CN1856923B - 永久磁铁式同步电机及使用它的压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种永久磁铁式同步电机，其配有转子构造，所述转子构造具有笼型绕组、与在该笼型绕组棒材的内周侧配置的永久磁铁，按照永久磁铁的磁通分布的周向节距角度θ、与极距角度α的比θ/α成为0.54～0.67的方式磁化永久磁铁，这样不会增大铁损，可以确保必要的感应电动势，另外能够降低波形失真率。由此，由于感应电动势的失真少，接近正弦波，所以可以得到高效的永久磁铁式同步电机。
Description
技术领域
本发明涉及永久磁铁式同步电机及使用它的压缩机。
背景技术
感应电机的长处在于，不仅具有牢固的结构，并且由于直接接通商用电源就可以起动，能够低成本地构成作为不需要速度控制的一定速度驱动的机械的驱动源。
另一方面，同步电机与感应电机同样地，不仅低成本地构成驱动部，并且由于几乎完全没有正常运转时的二次铜损，所以有个优点是大大地有利于驱动系统的高效化。但是，作为短处，在转子外周侧具有起动用笼型绕组，在该笼型导体的内周侧需要进一步配置永久磁铁，限制了磁铁配置的空间。其结果是有个设计上的课题是：增加了磁极间的漏磁通，难以使感应电动势波形正弦波化。
作为决定在转子内埋设的永久磁铁的配置的方法，有专利文献1及专利文献2等公开的技术。它们的目的在于，使同步电机的磁极数或结构面向作为电自动车等的系统的应用处，分别最适当化。
专利文献1：特开平11-103548号公报
专利文献2：特开2002-369422号公报
将上述现有技术作为压缩机用，如果设计永久磁铁式的同步电机为自起动式，一方面，磁铁量过多而铁损增加，另一方面，相反地，磁铁量过少而用于产生所希望的输出的感应电动势不足。在后者的情况下，有很多情况是波形失真也变大等，带来特性恶化。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有不会增大铁损，且可以确保必要的感应电动势，能够降低波形失真的转子结构的永久磁铁式同步电机及其转子，以及使用它的压缩机。
本发明在其一个方面，在永久磁铁式同步电机中，在设置于转子的笼型绕组的内周侧埋设的永久磁铁的周向节距角度θ、与极距角度α的比θ/α为0.54～0.67。
本发明在其另一个方面，在永久磁铁式同步电机中，按照在设置于转子的笼型绕组的内周侧埋设的永久磁铁的磁通分布的周向节距角度θ、与极距角度α的比θ/α成为0.54～0.67的方式，磁化永久磁铁。
根据本发明，可以提供：可以不会增大铁损，且可以确保必要的感应电动势，具有能够降低波形失真率的转子结构的永久磁铁式同步电机。
本发明的其他的目的、特征及优点从与附图有关的以下的本发明的实施例的记载可以明了。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的同步电机的转子的径向截面图。
图2是图1中示出磁铁的磁化状态的上半部分的概念图。
图3是表示感应电动势波形失真的实测数据的曲线图。
图4是本发明的第二实施例的同步电机的转子的径向截面图。
图5是本发明的第三实施例的同步电机的转子的径向截面图。
图6是表示本发明的第四实施例的转子的磁铁的磁化状态的径向上半部分截面图。
图7是本发明的第五实施例的同步电机的转子的径向截面图。
图8是本发明的第六实施例的同步电机的转子的径向截面图。
图9是表示本发明的永久磁铁式同步电机的第一实施例的径向截面图。
图10是表示本发明的永久磁铁式同步电机的第二实施例的径向截面图。
图11是表示本发明的永久磁铁式同步电机的第三实施例的径向截面图。
