永磁式旋转机械制造技术

本发明专利技术提供一种在提高永磁式旋转机械的效率的同时，能够降低齿槽转矩的技术。在被设置于转子的主磁极部的磁铁插入孔，插入有永久磁铁。转子的外周面由与ｄ轴交叉的第一外周面和与ｑ轴交叉的第二外周面构成。第二外周面的曲线形状的曲率半径设定得比第一外周面的曲线形状的曲率半径大。在第二外周面，在与磁铁插入孔的转子外周侧端壁对向的位置，形成有凹部。在将第一外周面的开角（机械角）设为θ、将转子的极对数设为Ｐ、将凹部的开角（机械角）设为Ａ时，以满足［（７４／Ｐ）°≤θ≤（８６／Ｐ）°］以及［（１６／Ｐ）°≤Ａ≤（４８／Ｐ）°］的方式构成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种永磁式旋转机械，特别是涉及一种将永久磁铁插入了被设置在转子上的磁铁插入孔中的永磁式旋转机械。
技术介绍
作为驱动被设置在空气调节机(空调设备)或者电冰箱等的压缩机的电动机、驱动车辆的电动机、驱动被安装在车辆上的车载设备的电动机，使用了其转子的磁铁插入孔中被插入了永久磁铁的永磁式电动机。这种永磁式电动机通常被称为“永久磁铁埋入式电动机(IPM Motor)”。在永久磁铁埋入式电动机，在定子上设置有形成收容定子绕线的槽的齿。在转子外周面和齿前端面之间形成间隙的状态下，转子能够旋转地被配置。此外，在转子上设置有主磁极部和辅助磁极部。在主磁极部设置有插入永久磁铁的磁铁插入孔。由此，能够利用由永久磁铁的磁通所产生的磁转矩(magnet torque)、和由辅助磁极部的凸极性所产生的磁阻转矩这两者。现有的永久磁铁埋入式电动机的转子的外周面，从与转子的轴方向成直角的截面来看，形成为圆形形状。在使用了这种转子的永久磁铁埋入式电动机中，主磁极部和辅助磁极部的交界处，在通过配置了齿的位置时，流过齿的磁通有可能发生急剧的变化。由于流过齿的磁通急剧地变化，从而产生声音或者振动。为了防止流过齿的磁通发生急剧的变化，提案有具有图16～图19所示的转子的永久磁铁埋入式电动机。图16以及图17是表示了公开在JP特开平7-222384号公报上的、在定子的槽内以分布卷绕方式收容定子绕线的形式的永久磁铁埋入式电动机。图18以及图19是表示了公开在JP特开2002-78255号公报上的、在定子的槽内以集中卷绕方式收容定子绕线的形式的永久磁铁埋入式电动机。图16所示的永久磁铁埋入式电动机具有设置有齿T1～Tn的定子540和转子550。在转子550的各主磁极部设置有插入了永久磁铁552a～552d的磁铁插入孔551a～551d。转子550的外周面，从与转子550的轴方向成直角的截面来看，由圆弧形状的外周面550a～550d构成。外周面550a～550d形成为以K为中心、以R1为半径的圆弧形状，其中K位于连接转子550的中心O和主磁极部的圆周方向中央部的线(称为“d轴”)上，并且是从中心O离开至磁铁插入孔551a～551d侧的位置。图18所示的永久磁铁埋入式电动机，具有与图16所示的转子550结构相同的转子750、和设置有具有比图16所示的齿的宽度大的宽度的齿的定子740。图17所示的永久磁铁埋入式电动机具有设置有齿T1～Tn的定子640和转子650。在转子650的各主磁极部设置有插入了永久磁铁652a1、652a2～652d1、652d2的磁铁插入孔651a1、651a2～651d1、651d2。转子650的外周面，从与转子650的轴方向成直角的截面来看，由外周面650a～650d和外周面650ab～650da构成。外周面650a～650d，与主磁极部的d轴交叉，被形成以转子650的中心O为中心、半径为R的圆弧形状。外周面650ab～650da，与连接转子650的中心O和辅助磁极部的圆周方向中央部的线(称为“q轴”)交叉，具有从圆弧形状的外周面650a～650d开始被切成V字状的形状。图19所示的永久磁铁埋入式电动机，具有与图17所示的转子650结构相同的转子850、和设置有具有比图17所示的齿的宽度大的宽度的齿的定子840。图16～图19所示的永久磁铁埋入式电动机，通过从反相器等电源装置向定子绕线供给电力来旋转转子。在图16所示的转子550，如果离开主磁极部的d轴附近，则从转子550的中心O到转子550的外周面的距离变短。即，如果离开d轴附近，则转子550的外周面与定子540的各齿T1～Tn的前端面(齿前端面)之间的距离(“间隙”)变大。因此，磁通集中(磁通X1)到转子550的外周面与各齿的前端面之间的间隙短的d轴附近(在图16中为与齿T1对向的位置)，容易磁饱和。如果d轴附近磁饱和了，则磁通会经由齿T2、Tn而流过。