ES2904371T3 - Motor eléctrico, compresor, soplador y dispositivo de refrigeración y aire acondicionado - Google Patents

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Abstract

Un motor eléctrico (1) que comprende: un estator (3) que incluye un primer extremo de estator (31a) ubicado en un primer lado en una dirección axial, un segundo extremo de estator (31b) ubicado en un segundo lado opuesto al primer lado en la dirección axial, un diente (311) que se extiende en una dirección radial, y un devanado (32) enrollado alrededor del diente (311); y un rotor (2) que incluye un núcleo de rotor (20) que incluye una pluralidad de láminas de acero eléctricas (201) estratificadas en la dirección axial, un orificio de inserción de imán (202), un primer extremo de rotor (21a) ubicado en el primer lado, y un segundo extremo del rotor (21b) ubicado en el segundo lado, un imán permanente (220) insertado en el orificio de inserción de imán (202), un árbol (26) fijado al núcleo de rotor (20) y apoyado solamente en el segundo lado, una primera placa de extremo (27a) que cubre el primer lado del orificio de inserción de imán (202), y una segunda placa de extremo (27b) que cubre el segundo lado del orificio de inserción de imán (202), en el que el primer extremo de rotor (21a) está ubicado separado del primer extremo de estator (31a) hacia el primer lado en la dirección axial, el segundo extremo de rotor (21b) está ubicado separado del segundo extremo de estator (31b) hacia el primer lado en la dirección axial, una relación entre una distancia D1 y una distancia D2 satisface D1 > D2 >= 0, donde D1 es una distancia desde el imán permanente (220) a la primera placa de extremo (27a), y D2 es una distancia desde el imán permanente (220) a la segunda placa de extremo (27b), y el espesor de cada una de la pluralidad de láminas de acero eléctricas (201) no es menor de 0,1 mm ni mayor de 0,25 mm.

Description

DESCRIPCIÓN
Motor eléctrico, compresor, soplador y dispositivo de refrigeración y aire acondicionado
Campo técnico
La presente invención se refiere a un motor eléctrico que incluye un imán permanente.
Técnica anterior
Como motor eléctrico en un compresor cerrado de alta eficiencia usado para un aparato de ciclo de refrigeración, en general se usa un motor síncrono de imán permanente (también llamado motor de CC sin escobillas), tal como un motor de imán permanente interior. Un imán permanente o imanes permanentes están dispuestos en un núcleo de rotor de un rotor del motor síncrono de imán permanente. El calor normalmente se genera en el núcleo del rotor al accionar el motor síncrono de imán permanente. Cuando el calor generado en el núcleo de rotor es conducido al imán permanente, la temperatura del imán permanente aumenta y, por tanto, el imán permanente se desmagnetiza. Como resultado, el par de torsión y la eficiencia del motor eléctrico disminuyen de forma problemática. En estas circunstancias, se ha propuesto un rotor que reduce el aumento de temperatura de un imán permanente o imanes permanentes haciendo pasar un refrigerante a través de la periferia del imán permanente (véase, por ejemplo, la referencia de patente 1).
Referencia de la técnica anterior
Referencia de patente
Referencia de patente 1: Publicación de solicitud de patente japonesa n.° 2016-86462
Referencia de patente 2: Solicitud de patente japonesa n.° JP 2015002650 A
Sumario de la invención
Problema a resolver por la invención
Sin embargo, en la técnica convencional, dado que el imán permanente del rotor se enfría usando el refrigerante, cuando se obstruye una trayectoria a través de la cual pasa el refrigerante, el imán permanente no se puede enfriar suficientemente. El aumento de temperatura del imán permanente del rotor desmagnetiza el imán permanente. Como resultado, la eficiencia del motor eléctrico disminuye de forma problemática.
La presente invención se ha realizado para resolver el problema descrito anteriormente y tiene como objetivo mejorar la eficiencia del motor eléctrico reduciendo el aumento de temperatura del imán permanente del rotor. Medios para resolver el problema
Un motor eléctrico de acuerdo con la presente invención se define en la reivindicación 1. Este incluye un estator que incluye un primer extremo de estator ubicado en un primer lado en una dirección axial, un segundo extremo de estator ubicado en un segundo lado opuesto al primer lado en la dirección axial, un diente que se extiende en una dirección radial y un devanado enrollado alrededor del diente, y un rotor que incluye un núcleo de rotor que incluye una pluralidad de láminas de acero eléctricas estratificadas en la dirección axial, un orificio de inserción de imán, un primer extremo de rotor ubicado en el primer lado y un segundo extremo de rotor ubicado en el segundo lado, un imán permanente insertado en el orificio de inserción de imán, un árbol fijado al núcleo de rotor y apoyado solamente en el segundo lado, una primera placa de extremo que cubre el primer lado del orificio de inserción de imán y una segunda placa de extremo que cubre el segundo lado del orificio de inserción de imán, en el que el primer extremo de rotor está ubicado separado del primer extremo de estator hacia el primer lado en la dirección axial, el segundo extremo de rotor está ubicado separado del segundo extremo de estator hacia el primer lado en el dirección axial, una relación entre una distancia D1 y una distancia D2 satisface D1> D2 > 0, donde D1 es una distancia desde el imán permanente a la primera placa de extremo, y D2 es una distancia desde el imán permanente a la segunda placa de extremo, y el espesor de cada una de la pluralidad de láminas de acero eléctricas no es menor de 0,1 mm ni mayor de 0,25 mm.
Efectos de la invención
De acuerdo con la presente invención, la eficiencia del motor eléctrico se puede mejorar reduciendo el aumento de temperatura del imán permanente del rotor.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista en planta que ilustra esquemáticamente una estructura de un motor eléctrico de acuerdo con el modo de realización 1 de la presente invención.
La FIG. 2 es una vista en sección parcial que ilustra esquemáticamente la estructura del motor eléctrico. La FIG. 3 es una vista lateral que ilustra esquemáticamente una estructura de un rotor.
La FIG. 4 es una vista en sección que ilustra esquemáticamente la estructura del rotor.
La FIG. 5 es un diagrama que ilustra una relación posicional entre el rotor y un estator en un plano x-z. La FIG. 6 es un diagrama que ilustra una relación posicional entre el rotor y un núcleo de estator en un plano x-y.
La FIG. 7 es una vista en planta que ilustra esquemáticamente una estructura de una primera placa de extremo.
La FIG. 8 es una vista en planta que ilustra esquemáticamente la estructura del rotor 2.
La FIG. 9 es una vista en sección tomada a lo largo de una línea C9 - C9 en la FIG. 8.
La FIG. 10 es un diagrama que ilustra otro ejemplo de una segunda placa de extremo.
La FIG. 11 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración ejemplar de un sistema de accionamiento en el motor eléctrico.
La FIG. 12 es un diagrama que ilustra un estado ejemplar del rotor durante el accionamiento del motor eléctrico.
La FIG. 13 es un gráfico que representa una relación entre el espesor de una lámina de acero eléctrica y la magnitud de la pérdida en el hierro generada en el rotor en el motor eléctrico.
La FIG. 14 es una vista en sección que ilustra esquemáticamente una estructura de un compresor de acuerdo con el modo de realización 2 de la presente invención.
La FIG. 15 es un diagrama que ilustra esquemáticamente una estructura de un acondicionador de aire de acuerdo con el modo de realización 3 de la presente invención.
Modo para llevar a cabo de la invención
A continuación se describirán modos de realización de la presente invención en detalle con referencia a los dibujos. En un sistema de coordenadas ortogonales x-y-z ilustrado en cada dibujo, la dirección del eje z (eje z) indica una dirección paralela a una línea de eje A1 de un árbol 26 de un motor eléctrico 1, la dirección del eje x (eje x) indica una dirección perpendicular a la dirección del eje z (eje z), y la dirección del eje y (eje y) indica una dirección perpendicular tanto a la dirección del eje z como a la dirección del eje x. La línea de eje A1 sirve como centro de rotación de un rotor 2. La dirección paralela a la línea de eje A1 también se denominará "dirección axial del rotor 2" o simplemente "dirección axial" en lo sucesivo. Una dirección radial indica una dirección perpendicular a la línea de eje A1.
