專利名稱：永磁式旋轉電機和利用該電機的壓縮機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁式旋轉電機，該永磁式旋轉電機的轉子裝備有若干磁場使用(field use)的永久磁鐵，而尤其是，本發明涉及一種安裝在一個如用于空調設備、冷藏庫和冷庫的壓縮機上的永磁式旋轉電機。
現有技術按常規，在這些種類永磁式旋轉磁鐵中，為了減少噪音，亦即，為了減少轉矩脈動，采取了各種各樣的對策。例如，JP(U)-A-3-106869(1991)公開了一種對策，其中將齒端部分的中心形成與轉子鐵芯同心，并將齒頂部分的兩端形成一條直線，以便離開轉子而去，因此減少了轉矩脈動。
在涉及常規技術的上述情況下，盡管通過使齒頂部分的兩端離開轉子而去減少了轉矩脈動，然而，為了減少噪音，必須大大減少轉矩脈動，因此，簡單地使齒頂部分的兩端離開轉子而去的對策是不夠的。
發明概述本發明的目的是提供一種永磁式旋轉電機，該永磁式旋轉電機在其旋轉期間具有有限的噪音。
為此，本發明提供了一種永磁式旋轉電機，該永磁式旋轉電機包括一個定子和一個轉子，在定子中，將各個集中式纏繞的電樞繞組加到許多個在定子鐵芯上形成的齒上，以便圍繞這些齒，而在轉子中，將各個永久磁鐵安放在許多個轉子鐵芯中形成的永久磁鐵插孔內，并且其中在定子鐵芯的齒內環面上形成具有一種以上不同間隙長度的間隙面，及將每個齒制成滿足3.7≤(b/a)≥4.9的關系，其中a是每個齒頂部分兩端部分徑向方向上的厚度，而b是每個齒的寬度。
另外，本發明提供了一種永磁式旋轉電機，該永磁式旋轉電機包括一個定子和一個轉子，在定子中，將各個集中式纏繞的電樞繞組加到許多個在定子鐵芯上形成的齒上，以便圍繞這些齒，而在轉子中，將各個永久磁鐵安放到在轉子鐵芯中所形成的許多永久磁鐵插孔內，并且其中將定子鐵芯的每個齒內環面形成為具有一個弓形部分和一個直線部分，及將每個齒制成滿足3.7≤(b/a)≥4.9的關系，其中a是每個齒頂部分的兩端部分徑向方向上的厚度，而b是每個齒的寬度。
另外，本發明提供了一種永磁式旋轉電機，該永磁式旋轉電機包括一個定子和一個轉子，在定子中，將各個集中式纏繞的電樞繞組加到許多個在定子鐵芯上所形成的齒上，以便圍繞這些齒，而在轉子中，將各個永久磁鐵安放到在轉子鐵芯中所形成的許多個永久磁鐵插孔內，并且其中將定子鐵芯的每個齒內環面形成為一個弓形部分和一個直線部分，及將每個齒制成滿足3.7≤(b/a)≥4.9的關系，其中a是每個齒頂部分兩端部分徑向上的厚度，而b是每個齒的寬度，及將由定子鐵芯齒內環面上弓形部分相對于轉子軸心所形成的角，選定小于由齒寬相對于轉子軸心所形成的角。
當以如上所述方式構成永磁式旋轉電機時，優化齒頂部分的形狀，因而，可以提供具有減少噪音的永磁式旋轉電機。
對附圖的簡要說明
圖1是示出本發明的一個實施例的永磁式旋轉電機橫斷面結構；圖2是涉及本發明實施例的模擬磁通流圖；圖3是表明涉及本發明實施例的齒頂形狀與噪音之間關系的表；和圖4是涉及本發明實施例的壓縮機橫斷面結構。
對推薦實施例的詳細說明下面，將參照圖1-圖4詳細說明本發明的實施例。在各個附圖中，相同的標號表示相同的物質。另外，在本實施例中，舉例說明的是一種四極-六槽永磁式旋轉電機，然而，本發明不限于這種特殊的機器。
圖1是示出本發明一個實施例的永磁式旋轉電機的橫斷面結構，圖2是涉及本發明實施例的模擬磁通流圖，而圖3是表明涉及本發明實施例的齒頂形狀與噪音之間關系的旋轉電機噪音測量結果。
在圖1中，永磁式旋轉電機由定子5和轉子1構成，而定子5的鐵芯由六個齒片8和一個齒背6形成。另外，在轉子1中的轉子鐵芯3具有若干用來埋置永久磁鐵的孔，永久磁鐵2埋置在這些孔中，而在定子5的對應槽7中，設置集中式纏繞的電樞繞組(未示出)，以便圍繞齒8。在本實施例中，齒8的每個內環面都由一弓形部分和一直線部分構成，并且當假定在每個齒8的中央部分8b處的間隙長度為g1，和在每個齒8的兩端部分8a處的間隙長度為g2時，規定g1＜g2的關系成立。另外，當假定轉子1的軸心為O，弓形部分AB相對于軸心O的角度為α，而齒寬CD相對于軸心O的角度為β時，規定α＜β的關系成立。
