CN112075011A - 转子、电动机、压缩机及空气调节装置 - Google Patents
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Abstract
转子具有:转子芯,其是以轴线为中心的环状的转子芯,并在轴线的方向上具备具有第一磁铁***孔的第一芯部和具有第二磁铁***孔的第二芯部;第一永久磁铁,其配置在第一磁铁***孔内并由稀土类磁铁构成;以及第二永久磁铁,其配置在第二磁铁***孔内并由稀土类磁铁构成。第一磁铁***孔的以轴线为中心的径向上的宽度比第二磁铁***孔的径向上的宽度宽。第一芯部在第一磁铁***孔的径向上的外侧具有径向上的长度比以轴线为中心的周向上的长度长的1以上的数量N1个狭缝。第二芯部在第二磁铁***孔的径向上的外侧具有径向上的长度比周向上的长度长的0以上的数量N2个狭缝。N1>N2成立,第二芯部的轴线的方向上的长度相对于转子芯的轴线的方向上的长度的比例为70%以上且小于100。
Description
技术领域
本发明涉及转子、电动机、压缩机及空气调节装置。
背景技术
在业务用空调等大型空调装置中,伴随着压缩机的容量的增加,要求电动机的转速的高速化。当使电动机的转速高速化时,在电动机的绕组中流动的电流的频率变高。另一方面,在使用稀土类磁铁作为永久磁铁的永久磁铁嵌入型的电动机中,有可能在高频带在永久磁铁中产生涡流而使得电动机效率降低。因此,涡流的降低成为课题。
在专利文献1中公开了一种具有***永久磁铁的磁铁孔的转子芯,在磁铁孔的内表面,在轴向上交替地设置有与永久磁铁接触的部分和不与永久磁铁接触的部分。另外,在专利文献2中公开了一种具备在轴向及周向上较细地分割而成的永久磁铁的转子。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-116105号公报(参照图4)
专利文献2:日本特开2005-354899号公报(参照图5)
发明内容
发明要解决的课题
然而,在专利文献1的结构中,由于磁铁孔的内表面与永久磁铁的非接触部分较多,所以永久磁铁的磁通难以通过转子芯到达定子。因此,与定子的绕组有效地交链的磁通减少,会导致磁力的降低。另外,在专利文献2的结构中,在周向上分割的永久磁铁之间容易产生漏磁通,还是会导致磁力的降低。
本发明为解决上述课题而做出,其目的在于一边抑制磁力的降低,一边降低涡流损耗。
用于解决课题的手段
本发明的转子具有:转子芯,所述转子芯是以轴线为中心的环状的转子芯,并在轴线的方向上具有第一芯部和第二芯部,所述第一芯部具有第一磁铁***孔,所述第二芯部具有第二磁铁***孔;第一永久磁铁,所述第一永久磁铁配置在第一磁铁***孔内并由稀土类磁铁构成;以及第二永久磁铁,所述第二永久磁铁配置在第二磁铁***孔内并由稀土类磁铁构成。第一磁铁***孔的以轴线为中心的径向上的宽度比第二磁铁***孔的径向上的宽度宽。第一芯部在第一磁铁***孔的径向上的外侧具有径向上的长度比以轴线为中心的周向上的长度长的1以上的数量N1个狭缝。第二芯部在第二磁铁***孔的径向上的外侧具有径向上的长度比周向上的长度长的0以上的数量N2个狭缝。N1>N2成立,第二芯部的轴线的方向上的长度相对于转子芯的轴线的方向上的长度的比例为70%以上且小于100。
发明的效果
由于本发明具有转子芯,所述转子芯具有第一芯部和第二芯部,所述第一芯部具有数量N1个狭缝,所述第二芯部具有数量N2(<N1)个狭缝,第二芯部的轴向长度相对于转子芯的轴向长度的比例为70%以上且小于100,所以能够降低涡流损耗。另外,由于与在周向上分割永久磁铁的情况相比,能够降低漏磁通,所以能够抑制磁力的降低。另外,由于与第一永久磁铁相比,能够较薄地构成第二永久磁铁,所以能够降低制造成本。
附图说明
图1是示出实施方式1的电动机的剖视图(A)及示出绕组的截面构造的示意图(B)。
图2是示出实施方式1的电动机的与一个磁极相当的部分的剖视图。
图3是示意性地示出实施方式1的转子的与一个磁极相当的部分的立体图。
图4是图3的线段IV-IV处的箭头方向上的纵剖视图。
图5是图3的线段V-V处的箭头方向上的剖视图。
图6是图3的线段VI-VI处的箭头方向上的剖视图。
图7是示出转子芯中的第二芯部的轴向长度的比例与永久磁铁的体积的关系的图表。
图8是示出转子芯中的第二芯部的轴向长度的比例与永久磁铁的涡流损耗的关系的图表。
图9是示出转子芯中的第二芯部的轴向长度的比例与产生转矩的关系的图表。
图10是示出转子芯中的第二芯部的轴向长度的比例与转矩脉动的关系的图表。
图11是实施方式1的第一变形例的转子的第二芯部处的剖视图。
图12是实施方式1的第二变形例的转子的第二芯部处的剖视图。
图13是实施方式1的第三变形例的转子的第二芯部处的剖视图。
图14是示意性地示出实施方式2的转子的与一个磁极相当的部分的立体图。
图15是示出实施方式2的转子的纵剖视图。
图16是示意性地示出实施方式3的转子的与一个磁极相当的部分的立体图。
图17是示出实施方式3的转子的纵剖视图。
图18是示出能够应用各实施方式的电动机的压缩机的图。
图19是示出使用图18的压缩机的空气调节装置的图。
具体实施方式
实施方式1.
