專利名稱：永磁鐵型旋轉電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有用于在轉子中形成場的永磁鐵的永磁鐵型旋轉電機，更具體地說，涉及一種適于用在空調、冰箱或冷柜的壓縮機中的永磁鐵型旋轉電機。
背景技術：
在這種類型的永磁鐵型旋轉電機中，已經進行了關于減小噪音和振動、即減小轉矩脈沖的各種嘗試。例如，如JP-U-3-106869的說明書中所描述的那樣，定子的齒頂中心形成一個與轉子鐵芯同心的圓，并且齒頂的兩端形成于一條直線中，即，與轉子相分離從而減小轉矩。
當諧波電流通過永磁鐵型旋轉電機的電樞繞組時，產生一個諧波磁通，導致轉矩脈沖增大，從而，減小諧波電流對于減小噪音和振動是非常重要的。電樞電流的波形取決于施加在電樞繞組上的電壓的波形和反電動勢(感生電動勢)的波形，因此，可使感生電動勢的波形接近于正弦波。
在上述傳統的技術中，所述齒頂的兩端與轉子分離設置，以便使電機中的磁通分布平滑(或者使感生電動勢的波形接近于正弦波)，從而減小轉矩脈沖。然而，所述齒頂的兩端設置得離轉子越遠，槽的橫截面積變得越小，從而妨礙電樞繞組的插入。因此，利用所述齒頂形狀減小轉矩脈沖是有限的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是，提供一種充分減小轉矩脈沖從而實現低振動和低噪音的永磁鐵型旋轉電機。
為了獲得上述目的，本發(fā)明提出一種永磁鐵型旋轉電機，包括一個具有電樞繞組的定子，所述電樞繞組布置在多個形成于定子鐵芯中的槽中；一個具有永磁鐵的轉子，所述永磁鐵保持在形成于一個轉子鐵芯中的多個永磁鐵插入孔中，其中，轉子鐵芯的外周表面以下述方式構成，即，令在轉子的一個磁極中心方向上延伸的軸線為d軸，并令在磁極之間的一個偏離磁極中心方向90個電角度的方向上延伸的軸線為q軸，則從轉子鐵芯的中心到轉子外周的徑向距離從d軸向q軸逐漸減小。
本發(fā)明進一步提出一種永磁鐵型旋轉電機，包括一個具有同心電樞繞組的定子，所述同心電樞繞組圍繞形成于定子鐵芯中的多個槽內的齒布置；一個具有永磁鐵的轉子，所述永磁鐵保持在多個形成于轉子鐵芯中的永磁鐵插入孔中，其中，轉子鐵芯外周表面以下述方式構成，即，令在轉子的一個磁極的中心方向上延伸的軸線為d軸，并令在磁極之間的一個偏離磁極中心方向90個電角度的方向上延伸的軸線為q軸，則從轉子鐵芯的中心到轉子外周的徑向距離從d軸到q軸逐漸減小。
如上所述，為了減小永磁鐵型旋轉電機的振動和噪音，需要抑制由電樞電流的諧波分量產生的諧波磁通并從而減小轉矩脈沖。電樞電流的諧波分量取決于供應給永磁鐵型旋轉電機端子的電壓波形和感生電動勢的波形，因此，使感生電動勢的波形接近正弦波是非常重要的。
本發(fā)明可以利用轉子鐵芯的外周形狀使永磁鐵型旋轉電機的感生電動勢的波形接近正弦波。因此，電樞電流的諧波分量被減小，從而顯著減小轉矩脈沖，因此，提供了一種低振動、低噪音的永磁鐵型旋轉電機。
本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將通過下面結合附圖對本發(fā)明的實施例的說明變得更加清楚。


圖1是根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例1的剖視圖；圖2是圖1中的轉子鐵芯的剖視圖；圖3是圖1中的轉子鐵芯的外周形狀的剖視圖；圖4表示根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的感生電動勢的波形；圖5是根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例2的轉子鐵芯的外周形狀的剖視圖；圖6是根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例3的轉子鐵芯的外周形狀的剖視圖；
