专利名称：永磁铁式旋转电机及使用它的压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及在转子内配置有磁场用永磁铁的永磁铁式旋转电机，特别是关于装配在空调机、冰箱或冷库等中的压缩机内的永磁铁式旋转电机。
但是，虽然所述的以往技术只是着眼于提高旋转电机的输出功率，然而作为旋转电机实用化不能不考虑噪音问题。作为使永磁铁式旋转电机噪音变大的主要原因可举出有脉动扭矩和电磁助振力等等，但为减少这些影响只要降低间隙磁通密度是有效的。但是，单纯通过扩大间隙来降低间隙磁通密度将会因磁阻变大而使永磁铁产生的磁通减少，所以会导致磁扭矩变小，输出功率降低。因此，应当在使磁扭矩的磁通增大的同时，只减少成为噪音产生原因的磁通。
为达到所述的目的，本发明的永磁铁式旋转电机，包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；设定所述转子铁心的磁极角度在从100度到120度的电角范围内，在所述转子铁心的外周面的极间形成有凹部。
本发明还提供一种永磁铁式旋转电机，其特征在于包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置围绕齿牙的集中绕组的电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；设定所述转子铁心的磁极角度与所述定子铁心的槽距大致相同，在所述转子铁心外周面的极间形成有凹部。
本发明还提供一种永磁铁式旋转电机，其特征在于包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置围绕齿牙的集中绕组的电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；把所述定子铁心的齿牙的顶端形状形成圆弧形部分与直线形部分的组合形状，是所述转子铁心的磁极角度与所述定子铁心的槽距大致相同地在所述转子铁心外周面的极间形成凹部。
另外，本发明还提供一种永磁铁式旋转电机，其特征在于包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置围绕齿牙的集中绕组的电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；所述转子的极数与所述定子的槽数之比为2∶3，设定所述转子的磁极角度在100度到120度的电角范围内，在所述转子铁心的外周面的极间形成有凹部。
另外，本发明还提供一种永磁铁式旋转电机，其特征在于包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置围绕齿牙的集中绕组的电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；所述转子的极数与所述定子的槽数之比为2∶3，把所述定子铁心的齿牙顶端形状形成圆弧形部分和直线形部分的组合形状，并为使所述转子铁心的磁极角度在100度到120度的电角范围内地在所述转子铁心的外周面的极间形成凹部。
通过各种试验发现，为了在提高永磁铁式旋转电机的输出功率，降低噪音，只需通过增加永磁铁的产生磁扭矩的磁通，减少电枢反作用磁通便可。在此，因为一般是电枢反作用磁通相对于永磁铁的磁通以大致90度的电角前进，所以只需降低基于被称作横坐标轴(q轴)电感的转子铁心形状和电枢绕组的耦合而产生的电感便可。
本发明基于该试验结果，通过使转子铁心的磁极角度在100度到120度电角的范围内地，在转子铁心的外周面的极间(q轴侧)形成凹部，由于在增加与电枢绕组交链的永磁铁的磁通的同时，可减小横坐标轴的电感，所以能降低电枢反作用磁通。因此，能提供在提高输出功率的同时又能减少噪音的永磁铁式旋转电机。
图2是表示把
图1的转子进行放大后的径向剖面形状的剖面图。
图3是表示采用本发明永磁铁式旋转电机的实施例2的放大转子的径向剖面形状的剖面图。
图4是表示采用本发明永磁铁式旋转电机的实施例2的放大转子的径向剖面形状的剖面图。
图5是表示采用本发明永磁铁式旋转电机的实施例3的放大转子的径向剖面形状的剖面图。
图6是表示采用本发明永磁铁式旋转电机的实施例4的放大转子的径向剖面形状的剖面图。
图7是表示采用本发明永磁铁式旋转电机的实施例4的放大转子的径向剖面形状的剖面图。
