永久磁铁同步机以及使用该永久磁铁同步机的设备的制作方法

本发明涉及永久磁铁同步机以及使用该永久磁铁同步机的设备。

背景技术：

专利文献1中公开了配置为V字状的两个磁铁各自的一面隔着由磁性钢板构成的桥部45而对置的结构(0049、图4)。

专利文献2中公开了在配置为V字状的两个磁铁内端(V字的底部分)侧设置内周端空隙32c、在外端侧设置外周端空隙32b的结构(0035、图4、5)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2001-314052号公报

专利文献2：日本特开2013-192294号公报

在专利文献1中的结构中，磁通容易通过由磁性钢板形成的桥部45，由形成于磁铁一面上的N极产生的磁通容易产生循环于形成于该磁铁的另一面上的S极的短路磁通。短路磁通几乎不会有助于电机的驱动，存在电机效率降低的可能性。

在专利文献2中的机构中，在电机急加速等在磁铁上惯性力起作用的情况等中，磁铁向空隙32b、32c运动，碰撞于磁铁插入的区域的端面与其他部件，存在磁铁破损等的可能性。另外，磁铁较长方向向径向配置且空隙32b、32c相对于磁铁配置于径向侧，所以，施加伴随转子的旋转而产生的离心力，磁铁容易运动。

技术实现要素：

鉴于上述情况的本发明其特征为：具备转子、配置于该转子中央的轴、配置于设置于该转子上的磁铁插入孔中的两个永久磁铁，是两个上述永久磁铁之间的距离随着从内径侧向外径侧而变大的永久磁铁同步机，两个上述永久磁铁的一方或两方具备隔着作为上述磁铁插入孔的区域的一部分的桥与另一方的上述永久磁铁对置的对置面、一部分或全部区域位于比该对置面更靠内径侧且比该对置面向外周侧延伸的轴对置面。

附图说明

图1是实施例1的永久磁铁同步机的轴向剖视图。

图2是表示配置于实施例1的磁铁插入孔中的两个永久磁铁的图。

图3是将实施例1中的转子的一极扩大之后的轴向剖视图。

图4是将实施例1中的转子的一极扩大之后的轴向剖视图。

图5是将实施例2中的转子的一极扩大之后的轴向剖视图。

图6是表示磁铁表面积与R2/R的关系的图，(a)表示具备四个磁铁插入孔的情况下的关系，(b)表示具备六个磁铁插入孔的情况下的关系。

图7是表示θ1与R2/R的关系的图，(a)表示具备四个磁铁插入孔的情况下的关系，(b)表示具备六个磁铁插入孔的情况下的关系。

图8是实施例3的永久磁铁的轴向剖视图。

图9是将实施例3的转子的一极扩大之后的轴向剖视图。

图10是将实施例4的转子的一极扩大之后的轴向剖视图。

图11是将实施例5的转子的一极扩大之后的轴向剖视图。

图12是将实施例6的转子的一极扩大之后的轴向剖视图。

图13是作为搭载永久磁铁同步机的设备的一例的冰箱的剖视图。

图中：1—永久磁铁同步机，2—转子，20—桥突出部，21—凸部，3—定子，4—磁铁插入孔，4a—外径侧端面，4b—内径侧端面，4c—桥，5—永久磁铁，50—对置面，51—轴对置面，52—第一磁极面，53—第二磁极面，54—第一磁极面侧的倒角，55—第二磁极面侧的倒角，500—锥部，510—倾斜部，6—轴，200—冰箱，1000—压缩机。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。相同的构成要素标注相同的符号，另外，相同的说明不重复。

图1是本实施例的永久磁铁同步机1的轴向剖视图，图2是表示配置于磁铁插入孔4上的永久磁铁5a、5b的图。本实施例中的永久磁铁同步机1是六极九槽，但极数与槽数不特别限制。

永久磁铁同步机1具备大致圆筒形状的转子2、位于转子2的径向外侧并隔着空隙与转子2对置的定子3、作为转子2的旋转轴且被压入转子2中央的轴6。转子2在轴向观察时大致为圆筒形状。

转子2具备六个V字形状的磁铁插入孔4，在各个磁铁插入孔4中配置两个永久磁铁5a、5b。磁铁插入孔4以向轴6侧(内径侧)V字形状关闭的方式设置。即，以内径侧为V字形状的“底”的方式设置，永久磁铁5a、5b分别以随着从内径侧向外径侧相互距离变大的方式配置。两个永久磁铁5所成的角度是后述的开度θ1的大致两倍。以下，在着眼于各个磁铁插入孔4或其附近时，将V字形状的底侧称为内周侧，将从底侧离开的一侧称为外周侧(例如，参照后述的图5。能够将通过桥4c中央并沿着对置面50的直线作为基准)。

