永久磁鐵埋入型電動機、壓縮機以及制冷空調裝置的制作方法

本發明涉及永久磁鐵埋入型電動機、壓縮機以及制冷空調裝置。

背景技術：

近年來，隨著節能意識的提高，要求高效的電動機，提出了眾多通過作為轉子而使用殘留磁通密度以及頑磁力高的稀土類磁鐵來實現高效化的永久磁鐵埋入型電動機。進而，通過做成在轉子內部埋入有磁鐵的構造，不僅能夠利用磁力轉矩，而且還能夠利用磁阻轉矩，所以能夠構成高效的電動機。為了提高磁阻轉矩，由于與d軸和q軸的電感之差成比例，所以一般期望做成容易使q軸磁通通過而不易使d軸磁通通過的構造。

另一方面，為了提高磁力轉矩，期望做成能夠有效利用磁鐵的磁通的構造，需要降低漏磁通。作為永久磁鐵埋入型電動機的漏磁通降低的一個手段，減小處于磁鐵插入孔的端部與轉子表面之間的薄壁部的厚度并且降低通過薄壁部的磁通是有效的。

例如，在專利文獻1中，公開了通過使轉子的磁鐵插入孔彼此的間隔大于定子的齒寬、并且使轉子外表面處的磁鐵插入孔的端部附近的凹部的寬度大于上述磁鐵插入孔彼此的間隔來獲取磁力轉矩和磁阻轉矩這兩者的結構。

專利文獻1：日本特開2005-124281號公報

技術實現要素：

然而，通過增大轉子外表面處的磁鐵插入孔的端部附近的凹部的寬度，有可能在處于磁鐵插入孔的端部與轉子表面之間的薄壁部的區域中凹部占據的比例增加，薄壁部的厚度變得過薄。另外，如果薄壁部的厚度變得過薄，則通過在轉子的旋轉中發揮作用的離心力而在薄壁部產生的應力增加，存在導致無法確保所規定的機械強度的問題的擔憂。

本發明是鑒于上述情形而完成的，其目的在于提供一種設置有薄壁部、并且運轉中的轉子機械強度優良的永久磁鐵埋入型電動機。

為了達成上述目的，本發明提供一種永久磁鐵埋入型電動機，具備：定子；以及轉子，與所述定子對置并且能旋轉地設置，所述轉子具有轉子芯，在所述轉子芯中形成有多個磁鐵插入孔，所述磁鐵插入孔各自的輪廓當在以所述轉子的旋轉中心線為垂線的面上觀察時，具有徑向內側線、徑向外側線、一對邊線、一對第1圓形部以及一對第2圓形部，薄壁部形成于所述轉子的外周面與各條所述邊線之間，各個所述第1圓形部設置于對應的所述徑向外側線的對應的端部與對應的所述邊線的對應的端部之間，各個所述第2圓形部設置于對應的所述徑向內側線的對應的端部與對應的所述邊線的對應的端部之間。

也可以構成為多個切口設置于所述轉子的外周面，對應的一對所述切口相對于對應的q軸而線對稱地設置。

也可以構成為所述磁鐵插入孔分別彎曲成弧狀，該弧狀的凸部側是所述轉子的中心側。

進而，用于達成同一目的的本發明的壓縮機在密閉容器內具備電動機和壓縮單元，該電動機是上述本發明的永久磁鐵埋入型電動機。

進而，用于達成同一同目的的本發明的制冷空調裝置包括上述本發明的壓縮機來作為制冷回路的構成單元。

根據本發明，能夠提供設置有薄壁部、并且運轉中的轉子機械強度優良的永久磁鐵埋入型電動機。

附圖說明

圖1是在與旋轉中心線正交的面上示出本發明的實施方式1的永久磁鐵埋入型電動機的圖。

圖2是關于實施方式1而示出轉子中的一個磁鐵插入孔周邊的圖。

圖3是實施方式2的與圖2相同的樣式的圖。

圖4是搭載有永久磁鐵埋入型電動機的旋轉式壓縮機的縱剖面圖。

(符號說明)

