CN106499633A - 密封型电动压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密封型电动压缩机，其能确保马达的磁力，并且提高Nd‑Fe‑B类烧结磁铁的保磁力，提高了相对于高温减磁的耐久性。本发明的密封型电动压缩机具备：R32制冷剂的压缩机构部；以及驱动上述压缩机构部的电动机，上述电动机的转子具有永久磁铁，上述永久磁铁的着磁率为98.5％以上。上述永久磁铁是进行了外部着磁的永久磁铁，与以往的永久磁铁相比，能提高保磁力。根据具备使用了该永久磁铁的电动机的密封型电动压缩机，能将减磁开始电流提升为控制电流以上，热耐久性优异。

Description

密封型电动压缩机

技术领域

本发明涉及密封型电动压缩机。

背景技术

以往，作为冷冻机、空调机、冰箱等的制冷剂，例如使用R134a、R410A、R407C等。这些制冷剂对臭氧层的影响小，但地球暖化系数大。相对于此，当R32与R410A比较时，地球暖化系数是三分之一左右。但是，R32与R134a、R410A、R407C等相比，压缩机中的排出温度高，有可能使用于马达的永久磁铁减磁。

在专利文献1中记载了通过使稀土类磁铁的厚度比通常增加，实现相对于高温减磁的耐久性的提高的马达。

另外，在专利文献2中记载了通过由Dy置换Nd-Fe-B类烧结磁铁的Nd的一部分，实现耐热性的改进的马达。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2001-115963号公报

专利文献2：日本特开2008-86128号公报

但是，专利文献1的马达由于增加了稀土类磁铁的厚度，相应地制约了由电磁钢板构成的铁芯部的尺寸。该马达由于稀土类磁铁的增加，铁芯部的体积相应减小，因此，无法确保充分的磁力。

另外，专利文献2的马达的磁铁的饱和磁性极减少，无法得到必要的残留磁通密度，因此无法确保充分的磁力。

发明内容

本发明的课题在于提供确保马达的磁力，且提高Nd-Fe-B类烧结磁铁的保磁力，提高相对于高温减磁的耐久性的密封型电动压缩机。

解决了上述课题的本发明的密封型电动压缩机具备R32制冷剂的压缩机构部、驱动上述压缩机构部的电动机，上述电动机的转子具有永久磁铁，上述永久磁铁的着磁率为98.5％以上。

另外，解决了上述课题的本发明的密封型电动压缩机的制造方法具有下述工序：使用具备着磁磁轭的外部着磁装置以转子的永久磁铁的着磁率为98.5％以上的方式进行着磁的着磁工序；以及在密封容器内配置具有上述转子的电动机、R32制冷剂的压缩机构部的组装工序。

本发明的效果如下。

根据本发明，能提供确保马达的磁力，并且提高Nd-Fe-B类烧结磁铁的保磁力，提高了相对于高温减磁的耐久性的密封型电动压缩机。

附图说明

图1是本发明的实施方式的密封型电动压缩机的纵剖视图。

图2是密封型电动压缩机的电动机中的转子的立体图。

图3是转子中的永久磁铁的配置图，(a)是从轴向观察的图，(b)是(a)的IIIb-IIIb剖视图。

图4是表示转子中的一个极的磁铁收纳部附近的局部放大图。

图5是构成永久磁铁的Nd-Fe-B化合物的母相粒内的金属分布图。

图6是对本实施方式中的转子进行着磁的外部着磁装置的结构说明图。

图7是表示永久磁铁的温度与减磁开始电流的关系的图表。

图中：1-密封容器，2-压缩机构，3-固定卷轴，4—旋转卷轴，5—机架，6—轴，7—电动机，7a—转子，7b—定子，11—吸入管，16—平衡锤，16a—上平衡锤，16b—下平衡锤，22—排出管，25—铁芯，31—磁铁收纳部，33—永久磁铁，35—粒界，36—中重稀土类元素所富含的合金，37-中重稀土类元素，40—外部着磁装置，41—着磁磁轭，50—密封型电动压缩机。