Modo de realización 1.
La FIG. 1 es una vista en planta que ilustra esquemáticamente una estructura de un motor eléctrico 1 de acuerdo con el modo de realización 1 de la presente invención. Una flecha C1 indica la dirección circunferencial de un estator 3 alrededor de la línea de eje A1. La flecha C1 también indica la dirección circunferencial del rotor 2 alrededor de la línea de eje A1. La dirección circunferencial de cada uno del rotor 2 y el estator 3 también se denominará simplemente "dirección circunferencial" en lo sucesivo.
La FIG. 2 es una vista en sección parcial que ilustra esquemáticamente la estructura del motor eléctrico 1. La FIG.
2 ilustra el aspecto externo del rotor 2 y una sección transversal del estator 3 en el plano x-z. El lado superior (es decir, el lado z) en la FIG. 2 se denominará en lo sucesivo un primer lado, y el lado inferior (es decir, el lado -z) en la FIG. 2 se denominará en lo sucesivo un segundo lado.
El motor eléctrico 1 incluye el rotor 2, el estator 3 y un cojinete 4. El motor eléctrico 1 es, por ejemplo, un motor de imán permanente interior.
El estator 3 incluye un núcleo de estator 31, un primer extremo de estator 31a ubicado en el primer lado en la dirección axial, un segundo extremo de estator 31b ubicado en el segundo lado en la dirección axial, y devanados 32 enrollados en el núcleo de estator 31 (más específicamente, dientes 311), como se ilustra en la FIG. 2. Un aislante, por ejemplo, se interpone entre el núcleo de estator 31 y los devanados 32. En el estator 3 ilustrado en la FIG. 1, los devanados 32 se omiten del núcleo de estator 31.
El primer extremo de estator 31a es el extremo del núcleo de estator 31 en el primer lado, y el segundo extremo de estator 31b es el extremo del núcleo de estator 31 en el segundo lado.
El núcleo de estator 31 incluye al menos un diente 311 que se extiende en la dirección radial, y una culata 312 que se extiende en la dirección circunferencial, como se ilustra en la FIG. 1. En el ejemplo ilustrado en la FIG. 1, el núcleo de estator 31 incluye una pluralidad de dientes 311 (más específicamente, seis dientes 311).
El núcleo de estator 31 está formado de forma anular. El núcleo de estator 31 está formado por una pluralidad de láminas de acero eléctricas estratificadas en la dirección axial. Cada una de la pluralidad de láminas de acero eléctricas está estampada en una forma predeterminada.
La FIG. 3 es una vista lateral que ilustra esquemáticamente una estructura del rotor 2. Las líneas discontinuas representadas en la FIG. 3 indican paredes internas que definen orificios de fijación 206 y 274.
La FIG. 4 es una vista en sección que ilustra esquemáticamente la estructura del rotor 2. En referencia a la FIG. 4, se omite una primera placa de extremo 27a de un núcleo de rotor 20.
El rotor 2 está dispuesto de forma giratoria dentro del estator 3 en la dirección radial. El rotor 2 incluye el núcleo de rotor 20, al menos un imán permanente 220, el árbol 26, la primera placa de extremo 27a, una segunda placa de extremo 27b y al menos un miembro de fijación 28. El eje de rotación del rotor 2 coincide con la línea de eje A1.
El núcleo de rotor 20 incluye una pluralidad de láminas de acero eléctricas 201 estratificadas en la dirección axial, al menos un orificio de inserción de imán 202, un orificio de árbol 203, al menos un orificio 204, al menos una porción de pared delgada 205, al menos un orificio de fijación 206 (al que también se hace referencia como segundo orificio de fijación), un primer extremo de rotor 21a ubicado en el primer lado y un segundo extremo de rotor 21b ubicado en el segundo lado. El núcleo de rotor 20 tiene una forma sustancialmente cilíndrica.
El primer extremo de rotor 21a es el extremo del núcleo de rotor 20 en el primer lado en la dirección axial, y el segundo extremo del rotor 21 b es el extremo del núcleo de rotor 20 en el segundo lado en la dirección axial.
Como se ilustra en la FIG. 3, la primera placa de extremo 27a cubre el primer lado del orificio de inserción de imán 202. La segunda placa de extremo 27b cubre el segundo lado del orificio de inserción de imán 202. Los miembros de fijación 28 se insertan en los orificios de fijación 206 del núcleo de rotor 20 y los orificios de fijación 274 de la primera placa de extremo 27a y la segunda placa de extremo 27b. Los miembros de fijación 28 fijan la primera placa de extremo 27a y la segunda placa de extremo 27b al núcleo de rotor 20. Con esta configuración, la primera placa de extremo 27a y la segunda placa de extremo 27b se fijan al núcleo de rotor 20.
El espesor de cada una de la pluralidad de láminas de acero eléctricas 201 no es menor de 0,1 mm ni mayor de 0,25 mm. Cada lámina de acero eléctrica 201 se forma en una forma predeterminada mediante estampación. El al menos un orificio de inserción de imán 202, el orificio de árbol 203, el al menos un orificio 204, la al menos una porción de pared delgada 205 y el al menos un orificio de fijación 206 están formados en la pluralidad de láminas de acero eléctricas 201. El orificio de árbol 203 está formado en los centros de las láminas de acero eléctricas 201, cada una en un plano perpendicular a la dirección axial, es decir, en el plano x-y.
En el ejemplo ilustrado en la FIG. 4, una pluralidad de orificios de inserción de imán 202 (más específicamente, cuatro orificios de inserción de imán 202) están dispuestos en la dirección circunferencial. De nuevo, en el ejemplo ilustrado en la FIG. 4, el número de orificios de inserción de imán 202 es igual al de los polos magnéticos en el rotor 2.
Los imanes permanentes 220 se insertan en los orificios de inserción de imán 202. Los imanes permanentes 220 usan, por ejemplo, imanes de tierras raras. Sin embargo, los imanes permanentes 220 no se limitan a los imanes de tierras raras. La anchura del imán permanente 220 en la dirección radial es menor que la anchura del orificio de inserción de imán 202 en la dirección radial.
Los imanes permanentes 220 están ubicados en un lado interno con respecto a la dirección radial en los orificios de inserción de imán 202, como se ilustra en la FIG. 4. Por lo tanto, se forman huecos entre las paredes internas de los orificios de inserción de imán 202 y las superficies externas de los imanes permanentes 220 en la dirección radial. Aceite o un refrigerante puede estar presente en estos huecos.
El al menos un orificio 204 está formado fuera del orificio de inserción de imán 202 en la dirección radial. En el ejemplo ilustrado en la FIG. 4, se forman una pluralidad de orificios 204 (más específicamente, ocho orificios 204) en el núcleo de rotor 20. Cada orificio 204 se extiende en la dirección circunferencial. Pueden formarse orificios distintos de los orificios 204 en el núcleo de rotor 20. En este caso, los orificios 204 son los orificios más cercanos a las porciones interpolares.
La al menos una porción de pared delgada 205 está formada entre el orificio 204 y el borde externo del núcleo de rotor 20. En el ejemplo ilustrado en la FIG. 4, se forma una pluralidad de porciones de pared delgada 205 (más específicamente, ocho porciones de pared delgada 205) en el núcleo de rotor 20. Cada porción de pared delgada 205 se extiende en la dirección circunferencial.
El árbol 26 se inserta en el orificio de árbol 203 formado en el centro del rotor 2 en el plano x-y. El árbol 26 está fijado al núcleo de rotor 20 (más específicamente, el orificio de árbol 203) y apoyado de forma giratoria solo en el segundo lado. Más específicamente, el árbol 26 está soportado de forma giratoria por el cojinete 4 en el segundo lado.
El núcleo de rotor 20 incluye además primeras porciones 20a ubicadas en porciones centrales de polo magnético del rotor 2, segundas porciones 20b ubicadas en las porciones interpolares del rotor 2, superficies periféricas externas 20c (que también se denominarán primeras superficies periféricas externas) que incluyen las primeras porciones 20a, y superficies periféricas externas 20d (que también se denominarán segundas superficies periféricas externas en lo sucesivo) que incluyen las segundas porciones 20b.
