CN1251382C - 永久磁铁型电动机及永久磁铁型电动机的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种具备不会降低电动机效率、可降低振动或噪音的永久磁铁的永久磁铁型电动机，在具备具有多相的定子绕组的定子1、经由空隙部分对向配置在该定子内侧上、具有转子铁心12和设置在该转子铁心上的永久磁铁14的转子10的永久磁铁型电动机中，使永久磁铁14为旋转轴直角方向截面向内径一侧和外径一侧两方凸出的形状，同时将永久磁铁14的各磁极上磁性朝向的焦点设置在上述转子10的外侧。在上述转子铁心中设置永久磁铁插入用收容孔，在上述收容孔外径一侧的圆弧半径为R，插入该收容孔中的上述永久磁铁外径一侧的圆弧半径为r的情况下，设定R＜r。

Description

永久磁铁型电动机及永久磁 铁型电动机的制造方法
技术领域
本发明涉及一种例如用于空调机或冰箱用压缩机等中的永久磁铁型电动机及其制造方法。
背景技术
现有例1
图9为表示现有的永久磁铁型电动机的视图。
图9中，定子1是由呈环状的定子铁心2，该定子铁心2上形成的多个齿3和卷绕在该齿3上的线圈4构成的。定子1为例如具有多相的定子绕组的分布绕组定子。
在定子1的内侧上，经由空隙5而可旋转地配设有转子10。这种转子10具有旋转轴11和设置在该旋转轴11上的转子铁心12。
如图所示，电动机的转子中采用永久磁铁的永久磁铁型电动机由在外周附近设置了多个永久磁铁插入用的收容孔13的转子铁心12上插入、组装截面呈圆弧状的永久磁铁14而构成的，各永久磁铁14是凸部一侧朝向外侧地配置的。
这样，各永久磁铁14如图10所示，磁化成各部的磁性朝向15与连接转子10的中心和永久磁铁14的圆周方向中央部的直线相平行，换句话说，磁性朝向为无限远。另外，转子铁心12是将形成有收容孔13的多片硒钢板层叠而构成的。
但是，在现有例1的结构中，由于转子10和定子1之间的永久磁铁14产生的空隙磁通密度分布为图11所示的波形，该波形与正弦波有很大不同，所以存在敛缝转矩大，振动或噪音大的问题。
以往例2
作为解决该问题的方式，可考虑图12中所示的转子。该转子10磁化成将各永久磁铁14中各部的磁性朝向15的焦点设置在转子10的外侧。
根据上述方式，由于永久磁铁14所产生的空隙磁通密度分布在磁极的中央部大，而在两端部小，所以如图13所示，呈近似于正弦波的分布。因而可降低敛缝转矩，并可减小振动或噪音。
但是，在上述这种结构的电动机中，制造永久磁铁14时必须使磁性朝向15集中在永久磁铁14的凸部一侧，即，由于永久磁铁自身的形状所产生的圆弧中心和磁性朝向的中心互为逆向，并由于永久磁铁制造工序中成形时的压缩方向和磁通方向不同，所以具有永久磁铁自身的残留磁通密度降低，因而电动机效率降低的问题。
以往例3
而且，作为解决上述以往例1的问题的其它方式，可考虑图14中所示的转子。该转子10配置成各永久磁铁14的凸部一侧朝向转子铁心12的内侧，并磁化成各永久磁铁14中各部的磁性朝向15的焦点设置在转子10的外侧。