具体实施方式

接着，适当参照附图说明用于实施本发明的方式(实施方式)。

本实施方式的密封型电动压缩机的主要特征在于电动机的转子中的永久磁铁的着磁率为98.5％以上。下面，对密封型电动压缩机的整体结构进行说明后，对转子与用于该转子的永久磁铁进行说明。

<密封型电动压缩机>

图1是本实施方式的密封型电动压缩机50的纵剖视图。

密封型电动压缩机50用作冷冻空调装置(例如空调机、冰箱、冷冻库、冷藏冷冻陈列柜等)、加热泵式供开水装置等的冷冻循环的构成设备。

如图1所示，密封型电动压缩机50作为主要构成要素具备密封容器1、压缩机构2及电动机7。

密封容器1具有圆筒状的筒部1a与熔焊在筒部1a的上下的盖部1b及底部1c，使内部为密封空间。

密封容器1收纳压缩机构2与电动机7，在底部1c贮存醚类化合物、酯类化合物等润滑油8。以润滑油8的油面位于副轴承15的上方的方式设定。

在密封容器1中设有贯通盖部1b的吸入管11及贯通筒部1a的排出管22。排出管22位于机架5的正下方，向密封容器1内的中心方向突出。排出管22的前端比线圈终端件17的外周面更向中心侧延伸地开口。

压缩机构2压缩R32的制冷剂气体并排出至密封容器1内，配置于密封容器1内的上部。压缩机构2作为主要构成要素具备固定卷轴3、旋转卷轴4、机架5及十字头环(オルダムリング)10。

固定卷轴3在端板上具有涡旋状的圈，螺纹固定在机架5上。在固定卷轴3的周边部设有吸入口12，在中央部设有排出口14。吸入管11与吸入口12连通。排出口14与密封容器1内的压缩机构2的上方空间连通。

旋转卷轴4在端板上具有涡旋状的圈。旋转卷轴4被夹入固定卷轴3与机架5之间。旋转卷轴4的圈与固定卷轴3的圈啮合而形成压缩室。

在旋转卷轴4的反固定卷轴侧设有组装旋转轴承的轴套部。在该旋转轴承上嵌入对旋转卷轴4进行偏心驱动的偏心销部6a。

十字头环10构成旋转卷轴4的自转限制机构。十字头环10设置在旋转卷轴4与机架5之间，防止进行公转的旋转卷轴4的自转地进行圆轨道运动。

本实施方式中的机架5利用焊接固定在密封容器1上。该机架5支撑固定卷轴3、十字头环10及旋转卷轴4。在机架5的中央设有向下方突出的筒部。在该筒部内设有对轴6进行轴支承的主轴承5a。

在固定卷轴3及机架5的外周部形成连通固定卷轴3的上方空间与机架5的下方空间的多个排出气体通道18a。

电动机7作为主要构成要素具备转子7a、定子7b、轴6及平衡锤16。对于转子7a将于之后详细说明。

定子7b作为主要构成要素具备：线圈24，其具有使电流流通而产生旋转磁场的多个导体；以及铁芯23，其用于有效地传递旋转磁场。

另外，本实施方式中的定子7b的线圈24以集中卷方式卷绕。

铁芯23烧嵌在密封容器1上，通过焊接等固定。在该定子7b的外周，沿整周形成多个切口，在该切口与密封容器1之间形成排出气体通道18b。

轴6嵌合于转子7a的中央孔并与转子7a一体化。轴6的一侧(图示例中为上侧)从转子7a突出并卡合在压缩机构2上，通过压缩机构2的压缩动作施加偏心力。在本实施方式中，轴6的两侧从转子7a的两侧突出，在转子7a的两侧由主轴承5a及副轴承15轴支承，能稳定地旋转。副轴承15由焊接在密封容器1并固定的支撑部件支撑，并且被润滑油8浸渍。

轴6的下端延伸至密封容器1的底部的存油处9内。在轴6上设有将润滑油8向各轴承部及各滑动面供给的贯通孔6b，从下端部的存油处9将润滑油8从贯通孔6b吸起。通过轴贯通孔从存油处9吸起至压缩机构2的的润滑油8供给至各轴承及压缩机构2的滑动部。供给至压缩机构2的滑动部的润滑油8与制冷剂气体一起从固定卷轴3的中央部的排出口14排出。