<电动机的结构>
图1(A)是示出实施方式1的电动机100的剖视图。图1(A)所示的电动机100组装到圆筒状的壳体5的内侧。壳体5是组装电动机100的压缩机500(图18)的容器的一部分。
电动机100具有能够旋转的转子2和以包围转子2的方式设置的定子1。定子1组装到上述壳体5的内侧。在定子1与转子2之间,例如设置有0.5mm的气隙(即间隙)G。
以下,将作为转子2的旋转轴的轴线C1的方向称为“轴向”。另外,将沿着以轴线C1为中心的圆周的方向称为“周向”。另外,将以轴线C1为中心的半径方向称为“径向”。此外,图1是与轴线C1正交的面中的剖视图(即横剖视图)。
<定子的结构>
定子1具有定子芯10和卷绕于定子芯10的绕组15。定子芯10是在轴向上层叠多个层叠要素并通过铆接等紧固而成的部件。层叠要素例如是对厚度为0.25~0.5mm的电磁钢板进行冲裁加工而成的部件。
定子芯10具有以轴线C1为中心的环状的磁轭11和从磁轭11向径向内侧突出的多个齿12。在此,齿12的数量为十八个,但不限定于此。在定子芯10的齿12,经由未图示的绝缘部(绝缘件)卷绕有绕组15。在周向上相邻的齿12之间形成有用于收容绕组15的槽13。
图1(B)是示出绕组15的截面构造的示意图。绕组15具有用铝或铜构成的导体15a和覆盖导体15a的周围的耐制冷剂性的绝缘覆膜15b。由于绕组15与压缩机500(图18)的内部的制冷剂接触,所以用耐制冷剂性的绝缘覆膜15b保护导体15a。绕组15的卷绕方法可以是跨越多个齿12卷绕的分布卷绕,或者也可以是按每一个齿12卷绕的集中卷绕。
在定子芯10的外周,形成有作为以轴线C1为中心的圆筒面的多个抵接面17和作为与轴线C1平行的平坦面的多个切口部16。多个抵接面17和多个切口部16在周向上交替地形成。在此,抵接面17及切口部16的数量分别为六个,但不限定于此。
抵接面17与壳体5的内周面51嵌合。另外,在切口部16与壳体5的内周面51之间形成有间隙。该间隙成为供压缩机500的制冷剂沿轴向流动的制冷剂流路。
<转子的结构>
转子2具有以轴线C1为中心的环状的转子芯20。转子芯20具有以轴线C1为中心的圆筒状的外周面。在转子芯20的径向上的中心形成有轴孔24。在轴孔24中,通过压入而固定有旋转轴25。
转子2在周向上具有多个磁极。磁极的数量与后述的第一永久磁铁22A的数量相等,也与第二永久磁铁22B(图6)的数量相等。在此,转子2的磁极数为6极。但是,转子2的磁极数不限定于6极,只要是2极以上即可。
图2是示出转子2的与一个磁极相当的部分和经由气隙与之相向的定子1的一部分的剖视图。在图2中,将通过转子2的磁极的中心的径向上的直线设为磁极中心线M1。用附图标记M2示出与相邻的磁极的交界(即极间)。
图3是示意性地示出转子2的与一个磁极相当的部分的立体图。图4是图3中的线段IV-IV处的箭头方向上的剖视图即转子2的纵剖视图。此外,在图3中,转子2内的第一永久磁铁22A用实线表示。
如图3及图4所示,转子芯20在轴向上具有两个第一芯部20A和一个第二芯部20B。更具体而言,在轴向上,在两个第一芯部20A之间配置有一个第二芯部20B。第一芯部20A在轴向上具有长度L1,第二芯部20B在轴向上具有长度L2。
图5是图3中的线段V-V处的箭头方向上的剖视图即第一芯部20A处的剖视图。第一芯部20A是使层叠要素在轴向上层叠并通过铆接等紧固而成的部件。层叠要素例如是对厚度为0.25~0.5mm的电磁钢板进行冲裁加工而成的部件。
沿着第一芯部20A的外周形成有第一磁铁***孔21A。第一磁铁***孔21A在轴向上贯通第一芯部20A。在此,与上述转子2的磁极数相同的六个第一磁铁***孔21A(参照图1)在周向上等间隔地形成。
上述磁极中心线M1通过第一磁铁***孔21A的周向上的中心。第一磁铁***孔21A在相对于磁极中心线M1正交的方向上呈直线状延伸。另外,第一磁铁***孔21A具有作为径向外侧的端缘的外侧端缘201和作为径向内侧的端缘的内侧端缘202。
在第一磁铁***孔21A中***有第一永久磁铁22A。第一永久磁铁22A构成一个磁极。第一永久磁铁22A为平板状,具有与磁极中心线M1正交的板面。
第一永久磁铁22A以在第一芯部20A的径向外侧和径向内侧具有不同的磁极的方式被磁化。另外,相邻的磁极的第一永久磁铁22A的磁化方向彼此相反。
第一永久磁铁22A用稀土类磁铁(更具体而言为稀土类烧结磁铁)构成,且表面由绝缘性的覆膜覆盖,所述稀土类磁铁以钕(Nd)、铁(Fe)及硼(B)为主成分。由于稀土类磁铁的剩余磁通密度及顽磁力较高,所以电动机效率及退磁阻力得到提高。为了进一步提高顽磁力,可以在稀土类磁铁中添加镝(Dy)或铽(Tb)。
在第一磁铁***孔21A的周向上的两侧形成有隔磁磁桥23。隔磁磁桥23是在径向上从第一磁铁***孔21A的周向端部朝向第一芯部20A的外周延伸的空隙。隔磁磁桥23是为了降低相邻的磁极间的漏磁通(即,通过极间M2并流动的磁通)而设置。
在第一芯部20A,在两个隔磁磁桥23的周向内侧分别形成有侧部狭缝35。侧部狭缝35是周向上的长度比径向上的长度长的狭缝,沿着第一芯部20A的外周延伸。
侧部狭缝35使隔磁磁桥23处的磁阻增加,并提高降低相邻的磁极间的漏磁通的效果。由于侧部狭缝35及隔磁磁桥23的漏磁通降低作用,与定子1的齿12交链的磁通(有效磁通)增加,电动机效率提高。
第一芯部20A在第一磁铁***孔21A的径向外侧具有数量N1(N1为1以上的整数)个狭缝。在此,从一个第一磁铁***孔21A的周向中心到周向外侧,狭缝31、32、33、34各形成有两个。即,狭缝的数量N1为8。但是,数量N1不限于8,只要是1以上即可。此外,数量N1不包含侧部狭缝35的数量。
狭缝31、32、33、34均具有径向上的长度比周向上的长度长的形状。狭缝31、32、33、34是为了降低转矩脉动而设置。为了提高转矩脉动的降低效果,优选狭缝31、32、33、34以磁极中心线M1为中心对称地形成。此外,对称地形成是指形状及配置对称。
优选的是,狭缝31、32、33、34的长边方向与磁极中心线M1平行。通过使狭缝31、32、33、34与磁极中心线M1平行,从而能够以最短距离将第一永久磁铁22A的磁通引导到定子1。此外,狭缝31、32、33、34的长边方向也可以相对于磁极中心线M1倾斜,但在该情况下,优选以磁极中心线M1为中心对称地倾斜。