图8是表示采用本发明永磁铁式旋转电机的实施例5的径向剖面形状的剖面图。
图9是表示采用本发明永磁铁式旋转电机的实施例6的径向剖面形状的剖面图。
图10是表示比较例的永磁铁式旋转电机的径向剖面形状的剖面图。
图11是表示实施例1的永磁铁式旋转电机的特性图。
图12是表示实施例2的永磁铁式旋转电机的特性图。
图13是表示与本发明有关的压缩机的剖面形状图。
图中1-转子，2-转子铁心，3-永磁铁，4-间隙部，6-旋转轴嵌合孔，7-定子，8-铁心背部，9-电枢绕组，10-齿牙，11-永磁铁式旋转电机，12-定子铁心，13-槽，14-永磁铁插入孔，15-转子铁心凹部，17-固定涡旋部件，18、21-端板，19、22-盖板，20-旋转涡旋部件，23-嵌合孔，24-压缩室，25-排出口，26-支架，27-压缩容器，28-排出管，29-油滞留部，30-油孔，31-滑动轴承。
(实施例1)图1表示采用本发明实施例1的永磁铁式旋转电机的径向剖面形状。在图中，永磁铁式旋转电机11由定子7和转子1构成。定子7具有由齿牙10和铁心背部8组成的定子铁心12和在齿牙10之间的槽13内围绕齿牙10绕装的集中绕组的电枢绕组9(三相绕组由U相绕组9a，V相绕组9b，W相绕组成)。在此，永磁铁式旋转电机11因是4极6槽，所以槽距的电角为120度。
图2是采用本发明实施例1放大的转子径向剖面形状图。转子1由在转子铁心2形成的一字形的永磁铁插入孔14中被装入的永磁铁3，旋转轴(没有图示)，和为嵌合旋转轴孔6组成。在此，把转子1向磁极中心方向延伸的轴定为d轴，把向磁极中心方向和以电角为90度隔开的磁极间方向延伸的轴定为q轴。在图2中，把转子铁心2外周面的极间(q轴)侧的形状形成凹部形状(组合成2个略呈V字形的凹部)，使转子铁心2的磁极角度θ1与槽距大致相等。
图10是比较例转子径向剖面形状图。在把永磁铁3嵌入转子铁心2内的情况下，因永磁铁3的磁通易发生短路，所以在比较例转子铁心2外周面的极间(q轴方面)也作成凹部形状，以防止磁通短路，并使磁铁磁通的扭矩增大。但是，由于把极间形成凹部形状的目的是为了防止磁铁磁通短路，所以使凹部15与永磁铁插入孔14的侧面平行。
可是，作为本发明的改进对象的驱动压缩机用永磁铁式旋转电机11经常存在有噪音问题。成为永磁铁式旋转电机11噪音变大的主要原因可以举出有脉动扭矩和电磁助振力等等，为减少这些影响，只要能降低间隙磁通密度便可。但是，单纯地通过扩大间隙来降低间隙磁通密度，会使磁阻变大而使永磁铁产生的磁通减少，所以磁扭矩变小而带来输出功率降低。因此，通过各种试验发现应当在不减小产生磁扭矩的永磁铁磁通的前提下，只降低成为是产生噪音主要原因的电枢反作用磁通。在此，因为一般是电枢反作用磁通相对永磁铁的磁通，以大致90度的电角前进，所以只要减小横坐标轴(q轴)的电感便可。
图11是表示相对于永磁铁式旋转电机的磁极角度θ1的特性图。横坐标轴是用电角表示的磁极角度θ1，纵坐标轴是表示把比较例的旋转电机(图10，θ1＝148度)的感应电动势以及横坐标轴的电感以1.0p.u.作为标准化时的感应电动势和横坐标轴电感。在此，感应电动势因与电枢绕组9交链磁通的时间变化(d/dt)成比例，所以对产生磁扭矩有用的永磁铁磁通的增减能用感应电动势的大小来判断。
从图11可以知道，由于磁极角度θ1越小，则间隙(空隙)部越增加，所以横坐标轴电感虽然降低，但θ1＝120度以下时几乎不变。因此，为达到低噪音化应尽可能地使θ1变小为宜，特别是最好在θ1＝120度以下。
另一方面，θ1约在80度以上时，感应电动势比比较例变大，θ1约在80度以下时，比以往的电机小。感应电动势与电枢绕组9交链磁束的时间变化虽然成比例，但因为在集中绕组的情况下，是设置围绕齿牙10的电枢绕组9，所以流入齿牙10的磁通成为与电枢绕组交链的磁通。对于永磁铁3的极数和槽13的数量比为2∶3的永磁铁式旋转电机11，因槽距为120度的电角，所以如果使磁极角度θ1和槽距大体一致的话，就能有效地利用永磁铁3的磁通。因此，θ1＝120度时变成最大，而θ1在100度到140度范围内几乎不变。
如上所述，如果把磁极角度θ1设定在约100度到120度的范围内，在电机输出功率提高的同时，还能达到低噪音化的目的。
(实施例2)
