CN1870396A - 自起动式同步电动机及其制造方法以及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是在自起动式同步电动机的制造方法中实现防止用于转子的永久磁铁的劣化以及提高效率。本发明的自起动式同步电动机(8)具有定子(21)和转子(22)，定子(21)具有定子铁心(21a)以及线圈(22b)；转子(22)设置在定子(21)的内侧。转子(22)具有转子铁心(22a)、多根导体条(22b)、端环(22c)和多个永久磁铁(22d)，导体条(22b)嵌设在转子铁心(22a)的整个外周部；端环(22c)设置在导体条(22b)的两侧、与导体条(22b)一起形成笼形导体；永久磁铁(22d)位于导体条(22b)的内周侧并嵌设在转子铁心(22a)内。并且，将嵌设有永久磁铁(22d)和导体条(22b)的转子铁心(22a)夹持在端环(22c)之间，在该状态下，通过摩擦搅拌接合对导体条(22b)和端环(22c)进行电以及机械地接合，以此进行制造。

Description

自起动式同步电动机及其制造方法以及压缩机

技术领域

本发明涉及自起动式同步电动机及其制造方法以及压缩机。

背景技术

现有的自起动式同步电动机如特开2001-73948号公报(专利文献1)中所示。该专利文献1的自起动式同步电动机具有定子和转子，所述定子具有定子铁心以及卷绕在该定子铁心上的线圈；所述转子具有稍微小于定子内径的外径并被设置在定子的内侧。该转子具有转子铁心、多根导体条、端环(短路环)和多个永久磁铁，所述导体条被圆周状地配置嵌设在转子铁心的外周部；所述端环设置在导体条的两端、与导体条一起形成笼形导体；永久磁铁位于导体条的内周侧、嵌设在转子铁心内。并且，导体条和端环通过铝压铸一体成形。

另一方面，作为现有的感应电动机的转子的制造方法，例如有特开2002-291211号公报(专利文献2)以及特开2003-289655号公报(专利文献3)所述的方法。

在上述专利文献2中，在层叠了硅钢板的转子铁心上，为了通过铝材料的导体条和铝制的端环构成笼形导体，通过摩擦搅拌接合导体条和端环。该制造方法与对导体条和端环进行铝压铸的制造方法相比，在导体条和端环上不产生铸巢(内部气泡)，因此可以使转子的平衡和电气性能良好。

在上述专利文献3中，为了在转子铁心(ロ一タ鉄心)上通过铜材料的导体条和铜材料的端环构成笼形导体，通过摩擦搅拌接合导体条和端环。该制造方法由于使用固有电阻值低的铜材料的导体条和端环，因此，可以降低二次电流的电阻，可以降低转子(ロ一タ)的损失。

但是，在专利文献1的自起动式同步电动机中，由于利用铝压铸一体成形导体条和端环，因此发现在进行该铝压铸时大于等于铝材料的熔点(660℃)的温度施加在永久磁铁上，永久磁铁发生劣化。

并且，在专利文献1的自起动式同步电动机中，由于导体条和端环是铝制的，因此，二次导体的电阻值取决于铝材料的电阻率和导体条的剖面积、长度，并且，以此确定嵌设在二次导体的内周侧的永久磁铁的位置、大小，很难进一步提高功率。在设计上，由于将永久磁铁设置在转子的外周侧，因此可以增加永久磁铁的表面积，可以提高功率。并且，如果要使用比铝的电阻率小的铜材料通过铜压铸制造二次导体，则铜材料的熔点为非常高的1083℃，具有更进一步促使永久磁铁劣化的问题。

另一方面，专利文献2和专利文献3所公开的电动机不是自起动式同步电动机而是感应电动机，并且，对用于自起动式同步电动机的情况下产生的上述问题也没有启示。

本发明的目的在于获得防止用于转子的永久磁铁的劣化并效率高的自起动式同步电动机及其制造方法以及压缩机。

发明内容

用于实现上述目的的本发明的第一方案是一种自起动式同步电动机的制造方法，该自起动式同步电动机具有定子和转子，所述定子具有定子铁心以及卷绕在该定子铁心上的线圈，所述转子具有稍微小于定子内径的外径并设置在所述定子的内侧，所述转子具有转子铁心、多根导体条、端环和多个永久磁铁，所述导体条嵌设在所述转子铁心的整个外周部上；所述端环设置在所述导体条的两侧、与导体条一起形成笼形导体；所述永久磁铁位于所述导体条的内周侧、嵌设在所述转子铁心中，在将嵌设有所述永久磁铁和所述导体条的转子铁心夹持在所述端环之间的状态下，通过摩擦搅拌接合而使所述导体条和所述端环进行电以及机械地接合。