另外,第一芯部20A在比第一磁铁***孔21A靠径向内侧的位置具有第一贯通孔26、第二贯通孔27及第三贯通孔28。这些贯通孔26、27、28是制冷剂流路。
第一贯通孔26以在一个磁极各形成有两个的方式形成在磁极中心线M1的两侧。第二贯通孔27以在一个磁极各形成有一个的方式形成在比第一贯通孔26靠径向内侧的位置且磁极中心线M1上。第三贯通孔28以在一个磁极各形成有一个的方式形成在比第二贯通孔27靠径向内侧的位置且极间M2。此外,并不一定需要设置全部的贯通孔26、27、28,设置有贯通孔26、27、28中的任意的贯通孔即可。在上述图1(A)中,省略了贯通孔26、27、28。
图6是图3中的线段VI-VI处的箭头方向上的剖视图即第二芯部20B处的剖视图。第二芯部20B是使层叠要素在轴向上层叠并通过铆接等紧固而成的部件。层叠要素例如是对厚度为0.25~0.5mm的电磁钢板进行冲裁加工而成的部件。
沿着第二芯部20B的外周形成有第二磁铁***孔21B。第二磁铁***孔21B在轴向上贯通第二芯部20B。在此,与上述转子2的磁极数相同的六个第二磁铁***孔21B在周向上等间隔地形成。第一磁铁***孔21A(图5)和第二磁铁***孔21B在轴向上连续地形成。
上述磁极中心线M1通过第二磁铁***孔21B的周向上的中心。第二磁铁***孔21B在相对于磁极中心线M1正交的方向上呈直线状延伸。另外,第二磁铁***孔21B具有作为径向外侧的端缘的外侧端缘203和作为径向内侧的端缘的内侧端缘204。
在第二磁铁***孔21B中***有第二永久磁铁22B。第二永久磁铁22B构成一个磁极。第二永久磁铁22B为平板状,具有与磁极中心线M1正交的板面。另外,第二永久磁铁22B与在轴向上相邻的第一永久磁铁22A同样地被磁化。
与第一永久磁铁22A同样地,第二永久磁铁22B用稀土类磁铁(更具体而言为稀土类烧结磁铁)构成,且表面由绝缘性的覆膜覆盖,所述稀土类磁铁以钕、铁及硼为主成分。另外,为了进一步提高顽磁力,可以在稀土类磁铁中添加镝或铽。
在第二磁铁***孔21B的周向上的两侧形成有隔磁磁桥23。隔磁磁桥23与第一芯部20A的隔磁磁桥23(图5)在轴向上连续。第二芯部20B的隔磁磁桥23与第一芯部20A的隔磁磁桥23(图5)的形状及配置相同。
在两个隔磁磁桥23的周向内侧分别形成有侧部狭缝35。侧部狭缝35与第一芯部20A的侧部狭缝35(图5)在轴向上连续。第二芯部20B的侧部狭缝35与第一芯部20A的侧部狭缝35(图5)的形状及配置相同。
另外,第二芯部20B在第二磁铁***孔21B的径向外侧具有数量N2(N2为0以上且小于N1的整数)个狭缝。在此,数量N2为0。即,在第二芯部20B的第二磁铁***孔21B的径向外侧没有设置狭缝。数量N2只要小于数量N1即可,不限于0,也可以是1以上。此外,数量N2不包含侧部狭缝35的数量。
第二芯部20B在比第二磁铁***孔21B靠径向内侧的位置具有第一贯通孔26、第二贯通孔27及第三贯通孔28。第一贯通孔26与第一芯部20A的第一贯通孔26(图5)在轴向上连续。第二贯通孔27与第一芯部20A的第二贯通孔27(图5)在轴向上连续。第三贯通孔28与第一芯部20A的第三贯通孔28(图5)在轴向上连续。
返回到图4,第一磁铁***孔21A与第二磁铁***孔21B在轴向上相互连续。第一磁铁***孔21A的径向上的宽度W1比第二磁铁***孔21B的径向上的宽度W2宽。另外,第一永久磁铁22A的径向上的宽度比第二永久磁铁22B的径向上的宽度宽。
磁铁***孔21A、21B的外侧端缘201、203的径向位置彼此相同。另一方面,第一磁铁***孔21A的内侧端缘202位于比第二磁铁***孔21B的内侧端缘204靠径向内侧的位置。此外,不限于这样的结构,也能够是如下的结构:内侧端缘202、204的径向位置彼此相同且外侧端缘201位于比外侧端缘203靠径向内侧的位置。
通过在轴向上将冲裁为图5所示的第一芯部20A的形状的多块电磁钢板、冲裁为图6所示的第二芯部20B的形状的多块电磁钢板层叠,从而构成转子芯20。第一磁铁***孔21A(图5)的周向两端的周向位置与第二磁铁***孔21B(图6)的周向两端的周向位置相同。
在转子芯20中,具有宽度较宽的第一磁铁***孔21A的第一芯部20A配置在具有宽度较窄的第二磁铁***孔21B的第二芯部20B的轴向两侧。因此,能够从转子芯20的轴向上的一侧将第二永久磁铁22B***第二磁铁***孔21B,其后,从转子芯20的轴向上的两侧将第一永久磁铁22A***各第一磁铁***孔21A。
如上所述,由于磁铁***孔21A、21B的外侧端缘201、203的径向位置彼此相同,所以被***的永久磁铁22A、22B由外侧端缘201、203引导。因此,能够容易地将永久磁铁22A、22B***磁铁***孔21A、21B。
<作用>
接着,说明实施方式1的电动机100的作用。由于永久磁铁22A、22B由稀土类磁铁构成,所以具有导电性。在定子1的绕组15中产生的磁通(即定子磁通)通过永久磁铁22A、22B,但根据通过永久磁铁22A、22B的定子磁通Φ的时间变化(dΦ/dt),涡流在永久磁铁22A、22B中的每一个的内部流动。由于涡流成为损失(即涡流损耗),所以成为电动机效率的降低的原因。另外,由于永久磁铁22A、22B的温度因焦耳热而上升,所以也成为永久磁铁22A、22B的高温退磁的原因。
一般来说,磁铁***孔的径向外侧的狭缝的数量越多,定子磁通越容易集中于狭缝与磁铁***孔之间的区域(即磁通密度越高),由于磁通的变动,会在永久磁铁的内部产生感应电动势而使得涡流容易流动。在该实施方式1中,通过减少第二芯部20B的第二磁铁***孔21B的径向外侧的狭缝的数量N2,从而降低涡流损耗。
另一方面,在磁铁***孔的径向外侧的狭缝的数量较少的情况下,虽然涡流损耗会降低,但转矩脉动(转矩波动)增加,成为电动机100的噪音及振动的原因。在该实施方式1中,由于第一芯部20A在第一磁铁***孔21A的径向外侧具有数量N1(>N2)个狭缝31~34,所以能够降低转矩脉动,由此,降低电动机100的噪音及振动。
