專利名稱：電機和壓縮機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用在例如空調或冷藏庫的壓縮機中的電機以及使用該電機的壓縮機。
背景技術：
在相關技術中，如圖9所示，在壓縮機等中使用的電機101包括轉子110和定子120，定子120沿著徑向方向設置在轉子110的外側、與轉子110具有空隙并且包括具有用一根或多根繞組線(圖未示)纏繞的兩個或多個槽122的定子芯121。轉子110包括轉子芯111以及沿著轉子芯111的周向方向排列的兩個或多個槽112，并且在每個槽112內設置有一個磁體113 (例如，JP2003-32921A)。由于不容易制造平坦的并具有大尺寸的磁體，因此還提供了一種電機，其中磁體在轉子的周向方向上被分為兩片，這兩片被粘接并插入每個槽內。
發明內容
在相關技術的電機中，具有高的矯頑力的磁體已被使用，以確保磁體的耐熱性。作為具有高矯頑力的磁體，例如，可以使用稀土磁體，特別是，釹基磁體。由于稀土磁體由貴重的重稀土元素制成(如鏑或鋱)并且磁體是高成本的，所以一個目的是提供一種低成本的電機。由于近年來空調等的需求顯著增大，所以在空調的壓縮機的電機中所使用的稀土磁體的需求也不可避免地增大。人們關心重稀土元素的耗盡，結果，迫切需要減少重稀土元素的使用量。另外，在上述的磁體 被分成兩片并插入到每個槽內的電機中，二分割的磁體的形狀需要改變以降低成本。當通過改變磁體的形狀使磁體在轉子的周向方向、軸向方向和徑向方向上的尺寸減小時，轉子的形狀的額外變化在電機的效率方面更有效。然而，在這種情況下，轉子的模具必須重新制造，這是非常昂貴的。另一方面，僅通過減小磁體的尺寸而不改變轉子的形狀，磁體不能固定在槽內，這可能是有問題的。因此，本發明的目的是提供一種電機，其提高了磁體的耐熱性和電機的效率，并且抑制了磁體的使用量。本發明人進行了深入的研究，結果，已經發現將在轉子芯的兩個或多個槽的每個槽中的磁體在垂直于轉子的旋轉軸的表面上在垂直于轉子的徑向方向的方向(下文中稱為“周向方向”)上分成兩片，2分割的磁體被設置成彼此分開，間距是槽的周向長度的10°/Γ50%，從而與在槽中設置寬度為槽的周向長度的50%的兩個磁體的情況相比，提高了磁體的磁導系數，并且提高了磁體的耐熱性和電機效率。因此，通過選擇磁體的形狀和布置，可以提供一種高效率電機。通過改變磁體的形狀而不顯著改變現有電機的形狀，可以改善磁體的耐熱性，磁體可以做得更小，結果，可以減少磁體的使用量。基于上述觀點，完成了本發明。具體而言，本發明提供了一種電機，包括:轉子，所述轉子包括轉子芯、在所述轉子芯中在所述轉子的周向方向上排列的兩個或多個槽、在所述轉子的徑向方向上具有厚度的板狀的兩個磁體以及用于分割所述兩個磁體的間隔件，所述兩個磁體在所述兩個或多個槽的每個槽中在所述周向方向上被分割并排列；和定子，所述定子沿著所述徑向方向設置在所述轉子的外側且與所述轉子具有空隙，包括具有用一根或多根繞組線纏繞的兩個或多個槽的定子芯；其中所述兩個磁體在其徑向外側具有相同的S或N磁極并且在其徑向內側具有相同的N或S磁極，它們由所述間隔件彼此分開，間距為具有所述兩個磁體的槽的周向長度的109Γ50%。本發明還提供了一種使用所述電機的壓縮機。根據本發明的電機，由于在周向方向上被分割并設置成以間距為槽的周向長度的109Γ50%而彼此分開的兩個磁體設置在轉子的每個槽中，因此磁體的耐熱性和電機效率可以改善。根據本發明的電機，由于磁體的重量或磁體的使用量可以減小，因此與相關技術中的電機相比，可以較低的成本來制造電機。