根据上述方式，由于永久磁铁14所产生的空隙磁通密度分布为在磁极的中央部大，在两端部小，所以如图15所示，呈近似于正弦波的分布，因而可降低敛缝转矩，并可减小振动或噪音，同时在制造永久磁铁14时使磁性朝向15集中在永久磁铁14的凹部一侧即可，即，由于永久磁铁自身的形状所产生的圆弧的中心和磁性朝向的中心为相同的方向，所以成形时压缩方向和磁通方向相同，并由于永久磁铁自身的残留磁通密度不降低，所以电动机的效率也不会恶化。
但是，在上述这种以往例3的转子结构中，如图16所示，隔着空隙5和各永久磁铁14的转子铁心部分12a的厚度增加，磁阻抗降低，在线圈4的电流产生的磁通20内、通过转子铁心部分12a，在与定子铁心2的齿3之间短路的磁通量增加。因而，具有该磁通中包含的基本波或高次谐波成分产生的转矩变动也增大，振动或噪音增大的问题。
本发明的目的是提供一种具备不会使电动机效率降低、可降低振动或噪音的永久磁铁的永久磁铁型电动机及其制造方法。
发明内容
根据本发明的最佳实施形式为一种具备：具有多相的定子绕组的定子，和经由空隙对向配置在该定子内侧、具有转子铁心和设置在该转子铁心上的永久磁铁的转子的永久磁铁型电动机及其制造方法，其中，永久磁铁为轴直角方向的截面向内径一侧和外径一侧两方凸出的形状，同时永久磁铁的各磁极上的磁性朝向的焦点设置在上述转子的外侧上，在上述转子铁心中设置永久磁铁插入用收容孔，在上述收容孔外径一侧的圆弧半径为R，插入该收容孔中的上述永久磁铁外径一侧的圆弧半径为r的情况下，设定R＜r。
转子的结构为将多片设置有多个永久磁铁插入用收容孔的转子铁心孔板层叠而构成转子铁心层叠体，并将永久磁铁插入永久磁铁插入用收容孔中，而且将隔着永久磁铁和空隙的转子铁心厚度尺寸制成转子铁心孔板的板厚的±30％以内。
在转子铁心的外周部上安装上述永久磁铁，在该永久磁铁的外周部上嵌装非磁性的保护管而构成转子。
或者将隔着永久磁铁和空隙的转子铁心厚度尺寸制成转子铁心孔板的板厚的±30％以内，并且设定成在设置于转子铁心上的永久磁铁插入用收容孔的外径一侧的圆弧半径为R，插入该收容孔中的永久磁铁外径一侧的圆弧半径为r的情况下，R＜r。
在隔着永久磁铁和空隙的转子铁心的厚度尺寸为转子铁心孔板的板厚的±30％以内的电动机中，采用在定子的齿部卷绕直接绕组的集中绕组定子。
永久磁铁的内径一侧凸出半径小于外径一侧凸出半径。
在设于上述转子铁心上的永久磁铁插入用收容孔、和上述永久磁铁内径一侧圆弧的局部上设置直线部。
本发明还提供了上述永久磁铁型电动机的制造方法，其特征为，上述永久磁铁为轴直角方向的截面向内径一侧和外径一侧两方凸出的形状，其具有：将多片设置有多个永久磁铁插入用的收容孔的转子铁心孔板层叠而构成转子铁心层叠体的工序，
将上述永久磁铁插入上述永久磁铁插入用收容孔中的工序，
将隔着上述永久磁铁和上述空隙的转子铁心厚度尺寸制成上述转子铁心孔板的板厚的±30％以内，在上述转子铁心中设置永久磁铁插入用收容孔，在上述收容孔外径一侧的圆弧半径为R，插入该收容孔中的上述永久磁铁外径一侧的圆弧半径为r的情况下，设定R＜r。
附图的简要说明
图1为表示实施形式1的视图，是永久磁铁型电动机的视图。
图2为表示实施形式1的视图，是表示永久磁铁的磁性朝向状态的视图。
图3为表示实施形式1的视图，是磁通密度分布图。
图4为表示实施形式1的视图，是图1的主要部分放大图。
图5为表示实施形式2的视图，是永久磁铁型电动机转子的视图。
图6为表示实施形式3的视图，是转子一个极的视图。
