DE112016005724T5

DE112016005724T5 - Elektromotor mit eingebettetem permanentmagneten, verdichter und kälte- und klimaanlage

Info

Publication number: DE112016005724T5
Application number: DE112016005724.5T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nigo; Kazuchika Tsuchida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2018-09-13
Also published as: JP6169286B1; GB2562347A; KR20180040662A; JPWO2017119102A1; WO2017119102A1; GB201803448D0; US20180254676A1; CN108475948A

Abstract

Ein Elektromotor 1 mit eingebettetem Permanentmagneten umfasst einen ringförmigen Stator 3, einen ringförmigen Rotoreisenkern, der an einer Innenseite des Stators 3 angeordnet ist und eine Vielzahl von Magneteinsetzlöchern aufweist, die in einer Umfangsrichtung des Stators 3 ausgerichtet sind, wobei die Magneteinsetzlöcher jeweils eine Umfangslänge größer als die Länge in einer radialen Richtung des Stators 3 aufweisen, wobei die Magneteinsetzlöcher jeweils eine Form aufweisen, die zum Zentrum des Stators 3 hervorsteht, wobei die Magneteinsetzlöcher jeweils ein Paar von Aussparungsabschnitten an einer äußeren Seitenoberfläche in der radialen Richtung des Stators 3 aufweisen, wobei das Paar von Aussparungsabschnitten jeweils an einem Endabschnitt und an einem anderen Endabschnitt der äußeren Seitenoberfläche in der Umfangsrichtung des Stators 3 angeordnet ist, und eine Vielzahl von Permanentmagneten 19, die jeweils in die Magneteinsetzlöcher eingesetzt ist. Jeder der Aussparungsabschnitte weist eine Tiefe von 10% bis 40% der Dicke von jedem der Permanentmagneten 19 in der radialen Richtung des Stators 3 auf.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten, umfassend einen Stator und einen Rotor, der an einer Innenseite des Stators angeordnet ist, einen Verdichter und eine Kühl- und Klimaanlage.
Hintergrund
In einem Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten, der Magneteinsetzlöcher aufweist, die jeweils in einer Form ausgebildet sind, die radial nach innen hervorsteht, sind die Magneten und die Magneteinsetzlöcher so angeordnet, dass ihre Seitenendabschnittte in der Nähe der äußeren Umfangsoberfläche des Rotors (nachfolgend einfach als „Rotoraußenumfangsoberfläche“ bezeichnet) sind. Die Seitenendabschnitte der Magneten und der Magneteinsetzlöcher in der Nähe des Rotorumfangs weisen eine geringere magnetische Permeabilität auf als die magnetische Permeabilität in einem Abschnitt des Eisenkerns in der Magnetpolmitte, und der durch die Statorspule erzeugte magnetische Fluss kann daher in diesen Seitenendabschnitten nicht leicht gekoppelt werden. Dementsprechend neigt der während der Erregung des Stators erzeugte magnetische Fluss dazu, sich in Abschnitten des Rotoreisenkerns benachbart zu den Seitenendabschnitten der Magneteinsetzlöcher zu konzentrieren. Ein durch die Statorspule erzeugter höherer magnetischer Fluss kann zu höherer Entmagnetisierung in den Seitenendabschnitten des Permanentmagneten führen, der in der Nähe dieser Abschnitte des Rotoreisenkerns angeordnet ist. Ein durch eine Statorspule erzeugter höherer magnetischer Fluss kann zu einer höheren Entmagnetisierung in den Seitenendabschnitten der Permanentmagneten führen, die in der Nähe dieser Abschnitte des Rotoreisenkerns angeordnet sind.
In dem Motor gemäß Patentliteratur 1 sind die Magneten und die Magneteinsetzlöcher in jedem der Magnetpole so angeordnet, dass sie zur Innenumfangsoberfläche des Rotors bei Betrachtung in der axialen Richtung des Rotors hervorstehen. Die Kantenabschnitte der Magneten weisen jeweils eine Breite auf, die zum Ende abnimmt. Zudem weist jeder der Kantenabschnitte der Magneten einen Ausschnitt in einem Abschnitt auf, der näher zur Mittellinie des Magnetpols ist. Der Motor gemäß Patentliteratur 1 ist durch die Bildung eines solchen Ausschnitts ausgeführt, um die Abschnitte der Magneten zu reduzieren, die leicht entmagnetisiert werden. Das heißt, der Motor gemäß Patentliteratur 1 ist entwickelt, um Variationen in der Intensität des magnetischen Flusses zu reduzieren und somit die Reduzierung der Motorleistung zu verringern, indem die Magneten so konfiguriert sind, dass sie nicht leicht entmagnetisiert werden.
Liste zitierter Schriften
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 2013 - 212035
Zusammenfassung
Technisches Problem
Allerdings weist der in Patentliteratur 1 offenbarte Motor 1 die Ausschnitte in den Abschnitten der Magneten auf, die leicht entmagnetisiert werden. Daher umfasst der in Patentliteratur 1 offenbarte Motor Magnete, die eine reduzierte Größe aufweisen, wodurch sich eine Reduzierung der Menge des durch jeden Magneten erzeugten magnetischen Flusses ergibt. Dies stellt ein weiteres Problem dahingehend dar, dass ein kleindimensionierter hocheffizienter Motor schwierig herzustellen ist.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Vorgenannte entwickelt und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten bereitzustellen, der in der Lage ist, Reduzierung der Mengen des magnetischen Flusses der Permanentmagnete zu verhindern, und gleichzeitig noch immer hohe Effizienz zu erzielen.
Lösung des Problems
Zur Lösung des Problems und zur Erzielung der vorangehend erläuterten Aufgabe umfasst ein Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung: einen ringförmigen Stator; einen ringförmigen Rotoreisenkern, der an einer Innenseite des Stators angeordnet ist und eine Vielzahl von Magneteinsetzlöchern aufweist, die in einer Umfangsrichtung des Stators ausgerichtet sind, wobei eine Querschnittsform von jedem der Magneteinsetzlöcher eine Form ist, die zu einem Zentrum des Stators hervorsteht, wobei jedes der Magneteinsetzlöcher ein Paar von Aussparungsabschnitten an einer äußeren Seitenoberfläche in einer radialen Richtung des Stators aufweist, wobei die Aussparungsabschnitte von jedem der Magneteinsetzlöcher jeweils an einem Endabschnitt und an einem anderen Endabschnitt der äußeren Seitenoberfläche angeordnet sind, wobei der eine Endabschnitt und der andere Endabschnitt in der Umfangsrichtung des Stators ausgerichtet sind; und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die jeweils in die Magneteinsetzlöcher eingesetzt sind. Die Aussparungsabschnitte des Elektromotors mit eingebettetem Permanentmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung weisen jeweils eine Tiefe von 10% bis 40% von einer Dicke von jedem der Permanentmagneten in der radialen Richtung des Stators auf.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Ein Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung stellt einen Vorteil bereit, dass die Reduzierung der Mengen des magnetischen Flusses der Permanentmagneten vermieden wird, während hohe Effizienz noch immer erzielt wird.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht zum Darstellen eines Querschnitts orthogonal zur Rotationsmittellinie eines Elektromotors mit eingebettetem Permanentmagneten gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Ansicht zum Darstellen des in 1 dargestellten Rotors.
