永久磁铁同步电动机、压缩机及空气调节机的制作方法

本发明涉及具备在内部埋入有永久磁铁的转子的永久磁铁同步电动机、具备该永久磁铁同步电动机的压缩机、及具备该压缩机的空气调节机。

背景技术：

构成电动机的转子铁心通常通过根据转子铁心的形状对电磁钢板进行冲裁并将冲裁后的电磁钢板层叠而构成。同样地，构成电动机的定子铁心通常通过根据定子铁心的形状对电磁钢板进行冲裁并将冲裁后的电磁钢板层叠而构成。而且，构成转子铁心的电磁钢板的板厚通常设定得与构成定子铁心的电磁钢板的板厚相同。

在这样的电动机中，已知定子铁心的铁损大于转子铁心的铁损。当定子铁心的铁损大于转子铁心的铁损时，电动机的散热性下降，导致电动机的温度上升。

在电动机为永久磁铁同步电动机的情况下、即在转子的内部埋入有永久磁铁的电动机的情况下，电动机的温度上升会导致永久磁铁的温度上升。当永久磁铁的温度上升时，永久磁铁的剩余磁通密度下降，导致电动机的效率的下降，进而永久磁铁可能会去磁。

在这样以往的永久磁铁同步电动机中，由于存在定子铁心的铁损比转子铁心的铁损大这样的铁损分布的不平衡，因此是永久磁铁容易去磁的结构。

铁损起因于在电磁钢板中流动的涡流引起的损耗、即涡流损耗。电磁钢板的板厚越小，涡流损耗越小，因此为了抑制铁损，减薄电磁钢板是有效的。但是，如果板厚过小，则电磁钢板的加工性下降，且电磁钢板的层叠张数也增大，结果会导致制造成本的增大。

因此，在专利文献1中，以涡流损耗的降低和制造成本的抑制为目的，记载了将构成定子铁心的电磁钢板的板厚设定得小于构成转子铁心的电磁钢板的板厚的技术。具体而言，记载了构成转子铁心的电磁钢板的板厚为0.5mm，构成定子铁心的电磁钢板的板厚为0.1mm以上且小于0.5mm的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-45870号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

即使在如专利文献1记载的那样将构成定子铁心的电磁钢板的板厚设定得小于构成转子铁心的电磁钢板的板厚的情况下，为了抑制定子铁心的铁损大于转子铁心的铁损这样的铁损分布的不平衡，也需要将构成定子铁心的电磁钢板的板厚设定得尽可能小。

然而，若考虑定子铁心的加工性及制造成本，则构成定子铁心的电磁钢板的板厚被限制下限，因此仅仅依靠尽可能地减小构成定子铁心的电磁钢板的板厚的话，难以抑制上述的铁损分布的不平衡。

本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种与转子铁心的铁损相比抑制定子铁心的铁损，由此改善散热性，抑制永久磁铁的温度上升，从而能够抑制永久磁铁的去磁的永久磁铁同步电动机。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，实现上述目的，本发明的永久磁铁同步电动机具备：环状的定子铁心；在所述定子铁心的内侧与所述定子铁心同轴配置、并具有沿周向排列的多个磁铁孔的环状的转子铁心；以及在所述多个磁铁孔内分别配置的多个永久磁铁，所述定子铁心具有由含有铁及硅的第一软磁性材料形成、沿该定子铁心的轴向层叠且分别具有第一厚度的多个板材，所述转子铁心具有由含有铁及硅的第二软磁性材料形成、沿该转子铁心的轴向层叠且分别具有第二厚度的多个板材，所述第一厚度小于所述第二厚度，所述第一软磁性材料的硅含有率大于所述第二软磁性材料的硅含有率。

发明效果

根据本发明，与转子铁心的铁损相比抑制定子铁心的铁损，由此起到如下效果：改善散热性，抑制永久磁铁的温度上升，从而能够抑制永久磁铁的去磁。

附图说明

图1是表示实施方式1的永久磁铁同步电动机的结构的剖视图。

图2是实施方式1的定子铁心及转子铁心的局部放大剖视图。

图3是表示实施方式1中定子铁心的铁损与转子铁心的铁损的关系的图。

图4是表示将实施方式1的定子铁心展开成带状的状态的图。

图5是表示实施方式2的压缩机的结构的纵剖视图。

图6是表示实施方式3的空气调节机的结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图详细说明本发明的实施方式的永久磁铁同步电动机、压缩机及空气调节机。需要说明的是，没有通过该实施方式来限定本发明。

实施方式1.