在此，转子550的外周面与定子T2、Tn的前端面之间的间隙比转子550的d轴附近的外周面与齿T1的前端面之间的间隙长，因此经由齿T2、Tn流过的磁通减少。在图18所示的转子750，同样地，磁通也集中到转子750的外周面与各齿的前端面之间的间隙短的d轴附近，容易磁饱和。如果d轴附近磁饱和了，则磁通经由齿T1的前端面的圆周方向端部而流过。此时，因为磁通经由转子750的外周面与齿T1的前端面之间的距离长的间隙而流过，所以流过齿T1的磁通减少。如果磁通减少，则定子绕线的感应电压降低。为了补偿定子绕线的感应电压的低下，有必要增加定子绕线的圈数。但是，如果增加定子绕线的圈数，势必会增大定子绕线的铜损，降低电动机的效率。在图17所示的转子650，外周面650a～650d被形成为以转子650的中心O为中心的半径为R的圆弧形状。因此，不会如图16所示的转子550那样地将磁通集中到d轴附近。但是，在形成为圆弧形状的外周面650a～650d与呈V字状凹陷的外周面650ab～650da的交界处附近，磁通的量会发生很大变化。因此，定子绕线的感应电压的波形所包含的高次谐波成分变多。在图19所示的转子850，同样地，在形成为圆弧形状的外周面850a～850d与被切成V字状的外周面850ab～850da的交界处附近，磁通的量也会发生很大变化。因此，定子绕线的感应电压的波形所包含的高次谐波成分变多。近年来，作为永久磁铁埋入式电动机的控制方式，采用没有使用用于检测转子的旋转位置的转子位置检测传感器的无传感器(sensor-less)控制方式。在此无传感器控制方式中，假定定子绕线的感应电压的波形为正弦波，利用输入电压和输入电流计算出转子的旋转位置。在使用这种无传感器控制方式时，如果定子绕线的感应电压的波形所包含的高次谐波成分变多，则转子的旋转位置的计算精度会降低。此时，不能进行最佳控制，会降低永久磁铁埋入式电动机的效率。与分布卷绕方式相比，使用集中卷绕方式能够更高效地将定子绕线收容在槽内。并且，来自槽的定子绕线的露出量少。如果来自槽的定子绕线的露出量少，则定子绕线的铜损少。并且，与分布卷绕方式相比，使用集中卷绕方式时，沿齿端部(从齿本体部向圆周方向两侧凸出的端部)的圆周方向的长度比分布卷绕方式长。所以，与分布卷绕方式相比，齿端部容易磁饱和。与集中卷绕方式相比，由于使用分布卷绕方式时，来自槽的定子绕线的露出量多，所以定子绕线的铜损多。并且，与集中卷绕方式相比，使用分布卷绕方式时，与转子的1极的主磁极部对向的定子的齿的数量多。因此，从定子的齿流过转子的磁通、或者从转子流过定子的齿的磁通被分散，从而减少了向齿端部的磁通的集中。因此，与集中卷绕方式相比，在齿端部的磁通的疏密差变小，声音和振动都低(例如低了10dB左右)。并且，因为在齿端部的磁通的集中减少了，所以没必要考虑永久磁铁的局部上的减磁。由此，能够使磁化方向上的磁铁的厚度变薄，并且降低永久磁铁的使用量。无论采用哪一种方式，都要根据安装有永久磁铁埋入式电动机的设备所要求的特性来选择。在使用了分布卷绕方式或者集中卷绕方式的任一个的情况下，在上述的永久磁铁埋入式电动机，由于磁通集中在转子的特定部位、或者特定部位的磁通量的变化大，所以效率会降低。另外，本申请人，开发并申请了能够提高效率的永本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁式旋转机械，其具备定子和转子，在上述定子上设置有具有与上述转子的外周面对向的前端面的齿，在上述转子上，从与轴方向成直角的截面来看，在圆周方向交互地配置有主磁极部和辅助磁极部，在上述主磁极部设置有插入了永久磁铁的磁铁插入孔，其特征在于，上述转子的外周面，从与轴方向成直角的截面来看，具有：第一外周面，其与主磁极部的ｄ轴交叉，并具有在外周方向形成为凸状的第一曲线形状，第二外周面，其与辅助磁极部的ｑ轴交叉，并具有在圆周方向形成为凸状的第二曲线形状， 上述第二曲线形状的曲率半径被设定为大于上述第一曲线形状的曲率半径，在上述第二外周面，在与上述磁铁插入孔的外周侧端壁对向的位置上形成有凹部，在将上述第一外周面的开角设为θ、将上述转子的极对数设为Ｐ、将上述凹部的开角设为Ａ时 ，以满足［（７４／Ｐ）°≤θ≤（８６／Ｐ）°］以及［（１６／Ｐ）°≤Ａ≤（４８／Ｐ）°］的方式构成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大熊繁，道木慎二，富田睦雄，佐藤光彦，金子清一，
申请(专利权)人：爱知ELEC株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]