永久磁鐵同步機以及使用該永久磁鐵同步機的設備的製作方法

2023-06-17 02:05:36

本發明涉及永久磁鐵同步機以及使用該永久磁鐵同步機的設備。

背景技術：

專利文獻1中公開了配置為V字狀的兩個磁鐵各自的一面隔著由磁性鋼板構成的橋部45而對置的結構(0049、圖4)。

專利文獻2中公開了在配置為V字狀的兩個磁鐵內端(V字的底部分)側設置內周端空隙32c、在外端側設置外周端空隙32b的結構(0035、圖4、5)。

現有技術文獻

專利文獻1：日本特開2001-314052號公報

專利文獻2：日本特開2013-192294號公報

在專利文獻1中的結構中，磁通容易通過由磁性鋼板形成的橋部45，由形成於磁鐵一面上的N極產生的磁通容易產生循環於形成於該磁鐵的另一面上的S極的短路磁通。短路磁通幾乎不會有助於電機的驅動，存在電機效率降低的可能性。

在專利文獻2中的機構中，在電機急加速等在磁鐵上慣性力起作用的情況等中，磁鐵向空隙32b、32c運動，碰撞於磁鐵插入的區域的端面與其他部件，存在磁鐵破損等的可能性。另外，磁鐵較長方向向徑向配置且空隙32b、32c相對於磁鐵配置於徑向側，所以，施加伴隨轉子的旋轉而產生的離心力，磁鐵容易運動。

技術實現要素：

鑑於上述情況的本發明其特徵為：具備轉子、配置於該轉子中央的軸、配置於設置於該轉子上的磁鐵插入孔中的兩個永久磁鐵，是兩個上述永久磁鐵之間的距離隨著從內徑側向外徑側而變大的永久磁鐵同步機，兩個上述永久磁鐵的一方或兩方具備隔著作為上述磁鐵插入孔的區域的一部分的橋與另一方的上述永久磁鐵對置的對置面、一部分或全部區域位於比該對置面更靠內徑側且比該對置面向外周側延伸的軸對置面。

附圖說明

圖1是實施例1的永久磁鐵同步機的軸向剖視圖。

圖2是表示配置於實施例1的磁鐵插入孔中的兩個永久磁鐵的圖。

圖3是將實施例1中的轉子的一極擴大之後的軸向剖視圖。

圖4是將實施例1中的轉子的一極擴大之後的軸向剖視圖。

圖5是將實施例2中的轉子的一極擴大之後的軸向剖視圖。

圖6是表示磁鐵表面積與R2/R的關係的圖，(a)表示具備四個磁鐵插入孔的情況下的關係，(b)表示具備六個磁鐵插入孔的情況下的關係。

圖7是表示θ1與R2/R的關係的圖，(a)表示具備四個磁鐵插入孔的情況下的關係，(b)表示具備六個磁鐵插入孔的情況下的關係。

圖8是實施例3的永久磁鐵的軸向剖視圖。

圖9是將實施例3的轉子的一極擴大之後的軸向剖視圖。

圖10是將實施例4的轉子的一極擴大之後的軸向剖視圖。

圖11是將實施例5的轉子的一極擴大之後的軸向剖視圖。

圖12是將實施例6的轉子的一極擴大之後的軸向剖視圖。

圖13是作為搭載永久磁鐵同步機的設備的一例的冰箱的剖視圖。

圖中：1—永久磁鐵同步機，2—轉子，20—橋突出部，21—凸部，3—定子，4—磁鐵插入孔，4a—外徑側端面，4b—內徑側端面，4c—橋，5—永久磁鐵，50—對置面，51—軸對置面，52—第一磁極面，53—第二磁極面，54—第一磁極面側的倒角，55—第二磁極面側的倒角，500—錐部，510—傾斜部，6—軸，200—冰箱，1000—壓縮機。