图7为表示实施形式4的视图，是永久磁铁型电动机的视图。
图8为表示实施形式5的视图，是转子一个极的视图。
图9为现有的永久磁铁型电动机的视图。
图10为表示现有的永久磁铁磁性朝向状态的视图。
图11为磁通密度分布图。
图12为表示其它现有的永久磁铁磁性朝向状态的视图。
图13为磁通密度分布图。
图14为表示其它现有的永久磁铁磁性朝向状态的视图。
图15为磁通密度分布图。
图16为图14的主要部分放大图。
实施发明的最佳方式
实施形式1
以下，参照附图对本发明实施形式1加以说明。
图1～4为表示实施形式1的视图，图1为永久磁铁型电动机的视图，图2为表示永久磁铁磁性朝向状态的视图，图3为磁通密度分布图，图4为图1的主要部分放大图。
图1中，定子1由呈环状的定子铁心2、该定子铁心2上形成的多个齿3、和卷绕在这些齿3上的线圈4构成。定子1例如是具有多相的定子绕组的分布绕组定子。
转子10经由空隙5可转动地配设在定子1的内侧上。该转子10的结构为，具有旋转轴11和设置在该旋转轴11的外周部上的转子铁心12，并将永久磁铁14从轴向插入组装在形成于该转子铁心12上的永久磁铁插入用收容孔13中。另外，转子铁心12具有将多片冲孔形成有收容孔13、被称为转子铁心孔板的硅钢板在旋转轴11的方向(垂直于图1中纸面的方向)上层叠的转子铁心层叠体。
设置于上述转子铁心12上的收容孔13为在旋转轴11的直角方向截面上向内径一侧和外径一侧两方凸出的形状，而且，设定成隔着永久磁铁14和空隙5的转子铁心部分12a的径向厚度尺寸t为转子铁心孔板的板厚的±30％以内。例如，一片的转子铁心孔板的厚度为0.5mm时，转子铁心部分12a的径向厚度尺寸t为0.35mm～0.65mm。
由于设定成在转子铁心12上设置的收容孔13外径一侧的圆弧半径为R，转子10外周圆的半径为R’的情况下，R＜R’，并且收容孔13外径一侧的圆弧位于与转子10的外周圆同心的圆周上，所以转子铁心部分12a径向的厚度尺寸t为定值。
永久磁铁14为与上述收容孔13大致相似的形状，磁化成N极和S极交错、且如图2所示各部的磁性朝向15的焦点位于转子10的外侧。
在这样构成的永久磁铁型电动机中，永久磁铁14所产生的空隙磁通密度在磁极的中央部大，在两端部小，所以如图3所示，为近似于正弦波的分布，因而可降低敛缝转矩，并可减小振动或噪音。
另外，图2中，磁性朝向15的焦点为一处，但如果是转子10的外侧的话，则焦点分成数处也具有同样的效果。
而且，虽然将磁性朝向15设定成其焦点位于转子10的外侧，但如果永久磁铁14的截面也向内径一侧凸出，并且如图1所示使内径一侧的凸出半径R小于外径一侧的凸出半径R的话，则永久磁铁成形时的压缩方向和磁通的方向大致相等，残留磁通密度不会降低。
在与图1相反，使内径一侧的凸出半径R大于外径一侧的凸出半径R的情况下，永久磁铁成形时首先使内径一侧的凸出半径R小于外径一侧的凸出半径R地形成，然后使外径一侧的凸出半径R减小地进行切削，也可以获得同样的效果。
如上所述，由于永久磁铁14自身的残留磁通密度不会降低，所以不存在电动机效率降低的问题。