图1是表示本实施方式的永久磁铁同步电动机的结构的剖视图。需要说明的是，图1是沿着与永久磁铁同步电动机的旋转轴正交的面的剖视图。

电动机1是本实施方式的永久磁铁同步电动机。电动机1具备环状的定子2和在定子2的内侧配置的转子3。定子2具备环状的定子铁心4和卷绕于定子铁心4的线圈5。转子3具备环状的转子铁心10和埋设于转子铁心10的内部的多个永久磁铁11。转子铁心10与定子铁心4同轴配置。

定子铁心4具备环状的轭6和从轭6突出的多个齿7。在此，齿7向轭6的径向的内方突出。而且，多个齿7沿轭6的周向等间隔地排列。在相邻的齿7之间形成有插槽8。在图示例中，齿7的个数为9个，插槽8的个数也为9个。定子铁心4的轴是定子2的轴，与电动机1的旋转轴一致。

线圈5卷绕于齿7。线圈5例如以集中绕组方式卷绕。线圈5通常由铜线或铝线构成。需要说明的是，在图1中，省略线圈5的剖面的图示，示意性地描绘线圈5。

在定子铁心4的内侧，隔着空隙9配置有转子铁心10。空隙9通常为0.1mm至2mm。转子铁心10的轴是转子3的轴，与电动机1的旋转轴一致。

转子铁心10在中央部具有轴孔12。而且，转子铁心10具有供多个永久磁铁11分别插入的多个磁铁孔13。多个磁铁孔13沿周向等间隔地排列，并配置在与正多边形的边对应的部位，该正多边形的边数与磁铁孔13的个数相同。在此，周向是转子铁心10的周向。在图示例中，磁铁孔13的个数为6个。

磁铁孔13在内部配置有永久磁铁11的状态下，在周向的两侧具有空间部14。空间部14通过空气层来抑制在永久磁铁11之间产生的漏磁通。需要说明的是，空间部14可以由非磁性材料填埋。

另外，转子铁心10具有在磁铁孔13的外侧配置的多个狭缝15。多个狭缝15沿径向细长地延伸。在此，径向是转子铁心10的径向。而且，多个狭缝15沿周向相互分离配置。狭缝15限制来自永久磁铁11的磁通的流动，抑制转矩脉动。在图示例中，相对于各磁铁孔13而设置7个狭缝15。

永久磁铁11例如为厚度恒定的平板状。永久磁铁11配置在磁铁孔13内，通过粘结或压入而固定于转子铁心10。多个永久磁铁11配置成外周侧的磁极的极性沿周向交替。

永久磁铁11是稀土类磁铁或铁氧体磁铁。在此，稀土类磁铁是含有铁、钕、硼及4重量％以下的镝的磁铁。这种情况下，也可以不含有镝。即，稀土类磁铁可以是含有铁、钕及硼的磁铁。

接下来，说明定子铁心4及转子铁心10的各自的铁心部的结构。图2是定子铁心4及转子铁心10的局部放大剖视图。需要说明的是，图2是沿着包含电动机1的旋转轴的面的剖视图。

首先，说明定子铁心4的结构。定子铁心4通过将多个板材4a沿定子铁心4的轴向层叠而构成。多个板材4a例如通过铆接或粘结而成为一体。板材4a由第一软磁性材料形成，具有作为第一厚度的板厚d1。在此，第一软磁性材料是含有铁及硅的软磁性材料。具体而言，第一软磁性材料的硅含有率以重量含有率计可以设为4重量％以上且6.5重量％以下。而且，板厚d1可以设为0.02mm以上且小于0.25mm。

更具体而言，作为板材4a，例如可列举以下的(a)至(c)。

(a)含有铁、硅及硼作为主成分，硅含有量为4重量％以上且5重量％以下，板厚d1为0.02mm以上且0.03mm以下的非晶体材料。

(b)含有铁、硅及硼作为主成分，含有铜及铌作为微量成分，硅含有量为4重量％以上且5重量％以下，板厚d1为0.02mm以上且0.03mm以下的纳米晶体材料。

(c)含有铁及硅作为主成分，硅含有量为4重量％以上且6.5重量％以下，板厚d1为0.1mm以上且小于0.25mm的无方向性电磁钢板或方向性电磁钢板。

需要说明的是，(b)的纳米晶体材料通过施加热处理而被纳米晶体化。热处理在从400℃至600℃的氮或氩气氛中实施0.5小时至3小时。通过该热处理，形成粒径为例如10nm的均匀微细的纳米晶体粒。在板材4a使用纳米晶体材料的情况下，对板材4a进行加工，将板材4a层叠多个而形成定子铁心4，之后对定子铁心4实施热处理。由于纳米晶体材料在加热时变脆，因此通过在加工后对板材4a实施热处理而使定子铁心4的生产性提高。