本发明的第一方案的更理想的具体结构例如下。

(1)事先将所述导体条和所述端环的一方一体化，使这些导体条穿过所述转子铁心、通过摩擦搅拌接合将其自由端部与所述端环进行电以及机械地接合。

(2)用铜或铜合金制造所述导体条和所述端环，同时，利用铜压铸或铜锻造将平衡块部一体成形在所述端环上。

(3)在将所述导体条嵌设在开口形成在所述转子铁心的外周面的燕尾槽状切槽、以及形成在所述端环的外周面上的燕尾槽状孔中的状态下，从所述端环的外周面侧对所述端环和所述导体条进行摩擦搅拌接合。

(4)利用铝压铸对所述多个导体条和所述端环的一方进行一体成形，通过摩擦搅拌接合将所述导体条的自由端部与铝制的另一方的所述端环进行电以及机械地接合。

(5)利用铜压铸对所述导体条、所述端环的一方以及所述平衡块进行一体成形，通过摩擦搅拌接合将所述导体条的自由端部与铜或铜合金制的另一方的所述端环进行电以及机械地接合。

并且，本发明的第二方案是一种自起动式同步电动机，该自起动式同步电动机具有定子和转子，所述定子具有定子铁心以及卷绕在该定子铁心上的线圈，所述转子具有稍微小于定子内径的外径并设置在所述定子的内侧，所述转子具有转子铁心、多根导体条、端环和多个永久磁铁，所述导体条被嵌设在所述转子铁心的整个外周部；所述端环被设置在所述导体条的两侧、与导体条一起形成笼形导体；所述永久磁铁位于所述导体条的内周侧、嵌设在所述转子铁心内，所述导体条和所述端环通过摩擦搅拌接合被电以及机械地接合。

本发明的第二方案的更理想的具体结构例如下。

(1)所述永久磁铁形成圆弧状，与所述多个设置成圆周状的导体条的内侧接近并设置成环形。

并且，本发明的第三方案是一种压缩机，由吸入、压缩并排出冷媒的压缩机构部和驱动该压缩机构部的电动机部构成，搭载有上述结构的任何一种所述的自起动式同步电动机。

附图说明

图1是表示搭载有本发明的第一实施方式的自起动式同步电动机的压缩机的纵剖视图。

图2是表示搭载在图1的压缩机上的自起动式同步电动机的转子的剖视图。

图3是图2的III-III线剖视图。

图4是表示图2的转子的制造方法的立体图。

图5A-图5C是表示本发明的第二实施方式的自起动式同步电动机的制造方法的立体工序图。

图6是表示本发明的第三实施方式的自起动式同步电动机的制造方法的立体工序图。

图7是表示本发明的第四实施方式的自起动式同步电动机的制造方法的立体工序图。

图8是表示本发明的第五实施方式的自起动式同步电动机的转子的剖视图。

图9是图8的IX-IX线剖视图。

具体实施方式

以下、根据附图就本发明的多种实施方式进行说明。各实施方式的图中的相同符号表示同一物或等效物。另外，根据需要适当地组合各实施方式的结构，可以形成更有效果的装置。

第一实施方式

利用图1～图4就本发明的第一实施方式的自起动式同步电动机及其制造方法以及压缩机进行说明。

首先，参照图1就本实施方式的压缩机10的整体进行说明。图1是表示搭载有本发明的第一实施方式的自起动式同步电动机的压缩机的纵剖视图。

密封容器7是将由固定涡轮1、旋转涡轮2以及支架3等构成的压缩机构部9，由定子21和转子22等构成的自起动式同步电动机8，以及向这些部件的滑动部供给的润滑油(无图示)收纳在内部的密封结构。压缩机构部9和自起动式同步电动机8被上下设置。密封容器7可承受由通过压缩机构部9的排出孔1c而排出的压缩流体(在本实施方式中，是作为空气调节器的冷冻循环而使用的冷媒气体)产生的高压。