具體實施方式

以下，參照附圖詳細說明本發明的實施例。相同的構成要素標註相同的符號，另外，相同的說明不重複。

圖1是本實施例的永久磁鐵同步機1的軸向剖視圖，圖2是表示配置於磁鐵插入孔4上的永久磁鐵5a、5b的圖。本實施例中的永久磁鐵同步機1是六極九槽，但極數與槽數不特別限制。

永久磁鐵同步機1具備大致圓筒形狀的轉子2、位於轉子2的徑向外側並隔著空隙與轉子2對置的定子3、作為轉子2的旋轉軸且被壓入轉子2中央的軸6。轉子2在軸向觀察時大致為圓筒形狀。

轉子2具備六個V字形狀的磁鐵插入孔4，在各個磁鐵插入孔4中配置兩個永久磁鐵5a、5b。磁鐵插入孔4以向軸6側(內徑側)V字形狀關閉的方式設置。即，以內徑側為V字形狀的「底」的方式設置，永久磁鐵5a、5b分別以隨著從內徑側向外徑側相互距離變大的方式配置。兩個永久磁鐵5所成的角度是後述的開度θ1的大致兩倍。以下，在著眼於各個磁鐵插入孔4或其附近時，將V字形狀的底側稱為內周側，將從底側離開的一側稱為外周側(例如，參照後述的圖5。能夠將通過橋4c中央並沿著對置面50的直線作為基準)。

永久磁鐵5的種類不特別限制，能採用如一般低Br的鐵磁鐵、SmFeN類的合成磁鐵、NdFeB類的合成磁鐵、鋁鐵鎳鈷磁鐵。永久磁鐵5在轉子2的圓周方向上被磁化。

[配置於磁鐵插入孔4中的兩個永久磁鐵5]

永久磁鐵5具備：對置於配置於相同的磁鐵插入孔4中的另一個永久磁鐵5，隔著作為磁鐵插入孔4的區域的一部分的橋4c對置的對置面50；作為V字形狀的外側的面(外周側的面)且作為S極或N極磁化的第一磁極面52；作為V字形狀的內側的面(內周側的面)，且相對於第一磁極面52的磁性作為相反的磁性(N極或S極)磁化的第二磁極面53；位於對置面50以及第一磁極面52之間，朝向軸6側的軸對置面51。本實施例的軸對置面51是連接對置面50以及第一磁極面52的面，是隨著從第一磁極面52側向第二磁極面53側朝向內徑側的面。另外，永久磁鐵5在第一磁極面52的外徑側具備倒角54，相同在第二磁極面53的外徑側具備倒角55。橋4c是位於磁鐵插入孔4的內徑側、且位於磁鐵插入孔4的區域中的兩個對置面50之間的區域。

在兩個對置面50之間設置作為空氣層的橋4c，由於能夠抑制在永久磁鐵5的第一磁極面52以及第二磁極面53循環的短路磁通，所以能夠改善永久磁鐵同步機1的效率。橋4c由於在兩個永久磁鐵5之間相對於兩個永久磁鐵5位於圓周方向內側，因此即使在永久磁鐵5上施加離心力，也能夠抑制永久磁鐵5運動，所以能夠抑制永久磁鐵5的破損等。

另外，通過永久磁鐵5具備對置面50，能夠增加發出磁通的永久磁鐵5的表面積而能夠增加磁通量，所以，能夠削減永久磁鐵5的使用量。另外，減少永久磁鐵5的內徑側的一部分的厚度(磁化配置方向的尺寸)而設置對置面50與軸對置面51。具體地說，測量永久磁鐵5的厚度尺寸時，對置面50或軸對置面51為起點或終點的區域的厚度尺寸比第一磁極面52以及第二磁極面53為起點及終點的區域的厚度尺寸短。因此，如後述，抑制著磁比較不容易的徑向內側的永久磁鐵5的厚度，能夠使永久磁鐵5整體的著磁變得容易。

[永久磁鐵5相對於磁鐵插入孔4的間隙]

