CN107534334B - 转子、电动机、压缩机以及制冷空调机 - Google Patents

Abstract

转子(3)具备：铁芯(4)，呈现圆筒状或者圆柱状；以及多个磁铁，相对铁芯(4)的中心轴(C)在圆周方向上等间隔地配置并嵌入到铁芯(4)，铁芯(4)具有第一端面部(41)、第二端面部(42)以及设置于第一端面部(41)与第二端面部(42)之间的中央部(43)，在第一端面部(41)、第二端面部(42)以及中央部(43)的各个中，在相比多个磁铁远离铁芯(4)的中心轴(C)的位置处，形成有至少一个空隙(7)，中央部(43)的第三剖面面积大于第一端面部(41)的第一剖面面积以及第二端面部(42)的第二剖面面积。

Description

转子、电动机、压缩机以及制冷空调机

技术领域

本发明涉及在铁芯中***有永久磁铁的转子、电动机、压缩机以及制冷空调机。

背景技术

近年来，由于针对节能化的意识提高，存在要求提高电动机的效率的趋势。因此，提出了通过使用在铁芯中***有永久磁铁的转子来谋求提高效率的电动机。

在这样的电动机中，由于相比被***的永久磁铁靠外周侧的铁芯部分的影响，存在运转中的转矩脉动以及径向激振力增大的情况。转矩脉动是由于运转中的转矩的状态变动而产生的脉动。转矩脉动成为振动以及噪音的原因，所以还需要与效率的提高一并地降低转矩脉动。在专利文献1中，通过在相比***的永久磁铁靠外周侧的铁芯部分配置多个空隙即狭缝来降低转矩脉动。

现有技术文献

专利文献1：日本专利第5414900号公报

发明内容

然而，存在如下问题：由于狭缝的配置而磁力降低，转矩降低，从而马达效率恶化。

本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于得到一种能够通过形成空隙来降低转矩脉动并且谋求抑制转矩的降低的转子。

为了解决上述课题并达成目的，本发明所涉及的转子具备：铁芯，呈现圆筒状或者圆柱状；以及多个磁铁，相对铁芯的中心轴在圆周方向上等间隔地配置，嵌入到铁芯，铁芯具有：第一端面部，包括铁芯的第一端面；第二端面部，包括第二端面，该第二端面是第一端面的相反侧的端面；以及中央部，设置于第一端面部与第二端面部之间，多个磁铁的各个磁铁被贯通到第一端面部、第二端面部以及中央部，在第一端面部、第二端面部以及中央部的各个中，在相比多个磁铁远离铁芯的中心轴的位置处，形成至少一个空隙，第一端面部具有与铁芯的中心轴垂直的平面的第一剖面面积，第二端面部具有与铁芯的中心轴垂直的平面的第二剖面面积，中央部具有与铁芯的中心轴垂直的平面的第三剖面面积，第三剖面面积大于第一剖面面积以及第二剖面面积。

本发明所涉及的转子起到通过形成空隙来能够抑制转矩脉动并且抑制转矩的降低这样的效果。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1所涉及的电动机的概略结构的立体图。

图2是沿与中心轴垂直的面切断实施方式1所涉及的电动机的剖面图。

图3是沿与中心轴垂直的面切断实施方式1中的转子的剖面图。

图4是实施方式1中的转子的剖面图，是沿着图3所示的A-A线观察的向视剖面图。

图5是实施方式1中的转子的剖面图，是沿着图4所示的B-B线观察的向视剖面图。

图6是实施方式1中的转子的剖面图，是沿着图4所示的C-C线观察的向视剖面图。

图7是实施方式1中的转子的剖面图，是沿着图4所示的D-D线观察的向视剖面图。

图8是示出在实施方式1所涉及的电动机中，将纵轴设为输出转矩、将横轴设为Xrc/Xr时的关系的图。

图9是示出在实施方式1所涉及的电动机中，将纵轴设为转矩脉动、将横轴设为Xrc/Xr时的关系的图。

图10是使用实施方式1所涉及的电动机的压缩机的剖面图。

图11是使用实施方式1中的压缩机来构成的制冷空调机的结构图。

(符号说明)