永久磁铁5的种类不特别限制，能采用如一般低Br的铁磁铁、SmFeN类的合成磁铁、NdFeB类的合成磁铁、铝铁镍钴磁铁。永久磁铁5在转子2的圆周方向上被磁化。

[配置于磁铁插入孔4中的两个永久磁铁5]

永久磁铁5具备：对置于配置于相同的磁铁插入孔4中的另一个永久磁铁5，隔着作为磁铁插入孔4的区域的一部分的桥4c对置的对置面50；作为V字形状的外侧的面(外周侧的面)且作为S极或N极磁化的第一磁极面52；作为V字形状的内侧的面(内周侧的面)，且相对于第一磁极面52的磁性作为相反的磁性(N极或S极)磁化的第二磁极面53；位于对置面50以及第一磁极面52之间，朝向轴6侧的轴对置面51。本实施例的轴对置面51是连接对置面50以及第一磁极面52的面，是随着从第一磁极面52侧向第二磁极面53侧朝向内径侧的面。另外，永久磁铁5在第一磁极面52的外径侧具备倒角54，相同在第二磁极面53的外径侧具备倒角55。桥4c是位于磁铁插入孔4的内径侧、且位于磁铁插入孔4的区域中的两个对置面50之间的区域。

在两个对置面50之间设置作为空气层的桥4c，由于能够抑制在永久磁铁5的第一磁极面52以及第二磁极面53循环的短路磁通，所以能够改善永久磁铁同步机1的效率。桥4c由于在两个永久磁铁5之间相对于两个永久磁铁5位于圆周方向内侧，因此即使在永久磁铁5上施加离心力，也能够抑制永久磁铁5运动，所以能够抑制永久磁铁5的破损等。

另外，通过永久磁铁5具备对置面50，能够增加发出磁通的永久磁铁5的表面积而能够增加磁通量，所以，能够削减永久磁铁5的使用量。另外，减少永久磁铁5的内径侧的一部分的厚度(磁化配置方向的尺寸)而设置对置面50与轴对置面51。具体地说，测量永久磁铁5的厚度尺寸时，对置面50或轴对置面51为起点或终点的区域的厚度尺寸比第一磁极面52以及第二磁极面53为起点及终点的区域的厚度尺寸短。因此，如后述，抑制着磁比较不容易的径向内侧的永久磁铁5的厚度，能够使永久磁铁5整体的着磁变得容易。

[永久磁铁5相对于磁铁插入孔4的间隙]

图3是将转子2的一极扩大的轴向剖视图。轴对置面51的第一磁极面52侧的部分大致与磁铁插入孔4接触，第二磁极面53侧的部分从磁铁插入孔4比较性地离开。如此，通过使轴对置面51的内周侧以及外周侧的一方大致与磁铁插入孔4接触并使另一方离开，即使在向永久磁铁5上施加离心力的情况，永久磁铁5也既能抑制向径向的运动也能抑制摩擦的产生，并能够使永久磁铁5向磁铁插入孔4的安装以及拆卸变得容易。

并且，在永久磁铁5的外径侧、即与磁铁插入孔4的外径侧端面4a之间设置空间。

图4是将转子2的一极扩大之后的轴向剖视图。但是，为了说明的便利，强调桥4c的尺寸。将大致垂直于永久磁铁5的对置面50的方向称为X轴方向。

桥4c在永久磁铁5a、5b各自的对置面50的内周侧，X轴方向的宽度作为G2X的空隙而设置。另外，关于位于永久磁铁5的第二磁极面53以及磁铁插入孔4的与第二磁极面53对置的端面之间的空隙的宽度C1，将该X轴方向的宽度作为G1X时，满足G1X＜G2X的关系。更优选满足2×G1X＜G2X的关系。

如上述，桥4c由于是空气层等的空间，所以能够抑制通过第一磁极面52以及第二磁极面53的短路磁通，还能够使永久磁铁5的安装以及拆卸变得容易。可是，该情况下，永久磁铁5在永久磁铁收纳孔4内部容易运动。尤其在永久磁铁5为铁磁铁和合成磁铁等的低Br磁铁时，在与转子铁心2之间动作的磁性吸引力弱，在永久磁铁收纳孔4内部中容易运动。因此，离心力或惯性力附加于永久磁铁5上时，就有引起永久磁铁5的破损或材料特性劣化的可能。

由于G2X＞G1X，在由转子2的急停与急加速等产生的圆周方向上的惯性力施加于永久磁铁5上的情况下，永久磁铁5在设置于沿较长方向的面侧的间隙C1运动而接触于磁铁插入孔4的端面。此时，由于对置面50相对于另一个永久磁铁5的对置面50离开比G1X大的G2X，所以能够抑制永久磁铁5的对置面50彼此的碰撞。另外，由于永久磁铁5接触的端面53的面积比较大，因此也能够抑制接触时的冲击。因此，能够有效地抑制永久磁铁5的破损。