平衡锤16由设置在转子7a的两侧的上平衡锤(压缩机构侧平衡锤)16a及下平衡锤(反压缩机构侧平衡锤)16b构成，由多个铆钉30固定在转子7a上。

在以上那样的密封型电动压缩机50中，当对电动机7通电且转子7a旋转时，轴6旋转。由此，进行偏心销部6a偏心了的旋转运动，旋转卷轴4旋转。形成于固定卷轴3与旋转卷轴4之间的压缩室一边从外周侧向中央部移动一边变小。通过吸入管11及吸入口12吸入的制冷剂气体由压缩室压缩。被压缩的制冷剂气体从固定卷轴3的中央部的排出口14排出至密封容器1内的上部空间(排出压力空间)，通过排出管22排出至密封容器1外。

<转子>

接着，进一步详细地说明本实施方式中的转子7a。

图2是密封型电动压缩机的电动机中的转子的立体图。另外，图2一并记载上平衡锤16a与下平衡锤16b。另外，图2中，为了作图方便，上平衡锤16a与转子7a剖切一部分而表示。

如图2所示，转子7a作为主要构成要素具备铁芯25、内置于铁芯25的永久磁铁33。转子7a将来自定子7b的旋转磁场转换为旋转运动，以轴6(参照图1)为中心旋转。转子7a能旋转地配置于定子7b(参照图1)的铁芯23(参照图1)的中央孔。

转子7a具备***多个磁铁收纳部31的永久磁铁33。永久磁铁33由较薄的长方体形成。该永久磁铁33在磁化方向的以符号B表示的面的面积比以符号A表示的面的面积大。并且，以永久磁铁33的6面中、最宽的两面(一对B面)朝向转子7a的离心方向的方式配置。转子7a的下表面由下平衡锤16b等堵塞。由此，永久磁铁33以不会从磁铁收纳部31的下表面拔出的方式被保持。

图3是转子7a的永久磁铁33的配置图，(a)是从轴向观察的图，(b)是(a)的IIIb-IIIb剖视图。

如图3(a)所示，***各磁铁收纳部31的永久磁铁33由多个构成。在本实施方式中，在四个磁铁收纳部31的各个上将永久磁铁33分割为三个而配置。在永久磁铁33上，由来自定子7b的磁场的影响产生涡电流，但由于永久磁铁33被分割，减少了涡电流损失。

转子7a具有埋入永久磁铁的极部51与位于极部51间的极间部52。

在本实施方式的转子7a中，极间部52的径向的长度X比极部51的径向的长度Y短。根据这种转子7a，能够使磁通通过的铁芯25窄，能减少永久磁铁33的泄漏磁通。

如图3(b)所示，在磁铁收纳部31的轴向的上端部与永久磁铁33之间形成间隙R。通过设置这种间隙R，能够与在磁铁收纳部31内配置永久磁铁33时的尺寸误差对应。另外，该间隙R如后所述，以比在永久磁铁33的磁化方向的与磁铁收纳部31的间隙Q(参照图4)大的方式设定。

图3(b)中，符号25是铁芯。铁芯25通过如图3(b)所示那样在轴向层叠具有图3(a)所示的平面形状的例如硅钢板而形成。

图4是表示转子7a中的一个极的磁铁收纳部31附近的局部放大图。

当使Dy、Tb等之类的中重稀土类元素向作为永久磁铁材料的Nd-Fe-B类烧结磁铁的粒界附近偏移时，由于分散强化，全部在变形上存在约束。因此，永久磁铁转矩变强，但相反，脆性增加。

本实施方式的永久磁铁33磁力大，因此，难以在磁铁收纳部31移动。在此，为了以防万一，伴随转子7a的加速、减速的惯性力、离心力施加在永久磁铁33上，假想被分割为三个的永久磁铁33在磁铁收纳部31内移动的情况。

如上所述，磁铁收纳部31在轴向设置间隙R(参照图3(b))，收纳永久磁铁33。

除了该间隙R，如图4所示，磁铁收纳部31在永久磁铁33的磁化方向的永久磁铁33与磁铁收纳部31之间形成间隙Q。通过设置这种间隙Q，吸收在磁铁收纳部31内配置永久磁铁33时的尺寸误差。