3 ist eine vergrößerte Ansicht zum Darstellen eines der Permanentmagneten und eines der Magneteinsetzlöcher, die in 2 dargestellt sind.
4 ist eine Ansicht zum Darstellen des in 3 dargestellten Magneteinsetzlochs, das keinen darin eingesetzten Permanentmagneten aufweist.
5 ist eine Ansicht zum Darstellen der Abmessungen von einigen Abschnitten des in 4 gezeigten Magneteinsetzlochs.
6 ist eine Ansicht zum Darstellen eines ersten Rotoreisenkerns, der in den Magneteinsetzlöchern keine Aussparungsabschnitte aufweist.
7 ist eine Ansicht zum Darstellen eines Vorteils des Elektromotors mit eingebettetem Permanentmagneten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Ansicht zum Darstellen eines weiteren Vorteils des Elektromotors mit eingebettetem Permanentmagneten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Ansicht zum Darstellen eines zweiten Rotoreisenkerns, der in einer nicht geeigneten Weise ausgebildete Aussparungsabschnitte in den Magneteinsetzlöchern aufweist.
10 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen der induzierten Spannung vor dem Leiten des Entmagnetisierungsstroms und dem D/T-Verhältnis.
11 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen der induzieren Spannung nach dem Leiten des Entmagnetisierungsstroms und dem D/T-Verhältnis.
12 ist eine Ansicht zum Darstellen einer Variante des in 1 gezeigten Rotors.
13 ist eine Längsschnittansicht eines Verdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Kälte- und Klimaanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten, ein Verdichter und eine Kälte- und Klimaanlage gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail auf der Grundlage der Zeichnungen erläutert. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen nicht dazu bestimmt sind, den Umfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Ansicht zum Darstellen eines Querschnitts orthogonal zur Rotationsmittellinie eines Elektromotors mit eingebettetem Permanentmagneten gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine vergrößerte Ansicht zum Darstellen des in 1 gezeigten Rotors. 3 ist eine vergrößerte Ansicht zum Darstellen eines der Permanentmagneten und eines der Magneteinsetzlöcher, die in 2 gezeigt sind. 4 ist eine Ansicht zum Darstellen des in 3 dargestellten Magneteinsetzlochs, das keine darin eingesetzten Permanentmagneten aufweist.
Der Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten 1 umfasst einen Stator 3 und einen Rotor 5, der drehbar innerhalb des Stators 3 angeordnet ist.
Der Stator 3 umfasst einen ringförmigen Statoreisenkern 17 und eine Vielzahl von Zahnabschnitten 7, die umlaufend gleichmäßig beabstandet innerhalb des Statoreisenkerns 17 angeordnet sind.
Die Zahnabschnitte 7 stehen jeweils vom Statoreisenkern 17 zur Rotationsmittellinie CL hervor und sind daher radial ausgebildet. Der Stator 3 weist einen Schlitzabschnitt 9 auf, der in einem Raum zwischen jedem Paar von benachbarten Zahnabschnitten 7 ausgebildet ist.
Jeder der Zahnabschnitte 7 ist benachbart zu einem anderen der Zahnabschnitte 7 mit einem entsprechenden dazwischenliegenden Schlitzabschnitt 9 angeordnet. Die Zahnabschnitte 7 und die Schlitzabschnitte 9 sind umlaufend abwechselnd und gleichmäßig beabstandet angeordnet.
Eine hierfür bekannte Statorwicklung (nicht dargestellt) ist um jeden der Zahnabschnitte 7 in einer bekannten Weise gewickelt.
Der Rotor 5 umfasst einen Rotoreisenkern 11 und eine Welle 13.
Die Welle 13 ist an einem Mittelachsenabschnitt des Rotoreisenkerns 11 durch Schrumpfpassung, Kühlpassung oder Presspassung fixiert, um Rotationsenergie an den Rotoreisenkern 11 zu übertragen.
Ein Freiraum 15 ist zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Rotoreisenkerns 11 und der inneren Umfangsoberfläche des Stators 3 bereitgestellt.
In dieser Konfiguration ist der Rotor 5 drehbar um die Rotationsmittellinie CL innerhalb des Stators 3 mit dem dazwischenliegenden Freiraum 15 gehalten. Das Leiten eines Stroms, der eine Frequenz in Synchronisation mit der spezifizierten Rotationsgeschwindigkeit aufweist, zum Stator 3, bewirkt die Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds. Dieses rotierende Magnetfeld bewirkt, dass der Rotor 5 rotiert. Der Zwischenraum 15 zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 5 weist eine Abmessung zwischen 0,3 mm bis 1,0 mm auf.
Die Konfiguration des Stators 3 und des Rotors 5 wird als nächstes im Detail erläutert.
Der Statoreisenkern 17 wird durch Ausstanzen elektromagnetischer Stahlbleche hergestellt, die jeweils eine Dicke von etwa 0,1 mm bis 0,7 mm aufweisen und eine vorherbestimmte Form aufweisen, und durch Verpressen miteinander fixiert werden, um eine vorherbestimmte Anzahl von elektromagnetischen Stahlblechen zu stapeln. Hierbei werden elektromagnetische Stahlbleche eingesetzt, die jeweils eine Blechdicke von 0,35 mm aufweisen.
Ein Hauptteil von jedem der Zahnabschnitte 7 weist im Allgemeinen eine konstante Umfangsbreite vom radial äußeren Endabschnitt zum radial inneren Endabschnitt auf, während ein Zahnspitzenabschnitt 71 in einem Kanten-(d.h. radial am meisten nach innen liegenden)-abschnitt von jedem der Zahnabschnitte 7 ausgebildet ist.
Die Zahnspitzenabschnitte 7a weisen jeweils eine schirmartige Form auf, in welcher sich ihre beiden Seitenabschnitte in Umfangsrichtung erstrecken.
Eine Statorwicklung ist auf jeden der Zahnabschnitte 7 aufgewickelt, um eine Spule zu bilden, so dass ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird. In 1 bis 4 ist die Darstellung der Spulen und der Statorwicklungen weggelassen.
Die Spule ist durch Wickeln eines Magnetdrahts direkt auf jeden der Zahnabschnitte 7 gebildet, die einen dazwischen angeordneten elektrischen Isolator aufweisen. Diese Wickeltechnik wird als konzentriertes Wickeln bezeichnet. Die Spulen sind in einer Dreiphasen-Y-Konfiguration verbunden. Die Anzahl von Windungen und der Drahtdurchmesser von jeder Spule werden in Abhängigkeit von erforderlichen Eigenschaften, Spannungsspezifikation und der Querschnittsfläche von jedem Schlitz bestimmt. Die erforderlichen Eigenschaften sind die Rotationsgeschwindigkeit und das Drehmoment.
Hierbei sind geteilte Zähne in einer Bandform zum leichten Aufwickeln verlängert, und ein Magnetdraht, der einen Drahtdurchmesser ø von etwa 1,0 mm aufweist, wird dann auf den Zahnabschnitt 7 jedes Magnetpols aufgewickelt, um eine Spule zu bilden, die etwa 80 Windungen aufweist. Nach dem Aufwickeln werden die geteilten Zähne in eine Ringform gerundet und die einander zugewandten Enden werden miteinander verschweißt, um den Stator 3 zu bilden.
Die drehbar gehaltene Welle 13 ist im Wesentlichen in der Mitte des Stators 3 angeordnet. Der Rotoreisenkern 11 ist um die Welle 13 herum angebracht.
