持部31、32不配置于磁铁插入孔22的径向外侧而配置于径向内侧。当这样配置时，在转子芯20中的比磁铁插入孔22靠径向外侧的区域与磁铁保持部31、32之间形成空隙(即磁铁插入孔22的内部的空隙)。因此，由线圈15产生的磁通变得难以流到磁铁保持部31、32，变得难以产生永磁铁40的退磁。
但是，磁铁插入孔22内为空隙，磁阻非常大。在磁铁插入孔22之中，设置有磁铁保持部31、32的部分成为磁阻局部性地小的部分。因此，当在线圈15中流过的电流变大时，由线圈15产生的磁通有时会在磁铁保持部31、32中流过，与磁铁保持部31、32邻接的永磁铁40的端部有可能会退磁。
另外，由于在磁铁插入孔22内相邻的永磁铁40的彼此之间有时会产生漏磁通，所以与第1磁铁保持部31邻接的永磁铁40的端部特别容易退磁。
因而，在该实施方式1中，在配置于磁铁插入孔22的周向中央部的第1磁铁保持部31的径向内侧设置有空隙25。空隙25例如为圆形的孔，被设置成在旋转轴方向上贯穿转子芯20。此外，空隙25并不限定于圆形。
该空隙25减少第1磁铁保持部31的周围的磁性材料部分(成为磁路的部分)，使第1磁铁保持部31的磁阻增加。由此，磁通变得难以流过第1磁铁保持部31。另外，由于第1磁铁保持部31的磁阻增加，在磁铁插入孔22内相邻的永磁铁40的相互间的漏磁通也被抑制。其结果是，从第1磁铁保持部31流到永磁铁40的磁通所引起的永磁铁40的退磁被抑制。
图4是用于说明转子芯20中的空隙25的配置的图。空隙25最好尽可能靠近磁铁插入孔22。这是因为在空隙25靠近磁铁插入孔22时，能够减少第1磁铁保持部31的周围的磁性材料部分(成为磁路的部分)而提高磁阻。在此，构成为从空隙25至磁铁插入孔22的距离D1短于从空隙25至轴孔21的距离D2。
从空隙25至磁铁插入孔22的距离D1的最小值被决定为能够通过电磁钢板的冲压加工来形成空隙25、并且还在驱动电动机100时不产生强度下降的距离。在此，从空隙25至磁铁插入孔22的距离D1的最小值与构成转子芯20的电磁钢板的一张电磁钢板的厚度相同，例如为0.35mm。另外，由于当从空隙25至磁铁插入孔22的距离D1超过3mm时，抑制永磁铁40的退磁的效果下降，所以从空隙25至磁铁插入孔22的距离D1最好为3mm以下。
另外，永磁铁40中最易退磁的部分为从第1磁铁保持部31侧的端部起的该永磁铁40的宽度的5％的区域A。因此，只要以与该永磁铁40的区域A的径向内侧对置的方式设置空隙25，就能够有效抑制永磁铁40的最易退磁的部分的退磁。
对这一点进一步进行说明。在图4中，将从在磁铁插入孔22内相邻的两个永磁铁40中的一方的永磁铁40(例如，在图4中用附图标记41表示的永磁铁)的第1磁铁保持部31侧的端部起在该永磁铁40的宽度的方向上位移了该宽度的5％的点设为点a1。另外，将连结该点a1和转子芯20的中心C的直线设为直线L1。空隙25被设置成与该直线L1交叉。
另外，在图4中，将从在磁铁插入孔22内相邻的两个永磁铁40中的另一方的永磁铁40(例如，在图4中用附图标记42表示的永磁铁)的第1磁铁保持部31侧的端部起在该永磁铁40的宽度的方向上位移了该宽度的5％的点设为点a2。另外，将连结该点a2和转子芯20的中心C的直线设为直线L2。空隙25被设置成也与该直线L2交叉。
由于这样地设置为空隙25与直线L1、L2交叉，所以与永磁铁40的最易退磁的区域A的径向内侧对置。由此，能够抑制磁通朝向永磁铁40的该区域A的流动。
另外，空隙25在轴向上贯穿转子芯20，所以还具有例如使旋转压缩机300(图9)的制冷剂沿轴向通过并冷却转子芯20以及永磁铁40的功能。