另外,磁铁***孔的径向外侧的狭缝的数量越多,定子磁通越容易沿着狭缝被引导到永久磁铁,越容易产生永久磁铁的退磁。在该实施方式1中,由于第一芯部20A的狭缝31~34的数量N1比第二芯部20B的狭缝的数量N2多,所以第二永久磁铁22B比第一永久磁铁22A难以退磁(即退磁阻力较高)。
但是,转子2的整体上的退磁阻力与第一永久磁铁22A及第二永久磁铁22B中的较低的一方的退磁阻力一致。因此,为了提高转子2的整体上的退磁阻力,需要提高第一永久磁铁22A的退磁阻力。
因此,在该实施方式1中,使第一磁铁***孔21A的宽度W1比第二磁铁***孔21B的宽度W2宽(W1>W2)。由此,***到第一磁铁***孔21A中的第一永久磁铁22A的宽度比***到第二磁铁***孔21B中的第二永久磁铁22B的宽度宽。因此,第一永久磁铁22A中的定子磁通的集中得到缓和,难以产生第一永久磁铁22A的退磁。即,能够使第一永久磁铁22A的退磁阻力与第二磁铁***孔21B接近于同等。
这样,通过将第一芯部20A和第二芯部20B组合,从而能够降低涡流损耗而不使转矩脉动增加且不使退磁阻力降低。通过涡流损耗的降低,能够提高电动机效率,另外,由于抑制了永久磁铁22A、22B的发热,所以能够防止高温退磁。
另外,由于与第一永久磁铁22A相比能够较薄地构成第二永久磁铁22B,所以能够降低材料成本,由此,降低电动机100的制造成本。而且,难以产生在周向上分割永久磁铁的情况下那样的漏磁通,因此,能够抑制磁力的降低。
接着,说明转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例。转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例是指第二芯部20B的轴向长度L2相对于转子芯20的轴向长度(L1×2+L2)的比例(%),用L2/(L1×2+L2)×100表示。
此外,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例可以考虑为第二芯部20B的体积相对于转子芯20的体积的比例,或者也可以考虑为第二芯部20B的重量相对于转子芯20的重量的比例。
图7是示出转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例与永久磁铁22A、22B的体积的关系的图表。将转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为0的情况下即仅用第一芯部20A构成转子芯20的情况下的永久磁铁22A、22B的体积设为基准值(100%),用相对于该基准值的相对值表示永久磁铁22A、22B的体积。
从图7可知,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例越增加,永久磁铁22A、22B的体积越减少。这是由于,第二芯部20B的第二磁铁***孔21B的宽度W2比第一芯部20A的第一磁铁***孔21A的宽度W1窄。
图8是示出转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例与涡流损耗的关系的图表。将转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为0的情况下即仅用第一芯部20A构成转子芯20的情况下的涡流损耗设为基准值(100%),用相对于该基准值的相对值表示涡流损耗。
从图8可知,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例越增加,涡流损耗越减少。特别是,可知:如果转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为70%以上,则涡流损耗降低为仅用第一芯部20A构成转子芯20的情况下的50%以下。
该涡流损耗的降低效果(50%)一般与在周向上将永久磁铁一分为二的情况下的效果同等。即,可知:通过使用在轴向上将第一芯部20A与第二芯部20B组合而成的转子芯20,并将该转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例设为70%以上,从而能够得到与在周向上将永久磁铁一分为二的情况同等的效果。
当在周向上将永久磁铁一分为二的情况下,虽然涡流损耗得到降低,但在周向上分割的永久磁铁之间会产生漏磁通。当按这种方式产生漏磁通时,转矩常数(即表示为产生转矩T=常数K×电流I的情况下的常数K)降低。在该实施方式1中,由于无需在周向上分割永久磁铁,所以能够抑制由漏磁通导致的转矩常数的降低。即,能够抑制在周向上将永久磁铁一分为二的情况下那样的由漏磁通导致的磁力的降低。
此外,将转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例的上限设为仅用一块电磁钢板构成第一芯部20A的情况。因此,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例的范围为70%以上且小于100%。
图9是示出转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例与产生转矩的关系的图表。将转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为0的情况下即仅用第一芯部20A构成转子芯20的情况下的产生转矩设为基准值(100%),用相对于该基准值的相对值表示产生转矩。
从图9可知,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例越增加,产生转矩越增加。这是由于,因为第二芯部20B的狭缝的数量N2较少(具体而言为0),所以遮挡从第二永久磁铁22B流向定子1的磁通的部分较少,结果,与齿12交链的磁通(有效磁通)增加。
图10是示出转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例与转矩脉动的关系的图表。基于电气角一个周期中的转矩的最大值Tmax、转矩的最小值Tmin及转矩的平均值Tave,用(Tmax-Tmin)/Tave×100定义转矩脉动。例如,转矩脉动100%是指转矩的最大值与最小值之差(Tmax-Tmin)与转矩的平均值Tave相同。