构成压缩机10的固定涡轮1具有形成为圆板状的端板1a和螺旋状地立设在该端板1a上的盖板部(ラツプ部)1b。在端板1a的中央部形成有排出孔1c。并且，固定涡轮1被用螺栓等固定在支架3上。与固定涡轮1形成一体的支架3通过焊接方式等固定在密封容器7上。

旋转涡轮2具有圆板状的端板2a、螺旋状地立设在该端板2a上的盖板部2b以及设置在端板2a的背面中央的凸起部2c。并且，旋转涡轮2与固定涡轮1相对地组合配置，可旋转地设置在支架3内。

固定在自起动式同步电动机8的转子22上的驱动轴6通过轴承4可自由旋转地支撑在支架3上，形成为与固定涡轮1的轴线同轴。在该驱动轴6的前端设置有相对于驱动轴6的轴线偏心的曲轴6a。旋转涡轮2的凸起部2c通过旋转轴承可旋转地安装在该曲轴6a上。此时，旋转涡轮2形成为轴线相对于固定涡轮1的轴线只偏心规定距离的状态，通过驱动轴6的旋转，旋转涡轮2进行旋转运动。

通过旋转涡轮2的旋转运动，形成在两个盖板部1b、2b之间的多个月牙形的压缩室向中央部移动、容积连续缩小，在到达中央部后与排出孔1c连通，同时，进行相互连通。

吸入口7a构成被压缩的工作流体的吸入部，与最外周的压缩室连通。并且，排出孔1c构成被压缩的工作流体的排出部，穿设在固定涡轮1的端板1a的中心部上。排出口7b构成向密封容器7外排出被压缩的工作流体的排出部，从密封容器7内向外部突出。

若对自起动式同步电动机8通电、旋转驱动驱动轴6，则驱动轴6的曲轴6a进行偏心旋转，该曲轴6a的偏心旋转通过旋转轴承向旋转涡轮2传递。其结果，旋转涡轮2保持规定距离的旋转半径地以固定涡轮1的轴线为中心进行旋转运动。

通过该旋转涡轮2的旋转运动，在各盖板部1b、2b之间形成的压缩室随着向中央移动而连续地缩小，从吸入口7a吸入的工作流体被依次压缩，被压缩成规定压力的工作流体从排出孔1c向密封容器7内排出。被排出的工作流体穿过定子8a、转子8b的周围充满整个密封容器7内部。密封容器7内的工作流体通过排出口7b被向密封容器7外部的冷冻循环引导。从插座30向卷绕在定子21上的线圈供给电流。

以下参照图1至图4就自起动式同步电动机8的结构进行说明。图2是表示搭载在图1的压缩机10上的自起动式同步电动机8的转子22的剖视图，图3是图2的III-III线的剖视图，图4是表示图2的转子的制造方法的立体图。另外，图2至图4表示搭载有平衡块22e之前的转子22。

自起动式同步电动机8具有定子21和转子22，所述定子21具有定子铁心21a以及卷绕在该定子铁心21a上的线圈21b；转子22具有稍微小于定子内径的外径并被设置在定子21的内侧。在该自起动式同步电动机8中，在其起动时通过二次笼形导体作为感应电动机进行动作，在同步速度附近被引入同步速度、以同步速度进行运转。

转子22具有转子铁心22a、多根导体条22b、铝制的端环22c、多个永久磁铁22d(例如钕类磁铁)以及平衡块22e，所述导体条22b被嵌设在上述转子铁心22a的整个外周部；所述铝制的端环22c设置在上述导体条22b的两侧、与导体条22b一起形成笼形导体；所述永久磁铁22d位于上述导体条22b的内周侧、嵌设在转子铁心22a上；所述平衡块22e被安装在端环22c上。

转子铁心22a由层压铁心构成，在外周部的整个圆周上等间隔地形成多个用于嵌设导体条22b的圆形切槽22a1。该圆形切槽22a1在转子铁心22a的两面上开口。

导体条22b由外径与圆形切槽22a1的直径实际上相同的圆柱形的铝材料构成，制成与转子铁心22a和两侧的端环22c之和的尺寸大致相等的长度。该导体条22b贯通嵌设在转子铁心22a的圆形切槽22a1的内部，同时，贯通端环22c的圆形孔22c1地嵌设。

