CN1436389A - 永久磁铁同步电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种永久磁铁同步电动机，是具有集中卷绕定子结构的转子结构，其特征是，在沿旋转轴向层叠的转子断面上所设置的槽(13)形成圆弧状或弓形形状，其凸部向着转子(12)的外周侧，将永久磁铁(14)插入槽(13)的内部，与以往的转子结构相比，由于磁性的突极性变小，故能提供使铁心的磁通密度降低、损失小而高效率的电动机。

Description

永久磁铁同步电动机
技术领域
本发明涉及具有集中卷绕定子的埋入磁铁型同步电动机。
背景技术
图11是以往的具有集中卷绕定子的埋入磁铁型同步电动机的一例子。图11中，1是集中卷绕定子，2是转子，3是设在转子上的槽，4是埋设在槽内部的永久磁铁。电动机的定子结构是3相4极6槽的集中卷绕定子，绕组如图12所示，将单独的绕组施加在个别的极齿上，在各相180度相对的位置上配置着2个绕组。在转子内部设有平板状的槽，在槽内部插入有与槽相同形状的永久磁铁。集中卷绕定子如图12所示，由于对每个极齿施加个别的绕组，故与跨在多个极齿上施加绕组的分布卷绕定子相比，绕组端尾减少，具有绕组电阻减小的优点，可将因电动机中流动的电流引起的作为绕组的发热损失的铜损抑制得较低。其结果，可实现损失小而高效率的电动机。
集中卷绕定子如图11所示，在各极齿上卷绕个别的绕组，由于各相的绕组位于相邻的位置，故电感变大。另外，通过与埋入磁铁型的转子组合，在转子上产生磁性的突极性，能利用磁阻转矩，但由于电感变大，在图11所示的转子内部、在引入磁通的q轴磁通通道中流动着许多磁通，铁心的磁通密度变得非常高。其结果，即使铜损减小而由于铁损大幅度增大，使集中卷绕的优点减小。本案的发明，是鉴于这样的问题而作成的，其目的在于，提供使在具有集中卷绕定子的同步电动机中定子铁心的磁通密度减小、可使铜损和铁损减小的电动机。
发明的公开
本案的发明，是具有集中卷绕定子结构的永久磁铁型同步电动机的转子结构，其特征是，设在沿旋转轴向层叠的转子截面上的槽形成圆弧状或弓形形状，其凸部朝向转子的外周侧，在槽内部插入有永久磁铁。与以往的转子结构相比，由于磁性的突极性减小，故能提供使铁心的磁通密度减小、损失小而高效率的电动机。
另外，通过设置V字形的槽替代弓形形状或圆弧状的槽，将V字形槽的锐角部前端配置在转子的外周侧，能获得同样的效果。
另外，通过将插入V字形槽内部的永久磁铁插入2块平板状的磁铁，可降低磁铁的制造成本，可提供低价格、高效率的电动机。
在本发明中所使用的磁铁，是铁素体磁铁、稀土类磁铁等，不论磁铁的种类都是有效的，但尤其在使用磁力强的稀土类磁铁的场合，由于是能减小铁损的结构，故能获得最大的效果。
另外，通过将稀土类磁铁作成沿轴向分割多个的结构，由于能降低在磁铁表面流动的涡电流损失，故能提供更高效率的旋转机。
附图的简单说明
图1是实施例1的电动机的剖视图。
图2是实施例1的转子的部分放大图。
图3是实施例1的极齿部的放大图。
图4是实施例1的电动机的磁通密度的示图。
图5是以往形式电动机的磁通密度的示图。
图6是实施例1与以往形式电动机的铁损比较图。
图7是分割后的永久磁铁的示图。
图8是以往的电动机的示图。
图9是实施例2的电动机的剖视图。
图10是实施例3的压缩机的剖视图。
图11是表示以往的电动机的剖视图。
图12是表示以往的集中卷绕的绕组规格的示图。
实施发明的最佳形态
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。另外，以下的实施例只是对本发明具体化的一例子，并不对本发明的技术范围加以限定。
(实施例1)
图1表示本发明的实施例1。图1中，11是集中卷绕定子，12是转子，13是设在转子上的槽，14是表示埋设在槽内部的永久磁铁。
3相4极6槽的集中卷绕定子11，是对各极齿实施单独的绕组，在各相180度相对的位置上配置着2个绕组。集中卷绕定子11，在轴向层叠多个电磁钢板，并具有多个极齿。该极齿15如图3所示，端部作成稍许上翘的结构。
现详细地进行说明，集中卷绕定子11的转子相对面16与位于集中卷绕定子之中的转子12的中心的间隔r，作成端部一方比极齿15的中央部扩大的结构(图3的与转子相对面16接触并伸展的虚线，离转子12的中心为一定的距离r)。这是由于定子是集中卷绕定子，故邻接的极齿为异极而电感变大，退磁场易施加于转子12上，通过将端部作成上翘的结构，而使极齿端部的气隙增大，抑制退磁侧流向转子1。
转子12内部的槽13构成向转子12的外周侧为凸起的圆弧形状。槽13与转子12的外周的间隔，在槽13的中央部构成非常狭窄，但随着向槽的端部而变宽。而且，在最外端，转子12的外周与槽13的间隔再变狭。永久磁铁14虽然埋入槽13，但槽13的最外端预先作成空隙作为非磁性部。这是由于为了使在相邻的永久磁铁之间不产生漏磁，而在槽13的最端部设置漏磁防止部的缘故。另外，非磁性部即使不作成空隙部，也可以将树脂埋入。
如图2所示，永久磁铁14的形状为：永久磁铁的中央部A从通过永久磁铁的端部B与端部B的连线向转子13的外周侧突出。通过将永久磁铁作成这样的形状，永久磁铁14与转子12的间隔，作成永久磁铁14的间隔b比永久磁铁14的中央的间隔a较宽的结构。通过作成这样的结构，本实施例的转子12的q轴磁通通道的宽度与以往例的转子结构相比变得非常狭窄。其结果，q轴电感变小，可减小在转子内部流动的q轴磁通量，能降低负荷时的定子铁心的磁通密度。图4是表示在负荷时本发明转子的磁通密度分布，图5是表示以往例子的磁通密度分布的比较。本发明的转子结构与以往的转子相比，定子铁心的极齿部、轭铁部的磁通密度较低。由于频率和磁通密度越高铁损就越大，故本发明的电动机在加负荷时及高速旋转时能获得特别大的效果。
图6表示以往例与本发明的转子所产生的铁损的比较图。该图是在横轴上表示电动机的转速、在纵轴上表示产生的铁损的图。如图6所示，由于本发明的转子与以往例相比能使铁损减小，故能提供铁损小的高效率的电动机。另外，从该图中可知，若转速越高铁损减小的效果就越高，尤其，在3000r/min以上的高速旋转中，其效果可获得特别大。
另外，实施例1的永久磁铁，在各槽中埋入1个永久磁铁片。但是，由于在集中卷绕定子中容易产生涡电流，故如图7所示，将永久磁铁沿旋转轴向分割成多块地埋入，就能使在磁铁的表面上流动的涡电流的路径变短，可较大地减少涡电流损失。该涡电流的减少，在稀土类磁铁中是很有效的。
另外，在日本专利特开平5-304737号公报上记载的永久磁铁电动机(图8)与本实施例的形状初看是相似的，但特开平5-304737号公报的定子在分布卷绕方式上有很大的差异。由于本实施例是集中卷绕定子，极性不同的绕组位于相邻的位置，因此，是鉴于电感变大而作的发明。但是，在分布卷绕定子中，没有集中卷绕定子那样的问题，从特开平5-304737号公报中，并不容易想到本案的发明。
(实施例2)
图9表示本发明的实施例2。图9中，21是集中卷绕定子，22是转子，23是设在转子上的槽，24是埋设于槽内部的永久磁铁。图9所示的转子的槽形状，作成V字形，V字形的顶点被设在向转子外周面的方向。即使是该结构的转子，由于与实施例1同样地可使q轴磁通通道的宽度减小，能获得可减小铁损的同样效果。另外，如图9所示，将埋入于槽内部的永久磁铁分割成2块磁铁，通过将2块低成本的平板形磁铁插入于槽中，就可以不使用图1所示的高价的圆弧形磁铁而作成低成本高效率的电动机。
另外，图9的V字形磁铁，由于将2块永久磁铁片插入于1个槽中，故在形成V字形的永久磁铁之间成为空隙。该V字形磁铁利用2块永久磁铁片，由该2块磁铁形成1个磁极部。
(实施例3)
图10是将实施例1中的永久磁铁同步电动机搭载在压缩机上的剖视图。
如图所示，压缩机由集中卷绕定子11、转子12、永久磁铁14、储罐31、压缩机构32构成。这样的压缩机，由于包含绕组端末的电动机的长度变小，且效率高，故尤其最适合于限制使用电力和容纳场所的电动车用空气压缩机。
产业上的可利用性
本发明在组合有具有集中卷绕定子的埋入磁铁型转子结构的电动机中，转子的外周与永久磁铁埋入孔的间隔，由于永久磁铁埋入孔的极中心部一方比永久磁铁埋入孔的极端部狭窄，故能减小铁心的磁通密度，与以往型式相比能实现铁损小的、高效率的电动机。