另外，由于收容孔13和永久磁铁14为也向外径一侧凸出的形状，同时减薄了隔着空隙5和各永久磁铁14的转子铁心部分12a的径向厚度尺寸t，所以该部分的磁阻抗增大，如图4所示，可限制通过隔着空隙5和各永久磁铁14的转子铁心部分12a的磁通量。因此，由于可减少在线圈4的电流产生的磁通20内、于上述转子铁心部分12a和定子铁心2的齿3之间短路的磁通量，所以可降低该磁通的高次谐波所产生的转矩变动，减小振动或噪音。
另外，由于转子铁心孔板的冲孔性和磁阻抗，上述转子铁心12的隔着空隙5和永久磁铁14的转子铁心部分12a的径向厚度尺寸t最好在板厚的±30％以内。即，当转子铁心部分12a的径向厚度尺寸t过小时，在转子铁心孔板冲孔时将破坏转子铁心部分12a。相反，当转子铁心部分12a的径向厚度尺寸t过大时，则不能减少通过隔着空隙5和各永久磁铁14的转子铁心部分12a的磁通量。
实施形式2
以下，参照附图对本发明实施形式2加以说明。
图5为表示实施形式2的视图，是永久磁铁型电动机的转子的视图。如图5所示，由于其结构为在转子铁心12的外周部上配置永久磁铁14，并嵌装有非磁性的管16以保护该永久磁铁14，因而进一步减少在转子铁心12和定子铁心2之间短路的磁通，因此产生的转矩变动也降低，所以可减小振动或噪音。
实施形式3
以下，参照附图对本发明实施形式3加以说明。
图6为表示实施形式3的视图，是转子一个极的视图。如图所示，由于设定成在设置于转子铁心12上的收容孔13外径一侧的圆弧半径为R，永久磁铁14外径一侧的圆弧半径为r的情况下，R＜r，所以隔着永久磁铁14和空隙5的转子铁心部分12a与永久磁铁14圆周方向的中央部附近不接触，消除了因转子10高速旋转时产生的离心力而引起的从转子铁心部分12a的中央部附近作用在两端部上的较大的惯性矩，从而可减少剪切应力。因此，根据本实施形式，可防止转子的变形和破裂。
实施形式4
以下，参照附图对本发明实施形式4加以说明。
图7为表示实施形式4的视图，是永久磁铁型电动机的视图。在实施形式1～3中，定子是分布绕组定子，但如图7所示，在定子1为由呈环状的定子铁心2，形成在该定子铁心2上的多个齿3，和直接卷绕在这些齿3上的线圈4构成的集中绕组定子的情况下，具有以下的优点。
在集中绕组定子中，由于线圈4的电流所产生的磁通内、通过隔着空隙5和各永久磁铁14的转子铁心部分12a，在定子铁心2的齿3之间短路的磁通所引起的对振动或噪音的影响比分布绕组定子的大，所以通过将隔着空隙5和永久磁铁14的转子铁心部分12a的径向厚度尺寸t设定成在转子铁心孔板的板厚的±30％以内所产生的转矩变动、即噪音或振动的降低效果更加有效。
而且，由于线圈4的高空间因数所产生的高效率化，近年来提出了使定子铁心2分开的齿3单体绕组，或将铁心展开成直线或反翘曲状、直接卷绕在齿上的集中绕组定子。这种类型的定子由于分割而定子刚性减弱，噪音或振动增大，所以本实施形式更具有高效率化和降低噪音、振动的双重效果。
实施形式5
以下，参照附图对本发明实施形式5加以说明。
图8为表示实施形式5的视图，是转子一个极的视图。如图所示，由于在设置于转子铁心12上的永久磁铁14的收容孔13内径一侧的圆弧的局部上、以及永久磁铁14内径一侧的圆弧的局部上设置了直线部30，所以具有以下的效果。
由于在永久磁铁14的圆弧的局部上设置了直线部30，所以永久磁铁14的中央部和两端部之间的厚度差减小，永久磁铁成形时的压缩疏密度减小，因而可减少龟裂或缺损等成形不良现象。