1：永久磁鐵埋入型電動機；3：定子；5：轉子；11：轉子芯；18：薄壁部；19：永久磁鐵；21：磁鐵插入孔；53：徑向內側線；55：徑向外側線；61：第1圓形部；63：第2圓形部；100：旋轉式壓縮機；101：密閉容器；103：壓縮單元。

具體實施方式

以下，根據附圖，說明本發明的實施方式。此外，在圖中，同一符號表示相同或者對應部分。

實施方式1.

圖1是在與旋轉中心線正交的面上示出本實施方式1的永久磁鐵埋入型電動機的圖。圖2是示出轉子中的一個磁鐵插入孔周邊的圖。

永久磁鐵埋入型電動機1具備定子3以及與定子3對置且能旋轉地設置的轉子5。定子3具有多個齒狀部7。多個齒狀部7分別隔著對應的槽部9而與其他齒狀部7相鄰。多個齒狀部7和多個槽部9被配置成在周向上交替并且等間隔地排列。

在多個齒狀部7處，分別以所謂分布卷繞方式卷繞有定子繞組3a。分布卷繞方式是遍布定子3的多個齒狀部7分布地卷繞繞組的卷繞方式。該分布卷繞方式相比于集中卷繞方式，具有適合于利用磁阻轉矩的特征。

轉子5具有轉子芯11和芯軸(shaft)13。芯軸13通過熱壓配合、壓入等而連結于轉子芯11的軸心部，對轉子芯11傳遞旋轉能量。在轉子5的外周面與定子3的內周面之間，確保空氣間隙15。

在這樣的結構中，轉子5在隔著空氣間隙15的定子3的內側，按以旋轉中心線CL(轉子的旋轉中心、芯軸的軸線)為中心旋轉自如的方式被保持。具體而言，通過對定子3通入與指令轉速同步的頻率的電流，產生旋轉磁場，使轉子5旋轉。

詳細說明定子3和轉子5的結構。定子3具有定子芯17。定子芯17是針對電磁鋼板按照預定的形狀進行穿孔、并將預定張數的電磁鋼板通過鉚接方式連接并且層疊而構成的。

在定子3的中心附近處，配置有以能夠旋轉的方式被保持的芯軸13。并且，對該芯軸13嵌合有轉子5。轉子5具有轉子芯11，另外，該轉子芯11也與定子芯17同樣地，是針對電磁鋼板按照預定的形狀進行穿孔、并將預定張數的電磁鋼板通過鉚接方式連接并且層疊而構成的。

在轉子外周面25與后述的邊線57之間，存在均勻的壁厚的薄壁部18。這些薄壁部18分別成為鄰接的磁極之間的漏磁通的路徑，所以優選盡可能薄。

在轉子芯11的內部，設置有以使N極和S極交替的方式磁化而成的多個永久磁鐵19。永久磁鐵19分別由燒結鐵氧體磁鐵構成，如在圖1中看到的那樣，被配置成按弧狀彎曲，該弧形形狀的凸部側朝向轉子5的中心側。更詳細而言，在轉子芯11中，形成有與多個永久磁鐵19對應的數量的磁鐵插入孔21，對多個磁鐵插入孔21分別插入有對應的永久磁鐵19。

永久磁鐵19由鐵氧體磁鐵構成。鐵氧體磁鐵以氧化鐵(Fe₂O₃)為主成分，所以比在一般的永久磁鐵埋入型電動機中使用的稀土類磁鐵更廉價，供應性穩定。另外，關于鐵氧體磁鐵，由于容易形成圓弧形狀的磁鐵，所以能夠構成還能夠插入到本實施方式那樣的反圓弧樣式的磁鐵插入孔的磁鐵。

