压缩机的电动机及制冷循环装置的制作方法

本发明涉及一种使低温低压制冷剂成为高温高压制冷剂并循环的压缩机的电动机、以及具备压缩机的制冷循环装置。

背景技术：

下述专利文献1所述的以往的电动机为了防止永久磁铁因高温而大幅退磁，采用下述构造：在转子铁芯的外周配置圆筒状的永久磁铁，并且在永久磁铁的外周配置不锈钢的磁性管。从永久磁铁侧所见的磁路的磁阻因设置在永久磁铁与定子之间的磁性管而减少，电枢反应时永久磁铁的工作点的残留磁通密度增加，从永久磁铁到定子铁芯的磁通增加。因此，下述专利文献1所述的以往的电动机在永久磁铁变成高温且电枢反应发挥时也能够防止永久磁铁退磁，防止输出降低。

专利文献1：日本特开平7-322539号公报

技术实现要素：

然而，构成磁性管的不锈钢的磁导率比用于转子铁芯和定子铁芯的硅钢或阿姆克铁的磁导率低，因此上述专利文献1所述的构造不利于电动机效率的改善。另一方面，在压缩机中，在转子旋转一圈的期间内压缩转矩根据其旋转位置而变化，根据运转条件不同，压缩转矩的最大值可能会达到平均转矩的三倍。在压缩机的电动机中，转子磁铁的退磁由压缩转矩最大时流过的峰值电流决定，因此与上述专利文献1所代表的电动机即用于负载没有变化的机构的电动机相比，压缩机的电动机需要采用考虑抗退磁力的规格。

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种能够抑制电动机效率降低并改善抗退磁力的压缩机的电动机。

为了解决上述问题，实现发明目的，本发明提供一种压缩机的电动机，其具备：定子铁芯，其具有多个齿部和形成在上述多个齿部之间的多个齿槽，在上述多个齿部以集中卷绕方式卷绕有铝绕组；转子铁芯，其配置在上述定子铁芯的内径侧，具有多个磁铁插入孔；以及多个铁氧体磁铁，其插入在上述多个磁铁插入孔中，设形成于上述多个齿部的绕组部的宽度为A、上述定子铁芯的轴向长度为L、上述多个齿槽的数量为S，则上述定子铁芯为满足0.3＜S×A÷L＜2.2的关系的形状。

根据本发明，起到能够抑制电动机效率降低并改善抗退磁力的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式1涉及的压缩机的电动机的侧视图。

图2是图1所示的定子和转子的A-A向视截面图。

图3是搭载有图1所示的压缩机的制冷循环装置的结构图。

图4是表示压缩机的压缩转矩的变化的图。

图5是表示铜线和铝线的铜损的比率的图。

图6是表示磁铁温度与矫顽力的关系的图。

图7是表示铁氧体磁铁与转子铁芯的比热的图。

图8是表示向转子铁芯内传递的热的图。

图9是表面磁铁型转子的截面图。

图10是齿部的局部放大图。

图11是图10所示的齿部的a-a向视截面图。

图12是表示通过实测而得到的铜损的图。

图13是本发明的实施方式2涉及的压缩机的电动机的侧视图。

图14是本发明的实施方式3涉及的压缩机的电动机的侧视图。

图15是图14所示的转子的截面图。

图16是表示图14所示的转子的变形例的图。

符号说明

1 定子

2 转子

3 压缩部

4 油分离器

5 定子铁芯

6 铝绕组

7 轴

8 间隙

20 转子

30 制冷循环装置

31 控制电路

32 温度传感器

33 冷凝器

34 减压装置

35 蒸发器

36 旁通回路

37 开关阀

38 减压装置

100、200、300 压缩机

具体实施方式

以下，基于附图对本发明涉及的压缩机的电动机和制冷循环装置的实施方式进行详细的说明。另外，本发明并非由下述实施方式所限定。

实施方式1

图1是本发明的实施方式1涉及的压缩机的电动机的侧视图，图2是图1所示的定子和转子的A-A向视截面图，图3是搭载有图1所示的压缩机的制冷循环装置的结构图。

图1所示的压缩机100具有：配置在未图示的框架的内周面的定子1、隔着间隙8配置在定子1的内径侧的转子2、以及与贯通转子2的轴7连接的压缩部3。在压缩部3的上方形成有用于排出由压缩部3压缩后的高压制冷剂的排出孔3a。