另外，间隙Q形成为比上述间隙R(参照图3(b))窄。本实施方式中的转子7a(参照图2)的间隙Q比间隙R窄，因此，防止三个永久磁铁33分别在磁化方向上移动。即，在相邻的永久磁铁33彼此在磁化方向上移动时，通过互相具有角度地接触，避免永久磁铁33的角部彼此冲突。另外，由于间隙R(参照图3(b))比间隙Q大，因此，与三个永久磁铁33分别在磁化方向移动相比，优先在轴向上偏离，因此，防止永久磁铁33的角部彼此冲突。

因此，根据该转子7a(参照图2)，能防止在永久磁铁33的角部产生粒界破裂。

另外，本实施方式的间隙Q期望设定为不会过宽的程度，这种规定宽度的间隙Q良好地维持磁化方向的在永久磁铁33与铁芯25之间的磁力。顺便地，本实施方式中的间隙Q假想为0.1mm左右，但并未限定于此。

<永久磁铁>

接着，更详细地说明本实施方式的永久磁铁33。

本实施方式的转子7a(参照图2)的永久磁铁33(参照图2)的着磁率为98.5％以上。该永久磁铁33通过对接下来说明的Nd-Fe-B化合物进行外部着磁而得到。关于该外部着磁，之后与密封型电动压缩机50的制造方法一起详细地说明。

(Nd-Fe-B化合物)

图5是构成本实施方式的永久磁铁33的Nd-Fe-B化合物的母相粒内的金属分布图。

本实施方式的永久磁铁33以用Nd₂Fe₁₄B的组成式表示的合金为主要成分。更具体地说，永久磁铁33如图5所示，后述的中重稀土类元素37以包围由Nd₂Fe₁₄B合金构成的结晶粒子34的方式分布。换言之，就构成永久磁铁33的Nd-Fe-B化合物而言，后述的中重稀土类元素37在由Nd₂Fe₁₄B构成的结晶粒子34的粒界35附近扩散分布。

作为中重稀土类元素37，列举例如Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Eu、Y、Sc等。其中，更期望Tb及Dy。

这种Nd-Fe-B化合物通过在磁铁烧结时混合中重稀土类元素37所富含的合金36而得到。

作为合金36，如列举Tb-Fe、Dy-Al、Tb₄O₇、Dy₂O₃等，但并未限定于此。

在由Nd-Fe-B化合物构成的永久磁铁33中，在粒界35的表面，由逆磁区的核生成的外部磁场的大小为保磁力。

粒界35的表面的结构对逆磁区的核生成有较大影响，粒界35附近的结晶结构的紊乱导致磁结构的紊乱，有助于逆磁区的生成。

从结晶界面到5nm左右的深度的磁结构有助于逆磁区的生成的助长。

在本实施方式中，如上所述，使中重稀土类元素37集中地分布在粒界35附近。由此，本实施方式的永久磁铁33与中重稀土类元素37均匀地分布在Nd₂Fe₁₄B合金的情况相比，能够提高保持力。在此，粒界35附近指母相粒中、从结晶界面(粒界35)到5nm左右的深度的母相粒的表层。

因此，通过使粒界35附近的相对于作为Nd-Fe-B化合物的结构成分的Nd的中重稀土类元素37的比例比相对于比粒界35附近靠内侧的母相粒中的Nd的中重稀土类元素37的比例大，能提高永久磁铁33的保磁力。

另外，在本实施方式的Nd-Fe-B化合物中，因为母相粒的平均粒径是0.5～20μm左右，因此，当使中重稀土类元素37的量较多地集中在距结晶界面5nm左右的深度的粒界35附近时，能较大地提高永久磁铁33的残留磁通密度。并且，根据本实施方式的Nd-Fe-B化合物，能减少中重稀土类元素37的总量，能抑制永久磁铁33的原价。