In ähnlicher Weise wie der Statoreisenkern 17 wird der Rotoreisenkern 11 durch Ausstanzen elektromagnetischer Stahlbleche erzeugt, die jeweils eine Dicke von etwa 0,1 mm bis 0,7 mm aufweisen und die eine vorherbestimmte Form aufweisen und durch Verpressen aneinander befestigt sind, um eine vorherbestimmte Anzahl von elektromagnetischen Stahlplatten zu stapeln. Hierbei werden elektromagnetische Stahlbleche eingesetzt, die jeweils eine Blechdicke von 0,35 mm aufweisen.
Der Rotor 5 ist vom eingebetteten Magnettyp. Eine Vielzahl von Permanentmagneten 19 sind im Rotoreisenkern 11 angeordnet und werden magnetisiert, so dass ein Nord(N)-Pol und ein Süd(S)-Pol abwechselnd vorhanden sind. In der ersten Ausführungsform beträgt die Anzahl der Permanentmagneten 10 sechs.
Die Permanentmagneten 19 weisen jeweils eine gekrümmte Bogenform in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsmittellinie CL des Rotors 5 auf. Die Permanentmagneten 19 sind jeweils so angeordnet, dass die Bogenform des Permanentmagneten 19 zur Mitte des Rotors 5 hervorsteht. Die Permanentmagneten 19 sind jeweils symmetrisch um die Magnetpolmittellinie MC des entsprechenden Magnetpols gekrümmt.
Eine detailliertere Beschreibung wird nachfolgend bereitgestellt. Im Rotoreisenkern 11 sind so viele Magneteinsetzlöcher 21 wie eine Anzahl entsprechend den Permanentmagneten 19 ausgebildet. Die Magneteinsetzlöcher 21 weisen jeweils einen entsprechenden darin eingesetzten Permanentmagneten 19 auf. Jeweils ein Permanentmagnet 19 ist in jeweils ein Magneteinsetzloch 21 eingesetzt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die erste Ausführungsform beispielhaft einen sechspoligen Rotor einsetzt, allerdings die Anzahl von Magnetpolen des Rotors 5 irgendeine Anzahl sein kann, vorausgesetzt, dass sie zwei oder mehr beträgt. Hierbei wird ein Ferritmagnet als jeder der Permanentmagneten 19 eingesetzt (nachfolgend kann der Einfachheit halber auch die Singularform „der Permanentmagnet 19“ verwendet werden). Der Permanentmagnet 19 ist so ausgebildet, dass die innere Umfangsoberfläche und die äußere Umfangsoberfläche des Ferritmagneten bestimmte konzentrische Bögen sind, und der Permanentmagnet 19 eine Dicke T von gleichmäßigen etwa 6 mm aufweist.
Die Dicke T des Permanentmagneten 19 ist als die maximale Magnetdicke der Dicke von der Lochaußenseitenoberfläche 55 (d.h. radial äußere Seitenoberfläche) eines Magneteinsetzlochs 21 zu einer Lochinnenseitenoberfläche 53 (d.h. radial innere Seitenoberfläche) des Magneteinsetzlochs 21 definiert.
Wie in 3 gezeigt, ist der Permanentmagnet 19 ein Magnet, der ein Magnetfeld MD aufweist, das radial um die Mitte der konzentrischen Bögen orientiert ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der Magnet ein Seltenerdmagnet sein kann, der hauptsächlich zum Beispiel Neodym, Eisen und Bor enthält.
Jedes der Magneteinsetzlöcher 21 (nachfolgend kann der Einfachheit halber auch die Singularform „das Magneteinsetzloch 21“ verwendet werden) weist eine Querschnittsform identisch zur Form des Permanentmagneten 19 auf. Das heißt, das Magneteinsetzloch 21 weist eine Umfangslänge größer als die radiale Länge des Magneteinsetzlochs 21 auf. Das Magneteinsetzloch 21 weist eine Querschnittsform auf, die zum Zentrum des Stators 3 hervorsteht.
Eine Vertiefung33 ist an der Magnetpolmittellinie MC bereitgestellt, um den Stapel in einem Abschnitt des Eisenkerns radial nach außen vom Magneteinsetzloch 21 des Rotors 5 zu sichern und verringert somit Verformung während der Herstellung.
Der Rotoreisenkern 11 weist eine Vielzahl von Luftlöchern 35 und eine Vielzahl von Nietlöchern 37 auf, die abwechselnd und gleichmäßig beabstandet in Umfangsrichtung an Positionen radial nach innen von den Magneteinsetzlöchern 21 angeordnet sind.
Ein Verpresselement 33 ist auch zwischen einem Nietloch 37 und einem Paar von Permanentmagneteinsetzlöchern 21 bereitgestellt.
Der Permanentmagnet 19 und das Magneteinsetzloch 21 werden nachfolgend im Detail erläutert.
Der Permanentmagnet 19 und das Magneteinsetzloch 21 sind jeweils in einer symmetrischen Form um die Magnetpolmittellinie MC bei Betrachtung in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsmittellinie CL des Rotors 5 ausgebildet.
Der Permanentmagnet 19 weist eine innere Seitenoberfläche 43, eine äußere Seitenoberfläche 45 und ein Paar von Kantenseitenoberflächen 47 bei Betrachtung in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsmittellinie CL des Rotors 5 auf. Es wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „innere“ beziehungsweise „äußere“ in den Bezeichnungen „innere Seitenoberfläche 43“ und „äußere Seitenoberfläche 45“ verwendet werden, um die relativen radial inneren und äußeren Positionen betrachtet in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsmittellinie CL anzugeben.
Das Magneteinsetzloch 21 weist in seiner Umgrenzungsgeometrie die Lochinnenseitenoberfläche 53, eine Lochaußenseitenoberfläche 55 und ein Paar von Lochkantenseitenoberflächen 57 bei Betrachtung in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsmittellinie CL des Rotors 5 auf. Es wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „innere“ beziehungsweise „äußere“ in den Bezeichnungen „Lochinnenseitenoberfläche 53“ und „Lochaußenseitenoberfläche 55“ auch verwendet werden, um die relative radiale innere und äußere Position bei Betrachtung in einer Ebene senkrecht zur Rotationsmittellinie CL anzugeben.
Die äußere Seitenoberfläche 45 des Permanentmagneten 19 ist überwiegend aus einer ersten Bogenoberfläche gebildet, die durch einen ersten Bogenradius definiert ist.
In ähnlicher Weise ist die Lochaußenseitenoberfläche 55 des Magneteinsetzlochs 21 überwiegend aus einer ersten Bogenoberfläche 55a gebildet, die durch den ersten Bogenradius definiert ist. Der Abschnitt zwischen der Rotoraußenumfangsoberfläche 5a und der ersten Bogenoberfläche 55a des Rotoreisenkerns 11 ist als ein Eisenkernaußenabschnitt 39 definiert.
Zugleich ist die innere Seitenoberfläche 43 des Permanentmagneten 19 aus einer zweiten Bogenoberfläche 43a, die durch einen zweiten Bogenradius größer als der erste Bogenradius definiert ist, und aus einer flachen Oberfläche 49 gebildet.