定子1和转子2构成压缩机100的电动机。定子1通过压入、热装或冷装而固定于未图示的框架的内周面。轴7以旋转自如的状态由设置在压缩机100的上部和下部的未图示的轴承保持。

图2所示的定子1由将冲压成特定形状的电磁钢板沿着轴向层叠多片而得到的环状的定子铁芯5、以及被供给来自外部的电力的铝绕组6构成。

定子铁芯5具有：环状的背轭5a；以及多个齿部5b，其在背轭5a的内径侧沿着旋转方向隔着一定间隔地配置，从背轭5a向定子铁芯5的中心的方向延伸。

齿部5b具有：绕组部5b1，其卷绕有铝绕组6；以及齿前端部5b2，其呈伞状，形成在各齿部5b的内径侧，与转子2的相对面5e沿着旋转方向扩展。

此外，在定子铁芯5形成有多个齿槽5d，该齿槽5d是由背轭5a、绕组部5b1和齿前端部5b2划分而成的空间。

在图示例中，形成有九个齿部5b。绕组部5b1在旋转方向上的宽度在从背轭5a到齿前端部5b2之间是固定的。可产生旋转磁场的铝绕组6以集中绕组方式卷绕于绕组部5b1。另外，在图2中仅示出卷绕于一个绕组部5b1的铝绕组6，而省略了其他部分的铝绕组6的图示。

转子2具有：将冲压成特定形状的电磁钢板沿着轴向层叠多片而得到的圆柱状的转子铁芯2a、与磁极数对应地沿着旋转方向隔着一定间隔地设置且向径向内侧突出的弯曲形状的多个磁铁插入孔2b、呈与各磁铁插入孔2b的形状对应的形状且插入到磁铁插入孔2b中的铁氧体磁铁2c、以及形成在转子铁芯2a的径向中心的轴插入孔2d。

轴7通过压入、热装或冷装而固定在轴插入孔2d中。各磁铁插入孔2b沿着轴向延伸，在图示例中有六个铁氧体磁铁2c插入在磁铁插入孔2b中。

在转子2的外周面与齿前端部5b2之间形成有间隙8，通过对铝绕组6通电，在转子2与定子1之间产生旋转磁场，从而转子2旋转。

图3所示的制冷循环装置30具有：图1所示的压缩机100、控制电路31、温度传感器32、冷凝器33、减压装置34、蒸发器35、旁通回路36、开关阀37和减压装置38。

控制电路31基于温度传感器32的检测结果来控制开关阀37。温度传感器32设置在压缩机100的气体排出口附近，检测流过气体排出口的制冷剂的温度。减压装置38与开关阀37串联连接而构成的旁通回路36设置在冷凝器33的液态制冷剂排出口与压缩机100的气体吸入口之间。另外，制冷循环装置30适用于空调机。

以下，对动作进行说明。在压缩机100中被压缩的高温高压制冷剂气体在冷凝器33中与空气进行热交换而冷凝成为液态制冷剂。液态制冷剂在减压装置34中膨胀成为低温低压的制冷剂气体。由图1所示的压缩部3吸入的低温低压的制冷剂气体通过转子2的旋转而由压缩部3压缩，由此再次变成高温高压。高温高压制冷剂气体穿过定子1与转子2之间的间隙8或齿槽5d，从形成于压缩机100的未图示的排出管排出。这样，在制冷循环装置30中，制冷剂按压缩机100、冷凝器33、减压装置34、蒸发器35的顺序循环并再次返回压缩机100。

图4是表示压缩机的压缩转矩的变化的图。在压缩机100中进行压缩动作，因此如图4所示那样转子2旋转一圈的期间内压缩转矩会发生变化。设平均转矩Ta为100％，则根据运转条件不同，压缩转矩的最大值可能会达到平均转矩Ta的3倍即300％。