圖1示出了在本發明實施例中的內埋式永磁體(IPM)電機，其中兩個磁體之間設置有間隙；圖2示出了在本發明實施例中的磁體布置；圖3示出了具有用于保持兩個磁體之間的間隙的突起的槽；圖4示出了具有在兩個磁體之間的間隙中的非磁性材料的槽；圖5示出了實施例中使用的IPM電機；圖6示出了在兩個磁體之間設置有間隙的磁體布置；圖7示出了在槽的兩端部設置有間隙的磁體布置；圖8示出了磁體重量和感應電壓的增減比；和圖9示出了在相關技術中的IPM電機的例子。
具體實施例方式在本發明中，磁體在周向方向上被分割并排列在槽中，彼此分開，從而縮短了每個磁體的周向長度。結果，由于磁體的橢圓率減小，因此磁體的磁導系數增大且磁體的耐熱性提聞。磁體的磁導系數為退磁系數的倒數。該系數代表磁體的磁矩的熱穩定性或對外部磁場的穩定性，并且與磁體的耐熱性顯著相關。可以從磁體的形狀計算出磁導系數，特別是，磁體的磁化方向的厚度與磁體的其他尺寸之間的比例。隨著垂直于磁體的磁化方向的截面增大，即，隨著磁體的表觀橢圓率增加，磁導系數減小。另一方面，隨著磁體的橢圓率減小，磁導系數增加。磁體的耐熱性表示熱退磁不太可能發生，并且影響電機的耐熱性。
因此，由于通過增加磁導系數改善了磁體的耐熱性，所以磁體的重量可以減小，結果，可以減少磁體的重稀土元素的使用量。
當兩個磁體在轉子的槽中在周向方向上彼此分開時，并且當間隔距離(即，兩個磁體之間的間隙的寬度)為槽的周向長度的10%或更大時，寬度為槽的周向長度的10%或更大的間隙被設置在槽的周向中央。在這種情況下，如后面描述的，電機的無負載感應電壓的下降與磁體的減小比率相比而言相對較小。此外，與其中將未分割的單個磁體插到轉子的槽中的情況或者即使磁體被分成兩片但其中兩個磁體之間的間隙的寬度小于槽的周向長度的10%的情況相比，對輸入電流的轉矩特性，即，電機效率得以改善。據認為，原因在于，在單個磁體或者其中間隙的寬度小于10%的2分割的磁體的情況下，在槽的周向中央存在對電機的性能沒有貢獻的磁體區域。因此，通過在槽的周向中央在磁體之間設置間隙，可以減小磁體的重量，同時可以抑制對由磁體所產生的磁場的影響。作為本發明的電機，優選地，使用內埋式永磁體(IPM)電機。該電機包括轉子和定子，該定子沿著徑向方向設置在轉子的外側且與轉子具有空隙。該定子包括具有兩個或多個槽的定子芯。通過在兩個或多個槽上纏繞繞組線形成兩個或多個線圈。該轉子可在其周向方向上轉動。圖1示出了在本發明的實施例中作為IPM電機的電機I的結構圖。在圖1中，電機I包括轉子10和定子20，定子20沿著徑向方向設置在轉子10的外側且與轉子10具有空隙。定子20包括具有兩個或多個槽22的定子芯21，繞組線(未示出)纏繞在兩個或多個槽22上。在每個圖中相同的附圖標記用于指具有相同功能的元件。轉子包括轉子芯和在轉子芯中在轉子的周向方向上排列的兩個或多個槽。每個槽具有在轉子的旋轉軸延伸的方向(旋轉軸方向)上的深度。槽的開口部可以呈大致四角形形狀并且開口部的兩個相對側邊可以垂直于轉子的徑向方向。優選地，槽的開口部呈矩形形狀、開口部的兩個相對側邊垂直于轉子的徑向方向并且槽形成為具有平行于轉子的旋轉軸方向的深度的長方體形狀(包括立方體，在下文中，同樣適用)。在圖1中，轉子10包括轉子芯11和在轉子芯11中在轉子10的周向方向上排列的兩個或多個槽12。在兩個或多個槽的每個槽中，在轉子的徑向方向上具有厚度的形成為板狀的兩個磁體(圖1中的兩個磁體13a和13b)在轉子的周向方向上被分割并排列。在這種情況下，在一個槽中的兩個磁體被放置成在其徑向外側具有相同的S或N極性并且在其徑向內側具有相同的N或S極性。