端环22c的外径形成为与转子铁心22a的外径相同，同时，在整个圆周上对应转子铁心22a的圆形切槽22a1地形成圆形孔22c1。由于端环22c的孔形成为与转子铁心22a的切槽相同的形状，因此，导体条22b可以使用简单的同一直径的材料，可以将长的棒材切断、简单经济地制造。另外，也可以使导体条22b两端部的前端变细，使端环22c的圆形孔22c1的直径小于转子铁心22a的圆形切槽22a1的直径，使组装性优先。

永久磁铁22d形成为圆弧形，与设置成圆周状的多个导体条22b的内侧接近地设置成环状。这样，可以使永久磁铁22d形成强的磁力，可以增大电动机能力。在本实施方式中，将圆弧状的四个永久磁铁22d设置成环状。并且，永久磁铁22d被嵌设在转子铁心22a的圆弧状切槽22a2中，两端面从转子铁心22a露出，但被端环22c覆盖。

平衡块22e是用于使施加在电动机上的不平衡变得平衡的部件，由铁材料制成。该平衡块22e形成与端环22c和转子铁心22a相同的外径，并安装在一方的端环22c的表面上。

以下，参照图1至图4就自起动式同步电动机8的制造方法进行说明。

首先，将导体条22b和永久磁铁22d嵌设在转子铁心22a的圆形切槽22a1以及圆弧状切槽22a2内。此时，永久磁铁22d的两端面构成与转子铁心22a的两端面相同的面，使导体条22b的两端部从转子铁心22a的两端面突出地进行嵌设。

然后，以将导体条22b两侧的突出部嵌入端环22c的孔内的方式、将端环22c叠加在转子铁心22a的两侧，形成将转子铁心22a夹持在端环22c之间的状态。此时，永久磁铁22d的两端面与端环22c抵接、形成被覆盖的状态，另一方面，导体条22b的两端面与端环22c的表面形成同一个面，从端环22c的孔露出。

另外，也可以仅将永久磁铁22d嵌入转子铁心22a的圆弧状切槽22a2，然后，在将端环22c重合在转子铁心22a上的状态下，将导体条22b嵌入端环22c的孔以及转子铁心22a的圆形切槽22a1中。

然后，如图4所示，利用接合工具23将导体条22b和端环22c摩擦搅拌接合、形成笼形导体。即，接合工具23是前端部由比铝材料更硬的金属材料(例如钼)形成的棒状的旋转工具，一面将高速旋转的接合工具23向导体条22b和端环22c的接合部按压，一面沿着导体条22b的圆周移动(换句话说，使导体条22b的中心附近相对于转子22的中心同心地移动)。利用接合工具23与导体条22b以及端环22c的摩擦所产生的热，使接合附近的温度上升到大于等于导体条22b以及端环22c的熔点660℃的温度，导体条22b和端环22c的接合部软化、进行塑性流动。通过卸下接合工具23、进行冷却，搅拌导体条22b和端环22c、进行接合。根据该制造方法，由于可以使接合部局部地温度上升，因此可以防止永久磁铁22d的劣化。

在对两侧的端环22c进行该摩擦搅拌接合后，如图1所示，将平衡块22e叠加安装在端环22c上。

第二实施方式

以下、利用图5A～5C就本发明的第二实施方式进行说明。图5A～5C是本发明的第二实施方式的自起动式同步电动机的制造方法的立体工序图。由于该第二实施方式在以下方面与第一实施方式不同，而其他方面与第一实施方式基本相同，因此省略重复的说明。

在该第二实施方式中，首先，如图5A所示，事先将导体条22b和端环22c的一方一体化。然后，如图5B所示，将该一体化后的结构中的导体条22b穿过转子铁心22a的圆形切槽22a1，使其自由端部从转子铁心22a的端面突出，将导体条22b的突出的部分嵌入端环22c的圆形切槽22c1中。然后，如图5C所示，利用接合工具23、通过与第一实施方式同样地摩擦搅拌接合该接合部，以此将导体条22b和端环22c进行电接合以及机械地接合。