在永磁铁40由稀土类磁铁(将在后说明)构成的情况下，永磁铁40的矫顽力(coercivity)随着温度上升而下降。因此，利用通过空隙25的制冷剂来冷却转子芯20以及永磁铁40，能够抑制永磁铁40的退磁。
接下来，说明对于实施方式1的电动机以及比较例的电动机各自测定出退磁率相对于电流的变化的结果。实施方式1的电动机如参照图1～图4进行说明的那样。
图5是比较例的电动机的转子的剖视图。图6是比较例的电动机的转子芯的剖视图。如图5以及图6所示，比较例的电动机的转子芯200与实施方式1同样地，具有周向中央部向径向内侧突出的V形的磁铁插入孔22，在各磁铁插入孔22内配置有两个永磁铁40。在磁铁插入孔22的周向中央部设置有第1磁铁保持部31，在周向端部设置有第2磁铁保持部32。但是，未设置上述空隙25(图1～图4)。
图7是示出实施方式1的电动机以及比较例的电动机的退磁率的变化的曲线图。横轴为在定子1(图1)的线圈15中流过的电流(A)，纵轴为退磁率(％)。在此，使在定子1的线圈15中流过的电流按照0A～15A变化，测定出永磁铁40的退磁率。
一般而言，在永磁铁嵌入式电动机中，永磁铁的退磁率的合格与否基准为－3％。根据图7的曲线图可知，在实施方式1的电动机中，退磁率达到－3％的电流(3％退磁电流)与比较例的电动机相比增加了5％左右。即，可知实施方式1的电动机的能够使用的电流的范围宽于比较例的电动机。
另外，在以与比较例的电动机相同的电流驱动实施方式1的电动机的情况下，能够使用矫顽力更低的永磁铁。即，能够降低用于提高永磁铁的矫顽力的镝等的添加量，或设为不需要。因此，能够降低制造成本，还能够避免添加镝所引起的残留磁通密度的下降(即提高电动机的效率)。
图8是示出在实施方式1的电动机中使3％退磁电流在定子1的线圈15中流过时的永磁铁40的退磁率的解析结果的图。根据图8可知，从永磁铁40的第1磁铁保持部31侧(磁铁插入孔22的周向中央部侧)的端部起在永磁铁40的宽度方向上扩展该宽度的5％的区域(图4所示的区域A)容易退磁。
因此，如参照图4说明了的那样，可知通过使空隙25与永磁铁40的最易退磁的区域A(即，从永磁铁40的第1磁铁保持部31侧的端部起在永磁铁的宽度方向上扩展该宽度的5％的区域)的径向内侧对置，能够有效抑制永磁铁40的退磁。
接下来，对永磁铁40的结构进行说明。永磁铁40由以钕(Nd)、铁(Fe)以及硼(B)为主要成分的稀土类磁铁构成，不含有镝(Dy)。永磁铁40在20℃下的残留磁通密度为1.27～1.42T，在20℃下的矫顽力为1671～1922kA/m。
以钕、铁以及硼为主要成分的稀土类磁铁具有当温度上升时矫顽力下降的性质，下降率为－0.5～－0.6％/K。当电动机100被用在压缩机中时，在100～150℃的高温气氛下被使用。在该情况下，由于电动机100在比常温(20℃)高130℃左右的温度下被使用，所以当将永磁铁40的矫顽力的下降率设为－0.5％/K时，在150℃下矫顽力会下降65％。因此，一般而言，对永磁铁添加镝来实现提高矫顽力。矫顽力与镝的含量成比例地增加。
为了在对压缩机施加设想的最大负载的情况下避免产生永磁铁的退磁，需要1100～1500A/m左右的矫顽力。为了在150℃的气氛温度下确保该矫顽力，需要将常温(20℃)下的矫顽力设为1800～2300A/m。
以钕、铁以及硼为主要成分的稀土类磁铁在未添加有镝的状态下，常温下的矫顽力为1800A/m左右。因此，为了得到2300A/m的矫顽力，需要添加2重量％的镝。另一方面，已知镝的价格不稳定，并伴有供应风险。
另外，当对永磁铁添加镝时，残留磁通密度下降。当残留磁通密度下降时，电动机的磁铁转矩下降，为了得到期望的输出所需的电流增加。即，铜损增加而电动机的效率下降。由于这些理由，要求降低镝的添加量。