这里，在用于压缩机100的电动机中，转子磁铁的退磁由压缩转矩最大时流过的峰值电流决定，因此与用于负载没有变化的机构的电动机相比，用于压缩机100的电动机需要采用考虑抗退磁力的规格。

为了改善抗退磁力，实施方式1涉及的压缩机100的电动机使用电导率比一般绕组所用的铜线低的铝制绕组即铝绕组6、以及矫顽力的温度系数为正的铁氧体磁铁2c。

图5是表示铜线和铝线的铜损的比率的图，图6是表示磁铁温度与矫顽力的关系的图，图7是表示铁氧体磁铁与转子铁芯的比热的图，图8是表示向转子铁芯内传递的热的图，图9是表面磁铁型转子的截面图。

如图5所示，设铜线的铜损为100％，则铝线的铜损达到铜线的1.6倍即160％。因此，将卷绕于定子1的绕组从铜线置换成铝线，从而在图2所示的定子1中会产生相当于铜线的铜损与铝线的铜损之差的热。

另一方面，如图6所示，相对于希土类磁铁的矫顽力的温度系数为负，铁氧体磁铁2c的矫顽力的温度系数为正。即，铁氧体磁铁2c表现出矫顽力随着磁铁温度上升而增大的特性。矫顽力越大，越抗退磁场，可靠性越高，因此优选矫顽力较大。

这里，如图7所示，磁铁嵌入式的转子铁芯2a使用其比热比铁氧体磁铁2c的比热低的材质。这样，在磁铁嵌入式的转子铁芯2a使用比热较低的材质的情况下，能够比图9所示的表面磁铁型的转子铁芯20a更有效地将由铝绕组6产生的热传递到铁氧体磁铁2c。

对此具体地进行说明，在将图9所示的表面磁铁型的转子20配置于图2所示的定子1的情况下，在转子20中，从齿部5b传递来的热从配置在转子铁芯20a的外周面的磁铁20c的径向外侧的外周面逐渐向磁铁20c的内部传递。即，在转子20中，来自齿部5b的热仅向磁铁20c的外周面传递，因此热难以向磁铁20c的径向内侧传递。

图8所示的多个箭头a、b示意性地表示传递到转子铁芯2a的热的路径。首先，在图2中，由铝绕组6产生的热按齿前端部5b2的相对面5e、间隙8、转子铁芯2a的外周面的顺序向转子铁芯2a传递。在图8中，传递到转子铁芯2a的热中的由箭头a表示的热从磁铁插入孔2b的径向外侧的部分向铁氧体磁铁2c传递。另一方面，传递到转子铁芯2a的热中的由箭头b表示的热从相邻的磁铁插入孔2b之间经由磁铁插入孔2b的径向内侧的部分向铁氧体磁铁2c传递。

这样，在磁铁嵌入式的转子铁芯2a中使用其比热比铁氧体磁铁2c的比热低的材质，能够将由铝绕组6产生的热向铁氧体磁铁2c的径向外侧和径向内侧双方传递。即，相对于表面磁铁型的转子铁芯20a中热仅向磁铁20c的径向外侧的外周面传递，在磁铁嵌入式的转子铁芯2a中能够将热向铁氧体磁铁2c的整个外周面传递。因此，转子2能够比转子20更有效地提高磁铁温度，所以在转子2中矫顽力随着磁铁温度上升而增大，抗退磁力得以改善。

另外，在集中绕组方式中铝绕组6与定子铁芯5的密接度提高，因此通过采用集中绕组方式能够进一步提高磁铁温度。

以上，对通过提高铁氧体磁铁2c的温度来改善抗退磁力的结构进行了说明。但是，由于铝绕组6的损失比铜线大，所以可能使电动机效率降低。以下，对能够抑制电动机效率降低并改善抗退磁力的结构进行说明。