图12是本发明的一实施例的压缩机的截面结构图。
具体实施方式
以下，参考附图说明本发明的一实施例。
图1是本发明的第一实施例的同步电机的转子的径向截面图。在图中，转子1在被设置于旋转轴6上的转子铁心2的内部，配置并构成有多个起动用笼型绕组(cage-type windings)3；与被埋设在磁铁插入孔7的以稀土类为主要成分的永久磁铁4，使得磁极数为两极。另外，在磁极间设置有空孔5。永久磁铁4的宽度开度θ与极距角度α的关系被设置成0.54＜θ/α＜0.67，磁铁的定向为径向定向。
图2是图1中示出磁铁的磁化状态的上半部分的概念图。如图箭头所示，永久磁铁4的磁化方向是转子1的径向(放射方向)。
而且，永久磁铁4的宽度开度与永久磁铁4的磁通分布的周向节距角度也可以考虑由该磁化而设置成不同的情况。但是在该实施例中，如图2所示，永久磁铁4的宽度开度全部被磁化，永久磁铁4的磁通分布的周向节距角度与永久磁铁4的宽度开度相等，都是角度θ。
图3是表示感应电动势波形失真的实测数据曲线图。横轴为磁通节距角度θ与极距角度α的比θ/α，纵轴为感应电动势波形失真率(％)。
在永久磁铁4的宽度开度θ与极距角度α相等时，由于永久磁铁4形成的磁通分布(图中未示出)大致呈方形波，所以成为包括很多高次谐波的失真波。因此，实测调查永久磁铁4的宽度开度θ与极距角度α的关系。感应电动势波形失真率只要在6％以内就可以说具有良好的特性。从这个观点出发来观察图3的数据，宽度开度θ与极距α的比θ/α比0.54大，比0.67小的情况是良好的特性，比θ/α为0.6时特性最好。根据该结果，构成永久磁铁4的周向节距角度或者永久磁铁4形成的磁通分布的周向节距角度θ，使其成为极距角度α的0.54～0.67。
换言之，构成为：永久磁铁4的长度即永久磁铁4的周向节距或者永久磁铁4形成的磁通分布的周向节距Tm，成为作为其圆周上的半圆的圆周长的即极距Tp的0.54～0.67。
此处，通过如上所述设定永久磁铁的周向节距角度θ与极距角度α的比θ/α，波形被正弦波化的理由如下所述。由于定子线圈以180°节距被卷装，如果磁通的分布在两极的情况下也为180°，则在从定子侧观察时，成为大致分布为方形波的形状。此时，在波形上重叠五次、七次的高次谐波。另一方面，如果极端地减小磁通分布使其小于180°，则在从定子侧观察时，由于成为脉冲状的波形，所以还是重叠很多高次谐波。即，对于定子绕组节距即极距(例如两极的情况，180°)，示出了需要将磁铁的磁通分布的磁通节距设为最合适的永久磁铁的周向节距角度θ。根据本发明人等的实验，如图3所示，可以看出，将永久磁铁4形成的磁通分布的周向节距角度θ设为极距角度α的0.54～0.67时最合适。
图4是本发明的第二实施例的同步电机的转子的径向截面图。在图3中，对与图1相同的构成要素付与相同符号，省略重复说明。与图1不同点在于，将设置于磁极间的空孔5两分割，使其由5A、5B构成。
根据这样的结构，除了可以得到与图1相同的效果之外，可以减少漏磁通的通路，使转子强度更坚固。
图5是本发明的第三实施例的同步电机的转子的径向截面图。在图5中，对与图4相同的构成要素付与相同符号，省略重复说明。与图4不同点在于，形成永久磁铁4的外周的圆弧的半径(以下，仅仅为外径)r3比磁铁插入孔7的外径r1短，且为非同心。即，磁铁插入孔7的外径r1是以旋转轴6的原点O为中心的半径r1的圆弧。对此，永久磁铁4的外径r3是以从原点O只偏离距离l的点O1为中心的半径r3的圆弧。此处，永久磁铁4的内径与磁铁插入孔7的内径r4相同。