多個永久磁鐵19以及多個磁鐵插入孔21都構成為在徑向的內外方向上觀察時與轉子外周面25的圓弧反向的反圓弧樣式。即，多個永久磁鐵19以及多個磁鐵插入孔21被形成為向轉子5的中心側變凸的朝向(向徑向外側即轉子外周面25側變凹的朝向)的弧狀。另外，如圖1所示，針對每一個磁鐵插入孔21，插入一個永久磁鐵19。

轉子5的磁極數只要是2極以上，則可以是任意個數。在本說明中，作為一個例子，設為6極。此外，在圖1中，用虛線表示其一極相當量。在轉子5中，以按照等角度間隔隔開的方式，設置有6個磁鐵插入孔21。即，6個磁鐵插入孔21被配置成分別以60度的角度間隔與相鄰的磁鐵插入孔21隔開。另外，6個永久磁鐵19被配置成關于徑向的磁極的朝向，沿著轉子周向使N極和S極交替地調換。

接下來，詳細說明磁鐵插入孔。當在以轉子5的旋轉中心線CL為垂線的面上觀察時，磁鐵插入孔21各自的輪廓(outline)具有徑向內側線53、徑向外側線55以及一對邊線57。

如圖2所示，徑向外側線55由第1圓弧面構成，徑向內側線53由第2圓弧面構成，第1圓弧面的圓弧和第2圓弧面的圓弧具有公共的半徑中心，該公共的半徑中心相比磁鐵插入孔21處于徑向外側、并且處于對應的磁極中心線ML上。換言之，徑向內側線53和徑向外側線55按照同心圓狀構成。這樣，徑向內側線53的圓弧中心和徑向外側線55的圓弧中心相同，從而轉子芯11以及插入其中的永久磁鐵19的生產率提高。

另外，當在以轉子5的旋轉中心線CL為垂線的面上觀察時，相對于對應的磁極中心線ML，線對稱地形成有永久磁鐵19以及磁鐵插入孔21。

另外，在本實施方式1中，磁鐵插入孔21各自的輪廓對于一個磁鐵插入孔21，具有4個圓形部、即一對第1圓形部61以及一對第2圓形部63。

一對第1圓形部61分別將對應的徑向外側線55的對應的端部55a與對應的邊線57的對應的一端部相連，一對第2圓形部63分別將對應的徑向內側線53的對應的端部53a與對應的邊線57的對應的另一端部相連。

在本實施方式1中，第1圓形部61以及第2圓形部63都彎曲成弧狀，第1圓形部61的曲率比第2圓形部63的曲率小。進而，在本實施方式1中，邊線57也彎曲成弧狀，邊線57的曲率比第1圓形部61的曲率以及第2圓形部63的曲率小。

另外，邊線57、第1圓形部61以及第2圓形部63如上所述地彎曲，所以在本實施方式1中，當在以轉子5的旋轉中心線CL為垂線的面上觀察時，徑向外側線55的對應的端部55a與徑向內側線53的對應的端部53a之間的輪廓僅由彎曲的線構成。

根據上述本實施方式1的永久磁鐵埋入型電動機，得到如下優點。

一般來說，來自磁鐵的磁通的一部分不與定子繞組交鏈，通過磁鐵插入孔的端部與轉子外周面之間的芯部分而返回到磁鐵，所以該芯部分成為漏磁通的路徑。如果漏磁通多，則無法有效利用磁鐵的磁通，導致馬達效率的降低，所以期望漏磁通少。即，為了提高磁力轉矩，需要降低漏磁通，磁鐵插入孔的端部與轉子外周面之間的芯部分的壁厚優選窄。

但是，另一方面，如果磁鐵插入孔的端部與轉子外周面之間的芯部分的壁厚變薄，則有可能通過在轉子的旋轉中發揮作用的離心力而在薄壁部產生的應力增加，無法確保機械強度。通過轉子的旋轉產生的離心力按“轉子的質量”、“轉子半徑”和“旋轉角速度的平方”之積來發揮作用。因此，在電動機的使用用途中的額定轉速時，通過離心力在轉子芯產生的最大應力不能超過所使用的電磁鋼板的疲勞極限應力，需要使在轉子芯產生的應力比所規定的最大應力小。另外，通過離心力在薄壁部產生的應力的分布變得不均等，所以存在容易在局部的部分產生過大的應力的問題。