从图10可知,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例越增加,转矩脉动越增加。这是由转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例越增加则具有用于降低转矩脉动的狭缝31~34的第一芯部20A的轴向长度的比例越减少导致的。
在转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为100%的情况下,即在仅用第二芯部20B构成转子芯20的情况下,转矩脉动成为最大值(55%)。在转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为90%的情况下,转矩脉动相对于最大值降低10%(如果是图10的纵轴的刻度,为5%)。转矩脉动降低10%相当于噪音降低1dB。因此,为了得到噪音1dB的降低效果,优选使转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为90%以下。
<实施方式的效果>
如以上说明的那样,在实施方式1的转子2中,转子芯20具备:第一芯部20A,所述第一芯部20A具有第一磁铁***孔21A;以及第二芯部,所述第二芯部具有第二磁铁***孔21B,在磁铁***孔21A、21B中配置有用稀土类磁铁构成的永久磁铁22A、22B。第一磁铁***孔21A的径向上的宽度W1比第二磁铁***孔21B的径向上的宽度W2宽。第一芯部20A在第一磁铁***孔21A的径向外侧具有径向较长的数量N1(1≤N1)个狭缝31~34,第二芯部20B在第二磁铁***孔21B的径向外侧具有周向较长的数量N2(0≤N2<N1)个狭缝。转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为70%以上且小于100%。
这样,由于第二芯部20B的狭缝的数量N2比第一芯部20A的狭缝的数量N1少,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为70%以上且小于100%,所以能够降低涡流损耗。另外,由于第一磁铁***孔21A的宽度W1比第二磁铁***孔21B的宽度W2宽,所以能够使第一永久磁铁22A的退磁阻力与第二永久磁铁22B的退磁阻力接近于同等。另外,由于与第一永久磁铁22A相比,能够较薄地构成第二永久磁铁22B,所以能够降低制造成本。另外,由于难以产生在周向上分割永久磁铁的情况下的漏磁通,所以能够抑制磁力的降低。
另外,通过将转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例设为90%以下,从而能够降低由转矩脉动引起的噪音。
另外,由于在第二芯部20B的轴向上的两侧设置有两个第一芯部20A,所以容易向磁铁***孔21A、21B***永久磁铁22A、22B,另外,转子2的轴向上的重量平衡也提高。
另外,由于第一磁铁***孔21A与第二磁铁***孔21B在轴向上相互连续,所以能够使第二永久磁铁22B通过第一磁铁***孔21A并***到第二磁铁***孔21B中,***作业变容易。
另外,由于第一磁铁***孔21A和第二磁铁***孔21B的外侧端缘201、203(或内侧端缘202、204)位于彼此相同的径向位置,所以能够利用该外侧端缘201、203(或内侧端缘202、204)引导永久磁铁22A、22B的***,***作业变得更容易。
另外,由于第一芯部20A的狭缝31、32、33、34相对于磁极中心线M1对称地形成,所以能够抑制在气隙产生的磁通的空间高次谐波,并抑制转矩脉动及径向激振力(由定子磁场产生的转子芯20的吸引力)。
另外,由于第一芯部20A在第一磁铁***孔21A的周向上的两侧具有侧部狭缝35,第二芯部20B在第二磁铁***孔21B的周向上的两侧具有侧部狭缝35,所以能够降低相邻的磁极间的漏磁通。
另外,由于磁铁***孔21A、21B以与磁极中心线M1正交的方式呈直线状延伸,所以能够减小比磁铁***孔21A、21B靠径向外侧的芯部分。因此,能够降低施加于比磁铁***孔21A、21B靠径向外侧的芯部分的离心力,并提高转子芯20的耐久性。
另外,由于设置有在轴向上贯通转子芯20的贯通孔26、27、28,所以能够利用在贯通孔26、27、28中流动的制冷剂冷却转子2。由此,能够抑制永久磁铁22A、22B的高温退磁。
另外,由于在定子芯10的外周设置有切口部16,所以能够利用在该切口部16与壳体5之间流动的制冷剂冷却电动机100。
另外,由于定子1的绕组15具有用铜或铝构成的导体15a和覆盖导体15a的表面的绝缘覆膜15b,所以能够防止例如在压缩机500的制冷剂中的绕组15的腐蚀。
第一变形例.
图11是实施方式1的第一变形例的转子2的第二芯部20B处的剖视图。在第一变形例的第二芯部20B中,在一个第二磁铁***孔21B的径向外侧,狭缝32、33、34各形成有两个。即,狭缝的数量N2为6。如上所述,由于第一芯部20A的第一磁铁***孔21A的狭缝的数量N1为8,所以N1>N2成立。
第二芯部20B的狭缝32、33、34的形状及配置例如与第一芯部20A的八个狭缝31、32、33、34中的狭缝32、33、34相同。然而,不限于这样的结构,在各第二磁铁***孔21B的径向外侧设置有六个狭缝即可。
优选的是,第二芯部20B的狭缝32、33、34相对于磁极中心线M1对称地形成。由此,能够抑制在气隙产生的磁通的空间高次谐波,并降低转矩脉动及径向激振力。另外,优选的是,第二芯部20B的狭缝32、33、34的长边方向与磁极中心线M1平行。由此,能够以最短距离将第二永久磁铁22B的磁通引导到定子1。
在该第一变形例中,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例也为70%以上且小于100。另外,第一芯部20A的第一磁铁***孔21A的宽度W1比第二芯部20B的第二磁铁***孔21B的宽度W2宽。
除去第二芯部20B在磁铁***孔21B的径向外侧具有狭缝32、33、34以外,第一变形例的转子2与实施方式1的转子2同样地构成。
第二变形例.
