永磁体埋入型电动机及具有该永磁体埋入型电动机的冷冻空调装置的制造方法_2

文档序号:8501296阅读:来源:国知局
图3所示,磁体插入孔21具有与永磁体大致相同的形状,在磁体插入孔21的周向两侧设置有隔磁磁桥23 (防磁通短路用孔)。
[0046]另外,在转子铁芯11中,在各磁体插入孔21与转子铁芯11的铁芯外周面Ila之间设置有多个狭缝25。在本实施方式I中,作为一例,在每一个磁体插入孔21的径向外侧设置有7条狭缝25。这些狭缝25在对应的一对隔磁磁桥23之间沿转子铁芯11的周向排列。
[0047]如图3所示,在将永磁体13的宽度方向设为磁体宽度方向W,将与该磁体宽度方向W正交的方向设为磁体厚度方向T的情况下,多条狭缝25分别沿磁体厚度方向T比磁体宽度方向W长地延伸。另外,在沿磁体宽度方向W观察时,多条狭缝25的形状及配置是对称的(例如以磁极中心线为中心的对称)。狭缝25的宽度(与上述的延伸方向正交的方向的尺寸)设定为Imm左右。狭缝25具有抑制来自定子3的电枢反作用磁通,并控制转子5的表面磁通密度分布的作用,所以优选设置在转子外周附近。
[0048]这里,将狭缝25与铁芯外周面Ila的距离设为La,将狭缝25与永磁体13的外周侧表面13a的距离设为Lb。关于各狭缝25,La全部相同,且为与电磁钢板相同程度的厚度0.35mm0
[0049]本实施方式I中的转子5为了抑制永磁体13的与狭缝25相邻的表面的退磁,相对于狭缝25与铁芯外周面Ila的距离La,将狭缝25与永磁体13的外周侧表面的距离Lb构成为较大,减小Lb的磁阻。这里,使各狭缝25的Lb全相同,使Lb/La = 3。通过这样设置,能够抑制退磁磁通在通过用距离Lb表示的区域时与永磁体13交链。在该观点中,优选满足Lb/La ^ 2的关系,在本实施方式I中,设定为Lb/La = 3。另外,优选所有狭缝的La及Lb全一样,但只要满足上述Lb/La ^ 2的关系,La及Lb的值本身也可以根据狭缝的不同而不同。
[0050]相邻的永磁体13的外径侧之间由于磁通容易短路,所以设计成利用隔磁磁桥23缩窄磁路。隔磁磁桥23与铁芯外周面Ila的距离为与电磁钢板相同程度的厚度0.35mm。另外,各磁体插入孔21的两侧的隔磁磁桥23的间隔S调整为使磁通易于与定子的齿交链的宽度,这里,将该间隔设计成比永磁体窄一些。做成这种转子结构的理由是为了防止相邻的磁极间的磁通的短路以及永磁体端部的磁通的自短路,使永磁体13的端部的磁通容易穿过定子3,增大所产生的转矩。
[0051]磁体插入孔21的孔划定部根据永磁体13的形状由平面构成,以覆盖永磁体13的方式构成为比永磁体13的宽度稍宽。此外,磁体插入孔21的径向外侧的孔划定部包含延伸部lib。延伸部Ilb以具有比各永磁体13的宽度方向端面13b更靠周向外侧的部分的方式延伸。S卩,至少一对延伸部Ilb的前端lib’的磁体宽度方向W的间隔Wc,比永磁体13的一对宽度方向端面13b的磁体宽度方向W的宽度Wd大。
[0052]延伸部Ilb朝向转子铁芯11的极间铁芯部Ilc伸出。通过这样构成,使经过上述的Lb集中到极间附近来的退磁磁通易于经由延伸部Ilb在极间铁芯部Ilc短路,退磁磁通很难与永磁体13交链。
[0053]在将延伸部Ilb与极间铁芯部Ilc的最短距离设为Lc,将磁体厚度设为Ld时,将Lc设计为比Ld小,作为一例,在本实施方式I中设定为Ld/Lc = 2。另外,本发明不限定于此,优选为Ld/Lc ^ 1.2的关系。
[0054]另外,这里说明一对延伸部Ilb与多条狭缝25的关系,上述多条狭缝25在磁体厚度方向T上比在上述的磁体宽度方向W上长地延伸。多条狭缝25的磁体宽度方向W的形成位置限定在这些狭缝25的对应的极的隔磁磁桥23的间隔S的范围内。换言之,多条狭缝25的磁体宽度方向W的位置形成为不进入到规定隔磁磁桥23的间隔S的假想线LI与对应的一侧的延伸部Ilb的前端lib’之间的区域。作为一例,特别是在图3中图示的结构中,多条狭缝25的磁体宽度方向W的位置形成为也不进入到规定永磁体13的宽度Wd的假想线L2与对应的延伸部Ilb的前端lib’之间的区域。
[0055]在转子铁芯11中,在多个磁体插入孔21的径向内侧设置有成为制冷剂流路的多个风孔17。靠近磁体插入孔21的风孔17的功能是抑制永磁体13的动作。S卩,在将永磁体13插入并定位在转子5的磁体插入孔21内后,将未图示的锥形的棒压入到靠近磁体插入孔21的风孔17中,使风孔17变形,并且使利用图中箭头F表示的力作用于磁体插入孔21,将约束永磁体13的那样的压力施加于永磁体13。由此,即使在驱动中,电磁力作用于永磁体13,永磁体13也不会动。