图3和图4是表示采用本发明永磁铁式旋转电机实施例2的放大转子径向剖面形状的剖面图。在关于图3和图4的实施例2，与图2的实施例1的不同点是，在转子铁心2的磁极部设置有间隙部4。另外，在图3中，转子1的磁极部相对于d轴对称地设置有2条间隙部4，而在图4间隙部4在d轴上有1条。
图12是表示相对于设置在永磁铁式旋转电机转子磁极部的间隙部之间的角度θ2的特性图。横坐标轴是用电角表示的间隙部4之间的角度θ2，纵坐标轴是表示以往电机(图10)的感应电动势以及横坐标轴的电感以1.0p.u.作为标准化时的感应电动势和横坐标轴电感。因此，θ2越大间隙部4越靠近极间(q轴)，θ2越小间隙部4越靠近磁极中心。在此，θ2＝0度时，如图4所示，间隙部4在d轴上就有1条，间隙部4的宽度W2成为W1的2倍(W2＝2×W1)。并且，在磁极角度取作θ1＝120度一定值时，从图11可以看出该结果是θ1＝120度在没有间隙部4的情况下，感应电动势为1.06p.u.，横坐标轴电感为0.83p.u.。
感应电动势因设置间隙部4而略有减小，随着角度θ2的减小虽有降低倾向，但还是比比较例大。在另一方面，横坐标轴电感因设置间隙部4变小，并随着角度θ2的减小显着降低。因此，在把磁极角度θ1设定在从约100到120度的范围内的基础上，当在转子1的磁极部设置间隙部4时，能比比较例输出功率高而噪音变小。并且，站在低噪音化的角度，最好是在磁极中心(d轴上)位置设置间隙部4。
(实施例3)图5是表示采用本发明永磁铁式旋转电机实施例3的放大转子1的径向剖面形状的剖面图。图5的实施例3与图2的实施例1的不同点是把永磁铁3的形状形成V字形。本实施例3和图2的实施例1能得到同样的效果。
(实施例4)图6和图7是表示采用本发明永磁铁式旋转电机实施例4的放大转子1的径向剖面形状的剖面图。图6和图7的实施例4与图5的实施例3的不同点是在转子铁心2的磁极部上设置间隙部4。另外，在图6中，是在转子1的磁极部上与d轴相对称地设置有2条间隙部4，而在图7中是在d轴上设置有1条间隙部4。
在把磁极角度θ1设定在从约100到120度范围内的基础上，当设置间隙部4时，在能有效利用永磁铁3的磁通的同时，因能使横坐标轴的电感减小，所以在电机输出功率提高的同时能达到低噪音化的目的。并且，站在低噪音化的角度上，最后在磁极中心(d轴上)的位置设置间隙部4。
(实施例5)图8是表示采用本发明永磁铁式旋转电机实施例5的剖面形状的剖面图。图8所示的实施例5与图1所示的实施例1的不同点是，把定子齿牙10的顶端形成由圆弧形部分和直线形部分组合成的形状。
由于这样的结构，在齿牙10顶端的端部的间隙长度变大，所以在齿牙10顶端的端部的磁通集中被缓解，使脉动扭矩降低。
因此，通过采用由实施例1与实施例4所示的转子1的配合方式能显著地降低噪音。
(实施例6)图9是表示采用本发明永磁铁式旋转电机实施例6的剖面形状的剖面图。图9所示的实施例6与实施例1和实施例5的不同点是，电枢绕组9按U相绕组9a，V相绕组9b，W相绕组9c的顺序依次装入槽13内的分布绕组。
在电枢绕组9的绕组方法有这种差异的情况下，由于采用由实施例1与实施例4所示的转子1的配合方式，所以在能有效利用永磁铁3的磁通的同时，又能使横坐标轴的电感减小，因此，在电机的输出功率提高的同时，又能达到低噪音化的目的。
(实施例7)图13是表示与本发明有关的压缩机剖面结构的剖面图。压缩机啮合形成有在固定涡旋部件17的端板18上直立的离心式盖极19和在旋转涡旋部20的端板21上直立的离心式盖板22，并依靠曲轴23使旋转涡形部件20旋转来进行压缩动作。由固定涡旋部件17和旋转涡形部件20形成的压缩室24(24a、24b……)之中，位于最外径处的压缩室伴随着旋转运动移向两个涡形部件17，20的中心，容积逐渐缩小。压缩室24a，24b在达到两个涡形部件17，20的中心附近时，两个压缩室24内的压缩气体从与压缩室连通的排出口25排出。排出的压缩气体通过设置在固定旋转部件17和支架26的气体通路(没有图示)到达支架26下部的压缩容器27内，从设在压缩容器27侧面的排出管28排出压缩机外。再有，对于本压缩机，在压力容器内装有永磁铁式旋转电机11，依靠另装的变换器(没有图示)控制的旋转速度旋转，进行压缩动作。在此，驱动用电动机是由定子7和转子1构成的永磁铁式旋转电机11。
压缩机被作为空调机、冰箱或冷库等的驱动源使用，因在全年中连续运转，所以对防止地球暖化问题和节能是最重要的制品。对于该驱动源使用永磁铁式旋转电机时，由于旋转电机的高效率虽达到了节能的目的，但如果噪音大就不能采用。可是，使用本发明的永磁铁式旋转电机作为驱动源时，因噪音小，能解决环境问题，所以能提供可以达到高效率节能目的的压缩机。