In ähnlicher Weise ist die Lochinnenseitenoberfläche 53 des Magneteinsetzlochs 21 aus einer zweiten Bogenoberfläche 53a, die durch den zweiten Bogenradius definiert ist, und eine flache Oberfläche 59 definiert.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Magneteinsetzloch 21 und der Permanentmagnet 19 eine Beziehung aufweisen, dass der Permanentmagnet 19 in das Magneteinsetzloch 21 eingesetzt ist. Daher sind der erste Bogenradius und der zweite Bogenradius in Verbindung mit dem Magneteinsetzloch 21, und der erste Bogenradius und der zweite Bogenradius in Verbindung mit dem Permanentmagneten 19 strenggenommen nicht jeweils gleich sind. Jedoch werden unter Berücksichtigung der Beziehung, dass der Permanentmagnet 19 in das Magneteinsetzloch 21 eingesetzt ist, die gleichen Begriffe zur Vereinfachung der Darstellung für jene des Permanentmagneten und für jene des Magneteinsetzlochs 21 verwendet.
Der erste Bogenradius und der zweite Bogenradius teilen eine gemeinsame Radiusmitte. Die geteilte gemeinsame Radiusmitte befindet sich radial außen von dem entsprechenden Permanentmagneten 10 und von dem entsprechenden Magneteinsetzloch 21 und befindet sich auf der entsprechenden Magnetpolmittellinie MC.
Mit anderen Worten sind die innere Seitenoberfläche 43 und die äußere Seitenoberfläche 45 konzentrisch zueinander, und das Zentrum der ersten Bogenoberfläche und das Zentrum der zweiten Bogenoberfläche fallen mit dem Zentrum der Magnetfeldorientierung, d.h. dem Brennpunkt der Magnetfeldorientierung, des Permanentmagneten 19 zusammen. In ähnlicher Weise sind die Lochinnenseitenoberfläche 53 und die Lochaußenseitenoberfläche 55 konzentrisch zueinander, und das Zentrum der ersten Bogenoberfläche und das Zentrum der zweiten Bogenoberfläche fallen mit dem Brennpunkt der Magnetfeldausrichtung des Permanentmagneten 19 zusammen. In 3 zeigen die Pfeile des Bezugszeichens MD schematisch die Orientierungsrichtungen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Bogenformen des Magneteinsetzlochs 21 und des Permanentmagneten 19 lediglich Beispiele der Formen des Magneteinsetzlochs 21 und des Permanentmagneten 19 sind. Der Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten 1 der ersten Ausführungsform ist nicht auf die Verwendung eines Rotors, umfassend die Magneteinsetzlöcher 21 und die Permanentmagneten 19, die im Allgemeinen Bogenformen aufweisen, beschränkt, sondern können im Wesentlichen einen Rotor umfassen, der Magneteinsetzlöcher 21 und Permanentmagneten umfasst, die Formen aufweisen, die zum Rotor hervorstehen.
Die flache Oberfläche 49 und die flache Oberfläche 59 erstrecken sich jeweils entlang einer Richtung orthogonal zur Magnetpolmittellinie MC bei Betrachtung in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsmittellinie CL des Rotors 5.
Jedes Paar der Kantenseitenoberflächen 47 verbindet die einander zugewandten Kantenabschnitte der inneren Seitenoberfläche 43 und der äußeren Seitenoberfläche 45 miteinander. Jedes Paar der Lochkantenseitenoberflächen 57 verbindet die einander zugewandten Kantenabschnitte der Lochinnenseitenoberfläche 53 und der Lochaußenseitenoberfläche 55 miteinander.
Die Lochaußenseitenoberfläche 55 des Magneteinsetzlochs 21 umfasst die ersten Bogenoberfläche 55a, die den meisten Teil der Lochaußenseitenoberfläche 55 bildet, und ein Paar von Aussparungsabschnitten 61.
Ein Aussparungsabschnitt 61 des Paars von Aussparungsabschnitten 61 befindet sich an einer Endseite der ersten Bogenoberfläche 55a der Lochaußenseitenoberfläche 55, während sich der andere Aussparungsabschnitt 61 des Paars von Aussparungsabschnitten 61 an einer anderen Endseite der ersten Bogenoberfläche 55a der Lochaußenseitenoberfläche 55 befindet. In dem dargestellten Beispiel befindet sich jedes Paar der Aussparungsabschnitte 61 zwischen dem benachbarten der Lochkantenseitenoberflächen 57 und der Lochaußenseitenoberfläche 55.
Jedes Paar von Aussparungsabschnitten 61 erstreckt sich zu einem in Umfangsrichtung zentralen Abschnitt des Eisenkernaußenabschnitts 39, d.h. zur Magnetpolmittellinie MC. Ein Bodenabschnitt 61b jedes Paars von Aussparungsabschnitten 61 ist in einer Bogenform ausgebildet.
5 ist eine Ansicht zum Darstellen der Abmessungen einiger Abschnitte des in 4 dargestellten Magneteinsetzlochs. In einem Zustand, in welchem der Permanentmagnet 19 in das Magneteinsetzloch 21 eingesetzt ist, sind die Aussparungsabschnitte 61 des Magneteinsetzlochs 21 und die und die äußere Seitenoberfläche 45 des Permanentmagneten 19 weit voneinander beabstandet. Ein Spalt 61a, welcher ein nicht magnetischer Bereich ist, ist zwischen jedem der Aussparungsabschnitte 61 und der äußeren Seitenoberfläche 45 ausgebildet. Der Spalt 61a ist ein Raum, der durch die Innenumfangsoberfläche des entsprechenden Aussparungsabschnitts 61 und die äußere Seitenoberfläche 45 umschlossen ist.
Jeder der Aussparungsabschnitte 61 (nachfolgend kann der Einfachheit halber auch die Singularform „der Aussparungsabschnitt 61“ verwendet werden) weist eine Tiefe D geringer als die Dicke T des Permanentmagneten 19 auf. Zum Beispiel, wenn die Dicke T des Permanentmagneten 19 6 mm beträgt, beträgt die Tiefe D des Aussparungsabschnitts 611 mm. Das D/T-Verhältnis in dieser Konfiguration beträgt 16.7%.
Wenn die äußere Seitenoberfläche 45 des Permanentmagneten 19 dem Aussparungsabschnitt 61 zugewandt vorhanden ist, wenn der Permanentmagnet 19 in das Magneteinsetzloch 21 eingesetzt ist, repräsentiert die Tiefe D des Aussparungsabschnitts 61 den Abstand zwischen dem Bodenabschnitt 61b des Aussparungsabschnitts 61 und der äußeren Seitenoberfläche 45 des Permanentmagneten 19.
Es wird darauf hingewiesen, wenn der Kantenabschnitt des Permanentmagneten 19 einen ausgeschnittenen oder abgeschrägten Abschnitt aufweist, die Tiefe D des Aussparungsabschnitts 61 den Abstand zwischen dem Bodenabschnitt 61b des Aussparungsabschnitts 61 und der äußeren Seitenoberfläche des Permanentmagneten 19 in einem Bereich repräsentiert, der den ausgeschnittenen oder abgeschrägten Abschnitt ausschließt.
Zudem, wenn keine äußere Seitenoberfläche des Magneten, die dem Aussparungsabschnitt 61 zugewandt ist, aufgrund der Verwendung eines Permanentmagneten kürzer als der Permanentmagnet 19 des dargestellten Beispiels vorhanden ist, repräsentiert die Tiefe D des Aussparungsabschnitts 61 den Abstand von einer gedachten Oberfläche, der durch Verlängerung der äußeren Seitenoberfläche des Magneten zu dem Punkt, der dem Aussparungsabschnitt 61 zugewandt ist, gebildet ist, zum Bodenabschnitt 61b des Aussparungsabschnitts 61.