例如，如圖2所示，在各槽中彼此挨著的磁體被放置成具有相反的極性。在本實施例中所使用的磁體優選是稀土磁體，更優選是釹基磁體，再更優選是Nd-Fe-B磁體。優選地，每個磁體形成為長方體形狀，并且每個磁體的形狀和尺寸使得當兩個磁體被放置在槽中時在槽中基本上不存在間隙，除了兩個磁體之間的間隙。磁體的旋轉軸方向的高度優選與槽的深度相同。兩個磁體優選具有相同的形狀。原因在于，兩個磁體具有相同的形狀使得在轉子中使用的兩個磁體的尺寸變得相同，這樣僅需要一種磁體形狀，并且進一步地，可能有利的是，從磁體產生的磁通是穩定的。在每個槽中放置的兩個磁體通過間隔件彼此分開，并且在兩個磁體之間設置間隙(圖1中的間隙14)。兩個磁體被設置成通過使用間隔件分別接觸槽在周向方向上的兩端部的內壁。間隔件沒有特別限制，只要間隔件可以提供在每個槽中的兩個磁體之間的間隙，例如，可以使用突起(圖3中的突起15)或非磁性材料(圖4中的材料16)。突起可以形成在槽的內壁上在槽的周向中央，例如，如圖3所示。非磁性材料可以由非磁性固體形成。非磁性材料可以占據兩個磁體之間的全部間隙，并且，非磁性材料可以僅占據兩個磁體之間的間隙的一部分，只要磁體被分開，象使用突起的情況下那樣。由于一般的電機被反復地加熱和散熱，因此優選使用難以受到加熱和散熱影響的突起或非磁性材料。如果粘接劑用作間隔件，則粘接劑因為加熱和散熱而劣化，使得磁體可能會被不適當地固定。兩個磁體之間的間隙優選在周向方向上設置在槽的中央。原因在于，槽的周向中央是磁體在槽中的磁導系數最低的區域，并且進一步地，是對由在轉子中的磁體所產生的磁場貢獻小的區域。槽中的兩個磁體之間的間隙的寬度(圖1中的“ c ”)設置為槽在周向方向上的長度(圖1中的槽寬度“L”)的10°/Γ50%。當間隙寬度小于槽的周向長度的10%時，磁體的熱退磁率不能有效地降低，難以實現磁體重量的減小效果。有利的是，通過設置間隙寬度為等于或大于槽的周向長度的10%的值，磁體的熱退磁率降低，電機的無負載感應電壓的下降與磁體的減小比率相比而言相對較小，結果，可以有利地減小磁體的重量，并且可以形成突起或者插入非磁性材料以更確實地保持在磁體之間的間隙。當間隙寬度大于槽的周向長度的50%時，磁體重量的減小量增加，但是電機的無負載感應電壓的下降量也增加。實施例下面，參照實施例說明本發明，但本發明并不局限于此。實施例1制作圖5所示的IPM電機的真實機器。轉子芯的直徑設定為49mm，定子芯的外徑設定為109mm。關于轉子的兩個或兩個槽中的每個槽,周向長度設定為25mm,徑向方向的厚度設定為2mm,旋轉軸方向的深度設定為55mm。放置在轉子的每個槽中的兩個磁體具有相同的形狀，并且在每個磁體中，周向長度設定為10.5mm,徑向方向 的厚度設定為2mm,旋轉軸方向的高度設定為55mm。兩個磁體被放置成在轉子的槽的周向中央提供兩個磁體之間的間隙。兩個磁體之間的周向方向上的間隙寬度“c”設定為4mm(參見圖6)。招材料(周向長度為4mm,徑向方向的厚度為2mm,旋轉軸方向的高度為55mm)被插到兩個磁體之間的間隙中，作為間隔件固定磁體。IPM電機的規格示于表I中。[表 I]
極數4極，6個槽
磁體的材料NeFeB燒結磁體
定子芯和轉子芯的材料~50A350額定電流2Γ5Α
繞組線每相200圈
ml3相串接