圖7是根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例4的轉子鐵芯的外周形狀的剖視圖；圖8是根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例5的剖視圖；圖9是根據本發(fā)明的壓縮機的剖視結構圖；圖10根據現有技術的永磁鐵型旋轉電機的剖視圖。
具體實施例方式
現在，將參考附圖詳細地描述本發(fā)明的一個實施例。
(實施例1)圖1表示根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例1的徑向截面形狀，圖2表示根據本發(fā)明的實施例1的轉子的徑向截面形狀，圖3是根據本發(fā)明的實施例1的轉子外周形狀的剖視圖；圖4表示根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的感生電動勢的波形；圖10是永磁鐵型旋轉電機的一個比較例的結構的剖視圖。
永磁鐵型旋轉電機1包括一個定子2和一個轉子3。定子2包括一個包含有齒4和鐵芯背部5的定子鐵芯6，和同心電樞繞組8(包括U相繞組8A、V相繞組8B和W相繞組8C的三相繞組)，所述電樞繞組圍繞齒4布置于齒4之間的槽7中。轉子3具有永磁鐵14(表示出了四個極)，并且包括一個用于與一個軸(未示出)配合的軸孔，所述永磁鐵保持在形成于轉子鐵芯12中的永磁鐵插入孔13中。
被本發(fā)明所覆蓋的、用于壓縮機的永磁鐵型旋轉電機1通常會產生振動和噪音等問題。尤其，同心電樞繞組8是120度繞組(傳統分布的電樞繞組是180度的繞組，并且具有低的諧波磁通)，因此，具有高的諧波磁通，從而會產生引起振動和噪音的大的轉矩脈沖。
因此，如圖10所示，在比較例中，定子的齒25的頂部中心形成一個與轉子鐵芯12同心的圓，并且齒25的頂部兩端均形成一條直線，即遠離轉子3設置。這樣的結構減小了感生電動勢的諧波分量并因此減小了諧波電流，從而減小了諧波磁通和轉矩脈沖。然而，齒25的頂部兩端離轉子越遠，槽7的截面面積越小，因此導致必須減小電樞繞組8的單股直徑，或必須減小電樞繞組的匝數的問題。因此，齒25的頂部兩端不能設置得離轉子3太遠，因而振動和噪音不能充分減小。
因此，在本發(fā)明中，如圖3所示，轉子鐵芯12的外周形狀是繞不同于轉子鐵芯12中心O1的點O2、O3的弧線的組合。特別地，一個在轉子3的一個磁極的中心方向上延伸的軸線為d軸，一個在磁極之間偏離磁極的中心方向90個電角度的方向上延伸的軸線為q軸，從轉子鐵芯12的中心O1到轉子鐵芯外周的距離為r1，不同于中心O1的兩點被定義為O2、O3，因此，轉子鐵芯12的外周形狀成為繞點O2、O3的弧線的組合。點O2、O3相對于d軸對稱，并且從點O2、O3到轉子外周具有大體上相等的距離r2、r3，繞點O2、O3的弧線的圓周角α2、α3也大體相等。因此，從中心O1到轉子外周的徑向距離從d軸向q軸逐漸減小。
圖4表示當轉子按照圖3中所示的方式構成時一個感生電動勢的波形，和作為比照的當轉子鐵芯12的外周為一個繞中心O1的圓(同心圓)時的波形。當轉子鐵芯12的外周形狀是繞中心O1的同心圓時，感生電動勢的波形顯著畸變，并且波形畸變系數大約為19.3％。另一方面，在本發(fā)明中，波形畸變系數大約為2.7％，比較接近正弦波。
因此，本發(fā)明可使感生電動勢的波形接近一個正弦波，并可使通過電樞繞組8的諧波電流減小，進而使諧波磁通減小，從而減小轉矩脈沖并因此減小振動和噪音。