Es wird darauf hingewiesen, wenn der Kantenabschnitt des Permanentmagneten 19 einen ausgeschnittenen oder abgeschrägten Abschnitt aufweist, die Dicke T des Permanentmagneten 19 die Dicke in einem Bereich repräsentiert, der den ausgeschnittenen oder abgeschrägten Abschnitt ausschließt.
Die Lochkantenseitenoberfläche 57 des Magneteinsetzlochs 21 ist in einer Umgebung der Rotoraußenumfangsoberfläche 5a angeordnet. Ein dünner Seitenkantenabschnitt 11a, der eine konstante Dicke aufweist, ist zwischen der Lochkantenseitenoberfläche 57 des Magneteinsetzlochs 21 und der Rotoraußenumfangsoberfläche 5a vorhanden. Der dünne Seitenkantenabschnitt 11a dient als ein Pfad für Kurzschlussmagnetfluss zwischen benachbarten Magnetpolen und weist daher vorzugsweise eine Dicke auf, die so gering wie praktisch möglich ist. Hierbei ist auf der Grundlage einer Mindestbreite, die durch Pressbearbeitung erzielbar ist, diese Dicke auf etwa 0,35 mm festgelegt, welche vergleichbar mit der Blechdicke der elektromagnetischen Stahlbleche ist.
Als nächstes, unter Bezugnahme auf einen in 6 dargestellten ersten Rotoreisenkern und einen in 9 dargestellten zweiten Rotoreisenkern, werden Aktionen des Elektromotors 1 mit eingebettetem Permanentmagneten 1 gemäß der ersten Ausführungsform erläutert.
6 ist eine Ansicht zum Darstellen eines ersten Rotoreisenkerns, der in den Magneteinsetzlochern keine Aussparungsabschnitte aufweist. 6 entspricht 2. 7 ist eine Ansicht zum Darstellen eines Vorteils des Elektromotors mit eingebettetem Permanentmagneten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist eine Ansicht zum Darstellen eines weiteren Vorteils des Elektromotors mit eingebettetem Permanentmagneten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist eine Ansicht zum Darstellen eines zweiten Rotoreisenkerns, der in nicht geeigneter Weise ausgebildete Aussparungsabschnitte in den Magneteinsetzlöchern aufweist. 9 entspricht 2.
In dem ersten in 6 gezeigten Rotoreisenkern sind keine Aussparungsabschnitte in den Kantenabschnitten der Lochaußenseitenoberfläche von jedem der Magneteinsetzlöcher ausgebildet. In diesem Fall weist ein Rotor, der Permanentmagneteinsetzlöcher aufweist, die jeweils eine Form aufweisen, die zum Zentrum des Rotors hervorsteht, eine Konfiguration auf, in welcher insbesondere der Grenzbereich zwischen der Lochaußenseitenoberfläche und der Lochkantenseitenoberfläche in der Nähe des Magneten ist. Dementsprechend neigt ein von der Magnetoberfläche erzeugter magnetischer Fluss M1 dazu, zur Seitenoberfläche des Magneten kurgeschlossen zu werden. In dem Beispiel von 6 wird der magnetische Fluss M1, der von der radial äußeren Seitenoberfläche des Permanentmagneten erzeugt wird, zur Kantenseitenoberfläche des Permanentmagneten kurzgeschlossen.
Dahingegen sind die Aussparungsabschnitte 61 in der ersten Ausführungsform wie in 7 dargestellt ausgebildet. Diese Konfiguration stellt den Spalt 61a in jedem Grenzbereich zwischen der Lochaußenseitenoberfläche 55 und der Lochkantenseitenoberfläche 57 dar. Daher, wie in 7 gezeigt, ist ein von der Magnetoberfläche erzeugter magnetischer Fluss M2 zur Seitenoberfläche des Magneten schwer kurzzuschließen. Das heißt, der von der äußeren Seitenoberfläche 45 des Permanentmagneten 19 erzeugte magnetische Fluss M2 ist zur Kantenseitenoberfläche des Permanentmagneten 19 schwer kurzzuschließen. Daher kann diese Konfiguration die Menge des effektiven magnetischen Flusses, der den in 1 gezeigten Stator koppelt, erhöhen.
Jedoch führen andererseits übermäßig tiefe Aussparungsabschnitte, wie jene des in 9 gezeigten zweiten Rotoreisenkerns, zu einer schmalen Öffnungsbreite W, die es einem magnetischen Fluss M3 ermöglicht, aus dem Rotor herauszufließen, wodurch die Menge des den Stator koppelnden magnetischen Flusses reduziert wird. Die Öffnungsbreite W ist äquivalent zum Abstand zwischen dem Bodenabschnitt 61b und einem Aussparungsabschnitt 61 eines Paars von Aussparungsabschnitten 61 und dem Bodenabschnitt 61b des anderen Aussparungsabschnitts 61 dieses Paars von Aussparungsabschnitten 61. Das heißt, der zweite Rotoreisenkern leidet an dem Problem, dass die Aussparungsabschnitte 61 den magnetischen Fluss M3 daran hindern, vom Rotor zum Stator zu fließen, wodurch Reduzierung der induzierten Spannung verursacht wird. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 10 erläutert.
10 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen der induzierten Spannung vor dem Leiten des Entmagnetisierungsstroms und des D/T-Verhältnisses. 10 zeigt ein Diagramm einer induzierten Spannungseigenschaft gegenüber einer Änderung im D/T-Verhältnis vor dem Leiten eines Entmagnetisierungsphasenstroms zum Rotor. Die horizontale Achse repräsentiert das D/T-Verhältnis und die vertikale Achse repräsentiert die induzierte Spannung vor dem Leiten eines Entmagnetisierungsstroms. Die induzierte Spannung in 10 ist ein Wert relativ zur induzierten Spannung beim D/T-Verhältnis von 0%, welches als 100% definiert ist, und bedeutet, dass keine Aussparungsabschnitte gebildet sind.
Eine induzierte Spannung ist eine Spannung, die durch einen magnetischen Fluss erzeugt wird, der vom Rotor zum Stator gekoppelt ist, wenn der Rotor rotiert. Die Menge des effektiven magnetischen Flusses, der mit dem Stator gekoppelt ist, kann durch den Wert der induzierten Spannung ausgewertet werden.
Wie in 10 dargestellt, behindert ein tiefer Aussparungsabschnitt, der zum Beispiel ein D/T-Verhältnis von 40% oder höher aufweist, das Fließen des magnetischen Flusses vom Rotor zum Stator, wodurch induzierte Spannung erheblich reduziert wird.
Dahingegen kann die Verwendung eines D/T-Verhältnisses von 10% bis 40% in der ersten Ausführungsform den magnetischen Fluss, der aus einem Kantenabschnitt des Permanentmagneten 19 austritt, reduzieren oder beseitigen, und somit die induzierte Spannung im Vergleich dazu, wenn keine Aussparungsabschnitte ausgebildet sind, d. h. wenn das D/T-Verhältnis 0% ist, erhöhen.