圖3是將轉子2的一極擴大的軸向剖視圖。軸對置面51的第一磁極面52側的部分大致與磁鐵插入孔4接觸，第二磁極面53側的部分從磁鐵插入孔4比較性地離開。如此，通過使軸對置面51的內周側以及外周側的一方大致與磁鐵插入孔4接觸並使另一方離開，即使在向永久磁鐵5上施加離心力的情況，永久磁鐵5也既能抑制向徑向的運動也能抑制摩擦的產生，並能夠使永久磁鐵5向磁鐵插入孔4的安裝以及拆卸變得容易。

並且，在永久磁鐵5的外徑側、即與磁鐵插入孔4的外徑側端面4a之間設置空間。

圖4是將轉子2的一極擴大之後的軸向剖視圖。但是，為了說明的便利，強調橋4c的尺寸。將大致垂直於永久磁鐵5的對置面50的方向稱為X軸方向。

橋4c在永久磁鐵5a、5b各自的對置面50的內周側，X軸方向的寬度作為G2X的空隙而設置。另外，關於位於永久磁鐵5的第二磁極面53以及磁鐵插入孔4的與第二磁極面53對置的端面之間的空隙的寬度C1，將該X軸方向的寬度作為G1X時，滿足G1X＜G2X的關係。更優選滿足2×G1X＜G2X的關係。

如上述，橋4c由於是空氣層等的空間，所以能夠抑制通過第一磁極面52以及第二磁極面53的短路磁通，還能夠使永久磁鐵5的安裝以及拆卸變得容易。可是，該情況下，永久磁鐵5在永久磁鐵收納孔4內部容易運動。尤其在永久磁鐵5為鐵磁鐵和合成磁鐵等的低Br磁鐵時，在與轉子鐵心2之間動作的磁性吸引力弱，在永久磁鐵收納孔4內部中容易運動。因此，離心力或慣性力附加於永久磁鐵5上時，就有引起永久磁鐵5的破損或材料特性劣化的可能。

由於G2X＞G1X，在由轉子2的急停與急加速等產生的圓周方向上的慣性力施加於永久磁鐵5上的情況下，永久磁鐵5在設置於沿較長方向的面側的間隙C1運動而接觸於磁鐵插入孔4的端面。此時，由於對置面50相對於另一個永久磁鐵5的對置面50離開比G1X大的G2X，所以能夠抑制永久磁鐵5的對置面50彼此的碰撞。另外，由於永久磁鐵5接觸的端面53的面積比較大，因此也能夠抑制接觸時的衝擊。因此，能夠有效地抑制永久磁鐵5的破損。

並且，G1X使用C1以及後述的磁鐵的開度θ1表示為G1X＝C1/cos(θ1)。

實施例2

實施例2除了下述的方面與實施例1為相同的結構。

[從磁鐵插入孔4的旋轉軸的距離R2的設定]

圖5是將轉子2的一極部分擴大之後的軸向剖視圖。關於轉子2的半徑R以及通過永久磁鐵5的最內徑位置的圓的半徑R2的關係進行說明。在將永久磁鐵同步機1的極數作為P、將轉子2的軸長作為L的情況下，將永久磁鐵5圓弧形(未圖示)地配置於轉子2的最外徑部分時的永久磁鐵5的表面積X1(比較例)、將永久磁鐵5配置為V字形時的永久磁鐵5的表面積X2分別以下式表示。

X1＝2πRL/P

X2＝2L×√((Rcos(π/P)-R2)2+(Rsin(π/P))2)

圖6是表示永久磁鐵5的表面積X1、X2與R2/R之間的關係(圖6a：四極機，圖6b：六極機)的圖。將R2相對於R的比設定為橫軸，將永久磁鐵5的表面積X1與X2設定為縱軸，用實線表示X1，用虛線表示X2。在永久磁鐵同步機1為四極的情況下為R：R2＝1:0.36以下的情況，在為六極的情況下為R：R2＝1:0.7以下的情況，相比較於圓弧形狀地配置永久磁鐵5，V字形狀地配置能夠確保大的表面積(X2＞X1)。因此，永久磁鐵同步機1為四極的情況下優選R2/R為0.36以下，更優選0.25以下。另外，六極的情況優選R2/R為0.7以下，更優選為0.5以下。