并且，G1X使用C1以及后述的磁铁的开度θ1表示为G1X＝C1/cos(θ1)。

实施例2

实施例2除了下述的方面与实施例1为相同的结构。

[从磁铁插入孔4的旋转轴的距离R2的设定]

图5是将转子2的一极部分扩大之后的轴向剖视图。关于转子2的半径R以及通过永久磁铁5的最内径位置的圆的半径R2的关系进行说明。在将永久磁铁同步机1的极数作为P、将转子2的轴长作为L的情况下，将永久磁铁5圆弧形(未图示)地配置于转子2的最外径部分时的永久磁铁5的表面积X1(比较例)、将永久磁铁5配置为V字形时的永久磁铁5的表面积X2分别以下式表示。

X1＝2πRL/P

X2＝2L×√((Rcos(π/P)-R2)²+(Rsin(π/P))²)

图6是表示永久磁铁5的表面积X1、X2与R2/R之间的关系(图6a：四极机，图6b：六极机)的图。将R2相对于R的比设定为横轴，将永久磁铁5的表面积X1与X2设定为纵轴，用实线表示X1，用虚线表示X2。在永久磁铁同步机1为四极的情况下为R：R2＝1:0.36以下的情况，在为六极的情况下为R：R2＝1:0.7以下的情况，相比较于圆弧形状地配置永久磁铁5，V字形状地配置能够确保大的表面积(X2＞X1)。因此，永久磁铁同步机1为四极的情况下优选R2/R为0.36以下，更优选0.25以下。另外，六极的情况优选R2/R为0.7以下，更优选为0.5以下。

[磁铁插入孔4的开度θ1的设定]

关于配置永久磁铁5的磁铁插入孔4的形状进行说明。图7是表示θ1与R2/R的关系(图7a：四极机，图7b：六极机)的图。

在永久磁铁同步机1的剖视图中，将沿磁铁插入孔4的桥4c的直线与沿永久磁铁5的第二磁极面53的直线所成的角度作为永久磁铁5的开度θ1。在永久磁铁同步机1为四极的情况中优选θ1为65°以下，更优选为55°以下。另外，在永久磁铁同步机1为六极的情况中优选θ1为73°以下，更优选为55°以下。

并且，本实施例中的永久磁铁同步机1作为2:3系列的集中卷六极九槽进行说明，另外，即使在分布卷机和分数槽、八极或十极槽的情况下，如果采用满足下式的θ1，能够得到相同的效果。

180/P＜θ1＜Sin^-1(sin(180/P)/(X1/2))/π×180

180/P表示永久磁铁5位于极间的状态，指R2小的情况，给予θ1的最小值。在比该值小的情况下，永久磁铁不呈现V字形状。

另外，Sin^-1(sin(180/P)/(X1/2))/π×180给予θ1的最大值。在比该值大的情况下，磁铁表面积X2比X1小。

并且，本实施例中的磁铁插入孔4的内径侧(V字的底的部分)的端面4b沿着轴对置面51。如此，能够更有效地抑制施加于永久磁铁5上的离心力变化时的运动。

实施例3

实施例3除了以下的方面与实施例1或实施例2的结构相同。

图8是表示永久磁铁5的形状的图，图9是表示将转子2的一极扩大之后的轴向剖视图。永久磁铁5相对于磁化配置方向为大致对称形状。永久磁铁5的径向外侧的形状以厚度减少的方式形成，在径向外侧设置使永久磁铁5的厚度减少的锥部500、为连接锥部500以及第一磁极面52的面的倾斜部510。

在铁磁铁的制造工序中，在压缩成型粉末状的铁磁铁之后烧结。由于在压缩成型时以浸入金属模具的状态挤压粉末状的铁磁铁，例如在形状为左右非对称的情况下，存在波动和公差变大、永久磁铁同步机1的性能不一致的可能性。另外，波动大的永久磁铁5在磁铁插入孔4内运动则容易破损。通过为本实施例那样的大致对称形状，永久磁铁5的制造变得容易。

可是，在为本实施例那样的大致对称形状的情况下，轴对置面50侧容易减磁。另外，位于外径侧的倾斜部510侧由于相比较于轴对置面50侧定子3产生的磁通锁交，容易减磁。为了抑制减磁，例如增加永久磁铁51面侧的磁化方向厚度等，提高磁阻是有效的。在本实施例中，如图9中所举例说明，通过较大地设置外径侧的磁铁插入孔4的空隙，从而增加磁化方向厚度的磁阻。由此既能减少磁铁使用量，还能维持减磁耐力。