如该实施例那样，如果使用偏心磁铁，则由于磁铁的周向端部的间隙长度变大，所以能够减轻端部附近的漏磁通向定子绕组的交链，可以更加接近正弦波。因此，根据该实施例，除了能够得到与图4的第二实施例相同的效果，还能够使磁通分布更接近正弦波。
图6是表示本发明的第四实施例的转子的磁铁的磁化状态的径向上半部分截面图。在图6中，对与图1～图5相同的构成要素付与相同符号，省略重复说明。在图中如箭头所示，永久磁铁4的磁铁定向为平行定向。即使是这样的定向，也可以得到与图1～图5大致相同的特性。
图7是本发明的第五实施例的同步电机的转子的径向截面图。在图7中，对与图4相同的构成要素付与相同符号，省略重复说明。与图4不同的部分在于，通过平板构成永久磁铁4，且，重叠两块平板4A、4B来构成一个磁极。
即使是这样的结构也可以得到与图4相同的特性。
图8是本发明的第六实施例的同步电机的转子的径向截面图。在图8中，对与图7相同的构成要素付与相同符号，省略重复说明。与图7不同的部分在于，在周向上以等节距配置三块永久磁铁4A、4B、4C来构成一个磁极。
即使是这样的结构也可以得到与图7相同的特性。
图9是表示本发明的永久磁铁式同步电机的第一实施例的径向截面图。在图9中，对与图1～8相同的构成要素付与相同符号，省略重复说明。图9示出了组合至此详细叙述的转子1与定子8，作为同步电机24而构成的情况的例子，组合有图4的转子。
此处，定子8包括：定子铁心9；设置于其上的多个(在图中为24个)的插槽10；被这些插槽10分割的齿11。由U相绕组12A、V相绕组12B、W相绕组12C构成的电枢绕组12，以相同的相分布的分布绕组被卷装在多个插槽10中。
在这样的结构中，如果对电枢绕组12供给一定频率的交流电压，则转子1可以进行作为感应电机的起动·加速，之后，作为同步电机可以定速运转。
图10是表示本发明的永久磁铁式同步电机的第二实施例的径向截面图。对与图9相同的构成要素付与相同符号，省略重复说明。在图10中，与图9不同的部分在于定子8的插槽10为六个。
即使是这样的结构也可以得到与图9相同的作用，并且由于形成简便的结构，所以能够提供低价的同步电机24。
图11是表示本发明的永久磁铁式同步电机的第三实施例的径向截面图。对与图9相同的构成要素付与相同符号，省略重复说明。在图11中，与图9不同的部分在于定子8的插槽10为三个，以被卷绕的集中绕组来构成电枢绕组12，使其围绕齿11。
即使是这样的结构也可以得到与图9相同的作用，并且由于形成线圈头(图中未示出)的缩短化，铜量的降低等简便的结构，所以能够更经济地提供同步电机24。
而且，图9～图11的实施例的永久磁铁式同步电机的转子1，虽然图示出了图4所述的实施例的转子1，但是不言而喻，即使使用在其他图中说明的转子1，作为永久磁铁式同步电机也能够得到相同的作用。
图12是本发明的一实施例的压缩机的截面结构图。在图12中，使直立于固定卷轴部件13的端板14的涡旋状盖板15、与直立于回旋卷轴部件16的端板17的涡旋状盖板18相啮合，来形成压缩机构部。
而且，在由固定卷轴部件13以及回旋卷轴部件16形成的压缩室19(19a、19b、……)之中，位于最外径侧的压缩室19，伴随着回旋运动向两卷轴部件13、16的中心移动，容积逐渐缩小。
如果两压缩室19a、19b到达两卷轴部件13、16的中心附近，则两压缩室19内的压缩气体被从与压缩室19连通的排出口20排出。被排出的压缩气体通过设置于固定卷轴部件13以及机架21的气体通路(图中未示出)，到达机架21下部的压力容器22内，从被设置于压力容器22的侧壁上的排出管23被排出到压缩机外。在压力容器22内，如图1～图11说明的那样，内封有由定子8与转子1构成的永久磁铁式同步电机24，以一定速度旋转，进行压缩动作。