Zudem, zurückkehrend zu 6, wenn keine Aussparungsabschnitte wie in dem Fall des ersten Rotoreisenkerns ausgebildet sind, weist ein Rotor, der Magneteinsetzlöcher aufweist, die jeweils eine Form aufweisen, die zu einem Zentrum des Rotors hervorsteht, eine geringere magnetische Permeabilität in jedem Kantenabschnitt der Magneten und der Magneteinsetzlöcher, die in der Nähe des Roturumfangs sind, auf als in einem Abschnitt des Eisenkerns in der Magnetpolmitte. Ein Kantenabschnitt in der Nähe des Rotorumfangs bezieht sich auf einen Abschnitt, wie zum Beispiel die Kantenseitenoberfläche 47 oder die Lochkantenseitenoberfläche 57 der ersten Ausführungsform.
Daher ist der durch die Statorspule erzeugte magnetische Fluss M4 dort schwer zu koppeln. Daher neigt der magnetische Fluss während der Erregung des Stators dazu, sich in Abschnitten des Eisenkerns zwischen den Kantenabschnitten der Magneteinsetzlöcher in der Nähe des Rotorumfangs, und dem Rotorumfang zu konzentrieren. Eine Erhöhung des durch die Statorspule erzeugten magnetischen Flusses M4 bewirkt, dass die Kantenabschnitte der Permanentmagneten in solchen Abschnitten des Eisenkerns leicht entmagnetisiert werden. Ein Kantenabschnitt eines Permanentmagneten bezieht sich auf einen Abschnitt, wie zum Beispiel die Kantenseitenoberfläche 47 der ersten Ausführungsform.
Dahingegen sind die Aussparungsabschnitte 61 in der ersten Ausführungsform wie in 8 gezeigt ausgebildet. Diese Konfiguration stellt den Spalt 61a in jedem Grenzbereich zwischen der Lochaußenseitenoberfläche 55 und der Lochkantenseitenoberfläche 57 bereit. Daher, wie in 8 gezeigt, kann der Rotor so konfiguriert sein, dass ein durch die Statorspule erzeugter magnetischer Fluss M5 nicht leicht mit dem Kantenabschnitt des Permanentmagneten 19 gekoppelt wird, welcher daher nicht leicht entmagnetisiert wird. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 11 erläutert.
11 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen der induzierten Spannung nach dem Leiten des Entmagnetisierungsstroms und das D/T-Verhältnis. 11 zeigt einen Graphen einer induzierten Spannungscharakteristik gegenüber einer Änderung im D/T-Verhältnis nach dem Leiten eines Entmagnetisierungsphasenstroms zum Rotor. Die horizontale Achse repräsentiert das D/T-Verhältnis und die vertikale Achse repräsentiert die induzierte Spannung nach dem Leiten eines Entmagnetisierungsstroms. Die induzierte Spannung in 11 ist ein Wert relativ zur induzierten Spannung bei dem D/T-Verhältnis von 0%, welches als 100% definiert ist, was bedeutet, dass keine Aussparungsabschnitte ausgebildet sind.
Wie aus 11 zu erkennen ist, wenn die Aussparungsabschnitte ausgebildet sind, verringert sich der Grad der Entmagnetisierung und die induzierte Spannung erhöht sich im Vergleich dazu, wenn keine Aussparungsabschnitte ausgebildet sind, das heißt, wenn das D/T-Verhältnis 0% ist.
Zugleich verhindert ein tiefer Aussparungsabschnitt, der zum Beispiel ein D/T-Verhältnis von 40% oder höher aufweist, das Fließen des magnetischen Flusses vom Rotor zum Stator ähnlich dem Fall gemäß 10, und reduziert somit die induzierte Spannung.
Dementsprechend ist das D/T-Verhältnis vorzugsweise in einem Bereich von 10% bis 40%. Das heißt, in der ersten Ausführungsform kann ein D/T-Verhältnis von 10% bis 40% die induzierte Spannung erhöhen und somit die Effizienz und Zuverlässigkeit erhöhen, sowohl vor als auch nach dem Leiten eines Entmagnetisierungsstroms im Vergleich dazu, wenn keine Aussparungsabschnitte ausgebildet sind.
Durch Erhöhen der induzierten Spannung wie vorangehend erläutert, kann der zum Erzeugen des gleichen Drehmoments erforderliche Motorstrom reduziert werden, und dadurch der Kupferverlust in den Spulen des Motors und der Leistungsverlust im Inverter reduziert werden. Daher können ein Motor und ein Verdichter mit hoher Effizienz bereitgestellt werden.
Außerdem ermöglicht eine Erhöhung der induzierten Spannung für einen Motor, so ausgeführt zu sein, dass eine Leistung ähnlich der eines herkömmlichen Motors bereitgestellt wird, selbst wenn das Volumen der im Motor eingesetzten Magneten und das Volumen des Motors reduziert sind. Daher kann ein kleindimensionierter Motor bereitgestellt werden.
Zudem kann eine Verbesserung der Entmagnetisierungscharakteristik für den Motor ermöglichen, nicht entmagnetisiert zu werden, selbst auf Leiten eines Stroms höher als ein herkömmlicher Strom zum Motor. Dadurch kann die Zuverlässigkeit eines Verdichters, wie einem nachfolgend erläutertem, verbessert werden und auch der Betriebsbereich erweitert werden. Insbesondere ist eine solche Konfiguration für einen Ferritmagneten, der eine geringe magnetische Koerzitivkraft aufweist, und für einen Seltenerdmagneten zur Verwendung in einer Hochtemperaturumgebung vorteilhaft. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Seltenerdmagnet eine Charakteristik aufweist, derart, dass die magnetische Koerzitivkraft in einer Hochtemperaturumgebung abnimmt.
Obwohl die erste Ausführungsform hinsichtlich eines Beispiels zur Verwendung der Magneteinsetzlöcher 21 und der Permanentmagneten 19 erläutert wurde, die jeweils eine Bogenform aufweisen, können auch Magneteinsetzlöcher und Permanentmagneten eingesetzt werden, die jeweils eine lineare Form aufweisen. 12 ist eine Ansicht zum Darstellen einer Variante des in 1 gezeigten Rotors. Der in 12 dargestellte Rotor 5-11 umfasst die Magneteinsetzlöcher 21 und die Permanentmagneten 19, die jeweils eine lineare Form aufweisen.
Zwei der Permanentmagneten 19 sind in jedes der Magneteinsetzlöcher 21 eingesetzt, die jeweils eine V-Form aufweisen. Zwei der Permanentmagneten 19 bilden ein Magnetpol.
Insbesondere sind die Magneteinsetzlöcher 21 jeweils in einer V-Form ausgebildet, die sich in einer Richtung von der Rotationsmittellinie CL zur Rotoraußenumfangsoberfläche 5a öffnet. Das heißt, die Magneteinsetzlöcher 21 weisen jeweils eine Form auf, wie zum Zentrum des Rotors 5-1 hervorsteht. Die Magneteinsetzlöcher 21 sind konzyklisch angeordnet.
Die Permanentmagneten 19, die jeweils eine Plattenform aufweisen, sind in die Magneteinsetzlöcher 21 eingesetzt. Ein Paar von Permanentmagneten 19 ist in jedes der Magneteinsetzlöcher 21 eingesetzt und ein Paar der Permanentmagneten 19 bildet einen Magnetpol.
