专利名称：永磁式旋转电机和利用该电机的压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁式旋转电机，该永磁式旋转电机的转子装备有若干磁场使用(field use)的永久磁铁，而尤其是，本发明涉及一种安装在一个如用于空调设备、冷藏库和冷库的压缩机上的永磁式旋转电机。
现有技术按常规，在这些种类永磁式旋转磁铁中，为了减少噪音，亦即，为了减少转矩脉动，采取了各种各样的对策。例如，JP(U)-A-3-106869(1991)公开了一种对策，其中将齿端部分的中心形成与转子铁芯同心，并将齿顶部分的两端形成一条直线，以便离开转子而去，因此减少了转矩脉动。
在涉及常规技术的上述情况下，尽管通过使齿顶部分的两端离开转子而去减少了转矩脉动，然而，为了减少噪音，必须大大减少转矩脉动，因此，简单地使齿顶部分的两端离开转子而去的对策是不够的。
发明概述本发明的目的是提供一种永磁式旋转电机，该永磁式旋转电机在其旋转期间具有有限的噪音。
为此，本发明提供了一种永磁式旋转电机，该永磁式旋转电机包括一个定子和一个转子，在定子中，将各个集中式缠绕的电枢绕组加到许多个在定子铁芯上形成的齿上，以便围绕这些齿，而在转子中，将各个永久磁铁安放在许多个转子铁芯中形成的永久磁铁插孔内，并且其中在定子铁芯的齿内环面上形成具有一种以上不同间隙长度的间隙面，及将每个齿制成满足3.7≤(b/a)≥4.9的关系，其中a是每个齿顶部分两端部分径向方向上的厚度，而b是每个齿的宽度。
另外，本发明提供了一种永磁式旋转电机，该永磁式旋转电机包括一个定子和一个转子，在定子中，将各个集中式缠绕的电枢绕组加到许多个在定子铁芯上形成的齿上，以便围绕这些齿，而在转子中，将各个永久磁铁安放到在转子铁芯中所形成的许多永久磁铁插孔内，并且其中将定子铁芯的每个齿内环面形成为具有一个弓形部分和一个直线部分，及将每个齿制成满足3.7≤(b/a)≥4.9的关系，其中a是每个齿顶部分的两端部分径向方向上的厚度，而b是每个齿的宽度。
另外，本发明提供了一种永磁式旋转电机，该永磁式旋转电机包括一个定子和一个转子，在定子中，将各个集中式缠绕的电枢绕组加到许多个在定子铁芯上所形成的齿上，以便围绕这些齿，而在转子中，将各个永久磁铁安放到在转子铁芯中所形成的许多个永久磁铁插孔内，并且其中将定子铁芯的每个齿内环面形成为一个弓形部分和一个直线部分，及将每个齿制成满足3.7≤(b/a)≥4.9的关系，其中a是每个齿顶部分两端部分径向上的厚度，而b是每个齿的宽度，及将由定子铁芯齿内环面上弓形部分相对于转子轴心所形成的角，选定小于由齿宽相对于转子轴心所形成的角。
当以如上所述方式构成永磁式旋转电机时，优化齿顶部分的形状，因而，可以提供具有减少噪音的永磁式旋转电机。
对附图的简要说明
图1是示出本发明的一个实施例的永磁式旋转电机横断面结构；图2是涉及本发明实施例的模拟磁通流图；图3是表明涉及本发明实施例的齿顶形状与噪音之间关系的表；和图4是涉及本发明实施例的压缩机横断面结构。
对推荐实施例的详细说明下面，将参照图1-图4详细说明本发明的实施例。在各个附图中，相同的标号表示相同的物质。另外，在本实施例中，举例说明的是一种四极-六槽永磁式旋转电机，然而，本发明不限于这种特殊的机器。
图1是示出本发明一个实施例的永磁式旋转电机的横断面结构，图2是涉及本发明实施例的模拟磁通流图，而图3是表明涉及本发明实施例的齿顶形状与噪音之间关系的旋转电机噪音测量结果。
在图1中，永磁式旋转电机由定子5和转子1构成，而定子5的铁芯由六个齿片8和一个齿背6形成。另外，在转子1中的转子铁芯3具有若干用来埋置永久磁铁的孔，永久磁铁2埋置在这些孔中，而在定子5的对应槽7中，设置集中式缠绕的电枢绕组(未示出)，以便围绕齿8。在本实施例中，齿8的每个内环面都由一弓形部分和一直线部分构成，并且当假定在每个齿8的中央部分8b处的间隙长度为g1，和在每个齿8的两端部分8a处的间隙长度为g2时，规定g1＜g2的关系成立。另外，当假定转子1的轴心为O，弓形部分AB相对于轴心O的角度为α，而齿宽CD相对于轴心O的角度为β时，规定α＜β的关系成立。