实施例4

实施例4除了以下的方面与实施例1至实施例3的结构相同。

图10是将转子2的一极扩大之后的轴向剖视图。但是，永久磁铁5未图示。本实施例的磁铁插入孔4的内径侧(V字的底的部分)的端面4b的形状为沿永久磁铁5的轴对置面51的形状。即，在磁铁插入孔4中的与轴对置面51对置的部分为随着向对置面50而向径向外侧的形状。由此，在到达永久磁铁5的附近能够配置转子2的磁芯、即金属。

另外，磁铁插入孔4中的配置永久磁铁5并为桥4c的部分的径向尺寸L1相对于永久磁铁5的厚度的大致最大值L2满足L1＜L2的关系。

在此，说明将配置于磁铁插入孔4中的永久磁铁5着磁的方法。永久磁铁5通过着磁装置(未图示)产生的磁通而着磁。可是，由于由着磁装置产生的磁通是有限的，因此远离着磁装置的永久磁铁5的磁化变得困难。例如，在转子2的外端设置着磁装置时，由于磁通扩大为大致同心圆状，位于在中心具有着磁装置的某圆内区域(容易着磁区域)的外侧的永久磁铁5着磁率不足。通过着磁装置的性能与转子2的尺寸，如图10中所举例说明，存在永久磁铁5的内径侧的一部分位于容易着磁区域外侧的可能性。

为了提高位于容易着磁区域外侧的永久磁铁5的一部分的着磁率，可以使磁通在位于比磁铁插入孔4靠内径侧的磁芯中流动。相比较于永久磁铁与磁铁插入孔4(即，空气层)，例如铁的透磁率是大约一千倍以上，所以，优选减少位于比永久磁铁5更靠近内径侧的空气层区域。

因此，如上述，通过使磁铁插入孔4的内径侧端面4b的形状为随着向V字的中心而向外径侧的形状，在永久磁铁5的大范围中磁通能够容易地到达。

另外，由于L1＜L2，关于由着磁装置产生的磁通，降低径向L1的磁阻，可以使磁通到达更内径侧。

实施例5

实施例5除了以下的方面与实施例1至实施例4的结构相同。

图11是将转子2的一极扩大之后的轴向剖视图。在本实施例中，作为向桥4c转子2的磁芯的一部分突出的桥突出部20，配置从桥4c的内径侧向外径侧突出的内径侧桥突出部20a、从桥4c的外径侧向内径侧突出的外径侧桥突出部20b。由此，磁铁插入孔4的桥4c的径向尺寸L1(例如，参照图10)比永久磁铁5的对置面50的径向尺寸L3小。这样做能够进一步抑制由急停与急加速等的惯性力而导致的永久磁铁5的破损。桥突出部20可以只设置内径侧桥突出部20a或外径侧桥突出部20b中的一方。

实施例6

实施例6除了以下的方面与实施例1至实施例5的结构相同。

图12是将转子2的一极扩大之后的轴向剖视图。转子2具备向磁铁插入孔4的径向外侧突出的凸部21。永久磁铁5的径向外侧的形状以厚度减少的方式形成，例如，为实施例3那样的对称形状，在径向外侧具备使永久磁铁5的厚度减少的锥部500、作为连接锥部500以及第一磁极面52的面的倾斜部510。凸部21与对置面50对置。本实施例中的凸部21以及锥部500设置于磁铁插入孔4的V字形状的圆周方向内侧，但也可以设置于圆周方向外侧。转子2为大致圆筒形状，由于将凸部21设置于圆周方向内侧容易使永久磁铁5的外径侧的磁芯的范围变小，所以容易抑制通过这里的短路磁通的产生。

实施例7

说明作为搭载实施例1至实施例6的永久磁铁同步机1的设备的一例的冰箱200。

图13是具备搭载永久磁铁1的压缩机1000的冰箱200的纵剖视图。冰箱200具备绝热箱体210。密闭型压缩机1000配置于绝热箱体210与隔离部211所包围的区域，通过连接着密闭型压缩机1000、散热阀、毛细管、冷却器260，形成使用R600a等的制冷剂的冷冻循环。

冰箱200作为储藏室的一例具备冷藏室220、上层冷藏室230、下层冷藏室240、蔬菜室250，这些箱内空间通过密闭型压缩机1000的驱动而使冷冻循环(未图示)动作而被冷却。

并且，密闭型压缩机1000的配置位置不特别限制，能够设置于绝热箱体210的任意附近区域。例如，也可以为任何储藏室的后方或附近。

[其他机器]

搭载永久磁铁同步机1的设备不特别限制，能够适用于除了压缩机与冰箱之外的电动泵等。