接下来，说明转子铁心10的结构。转子铁心10通过将多个板材10a沿转子铁心10的轴向层叠而构成。多个板材10a通过例如铆接或粘结而成为一体。板材10a由第二软磁性材料形成，具有作为第二厚度的板厚d2。在此，第二软磁性材料是含有铁及硅的软磁性材料。

第二软磁性材料的硅含有率小于第一软磁性材料的硅含有率。而且，板厚d2大于板厚d1。具体而言，第二软磁性材料的硅含有率可以设为3重量％以上且3.5重量％以下。而且，板厚d2可以设为0.25mm以上且1mm以下。板材10a可以由无方向性电磁钢板或方向性电磁钢板形成。

这样，在本实施方式中，构成定子铁心4的板材4a的板厚d1小于构成转子铁心10的板材10a的板厚d2，作为板材4a的材料的第一软磁性材料的硅含有率大于作为板材10a的材料的第二软磁性材料的硅含有率。

通常，越减小板材的板厚，则越能抑制作为铁损的原因的涡流损耗。而且，板材使用的软磁性材料的硅含有率越大，则越能抑制涡流损耗。

因此，根据本实施方式，通过使板材4a的板厚d1小于板材10a的板厚d2而进一步抑制铁损比率比转子铁心10大的定子铁心4的铁损，并且通过使板材4a的第一软磁性材料的硅含有率大于板材10a的第二软磁性材料的硅含有率而更进一步抑制定子铁心4的铁损。

由此，抑制定子铁心4的铁损大于转子铁心10的铁损这样的铁损分布的不平衡，抑制电动机1的发热，并改善电动机1的散热性。当电动机1的散热性被改善时，能抑制转子铁心10的温度上升，因此抑制永久磁铁11的温度上升，并抑制永久磁铁11的去磁。而且，当抑制永久磁铁11的温度上升时，能够有效利用永久磁铁11的磁通，因此电动机1的效率提高。而且，当电动机1的散热性被改善时，电动机1能够小型化。

在本实施方式中，板材4a的板厚d1为0.02mm以上且小于0.25mm，板材10a的板厚d2为0.25mm以上且1mm以下，由此能抑制上述的铁损分布的不平衡。此外，通过使板材4a的第一软磁性材料的硅含有率为4重量％以上且6.5重量％以下，使板材10a的第二软磁性材料的硅含有率为3重量％以上且3.5重量％以下，由此能进一步抑制上述的铁损分布的不平衡。

图3是表示定子铁心4的铁损与转子铁心10的铁损的关系的图。横轴为硅含有量[重量％]，纵轴为铁损[W]。L1表示定子铁心4处的铁损，L2表示转子铁心10处的铁损。图3示出板材4a的板厚d1为0.02mm以上且小于0.25mm、板材10a的板厚d2为0.25mm以上且1mm以下时的铁损的一般的特性。

如图3所示可知，通过使定子铁心4的板材4a的第一软磁性材料的硅含有率为4重量％以上，使转子铁心10的板材10a的第二软磁性材料的硅含有率为3.5重量％以下，上述的铁损分布的不平衡的抑制效果显著。

在本实施方式中，永久磁铁11是含有铁、钕及硼的稀土类磁铁、或者是含有铁、钕、硼及4重量％以下的镝的稀土类磁铁。通常，为了提高永久磁铁11相对于来自定子2的退磁的去磁耐力而使用镝。在此，从抑制去磁的目的出发，4重量％以下的镝是低的比率。

如上所述，在本实施方式中，能抑制定子铁心4的铁损，其结果是，能抑制永久磁铁11的温度上升。因此，即使在镝的含有率为4重量％以下时，也能够抑制永久磁铁11的去磁。而且，永久磁铁11的温度越低则剩余磁通密度越高，因此能够减少永久磁铁11的使用量，实现电动机1的小型化并得到高效率的电动机1。

需要说明的是，永久磁铁11可以为上述以外的稀土类磁铁或铁氧体磁铁。

另外，定子铁心4可以为所谓分割铁心结构。即，定子铁心4可以通过将多个铁心片形成为环状而构成。

图4是表示将定子铁心展开成带状的状态的图。在图4中，对于与图1所示的结构元件相同的结构元件标注同一附图标记。在图4中，9个铁心片20经由连结部21而连结成带状。在此，铁心片20具备轭片6a和从轭片6a突出的1个齿7。在铁心片20的齿7上卷绕有线圈5。定子铁心4通过将这样串列地连结的铁心片20形成为环状并将端部22、23连结而构成。需要说明的是，铁心片20通过将相同形状的板材4a层叠而构成。