En el plano x-y, las primeras porciones 20a son extremos del núcleo de rotor 20 en la dirección radial. De forma similar, en el plano x-y, las segundas porciones 20b son algunos otros extremos del núcleo de rotor 20 en la dirección radial. Las primeras porciones 20a y las segundas porciones 20b forman parte del borde externo del núcleo de rotor 20.
Las porciones centrales de polo magnético son porciones a través de las cuales pasan las líneas centrales de polo magnético B1 en el rotor 2. Las líneas centrales de polo magnético B1 indicadas por líneas discontinuas son líneas rectas que pasan por los centros de los imanes permanentes 220 y el centro de rotación del rotor 2 en el plano x-y.
Las porciones interpolares son porciones a través de las cuales pasan las líneas interpolares B2 en el rotor 2. Las líneas interpolares B2 indicadas por líneas discontinuas son líneas rectas, cada una de las cuales pasa por el punto medio entre dos imanes permanentes 220 adyacentes entre sí y el centro de rotación del rotor 2 en el plano x-y.
Las superficies periféricas externas 20c se proyectan hacia fuera en la dirección radial en comparación con las superficies periféricas externas 20d. En el plano x-y, la distancia desde el centro de rotación del rotor 2 hasta la primera porción 20a es mayor que la distancia desde el centro de rotación del rotor 2 hasta la segunda porción 20b. En otras palabras, el radio M1 del núcleo de rotor 20 en la porción central de polo magnético es mayor que el radio M2 del núcleo de rotor 20 en la porción interpolar. Por lo tanto, la distancia más corta desde la segunda porción 20b al núcleo de estator 31 es mayor que la distancia más corta desde la primera porción 20a al núcleo de estator 31. En otras palabras, un entrehierro entre el núcleo de rotor 20 y el núcleo de estator 31 en la porción interpolar es mayor que un entrehierro entre el núcleo de rotor 20 y el núcleo de estator 31 en la porción central de polo magnético.
La FIG. 5 es un diagrama que ilustra una relación posicional entre el rotor 2 y el estator 3 en el plano x-z. La FIG.
5 ilustra estructuras en sección transversal del rotor 2 y el estator 3.
Como se ilustra en la FIG. 5, el primer extremo de rotor 21a está ubicado separado del primer extremo de estator 31a hacia el primer lado en la dirección axial, y el segundo extremo de rotor 21b está ubicado separado del segundo extremo de estator 31b hacia el primer lado en la dirección axial.
Si D1 es la distancia desde el imán permanente 220 a la primera placa de extremo 27a en la dirección axial, y D2 es la distancia desde el imán permanente 220 a la segunda placa de extremo 27b en la dirección axial, la relación entre las distancias D1 y D2 satisface D1 > D2 > 0. Cuando la distancia desde el imán permanente 220 a la primera placa de extremo 27a no es uniforme, la distancia D1 es la distancia más corta desde el imán permanente 220 a la primera placa de extremo 27a. De forma similar, cuando la distancia desde el imán permanente 220 a la segunda placa de extremo 27b no es uniforme, la distancia D2 es la distancia más corta desde el imán permanente 220 a la segunda placa de extremo 27b.
La FIG. 6 es un diagrama que ilustra una relación posicional entre el rotor 2 y el núcleo de estator 31 en el plano x-y. La FIG. 6 ilustra una parte del rotor 2 y una parte del núcleo de estator 31.
El diente 311 incluye un cuerpo principal 311a y un extremo distal de diente 311b. Los extremos 311c son los extremos del extremo distal de diente 311b en la dirección circunferencial. El cuerpo principal 311a se extiende en la dirección radial. El extremo distal de diente 311b se extiende en la dirección circunferencial y está orientado hacia el rotor 2 (más específicamente, el núcleo de rotor 20).
Cada orificio 204 está ubicado en una línea recta L1 que pasa por la línea de eje A1 (es decir, el centro de rotación del rotor 2) y el extremo 311c del extremo distal de diente 311b. De forma similar, cada porción de pared delgada 205 está ubicada en la línea recta L1 que pasa por la línea de eje A1 y el extremo 311c del extremo distal de diente 311b en la dirección circunferencial.
El motor eléctrico 1 satisface 01 > 02, donde 01 es el ángulo formado por dos líneas rectas L1 que pasan por ambos extremos 311c del extremo distal de diente 311b y el centro de rotación del rotor 2 en un plano perpendicular a la dirección axial, es decir, en el plano x-y, y 02 es el ángulo formado por dos líneas rectas L2 que pasan por ambos extremos de la superficie periférica externa 20c en la dirección circunferencial y el centro de rotación del rotor 2 en el plano x-y.
La FIG. 7 es una vista en planta que ilustra esquemáticamente una estructura de la primera placa de extremo 27a. La estructura de la segunda placa de extremo 27b es la misma que la de la primera placa de extremo 27a ilustrada en la FIG. 7.
La primera placa de extremo 27a incluye bordes externos 271 (que también se denominarán primeros bordes externos) que forman parte del borde externo de la primera placa de extremo 27a en el plano x-y, bordes externos 272 (que también se denominarán segundos bordes externos) adyacentes a los bordes externos 271 en la dirección circunferencial, un orificio de árbol 273 para que pase el árbol 26 a su través, al menos un orificio de fijación 274 (que también se denominará un primer orificio de fijación), y al menos una porción de fijación de imán 275.
En el ejemplo ilustrado en la FIG. 7, una pluralidad de bordes externos 271 (más específicamente, cuatro bordes externos 271), una pluralidad de bordes externos 272 (más específicamente, cuatro bordes externos 272), una pluralidad de orificios de fijación 274 (más específicamente, cuatro orificios de fijación 274), y una pluralidad de porciones de fijación de imán 275 (más específicamente, cinco porciones de fijación de imán 275) están formados en la primera placa de extremo 27a. El radio T1 de la primera placa de extremo 27a en la porción central de polo magnético del rotor 2 es mayor que el radio T2 de la primera placa de extremo 27a en la porción interpolar del rotor 2. La primera placa de extremo 27a y la segunda placa de extremo 27b están hechas, por ejemplo, de cuerpos no magnéticos.
La FIG. 8 es una vista en planta que ilustra esquemáticamente la estructura del rotor 2. En la FIG. 8, la estructura del núcleo de rotor 20 está indicada por líneas discontinuas, y la estructura de la primera placa de extremo 27a está indicada por líneas continuas.
Parte de los bordes externos 271 de la primera placa de extremo 27a están ubicados en las porciones centrales de polo magnético del rotor 2, y parte de los bordes externos 272 de la primera placa de extremo 27a están ubicados en las porciones interpolares del rotor 2.
Los bordes externos 271 de la primera placa de extremo 27a están ubicados separados de las superficies periféricas externas 20c del núcleo de rotor 20 hacia dentro en la dirección radial. Los bordes externos 272 de la primera placa de extremo 27a están ubicados separados de las superficies periféricas externas 20d del núcleo de rotor 20 hacia fuera en la dirección radial. Más específicamente, en las porciones centrales de polo magnético, los bordes externos 271 de la primera placa de extremo 27a están ubicados separados de las primeras porciones 20a del núcleo de rotor 20 hacia dentro en la dirección radial. En las porciones interpolares, los bordes externos 272 de la primera placa de extremo 27a están ubicados separados de las segundas porciones 20b del núcleo de rotor 20 hacia fuera en la dirección radial.
La FIG. 9 es una vista en sección tomada a lo largo de una línea C9 - C9 en la FIG. 8.
Las porciones de fijación de imán 275 fijan las posiciones de los imanes permanentes 220. Las porciones de fijación de imán 275 son, por ejemplo, proyecciones que tienen propiedades elásticas. Las proyecciones que tienen propiedades elásticas se pueden formar doblando parte de la primera placa de extremo 27a hacia los imanes permanentes 220, como se ilustra, por ejemplo, en la FIG. 9. En el ejemplo ilustrado en la FIG. 9, las posiciones de los imanes permanentes 220 se fijan mediante las porciones de fijación de imán 275. En este caso, la relación entre las distancias D1 y D2 satisface D1 > D2 y D2 = 0.
La FIG. 10 es un diagrama que ilustra otro ejemplo de la segunda placa de extremo 27b.