永磁鐵14向轉子的外周突出，但是永磁鐵14也可以形成其它形狀，只要是繞著不同于轉子鐵芯12的中心的兩個點的弧線的組合、并且從轉子鐵芯12的中心到轉子鐵芯12的外周徑向距離從d軸到q軸逐漸減小就可以。
(實施例2)圖5是根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例2的轉子外周形狀的剖視圖。
對于附圖中的轉子，與圖3中類似的部分采用類似的標號，并因此省略對其的說明。圖5與圖3的不同點是，轉子鐵芯12的外周形狀是一條與轉子3的中心O1同心的弧和一條與其不同心的弧的組合。具體而言，轉子的形狀是繞不同于中心O1的點O2、O3的弧線和一條繞中心O1的弧線的組合。為了使轉子的外周形狀在各磁極處相對于d軸對稱，繞點O2的弧線的半徑r2和繞點O3的弧線的半徑r3相等，并且繞點O2的弧線的圓周角α2和繞點O3的弧線的圓周角α3相等。
在這一結構中，轉子3的外周包括繞中心O1的弧線，以便將一個圓柱形部分插入到定子2和轉子3之間以利于定子2和轉子3的對正(可在定子2和轉子3之間獲得一個均勻的空氣隙)。
應當理解，除非繞中心O1的弧線的圓周角α2增加，否則可以獲得與圖3中所示實施例的類似的優(yōu)點。
(實施例3)圖6是根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例3的轉子的外周形狀的剖視圖。
對于附圖中的轉子，與圖3所示類似的部件采用類似的標號，并且省略對其的說明。圖6與圖3的不同點在于，轉子鐵芯12的外周形狀是長軸沿d軸方向的橢圓弧線的組合。在這種結構中，從轉子3的中心到轉子3的外周的徑向距離仍然從d軸向q軸逐漸減小，并且因此可獲得與圖3所示的實施例類似的優(yōu)點。
(實施例4)圖7是根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例4的轉子的外周形狀的剖視圖。
對于附圖中的轉子，與圖3所示類似的部分采用類似的標號，并且因此省略對其的說明。
圖7與圖3的不同點在于，永磁鐵14在轉子鐵芯12中被布置成V形，并且轉子鐵芯12的外周在q軸附近被切去。
例如，當永磁鐵14被布置成所示的V形而不切去轉子鐵芯時，永磁鐵的磁通傾向于在q軸附近衍射通過轉子鐵芯12的外周而減小互聯電樞繞組8的磁通。因此，靠近q軸的轉子鐵芯12外周被切去(轉子形成一個朝向外周的凹槽)，從而防止永磁鐵14的磁通縮短。
在這種情況下，如果轉子鐵芯12的外周形狀是繞不同于中心O1的點O2和O3的弧線的組合，并且從中心O1到轉子鐵芯12的外周的徑向距離從d軸向q軸逐漸減小，則可以獲得類似實施例1的優(yōu)點。
(實施例5)圖8是根據本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機的實施例5的剖視圖。
對于附圖中的永磁鐵型旋轉電機，與圖1所示類似的部分采用類似的標號，并且因此省略對其的說明。
在圖8中，轉子3的結構與圖1中的相同，但是定子2的結構不同。尤其是，圖8與圖1的不同點在于，定子的齒25的頂部中心形成與轉子鐵芯12同心的圓，并且齒25的頂部兩端形成一條直線，即遠離轉子3布置。
在這樣的結構中，定子2的形狀還使得感生電動勢的波形接近一個正弦波，從而使感生電動勢的波形比圖1所示的情況更加接近正弦波，以便減小電樞電流的諧波分量，并因此減小諧波磁通。因此，轉矩脈沖也被減小，以便顯著減小振動和噪音。
(實施例6)圖9是根據本發(fā)明的壓縮機的剖視結構。