因而，在该实施方式1中使用的永磁铁40由以钕、铁以及硼为主要成分的稀土类磁铁构成，而不含有镝。这样不含有镝的稀土类磁铁(以钕、铁以及硼为主要成分的稀土类磁铁)在20℃下的残留磁通密度为1.27～1.42T，20℃的矫顽力为1671～1922kA/m。
在该实施方式1中，在转子芯20中，在第1磁铁保持部31的径向内侧设置空隙25，从而抑制了永磁铁40的退磁。因此，即使不含有镝的永磁铁40(在20℃下的残留磁通密度为1.27～1.42T，在20℃下的矫顽力为1671～1922kA/m)，也能够抑制退磁。除此之外，由于能够避免添加镝所引起的残留磁通密度的下降，所以能够降低为了得到相同转矩所需的电流值。其结果是，能够降低铜损并提高电动机的效率。
接下来，对使用了电动机100的旋转压缩机300进行说明。图9是示出旋转压缩机300的结构的剖视图。旋转压缩机300具备框架301、配设于框架301内的压缩机构310以及驱动压缩机构310的电动机100。
压缩机构310具有：气缸311，具有气缸室312；轴315，利用电动机100而旋转；旋转活塞314，固定于轴315；叶片(未图示)，将气缸室312内分成吸入侧和压缩侧；上部框架316以及下部框架317，被插入有轴315，封闭气缸室312的轴向端面。在上部框架316以及下部框架317分别安装有上部排出消音器318以及下部排出消音器319。
框架301例如为对厚度为3mm的钢板进行深冲加工而形成的圆筒形的容器。在框架301的底部存留有润滑压缩机构310的各滑动部的冷冻机油(未图示)。轴315以能够旋转的方式被上部框架316以及下部框架317保持。
气缸311在内部具备气缸室312。旋转活塞314在气缸室312内偏心旋转。轴315具有偏心轴部，旋转活塞314嵌合于该偏心轴部。
电动机100的定子芯10通过冷缩配合安装于框架301的内侧。电力从固定于框架301的玻璃端子305被供给到缠绕于定子芯10的线圈15。轴315固定于转子2的轴孔21(图1)。
在框架301的外部安装有储藏制冷剂气体的储液器302。吸入管303固定于框架301，制冷剂气体经由该吸入管303从储液器302被供给到气缸311。另外，在框架301的上部设置有将制冷剂排出到外部的排出管307。
作为制冷剂，能够使用例如R410A、R407C或R22等。另外，从防止全球变暖的观点来看，最好使用低GWP(全球变暖系数)的制冷剂。作为低GWP的制冷剂，能够使用例如以下制冷剂。
(1)首先，能够使用在组成中具有碳双键的卤代烃、例如HFO(Hydro-Fluoro-Orefin，氢氟烯烃)-1234yf(CF3CF＝CH2)，HFO-1234yf的GWP为4。
(2)另外，也可以使用在组成中具有碳双键的烃、例如R1270(丙烯)。R1270的GWP为3而低于HFO-1234yf，但可燃性高于HFO-1234y。
(3)另外，也可以使用包含在组成中具有碳双键的卤代烃或在组成中具有碳双键的烃中的至少任意一个的混合物、例如HFO-1234yf与R32的混合物。上述的HFO-1234yf由于为低压制冷剂而压损趋于变大，有可能会导致制冷环路(特别是蒸发器)的性能下降。因此，在实用上是最好使用和与HFO-1234yf相比为高压制冷剂的R32或R41的混合物。
旋转压缩机300的工作如以下那样。从储液器302供给的制冷剂气体通过吸入管303而被供给到气缸311的气缸室312内。当电动机100被驱动而转子2旋转时，轴315与转子2一起旋转。然后，与轴315嵌合的旋转活塞314在气缸室312内偏心旋转，在气缸室312内制冷剂被压缩。被压缩的制冷剂通过排出消音器318，319，进而通过设置于电动机100的孔(未图示)而在框架301内上升，从排出管307被排出。