La segunda placa de extremo 27b puede incluir las porciones de fijación de imán 275 para fijar las posiciones de los imanes permanentes 220. En el ejemplo ilustrado en la FIG. 10, las posiciones de los imanes permanentes 220 se fijan mediante las porciones de fijación de imán 275 de la primera placa de extremo 27a y las porciones de fijación de imán 275 de la segunda placa de extremo 27b. En este caso, la longitud de la porción de fijación de imán 275 de la primera placa de extremo 27a en la dirección axial es mayor que la longitud de la por de fijación de imán 275 de la segunda placa de extremo 27b en la dirección axial. Por tanto, la relación entre las distancias D1 y D2 satisface D1 > D2 > 0.
Dado que los imanes permanentes 220 están fijados en su posición en la dirección axial por las porciones de fijación de imán 275, es posible evitar que los imanes permanentes 220 se desplacen en la dirección axial durante el accionamiento del motor eléctrico 1 y reducir las variaciones en el flujo magnético en la dirección axial que fluye hacia el estator 3. Esto permite mejorar la eficacia del motor eléctrico 1. Además, incluso si los orificios de inserción de imán 202 o los imanes permanentes 220 tienen errores dimensionales en la dirección axial, las porciones de fijación de imán 275 pueden absorber los errores debido a sus propiedades elásticas.
Los orificios de fijación 206 del núcleo de rotor 20, los orificios de fijación 274 de la primera placa de extremo 27a y los miembros de fijación 28 tienen formas circulares en el plano x-y. En el plano x-y, si r1 es el radio del miembro de fijación 28, r2 es el radio del orificio de fijación 274, r3 es el radio del orificio de fijación 206, M1 es el radio del núcleo de rotor 20 en la porción central de polo magnético y T1 es el radio de la primera placa de extremo 27a en la porción central de polo magnético, su relación satisface r1 < r2, r1 < r3 y M1 > T1.
El motor eléctrico 1 satisface además (r2 r3) - 2 * r1 < M1 - T1.
La FIG. 11 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración ejemplar de un sistema de accionamiento en el motor eléctrico 1.
El motor eléctrico 1 incluye además un inversor 7 para aplicar un voltaje a los devanados 32, y un circuito elevador de voltaje 8 (también llamado convertidor) para elevar el voltaje aplicado a los devanados 32. Cuando se acciona el motor eléctrico 1, la frecuencia de portadora para ajustar el voltaje aplicado a los devanados 32 es, por ejemplo, de 1 kHz a 8 kHz. La frecuencia de portadora puede ser controlada por el inversor 7, o puede ser controlada por un controlador externo al inversor 7.
Los efectos del motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización se describirán a continuación.
En general, cuando se acciona un motor síncrono de imán permanente, se aplica un voltaje a un estator (más específicamente, devanados) y una fuerza magnética es generada por el estator. Dado que la fuerza magnética proveniente del estator contiene armónicos (también llamados componentes armónicos), están presentes armónicos que no están sincronizados con la rotación de un rotor. Estos armónicos incluyen un armónico generado debido a una distorsión de corriente generada al suministrar energía a los devanados, y un armónico generado debido a ranuras que son espacios formados entre los dientes del estator. Los armónicos que no están sincronizados con la rotación del rotor cambian el flujo magnético en el rotor (más específicamente, los imanes permanentes) y, por lo tanto, se producen pérdidas en el hierro en el rotor. Estas pérdidas en el hierro ocurren en la superficie del rotor y, a continuación, generan calor. Cuando este calor es conducido a los imanes permanentes a través de un núcleo de rotor, la temperatura de los imanes permanentes aumenta.
En general, para aumentar la potencia del motor eléctrico, se utilizan imanes de tierras raras como imanes permanentes del rotor. Un aumento de la temperatura de los imanes de tierras raras provoca una reducción de la fuerza magnética y la fuerza coercitiva y, por tanto, provoca una reducción de la potencia y la eficacia del motor eléctrico. Por lo tanto, se desea ajustar la temperatura de los imanes permanentes lo más baja posible.
Dado que los imanes de tierras raras que contienen un bajo contenido de disprosio son susceptibles al calor, es necesario reducir el aumento de la temperatura en un rotor en un motor eléctrico utilizando imanes de tierras raras que contienen un bajo contenido de disprosio. En particular, dado que la fuerza coercitiva de los imanes permanentes que no contienen disprosio es baja, es necesario reducir el aumento de la temperatura en el motor eléctrico utilizando imanes de tierras raras que contienen un bajo contenido de disprosio. Por lo tanto, cuando el contenido de disprosio en los imanes permanentes es del 4 % en peso o menos, es importante reducir el aumento de la temperatura de los imanes permanentes. Por el contrario, usando una técnica capaz de reducir la temperatura de los imanes permanentes, se pueden utilizar como imanes permanentes del rotor imanes permanentes que contengan disprosio en un contenido del 0 % al 4 % en peso.
La FIG. 12 es un diagrama que ilustra un estado ejemplar del rotor 2 durante el accionamiento del motor eléctrico 1. En la FIG. 12, las flechas ilustradas en el entrehierro entre el rotor 2 y el estator 3 indican flujos de flujo magnético desde el estator 3.
En general, cuando el árbol del rotor está apoyado de forma giratoria en un lado en la dirección axial, el árbol se inclina fácilmente durante el accionamiento del motor eléctrico. Cuando el árbol del rotor se inclina, se genera una región en la que el entrehierro entre el rotor y el estator se estrecha. Cuando el entrehierro entre el rotor y el estator es estrecho, dado que la densidad de flujo magnético que fluye hacia el núcleo de rotor es alta, el núcleo de rotor tiende a verse afectado por los armónicos de la fuerza magnética proveniente del estator. Como resultado, aumenta la pérdida en el hierro en la superficie del núcleo de rotor. Por lo tanto, cuando el árbol del rotor está apoyado de forma giratoria en un lado en la dirección axial, el núcleo de rotor genera una gran cantidad de calor debido a la pérdida en el hierro.
En el motor eléctrico 1, el árbol 26 del rotor 2 está apoyado solamente en un lado de extremo en la dirección axial, el primer extremo de rotor 21a está ubicado separado del primer extremo de estator 31a hacia el primer lado en la dirección axial, y el segundo extremo de rotor 21b está ubicado separado del segundo extremo de estator 31b hacia el primer lado en la dirección axial. El motor eléctrico 1 que tiene esta estructura se usa, por ejemplo, como motor eléctrico para un compresor rotativo.
Cuando el motor eléctrico 1 se aplica a un motor eléctrico para un compresor rotativo, dado que el primer extremo de rotor 21a y el segundo extremo de rotor 21b están ubicados separados del primer extremo de estator 31a y el segundo extremo de estator 31 b, respectivamente, hacia el primer lado en la dirección axial, se produce una fuerza de atracción en la dirección axial en el motor eléctrico 1. Esto permite controlar una holgura para comprimir un refrigerante en el compresor.
Como se ilustra en la FIG. 12, cuando el primer extremo de rotor 21a y el segundo extremo de rotor 21b están ubicados separados del primer extremo de estator 31a y del segundo extremo de estator 31b, respectivamente, hacia el primer lado en la dirección axial, el flujo magnético proveniente del estator 3 que fluye hacia un lado de extremo del rotor 2 en la dirección axial aumenta. En el ejemplo ilustrado en la FIG. 12, aumenta el flujo magnético proveniente del estator 3 que fluye hacia el segundo lado del rotor 2. En este caso, dado que los componentes armónicos de la fuerza magnética proveniente del estator 3 son dominantes, y la densidad de flujo magnético del rotor 2 en el segundo lado aumenta, la pérdida en el hierro del rotor 2 en el segundo lado aumenta. Como resultado, la temperatura del rotor 2 aumenta de forma problemática. En particular, existe el problema de que la temperatura del rotor 2 en el segundo lado aumenta fácilmente.
En el motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización, la relación entre las distancias D1 y D2 satisface D1 > D2 > 0. Esto permite reducir el volumen de los imanes permanentes 220 en el primer lado y aumentar el área de los imanes permanentes 220 orientada hacia el estator 3. Como resultado, la fuerza magnética de los imanes permanentes 220 se puede utilizar eficazmente y, por tanto, se puede reforzar la fuerza magnética del rotor 2.