該壓縮機有一個豎立于固定渦卷件60的一個端板61上的螺旋卷62，其與一個豎立于一個樞轉渦卷件63的端板64上的螺旋卷65嚙合，并且該樞轉渦卷件63由一個曲柄軸72旋轉，以便進行壓縮。在由固定渦卷件60和樞轉渦卷件63形成的壓縮室66(66a、66b…)中，當樞轉渦卷件63被旋轉時，最外側的壓縮室向螺旋件60、63的中心移動，并且其容積逐漸減小。當壓縮室66a、66b達到渦卷件60、63的中心附近時，在壓縮室66中的壓縮空氣從一個與壓縮室66連通的排出孔67排出。排出的壓縮空氣通過一個設置在固定渦卷件60和一個支架68中的氣體通道(未示出)到達支架68下面的一個壓縮容器69，從壓縮機排出的空氣通過一個設置在壓縮容器69的側壁上的排出管70排出。在這種壓縮機中，壓縮容器69包括一個驅動馬達71，該驅動馬達71由一個單獨設置的變換器(未示出)控制而以一定旋轉速度旋轉，以便進行壓縮。該驅動馬達71是一個包括一個定子2和一個轉子3的永磁鐵型旋轉電機。
在這種方式中，當永磁鐵型旋轉電機1被用作一個用于壓縮機等的驅動馬達時，其運行由一個控制器(變換器)控制。如上所述，電樞電流的波形取決于永磁鐵型旋轉電機1的端電壓(從控制器提供的電壓)的波形和永磁鐵型旋轉電機1的感生電動勢的波形。因此，電樞電流的諧波分量可以通過使感生電動勢的波形接近一個正弦波而被減小。電樞電流的諧波分量可以通過用一個輸出電壓的波形為正弦波的控制器操作永磁鐵型旋轉電機而被進一步減小。因此，本發(fā)明中所述的永磁鐵型旋轉電機與輸出電壓的波形為正弦波的控制器的組合，可以顯著減小振動和噪音。
壓縮機被用作空調、冰箱或冷柜的驅動源，并且常年使用。因此，考慮到全球變暖的問題，該壓縮機最重要的是節(jié)省能量。采用永磁鐵型旋轉電機作為驅動源，可以通過增加旋轉電機的效率來節(jié)省能量，但不能用來減小噪音。另一方面，當本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機被用于驅動源時，其可以減小噪音并解決環(huán)境問題，從而提供一種效率提高且實現節(jié)能目的的壓縮機。
在空調中采用以本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機作為驅動源的壓縮機，可以提供符合Top Runner標準的空調。
在冰箱中采用以本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機作為驅動源的壓縮機，可以提供符合Top Runner標準的電冰箱。
在冷柜中采用以本發(fā)明的永磁鐵型旋轉電機作為驅動源的壓縮機，可以提供符合Top Runner標準的冷柜。
本發(fā)明提供了一種解決了振動和噪音問題的永磁鐵型旋轉電機。
本領域人員通過前述對本發(fā)明實施例的描述可以進一步理解，在本發(fā)明中可以進行各種變化和改變而不超出本發(fā)明的主旨和權利要求的范圍。
權利要求
1.一種永磁鐵型旋轉電機，包括一個具有電樞繞組的定子，所述電樞繞組布置在多個形成于定子鐵芯中的槽中；一個具有永磁鐵的轉子，所述永磁鐵保持在形成于一個轉子鐵芯中的多個永磁鐵插入孔中，其中，轉子鐵芯的外周表面以下述方式構成，即，令在轉子的一個磁極的中心方向上延伸的軸線為d軸，并令在磁極之間的一個偏離所述磁極中心方向90個電角度的方向上延伸的軸線為q軸，則從轉子鐵芯的中心到轉子外周的徑向距離從d軸向q軸逐漸減小。
2.一種永磁鐵型旋轉電機，包括一個具有同心電樞繞組的定子，所述同心電樞繞組圍繞形成于定子鐵芯中的多個槽內的齒布置；一個具有永磁鐵的轉子，所述永磁鐵保持在多個形成于轉子鐵芯中的永磁鐵插入孔中，其中，轉子鐵芯外周表面以下述方式構成，即，令在轉子的一個磁極的中心方向上延伸的軸線為d軸，并令在磁極之間的一個偏離磁極中心方向90個電角度的方向上延伸的軸線為q軸，則從轉子鐵芯的中心到轉子外周的徑向距離從d軸到q軸逐漸減小。
3.如權利要求1所述的永磁鐵型旋轉電機，其中，所述轉子鐵芯的外周形狀在各磁極處由至少兩個弧線形成。