1：定子；2：绕组；3：转子；3a：轴部；4：铁芯；4a：第一端面；4b：第二端面；5：磁铁；6：磁铁***孔；7：空隙；7a：第一空隙；7b：第二空隙；7c：第三空隙；41：第一端面部；42：第二端面部；43：中央部；51：电动机；200：压缩机；300：制冷空调机。

具体实施方式

以下，根据附图，详细说明本发明的实施方式所涉及的转子、电动机、压缩机以及制冷空调机。此外，本发明不限于该实施方式。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1所涉及的电动机的概略结构的立体图。电动机51具备呈现筒状形状的定子1和设置于定子1的内侧且以定子1的中心轴C为中心旋转的转子3。

图2是沿与中心轴C垂直的面切断实施方式1所涉及的电动机51的剖面图。定子1是对于向内侧突出的多个齿1a缠绕绕组2而构成的。转子3呈现沿着中心轴C延伸的圆筒形状或者圆柱形状。转子3是在与定子1之间设置间隙而配置的。

图3是沿与中心轴C垂直的面切断实施方式1中的转子3的剖面图。转子3具备在沿着中心轴C的方向上层叠多个电磁钢板而形成的铁芯4。铁芯4呈现圆筒形状或者圆柱形状，构成转子3的外廓。在铁芯4中，形成有在沿着中心轴C的方向上延伸的磁铁***孔6。磁铁5***并嵌入到磁铁***孔6。磁铁5是以钕以及镝为主成分的稀土类磁铁。通过使用稀土类磁铁，具有高的残留磁通密度和顽磁力，所以通过使用稀土类磁铁，能够构成高效以及抗退磁力优良的永久磁铁埋入型电动机。

形成有与电动机51的极数相同的数量的磁铁***孔6，在本实施方式1中，形成有六个磁铁***孔6。如图3所示，磁铁***孔6形成为与沿着中心轴C观察的情况下的铁芯4的外周的形状即圆形形状中的弦重叠，配置为六个磁铁***孔6整体呈现正六边形形状。即，相对中心轴C，在圆周方向上等间隔地形成磁铁***孔6。由此，磁铁5相对中心轴C等间隔地配置。

在铁芯4中的、相比磁铁***孔6靠外周侧，即相比磁铁5远离中心轴C的位置处，形成有至少一个空隙7。在本实施方式1中，示出形成有多个空隙7的例子。图4是实施方式1中的转子3的剖面图，是沿着图3所示的A-A线观察的向视剖面图。如图4所示，空隙7具有：从沿着中心轴C的铁芯4的第一端面4a侧到达第二端面4b侧的多个第一空隙7a、从铁芯4的第一端面4a侧向第二端面4b侧延伸的多个第二空隙7b以及从铁芯4的第二端面4b侧向第一端面4a侧延伸的多个第三空隙7c。第二空隙7b的个数和第三空隙7c的个数相等。另外，第二空隙7b以及第三空隙7c形成于第一空隙7a之间。此外，在以下的说明中使用的空隙的个数意味着针对每一极形成的空隙的个数。

铁芯4沿着中心轴C被分成第一端面部41、第二端面部42以及中央部43。第一端面部41是包括第一端面4a的区域，且是形成有第一空隙7a和第二空隙7b的区域。第二端面部42是包括第二端面4b的区域，且是形成有第一空隙7a和第三空隙7c的区域。中央部43是设置于第一端面部41与第二端面部42之间的区域，且是仅形成有第一空隙7a的区域。