Cuando los imanes permanentes 220 están en contacto con la segunda placa de extremo 27b (es decir, D2 = 0), dado que el área de los imanes permanentes 220 orientada hacia el estator 3 es más grande, la fuerza magnética del rotor 2 se puede utilizar más eficazmente. Sin embargo, cuando el volumen de los imanes permanentes 220 en el segundo lado del rotor 2 es grande, la temperatura de los imanes permanentes 220 en el segundo lado aumenta fácilmente. Por lo tanto, se desea aumentar el volumen de los imanes permanentes 220 en el segundo lado del rotor 2 y mantener bajo el aumento de la temperatura de los imanes permanentes 220.
La FIG. 13 es un gráfico que representa una relación entre el espesor de la lámina de acero eléctrica 201 y la magnitud de la pérdida en el hierro generada en el rotor 2 en el motor eléctrico 1.
Como se ilustra en la FIG. 13, cuando el espesor de la lámina de acero eléctrica 201 es mayor de 0,25 mm, la pérdida en el hierro aumenta notablemente. En general, la pérdida en el hierro de una lámina de acero eléctrica incluye una pérdida por histéresis y una pérdida por corrientes parásitas. Para reducir la pérdida en el hierro debido a los armónicos de la fuerza magnética proveniente del estator 3, es eficaz reducir la pérdida por corrientes parásitas. Cuando el espesor de la lámina de acero eléctrica 201 es de 0,25 mm o menos, se puede reducir la pérdida en el hierro, especialmente la pérdida por corrientes parásitas. Sin embargo, cuando el espesor de la lámina de acero eléctrica 201 es menor de 0,1 mm, es difícil estampar la lámina de acero eléctrica 201. Por lo tanto, el espesor de la lámina de acero eléctrica 201 es deseablemente no menor de 0,1 mm y no mayor de 0,25 mm.
En el motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización, dado que el flujo magnético proveniente del estator 3 que fluye hacia el segundo lado del rotor 2 aumenta, la temperatura de los imanes permanentes 220 en el segundo lado aumenta fácilmente y, por lo tanto, sus características de desmagnetización son propensas a la degradación. El uso de imanes que poseen alta fuerza coercitiva como los imanes permanentes 220 permite mejorar las características de desmagnetización. En el motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización, en lugar de usar imanes que posean una alta fuerza coercitiva, fijar el espesor de la lámina de acero eléctrica 201 a no menos de 0,1 mm y no más de 0,25 mm permite reducir la pérdida en el hierro generada en el rotor 2 y reducir el calor generado debido a la pérdida en el hierro. Como resultado, se puede reducir el aumento de la temperatura de los imanes permanentes 220.
Cuanto mayor sea el ángulo 02 (figura 6), más larga se puede formar la región en la que el entrehierro entre el rotor 2 y el estator 3 es estrecho para estar en la dirección circunferencial y, por tanto, el flujo magnético proveniente de los imanes permanentes 220 puede fluir eficazmente hacia el estator 3. Sin embargo, cuando la distancia desde el núcleo de estator 31 al núcleo de rotor 20 es corta, dado que los armónicos de la fuerza magnética proveniente del núcleo de estator 31 ejercen una gran influencia, la pérdida en el hierro en el núcleo de rotor 20 aumenta. En el motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización, la relación entre los ángulos 01 y 02 satisface 01 > 02.
Esto permite disminuir la influencia de los armónicos de la fuerza magnética proveniente del estator 3. Como resultado, la fuerza magnética de los imanes permanentes 220 puede fluir eficazmente hacia el estator 3, y, por tanto, se puede reducir la pérdida en el hierro generada en la superficie del núcleo de rotor 20.
Los orificios 204 (FIG. 4) del núcleo de rotor 20 se extienden en la dirección circunferencial. Esto permite alargar las trayectorias desde la superficie periférica externa del núcleo de rotor 20 hasta los imanes permanentes 220 a través de las láminas de acero eléctricas 201. Como resultado, dado que el calor generado en la superficie periférica externa del núcleo de rotor 20 es difícil de conducir a los imanes permanentes 220, se puede reducir el aumento de la temperatura de los imanes permanentes 220. Además, dado que los orificios 204 están formados en el núcleo de rotor 20, el área de superficie del núcleo de rotor 20 puede aumentarse y el calor generado por el núcleo de rotor 20 y los imanes permanentes 220 puede disiparse a través de los orificios 204 hacia el exterior del rotor 2.
Los orificios 204 del núcleo de rotor 20 están ubicados en las líneas rectas L1 que pasan por la línea de eje A1 (es decir, el centro de rotación del rotor 2) y los extremos 311c del extremo distal de diente 311b en la dirección circunferencial. Esto permite reducir los armónicos de la fuerza magnética debido a la estructura del extremo distal de diente 311b y la estructura de la ranura entre dos dientes 311, y reducir la pérdida en el hierro en el rotor 2.
Los imanes permanentes 220 están ubicados en un lado interno con respecto a la dirección radial en los orificios de inserción de imán 202. Por lo tanto, se forman huecos entre las paredes internas de los orificios de inserción de imán 202 y las superficies externas de los imanes permanentes 220 en la dirección radial. Con esta configuración, el calor generado en la superficie periférica externa del núcleo de rotor 20 es difícil de conducir a los imanes permanentes 220. Como resultado, se puede reducir el aumento de la temperatura de los imanes permanentes 220.
El radio T2 de la primera placa de extremo 27a en la porción interpolar es mayor que el radio M2 del núcleo de rotor 20 en la porción interpolar. En otras palabras, los bordes externos 272 están ubicados separados de las segundas porciones 20b del núcleo de rotor 20 hacia fuera en la dirección radial. Esto significa que se puede aumentar el volumen de la primera placa de extremo 27a que se proyecta hacia fuera desde las segundas porciones 20b del núcleo de rotor 20. Esto permite disipar, a través de la primera placa de extremo 27a, el calor generado por el núcleo de rotor 20 en las porciones interpolares. Como resultado, se puede reducir el calor conducido desde el núcleo de rotor 20 en las porciones interpolares a los imanes permanentes 220.
El radio T1 de la primera placa de extremo 27a en la porción central de polo magnético es más pequeño que el radio M1 del núcleo de rotor 20 en la porción central de polo magnético. En otras palabras, los bordes externos 271 están ubicados separados de las primeras porciones 20a del núcleo de rotor 20 hacia dentro en la dirección radial. Esto permite evitar que la primera placa de extremo 27a entre en contacto con el núcleo de estator 31 y reducir la distancia desde el núcleo de rotor 20 al núcleo de estator 31 en la porción central de polo magnético. Como resultado, el flujo magnético proveniente del rotor 2 puede fluir eficazmente hacia el núcleo de estator 31.
En el plano x-y, la cantidad de desplazamiento de la primera placa de extremo 27a con respecto al núcleo de rotor 20 se expresa como (r2 - r1) (r3 - r1) = (r2 r3)- 2 * r1. Cabe señalar que la cantidad máxima de movimiento entre el miembro de fijación 28 y el orificio de fijación 274 de la primera placa de extremo 27a se expresa como r2 - r1, y la cantidad máxima de movimiento entre el miembro de fijación 28 y el orificio de fijación 206 del núcleo de rotor 20 se expresa como r3 - r1.
