专利名称：永久磁铁埋入式转子以及使用它的电动机及电气设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在转子铁心中按照规定间隔埋入有多个永久磁铁的永久磁铁埋入式转子以及使用它的电动机。此外，本发明涉及具备该电动机的电气设备。
背景技术：
在专利文献I中记载有在转子铁心中按照规定间隔埋入有多个永久磁铁的永久磁铁埋入式转子。在专利文献I中，在垂直于旋转中心轴的截面中，在转子的外周面上，对置于各永久磁铁的中央部附近，形成有朝外突出的具有圆弧形状截面的突出部。通过转子具有这样的结构，转子与定子的距离在转子的磁极端部附近变为最大，在该部分处，磁束变得难以通过。因此，能够使由永久磁铁产生的磁束有效地交链于定子，所以能够防止电动势的下降。此外，通过转子具有上述结构，能够使由转子产生的磁束密度分布接近于正弦波状。因此，在旋转时能够使交链于定子的磁束平滑地增减，所以能够降低电动势波形的脉动。但是，在专利文献I所述的发明中，由于在相邻的突出部之间的部分处转子与定子的距离变得过大，所以不能充分地降低转矩波动。在专利文献2中记载有用于降低转矩波动的发明。在专利文献2中，在垂直于旋转中心轴的截面中，在转子的外周面上，对置于各永久磁铁的中央附近形成有朝外突出的具有圆弧形状截面的第I突出部，进而，对置于永久磁铁间的部分形成有朝外突出的第2突出部。通过转子具有这样的结构，能够在提高输出转矩的同时降低转矩波动。专利文献I :日本特开2002-95194号公报专利文献I :日本特开2005-354798号公报上述专利文献2所述的发明与专利文献I所述的发明相比能够降低转矩波动。但是，产生了不能降低间隙磁束分布畸变、不能降低起因于间隙磁束分布畸变的噪声的问题。
发明内容
本发明的目的是解决以上那样的现有的问题，提供一种能够充分地降低转矩波动和起因于间隙磁束分布畸变的噪声的永久磁铁埋入式转子及电动机。此外，本发明的目的是提供一种高输出且低振动、低噪声的电气设备。本发明的永久磁铁埋入式转子，是在转子铁心中按照规定间隔埋入有多个永久磁铁的永久磁铁埋入式转子。在上述转子的外周面上，形成有 第I突出部，与上述多个永久磁铁的各自的中央部附近相对置，朝外突出，具有大致圆弧形状截面；以及第2突出部，与上述多个永久磁铁的各自的端部附近相对置，朝外突出；一个上述第I突出部和两个上述第2突出部对应于一个上述永久磁铁；上述第2突出部具有曲率半径比上述第I突出部的上述大致圆弧形状截面小的大致圆弧形状截面。本发明的电动机具备上述本发明的永久磁铁埋入式转子。本发明的电气设备具有上述本发明的电动机。发明效果根据本发明，由于在转子的外周面上，对应于各个永久磁铁形成有一个第I突出部和夹着它的一对第2突出部，所以能够充分地降低转矩波动和起因于间隙磁束分布畸变的噪声。
图I是具备本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式转子的电动机(以下称作 “永久磁铁埋入式电动机”)的剖视图。图2是本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式转子的剖视图。图3是将图2的转子的对应于I磁极的外周面放大表不的局部放大剖视图。图4是表示本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式电动机及现有例1、2涉及的永久磁铁埋入式电动机的间隙磁束分布与电角的关系的图。图5是将图4的电角0至10[deg]的部分放大表示的图。图6是将现有例I涉及的永久磁铁埋入式转子的对应于I磁极的外周面放大表示的局部放大剖视图。图7是将现有例2涉及的永久磁铁埋入式转子的对应于I磁极的外周面放大表示的局部放大剖视图。图8是将本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式电动机及现有例2涉及的永久磁铁埋入式电动机的46阶以上的噪声按照阶分量分类表示的图。