[磁鐵插入孔4的開度θ1的設定]

關於配置永久磁鐵5的磁鐵插入孔4的形狀進行說明。圖7是表示θ1與R2/R的關係(圖7a：四極機，圖7b：六極機)的圖。

在永久磁鐵同步機1的剖視圖中，將沿磁鐵插入孔4的橋4c的直線與沿永久磁鐵5的第二磁極面53的直線所成的角度作為永久磁鐵5的開度θ1。在永久磁鐵同步機1為四極的情況中優選θ1為65°以下，更優選為55°以下。另外，在永久磁鐵同步機1為六極的情況中優選θ1為73°以下，更優選為55°以下。

並且，本實施例中的永久磁鐵同步機1作為2:3系列的集中卷六極九槽進行說明，另外，即使在分布卷機和分數槽、八極或十極槽的情況下，如果採用滿足下式的θ1，能夠得到相同的效果。

180/P＜θ1＜Sin-1(sin(180/P)/(X1/2))/π×180

180/P表示永久磁鐵5位於極間的狀態，指R2小的情況，給予θ1的最小值。在比該值小的情況下，永久磁鐵不呈現V字形狀。

另外，Sin-1(sin(180/P)/(X1/2))/π×180給予θ1的最大值。在比該值大的情況下，磁鐵表面積X2比X1小。

並且，本實施例中的磁鐵插入孔4的內徑側(V字的底的部分)的端面4b沿著軸對置面51。如此，能夠更有效地抑制施加於永久磁鐵5上的離心力變化時的運動。

實施例3

實施例3除了以下的方面與實施例1或實施例2的結構相同。

圖8是表示永久磁鐵5的形狀的圖，圖9是表示將轉子2的一極擴大之後的軸向剖視圖。永久磁鐵5相對於磁化配置方向為大致對稱形狀。永久磁鐵5的徑向外側的形狀以厚度減少的方式形成，在徑向外側設置使永久磁鐵5的厚度減少的錐部500、為連接錐部500以及第一磁極面52的面的傾斜部510。

在鐵磁鐵的製造工序中，在壓縮成型粉末狀的鐵磁鐵之後燒結。由於在壓縮成型時以浸入金屬模具的狀態擠壓粉末狀的鐵磁鐵，例如在形狀為左右非對稱的情況下，存在波動和公差變大、永久磁鐵同步機1的性能不一致的可能性。另外，波動大的永久磁鐵5在磁鐵插入孔4內運動則容易破損。通過為本實施例那樣的大致對稱形狀，永久磁鐵5的製造變得容易。

可是，在為本實施例那樣的大致對稱形狀的情況下，軸對置面50側容易減磁。另外，位於外徑側的傾斜部510側由於相比較於軸對置面50側定子3產生的磁通鎖交，容易減磁。為了抑制減磁，例如增加永久磁鐵51面側的磁化方向厚度等，提高磁阻是有效的。在本實施例中，如圖9中所舉例說明，通過較大地設置外徑側的磁鐵插入孔4的空隙，從而增加磁化方向厚度的磁阻。由此既能減少磁鐵使用量，還能維持減磁耐力。

實施例4

實施例4除了以下的方面與實施例1至實施例3的結構相同。

圖10是將轉子2的一極擴大之後的軸向剖視圖。但是，永久磁鐵5未圖示。本實施例的磁鐵插入孔4的內徑側(V字的底的部分)的端面4b的形狀為沿永久磁鐵5的軸對置面51的形狀。即，在磁鐵插入孔4中的與軸對置面51對置的部分為隨著向對置面50而向徑向外側的形狀。由此，在到達永久磁鐵5的附近能夠配置轉子2的磁芯、即金屬。