现在，作为与永磁式旋转电机有关的问题其中之一，列举了旋转期间的噪音，产生噪音的原因是由于转矩脉动。转矩脉动是由于有关的机器中较高的谐波磁通产生的，并且如果使在有关机器中的磁通分布，亦即在气隙中的磁通分布变平滑，则转矩脉动可以减少。
当观察磁通流时，如图2所示，从转子1侧面进入定子5的磁通φ，按顺序从齿顶的两端部分8a和中央部分8b，每个齿8和铁芯背6的接合处通过。正如从上述图2将看到的，基本上没有磁通从槽开口部分9进入，并且磁通量集中在每个齿顶的两端部分8a和中央部分8b处，并穿过它们进入，因此，为了使气隙中的磁通分布变平滑，在一定程度上必须限制(减少)从每个齿顶的两端部分8a进入的磁通。对这种场合，为了减少转矩脉动，每个齿顶的两端部分8a一般是离开转子1而去，以便达到g1＜g2的关系，因而，减少了从每个齿顶的两端8a进入的磁通。然而，只用气隙长度(g1，g2)的调节作用受到限制，并且在旋转期间的噪音不能充分地减少。
在这些情况下，发明人发现，如果使间隙磁通分布变平滑，而同时适当地使每个齿顶的两端8a充满磁通，并抑制磁通从每个齿顶两端8a进入，则可以得到令人满意的结果。亦即，发明人得出结论，如果优化每个齿顶两端8a接合的径向方向上厚度和每个齿8的宽度b之间的比例，则间隙磁通分布变平滑，并且转矩脉动可以极度地减少。
鉴于上述情况，发明人利用具有不同b/a比例的永磁式旋转电机进行了实验。噪音测量结果在图3中示出。在其旋转期间显示低噪音的永磁式旋转电机用圆圈标记表示，而显示大噪音的永磁式旋转电机用交叉的标记表示。当选定的b/a比例是在3.7≤(b/a)≤4.9范围内时，观察到在永磁式电机旋转期间的噪音减少。
从上面的实验结果可知，当b/a比例超过4.9时噪音变大的原因是，由于a相对于b小，所以在每个齿顶两端部分8a处的磁饱和提升极高，并且从每个齿顶两端部分8a进入的磁通极大受到限制，因而，从转子1的侧面进入定子5的磁通集中在每个齿顶的中央部分8b处，这种情况扰动了平滑的磁通分布。
另一方面，当b/a比例低于3.7时噪音变大的原因是，由于a相对于b大，所以在每个齿顶两端部分8a处的磁饱和低，因而，尽管观察到由于g1和g2之间间隙长度的差异而造成进入磁通量的差异，但每个齿顶的两端部分8a和中央部分8b之间进入磁通量的差异大，这种情况扰动了平滑的磁通分布。
亦即，当选定b/a比例是在3.7≤(b/a)≤4.9范围内时，在各间隙中的磁通密度分布是平滑的，因而，转矩脉动受到限制并因而减少了噪音。
另外，如各附图中所示，当每个齿8的内环面由弓形部分和直线部分构成时，弓形部分AB相对于轴心O的角度α的范围是一个重要因素。作为对其进行几次实验的结果，当角度α小于每个齿宽DC相对于轴心O的角度β，亦即，α＜β时，噪音进一步减少。
图4是涉及本发明一个实施例的压缩机横断面结构图。压缩机通过使一个螺旋形搭接件(1ap)12与另一个螺旋形搭接件(1ap)15接合形成，并通过产生旋转运动用于使螺旋件13与曲轴4一起旋转进行压缩操作，上述螺旋形搭接件12直立在一固定的螺旋件10的端板11上，而另一个螺旋形搭接件15直立在一旋转螺旋件13的端板14上。在由固定螺旋件10和旋转螺旋件13所形成的压缩室16a、16b……中，位于径向方向上最外边处的一个室安放到与旋转运动有关的两个螺旋件10和13的中央，并该室的体积逐渐减少。当压缩室16a和16b到达两个螺旋件10和13的中央附近时，压缩室16a和16b二者内部的压缩气体从排气口17排出，该排气口17与压缩室16a和16b连通。排出的压缩气体通过一个设置在固定螺旋件10中的气体通道(未示出)和构架18，到达构架18下方的压缩容器19，并通过排气管道20排放到压缩机外部，排气管20设置在压缩机容器19的侧壁处。另外，在本压缩机中，将一驱动用电动机21密封在压缩容器19中，并在一个受分开设置的逆变流器(invertor)(未示出)控制的旋转速度下旋转，以便进行压缩操作。在本压缩机中，驱动用电动机21是由定子5和转子1构成的永磁式旋转电机。