實施例2磁體的周向長度和間隙寬度“c”從實施例1改變，制作與實施例1相似的IPM電機。放置在轉子的每個槽中的兩個磁體具有相同的形狀。在每個磁體中，周向長度設定為9.5mm,徑向方向的厚度設定為2mm,旋轉軸方向的高度設定為55_。兩個磁體被放置在槽中，以在轉子的槽的周向中央提供兩個磁體之間的間隙。兩個磁體之間的周向方向上的間隙寬度“c”設定為6mm。招材料(周向長度為6mm,徑向方向的厚度為2mm,旋轉軸方向的高度為55mm)被插到兩個磁體之間的間隙中，作為間隔件固定磁體。比較例I磁體的周向長度和間隙寬度“c”從實施例1改變，制作與實施例1相似的IPM電機。放置在轉子的每個槽中的兩個磁體具有相同的形狀。在每個磁體中，周向長度設定為12.5mm,徑向方向的厚度設定為2mm,旋轉軸方向的高度設定為55mm。兩個磁體在周向方向上被放置在轉子的槽中，兩個磁體之間的間隙寬度設定為0mm。熱退磁試驗 對于實施例1、實施例2和比較例I的電機進行熱退磁試驗。在熱退磁試驗中，在加熱電機前通過使用功率計測定無負載感應電壓，轉子被固定在電流進角為90°的狀態下，此后，在烘箱中將電機加熱到110° C。在烘箱中，檢查電機被充分加熱并且電機的溫度穩定，之后，將相當于10倍額定電流的25A電流施加到U相。施加電流后，從烘箱中取出電機，并冷卻到室溫。然后，再次測定感應電壓，從加熱前的無負載感應電壓計算退磁率。表2中示出熱退磁試驗中兩個磁體之間的間隙與退磁率之間的關系。與在其中未設置兩個磁體之間的間隙的情況(比較例I)相比，隨著兩個磁體之間的間隙增大，退磁率減小(實施例1和實施例2)。針對根據實施例1、實施例2和比較例I的電機，計算電機效率，并且示于表2。與在其中未設置兩個磁體之間的間隙的情況(比較例I)相比，隨著兩個磁體之間的間隙增大，電機效率提高(實施例1和實施例2)。[表2]
權利要求
1.一種電機,包括: 轉子，所述轉子包括轉子芯、在所述轉子芯中在所述轉子的周向方向上排列的兩個或多個槽、在所述轉子的徑向方向上具有厚度的板狀的兩個磁體以及用于分割所述兩個磁體的間隔件，所述兩個磁體在所述兩個或多個槽的每個槽中在所述周向方向上被分割并排列；和 定子，所述定子沿著所述徑向方向設置在所述轉子的外側且與所述轉子具有空隙，包括具有用一根或多根繞組線纏繞的兩個或多個槽的定子芯； 其中所述兩個磁體在其徑向外側具有相同的S或N磁極并且在其徑向內側具有相同的N或S磁極，它們由所述間隔件彼此分開，間距為具有所述兩個磁體的槽的周向長度的109^50%。
2.根據權利要求1所述的電機，其中所述間隔件是在所述轉子芯中在所述兩個或多個槽的每個槽的內壁上的突起，或者是非磁性材料。
3.根據權利要求1所述的電機，其中所述兩個磁體具有相同的形狀。
4.一種壓縮機 ，包括根據權利要求廣3中任一項所述的電機。
全文摘要
本發明提供一種電機，其中提高了磁體的耐熱性和電機效率，并且抑制了磁體的使用量，還提供了使用所述電機的壓縮機。本發明的電機包括轉子，所述轉子包括轉子芯、在所述轉子芯中在所述轉子的周向方向上排列的兩個或多個槽、在所述轉子的徑向方向上具有厚度的板狀的兩個磁體以及用于分割所述兩個磁體的間隔件，所述兩個磁體在所述兩個或多個槽的每個槽中在所述周向方向上被分割并排列；和定子，所述定子沿著所述徑向方向設置在所述轉子的外側且與所述轉子具有空隙，包括具有用一根或多根繞組線纏繞的兩個或多個槽的定子芯；其中所述兩個磁體由所述間隔件彼此分開，間距為具有所述兩個磁體的槽的周向長度的10%~50%。
文檔編號H02K1/27GK103107618SQ201210442500
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月8日 優先權日2011年11月10日
發明者樋口大 申請人:信越化學工業株式會社