現在，作為與永磁式旋轉電機有關的問題其中之一，列舉了旋轉期間的噪音，產生噪音的原因是由于轉矩脈動。轉矩脈動是由于有關的機器中較高的諧波磁通產生的，并且如果使在有關機器中的磁通分布，亦即在氣隙中的磁通分布變平滑，則轉矩脈動可以減少。
當觀察磁通流時，如圖2所示，從轉子1側面進入定子5的磁通φ，按順序從齒頂的兩端部分8a和中央部分8b，每個齒8和鐵芯背6的接合處通過。正如從上述圖2將看到的，基本上沒有磁通從槽開口部分9進入，并且磁通量集中在每個齒頂的兩端部分8a和中央部分8b處，并穿過它們進入，因此，為了使氣隙中的磁通分布變平滑，在一定程度上必須限制(減少)從每個齒頂的兩端部分8a進入的磁通。對這種場合，為了減少轉矩脈動，每個齒頂的兩端部分8a一般是離開轉子1而去，以便達到g1＜g2的關系，因而，減少了從每個齒頂的兩端8a進入的磁通。然而，只用氣隙長度(g1，g2)的調節作用受到限制，并且在旋轉期間的噪音不能充分地減少。
在這些情況下，發明人發現，如果使間隙磁通分布變平滑，而同時適當地使每個齒頂的兩端8a充滿磁通，并抑制磁通從每個齒頂兩端8a進入，則可以得到令人滿意的結果。亦即，發明人得出結論，如果優化每個齒頂兩端8a接合的徑向方向上厚度和每個齒8的寬度b之間的比例，則間隙磁通分布變平滑，并且轉矩脈動可以極度地減少。
鑒于上述情況，發明人利用具有不同b/a比例的永磁式旋轉電機進行了實驗。噪音測量結果在圖3中示出。在其旋轉期間顯示低噪音的永磁式旋轉電機用圓圈標記表示，而顯示大噪音的永磁式旋轉電機用交叉的標記表示。當選定的b/a比例是在3.7≤(b/a)≤4.9范圍內時，觀察到在永磁式電機旋轉期間的噪音減少。
從上面的實驗結果可知，當b/a比例超過4.9時噪音變大的原因是，由于a相對于b小，所以在每個齒頂兩端部分8a處的磁飽和提升極高，并且從每個齒頂兩端部分8a進入的磁通極大受到限制，因而，從轉子1的側面進入定子5的磁通集中在每個齒頂的中央部分8b處，這種情況擾動了平滑的磁通分布。
另一方面，當b/a比例低于3.7時噪音變大的原因是，由于a相對于b大，所以在每個齒頂兩端部分8a處的磁飽和低，因而，盡管觀察到由于g1和g2之間間隙長度的差異而造成進入磁通量的差異，但每個齒頂的兩端部分8a和中央部分8b之間進入磁通量的差異大，這種情況擾動了平滑的磁通分布。
亦即，當選定b/a比例是在3.7≤(b/a)≤4.9范圍內時，在各間隙中的磁通密度分布是平滑的，因而，轉矩脈動受到限制并因而減少了噪音。
另外，如各附圖中所示，當每個齒8的內環面由弓形部分和直線部分構成時，弓形部分AB相對于軸心O的角度α的范圍是一個重要因素。作為對其進行幾次實驗的結果，當角度α小于每個齒寬DC相對于軸心O的角度β，亦即，α＜β時，噪音進一步減少。
圖4是涉及本發明一個實施例的壓縮機橫斷面結構圖。壓縮機通過使一個螺旋形搭接件(1ap)12與另一個螺旋形搭接件(1ap)15接合形成，并通過產生旋轉運動用于使螺旋件13與曲軸4一起旋轉進行壓縮操作，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，而另一個螺旋形搭接件15直立在一旋轉螺旋件13的端板14上。在由固定螺旋件10和旋轉螺旋件13所形成的壓縮室16a、16b……中，位于徑向方向上最外邊處的一個室安放到與旋轉運動有關的兩個螺旋件10和13的中央，并該室的體積逐漸減少。當壓縮室16a和16b到達兩個螺旋件10和13的中央附近時，壓縮室16a和16b二者內部的壓縮氣體從排氣口17排出，該排氣口17與壓縮室16a和16b連通。排出的壓縮氣體通過一個設置在固定螺旋件10中的氣體通道(未示出)和構架18，到達構架18下方的壓縮容器19，并通過排氣管道20排放到壓縮機外部，排氣管20設置在壓縮機容器19的側壁處。另外，在本壓縮機中，將一驅動用電動機21密封在壓縮容器19中，并在一個受分開設置的逆變流器(invertor)(未示出)控制的旋轉速度下旋轉，以便進行壓縮操作。在本壓縮機中，驅動用電動機21是由定子5和轉子1構成的永磁式旋轉電機。