图12是实施方式1的第二变形例的转子2的第二芯部20B处的剖视图。在第二变形例的第二芯部20B中,在一个第二磁铁***孔21B的径向外侧,狭缝33、34各形成有两个。即,狭缝的数量N2为4。如上所述,由于第一芯部20A的第一磁铁***孔21A的狭缝的数量N1为8,所以N1>N2成立。
第二芯部20B的狭缝33、34的形状及配置例如与第一芯部20A的八个狭缝31、32、33、34中的狭缝33、34相同。然而,不限于这样的结构,在各第二磁铁***孔21B的径向外侧设置有四个狭缝即可。
优选的是,第二芯部20B的狭缝33、34相对于磁极中心线M1对称地形成。另外,优选的是,第二芯部20B的狭缝33、34的长边方向与磁极中心线M1平行。
在该第二变形例中,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例也为70%以上且小于100。另外,第一芯部20A的第一磁铁***孔21A的宽度W1比第二芯部20B的第二磁铁***孔21B的宽度W2宽。
除去第二芯部20B在第二磁铁***孔21B的径向外侧具有狭缝33、34以外,第二变形例的转子2与实施方式1的转子2同样地构成。
第三变形例.
图13是实施方式1的第三变形例的转子2的第二芯部20B处的剖视图。在第三变形例的第二芯部20B中,在一个第二磁铁***孔21B的径向外侧,形成有两个狭缝34。即,狭缝的数量N2为2。如上所述,由于第一芯部20A的第一磁铁***孔21A的狭缝的数量N1为8,所以N1>N2成立。
第二芯部20B的狭缝34的形状及配置例如与第一芯部20A的八个狭缝31、32、33、34中的狭缝34相同。然而,不限于这样的结构,在第二磁铁***孔21B的径向外侧设置有两个狭缝即可。
优选的是,第二芯部20B的狭缝34相对于磁极中心线M1对称地形成。另外,优选的是,第二芯部20B的狭缝34的长边方向与磁极中心线M1平行。
在该第三变形例中,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例也为70%以上且小于100。另外,第一芯部20A的第一磁铁***孔21A的宽度W1比第二芯部20B的第二磁铁***孔21B的宽度W2宽。
除去第二芯部20B在第二磁铁***孔21B的径向外侧具有狭缝34以外,第三变形例的转子2与实施方式1的转子2同样地构成。
在第一变形例~第三变形例(图11~图13)中,第二芯部20B在第二磁铁***孔21B的径向外侧具有狭缝,但该狭缝的数量N2比第一芯部20A的狭缝的数量N1少(N2<N1)。因此,能够降低永久磁铁22A、22B中的涡流损耗。另外,由于磁铁***孔21A、21B的宽度W1、W2满足W1>W2,所以能够使第一永久磁铁22A的退磁阻力与第二永久磁铁22B的退磁阻力接近于同等。
另外,由于第二芯部20B在第二磁铁***孔21B的径向外侧具有狭缝,所以与实施方式1相比,转矩脉动的降低效果提高。
实施方式2.
接着,说明本发明的实施方式2。图14是示出实施方式2的电动机的转子2的与一个磁极相当的部分的立体图。图15是图14中的线段XV-XV处的箭头方向上的剖视图即转子2的纵剖视图。
在上述实施方式1中,两个第一芯部20A设置在第二芯部20B的轴向两侧。与此相对,在该实施方式2中,两个第二芯部20B设置在第一芯部20A的轴向两侧。
第一芯部20A具有与实施方式1的第一芯部20A(图5)相同的结构,并配置在转子芯20的轴向中央。第二芯部20B具有与实施方式1的第二芯部20B(图6)相同的结构,并配置在转子芯20的轴向两端。
如图15所示,第一芯部20A具有轴向上的长度L3,各第二芯部20B具有轴向上的长度L4。第一磁铁***孔21A的宽度W1比第二磁铁***孔21B的宽度W2宽。转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例用L4×2/(L3+L4×2)×100表示。该比例为70%以上且小于100。
此外,第二芯部20B在第二磁铁***孔21B的径向外侧没有狭缝,但如在各变形例(图11~13)中说明的那样,也可以是,在第二磁铁***孔21B的径向外侧具有数量N2(<N1)个狭缝。
在该实施方式2中,宽度W2较窄的第二磁铁***孔21B位于宽度W1较宽的第一磁铁***孔21A的轴向两侧。因此,需要在转子芯20完成前将第一永久磁铁22A***到第一磁铁***孔21A中。
因此,在将电磁钢板层叠并形成第一芯部20A的阶段,将第一永久磁铁22A***该第一磁铁***孔21A。其后,在第一芯部20A的轴向两侧层叠电磁钢板并形成第二芯部20B,并将第二永久磁铁22B***各个第二磁铁***孔21B。
除去在转子芯20中两个第二芯部20B设置在第一芯部20A的轴向两侧以外,实施方式2的转子2与实施方式1的转子2同样地构成。
如以上说明的那样,在该第二实施方式中,由于第二芯部20B的狭缝的数量N2比第一芯部20A的狭缝的数量N1少,转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例为70%以上且小于100%,所以也能够降低涡流损耗。另外,由于第一磁铁***孔21A的宽度W1比第二磁铁***孔21B的宽度W2宽,所以能够使第一永久磁铁22A的退磁阻力与第二永久磁铁22B的退磁阻力接近于同等。另外,由于与第一永久磁铁22A相比,能够较薄地构成第二永久磁铁22B,所以能够降低制造成本。
另外,由于在第一芯部20A的轴向上的两侧设置有两个第二芯部20B,所以转子2的轴向上的重量平衡提高。
实施方式3.