图5是实施方式1中的转子3的剖面图，是沿着图4所示的B-B线观察的向视剖面图。图6是实施方式1中的转子3的剖面图，是沿着图4所示的C-C线观察的向视剖面图。图7是实施方式1中的转子3的剖面图，是沿着图4所示的D-D线观察的向视剖面图。在图5中，示出第一端面部41的剖面形状。在图6中，示出第二端面部42的剖面形状。在图7中，示出中央部43的剖面形状。此外，在图5至图7中，抽出包括一个磁铁5的区域而示出。另外，在图5至图7中示出的剖面是与中心轴C垂直的平面。在将形成于第一端面部41的空隙7的个数设为S₁，将形成于第二端面部42的空隙7的个数设为S₂，将形成于中央部43的空隙7的个数设为S₃时，S₃<S₁以及S₃<S₂的关系成立。特别是，在本实施方式1中，S₃<S₁＝S₂。即，在中央部43的两侧设置有形成有比中央部43多的空隙7的、第一端面部41以及第二端面部42。在本实施方式1中，在第一端面部41中，在第一空隙7a之间形成有第二空隙7b。在第二端面部42中，在第一空隙7a之间形成有第三空隙7c。

另外，在沿着中心轴C的方向上，将第一端面部41的长度设为Xr1，将第二端面部42的长度设为Xr2，将中央部43的长度设为Xrc，将转子3的厚度即铁芯4的层叠厚度设为Xr时，Xr＝Xr1+Xr2+Xrc。另外，为了设置中央部43，需要使Xr>Xr1+Xr2的关系成立。

在以上说明的电动机51中，由于在转子3中形成空隙7，从而能够使转矩脉动降低，抑制振动以及噪音的产生。另外，在形成有比中央部43多的空隙7的转子3的两端部，即第一端面部41以及第二端面部42中，磁阻变大，从磁铁5产生的磁通易于集中到定子芯。这可以说为，通过增大转子3的两端部的磁阻来抑制在转子3的两端部泄漏的磁通，实现磁通的有效活用。通过抑制在转子3的两端部泄漏的磁通，实现磁通的有效活用，能够抑制电动机51的转矩降低。此外，为了抑制磁通从转子3的两端部泄漏，需要使图7所示的中央部43的剖面面积(第三剖面面积)大于图5所示的第一端面部41的剖面面积(第一剖面面积)以及图6所示的第二端面部42的剖面面积(第二剖面面积)。中央部43的剖面面积、第一端面部41的剖面面积以及第二端面部42的剖面面积是除了磁铁***孔6和空隙7以外的铁芯4的剖面面积。

接下来，根据电动机51中的转矩脉动的抑制以及转矩降低的抑制的观点，说明Xrc和Xr的更优选的关系。图8是示出在实施方式1所涉及的电动机51中，将纵轴设为输出转矩、将横轴设为Xrc/Xr时的关系的图。图9是示出在实施方式1所涉及的电动机51中，将纵轴设为转矩脉动、将横轴设为Xrc/Xr时的关系的图。

根据图8可知，在Xrc/Xr＝0.88的附近，输出转矩最大化。根据图9可知，在增大Xrc/Xr时，转矩脉动有增加的趋势。根据使转矩脉动降低的观点，最好Xrc/Xr小。但是，如从图8也可知，在减小Xrc/Xr时，输出转矩降低。因此，根据图8以及图9所示的关系，可以说优选的是满足0.82≤Xrc/Xr≤0.9的关系性。

此外，在上述说明中，也可以将铁芯4的层叠厚度Xr替换为第一空隙7a的长度。另外，也可以将第一端面部41的长度Xr1替换为第二空隙7b的长度。另外，也可以将第二端面部42的长度Xr2替换为第三空隙7c的长度。另外，也可以将中央部43的长度Xrc替换为从第一空隙7a的长度减去第二空隙7b的长度以及第三空隙的长度7c而得到的长度。

接下来，说明使用电动机51的压缩机。图10是使用实施方式1所涉及的电动机51的压缩机的剖面图。压缩机200的密闭容器16是对钢板进行拉深加工而形成为圆筒形状的容器。在密闭容器16中，设置有电动机51和压缩部60，在密闭容器16的底部，存积有使压缩部60的滑动部润滑的制冷机油。在压缩部60中，使用滚动、旋转或者往复这样的机构。