另外，標號22是定子5的電樞繞組，標號23是油槽，標號24是油孔和標號25是滑動軸承。
壓縮機用作比如空調設備、冷藏庫和冷庫的驅動源并且全年工作，因此，壓縮機是由于全球變暖問題而需要節能的最重要產品。當用永磁式旋轉電機作驅動源時，由于它的高效率，可以達到節能的目的，然而，如果沒有充分減少永磁式旋轉電機的噪音，那么就不能應用永磁式旋轉電機。然而，當用按照本發明所述的永磁式旋轉電機作驅動源時，由于解決了減少了永磁式旋轉電機噪音的環境問題，因此，可以提供一種達到高效和節能的壓縮機。
當壓縮機采用按照本發明所述的永磁式旋轉電機作為它的驅動源，應用于空調設備時，可以提供一種清除了頂部操作規程(top runnerregulation)的空調設備。
當壓縮機采用按照本發明所述的永磁式旋轉電機作為它的驅動源，應用于電冷藏庫時，可以提供一種清除了頂部操作規程的電冷藏庫。
當壓縮機采用按照本發明所述的永磁式旋轉電機作為它的驅動源，應用于冷庫時，可以提供一種達到節能目的的冷庫。
正如迄今已說明的，按照本發明，因為永磁式旋轉電機在其旋轉期間的噪音可以減少，所以可以提供一種具有減少噪音的永磁式旋轉電機，和一種采用該具有減少噪音的永磁式旋轉電機的壓縮機。
權利要求
1.一種永磁式旋轉電機，其包括一個定子和一個轉子，在定子中，將各個集中式纏繞的電樞繞組加到許多個在定子鐵芯上形成的齒上，以便圍繞這些齒，而在轉子中，將各個永久磁鐵安放到許多個在轉子鐵芯中所形成的永久磁鐵插孔內，并且其中在定子鐵芯的齒內環面上形成具有一種以上不同間隙長度的間隙面，及將每個齒制成滿足3.7≤(b/a)≥4.9的關系，其中a是每個齒頂部分兩端部分徑向方向上的接合厚度，而b是每個齒的寬度。
2.一種永磁式旋轉電機，其包括一個定子和一個轉子，在定子中，將各個集中式纏繞的電樞繞組加到許多個在定子鐵芯上所形成的齒上，以便圍繞這些齒，而在轉子中，將各個永久磁鐵安放到許多個在轉子鐵芯中所形成的永久磁鐵插孔內，并且其中將定子鐵芯的每個齒內環面形成為具有一個弓形部分和一個直線部分及將每個齒制成滿足3.7≤(b/a)≥4.9的關系，其中a是每個齒頂部分兩端部分徑向方向上的接合厚度，而b是每個齒的寬度。
3.如權利要求2所述的永磁式旋轉電機，其中，由定子鐵芯的齒內環面上弓形部分相對于轉子軸心所形成的角度，選定小于由齒寬相對于轉子軸心所形成的角度。
4.一種壓縮機，其包括如權利要求1-3其中之一所述的永磁式旋轉電機，該永磁式旋轉電機作為壓縮機的驅動源。
5.一種空調設備，其包括如權利要求4所述的壓縮機。
6.一種冷藏庫，其包括如權利要求4所述的壓縮機。
7.一種冷庫，其包括如權利要求4所述的壓縮機。
全文摘要
在一種永磁式旋轉電機中,該永磁式旋轉電機包括一個定子5和一個轉子1,在定子5中,將各個集中式纏繞的電樞繞組加到許多個在定子鐵芯上形成的齒8上,以便圍繞這些齒,而在轉子1中,將各個永久磁鐵2安放到許多個在轉子鐵芯3中所形成的永久磁鐵插孔內,其中定子鐵芯的每個齒內環面形成為具有一個弓形部分和一個直線部分,并且將每個齒都制成滿足3.7≤(b/a)≥4.9的關系,其中a是每個齒頂部分兩端部分8a徑向方向上的厚度,而b是每個齒的寬度,因而,可以提供一種具有減少噪音的永磁式旋轉電機和一種采用該具有減少噪音的永磁式旋轉電機的壓縮機。
文檔編號H02K1/14GK1384588SQ0211838
公開日2002年12月11日 申請日期2002年4月26日 優先權日2001年4月27日
發明者涌井真一, 小原木春雄, 高畑良一, 菊地聰, 高橋身佳, 平山宏, 瀨下孝司, 川南茂也, 妹尾正治, 野間啟二 申請人:株式會社日立制作所