图9是表示本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式电动机及现有例I、2涉及的永久磁铁埋入式电动机的转矩与电角的关系的图。图10是表不空调室内机的一例的概略图。图11是表不空调室外机的一例的概略图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。图I是本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式电动机10的沿着垂直于旋转中心轴的面的剖视图。本实施方式涉及的电动机10具备定子11和转子21。定子11包括层叠有通过压力机冲裁的多个高透磁率薄铁板的定子铁心14、和卷绕在定子铁心14上的线圈(未图示)。定子铁心14具有磁轭12、形成在磁轭12的内周侧的多个齿13、和形成在相邻的齿13间的多个槽15。线圈集中卷绕在定子铁心14上，收纳在槽15中。转子21包括以规定间隔形成有多个磁铁埋设孔22的转子铁心24、埋设在各个磁铁埋设孔22中的永久磁铁25、和配置在旋转中心轴向(以下只称作“轴向”)的两端的一对端板(未图示)。转子铁心24将形成有磁铁埋设孔22的多个高透磁率薄铁板沿轴向层叠而成。并且，用来形成转子21的磁极的永久磁铁25被收纳保持在各个磁铁埋设孔22中。 一对端板和转子铁心24通过铆接销(未图示)连结。在转子铁心24的中央连结着旋转轴 (未图示)，转子铁心24受轴承(未图示)旋转自如地支承。这样构成的转子21经由空气隙与定子11的齿13的内周面对置。另外，在图I中，表示了转子21的极数是8 (极对数是4)、定子11的槽数是12的情况，但本发明并不限定于该组合，也能够应用其他组合。图2是转子21的沿着垂直于旋转中心轴的面的剖视图。图3是将图2的转子21 的对应于I磁极、即对应于I个永久磁铁25的转子21的外周面放大表示的局部放大剖视图。在图2及图3中，磁铁埋设孔22具有比插入的永久磁铁25的截面稍大的形状。永久磁铁25通过粘接剂等固定在磁铁埋设孔22中。在转子21的外周面上，形成有对置于永久磁铁25的各个中央部附近而朝外突出的第I突出部26、和对置于永久磁铁25的各个端部附近而朝外突出的第2突出部27。第 I突出部26具有大致圆弧形状截面。第2突出部27也优选地具有大致圆弧形状截面。这里，所谓“大致圆弧形状截面”，是指沿着垂直于旋转中心轴的面的截面形状是大致圆弧形状。所谓“大致圆弧形状”，并不需要是准确的圆弧，只要是能够近似于圆弧的形状就足够， 例如也可以通过多个曲线或多个直线的结合来形成。一个第I突出部26和两个第2突出部27对应于一个永久磁铁25。S卩，由一个第 I突出部26和其两侧的两个第2突出部27构成的组与永久磁铁25 —一对应而以等角度间隔形成在转子21的外周面上。在相互相邻的第I突出部26与第2突出部27之间形成有凹陷。S卩，第2突出部 27朝外突出，以使从转子21的中心点P到第2突出部27的顶点(最远离中心点P的第2 突出部27上的点)的距离比从转子21的中心点P到第I突出部26与第2突出部27的边界点A的距离大。第2突出部27优选地具有曲率半径比第I突出部26的大致圆弧形状截面小的大致圆弧形状截面。如果第2突出部27的大致圆弧形状的截面的曲率半径过大，则转矩波动及间隙磁束分布畸变增大。另一方面，优选的是，夹着第I突出部26的一对边界点A-A间的距离比永久磁铁 25的长度方向的长度Lm短。在使转子铁心24的外径为一定的状态下，如果与上述相反使一对边界点A-A间的距离比永久磁铁25的长度Lm长，则需要使第I突出部26的曲率半径变大，结果，电动势波形成为矩形波形，转矩波动及间隙磁束分布畸变增大。一般，减小上述第2突出部27的曲率半径和缩短一对边界点A-A间的距离处于折衷选择的关系。通过适当设定第2突出部27的曲率半径及一对边界点A-A间的距离以使其满足上述优选的条件，能够降低转矩波动及间隙磁束分布畸变。将相互相邻的第2突出部27的边界点B位置设定为，使从转子21的中心点P到边界点B的距离比从转子21的中心点P到第2突出部27的顶点的距离短。