[0056]本实施方式I的永磁体埋入型电动机I通过由驱动回路的变换器进行的PWM(Pulse Width Modulat1n,脉冲宽度调制)控制来进行可变速驱动,进行与要求的产品负荷条件相符的高效率的运转。永磁体埋入型电动机I例如搭载在空调机的压缩机中,保证在100°C以上的高温气氛中的使用。
[0057]接下来,说明本实施方式I的永磁体埋入型电动机的作用。图4是表示涉及本实施方式I的退磁磁通的流动方式的图。另外,图5及图6分别是涉及比较例的与图2及图4相同形态的图。在永磁体埋入型电动机中,例如在I)负荷较大时,或在2)因过载而在动作中成为了锁定状态时,又或者在3)处于起动时等的过渡状态时,此外在4)定子绕组发生了短路时,产生较大的电枢反作用,有时使反磁场(退磁场)作用于转子。特别是在集中绕组方式的情况下,相邻的齿成为异极而使电感增大,反磁场容易作用于转子。反磁场是指通过对定子通电而产生与转子的磁极的方向相反的极的磁场。这种反磁场具有避开磁阻大的部位,想要尽量在磁阻小的部位流动的性质。特别是在如以往转子那样在磁体插入孔的端部具有隔磁磁桥的情况下,以及在磁极的转子表面侧的铁芯部具有狭缝的情况下,如图5及图6所示,退磁磁通避开磁阻大的隔磁磁桥、狭缝,与相邻于狭缝的磁体的转子表面部交链,或者与靠近极间部的隔磁磁桥附近的磁体端部交链,使该部位容易退磁。另外,图4及图6中的附图标记M表示磁体的磁化方向,附图标记DM表示退磁磁通的流动方式。
[0058]另外,永磁体在反磁场为某一阈值以下的情况下保持原来的磁性,但在超过阈值时,残留磁通密度下降,受到不能返回为原来的磁性的不可逆退磁。当发生不可逆退磁时,永磁体的残留磁通密度下降,用于产生转矩的电流增加,不仅使电动机的效率恶化,还会使电动机的控制性恶化,导致可靠性降低。
[0059]对于这种问题,在本实施方式I中,通过如上述那样满足Lb/La彡2的关系地进行设计,使转子铁芯11中的狭缝25与永磁体13的外径侧表面之间的部分的磁路扩大,如图4所示,在退磁磁通通过时,磁通通过该扩大的磁路的部分,使永磁体13难以交链。此外,通过设计成Ld/Lc ^ 1.2的关系性,如图3及图4所示,将磁阻比磁体厚度方向小的路径形成在用Lc表示的部分,以使退磁磁通在Lc的部位流动的方式进行引导。另外,此时,由于Lc沿与磁体分开的极间方向形成,所以退磁磁通难以使磁体交链。
[0060]这样,在本实施方式I中,通过将La与Lb的关系及Lc与Ld的关系组合,才大幅改善了退磁耐力。即,在使外加于转子5的退磁磁通以不与永磁体13交链的方式在永磁体13与多条狭缝25之间通过,集中到转子铁芯11的延伸部11b,经由用Lc表示的部位逃逸到与永磁体13分开的极间铁芯部Ilc的一连串的路径后才大幅改善退磁耐力。
[0061]此外,说明Lb/La、Ld/Lc与电机退磁电流的关系。图7是表示在Ld/Lc = 2的条件下Lb/La与电机退磁电流A的关系的曲线图。图8是表示在Lb/La = 3的条件下Ld/Lc与电机退磁电流A的关系的曲线图。图9是表示本实施方式I的成绩X与比较例的成绩Y的曲线图。图7?图9中的纵轴是将比较例的电机的情况视作100 %来表示退磁I %的电机的电流。即,当电机退磁时,压缩机的性能和冷冻空调机的性能发生变动,另外由于在电机产生的电压发生变化,所以电机的控制性变差,因此为了满足产品的可靠性,也需要将退磁率抑制为下降I %左右。作为退磁指标,在假设压缩机内部的150°C中,实施方式I的电机和比较例的电机均使用相同的保磁力的永磁体,通以退磁电流(将退磁场外加给永磁体),使用通电前后的感应电压(在使电机利用外部动力进行了旋转的情况下产生于绕组的电压)下降1%的电流值。
[0062]如图7所示,由于Ld/Lc = 2,所以I %退磁电流比比较例的电机增加,但在Lb/La=I的情况下,增加率低,越增大Lb/La,增加率越增加,在Lb/La ^ 2时达到饱和。这意味着即使设计成借助Lc使退磁磁通容易短路,当Lb较窄时,狭缝附近的磁体也会退磁,不能借助Lc获得较大的短路效果。为了使退磁磁通集中到Lc部,优选将Lb设计成较宽,使Lb/
La > 2ο
[0063]另外,如图8所示,由于Lb/La = 3,所以I %退磁电流比比较例的电机增加,但在Ld/Lc = I的情况下,增加率低,在Ld/Lc〈
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