(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、低振動・低騒音な永久磁石式回転電機及びそれを用いた圧縮機を提供することにある。【解決手段】  本発明では低振動・低騒音な永久磁石式回転電機及びそれを用いた圧縮機を提供するために、電機子反作用を考慮して機内磁束における高調波成分を十分に低減し、且つ機内の径方向電磁加振力が圧縮機のフレームに伝わりがたい固定子鉄心形状を構成したものである。【効果】  本発明によれば、機内磁束の高調波成分を低減して脈動トルクの低減、比較的中域の径方向電磁加振力が大きくなる回転子断面から圧縮機のフレームに伝わる振動を抑制することができ、中域の周波数帯にある聴感を大幅に改善させる永久磁石式回転電機、及び圧縮機を提供できる。【選択図】図４
2010110142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、
回転子鉄心中の複数の永久磁石挿入孔に永久磁石を配置した回転子と、前記固定子の内周にギャップを介した回転軸を備えた永久磁石式回転電機において、
前記固定子鉄心の外周部はフレームに当接して固定され、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、
前記回転子は該回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔が軸方向位置に位置し、該磁極の鉄心外周面に複数のギャップを設け、前記ｄ軸側のギャップ長より前記ｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が前記ｄ軸中心に対して逆回転側が大きくなるように配置された第１の磁極鉄心の第１の積層部と、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が前記ｄ軸中心に対して回転方向側が大きくなるように配置された第２の磁極鉄心の第２の積層部を前記回転軸の軸方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、前記第１の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積は、前記第２の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成し、前記第１の積層部と前記第２の積層部の軸方向の積厚比率が異なることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心中の複数の永久磁石挿入孔に永久磁石を配置した回転子と、前記固定子の内周にギャップを介した回転軸を備えた永久磁石式回転電機において、
前記固定子鉄心の外周部はフレームに当接して固定され、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子は該回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔が軸方向位置に位置し、該磁極の鉄心外周面に複数のギャップを設け、前記ｄ軸側のギャップ長より前記ｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が前記ｄ軸中心に対して逆回転側が大きくなるように配置された第１の磁極鉄心の第１の積層部と、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が該ｄ軸中心に対して回転方向側が大きくなるように配置された第２の磁極鉄心の第２の積層部を前記回転軸の軸方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、前記第１の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積は、前記第２の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成し、前記第１の積層部の積厚比率が前記第２の積層部よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心中の複数の永久磁石挿入孔に永久磁石を配置した回転子と、前記固定子の内周にギャップを介した回転軸を備えた永久磁石式回転電機において、
前記固定子鉄心の外周部はフレームに当接して固定され、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子は該回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔が軸方向位置に位置し、該磁極の鉄心部に複数の磁極スリットを形成し、該磁極の鉄心外周面に複数のギャップを設け、前記ｄ軸側のギャップ長より前記ｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が前記ｄ軸中心に対して逆回転側が大きくなるように配置された第１の磁極鉄心の第１の積層部と、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が前記ｄ軸中心に対して回転方向側が大きくなるように配置された第２の磁極鉄心の第２の積層部を前記回転軸の軸方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、前記第１の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積は、前記第２の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成し、前記第１の積層部の積厚比率は前記第２の積層部よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の永久磁石式回転電機において、
前記固定子鉄心の外周部の一部が焼き嵌めあるいは圧入により前記フレームに当接して固定され、前記第１の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心外周の一部が前記フレームと当接している面積を、前記第２の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の永久磁石式回転電機において、
前記固定子鉄心の外周部の一部が焼き嵌めあるいは圧入により前記フレームに当接して固定され、前記第１の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心の外径が、前記第２の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心の外径よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５に記載の永久磁石式回転電機において、
前記固定子鉄心の外周部の一部が焼き嵌めあるいは圧入により前記フレームに当接して固定され、前記第１の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心の外径の一部が、前記第２の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心の外径よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６に記載の永久磁石式回転電機において、
前記第１の磁極鉄心または前記第２の磁極鉄心のどちらか一方を軸方向にＮ個のブロック、もう一方を軸方向に（Ｎ−１）個のブロックで各々分割し、前記第１の積層部の分割ブロックと前記第２の積層部の分割ブロックを前記回転子鉄心の軸方向に対して交互に配置されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項８】
請求項７記載の永久磁石式回転電機において、
Ｎ個で分割される前記第１の積層部または前記第２の積層部のどちらか一方を軸方向にＮ＝２分割し、該軸方向に（Ｎ−１）分割される積層グループは軸方向に（Ｎ−１）＝１分割したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項９】