因此，在本實施方式1中，在邊線57與對應的徑向外側線55以及徑向內側線53的端部之間，設置有第1圓形部61以及第2圓形部63，所以雖然設置有薄壁部18，仍能夠使在薄壁部18產生的應力分布均等化，防止產生局部的應力。即，能夠減小薄壁厚度來提高薄壁的磁阻，降低漏磁通，同時使薄壁部的應力分布分散，緩和局部地產生的應力，確保機械強度。

另外，通過將磁鐵插入孔以及磁鐵形狀設為反圓弧形狀，磁鐵的表面積變大而能夠獲得磁力。如果磁力變大，則能夠降低為了產生預定的轉矩而所需的電樞電流，所以銅損降低而預見馬達效率提高。另外，插入于磁鐵插入孔的磁鐵通過離心力而產生將要使磁鐵向徑向飛出的力。反圓弧形狀相比于平板形狀，磁鐵的質量更大，所以在轉子是同一轉速并且同一外徑的情況下，存在反圓弧形狀時的離心力所產生的影響更大的傾向。因此，在不像本實施方式1那樣具有圓形部的情況下，相比于平板形狀的磁鐵，在反圓弧形狀的磁鐵的情況下，在薄壁部產生的應力增加。因此，如本實施方式1那樣具有圓形部的樣式正因為做成能夠通過反圓弧形狀的磁鐵所帶來的銅損降低來提高馬達效率的結構，從而更有效。

實施方式2.

接下來，說明本發明的實施方式2。圖3是實施方式2的與圖2相同的樣式的圖。此外，本實施方式2除了以下說明的部分以外，與上述實施方式1相同。

本實施方式2中的轉子5’的轉子外周面25’在與各條邊線57對置的部分具有切口71。切口71被設置成相對于對應的q軸(作為在相鄰的磁鐵之間延伸的軸(極間中心線)的、與d軸(磁鐵的中心線、磁極中心線)形成電角90deg的軸)而線對稱。切口71與邊線57大致平行地延伸，切口71與邊線57之間的薄壁部18’的壁厚大致恒定。

另外，在q軸的周向兩側設置切口71，所以作為相對的凹凸關系，在一對切口71之間出現突起部73。即，在轉子外周面25’的q軸上，設置突起部73。

在如上述那樣構成的本實施方式2的永久磁鐵埋入型電動機中，也得到與上述實施方式1相同的優點。進而，在本實施方式2中，能夠通過切口71來增大薄壁部18’的磁阻，進一步降低漏磁通，并且，通過q軸上的突起部73來確保q軸磁通的路徑。即，能夠在發揮在上述實施方式1中敘述的確保機械強度的特征的同時，有效地產生磁力轉矩和磁阻轉矩這兩者。

實施方式3.

接下來，作為本發明的實施方式3，說明搭載有上述實施方式1或者實施方式2的永久磁鐵埋入型電動機的旋轉式壓縮機。此外，本發明包括搭載有上述實施方式1或者實施方式2的永久磁鐵埋入型電動機的壓縮機，但壓縮機的類別不限于旋轉式壓縮機。

圖4是搭載有永久磁鐵埋入型電動機的旋轉式壓縮機的縱剖面圖。旋轉式壓縮機100在密閉容器101內，具備永久磁鐵埋入型電動機1(電動單元)以及壓縮單元103。雖然未圖示，但在密閉容器101的底部，存積有使壓縮單元103的各滑動部潤滑的制冷機油。