通过这样在相邻的第2突出部27之间设置凹陷，能够降低转矩波动及间隙磁束分布畸变。从冲裁加工构成转子铁心24的高透磁率薄铁板的观点来看，磁铁埋设孔22与转子21的外周面之间的距离为最小的部分(转子桥部)28的宽度优选的是高透磁率薄铁板的板厚d以上。但是，如果转子桥部28的宽度变大，则由永久磁铁25产生的磁束中的、通过转子桥部28的磁束变多，交链于定子11的磁束变少，所以电动机的输出下降。因而，将转子桥部28的宽度设定得尽可能小以使在转子桥部28中磁饱和，能够使更多的磁束交链于定子11，所以是优选的。接着，将本发明涉及的一实施方式的永久磁铁埋入式电动机与现有例涉及的永久磁铁埋入式电动机比较，对本发明的效果进行说明。图4是表示通过解析求出本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式电动机及现有例1、2涉及的永久磁铁埋入式电动机的间隙磁束分布与电角的关系的结果的图，图5 是将图4的电角0至10[deg]的部分放大表示的图。在图4及图5中，为了比较而同时表示正弦波波形。图6及图7分别是将现有例I及现有例2涉及的永久磁铁埋入式电动机的转子的对应于I磁极、即对应于一个永久磁铁的转子的外周面放大表示的局部放大图。图6所示的现有例I的转子121对应于上述专利文献I中记载的永久磁铁埋入式转子。与本发明的转子21同样，在多个磁铁埋设孔122中分别保持有永久磁铁125。在转子121的外周面上，对置于永久磁铁125的各自的中央部附近，形成有朝外突出的单一的具有大致圆弧形状截面的突出部126。图7所示的现有例2的转子221对应于上述专利文献2中记载的永久磁铁埋入式转子。与本发明的转子21同样，在多个磁铁埋设孔222中分别保持有永久磁铁225。在转子221的外周面上，对置于永久磁铁225的各自的中央部附近，形成有朝外突出的具有大致圆弧形状截面的第I突出部226，在相邻的第I突出部126间，形成有朝外突出的第2突出部 227。图4及图5所示的各图的电角0至10[deg]的部分的斜率(即将该部分用线形近似得到的直线的斜率)在正弦波波形中是0. 014，在本发明的永久磁铁埋入式电动机中是 0. 01095，在现有例I的永久磁铁埋入式电动机中是0. 0108，在现有例2的永久磁铁埋入式电动机中是0. 0059。S卩，现有例2的永久磁铁埋入式电动机的间隙磁束分布特别在电角0 至10[deg]中，与本发明的永久磁铁埋入式电动机相比，相对于正弦波波形的偏差较大。考虑这是因为，在现有例2中，因为第2突出部227的存在，当交链于定子的磁束的磁极切换时，磁束流不能顺利地变化而切换。这样的电角0至10[deg]中相对于正弦波波形的偏差特别给46阶以上的高阶分量的噪声带来较大的影响。图8是将本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式电动机及现有例2涉及的永久磁铁埋入式电动机的46阶以上的噪声按照阶分量分类表示的图。另外，“Over AU”表示所有阶分量的噪声的总和。由图8可知，在电角0至10[deg]中间隙磁束分布相对于正弦波波形较大偏差的现有例2涉及的永久磁铁埋入式电动机与本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式电动机相比，46阶以上的高阶分量的噪声变大。图9是表示通过解析求出本发明的一实施方式涉及的永久磁铁埋入式电动机及现有例1、2涉及的永久磁铁埋入式电动机的转矩与电角的关系的结果的图。纵轴的转矩将本发明的平均值标准化为“I”。如图9所示，现有例I涉及的永久磁铁埋入式电动机与本发明涉及的永久磁铁埋入式电动机相比，产生转矩较低，并且转矩波动较大。考虑这是因为，在现有例I涉及的永久磁铁埋入式电动机中，由于磁阻转矩较小，所以不能消除磁转矩的脉动。
从以上开看，本发明涉及的永久磁铁埋入式电动机在能够降低转矩波动、并且能够降低噪声的方面，与不能降低转矩波动的现有例I (即专利文献I)涉及的永久磁铁埋入式电动机、及不能降低噪声量的现有例2 (即专利文献2)涉及的永久磁铁埋入式电动机相比可以说是高性能的。接着，作为使用本发明涉及的电动机的电气设备的例子，使用