另外，本实施方式的永久磁铁33能够使中重稀土类元素37的含有率为1质量％以上且3质量％以下。

<密封型电动压缩机的制造方法>

接着，对本实施方式的密封型电动压缩机50的制造方法进行说明。该制造方法的主要特征在于具有使用后述的外部着磁装置40(参照图6)对转子7a的永久磁铁33(参照图2)着磁的外部着磁工序。利用该外部着磁工序，能够使转子7a的永久磁铁33的着磁率为98.5％以上。期望能够为98.5％以上且100.0％以下。

以往，对转子7a的永久磁铁33的着磁利用卷线着磁方式进行。在该卷线着磁方式中，在将转子7a组装在定子7b后，通过在定子7b的线圈24中瞬间地流经大电流，对转子7a内的永久磁铁33进行着磁。此时，额定运转时的数倍的电压施加在定子7b的卷线相互间，流过10倍以上的大电流。因此，容易产生插槽内部的不同相的卷线相互间的绝缘破坏、由卷线彼此的冲突引起的卷线损伤、绝缘体破裂等。由此，在以往的利用卷线着磁方式的着磁中，难以使电流增加至残留磁通密度饱和地对永久磁铁33着磁，永久磁铁33的着磁率停止在97％左右。

相对于此，本实施方式的转子7a使用接下来说明的外部着磁装置40进行永久磁铁33的着磁。

图6是外部着磁装置40的结构说明图。

如图6所示，外部着磁装置40具备着磁磁轭41、在着磁磁轭41上产生脉冲磁场的磁场产生器44。着磁磁轭41根据转子7a的四个极的永久磁铁33(参照图3(a))，以被四分割的着磁磁轭41覆盖转子7a的周围的方式配置。

图6中，符号7a是固定在轴6上的转子，符号42是着磁磁轭41的线圈，符号43是着磁磁轭41的铁芯。

在本实施方式的制造方法中，如图6所示，在外部着磁装置40上配置将转子7a压入固定在压缩机构2的轴6上的部件。

另外，在该制造方法中，也能在着磁后的转子7a上组装轴6，但当在对转子7a的永久磁铁33进行着磁前组装轴6，则能由磁力附着的铁分等不会介于中间地将轴6组装在转子7a上。

接着，利用磁场产生器44产生脉冲磁场且对转子7a的永久磁铁33进行着磁。具体地说，通过将磁场产生器44的电容器(省略图示)所蓄积的电荷瞬时地向着磁磁轭41的线圈42放电，在着磁磁轭41上产生脉冲磁场。配置于着磁磁轭41的空芯部的转子7a的永久磁铁33利用该脉冲磁场，着磁率为98.5％以上。

另外，本实施方式中的着磁率的用语是在使增加电流而增强磁场地进行着磁时的饱和了的残留磁铁密度为100％以上的情况下，根据与实际的残留磁铁密度的比例算出的值。

在本实施方式的密封型电动压缩机50的制造方法中，以相对于固定在密封容器1(参照图1)的定子7b形成规定的空隙的方式配置着磁后的转子7a。接着，压缩机构2的机架5的外周部焊接在密封容器1并固定。之后，将固定卷轴3、旋转卷轴4等其他构成部件组装在其上，密封型电动压缩机50完成，该制造方法结束。

接着，对本实施方式起到的作用效果进行说明。

图7是永久磁铁的温度与减磁开始电流的关系图。

如图7所示，在使用R32制冷剂的情况下，与使用R410A制冷剂的情况相比，排出气体温度变高，因此，密封容器1内的环境温度高。R32制冷剂的使用区域比R410制冷剂的使用区域偏向高温侧。

图7中，实施例的着磁率98.5％表示利用上述外部着磁装置40进行了着磁的永久磁铁33的着磁率的下限值。实施例所表示的曲线表示着磁率98.5％的永久磁铁33中的减磁开始电流与温度的关系。

另外，比较例的着磁率97％表示以卷线着磁方式进行了着磁的现有的永久磁铁的着磁率的上限值。以比较例表示的曲线表示着磁率97％的永久磁铁中的减磁开始电流与温度的关系。