接着,说明本发明的实施方式3。图16是示出实施方式3的电动机的转子2的与一个磁极相当的部分的立体图。图17是图16中的线段XVII-XVII处的箭头方向上的剖视图即转子2的纵剖视图。
上述实施方式1的转子芯20具有两个第一芯部20A和一个第二芯部20B,实施方式2的转子芯20具有两个第二芯部20B和一个第一芯部20A。
与此相对,在实施方式3的转子芯20中,第一芯部20A和第二芯部20B各具有一个。第一芯部20A具有与实施方式1的第一芯部20A(图5)相同的结构,第二芯部20B具有与实施方式1的第二芯部20B(图6)相同的结构。第一芯部20A与第二芯部20B设置成在轴向上相邻。
如图17所示,第一芯部20A具有轴向上的长度L5,各第二芯部20B具有轴向上的长度L6。第一磁铁***孔21A的宽度W1比第二磁铁***孔21B的宽度W2宽。转子芯20中的第二芯部20B的轴向长度的比例用L6/(L5+L6)表示。该比例为70%以上且小于100。
此外,第二芯部20B在第二磁铁***孔21B的径向外侧没有狭缝,但如在各变形例(图11~13)中说明的那样,也可以是,在第二磁铁***孔21B的径向外侧具有数量N2(<N1)个狭缝。
通过在轴向上将冲裁为图5所示的第一芯部20A的形状的电磁钢板、冲裁为图6所示的第二芯部20B的形状的电磁钢板层叠,从而构成转子芯20。另外,从转子芯20的一侧(图17中的下侧)将第一永久磁铁22A***第一芯部20A的第一磁铁***孔21A。另外,从转子芯20的另一侧(图17中的上侧)将第二永久磁铁22B***第二芯部20B的第二磁铁***孔21B。
除去转子芯20具有一个第一芯部20A和一个第二芯部20B以外,实施方式3的转子2与实施方式1的转子2同样地构成。
如以上说明的那样,根据该实施方式3,除了在实施方式1中说明的效果之外,由于转子芯20具有一个第一芯部20A和一个第二芯部20B,所以转子芯20的结构变简单,组装工序也变简单。由此,能够降低电动机100的制造成本。
在上述实施方式1~3及各变形例中,磁铁***孔21A、21B以与磁极中心线M1正交的方式呈直线状延伸,但不限定于这样的例子。例如,磁铁***孔21A、21B也可以呈周向中心向径向内侧突出的V字形延伸。另外,也可以在一个磁铁***孔中配置多个永久磁铁。
<涡旋压缩机>
接着,说明能够应用上述实施方式1~3及各变形例的电动机的压缩机。图18是示出具备实施方式1的电动机100的压缩机500的结构的剖视图。此外,也可以使用实施方式2、3或各变形例的电动机代替实施方式1的电动机100。
压缩机500为涡旋压缩机,在容纳容器502内具有压缩机构510、驱动压缩机构510的电动机100、将压缩机构510与电动机100连结的主轴501、支承主轴501的与压缩机构510相反一侧的端部(副轴部)的副框架503以及积存在容纳容器502底部的油槽505中的冷冻机油504。
压缩机构510具有以在各自的板状涡旋齿之间形成压缩室的方式组合的固定涡旋件511及摆动涡旋件512、欧丹环513、柔性框架514以及引导框架515。
在固定涡旋件511压入有贯通容纳容器502的吸入管506。另外,贯通容纳容器502地设置有排出管507,所述排出管507将从固定涡旋件511的排出口排出的高压的制冷剂气体排出到外部(制冷循环)。
容纳容器502具有通过热装来组装电动机100的圆筒状的壳体5。另外,在容纳容器502,通过焊接固定有用于将电动机100的定子1与驱动电路电连接的玻璃端子508。
上述实施方式1~3及各变形例的电动机100通过涡流损耗的降低而提高电动机效率。因此,通过使用电动机100作为压缩机500的动力源,从而能够提高压缩机500的运转效率,并降低消耗能源。
在此,作为压缩机的一例,说明了涡旋压缩机,但在上述各实施方式及变形例中说明的电动机也可以应用于涡旋压缩机以外的压缩机。
<空气调节装置>
接着,说明具备上述压缩机500的空气调节装置400。图19是示出空气调节装置400的结构的图。图19所示的空气调节装置400具有压缩机401、冷凝器402、节流装置(减压装置)403及蒸发器404。压缩机401、冷凝器402、节流装置403及蒸发器404利用制冷剂配管407连结并构成制冷循环。即,制冷剂按压缩机401、冷凝器402、节流装置403及蒸发器404的顺序循环。
压缩机401、冷凝器402及节流装置403设置于室外机410。压缩机401由图18所示的压缩机500构成。在室外机410设置有向冷凝器402供给室外的空气的室外侧送风机405。蒸发器404设置于室内机420。在该室内机420设置有向蒸发器404供给室内的空气的室内侧送风机406。
空气调节装置400的工作如下。压缩机401将吸入的制冷剂压缩并送出。冷凝器402进行从压缩机401流入的制冷剂与室外的空气的热交换,使制冷剂冷凝并液化,并向制冷剂配管407送出。室外侧送风机405向冷凝器402供给室外的空气。节流装置403通过使开度变化,从而调整在制冷剂配管407中流动的制冷剂的压力等。
蒸发器404进行利用节流装置403设为了低压状态的制冷剂与室内的空气的热交换,使制冷剂夺取空气的热而蒸发(气化),并向制冷剂配管407送出。室内侧送风机406向蒸发器404供给室内的空气。由此,在蒸发器404中被夺取热后的冷风供给到室内。
由于在压缩机401(图18的压缩机500)中应用在实施方式1~3及各变形例中说明的电动机100,所以能够提高空气调节装置400运转时的压缩机401的运转效率,并提高工作的稳定性。
此外,应用在实施方式1~3及各变形例中说明的电动机的压缩机500不限于图19所示的空气调节装置400,也可以在其他种类的空气调节装置中使用。
以上,具体地说明了本发明的优选的实施方式,但本发明不限定于上述实施方式,能够在不脱离本发明的要旨的范围进行各种改良或变形。