接下来，对实施方式1的制冷空调装置400进行说明。图10是示出实施方式1的制冷空调装置400的结构的图。图10所示的制冷空调装置400具备压缩机401、冷凝器402、节流装置(膨胀阀)403以及蒸发器404。压缩机401、冷凝器402、节流装置403以及蒸发器404由制冷剂配管407连结，构成制冷环路。即，制冷剂按照压缩机401、冷凝器402、节流装置403以及蒸发器404的顺序循环。
压缩机401、冷凝器402以及节流装置403设置于室外机410。压缩机401由图9所示的旋转压缩机300构成。在室外机410设置有对冷凝器402供给室外空气的室外侧送风机405。蒸发器404设置于室内机420。在该室内机420设置有对蒸发器404供给室内空气的室内侧送风机406。
制冷空调装置400的工作如下那样。压缩机401将吸入的制冷剂压缩并送出。冷凝器402进行从压缩机401流入的制冷剂与室外空气的热交换，使制冷剂冷凝而液化，并送出到制冷剂配管407。室外侧送风机405对冷凝器402供给室外空气。节流装置403通过使开度变化来调整流经制冷剂配管407的制冷剂的压力等。
蒸发器404进行通过节流装置403而成为低压状态的制冷剂与室内空气的热交换，使制冷剂获取空气的热而蒸发(汽化)，并送出到制冷剂配管407。室内侧送风机406对蒸发器404供给室内空气。由此，被蒸发器404获取了热的冷风被供给到室内。
制冷空调装置400的压缩机401在高温气氛下被使用，还在压缩时产生大的负载波动。在高温下永磁铁40的矫顽力趋于下降，另外由于负载波动而在线圈15中流过的电流的波动也变大。实施方式1的电动机100如上所述具有抑制永磁铁40的退磁的结构，所以适于在这样的制冷空调装置400的压缩机401中使用。
如以上说明，根据本发明的实施方式1，转子芯20具有配置于在磁铁插入孔22内相邻的永磁铁40之间的第1磁铁保持部31以及相对于第1磁铁保持部31而在径向内侧的空隙25。另外，从空隙25至磁铁插入孔22的距离D1短于从空隙25至轴孔21的距离D2。通过这样配置空隙25，第1磁铁保持部31的磁阻增加，磁通变得难以流过第1磁铁保持部31。另外，由于第1磁铁保持部31的磁阻增加，在磁铁插入孔22内相邻的永磁铁40的相互间的漏磁通也被抑制，其结果是，能够抑制从第1磁铁保持部31流到永磁铁40的磁通所引起的永磁铁40的退磁。另外，通过这样抑制永磁铁40的退磁，能够抑制电动机100的性能下降，并且能够进行稳定的驱动控制。
另外，转子芯20除了具有第1磁铁保持部31之外，在周向上的磁铁插入孔22的端部具有第2磁铁保持部32。因此，能够在第1磁铁保持部31与第2磁铁保持部32之间对永磁铁40进行定位以使得永磁铁40不移动，能够抑制与永磁铁40的移动相伴的振动音的产生。
另外，由于从空隙25至磁铁插入孔22的距离为一张电磁钢板的板厚以上，所以能够通过电磁钢板的冲压加工来形成空隙25，另外还能够确保驱动电动机100时的强度。
另外，通过将从空隙25至磁铁插入孔22的距离设为3mm以下，能够得到抑制永磁铁40的退磁的充分的效果。
另外，空隙25被设置成与图4所示的直线L1(连结从在磁铁插入孔22内相邻的两个永磁铁40中的一方的永磁铁40的第1磁铁保持部31侧的端部起在该永磁铁40的宽度的方向上位移了该宽度的5％的点a1与转子芯20的中心C的直线)以及直线L2(连结从在磁铁插入孔22内相邻的两个永磁铁40中的另一方的永磁铁40的第1磁铁保持部31侧的端部起在该永磁铁40的宽度的方向上位移了该宽度的5％的点a2与转子芯20的中心C的直线)交叉。因此，能够抑制永磁铁40的最易退磁的区域的退磁。