在同步电机24的下部设有储油部25。储油部25内的油通过旋转运动产生的压力差，通过设置于曲柄旋转轴6内的油孔26，被提供给回旋卷轴部件16与曲柄旋转轴6的滑动部、滑动轴承27等，进行润滑。
这样，作为压缩机驱动用电机，如果使用图1～图11所述的永久磁铁式同步电机，则能够实现定速压缩机的高效化。
根据以上的实施例，能够提供：可以不会增大铁损，且可以确保必要的感应电动势，具有能够降低波形失真率的转子结构的永久磁铁式同步电机及其转子、或者使用其的压缩机。
虽然上述记载是对于实施例所进行的，但是本发明并不限于此，本领域技术人员很清楚在本发明的主旨的范围内，可以进行各种变更以及修正。
Claims (10)
1.一种永久磁铁式同步电机，其具备转子，所述转子包括：转子铁心；在该转子铁心的外周部附近设置的多个插槽内由导电性的棒材和在轴向端面将这些棒材短路的导电性的端环构成的笼型绕组，在配置于所述棒材的内周侧的大致圆弧状的磁铁插入用空孔内以磁极数为两极的方式埋设大致圆弧状的永久磁铁，并且所述转子的相邻的磁极间设有圆弧状的空孔，所述永久磁铁式同步电机的特征在于，
所述永久磁铁的周向节距角度θ、与极距角度α的比θ/α为0.54～0.67。
2.根据权利要求1所述的永久磁铁式同步电机，其特征在于，
对于所述磁铁插入孔的外径，非同心地形成所述永久磁铁的外径。
3.根据权利要求1所述的永久磁铁式同步电机，其特征在于，
所述永久磁铁的磁区定向为径向定向。
4.根据权利要求1所述的永久磁铁式同步电机，其特征在于，
所述永久磁铁的磁区定向为平行定向。
5.根据权利要求1所述的永久磁铁式同步电机，其特征在于，
所述永久磁铁的材质为稀土类磁铁。
6.根据权利要求1所述的永久磁铁式同步电机，其特征在于，
具备定子，所述定子具有在六个以上的插槽中被卷绕成分布绕组的定子绕组。
7.根据权利要求1所述的永久磁铁式同步电机，其特征在于，
具备定子，所述定子具有在三个以上的插槽中被卷绕成集中绕组的定子绕组。
8.一种压缩机，其具备吸入制冷剂并将其压缩再排出的压缩机构部、以及驱动该压缩机构部的驱动电机，其特征在于，
所述驱动电机配有转子，所述转子包括：转子铁心；在该转子铁心的外周部附近设置的多个插槽内由导电性的棒材和在轴向端面将这些棒材短路的导电性的端环构成的笼型绕组；以及在所述棒材的内周侧以磁极数为两极的方式配置的大致圆弧状的永久磁铁，且所述转子的相邻的磁极间设有圆弧状的空孔，
并且，是所述永久磁铁的周向节距角度θ、与极距角度α的比θ/α为0.54～0.67的永久磁铁式同步电机。
9.一种永久磁铁式同步电机的转子，包括：转子铁心；在该转子铁心的外周部附近设置的多个插槽内由导电性的棒材和在轴向端面短路这些棒材的导电性的端环构成的笼型绕组；以及在配置于所述棒材的内周侧的大致圆弧状的磁铁插入用空孔内以磁极数为两极的方式埋设的大致圆弧状的永久磁铁，并且所述转子的相邻的磁极间设有圆弧状的空孔，其特征在于，
所述永久磁铁的周向节距角度θ、与极距角度α的比θ/α为0.54～0.67。
10.一种永久磁铁式同步电机的转子，包括：转子铁心；在该转子铁心的外周部附近设置的多个插槽内由导电性的棒材和在轴向端面短路这些棒材的导电性的端环构成的笼型绕组，在所述棒材的内周侧以磁极数为两极的方式埋设大致圆弧状的永久磁铁，并且所述转子的相邻的磁极间设有圆弧状的空孔，其特征在于，
磁化所述永久磁铁使其的磁通分布的周向节距角度θ、与极距角度α的比θ/α为0.54～0.67。
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