另外，标号22是定子5的电枢绕组，标号23是油槽，标号24是油孔和标号25是滑动轴承。
压缩机用作比如空调设备、冷藏库和冷库的驱动源并且全年工作，因此，压缩机是由于全球变暖问题而需要节能的最重要产品。当用永磁式旋转电机作驱动源时，由于它的高效率，可以达到节能的目的，然而，如果没有充分减少永磁式旋转电机的噪音，那么就不能应用永磁式旋转电机。然而，当用按照本发明所述的永磁式旋转电机作驱动源时，由于解决了减少了永磁式旋转电机噪音的环境问题，因此，可以提供一种达到高效和节能的压缩机。
当压缩机采用按照本发明所述的永磁式旋转电机作为它的驱动源，应用于空调设备时，可以提供一种清除了顶部操作规程(top runnerregulation)的空调设备。
当压缩机采用按照本发明所述的永磁式旋转电机作为它的驱动源，应用于电冷藏库时，可以提供一种清除了顶部操作规程的电冷藏库。
当压缩机采用按照本发明所述的永磁式旋转电机作为它的驱动源，应用于冷库时，可以提供一种达到节能目的的冷库。
正如迄今已说明的，按照本发明，因为永磁式旋转电机在其旋转期间的噪音可以减少，所以可以提供一种具有减少噪音的永磁式旋转电机，和一种采用该具有减少噪音的永磁式旋转电机的压缩机。
权利要求
1.一种永磁式旋转电机，其包括一个定子和一个转子，在定子中，将各个集中式缠绕的电枢绕组加到许多个在定子铁芯上形成的齿上，以便围绕这些齿，而在转子中，将各个永久磁铁安放到许多个在转子铁芯中所形成的永久磁铁插孔内，并且其中在定子铁芯的齿内环面上形成具有一种以上不同间隙长度的间隙面，及将每个齿制成满足3.7≤(b/a)≥4.9的关系，其中a是每个齿顶部分两端部分径向方向上的接合厚度，而b是每个齿的宽度。
2.一种永磁式旋转电机，其包括一个定子和一个转子，在定子中，将各个集中式缠绕的电枢绕组加到许多个在定子铁芯上所形成的齿上，以便围绕这些齿，而在转子中，将各个永久磁铁安放到许多个在转子铁芯中所形成的永久磁铁插孔内，并且其中将定子铁芯的每个齿内环面形成为具有一个弓形部分和一个直线部分及将每个齿制成满足3.7≤(b/a)≥4.9的关系，其中a是每个齿顶部分两端部分径向方向上的接合厚度，而b是每个齿的宽度。
3.如权利要求2所述的永磁式旋转电机，其中，由定子铁芯的齿内环面上弓形部分相对于转子轴心所形成的角度，选定小于由齿宽相对于转子轴心所形成的角度。
4.一种压缩机，其包括如权利要求1-3其中之一所述的永磁式旋转电机，该永磁式旋转电机作为压缩机的驱动源。
5.一种空调设备，其包括如权利要求4所述的压缩机。
6.一种冷藏库，其包括如权利要求4所述的压缩机。
7.一种冷库，其包括如权利要求4所述的压缩机。
全文摘要
在一种永磁式旋转电机中,该永磁式旋转电机包括一个定子5和一个转子1,在定子5中,将各个集中式缠绕的电枢绕组加到许多个在定子铁芯上形成的齿8上,以便围绕这些齿,而在转子1中,将各个永久磁铁2安放到许多个在转子铁芯3中所形成的永久磁铁插孔内,其中定子铁芯的每个齿内环面形成为具有一个弓形部分和一个直线部分,并且将每个齿都制成满足3.7≤(b/a)≥4.9的关系,其中a是每个齿顶部分两端部分8a径向方向上的厚度,而b是每个齿的宽度,因而,可以提供一种具有减少噪音的永磁式旋转电机和一种采用该具有减少噪音的永磁式旋转电机的压缩机。
文档编号H02K1/14GK1384588SQ0211838
公开日2002年12月11日 申请日期2002年4月26日 优先权日2001年4月27日
发明者涌井真一, 小原木春雄, 高畑良一, 菊地聪, 高桥身佳, 平山宏, 濑下孝司, 川南茂也, 妹尾正治, 野间启二 申请人:株式会社日立制作所