Ein Paar von Aussparungsabschnitten 61 ist an der Lochaußenseitenoberfläche des Magneteinsetzlochs 21 ausgebildet. Ein Aussparungsabschnitt 61 des Paars von Aussparungsabschnitten 61 befindet sich an einer Endseite der Lochaußenseitenoberfläche, während sich der andere Aussparungsabschnitt 61 des Paars von Aussparungsabschnitten 61 an einer anderen Endseite der Lochaußenseitenoberfläche befindet.
Jedes Paar der Aussparungsabschnitte 61 erstreckt sich zur Magnetpolmittellinie MC. Die Bodenabschnitte 61b des Paars von Aussparungsabschnitten 61 sind jeweils in einer Bogenform ausgebildet. Der Spalt 61a, welcher ein nicht magnetischer Bereich ist, ist zwischen jedem der Aussparungsabschnitte 61 und der äußeren Seitenoberfläche des Permanentmagneten 19 ausgebildet. Der Spalt 61a ist ein Raum, der durch die Innenumfangsoberfläche des entsprechenden Aussparungsabschnitts 61 und die äußere Seitenoberfläche der Permanentmagneten 19 umschlossen ist.
Wie vorangehend erläutert, umfasst der Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten 1 gemäß der ersten Ausführungsform einen ringförmigen Stator und einen ringförmigen Rotoreisenkern, der an einer Innenseite des Stators angeordnet ist. Der Rotoreisenkern weist eine Vielzahl von Magneteinsetzlöchern auf, die in einer Umfangsrichtung des Stators ausgerichtet sind. Eine Querschnittsform von jedem der Magneteinsetzlöcher ist eine Form, die zu einem Zentrum des Stators hervorsteht. Jedes der Magneteinsetzlöcher weist ein Paar von Aussparungsabschnitten an einer äußeren Seitenoberfläche in einer radialen Richtung des Stators auf. Die Aussparungsabschnitte von jedem der Magneteinsetzlöcher sind jeweils an einem Endabschnitt und einem anderen Endabschnitt der äußeren Seitenoberfläche angeordnet. Der eine Endabschnitt und der andere Endabschnitt sind in der Umfangsrichtung des Stators ausgerichtet. Der Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten 1 umfasst auch eine Vielzahl von Permanentmagneten, die jeweils in die Magneteinsetzlöcher eingesetzt sind. Die Tiefe von jedem der Aussparungsabschnitte ist in einem Bereich von 10% bis 40% von einer Dicke von jedem der Permanentmagneten in der radialen Richtung des Stators. Diese Konfiguration kann den Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten 1 bereitstellen, der in der Lage ist, Reduzierung der Mengen des magnetischen Flusses der Permanentmagneten 19 zu verhindern, während noch immer hohe Effizienz erzielt wird.
Zweite Ausführungsform
Anschließend wird ein Verdichter erläutert, in welchem der Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten 1 gemäß der ersten Ausführungsform untergebracht ist.
13 ist eine Längsschnittansicht eines Verdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Verdichter gemäß 13 ist ein Rotationsverdichter 260, in welchem der Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten der ersten Ausführungsform untergebracht ist.
Der Rotationsverdichter 260 umfasst in einem abgedichteten Behälter 261 den Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten 1 gemäß der ersten Ausführungsform als ein Motorelement, und umfasst auch ein Verdichtungselement 262. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist Kältemaschinenöl zum Schmieren der gleitenden Bereiche des Verdichtungselements 262 in einem Bodenabschnitt des abgedichteten Behälters 261 aufgenommen.
Das Verdichtungselement 262 umfasst hauptsächlich: einen Zylinder 263, der in einer vertikal zwischenliegenden Weise eingebaut ist; eine Drehwelle 264, welche die Welle 13 ist, die durch den Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten 1 gedreht wird, einen Kolben 265, der durch Einsetzen an der Drehwelle 264 angebracht ist, Rippen (nicht dargestellt), die die Innenseite des Zylinders 263 in eine Ansaugseite und eine Verdichtungsseite teilen; ein Paar von einem oberen Rahmen 266 und einem unteren Rahmen 267, in welches die Drehwelle 264 drehbar eingesetzt ist und das die axialen Endoberflächen des Zylinders 263 verdeckt; und Schalldämpfer 268, die jeweils an dem oberen Rahmen 266 und dem unteren Rahmen 267 befestigt sind.
Der Stator 3 des Elektromotors mit eingebettetem Permanentmagneten 1 ist am abgedichteten Behälter 261 durch Schrumpfpassung, Kühlpassung oder Schweißen direkt befestigt und wird von diesem gehalten. Die Spulen des Stators 3 werden durch ein Glasendgerät 269, das am abgedichteten Behälter 261 fixiert ist, mit Strom versorgt.
Der Rotor 5 ist radial innerhalb des Stators 3 mit dem dazwischenliegenden Zwischenraum 15 angeordnet und durch ein Lager des Verdichtungselements 262 über die Drehwelle 264, die in einem zentralen Abschnitt des Rotors 5 angeordnet ist, drehbar gehalten. Das Lager entspricht dem oberen Rahmen 266 und dem unteren Rahmen 267.
Ein Betrieb des Drehverdichters 260 wird als nächstes beschrieben.
Von einem Akkumulator 270 geliefertes Kältemittelgas wird in den Zylinder 263 über ein Einlassrohr 271, das am abgedichteten Behälter 261 fest fixiert ist, eingesaugt.
Erregung des Inverters bewirkt, dass der Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten 1 rotiert, und somit der Kolben 265, der mit der Drehwelle 264 in Eingriff ist, im Zylinder 263 dreht, wodurch das Kältemittel im Zylinder 263 verdichtet wird.
Das Kältemittel passiert die Schalldämpfer und steigt in dem abgedichteten Behälter 261 nach oben. Dabei wird das Kältemaschinenöl mit dem verdichteten Kältemittel gemischt.
Auf Passieren durch die in dem Rotoreisenkern bereitgestellten Luftlöcher wird dieses Gemisch aus Kältemittel und dem Kältemaschinenöl dabei unterstützt, in das Kältemittel und das Kältemaschinenöl getrennt zu werden, und für das Kältemaschinenöl kann daher verhindert werden, dass es in ein Auslassrohr 272 fließt. Auf diese Weise wird das verdichtete Kältemittel zur Hochdruckseite des Kältekreislaufs durch das Auslassrohr 272, das am abgedichteten Behälter 261 befestigt ist, zugeführt.
Das für den Rotationsverdichter 260 verwendete Kältemittel ist herkömmlich verfügbares R410A und R407C, welche Fluorkohlenwasserstoff-(HFC-)-basierte Kältemittel sind, oder R22, welches ein Chlorfluorkohlenwasserstoff-basiertes Kältemittel ist. Jedoch kann auch ein Kältemittel eingesetzt werden, dass ein niedriges Treibhauspotential (nachfolgend als „niedriges GWP“ bezeichnet) aufweist, oder ein anderes Kältemittel als ein Kältemittel mit niedrigem GWP eingesetzt werden. Von einem Standpunkt der Verhinderung von Erderwärmung aus betrachtet, ist ein Kältemittel mit niedrigem GWP zu bevorzugen. Typische Beispiele für niedriges GWP umfassen die in (1) bis (3) nachfolgend aufgelisteten Kältemittel.