根据该第二实施方式，由于事先将导体条22b和端环22c的一方一体化，因此，利用摩擦搅拌接合的加工只需一次即可，因此可以减少生产工时，提高生产效率。

另外，作为事先将导体条22b和端环22c的一方一体化的方法，可以不使永久磁铁22d劣化地通过铝压铸或铝锻造来进行。这种情况下，铝压铸在电动机上的使用实绩较多，在可靠性方面是理想的。

第三实施方式

以下，利用图6就本发明的第三实施方式进行说明。图6是表示本发明的第三实施方式的自起动式同步电动机的制造方法的立体工序图。由于该第三实施方式在以下方面与第一实施方式不同，而其他方面与第一实施方式基本相同，因此省略重复的说明。

在该第三实施方式中，利用铜或铜合金制造导体条22b和端环22c，同时，利用铜压铸或铜锻造将平衡块部22e与端环22c一体成形。并且，准备两种长度的导体条22b，使导体条22b的端面以同一面从端环22c上的具有平衡块部22e的部分和没有平衡块22e的部分的表面露出，且如图6所示，利用接合工具23接合端环22c和导体条22b。平衡块部22e的台阶差可通过控制接合工具23的高度来吸收。

根据该第三实施方式，由于二次笼形导体由比铝的电阻率低的铜材料形成，因此，可以减少二次笼形导体的损失、提高电动机效率。尤其是，在自起动式同步电动机8中，虽然其起动时通过二次笼形导体作为诱导电动机进行动作，在同步速度附近被引入同步速度、以同步速度进行运转，但是由于通过不改变二次笼形导体的直径、而将铝材料换成铜材料、以此减小二次电阻，因此具有同步速度附近的转矩变大、向同步速度的引入性提高的优点。并且，通过缩小铜材料的导体条22b的直径、使二次笼形导体的电阻值与铝相同，以此可以使插入永久磁铁22d的圆弧状切槽22a2靠近转子22的外周部，可以扩大永久磁铁22d的表面积，也可以提高电动机的功率。并且，通过将端环22c从铝材料变换为铜材料，可以缩短端环22c的轴方向的长度、可以使电动机小型化。

并且，自起动式同步电动机8，在通过旋转轴6与负荷连接运转时，有时负荷的旋转重心与电动机的旋转轴中心错开，破坏旋转平衡，产生电动机的振动或噪音等，不能发挥正常的性能。因此，需要设置平衡块22e，以使转子22的直径方向的总力矩为零。在第一实施方式中，由于使用比重轻的铝材料的端环22c，因此，如图1所示，需要分开制造端环22c和平衡块22e。

在该第三实施方式中，由于端环22c使用铜材料，因此端环22c和平衡块22e可以共用、一体成形。这样，由于可以由一个工序制造端环22c和平衡块22e，因此可以减少生产工时、提高生产效率。在此，由于铜材料的比重比铁材料大，因此与使用铝材料以及铁材料的平衡块22e的情况相比可形成小型化。

第四实施方式

以下利用图7就本发明的第四实施方式进行说明。图7是表示本发明的第四实施方式的自起动式同步电动机的制造方法的立体工序图。由于该第四实施方式在以下方面与第三实施方式不同，而其他方面与第三实施方式基本相同，因此省略重复的说明。

在该第四实施方式中，将导体条22b、端环22c的一方以及平衡块22e利用铜压铸一体成形，并通过摩擦搅拌接合将导体条22b的自由端部与铜或铜合金制的另一方的端环22c进行电以及机械地接合。

根据该第四实施方式，可同时具有第二实施方式和第三实施方式的效果，可以明显地提高生产效率。

第五实施方式

以下利用图8和图9就本发明的第五实施方式进行说明。图8是本发明的第五实施方式的自起动式同步电动机的转子的剖视图，图9是图8的IX-IX线的剖视图。由于该第五实施方式在以下方面与第一实施方式不同，而其他方面与第一实施方式基本相同，因此省略重复的说明。

在该第五实施方式中，将导体条22b嵌入开口形成在转子铁心22a的外周面的燕尾槽状切槽22a1以及形成在端环22c的外周面上的燕尾槽状孔22c1内，在该状态下从端环22c的外周面侧摩擦搅拌接合端环22c和导体条22b。