在定子铁心4不为分割铁心结构的情况下，将母材冲裁成环状来制造板材4a，材料成品率降低。然而，在定子铁心4为分割铁心结构的情况下，由于将母材冲裁成与铁心片20相同形状，因此能够减少母材的浪费，提高材料成品率。

需要说明的是，在板材4a的板厚d1与板材10a的板厚d2相等的情况下，通过利用同一制造工序从共用的母材冲裁板材4a、10a，能够提高材料成品率。然而，在本实施方式中，板材4a的板厚d1与板材10a的板厚d2不同，因此定子铁心4的制造工序与转子铁心10的制造工序为不同的工序。因此，为了提高材料成品率而使定子铁心4为分割铁心结构是有效的。

在本实施方式中，电动机1是永久磁铁11的个数为6个、插槽8的个数为9个时的电动机，即6极9插槽的电动机，但也可以是除此以外的结构。

另外，在本实施方式中，设为在转子铁心10设置空间部14及狭缝15的结构，但也可以是不设置空间部14及狭缝15的结构。

实施方式2.

图5是表示本实施方式的压缩机50的结构的纵剖视图。需要说明的是，在图5中，对于与图1所示的结构元件相同的结构元件标注同一附图标记。

压缩机50具备配置在密闭容器51内的压缩机构部53、在密闭容器51内配置于压缩机构部53的上方的电动机1、以及配置在密闭容器51外的储蓄器54。在此，压缩机构部53是对经由设于密闭容器51的吸入口52导入的气体冷却介质进行压缩的压缩元件。电动机1是对压缩机构部53进行驱动的驱动元件。储蓄器54经由设于密闭容器51的吸入口52向压缩机构部53供给气体冷却介质。压缩机50是未图示的制冷循环的结构元件。

电动机1是实施方式1中说明的永久磁铁同步电动机。定子2通过焊接、热装、冷装或压入而固定于密闭容器51的内周面。在转子3的上下端分别安装有平衡构件55。平衡构件55抑制电动机1的转矩脉动。在转子3贯通有轴56。轴56具有配置在压缩机构部53内的偏心部57。偏心部57相对于轴56的其他部分而轴心偏斜。电动机1与压缩机构部53通过轴56而相互连结。

压缩机构部53具有：在内部形成有压缩室63的圆筒状的缸体58；对轴56的比偏心部57靠上的部分进行支承并将缸体58的上端闭塞的轴承60；对轴56的比偏心部57靠下的部分进行支承并将缸体58的基端闭塞的轴承61；以及与配置在缸体58内的偏心部57滑动自如地嵌合的环状的活塞62。缸体58通过焊接、热装、冷装或压入而固定于密闭容器51的内周面。

在这样构成的压缩机50中，当对电动机1通电而驱动轴56旋转时，活塞62与轴56连动地沿着缸体58的内周面进行偏心旋转。由此，经由吸入口52导入到缸体58内的气体冷却介质在压缩室63内被压缩。压缩后的气体冷却介质通过轴承60的未图示的孔向密闭容器51内的空间排出之后，经由设于密闭容器51的排出口65向密闭容器51外的制冷循环的其他的元件排出。

根据本实施方式，压缩机50具备实施方式1的电动机1，因此能够得到散热性良好、小型且高效率的压缩机50。

实施方式3.

图6是表示本实施方式的空气调节机200的结构的图。空气调节机200具备室内机210和与室内机210连接的室外机220。室外机220具备实施方式2的压缩机50。

根据本实施方式，空气调节机200具备实施方式2的压缩机50，因此能够得到散热性良好、小型且高效率的空气调节机200。

需要说明的是，实施方式1的电动机1也可以用于空气调节机200的风扇。此外，实施方式1的电动机1也可以用于空气调节机200以外的电气设备。这种情况下，也能够得到与本实施方式同样的效果。

以上实施方式所示的结构示出本发明的内容的一例，也可以与其他的公知技术组合，在不脱离本发明的主旨的范围内，也可以省略、变更结构的一部分。

附图标记说明

1电动机，2定子，3转子，4定子铁心，4a、10a板材，5线圈，6轭，6a轭片，7齿，8插槽，9空隙，10转子铁心，11永久磁铁，12轴孔，13磁铁孔，14空间部，15狭缝，20铁心片，21连结部，22、23端部，50压缩机，51密闭容器，52吸入口，53压缩机构部，54储蓄器，55平衡构件，56轴，57偏心部，58缸体，60、61轴承，62活塞，63压缩室，65排出口，200空气调节机，210室内机，220室外机。