(1) HFO-1234yf (CF₃CF=CH₂), welches ein Beispiel von halogeniertem Kohlenwasserstoff ist, der eine Kohlenstoff-Kohlenstoff Doppelbindung in der Zusammensetzung aufweist. HFO steht für Hydrofluorolefin. Der Begriff „Olefin“ bezieht sich auf einen ungesättigten Kohlenwasserstoff, der eine Doppelbindung aufweist. HFO-1234yf weist ein GWP von 4 auf.
(2) R1270-Propylen, welches ein Beispiel von Kohlenwasserstoff ist, der eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung in der Zusammensetzung aufweist. R1270-Propylen weist ein GWP von 3 auf, welches geringer ist als das GWP von HFO-1234yf. Jedoch ist R1270-Propylen leichter brennbar als HFO-1234yf.

Ein Gemisch aus HFO-1234yf und R32, welches ein Beispiel eines Gemisches ist, das entweder einen halogenierten Kohlenwasserstoff aufweist, der eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbinding in der Zusammensetzung aufweist, oder ein Wasserstoff ist, der eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung in der Zusammensetzung aufweist. Aufgrund von einem Niederdruckkältemittel erzeugt HFO-1234yf einen großen Druckverlust und neigt dazu, die Leistung des Kältekreislaufs, insbesondere des Verdampfers, zu vermindern. Daher wird in der Praxis ein Gemisch, das R32 oder R41 enthält, welches ein Kältemittel ist, das einen höheren Druck aufweist als HFO-1234yf, bevorzugt.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Verdichter der zweiten Ausführungsform nicht auf einen Rotationsverdichter beschränkt ist und auch ein anderer Verdichter sein kann als ein Rotationsverdichter (z.B. ein Scroll-Verdichter oder ein hermetischer Verdichter).
Der wie vorangehend erläutert konfigurierte Rotationsverdichter 260 stellt einen Vorteil ähnlich jenem der ersten Ausführungsform durch die Verwendung des vorstehend erläuterten Elektromotors mit eingebettetem Permanentmagneten 1 bereit.
Dritte Ausführungsform
14 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Kälte- und Klimaanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der dritten Ausführungsform wird eine Kälte- und Klimaanlage 380 erläutert, welche den Rotationsverdichter 260 gemäß der zweiten Ausführungsform enthält.
Die Kälte- und Klimaanlage 380 umfasst hauptsächlich: den Rotationsverdichter 260; einen Kondensator 381, der Wärme zwischen Hochtemperatur-/Hochdruckverdichtetem Kältemittelgas und Luft austauscht, um das Kältemittelgas in flüssiges Kältemittel zu kondensieren; eine Entspannungseinrichtung 383 zum Entspannen des flüssigen Kältemittels, um Niedertemperatur-/Niederdruck-Flüssigkältemittel bereitzustellen, und einen Verdampfer 382, der Wärme vom Niedertemperatur-/Niederdruck-Flüssigkältemittel absorbiert, um das flüssige Kältemittel in Niedertemperatur-/Niederdruck-Gaskältemittel umzuwandeln.
Der Rotationsverdichter 260, der Kondensator 381, der Verdampfer 382 und die Entspannungseinrichtung 383 sind durch Kältemittelrohre miteinander verbunden, um einen Kältekreislauf zu bilden. Die Verwendung des Rotationsverdichters 260 ermöglicht die Bereitstellung einer Kälte- und Klimaanlage 380 mit hoher Effizienz und hoher Leistung.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Kältekreislauf der Kälte- und Klimaanlage 380 zumindest den Kondensator 381, den Verdampfer 382 und die Entspannungseinrichtung 383 umfasst; und die Konfiguration anderer Komponenten nicht besonders eingeschränkt ist.
Die in den vorangehenden Ausführungsformen erläuterten Konfigurationen sind lediglich Beispiele verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung. Diese Konfigurationen können mit einer bekannten anderen Technologie kombiniert werden, und außerdem kann ein Teil von solchen Konfigurationen weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Umfang und Sinn der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste
1: Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten; 3: Stator; 5: Rotor; 5-1: Rotor; 5a: Rotoraußenumfangsoberfläche; 7: Zahnabschnitt; 7a: Zahnspitzenabschnitt; 9: Schlitzabschnitt; 11: Rotoreisenkern; 11a: dünner Seitenkantenabschnitt; 13: Welle; 15: Zwischenraum; 17: Statoreisenkern; 19: Permanentmagnet; 21: Magneteinsetzloch; 33: Verpresselement; 35: Luftloch; 37: Nietloch; 39: Eisenkernaußenabschnitt; 43: innere Seitenoberfläche; 43a: zweite Bogenoberfläche; 45: äußere Seitenoberfläche; 47: Kantenseitenoberfläche; 49: flache Oberfläche; 53: Lochinnenseitenoberfläche; 53a: zweite Bogenoberfläche; 55: Lochaußenseitenoberfläche; 55a: erste Bogenoberfläche; 57: Lochkantenseitenoberfläche; 59: flache Oberfläche; 61: Aussparungsabschnitt; 61a: Spalt; 61b: Bodenabschnitt; 260: Rotationsverdichter; 261: abgedichteter Behälter; 262: Verdichtungselement; 263: Zylinder; 264: Drehwelle; 265: Kolben; 266: oberer Rahmen; 267: unterer Rahmen; 268: Schalldämpfer; 269: Glasendgerät; 270: Akkumulator; 271: Einlassrohr; 272: Auslassrohr; 380: Kälte- und Klimaanlage; 381: Kondensator; 382: Verdampfer; 383: Entspannungseinrichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2013 [0004]
JP 212035 [0004]

Claims

Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten, umfassend: einen ringförmigen Stator; einen ringförmigen Rotoreisenkern, der an einer Innenseite des Stators angeordnet ist und eine Vielzahl von Magneteinsetzlöchern aufweist, die in einer Umfangsrichtung des Stators angeordnet sind, wobei eine Querschnittsform von jedem der Magneteinsetzlöcher eine Form ist, die zu einem Zentrum des Stators vorsteht, wobei jedes der Magneteinsetzlöcher ein Paar von Aussparungsabschnitten an einer Außenseitenoberfläche in der radialen Richtung des Stators umfasst, wobei die Aussparungsabschnitte von jedem der Magneteinsetzlöcher entsprechend an einem Endabschnitt und an einem anderen Endabschnitt der äußeren Seitenoberfläche angeordnet sind, wobei der eine Endabschnitt und der andere Endabschnitt in der Umfangsrichtung des Stators ausgerichtet sind; und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die entsprechend in die Magneteinsetzlöcher eingesetzt sind, wobei eine Tiefe von jedem der Aussparungsabschnitte 10% bis 40% von einer Dicke von jedem der Permanentmagneten in der radialen Richtung des Stators beträgt.
Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten nach Anspruch 1, wobei ein Spalt zwischen jedem des Paars von Aussparungsabschnitten und jedem der Permanentmagnete ausgebildet ist, während die Permanentmagneten entsprechend in die Permanentmagneten eingesetzt sind.
Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder der Permanentmagnete ein Ferritmagnet oder ein Seltenerdmagnet ist.
Verdichter, umfassend in einem abgedichteten Behälter: einen Motor; und ein Verdichtungselement, wobei der Motor der Elektromotor mit eingebettetem Permanentmagneten nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ist.
Kühl- und Klimaanlage, umfassend: den Verdichter nach Anspruch 4 als einen Bestandteil eines Kältekreislaufs.