另外，磁铁插入孔22具有周向中央部向径向内侧突出的V形，配置有两个永磁铁40。因此，能够在1个磁极处以V形配置两个永磁铁40，由此能够降低永磁铁40内的面内涡流损耗，提高电动机的效率，能够降低能耗量。
另外，永磁铁40是以钕(Nd)、铁(Fe)以及硼(B)为主要成分的稀土类磁铁，在20℃下的残留磁通密度处于1.27T～1.42T的范围内，在20℃下的矫顽力处于1671kA/m～1922kA/m的范围内。因此，能够不需要镝，并且能够避免添加镝所引起的残留磁通密度的下降。即，能够降低为了得到相同转矩所需的电流值，降低铜损，提高电动机的效率。
另外，由于空隙25为圆形，所以易于通过电磁钢板的冲压加工来形成。
另外，由于空隙25在轴向上贯穿转子芯20，所以例如能够使旋转压缩机300中的制冷剂通过并冷却转子芯20以及永磁铁40。因此，能够抑制与在高温下的矫顽力的下降相伴的永磁铁的退磁。
另外，磁铁保持部31、32形成为在永磁铁40的厚度方向上与永磁铁40的板面相比向永磁铁40的内部侧突出。因此，能够在磁铁插入孔22内有效地对永磁铁40进行定位。
另外，磁铁保持部31、32在磁铁插入孔22处配置于转子芯20的径向内侧。因此，由定子1的线圈15产生的磁通变得难以流到磁铁保持部31、32，能够抑制在磁铁保持部31、32中流过的磁通所引起的永磁铁40的退磁。
另外，使用了电动机100的旋转压缩机300被用作例如制冷空调装置400的压缩机401。在该情况下，电动机100在高温气氛下被使用，也容易受到负载波动的影响。由于实施方式1的电动机100如上所述具有抑制永磁铁40的退磁的结构，所以适于在这样的制冷空调装置400的压缩机401中使用。
实施方式2.
接下来，对本发明的实施方式2进行说明。实施方式2的目的在于通过对永磁铁40进一步冷却，从而抑制永磁铁40的退磁。
图11是实施方式2的转子2A的剖视图。图12是实施方式2的转子芯20A的剖视图。
实施方式2的转子2A在周向上具有多个(在此为6个)磁铁插入孔22，各磁铁插入孔22对应于1个磁极。在磁铁插入孔22的周向中央部和周向端部设置有磁铁保持部31、32。在磁铁插入孔22的周向两侧设置有磁通屏障24。另外，在第1磁铁保持部31的径向内侧设置有空隙25。磁铁插入孔22、磁铁保持部31、32、磁通屏障24以及空隙25的结构如在实施方式1中说明了的那样。
该实施方式2的转子2A在空隙25与轴孔21之间具有孔26。在此，3个孔26在周向上均等地配置。1个孔26以圆弧形从1个磁极的中心延伸至邻接的磁极与其再邻接的磁极的极间。即，孔26的周向(延伸方向)的一端位于1个磁极的中心，孔26的周向的另一端位于极间。
此外，孔26并不限定于图11以及图12所示的形状，只要配置于空隙25与轴孔21之间即可。
孔26具有例如使旋转压缩机300(图9)的制冷剂沿轴向通过并冷却永磁铁40的功能。由于虽然孔26离开永磁铁40，但流路剖面面积大于空隙25，所以能够得到不少经由转子芯20A而冷却永磁铁40的效果。
在永磁铁40由稀土类磁铁构成的情况下，永磁铁40的矫顽力随着温度上升而下降，变得容易退磁。因此，当利用通过空隙25以及孔26的制冷剂来冷却永磁铁40时，由稀土类磁铁构成的永磁铁40的退磁被有效抑制。
此外，实施方式2的电动机除了转子芯20A的结构之外，与在实施方式1中说明了的电动机100同样地构成。另外，实施方式2的电动机能够在实施方式1中说明了的旋转压缩机300(图9)以及制冷空调装置400(图10)中使用。
如以上说明，在本发明的实施方式2中，转子芯20A在空隙25与轴孔21之间具有孔26。因此，能够经由空隙25以及孔26使例如压缩机的制冷剂沿轴向通过并冷却永磁铁40。其结果是，能够有效地抑制与在高温下的矫顽力下降相伴的永磁铁40(例如由稀土类磁铁构成的永磁铁)的退磁。
实施方式3.