如上所述，如果采用本发明，在永磁铁式放置电机的感应电动势提高的目的，因横坐标轴电感减小，所以能提供高输出功率并且低噪音的永磁铁式旋转电机。
如果采用本发明还能提供噪音小的压缩机。
权利要求
1.一种永磁铁式旋转电机，其特征在于包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；设定所述转子铁心的磁极角度在从100度到120度的电角范围内，在所述转子铁心的外周面的极间形成有凹部。
2.一种永磁铁式旋转电机，其特征在于包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置围绕齿牙的集中绕组的电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；设定所述转子铁心的磁极角度与所述定子铁心的槽距大致相同，在所述转子铁心外周面的极间形成有凹部。
3.一种永磁铁式旋转电机，其特征在于包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置围绕齿牙的集中绕组的电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；把所述定子铁心的齿牙的顶端形状形成圆弧形部分与直线形部分的组合形状，是所述转子铁心的磁极角度与所述定子铁心的槽距大致相同地在所述转子铁心外周面的极间形成凹部。
4.一种永磁铁式旋转电机，其特征在于包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置围绕齿牙的集中绕组的电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；所述转子的极数与所述定子的槽数之比为2∶3，设定所述转子的磁极角度在100度到120度的电角范围内，在所述转子铁心的外周面的极间形成有凹部。
5.一种永磁铁式旋转电机，其特征在于包括在形成在定子铁心上的多个槽内设置围绕齿牙的集中绕组的电枢绕组的定子；在形成在转子铁心上的多个永磁铁插入孔中装入有永磁铁的转子；所述转子的极数与所述定子的槽数之比为2∶3，把所述定子铁心的齿牙顶端形状形成圆弧形部分和直线形部分的组合形状，并为使所述转子铁心的磁极角度在100度到120度的电角范围内地在所述转子铁心的外周面的极间形成凹部。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于形成在所述转子铁心的外周面的极间的凹部的形状是由多个略呈V字形状组合而成的凹部。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于埋设在所述转子铁心的永磁铁的形状是相对于所述转子轴呈凸起的V字或一字形状。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于形成在所述转子铁心的外周面的极间的凹部形状是在外周面的周向长度比在所述转子内圆面的周向长度长。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的永磁铁式旋转电机，其特征在于在所述转子铁心的磁极部上至少设置1个在直径方向延伸的间隙。
10.一种压缩机，其特征在于把权利要求1至9中任意一项所述的永磁铁式旋转电机作为驱动源。
全文摘要
本发明提供一种永磁铁式旋转电机，通过在具有在形成在定子铁心(12)上的多个槽(13)内设置围绕齿牙(10)的集中绕组的电枢绕组(9)的定子(7)；和在形成在转子铁心(2)上的多个永磁铁插入孔(14)中装入有永磁铁(3)的转子(1)的永磁铁式旋转电机(11)中，设定所述转子铁心的磁极角度在从100度到120度的电角范围内，并且在所述转子铁心的外周面的极间形成凹部，从而实现高输出功率且低噪音化。
文档编号H02K1/24GK1463065SQ03120580
公开日2003年12月24日 申请日期2003年3月14日 优先权日2002年5月31日
发明者湧井真一, 菊地聪, 小原木春雄, 高畑良一, 野间启二 申请人:株式会社日立制作所, 株式会社日立产机系统