Por lo tanto, cuando el motor eléctrico 1 satisface (r2 r3) - 2 * r1 < M1 - T1, incluso si la primera placa de extremo 27a se desplaza debido a los huecos entre los miembros de fijación 28 y los orificios de fijación 206 y 274, la primera placa de extremo 27a puede montarse en el núcleo de rotor 20 de modo que los bordes externos 271 de la primera placa de extremo 27a estén situados separados de las primeras porciones 20a del núcleo de rotor 20 hacia dentro en la dirección radial. Esta forma evita que la primera placa de extremo 27a caiga hacia fuera en la dirección radial del rotor 2. Con esta configuración, la anchura del espacio entre el estator 3 y el rotor 2 en la dirección radial puede ser determinada por las superficies periféricas externas 20c y 20d del rotor 2. Por lo tanto, la anchura del espacio entre el estator 3 y el rotor 2 en la dirección radial se puede ajustar a una dimensión mínima teniendo en cuenta, por ejemplo, el descentrado del rotor 2, la flexión del árbol 26 y las variaciones de forma. En esta situación, ajustar el radio T2 de la primera placa de extremo 27a en la porción interpolar mayor que el radio M2 del núcleo de rotor 20 en la porción interpolar permite aumentar el volumen de la primera placa de extremo 27a que se proyecta hacia fuera desde las segundas porciones 20b del núcleo de rotor 20. Esto permite disipar el calor generado por el núcleo de rotor 20 en las porciones interpolares hacia el exterior del rotor 2 a través de la primera placa de extremo 27a. Como resultado, se puede reducir el calor conducido desde el núcleo de rotor 20 en las porciones interpolares a los imanes permanentes 220.
El entrehierro entre el núcleo de estator 31 y el núcleo de rotor 20 en las porciones interpolares es mayor que el entrehierro entre el núcleo de estator 31 y el núcleo de rotor 20 en las porciones centrales de polo magnético. Con esta disposición, dado que se pueden reducir los armónicos espaciales del estator 3, también se puede reducir la pérdida en el hierro generada en la superficie del núcleo de rotor 20 en las porciones interpolares. Como resultado, se puede reducir el aumento de la temperatura de los imanes permanentes 220 en los lados de las porciones interpolares.
Cuando la frecuencia de portadora para ajustar un voltaje aplicado a los devanados 32 es alta, el voltaje aplicado a los devanados 32, es decir, un voltaje para accionar el motor eléctrico 1 puede ajustarse con precisión, y, por tanto, los componentes armónicos de la fuerza magnética pueden reducirse. En el motor eléctrico 1, la frecuencia de portadora del voltaje aplicado a los devanados 32 es, por ejemplo, de 1 kHz a 8 kHz. Esto permite ajustar con precisión el voltaje para accionar el motor eléctrico 1 y reducir los componentes armónicos de la fuerza magnética.
En general, cuanto mayor es la frecuencia de portadora, mayor es la pérdida por conmutación y menor es la eficacia del motor eléctrico. Cuando la frecuencia de portadora en el motor eléctrico 1 es de 1 kHz a 8 kHz, el voltaje para accionar el motor eléctrico 1 se puede ajustar con precisión en el estado donde los armónicos de la fuerza magnética proveniente del estator 3 y la pérdida de conmutación del estator 3 son reducidos. Sin embargo, cuando la frecuencia de portadora varía de 1 kHz a 8 kHz, la pérdida en el hierro generada debido a la presencia de los armónicos de la fuerza magnética proveniente del estator 3 no puede mantenerse lo suficientemente baja. No obstante, en el motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización, incluso cuando la frecuencia de portadora varía de 1 kHz a 8 kHz, dado que se proporciona la estructura descrita en este modo de realización, la pérdida en el hierro generada en la superficie del núcleo de rotor 20 puede reducirse.
El motor eléctrico 1 incluye además un circuito elevador de voltaje 8 para elevar el voltaje aplicado a los devanados 32. En general, dado que el uso de un circuito elevador de voltaje da como resultado un voltaje alto, la tasa de modulación del voltaje es baja cuando el motor eléctrico se acciona a una velocidad de rotación baja. Cuando la tasa de modulación es baja, la distorsión de una corriente para accionar el motor eléctrico es grande y los componentes armónicos de la fuerza magnética causada por la corriente aumentan. Como resultado, aumenta la pérdida en el hierro generada en el rotor. Sin embargo, en el motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización, incluso cuando se usa el circuito elevador de voltaje 8, dado que se proporciona la estructura mencionada anteriormente, la pérdida en el hierro generada en la superficie del núcleo de rotor 20 puede reducirse.
En un motor eléctrico en el que la pulsación de la carga es fuerte y no está equipado con un sensor para detectar la posición de un rotor, las características del motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización son más eficaces. en general, dado que un motor eléctrico que usa un sensor para detectar la posición de un rotor puede obtener la posición del rotor, el rotor se puede controlar para ser accionado a una velocidad de rotación constante incluso si la pulsación de la carga en el motor eléctrico es fuerte. Sin embargo, en un motor eléctrico no equipado con un sensor para detectar la posición de un rotor, es difícil controlar el rotor para que sea accionado a una velocidad de rotación constante.
En un motor eléctrico no equipado con un sensor para detectar la posición de un rotor, por ejemplo, dado que ocurre un estado en el que la onda fundamental de una fuerza magnética proveniente de un estator no está sincronizada con el rotor, se producen pérdidas en el hierro en la superficie de un núcleo de rotor debido a la onda fundamental de la fuerza magnética proveniente del estator. Como resultado, la temperatura del rotor aumenta y la temperatura de los imanes permanentes aumenta. Dado que el motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización tiene la estructura descrita en este modo de realización, incluso cuando el motor eléctrico 1 no está equipado con un sensor para detectar la posición del rotor, se puede reducir el aumento de la temperatura de los imanes permanentes 220.
Con respecto a la pulsación de la carga en el motor eléctrico, cuando la proporción entre el valor mínimo y el valor máximo del par de torsión del motor eléctrico es del 20 % o más, es más probable que ocurra un estado en el que el flujo magnético proveniente del estator no fluye a una posición apropiada con respecto a la fase del rotor. Este fenómeno ocurre de manera más notable cuando la proporción entre el valor mínimo y el valor máximo del par de torsión del motor eléctrico es del 50 % o más. En general, en un motor eléctrico provisto en un compresor para un acondicionador de aire, la pulsación de la carga es fuerte. En, por ejemplo, un motor eléctrico provisto en un compresor rotativo, puede ocurrir una proporción entre el valor mínimo y el valor máximo del par de torsión del 50 % o más. Por lo tanto, cuando el motor eléctrico 1 se usa como motor eléctrico en un compresor, las características del motor eléctrico 1 de acuerdo con este modo de realización son más eficaces.
Como se describe anteriormente, en el motor eléctrico 1, el primer extremo de rotor 21a está ubicado separado del primer extremo de estator 31a hacia el primer lado en la dirección axial, y el segundo extremo de rotor 21b está ubicado separado del segundo extremo de estator 31b hacia el primer lado en la dirección axial. Además, el árbol 26 está fijado al núcleo de rotor 20 (más específicamente, el orificio de árbol 203) y apoyado de forma giratoria solo en el segundo lado. En estas condiciones, dado que el motor eléctrico 1 tiene la estructura descrita en este modo de realización, se puede reducir el aumento de la temperatura de los imanes permanentes 220 del rotor 2 y, por tanto, se puede mejorar la eficacia del motor eléctrico.
Modo de realización 2.
A continuación se describirá un compresor 6 de acuerdo con el modo de realización 2 de la presente invención.
La FIG. 14 es una vista en sección que ilustra esquemáticamente una estructura del compresor 6 de acuerdo con el modo de realización 2.
El compresor 6 incluye un motor eléctrico 60 como elemento de energía eléctrica, un recipiente cerrado 61 como carcasa y un mecanismo de compresión 62 como elemento de compresión. En este modo de realización, el compresor 6 es un compresor rotativo. Sin embargo, el compresor 6 no está limitado al compresor rotativo. El motor eléctrico 60 es el motor eléctrico 1 de acuerdo con el modo de realización 1. En este modo de realización, el motor eléctrico 60 está diseñado como un motor de imán permanente interior, pero no está limitado a esto. El recipiente cerrado 61 cubre el motor eléctrico 60 y el mecanismo de compresión 62. El aceite de congelador para lubricar las porciones deslizantes del mecanismo de compresión 62 se almacena en el fondo del recipiente cerrado 61.
El compresor 6 incluye además un terminal de vidrio 63 fijado al recipiente cerrado 61, un acumulador 64, una tubería de succión 65 y una tubería de descarga 66.
El mecanismo de compresión 62 incluye un cilindro 62a, un pistón 62b, un bastidor superior 62c (primer bastidor), un bastidor inferior 62d (segundo bastidor) y una pluralidad de silenciadores 62e montados, respectivamente, en el bastidor superior 62c y el bastidor inferior 62d. El mecanismo de compresión 62 incluye además una paleta para separar el cilindro 62a en los lados de succión y compresión. El mecanismo de compresión 62 es accionado por el motor eléctrico 60.