根据该第五实施方式，可以使导体条22b靠近外周部，随之可以使插入有永久磁铁22d的圆弧状切槽22a2靠近转子22的外周部，可以明显地扩大永久磁铁22d的表面积，也可以大幅度地提高电动机的功率。

根据本发明，可以防止用于转子的永久磁铁的劣化，同时，可以得到高功率的自起动式同步电动机及其制造方法以及压缩机。

Claims (9)

1.一种自起动式同步电动机的制造方法，该自起动式同步电动机具有定子和转子，所述定子具有定子铁心以及卷绕在该定子铁心上的线圈，所述转子具有稍微小于定子内径的外径并设置在所述定子的内侧，所述转子具有转子铁心、多根导体条、端环和多个永久磁铁，所述导体条嵌设在所述转子铁心的整个外周部上；所述端环设置在所述导体条的两侧、与导体条一起形成笼形导体；所述永久磁铁位于所述导体条的内周侧、嵌设在所述转子铁心中，其特征在于，

在将嵌设有所述永久磁铁和所述导体条的转子铁心夹持在所述端环之间的状态下，通过摩擦搅拌接合对所述导体条和所述端环进行电以及机械地接合。

2.如权利要求1所述的自起动式同步电动机的制造方法，其特征在于，事先将所述导体条和所述端环的一方一体化，使这些导体条穿过所述转子铁心、通过摩擦搅拌接合将其自由端部与所述端环进行电以及机械地接合。

3.如权利要求1所述的自起动式同步电动机的制造方法，其特征在于，用铜或铜合金制造所述导体条和所述端环，同时，利用铜压铸或铜锻造将平衡块部一体成形在所述端环上。

4.如权利要求1所述的自起动式同步电动机的制造方法，其特征在于，在将所述导体条嵌设在开口形成在所述转子铁心的外周面上的燕尾槽状切槽中、以及形成在所述端环的外周面上的燕尾槽状孔中的状态下，从所述端环的外周面侧对所述端环和所述导体条进行摩擦搅拌接合。

5.如权利要求2所述的自起动式同步电动机的制造方法，其特征在于，利用铝压铸对所述多个导体条和所述端环的一方进行一体成形，通过摩擦搅拌接合将所述导体条的自由端部与铝制的另一方的所述端环进行电以及机械地接合。

6.如权利要求3所述的自起动式同步电动机的制造方法，其特征在于，利用铜压铸对所述导体条、所述端环的一方以及所述平衡块进行一体成形，通过摩擦搅拌接合将所述导体条的自由端部与铜或铜合金制的另一方的所述端环进行电以及机械地接合。

7.一种自起动式同步电动机，该自起动式同步电动机具有定子和转子，所述定子具有定子铁心以及卷绕在该定子铁心上的线圈，所述转子具有稍微小于定子内径的外径并设置在所述定子的内侧，所述转子具有转子铁心、多根导体条、端环和多个永久磁铁，所述导体条被嵌设在所述转子铁心的整个外周部；所述端环被设置在所述导体条的两侧、与导体条一起形成笼形导体；所述永久磁铁位于所述导体条的内周侧、嵌设在所述转子铁心内，其特征在于，

所述导体条和所述端环通过摩擦搅拌接合被电以及机械地接合。

8.如权利要求7所述的自起动式同步电动机，其特征在于，所述永久磁铁形成圆弧状，与所述多个设置成圆周状的导体条的内侧接近并设置成环形。

9.一种压缩机，由吸入、压缩并排出冷媒的压缩机构部和驱动该压缩机构部的电动机部构成，所述电动机部具有定子和转子，所述定子具有定子铁心以及卷绕在该定子铁心上的线圈，所述转子具有稍微小于定子内径的外径并设置在所述定子的内侧，所述转子具有转子铁心、多根导体条、端环和多个永久磁铁，所述导体条被嵌设在所述转子铁心的整个外周部；所述端环被设置在所述导体条的两侧、与导体条一起形成笼形导体；所述永久磁铁位于所述导体条的内周侧、嵌设在所述转子铁心内，通过将旋转的接合工具按压在所述导体条和所述端环的接合部上，以此接合所述导体条和所述端环。

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