图10是齿部的局部放大图，图11是图10所示的齿部的a-a向视截面图。如上所述，铝线的电阻值比一般的铜线高，因此缩短卷绕于齿部5b的铝绕组6的周长变得很重要。

如图10所示，齿部5b的齿前端部5b2中，相对面5e在旋转方向上的宽度B形成得比绕组部5b1在旋转方向上的宽度A大。

来自转子2的磁通经由齿前端部5b2和绕组部5b1进入背轭5a，因此为了使磁通有效地进入背轭5a，齿前端部5b2和绕组部5b1的设计非常重要。

这里，绕组部5b1的宽度A过宽则齿槽5d的截面积变小，绕组空间减小。为了确保铝绕组6的匝数而使用较细的铝线，则铜损增加，电动机效率降低。

图11所示的实线表示绕组部5b1的外廓，图11所示的虚线表示从定子铁芯5的径向外侧向径向内侧的方向观察时齿前端部5b2的外廓。此外，在图11中，示出了绕组部5b1在旋转方向上的宽度A(mm)、齿前端部5b2在旋转方向上的宽度B(mm)、以及定子铁芯5的轴向长度即定子铁芯5的叠层厚度L(mm)。另外，在图11中，将绕组部5b1和齿前端部5b2的叠层厚度看作定子铁芯5的叠层厚度L。

卷绕于绕组部5b1的铝绕组6的每一圈的绕组周长能够表示为(A+L)×2。如果定子铁芯5的叠层厚度L增大，则轴向上的磁通的进入量增加，但是绕组部5b1的宽度A即使增大，磁通的进入量也不会变化，因此更优选绕组部5b1的宽度A较小。

能够将绕组周长相对于该叠层厚度L的比例定义为(A+L)×2÷L。但是，需要采用使齿槽5d的数量与绕组部5b1的宽度A的磁通密度相对应的设计。因此，设齿槽5d的数量为S，则齿槽5d的数量S与绕组部5b1的宽度A的关系成反比例关系，将其代入上式则能够表示为S×A÷L。

图12是表示通过实测而得到的铜损的图。图12的纵轴表示铜损，横轴表示通过式S×A÷L所得的值。如图12所示，在通过式S×A÷L所得的值为大于0.3且小于2.2的值时、即定子铁芯5为满足0.3＜S×A÷L＜2.2的关系的形状的情况下，能够得到有效地使磁通进入的绕组周长。因此，即使在使用铝绕组6的情况下，也能够减少无用的铜损，抑制电动机效率降低并改善抗退磁力。

实施方式2

图13是本发明的实施方式2涉及的压缩机的电动机的侧视图。图13所示的压缩机200具有设置在贯通转子铁芯2a的上表面侧的轴7上且配置在转子铁芯2a的上表面侧的油分离器4。油分离器4以外的结构与图1所示的压缩机100相同。以下，对与实施方式1相同的部分标注相同的符号并省略其说明，这里仅对不同的部分进行说明。

图13所示的虚线箭头表示制冷剂和雾状的润滑油的路径，实线箭头表示由油分离器4液化后的润滑油的路径。在设置图13所示的油分离器4的情况下，在压缩机200运转时由压缩部3压缩后的制冷剂被吸向压缩部3的上方，压缩后的制冷剂穿过间隙8或齿槽5d，到达未图示的排出管。此时，贮存在压缩机200的下方的润滑油在雾化的状态下被吸向压缩部3的上方。雾状的润滑油如虚线箭头所示那样穿过间隙8或齿槽5d时吸收由铝绕组6产生的热，由油分离器4液化。液化后的润滑油如实线箭头所示那样向位于油分离器4的下方的转子2的轴向端面落下。落下到转子2的轴向端面的润滑油的热从转子2的轴向端面向铁氧体磁铁2c传递。其结果，能够将由铝绕组6产生的热更有效地传递到铁氧体磁铁2c，进一步改善抗退磁力。

实施方式3

图14是本发明的实施方式3涉及的压缩机的电动机的侧视图，图15是图14所示的转子的截面图。在图14所示的压缩机300中，使用油分离器4并且在转子铁芯2a形成有孔2e。以下，对与实施方式1相同的部分标注相同的符号并省略其说明，这里仅对不同的部分进行说明。