接下来，对本发明的实施方式3进行说明。实施方式3的目的在于通过设置与在实施方式1中说明了的空隙25相比面积大且个数少的孔27，从而使得易于制造转子芯20B。
图13是实施方式3的转子2B的剖视图。图14是实施方式3的转子芯20B的剖视图。
实施方式3的转子2B在周向上具有多个(在此为6个)磁铁插入孔22，各磁铁插入孔22对应于1个磁极。在磁铁插入孔22的周向中央部和周向端部设置有磁铁保持部31、32。在磁铁插入孔22的周向两侧设置有磁通屏障24。磁铁插入孔22、磁铁保持部31、32以及磁通屏障24的结构如在实施方式1中说明了的那样。
实施方式3的转子2B在6个磁铁插入孔22的径向内侧具有在周向上延伸的3个孔27以代替在实施方式1中说明了的空隙25。1个孔27具有使位于相邻的两个磁铁插入孔22的各第1磁铁保持部31的径向内侧的圆形的空隙27a、27b在周向上以圆弧形连续的形状。
另外，位于孔27的两端的空隙27a、27b中的空隙27a被配置成与配置于该空隙27a所面对的磁铁插入孔22的永磁铁40的最易退磁的区域A(图4)对置。同样地，空隙27b被配置成与配置于该空隙27b所面对的磁铁插入孔22的永磁铁40的最易退磁的区域A(图4)对置。
此外，孔27并不限定于图13以及图14所示的形状，只要与相邻的磁铁插入孔22对应的多个空隙在转子芯20B的周向上连续即可。
孔27具有例如使旋转压缩机300(图9)的制冷剂沿轴向通过并冷却永磁铁40的功能。由于孔27的流路剖面面积大于空隙25，所以转子芯20B的冷却效果也大。
在永磁铁40由稀土类磁铁构成的情况下，永磁铁40的矫顽力随着温度上升而下降，变得容易退磁。因此，当利用通过孔27的制冷剂来冷却转子芯20时，由稀土类磁铁构成的永磁铁40的退磁被有效抑制。
另外，在实施方式1中需要相对于6个磁极而设置6个空隙25，相对于此，在实施方式3中，只要设置3个孔27即可，另外，各个孔27也大，所以易于加工电磁钢板，易于制造转子芯20B。
此外，实施方式3的电动机除了转子芯20B的结构之外，与在实施方式1中说明了的电动机100同样地构成。另外，实施方式3的电动机能够在实施方式1中说明了的旋转压缩机300(图9)以及制冷空调装置400(图10)中使用。
如以上说明，在本发明的实施方式3中，与转子芯20B的相邻的磁铁插入孔22对应的多个空隙27a、27b具有在转子芯20B的周向上连续的孔27。因此，能够经由孔27使例如压缩机的制冷剂沿轴向通过并冷却永磁铁40。其结果是，能够有效地抑制在高温下矫顽力下降的永磁铁40(例如由稀土类磁铁构成的永磁铁)的退磁。另外，由于与实施方式1的空隙25相比，孔27的个数少而大小大，所以易于制造转子芯20B。
实施方式4.