空调室内机300及空调室外机400。图10是表示空调室内机300的一例的概略图。该空调室内机300在壳体311内搭载有电动机301。在电动机301的旋转轴上安装有横流式风扇312。电动机301受电动机驱动装置313驱动。通过来自电动机驱动装置 313的通电，电动机301旋转，随之横流式风扇312旋转。通过横流式风扇312的旋转，将由室内机用交换器(未图示)空气被调和后的空气向室内送风。作为电动机301，可以应用本发明涉及的永久磁铁埋入式电动机。通过应用本发明涉及的电动机，能够实现高输出且低振动、低噪声的空调室内机。图11是表不空调室外机400的一例的概略图。该空调室外机400在壳体411内搭载有电动机401。在电动机401的旋转轴上安装有风扇412，电动机401作为送风用风扇马达发挥功能。空调室外机400的内部空间被立设在壳体411的底板402上的分隔板404划分为压缩机室406和热交换器室409。在压缩机室406中配设有压缩机405。在热交换器室409 中配设有热交换器407、电动机401及风扇412。在分隔板404的上部配设有电气安装件箱 410。在电气安装件箱410内收容有电动机驱动装置403。通过来自电动机驱动装置403的通电，电动机401旋转，随之风扇412旋转。通过风扇412的旋转，在热交换器室409内产生空气流，当空气流通过热交换器407时，在空气流与热交换器407之间进行热的交换。作为电动机401，可以应用本发明涉及的永久磁铁埋入式电动机。通过应用本发明涉及的电动机，能够实现高输出且低振动、低噪声的空调室外机。上述实施方式不过是一例，本发明并不限定于此，可以适当地变更。例如，也可以将上述实施方式的结构的一部分替换为公知的其他结构。此外，在上述实施方式中没有言及的结构是任意的，例如可以适当选择公知的结构而组合到本发明中。本发明的电动机并不限定于上述空调室内机及空调室外机，能够大范围地在例如热水器、空气净化器等、使用电动机的各种电气设备中应用。产业上的可利用性本发明的使用领域没有特别限制，例如可以作为具备永久磁铁埋入式转子的电动机大范围地使用。根据本发明，由于能够降低转矩波动和起因于间隙磁束分布畸变的噪声， 所以能够特别优选地作为要求高输出且低振动、低噪声的永久磁铁埋入式转子、电动机及电气设备而使用。
权利要求
1.一种永久磁铁埋入式转子，在转子铁心中按照规定间隔埋入有多个永久磁铁，其特征在于，在上述转子的外周面上，形成有第I突出部，与上述多个永久磁铁的各自的中央部附近相对置，朝外突出，具有大致圆弧形状截面；以及第2突出部，与上述多个永久磁铁的各自的端部附近相对置，朝外突出；一个上述第I突出部和两个上述第2突出部对应于一个上述永久磁铁；上述第2突出部具有曲率半径比上述第I突出部的上述大致圆弧形状截面小的大致圆弧形状截面。
2.一种电动机，其特征在于，具备权利要求I所述的永久磁铁埋入式转子。
3.—种电气设备,其特征在于，具备权利要求2所述的电动机。
全文摘要
一种永久磁铁埋入式转子，转子(21)是在转子铁心(24)中按照规定间隔埋入有多个永久磁铁(25)的永久磁铁埋入式转子。在转子的外周面上，形成有与多个永久磁铁各自的中央部附近相对置而朝外突出的具有大致圆弧形状截面的第1突出部(26)、和与多个永久磁铁各自的端部附近相对置而朝外突出的第2突出部(27)。一个第1突出部和两个第2突出部对应于一个永久磁铁。通过在转子的外周面上形成上述那样的第1及第2突出部，能够充分降低转矩波动和起因于间隙磁束分布畸变的噪声。
文档编号H02K1/27GK102593984SQ201210036728
公开日2012年7月18日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年3月27日
发明者吉川祐一, 小川登史, 村上浩, 横内保行, 河村清美 申请人:松下电器产业株式会社