在壓縮單元103中，作為主要的單元，包括按照上下層疊狀態設置的缸體105、作為通過永久磁鐵埋入型電動機1來旋轉的芯軸的旋轉軸107、嵌插到旋轉軸107的活塞109、將缸體105內分成吸入側和壓縮側的葉片(未圖示)、以旋轉自如的方式嵌插有旋轉軸107且使缸體105的軸向端面閉塞的上下一對的上部框架111和下部框架113以及分別安裝于上部框架111和下部框架113的消音器115。

通過熱壓配合或者焊接等方法，將永久磁鐵埋入型電動機1的定子3直接安裝并保持于密閉容器101。從固定于密閉容器101的玻璃端子，對定子3的線圈供給電力。

轉子5是在定子3的內徑側隔著空隙配置的，經由轉子5的中心部的旋轉軸107(芯軸13)，通過壓縮單元103的軸承部(上部框架111和下部框架113)而以旋轉自如的狀態被保持。

接下來，說明上述旋轉式壓縮機100的動作。從固定于密閉容器101的吸入管119向缸體105內吸入從收集器117供給的制冷劑氣體。通過逆變器的通電而使永久磁鐵埋入型電動機1旋轉，從而使嵌合于旋轉軸107的活塞109在缸體105內旋轉。由此，在缸體105內進行制冷劑的壓縮。制冷劑在經過消音器115之后，在密閉容器101內上升。此時，在經壓縮的制冷劑中混入有制冷機油。該制冷劑和制冷機油的混合物在通過設置于轉子芯11的風孔71時，被促進制冷劑和制冷機油的分離，能夠防止制冷機油流入到排出管121。通過這樣，將經壓縮的制冷劑通過設置于密閉容器101的排出管121而供給到制冷循環的高壓側。

此外，作為旋轉式壓縮機100的制冷劑，也可以使用以往的R410A、R407C、R22等，但還能夠應用低GWP(全球變暖系數)的制冷劑等任意的制冷劑。根據防止全球變暖的觀點，期望低GWP制冷劑。作為低GWP制冷劑的代表例，有以下的制冷劑。

(1)在組成中具有碳的雙鍵的鹵化烴：是例如HFO-1234yf(CF3CF＝CH2)。HFO是Hydro-Fluoro-Olefin的簡稱，Olefin是具有1個雙鍵的不飽和烴。此外，HFO-1234yf的GWP是4。

(2)在組成中具有碳的雙鍵的烴：是例如R1270(丙烯)。此外，GWP是3，比HFO-1234yf小，但可燃性比HFO-1234yf大。

(3)包含在組成中具有碳的雙鍵的鹵化烴或者在組成中具有碳的雙鍵的烴中的至少某一個的混合物：是例如HFO-1234yf和R32的混合物等。HFO-1234yf由于是低壓制冷劑，所以壓損變大，制冷循環(特別在蒸發器中)的性能容易降低。因此，與相比HFO-1234yf為高壓制冷劑的R32或者R41等的混合物在實用上有競爭力。

在如以上那樣構成的本實施方式3的旋轉式壓縮機中，也具有與上述實施方式1或者實施方式2相同的優點。另外，能夠有效利用磁力轉矩和磁阻轉矩這兩者，所以能夠構成高效的壓縮機。

實施方式4.

另外，本發明還能夠實施為包括上述實施方式3的壓縮機而作為制冷回路的構成單元的制冷空調裝置。此外，制冷空調裝置的制冷回路中的壓縮機以外的構成單元的結構沒有特別限定。

在如以上那樣構成的本實施方式4的制冷空調裝置中，也具有與上述實施方式3相同的優點。另外，能夠有效利用磁力轉矩和磁阻轉矩這兩者，所以能夠構成高效的壓縮機，由此，能夠用于節能基準嚴格的制冷空調設備。

以上，參照優選的實施方式來具體說明了本發明的內容，但根據本發明的基本的技術思想以及教導，只要是本領域技術人員就能夠采用各種改變樣式，這是不言自明的。