4.如權利要求1所述的永磁鐵型旋轉電機，其中，所述轉子鐵芯的外周形狀是一條與所述轉子鐵芯中心同心的弧線和一條不與所述轉子鐵芯的中心同心的弧線的組合，并且靠近d軸的部分由所述與轉子鐵芯的中心同心的弧線形成。
5.如權利要求1所述的永磁鐵型旋轉電機，其中，所述轉子鐵芯的外周形狀在各磁極處由一個橢圓弧形成。
6.如權利要求1所述的永磁鐵型旋轉電機，其中，所述轉子鐵芯的外周形狀在靠近q軸處向著所述轉子鐵芯的外周形成一個凹槽。
7.如權利要求1所述的永磁鐵型旋轉電機，其中，兩種或多種具有不同間隙長度的間隙表面形成于所述定子鐵芯的齒的內周表面上，并且在所述各齒頂部的端部處的間隙長度大于在其中心處的間隙長度。
8.如權利要求1所述的永磁鐵型旋轉電機，其中，所述永磁鐵型旋轉電機的運行是由一個馬達控制器控制的，所述馬達控制器輸出的電壓的波形為正弦波。
9.一種壓縮機，其驅動源是權利要求1所述的永磁鐵型旋轉電機。
10.一種壓縮機，其驅動源是權利要求2所述的永磁鐵型旋轉電機。
11.一種壓縮機，其驅動源是權利要求3所述的永磁鐵型旋轉電機。
12.一種壓縮機，其驅動源是權利要求4所述的永磁鐵型旋轉電機。
13.一種壓縮機，其驅動源是權利要求5所述的永磁鐵型旋轉電機。
14.一種壓縮機，其驅動源是權利要求6所述的永磁鐵型旋轉電機。
15.一種壓縮機，其驅動源是權利要求7所述的永磁鐵型旋轉電機。
16.一種壓縮機，其驅動源是權利要求8所述的永磁鐵型旋轉電機。
17.一種采用權利要求9所述的壓縮機的空調機。
18.一種采用權利要求10所述的壓縮機的空調機。
19.一種采用權利要求11所述的壓縮機的空調機。
20.一種采用權利要求12所述的壓縮機的空調機。
21.一種采用權利要求13所述的壓縮機的空調機。
22.一種采用權利要求14所述的壓縮機的空調機。
23.一種采用權利要求15所述的壓縮機的空調機。
24.一種采用權利要求16所述的壓縮機的空調機。
25.一種采用權利要求9所述的壓縮機的冰箱。
26.一種采用權利要求10所述的壓縮機的冰箱。
27.一種采用權利要求11所述的壓縮機的冰箱。
28.一種采用權利要求12所述的壓縮機的冰箱。
29.一種采用權利要求13所述的壓縮機的冰箱。
30.一種采用權利要求14所述的壓縮機的冰箱。
31.一種采用權利要求15所述的壓縮機的冰箱。
32.一種采用權利要求16所述的壓縮機的冰箱。
33.一種采用權利要求9所述的壓縮機的冷柜。
34.一種采用權利要求10所述的壓縮機的冷柜。
35.一種采用權利要求11所述的壓縮機的冷柜。
36.一種采用權利要求12所述的壓縮機的冷柜。
37.一種采用權利要求13所述的壓縮機的冷柜。
38.一種采用權利要求14所述的壓縮機的冷柜。
39.一種采用權利要求15所述的壓縮機的冷柜。
40.一種采用權利要求16所述的壓縮機的冷柜。
全文摘要
一種永磁鐵型旋轉電機，包括一個具有電樞繞組的定子，所述電樞繞組布置在幾個形成于定子鐵芯中的槽中；一個具有永磁鐵的轉子，所述永磁鐵保持在形成于一個轉子鐵芯中的多個永磁鐵插入孔中，其中，轉子鐵芯的外周表面的結構為，在各磁極處，為繞不同于轉子中心的兩點的弧線的組合，其方式為，令在轉子的一個磁極中心方向上延伸的軸線為d軸，并令在磁極之間的一個偏離磁極中心方向90個電角度的方向上延伸的軸線為q軸，則從轉子鐵芯的中心到轉子外周的徑向距離從d軸向q軸逐漸減小。
文檔編號F04B35/04GK1411126SQ0211612
公開日2003年4月16日 申請日期2002年4月19日 優(yōu)先權日2001年10月5日
發(fā)明者高畑良一, 湧井真一, 小原木春雄, 菊地聰, 高橋身佳 申請人:株式會社日立制作所