如图14所示，孔2e形成为从转子铁芯2a的两个轴向端面中的与油分离器4相对的一侧的面朝向压缩部3延伸的凹陷状。此外，如图15所示，孔2e在相邻的磁铁插入孔2b之间且在磁铁插入孔2b与轴插入孔2d之间沿着旋转方向隔着一定间隔地设置有多个。

由油分离器4液化后的润滑油渗入到位于油分离器4的下方的转子铁芯2a的孔2e中，渗入到孔2e中的润滑油的热从铁氧体磁铁2c的径向内侧向铁氧体磁铁2c传递。其结果，能够更有效地将由铝绕组6产生的热传递到铁氧体磁铁2c，进一步改善抗退磁力。

图16是表示图14所示的转子的变形例的图。在图16所示的压缩机300中，孔2e-1贯穿转子铁芯2a的两个轴向端面。采用这样的结构，由油分离器4液化后的润滑油能够从孔2e-1的上方侧渗入，将铁氧体磁铁2c加热。此外，如虚线箭头所示，孔2e-1也成为制冷剂的流通路径。即，从孔2e-1的下方侧渗入的制冷剂朝向孔2e-1的上方侧穿过，从未图示的排出管排出。其结果，压缩机300中的制冷剂的流通量增加，能够提高制冷循环装置30的制冷能力。

另外，实施方式3所示的孔2e和孔2e-1的位置不限于相邻的磁铁插入孔2b之间且磁铁插入孔2b与轴插入孔2d之间，也可以例如在各磁铁插入孔2b与轴插入孔2d之间沿着旋转方向隔着一定间隔地设置有多个。在采用这样的结构的情况下，也能够有效地将由铝绕组6产生的热传递到铁氧体磁铁2c。此外，将实施方式1至实施方式3涉及的压缩机100、200、300搭载于制冷循环装置30，从而能够得到高效且可靠性高的制冷循环装置30。

如以上说明的那样，实施方式1至实施方式3涉及的压缩机100、200、300具备：在多个齿部5b以集中绕组方式卷绕有铝绕组6的定子铁芯5、配置在定子铁芯5的内径侧且具有多个磁铁插入孔2b的转子铁芯2a、以及插入在多个磁铁插入孔2b中的多个铁氧体磁铁2c，设形成于多个齿部5b的绕组部5b1的宽度为A、定子铁芯5的轴向长度为L、多个齿槽5d的数量为S，则定子铁芯5为满足0.3＜S×A÷L＜2.2的关系的形状。采用这样的结构，能够将由铝绕组6产生的热传递到铁氧体磁铁2c，提高矫顽力。而且，能够得到有效地使磁通进入的绕组周长，因此即使在使用铝绕组6的情况下，也能够减少无用的铜损，抑制电动机效率降低并改善抗退磁力。

此外，实施方式2、3涉及的压缩机200、300具有设置在贯通转子铁芯2a的上表面侧的轴7上且配置在转子铁芯2a的上表面侧的油分离器4。采用这样的结构，能够将由油分离器4液化后的润滑油的热传递到铁氧体磁铁2c，因此能够有效地加热铁氧体磁铁2c。

此外，在实施方式3涉及的压缩机300的转子铁芯2a形成有在磁铁插入孔2b与轴插入孔2d之间形成且向油分离器4侧开口的孔2e、2e-1。采用这样的结构，能够将由油分离器4液化后的润滑油的热从铁氧体磁铁2c的径向内侧向铁氧体磁铁2c传递，从而有效地加热铁氧体磁铁2c。

此外，实施方式3涉及的孔2e-1贯通转子铁芯2a的两端面，因此压缩机300中的制冷剂的流通量增加，能够提高制冷循环装置30的制冷能力。

另外，以上的实施方式所示的结构是本发明的结构的一个示例，也能够与其他公知技术组合，也能够在不脱离本发明要旨的范围内省略或变更结构的一部分。