而且，由于通过在永久磁铁14的局部上设置了直线部30，在成形后的研磨加工中相对于设备的位置稳定，所以容易提高精度。因而可减少永久磁铁14的尺寸不良现象，同时可减少向转子铁心12插入的工序中的插入不良现象。
另外，由于不仅在外径一侧、在内径一侧的圆弧的局部上也设置了直线部30，所以在转子铁心部分12a和定子铁心2的齿3之间短路的磁通量不变，因该磁通的高次谐波所产生的转矩变动也不会增加。
但是，本发明并不仅限于如上所述，也并不仅限于附图所示的各实施形式，例如，永久磁铁14的个数也可以是6个以外等，在不脱离本发明要旨的范围内可适当变形地实施。
工业上应用的可能性
根据本发明最佳实施形式的永久磁铁型电动机，由于是使永久磁铁为轴直角方向的截面向内径一侧和外径一侧两方凸出的形状，同时将永久磁铁的各磁极中磁性朝向的焦点设置在上述转子的外侧，所以永久磁铁产生的空隙磁通密度分布在磁极的中央部大，在两端部小，因而为近似于正弦波的分布，所以可降低转矩变动，减小振动或噪音，而且，由于可不降低残留磁通密度地制造磁铁，所以也消除了电动机效率降低的问题。
而且，转子的结构为将多片设置了多个永久磁铁插入用收容孔的转子铁心孔板层叠而形成转子铁心层叠体，并将永久磁铁插入永久磁铁插入用收容孔中，并使隔着永久磁铁和空隙的转子铁心的厚度尺寸在转子铁心孔板的板厚的±30％以内，减小了定子线圈的电流所产生的磁通内转子铁心部分和定子铁心的齿之间短路的磁通量，所以可降低该磁通的高次谐波成分所产生的转矩变动，可减小振动或噪音。
由于是将上述永久磁铁安装在转子铁心的外周部上，在该永久磁铁的外周部上嵌装非磁性的保护管而构成转子的，所以在转子铁心部分和定子铁心的齿之间短路的磁通量进一步减少。
由于设定成在设置于转子铁心上的永久磁铁插入用收容外径一侧的圆弧半径为R，插入在该收容孔中的永久磁铁外径一侧的圆弧半径为r的情况下，R＜r，所以隔着永久磁铁和空隙的转子铁心部分与永久磁铁在周向的中央附近不接触，可防止转子高速旋转时产生的离心力所引起的转子变形或破裂。
在使隔着永久磁铁和空隙的转子铁心厚度尺寸为转子铁心孔板的板厚的±30％以内的电动机中，由于采用直接将绕组卷绕在定子的齿部上的集中绕组定子，所以通过将隔着空隙和永久磁铁的转子铁心部分的径向厚度尺寸设定成转子铁心孔板的板厚的±30％以内所产生的降低转矩变动、即噪音或振动的效果更加有效。
由于使永久磁铁的内径一侧凸出半径小于外径一侧凸出半径，所以永久磁铁成形时的压缩方向和磁通的方向大致相等，残留磁通密度不会降低。
由于通过在设置于转子铁心上的永久磁铁插入用收容孔和永久磁铁内径一侧圆弧的局部上设置直线部，永久磁铁成形时的压缩疏密度减小，所以可降低龟裂或缺损等成形不良的现象。
由于在成形后的研磨加工中相对于设备的位置稳定，所以容易提高精度。因而可减少永久磁铁尺寸不良的现象，同时可减少向转子铁心插入的工序中的插入不良现象。
由于在转子铁心和定子铁心的齿之间短路的磁通量不会增加，所以该磁通的高次谐波所产生的转矩变动也不会增加。

Claims (9)

1.一种永久磁铁型电动机，具备：具有多相的定子绕组的定子，和经由空隙对向配置在该定子内侧、具有转子铁心和设置在该转子铁心上的永久磁铁的转子，其特征为，上述永久磁铁为轴直角方向的截面向内径一侧和外径一侧两方凸出的圆弧形状，同时上述永久磁铁的各磁极上的磁性朝向的焦点设置在上述转子的外侧上，