通过热压配合、冷缩配合或者压入来将定子1保持到密闭容器16的内周部。对卷绕于定子1的绕组2，供给来自固定于密闭容器16的玻璃端子14的电力。

从转子3延伸的轴部3a保持于作为轴承部的上部架66以及下部架65，从而转子3成为旋转自如的状态。

压缩部60具有：设置成上下层叠状态的汽缸62、被***轴部3a的活塞63、被***轴部3a而使汽缸62的轴向端面闭塞的上下一对上部架66及下部架65、安装于上部架66的上部排气***61、安装于下部架65的下部排气***64以及将汽缸62内分成吸入侧和压缩侧的未图示的叶片。

说明压缩机200的动作。从储液器12供给的制冷剂气体从固定于密闭容器16的吸入管13被吸入到汽缸62内。通过逆变器的通电而转子3旋转，从而嵌合到轴部3a的活塞63在汽缸62内旋转，在汽缸62内进行制冷剂的压缩。压缩后的高温的制冷剂在经过上部排气***61以及下部排气***64之后，通过定子1和转子3的间隙、或者形成于转子3的未图示的风孔而在密闭容器16内上升，通过设置于密闭容器16的排气管15被供给到制冷环路的高压侧。

通过使用通过转矩脉动的降低而抑制了噪音以及振动的产生并且通过磁通的有效活用而抑制了转矩的降低的电动机51，能够实现压缩机200的噪音及振动的抑制以及运转效率的提高。

接下来，说明使用了电动机51的制冷空调机。图11是使用实施方式1中的压缩机200来构成的制冷空调机的结构图。制冷空调机300包括：具备电动机51的压缩机200、四通阀35、将在压缩机200中压缩后的高温高压的制冷剂气体的热与空气进行热交换并冷凝而成为液体制冷剂的冷凝器32、使液体制冷剂膨胀而成为低温低压的液体制冷剂的膨胀器33、从低温低压的液体制冷剂吸热而成为低温低压的气体制冷剂的蒸发器34、以及控制压缩机200、膨胀器33及四通阀35的控制部36。压缩机200、四通阀35、冷凝器32、膨胀器33以及蒸发器34分别通过制冷剂配管31连接而构成制冷环路。通过使用压缩机200，能够提供高效且高输出的制冷空调机300。

通过使用通过转矩脉动的降低而抑制了噪音以及振动的产生并且通过磁通的有效活用而抑制了转矩的降低的电动机51，能够实现制冷空调机300的噪音及振动的抑制以及运转效率的提高。

以上的实施方式所示的结构是本发明的内容的一个例子，既能够与其它公知的技术组合，也能够在不脱离本发明的要旨的范围，省略、变更结构的一部分。

Claims (5)

1.一种转子，具备：

铁芯，呈现圆筒状或者圆柱状；以及

多个磁铁，相对所述铁芯的中心轴在圆周方向上等间隔地配置，嵌入到所述铁芯，

所述铁芯具有：

第一端面部，包括所述铁芯的第一端面；

第二端面部，包括第二端面，该第二端面是所述第一端面的相反侧的端面；以及

中央部，设置于所述第一端面部与所述第二端面部之间，

所述多个磁铁的各个磁铁被贯通到所述第一端面部、所述第二端面部以及所述中央部，

在所述铁芯中形成有从所述第一端面部贯通到所述第二端面部的多个第一空隙以及从所述第一端面部形成但不到达所述中央部的多个第二空隙，

所述第一空隙和所述第二空隙交替排列地形成，

在所述铁芯中形成有从所述第二端面部形成但不到达所述中央部的多个第三空隙，

所述第一空隙和所述第三空隙交替排列地形成，

所述第二空隙和所述第三空隙形成在隔着所述中央部相互对置的位置，

在将沿着所述中心轴的方向上的、所述第一端面部的长度、所述第二端面部的长度以及所述中央部的长度之和设为Xr，将所述中央部的长度设为Xrc的情况下，

满足0.82≤Xrc/Xr≤0.9的关系。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，

所述磁铁是稀土类磁铁。

3.一种电动机，具备：

定子，呈现筒状形状；以及

权利要求1所述的转子，在所述定子的内侧设置成能够以所述铁芯的中心轴为中心旋转。

4.一种压缩机，具备权利要求3所述的电动机。

5.一种制冷空调机，具备权利要求4所述的压缩机。