另外，磁鐵插入孔4中的配置永久磁鐵5並為橋4c的部分的徑向尺寸L1相對於永久磁鐵5的厚度的大致最大值L2滿足L1＜L2的關係。

在此，說明將配置於磁鐵插入孔4中的永久磁鐵5著磁的方法。永久磁鐵5通過著磁裝置(未圖示)產生的磁通而著磁。可是，由於由著磁裝置產生的磁通是有限的，因此遠離著磁裝置的永久磁鐵5的磁化變得困難。例如，在轉子2的外端設置著磁裝置時，由於磁通擴大為大致同心圓狀，位於在中心具有著磁裝置的某圓內區域(容易著磁區域)的外側的永久磁鐵5著磁率不足。通過著磁裝置的性能與轉子2的尺寸，如圖10中所舉例說明，存在永久磁鐵5的內徑側的一部分位於容易著磁區域外側的可能性。

為了提高位於容易著磁區域外側的永久磁鐵5的一部分的著磁率，可以使磁通在位於比磁鐵插入孔4靠內徑側的磁芯中流動。相比較於永久磁鐵與磁鐵插入孔4(即，空氣層)，例如鐵的透磁率是大約一千倍以上，所以，優選減少位於比永久磁鐵5更靠近內徑側的空氣層區域。

因此，如上述，通過使磁鐵插入孔4的內徑側端面4b的形狀為隨著向V字的中心而向外徑側的形狀，在永久磁鐵5的大範圍中磁通能夠容易地到達。

另外，由於L1＜L2，關於由著磁裝置產生的磁通，降低徑向L1的磁阻，可以使磁通到達更內徑側。

實施例5

實施例5除了以下的方面與實施例1至實施例4的結構相同。

圖11是將轉子2的一極擴大之後的軸向剖視圖。在本實施例中，作為向橋4c轉子2的磁芯的一部分突出的橋突出部20，配置從橋4c的內徑側向外徑側突出的內徑側橋突出部20a、從橋4c的外徑側向內徑側突出的外徑側橋突出部20b。由此，磁鐵插入孔4的橋4c的徑向尺寸L1(例如，參照圖10)比永久磁鐵5的對置面50的徑向尺寸L3小。這樣做能夠進一步抑制由急停與急加速等的慣性力而導致的永久磁鐵5的破損。橋突出部20可以只設置內徑側橋突出部20a或外徑側橋突出部20b中的一方。

實施例6

實施例6除了以下的方面與實施例1至實施例5的結構相同。

圖12是將轉子2的一極擴大之後的軸向剖視圖。轉子2具備向磁鐵插入孔4的徑向外側突出的凸部21。永久磁鐵5的徑向外側的形狀以厚度減少的方式形成，例如，為實施例3那樣的對稱形狀，在徑向外側具備使永久磁鐵5的厚度減少的錐部500、作為連接錐部500以及第一磁極面52的面的傾斜部510。凸部21與對置面50對置。本實施例中的凸部21以及錐部500設置於磁鐵插入孔4的V字形狀的圓周方向內側，但也可以設置於圓周方向外側。轉子2為大致圓筒形狀，由於將凸部21設置於圓周方向內側容易使永久磁鐵5的外徑側的磁芯的範圍變小，所以容易抑制通過這裡的短路磁通的產生。

實施例7

說明作為搭載實施例1至實施例6的永久磁鐵同步機1的設備的一例的冰箱200。

圖13是具備搭載永久磁鐵1的壓縮機1000的冰箱200的縱剖視圖。冰箱200具備絕熱箱體210。密閉型壓縮機1000配置於絕熱箱體210與隔離部211所包圍的區域，通過連接著密閉型壓縮機1000、散熱閥、毛細管、冷卻器260，形成使用R600a等的製冷劑的冷凍循環。

冰箱200作為儲藏室的一例具備冷藏室220、上層冷藏室230、下層冷藏室240、蔬菜室250，這些箱內空間通過密閉型壓縮機1000的驅動而使冷凍循環(未圖示)動作而被冷卻。

並且，密閉型壓縮機1000的配置位置不特別限制，能夠設置於絕熱箱體210的任意附近區域。例如，也可以為任何儲藏室的後方或附近。

[其他機器]

搭載永久磁鐵同步機1的設備不特別限制，能夠適用於除了壓縮機與冰箱之外的電動泵等。