具备使用了比较例(着磁率97％)的永久磁铁的电动机的密封型电动压缩机在R410制冷剂的使用区域，控制电流低于减磁开始电流。但是，使用了比较例(着磁率97％)的永久磁铁的部件产生在R32制冷剂的使用区域控制电流超过减磁开始电流的区域(图7中以斜线的网格表示)。即，比较例的密封型电动压缩机由于永久磁铁的残留磁通密度的下降而导致性能下降。

相对于此，具备使用了实施例(着磁率98.5％)的永久磁铁33的电动机7的密封型电动压缩机50在R410A制冷剂的使用区域及R32制冷剂的使用区域的双方，控制电流低于减磁开始电流。即，图7中，以斜线的网格表示的部分为本发明的效果范围。

即，根据实施例的永久磁铁33，与比较例的着磁量97％的永久磁铁相比，能提高保磁力。由此，根据具备使用了该永久磁铁33的电动机7的本实施方式的密封型电动压缩机50，能将减磁开始电流提升至控制电流以上，热耐久性优异。

顺便地，本实施方式的永久磁铁33通过为上述那种着磁率的范围，能将控制电流提高至30A左右。

另外，根据本实施方式的密封型电动压缩机50，将中重稀土类元素37集中在比Nd-Fe-B化合物的母相粒的内侧靠粒界35附近地分布，因此，与在母相粒的整体中含有中重稀土类元素37的结构相比，能减少中重稀土类元素37的含有量。顺便地，Nd-Fe-B化合物中的Dy的含有量能够为1质量％以上且3质量％以下。

另外，通过减少中重稀土类元素37的含有量，能增加Nd₂Fe₁₄B的比例，因此，能提高永久磁铁33的残留磁通密度。

另外，在本实施方式的密封型电动压缩机50中，在电动机7的转子7a中，在永久磁铁33的磁化方向的永久磁铁33与磁铁收纳部31的间隙Q比在转子7a的轴向的永久磁铁33与磁铁收纳部31之间的间隙R窄。

由此，能防止永久磁铁33的角部彼此冲突，防止在永久磁铁33的角部产生粒界破裂。

以上，对本实施方式进行了说明，但本发明未限定于上述实施方式，能以多种方式实施。

在上述实施方式中，并未限定Nd-Fe-B化合物中所含的中重稀土类元素37，但也能不含有Dy，能够为由作为中重稀土类元素37只含有Tb的Nd-Fe-B化合物构成的永久磁铁33。根据这种密封型电动压缩机50，不需要使用只在特定的地域(国)较多地产出的Dy，缓和永久磁铁材料的调配的制约。

另外，上述实施方式的密封型电动压缩机50假想卷轴型压缩机，但本发明也能应用于例如旋转类型、摆动类型、往复类型等其他压缩机。

Claims (5)

1.一种密封型电动压缩机，其特征在于，

具备：

R32制冷剂的压缩机构部；以及

驱动上述压缩机构部的电动机，

上述电动机的转子具有永久磁铁，

上述永久磁铁的着磁率为98.5％以上。

2.根据权利要求1所述的密封型电动压缩机，其特征在于，

上述转子具有收纳上述永久磁铁的磁铁收纳部，

在上述永久磁铁的磁化方向上的上述永久磁铁与上述磁铁收纳部的间隙比在上述转子的轴向的上述永久磁铁与上述磁铁收纳部间的间隙窄。

3.一种密封型电动压缩机的制造方法，其特征在于，

具有下述工序：

使用具备着磁磁轭的外部着磁装置以转子的永久磁铁的着磁率为98.5％以上的方式进行着磁的着磁工序；以及

在密封容器内配置具有上述转子的电动机以及R32制冷剂的压缩机构部的组装工序。

4.根据权利要求3所述的密封型电动压缩机的制造方法，其特征在于，

上述永久磁铁由含有中重稀土类元素的Nd-Fe-B化合物形成，

形成上述Nd-Fe-B化合物的母相粒中的、距上述母相粒的粒界5nm的母相粒部分所含的上述中重稀土类元素的量比距上述粒界5nm更靠内侧的剩余的母相粒部分所含的上述中重稀土类元素的量多。

5.根据权利要求4所述的密封型电动压缩机的制造方法，其特征在于，

上述Nd-Fe-B化合物所含的上述中重稀土类元素只是Tb。