附图标记的说明
1定子,2转子,5壳体,10定子芯,11磁轭,12齿,13槽,15绕组,15a导体,15b绝缘覆膜,16切口部,17抵接面,20转子芯,20A第一芯部,20B第二芯部,21A第一磁铁***孔,21B第二磁铁***孔,22A第一永久磁铁,22B第二永久磁铁,23隔磁磁桥,24轴孔,25旋转轴,26第一贯通孔,27第二贯通孔,28第三贯通孔,31、32、33、34狭缝,35侧部狭缝,100电动机,201、203外侧端缘,202、204内侧端缘,400空气调节装置,401压缩机,402冷凝器,403节流装置,404蒸发器,405室外侧送风机,406室内侧送风机,407制冷剂配管,410室外机,420室内机,500压缩机,501主轴,502容纳容器,503副框架,506吸入管,507排出管,508玻璃端子,510压缩机构,511固定涡旋件,512摆动涡旋件,513欧丹环,514柔性框架,515引导框架。
Claims (17)
1.一种转子,其中,所述转子具有:
转子芯,所述转子芯是以轴线为中心的环状的转子芯,并在所述轴线的方向上具有第一芯部和第二芯部,所述第一芯部具有第一磁铁***孔,所述第二芯部具有第二磁铁***孔;
第一永久磁铁,所述第一永久磁铁配置在所述第一磁铁***孔内并由稀土类磁铁构成;以及
第二永久磁铁,所述第二永久磁铁配置在所述第二磁铁***孔内并由稀土类磁铁构成,
所述第一磁铁***孔的以所述轴线为中心的径向上的宽度比所述第二磁铁***孔的所述径向上的宽度宽,
所述第一芯部在所述第一磁铁***孔的所述径向上的外侧具有所述径向上的长度比以所述轴线为中心的周向上的长度长的1以上的数量N1个狭缝,
所述第二芯部在所述第二磁铁***孔的所述径向上的外侧具有所述径向上的长度比所述周向上的长度长的0以上的数量N2个狭缝,
N1>N2成立,
所述第二芯部的所述轴线的方向上的长度相对于所述转子芯的所述轴线的方向上的长度的比例为70%以上且小于100。
2.根据权利要求1所述的转子,其中,
所述第二芯部的所述轴线的方向上的长度相对于所述转子芯的所述轴线的方向上的长度的比例为90%以下。
3.根据权利要求1或2所述的转子,其中,
所述转子芯在所述第二芯部的所述轴线的方向上的两侧具有两个所述第一芯部。
4.根据权利要求1或2所述的转子,其中,
所述转子芯在所述第一芯部的所述轴线的方向上的两侧具有两个所述第二芯部。
5.根据权利要求1或2所述的转子,其中,
所述转子芯以在所述轴线的方向上相邻的方式具有一个所述第一芯部和一个所述第二芯部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的转子,其中,
所述第一磁铁***孔与所述第二磁铁***孔在所述轴线的方向上相互连续。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的转子,其中,
所述第一磁铁***孔和所述第二磁铁***孔的所述径向上的外侧或内侧的端缘位于彼此相同的径向位置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的转子,其中,
所述第一芯部的所述数量N1个狭缝是相对于通过所述第一磁铁***孔的所述周向上的中心的所述径向上的直线对称地形成的多个狭缝。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的转子,其中,
所述第二芯部的所述数量N2个狭缝是相对于通过所述第二磁铁***孔的所述周向上的中心的所述径向上的直线对称地形成的多个狭缝。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的转子,其中,
所述第一芯部在所述第一磁铁***孔的所述周向上的两端具有所述周向上的长度比所述径向上的长度长的侧部狭缝,
所述第二芯部在所述第二磁铁***孔的所述周向上的两端具有所述周向上的长度比所述径向上的长度长的侧部狭缝。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的转子,其中,
所述第一磁铁***孔以与通过该第一磁铁***孔的所述周向上的中心的所述径向上的直线正交的方式呈直线状延伸,
所述第二磁铁***孔以与通过该第二磁铁***孔的所述周向上的中心的所述径向上的直线正交的方式呈直线状延伸。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的转子,其中,
所述转子芯具有在轴向上贯通该转子芯的贯通孔。
13.一种电动机,其中,所述电动机具有:
权利要求1至12中任一项所述的转子;以及
定子,所述定子具有包围所述转子的定子芯和卷绕于所述定子芯的绕组。
14.根据权利要求13所述的电动机,其中,
所述定子芯在该定子芯的外周具有切口部。
15.根据权利要求13或14所述的电动机,其中,
所述绕组具有用铜或铝构成的导体和覆盖所述导体的表面的绝缘覆膜。
16.一种压缩机,其中,所述压缩机具备:
容纳容器;
压缩机构,所述压缩机构配置在所述容纳容器内;以及
电动机,所述电动机驱动所述压缩机构,
所述电动机具有:
权利要求1至12中任一项所述的转子;以及
定子,所述定子包围所述转子,并在与所述转子之间具有气隙。
17.一种空气调节装置,其中,
所述空气调节装置具备压缩机、冷凝器、减压装置及蒸发器,
所述压缩机具备:
容纳容器;
压缩机构,所述压缩机构配置在所述容纳容器内;以及
电动机,所述电动机驱动所述压缩机构,
所述电动机具有:
权利要求1至12中任一项所述的转子;以及
定子,所述定子包围所述转子,并在与所述转子之间具有气隙。
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