El motor eléctrico 60 se fija en el recipiente cerrado 61 mediante ajuste a presión o ajuste por contracción. El estator 3 puede montarse directamente en el recipiente cerrado 61 mediante soldadura en lugar de ajuste a presión y ajuste por contracción.
Se suministra energía a los devanados del estator 3 del motor eléctrico 60 a través del terminal de vidrio 63. El rotor (más específicamente, un lado de extremo del árbol 26) del motor eléctrico 60 está soportado de manera giratoria por un cojinete provisto en el bastidor superior 62c y un cojinete provisto en el bastidor inferior 62d. El árbol 26 se inserta en el pistón 62b. El árbol 26 se inserta de forma giratoria en el bastidor superior 62c y el bastidor inferior 62d. El bastidor superior 62c y el bastidor inferior 62d cierran las caras de extremo del cilindro 62a. El acumulador 64 suministra un refrigerante (por ejemplo, un gas refrigerante) al cilindro 62a a través de la tubería de succión 65.
El funcionamiento del compresor 6 se describirá a continuación. El refrigerante suministrado desde el acumulador 64 es aspirado por succión al cilindro 62a a través de la tubería de succión 65 fijada al recipiente cerrado 61. El motor eléctrico 60 gira aplicando una corriente eléctrica a un inversor y, por tanto, el pistón 62b montado en el árbol 26 gira en el cilindro 62a. Con esta operación, el refrigerante es comprimido en el cilindro 62a.
El refrigerante asciende en el recipiente cerrado 61 a través de los silenciadores 62e. El refrigerante comprimido se mezcla con el aceite de congelador. Cuando la mezcla del refrigerante y el aceite de congelador pasa a través de un orificio de aire 36 formado en el núcleo de rotor, se acelera la separación entre el refrigerante y el aceite de congelador y, por tanto, se puede evitar que el aceite de congelador fluya hacia la tubería de descarga 66. De esta manera, el refrigerante comprimido se suministra al lado de alta presión de un ciclo de refrigeración a través de la tubería de descarga 66.
Como refrigerante para el compresor 6, se pueden utilizar R410A, R407C, R22 o similares. Sin embargo, el refrigerante para el compresor 6 no está limitado a estos ejemplos. Como refrigerante para el compresor 6, se puede utilizar un refrigerante de bajo GWP (potencial de calentamiento global) o similar.
Como ejemplos típicos del refrigerante de bajo GWP, se dan los siguientes refrigerantes.
(1) Un hidrocarburo halogenado ejemplar que tiene un doble enlace carbono-carbono en su composición es HFO-1234yf (CF3CF=CH2). HFO es una abreviatura de Hidro-Fluoro-Olefina. La olefina es un hidrocarburo insaturado que tiene solo un doble enlace. El GWP de HFO-1234yf es 4.
(2) Un ejemplo de hidrocarburo que tiene un doble enlace carbono-carbono en su composición es R1270 (propileno). R1270 tiene un GWP de 3, que es más bajo que el GWP de HFO-1234yf, pero R1270 es más inflamable que HFO-1234yf.
(3) Un ejemplo de una mezcla que contiene al menos uno de un hidrocarburo halogenado que tiene un doble enlace carbono-carbono en su composición o un hidrocarburo que tiene un doble enlace carbono-carbono en su composición es una mezcla de HFO-1234yf y R32. Dado que HFO-1234yf es un refrigerante de baja presión y, por lo tanto, causa una pérdida de presión considerable, degrada fácilmente el rendimiento del ciclo de refrigeración (especialmente en un evaporador). Por lo tanto, se desea utilizar una mezcla con, por ejemplo, R32 o R41, que es un refrigerante de alta presión.
El compresor 6 de acuerdo con el modo de realización 2 tiene los efectos descritos en el modo de realización 1.
Usando el motor eléctrico 1 de acuerdo con el modo de realización 1 como motor eléctrico 60, se puede mejorar la eficacia del motor eléctrico 60 y, en consecuencia, se puede mejorar la eficacia del compresor 6.
Modo de realización 3.
A continuación se describirá un acondicionador de aire 50 (también llamado aparato de refrigeración y acondicionamiento de aire o aparato de ciclo de refrigeración) de acuerdo con el modo de realización 3 de la presente invención.
La FIG. 15 es un diagrama que ilustra esquemáticamente una estructura del acondicionador de aire 50 de acuerdo con el modo de realización 3 de la presente invención.
El acondicionador de aire 50 de acuerdo con el modo de realización 3 incluye una unidad interior 51 como ventilador (primer ventilador), tubería de refrigerante 52 y una unidad exterior 53 como ventilador (segundo ventilador) conectada a la unidad interior 51 a través de la tubería de refrigerante 52.
La unidad interior 51 incluye un motor eléctrico 51a (por ejemplo, el motor eléctrico 1 de acuerdo con el modo de realización 1), un soplador de aire 51b accionado por el motor eléctrico 51a para soplar aire, y una carcasa 51c que cubre el motor eléctrico 51a y el soplador de aire 51b. El soplador de aire 51b incluye, por ejemplo, palas 51d accionadas por el motor eléctrico 51a. Las palas 51d, por ejemplo, están fijadas a un árbol (por ejemplo, el árbol 26) del motor eléctrico 51a y generan una corriente de aire.
La unidad exterior 53 incluye un motor eléctrico 53a (por ejemplo, el motor eléctrico 1 de acuerdo con el modo de realización 1), un soplador de aire 53b, un compresor 54 y un intercambiador de calor (no ilustrado). El soplador de aire 53b es accionado por el motor eléctrico 53a para soplar aire. El soplador de aire 53b incluye, por ejemplo, palas 53d accionadas por el motor eléctrico 53a. Las palas 53d, por ejemplo, están fijadas a un árbol (por ejemplo, el árbol 26) del motor eléctrico 53a y generan una corriente de aire. El compresor 54 incluye un motor eléctrico 54a (por ejemplo, el motor eléctrico 1 de acuerdo con el modo de realización 1), un mecanismo de compresión 54b (por ejemplo, un circuito de refrigerante) accionado por el motor eléctrico 54a, y una carcasa 54c que cubre el motor eléctrico. 54a y el mecanismo de compresión 54b. El compresor 54 es, por ejemplo, el compresor 6 descrito en el modo de realización 2.
En el acondicionador de aire 50, al menos una de la unidad interior 51 o la unidad exterior 53 incluye el motor eléctrico 1 descrito en el modo de realización 1. Más específicamente, como fuente de accionamiento para el solador de aire, el motor eléctrico 1 descrito en el modo de realización 1 se aplica a al menos uno de los motores eléctricos 51a o 53a. Como motor eléctrico 54a del compresor 54, puede usarse el motor eléctrico 1 descrito en el modo de realización 1.
El acondicionador de aire 50 puede realizar una operación tal como una operación de enfriamiento para soplar aire frío desde la unidad interior 51, o una operación de calentamiento para soplar aire caliente desde la unidad interior 51. En la unidad interior 51, el motor eléctrico 51a sirve como fuente de accionamiento para accionar el soplador de aire 51b. El soplador de aire 51b puede soplar aire acondicionado.
Con el acondicionador de aire 50 de acuerdo con el modo de realización 3, dado que el motor eléctrico 1 descrito en el modo de realización 1 se aplica a al menos uno de los motores eléctricos 51a o 53a, se pueden obtener los mismos efectos que los descritos en el modo de realización 1. Esto permite mejorar la eficacia del acondicionador de aire 50.
Usando el motor eléctrico 1 de acuerdo con el modo de realización 1 como fuente de accionamiento para un ventilador (por ejemplo, la unidad interior 51), se pueden obtener los mismos efectos que los descritos en el modo de realización 1. Esto permite mejorar la eficacia del ventilador. Un ventilador que incluye el motor eléctrico 1 de acuerdo con el modo de realización 1 y palas (por ejemplo, las palas 51d o 53d) accionadas por el motor eléctrico 1 puede usarse únicamente como aparato para soplar aire. El ventilador también es aplicable a aparatos distintos del acondicionador de aire 50.