Claims (14)

1.一种永久磁铁同步电动机，其特征在于，
具有在极齿部集中卷绕导电性绕组的定子和埋入永久磁铁形成磁极部的转子，
所述磁极部的中央部，是从所述磁极部的端部向所述转子的外周侧突出的形状。
2.一种永久磁铁同步电动机，具有在极齿部集中卷绕导电性绕组的定子和埋入永久磁铁形成磁极部的转子，其特征在于，
所述转子的外周与所述磁极部的间隔，是磁极部的中心部一方比磁极部的端部狭窄。
3.如权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，永久磁铁埋入孔，是向转子外侧凸起的V字形形状。
4.如权利要求3所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，将多个平板状的永久磁铁并排成V字形形成磁极部。
5.如权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，永久磁铁埋入孔，是向转子外侧凸起的弓形形状。
6.如权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，永久磁铁的材质由稀土类的高磁通密度磁铁构成。
7.如权利要求6所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，插入永久磁铁埋入孔的永久磁铁，在转子的轴向被分割成多个。
8.如权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，所述电动机以3000rpm以上的转速进行驱动。
9.如权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，转子的中心与极齿部的转子相对面的间隔，端部的一方比极齿部的中央部宽。
10.如权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，利用磁组转矩进行旋转驱动。
11.如权利要求1所述的永久磁铁同步电动机，其特征在于，
具有在第1极齿部上集中卷绕设置导电性绕组的第1绕组和在与第1极齿部邻接的第2极齿部上设置卷绕导电性绕组的第2绕组，
当向所述导电性绕组通电时，所述第1绕组与第2绕组构成不同的极性。
12.一种压缩机，其特征在于，将权利要求1所述的永久磁铁同步电动机作为驱动源。
13.一种冷冻循环，其特征在于，搭载有权利要求12所述的压缩机。
14.一种汽车，其特征在于，搭载有将权利要求12所述的压缩机作为车用空调机的驱动源。
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