在上述转子铁心中设置永久磁铁插入用收容孔，在上述收容孔外径一侧的圆弧半径为R，插入该收容孔中的上述永久磁铁外径一侧的圆弧半径为r的情况下，设定R＜r。
2.根据权利要求1所述的永久磁铁型电动机，其特征为，
上述转子的结构为将多片设置有多个永久磁铁插入用的收容孔的转子铁心孔板层叠而构成转子铁心层叠体，并将上述永久磁铁插入上述永久磁铁插入用收容孔中，而且将隔着上述永久磁铁和上述空隙的转子铁心厚度尺寸制成上述转子铁心孔板的板厚的±30％以内。
3.根据权利要求1所述的永久磁铁型电动机，其特征为，在上述转子铁心的外周部上安装上述永久磁铁，在该永久磁铁的外周部上嵌装非磁性的保护管而构成上述转子。
4.根据权利要求1、2或3的任一项所述的永久磁铁型电动机，其特征为，上述定子中采用在齿部卷绕直接绕组的集中绕组定子。
5.根据权利要求1、2或3的任一项所述的永久磁铁型电动机，其特征为，上述永久磁铁的内径一侧凸出半径小于外径一侧凸出半径。
6.一种永久磁铁型电动机，具备：具有多相的定子绕组的定子，和经由空隙对向配置在该定子内侧、具有转子铁心和设置在该转子铁心上的永久磁铁的转子，其特征为，
上述永久磁铁为轴直角方向的截面向内径一侧和外径一侧两方凸出的形状，
上述转子的结构为将多片设置有多个永久磁铁插入用的收容孔的转子铁心孔板层叠而构成转子铁心层叠体，并将上述永久磁铁插入上述永久磁铁插入用收容孔中，而且将隔着上述永久磁铁和上述空隙的转子铁心厚度尺寸制成上述转子铁心孔板的板厚的±30％以内，在上述转子铁心中设置永久磁铁插入用收容孔，在上述收容孔外径一侧的圆弧半径为R，插入该收容孔中的上述永久磁铁外径一侧的圆弧半径为r的情况下，设定R＜r。
7.根据权利要求6所述的永久磁铁型电动机，其特征为，在上述转子铁心的外周部上安装上述永久磁铁，在该永久磁铁的外周部上嵌装非磁性的保护管而构成上述转子。
8.一种永久磁铁型电动机，具备：具有多相的定子绕组的定子，和经由空隙对向配置在该定子内侧、具有转子铁心和设置在该转子铁心上的永久磁铁的转子，其特征为，上述永久磁铁为轴直角方向的截面向内径一侧和外径一侧两方凸出的圆弧形状，
在上述转子铁心中设置永久磁铁插入用收容孔，在上述收容孔外径一侧的圆弧半径为R，插入该收容孔中的上述永久磁铁外径一侧的圆弧半径为r的情况下，设定R＜r。
9.一种永久磁铁型电动机的制造方法，用于制造具备具有多相的定子绕组的定子，和经由空隙对向配置在该定子内侧、具有转子铁心和设置在该转子铁心上的永久磁铁的转子的永久磁铁型电动机，其特征为，
上述永久磁铁为轴直角方向的截面向内径一侧和外径一侧两方凸出的形状，
其具有：将多片设置有多个永久磁铁插入用的收容孔的转子铁心孔板层叠而构成转子铁心层叠体的工序，
将上述永久磁铁插入上述永久磁铁插入用收容孔中的工序，将隔着上述永久磁铁和上述空隙的转子铁心厚度尺寸制成上述转子铁心孔板的板厚的±30％以内，在上述转子铁心中设置永久磁铁插入用收容孔，在上述收容孔外径一侧的圆弧半径为R，插入该收容孔中的上述永久磁铁外径一侧的圆弧半径为r的情况下，设定R＜r。
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