Usando el motor eléctrico 1 de acuerdo con el modo de realización 1 como fuente de accionamiento para el compresor 54, se pueden obtener los mismos efectos que los descritos en el modo de realización 1. Esto permite mejorar la eficacia del compresor 54.
El motor eléctrico 1 descrito en el modo de realización 1 puede montarse no solo en el acondicionador de aire 50, sino también en un aparato que incluye una fuente de accionamiento, tal como un ventilador, un aparato eléctrico doméstico o una máquina herramienta.
Las características en los modos de realización descritos anteriormente se pueden combinar entre sí según sea apropiado.
Descripción de los signos de referencia
1, 51a, 53a, 54a, 60 motor eléctrico; 2 rotor; 3 estator; 4 cojinete; 6 compresor; 8 circuito elevador de voltaje; 20 núcleo de rotor; 20a primera porción; 20b segunda porción; 20c superficie periférica externa (primera superficie periférica externa); 20d superficie periférica externa (segunda superficie periférica externa); 21a primer extremo de rotor; 21b segundo extremo de rotor; 26 árbol; 27a primera placa de extremo; 27b segunda placa de extremo; 31 núcleo de estator; 31a primer extremo de estator; 31b segundo extremo de estator; 50 acondicionador de aire; 51 unidad interior (ventilador); 53 unidad exterior (ventilador); 201 lámina de acero eléctrica; 202 orificio de inserción de imán; 220 imán permanente; 311 diente; 311a cuerpo principal; 311b extremo distal de diente.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Un motor eléctrico (1) que comprende:
un estator (3) que incluye un primer extremo de estator (31a) ubicado en un primer lado en una dirección axial, un segundo extremo de estator (31b) ubicado en un segundo lado opuesto al primer lado en la dirección axial, un diente (311) que se extiende en una dirección radial, y un devanado (32) enrollado alrededor del diente (311); y
un rotor (2) que incluye un núcleo de rotor (20) que incluye una pluralidad de láminas de acero eléctricas (201) estratificadas en la dirección axial, un orificio de inserción de imán (202), un primer extremo de rotor (21a) ubicado en el primer lado, y un segundo extremo del rotor (21b) ubicado en el segundo lado, un imán permanente (220) insertado en el orificio de inserción de imán (202), un árbol (26) fijado al núcleo de rotor (20) y apoyado solamente en el segundo lado, una primera placa de extremo (27a) que cubre el primer lado del orificio de inserción de imán (202), y una segunda placa de extremo (27b) que cubre el segundo lado del orificio de inserción de imán (202),
en el que el primer extremo de rotor (21a) está ubicado separado del primer extremo de estator (31a) hacia el primer lado en la dirección axial,
el segundo extremo de rotor (21b) está ubicado separado del segundo extremo de estator (31b) hacia el primer lado en la dirección axial,
una relación entre una distancia D1 y una distancia D2 satisface D1 > D2 > 0, donde D1 es una distancia desde el imán permanente (220) a la primera placa de extremo (27a), y D2 es una distancia desde el imán permanente (220) a la segunda placa de extremo (27b), y
el espesor de cada una de la pluralidad de láminas de acero eléctricas (201) no es menor de 0,1 mm ni mayor de 0,25 mm.
2. El motor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que
el núcleo de rotor (20) incluye una primera porción (20a) ubicada en un extremo del núcleo de rotor (20) en una dirección radial y en una porción central de polo magnético del rotor (2), y una segunda porción (20b) ubicada en un extremo del núcleo de rotor (20) en una dirección radial y en una porción interpolar del rotor (2), y
en un plano perpendicular a la dirección axial, una distancia desde un centro de rotación del rotor (2) hasta la primera porción (20a) es mayor que una distancia desde el centro de rotación del rotor (2) hasta la segunda porción (20b).
3. El motor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que
la primera placa de extremo (27a) incluye un primer borde externo (271) que forma parte de un borde externo de la primera placa de extremo (27a), y un segundo borde externo (272) adyacente al primer borde externo (271) en una dirección circunferencial,
el primer borde externo (271) está ubicado separado de la primera porción (20a) hacia dentro en una dirección radial, y
el segundo borde externo (272) está ubicado separado de la segunda porción hacia fuera (20b) en una dirección radial.
4. El motor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en el que
el núcleo de rotor (20) incluye una primera superficie periférica externa (20c) que incluye la primera porción (20a) y una segunda superficie periférica externa (20d) que incluye la segunda porción (20b), y
la primera superficie periférica externa (20c) se proyecta hacia fuera en una dirección radial en comparación con la segunda superficie periférica externa (20d).
5. El motor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que
el diente (311) incluye un extremo distal de diente (311b) orientado hacia el rotor (2), y
el motor eléctrico (1) satisface 01 > 02 donde 01 es un ángulo formado por dos líneas rectas que pasan por ambos extremos del extremo distal de diente (311b) en una dirección circunferencial y el centro de rotación del rotor (2) en el plano perpendicular a la dirección axial, y 02 es un ángulo formado por dos líneas rectas que pasan por ambos extremos de la primera superficie periférica externa (20c) en la dirección circunferencial y el centro de rotación del rotor (2) en el plano.
6. El motor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el núcleo de rotor (20) incluye un orificio (204) formado fuera del orificio de inserción de imán (202) en una dirección radial, y el orificio (204) se extiende en una dirección circunferencial.
7. El motor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el orificio (204) está ubicado en una línea recta que pasa por un extremo (311c) del extremo distal de diente (311b) en una dirección circunferencial y el centro de rotación del rotor (2).
8. El motor eléctrico (1) de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que el núcleo de rotor (20) incluye una porción de pared delgada (205) formada entre el orificio (204) y un borde externo del núcleo de rotor (20).
9. El motor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que
la anchura del imán permanente (220) en una dirección radial es menor que una anchura del orificio de inserción de imán (202) en la dirección radial, y
el imán permanente (220) está ubicado en un lado interno con respecto a la dirección radial en el orificio de inserción de imán (202).
10. El motor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que
la primera placa de extremo (27a) incluye un primer orificio de fijación (274),
el núcleo de rotor (20) incluye un segundo orificio de fijación (206),
el rotor (2) incluye un miembro de fijación (28) para fijar la primera placa de extremo (27a) al núcleo de rotor (20),
el miembro de fijación (28) se inserta en el primer orificio de fijación (274) y el segundo orificio de fijación (206), y
el motor eléctrico (1) satisface (r2 r3)-2 * r1 < M1 - T1
donde r1 es un radio del miembro de fijación (28), r2 es un radio del primer orificio de fijación (274), r3 es un radio del segundo orificio de fijación (206), M1 es un radio del núcleo de rotor (20) en una porción central de polo magnético del rotor (2), y T1 es un radio de la primera placa de extremo (27a) en la porción central de polo magnético.
11. El motor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que una frecuencia de portadora para ajustar un voltaje aplicado al devanado (32) es de 1 kHz a 8 kHz.
12. El motor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende además un circuito elevador de voltaje (8) para elevar un voltaje aplicado al devanado (32).
13. El motor eléctrico (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que
el estator (3) comprende un núcleo de estator (31) que incluye el diente (311), y
un entrehierro entre el núcleo de rotor (20) y el núcleo de estator (31) en la porción interpolar del rotor (2) es más grande que un entrehierro entre el núcleo de rotor (20) y el núcleo de estator (31) en una porción central de polo magnético del rotor (2).
14. Un compresor (6) que comprende:
el motor eléctrico (60) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13;
un mecanismo de compresión (62) accionado por el motor eléctrico (60); y
una carcasa (61) que cubre el motor eléctrico (60) y el mecanismo de compresión (62).
15. Un ventilador (51, 53) que comprende:
el motor eléctrico (51a, 53a) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13; y una pala (51 d, 53d) accionada por el motor eléctrico (51a, 53a).
16. Un aparato de refrigeración y aire acondicionado (50) que comprende:
una unidad interior (51); y
una unidad exterior (53) conectada a la unidad interior (51),
comprendiendo al menos una de la unidad interior (51) o la unidad exterior (53) el motor eléctrico (51a, 53a) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
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