接下来，对本发明的实施方式4进行说明。实施方式4的目的在于在将永磁铁40配置于直线形的磁铁插入孔28的转子2C中抑制永磁铁40的退磁。
图15是实施方式4的转子2C的剖视图。图16是实施方式4的转子芯20C的剖视图。
实施方式4的转子2C在周向上具有多个(在此为6个)磁铁插入孔28。磁铁插入孔28与实施方式1的V形的磁铁插入孔22不同，沿着转子芯20C的外周以直线形延伸。1个磁铁插入孔28对应于1个磁极。磁铁插入孔28的延伸方向是与磁极中心处的转子芯20C的径向正交的方向。在1个磁铁插入孔28内配置有两个永磁铁40。
在磁铁插入孔28的周向中央部和周向端部设置有磁铁保持部31、32。在磁铁插入孔28的周向两侧设置有磁通屏障24。另外，以与第1磁铁保持部31的径向内侧对置的方式设置有空隙25。磁铁保持部31、32、磁通屏障24以及空隙25的结构如在实施方式1中说明了的那样。
由于在第1磁铁保持部31的径向内侧配置有空隙25，所以如在实施方式1中说明了的那样，第1磁铁保持部31的磁阻增加，磁通变得难以流过第1磁铁保持部31。由此，能够抑制永磁铁40的退磁。
实施方式4的电动机除了转子芯20C的结构之外，与在实施方式1中说明了的电动机100同样地构成。另外，实施方式4的电动机能够在实施方式1中说明了的旋转压缩机300(图9)以及制冷空调装置400(图10)中使用。
如以上说明，根据本发明的实施方式4，由于在将直线形的磁铁插入孔28设置于转子芯20C的结构中，也在第1磁铁保持部31的径向内侧配置有空隙25，所以第1磁铁保持部31的磁阻增加，磁通变得难以流过第1磁铁保持部31。其结果是，能够抑制从第1磁铁保持部31流到永磁铁40的磁通所引起的永磁铁40的退磁。另外，能够经由空隙25使例如压缩机中的制冷剂通过并冷却转子芯20C以及永磁铁40。因此，能够抑制与在高温下的矫顽力下降相伴的永磁铁的退磁。
此外，既可以对实施方式4的转子芯20C添加在实施方式2中说明了的孔26，另外也可以设置在实施方式3中说明了的孔27来代替实施方式4的转子芯20C的空隙25。
以上，对本发明的最佳的实施方式具体地进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的要点的范围进行各种改良或变形。
例如，在上述各实施方式中，转子2(2A、2B、2C)具有6个磁铁插入孔22(28)，但磁铁插入孔的数量能够根据转子2的磁极数而适当变更。
另外，使用了上述各实施方式的电动机100的压缩机并不限定于参照图9而说明了的旋转压缩机300，也可以为其它种类的压缩机。另外，使用了电动机100的制冷空调装置并不限定于参照图10而说明了的制冷空调装置400。

Claims (14)

1.一种电动机，具备：
定子；以及
转子，设置于所述定子的内侧，
其中，所述转子具有：
转子芯，具有至少两个磁铁插入孔；以及
永磁铁，在各磁铁插入孔内各配置有两个，
所述转子芯还具有：
第1磁铁保持部，在各磁铁插入孔处配置于两个永磁铁之间，保持所述两个永磁铁；
至少两个空隙，相对于所述至少两个磁铁插入孔各自的第1磁铁保持部配置于所述转子芯的径向的内侧；以及
中心孔，配置于所述转子芯的径向中心，
所述至少两个空隙构成在所述转子芯的周向上连续的1个孔，
从各空隙至所述磁铁插入孔的距离短于从各空隙至所述中心孔的距离。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中，
在各磁铁插入孔在所述转子芯的周向上的两端部形成有分别保持所述两个永磁铁的两个第2磁铁保持部。
3.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
所述转子芯是在轴向上层叠多个电磁钢板而成的，
从各空隙至所述磁铁插入孔的距离为一张电磁钢板的板厚以上。
4.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
从各空隙至所述磁铁插入孔的距离为3mm以下。
5.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
各空隙与连结如下的点和所述转子芯的径向中心的直线交叉：该点是从所述两个永磁铁中的一方的永磁铁的所述第1磁铁保持部侧的端部起在所述一方的永磁铁的宽度的方向上位移了该宽度的5％的点，
所述空隙还与连结如下的点和所述转子芯的径向中心的直线交叉：该点是从另一方的永磁铁的所述第1磁铁保持部侧的端部起在所述另一方的永磁铁的宽度的方向上位移了该宽度的5％的点。
6.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
各磁铁插入孔形成为所述转子芯的周向的中央部与两端部相比向所述转子芯的径向内侧突出的V形，
在与所述V形的顶点对置的位置处设置有各空隙。
7.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
各磁铁插入孔以直线形延伸。
8.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
各磁铁插入孔的所述两个永磁铁都是以钕(Nd)、铁(Fe)以及硼(B)为主要成分的稀土类磁铁，在20℃下的残留磁通密度处于1.27T～1.42T的范围内，在20℃下的矫顽力处于1671kA/m～1922kA/m的范围内。
9.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
各空隙在轴向上贯穿所述转子芯。
10.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
所述第1磁铁保持部从所述磁铁插入孔的内表面沿所述转子芯的径向突出。
11.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，
所述第1磁铁保持部在所述磁铁插入孔处配置于所述转子芯的径向内侧。
12.一种转子，具有：
转子芯，具有至少两个磁铁插入孔；以及
永磁铁，在各磁铁插入孔内各配置有两个，
所述转子芯还具有：
第1磁铁保持部，在各磁铁插入孔处配置于两个永磁铁之间，保持所述两个永磁铁；
至少两个空隙，相对于所述至少两个磁铁插入孔的第1磁铁保持部配置于所述转子芯的径向的内侧；以及
中心孔，配置于所述转子芯的径向中心，
所述至少两个空隙构成在所述转子芯的周向上连续的1个孔，
从各空隙至所述磁铁插入孔的距离短于从各空隙至所述中心孔的距离。
13.一种压缩机，具备：
电动机；以及
压缩机构，由所述电动机驱动，
所述电动机具备定子以及设置于所述定子的内侧的转子，
所述转子具有：
转子芯，具有至少两个磁铁插入孔；以及
永磁铁，在各磁铁插入孔内各配置有两个，
所述转子芯还具有：
第1磁铁保持部，在各磁铁插入孔处配置于两个永磁铁之间，保持所述两个永磁铁；
至少两个空隙，相对于所述至少两个磁铁插入孔各自的第1磁铁保持部配置于所述转子芯的径向的内侧；以及
中心孔，配置于所述转子芯的径向中心，
所述至少两个空隙构成在所述转子芯的周向上连续的1个孔，
从各空隙至所述磁铁插入孔的距离短于从各空隙至所述中心孔的距离。
14.一种制冷空调装置，具备压缩机、冷凝器、减压装置以及蒸发器，其中，
所述压缩机具备电动机和由所述电动机驱动的压缩机构，
所述电动机具备定子和设置于所述定子的内侧的转子，
所述转子具有：
转子芯，具有至少两个磁铁插入孔；以及
永磁铁，在各磁铁插入孔内各配置有两个，
所述转子芯还具有：
第1磁铁保持部，在各磁铁插入孔处配置于两个永磁铁之间，保持所述两个永磁铁；
至少两个空隙，相对于所述至少两个磁铁插入孔各自的第1磁铁保持部配置于所述转子芯的径向的内侧；以及
中心孔，配置于所述转子芯的径向中心，
所述至少两个空隙构成在所述转子芯的周向上连续的1个孔，
从各空隙至所述磁铁插入孔的距离短于从各空隙至所述中心孔的距离。
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