請求項７記載の永久磁石式回転電機において、
前記ＮはＮ＝３であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９に記載の永久磁石式回転電機において、
前記第１の積層部の軸方向の積厚比率をＬ１、前記第２の積層部の軸方向の積厚比率をＬ２、前記回転子の回転方向を回転軸に対して反時計周りとしたとき、
Ｌ２＜Ｌ１，５０％＜Ｌ１＜８５％
なる関係に構成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０に記載の永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石挿入孔間が略Ｖ字状に配置されたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１２】
請求項３ないし請求項１１に記載の永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石挿入孔上部に形成した該磁極スリットを傾斜させたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１３】
請求項３ないし請求項１２に記載の永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石挿入孔上部に形成した該磁極スリットを傾斜させ、各該磁極スリットの側面の延長線が磁極中心線上近傍で交わるようにしたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１４】
請求項３ないし請求項１３に記載の永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石挿入孔上部に形成した該磁極スリットを磁極中心線に対して対称に設けたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４に記載の永久磁石式回転電機において、
前記ギャップ長の小さな該磁極鉄心の開度を電気角で略９０度から略１２０度の範囲内にしたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５に記載の永久磁石式回転電機において、
前記回転子の極数と前記固定子のスロット数との比が２：３であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６に記載の永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心に埋設される永久磁石の形状が、前記回転子の軸に対して一文字状であるかもしくは該回転子の軸に対して凸のＶ字形状であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７に記載の永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心の外周面にカット形状を施して磁極面を形成するとともに、該カット形状が略直線状カットと略円弧状カットを組み合せたものであることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１８に記載の永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心の外周面にカット形状を施して磁極面を形成するとともに、該カット形状が略Ｖ字形状を複数個組み合せた凹部と一つの略円弧状凹部とを有するものであることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１９に記載の永久磁石式回転電機のいずれかを搭載した圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁用の永久磁石を回転子に備えている永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石式回転電機においては、固定子巻線に集中巻が、界磁には希土類のネオジムの永久磁石がそれぞれ採用され、高効率化を達成している。また、磁石材の高磁束密度化に伴い、振動・騒音成分も顕在化しており、それに対して種々対策も講じられている。
【０００３】
例えば、〔特許文献１〕に記載の永久磁石式回転電機においては、回転子に埋設した永久磁石の外周側から回転子外周側へと伸びた複数のスリットを設けるとともに、回転子の外周に複数のギャップ面を設け、このギャップ面を軸方向に段階的にずらして配置させる方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
集中巻固定子の採用，高磁束密度磁石の採用により、永久磁石式同期電動機の効率は飛躍的に向上した。その反面、分布巻固定子に対し集中巻固定子では、原理的に高調波磁束が増加することに加え、その高調波磁束を高磁束密度の永久磁石が助長する結果となる。つまり、電動機そのものの振動や騒音も増加しており、特に、圧縮機に組み込んだ場合に最も耳障りとされている中域の周波数帯が顕在化する問題が発生していた。
【０００６】
これに対し、特許文献１では、回転子に埋設した永久磁石の外周側から回転子外周側へと伸びた複数のスリットを設けるとともに、回転子の外周に複数のギャップ面を設け、このギャップ面を軸方向に段階的にずらして配置した、いわゆるスキュー構造とすることで、ギャップ面における高調波磁束を低減させている。これらにより、誘導起電力波形を正弦波化して電機子電流を正弦波化でき、誘導起電力と電機子電流との相互作用によって生じる脈動トルクおよび径方向電磁加振力の低減、また軸方向に磁束の変化を持たせることで、ギャップ部の高調波磁束が減少し、振動や騒音に起因する高調波成分を低減している。
【０００７】
しかしながら、上記従来技術の特許文献１の方式では比較的低域の周波数帯と比較的高域の周波数帯に生じている騒音は低減できるものの、問題となる中域の周波数帯の騒音に対しては十分に低減できているとは言えなかった。
【０００８】
この理由は、特許文献１の場合、回転子の作る磁束としては高調波成分を低減しているものの、実際には固定子の作る磁束と合わさった機内磁束の高調波成分を十分に低減できていなかったためである。
【０００９】
ここで、圧縮機の低騒音化のためには、電動機自体の振動を小さくするか、電動機の振動が圧縮機のフレームに伝わらないようにする必要がある。電動機の振動を小さくするためには、上述のように機内磁束の高調波成分を低減して脈動トルクや径方向電磁加振力を小さくすること等が有効と考えられる。
【００１０】
一方、電動機の振動が圧縮機のフレームに伝わらないようにするためには、振動要因を減衰させる機能を持たせた電動機構造および固定方法が有効と考えられる。
【００１１】
したがって、圧縮機の低騒音化のためには、電機子反作用を考慮して機内磁束における高調波成分を十分に低減し、且つ機内の径方向電磁加振力が圧縮機のフレームに伝わりがたい固定子鉄心形状とすることが非常に重要である。
【００１２】
本発明の目的は、電動機効率などの性能を低下させることなく、低振動・低騒音な永久磁石式回転電機及びそれを用いた圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心中の複数の永久磁石挿入孔に永久磁石を配置した回転子が、前記固定子の内周にギャップを介した回転軸を備えた永久磁石式回転電機において、前記固定子鉄心の外周部はフレームに当接して固定され、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子は該回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔が軸方向位置に位置し、該磁極の鉄心外周面に複数のギャップを設け、前記ｄ軸側のギャップ長より前記ｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が前記ｄ軸中心に対して逆回転側が大きくなるように配置された第１の磁極鉄心の第１の積層部と、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が該ｄ軸中心に対して回転方向側が大きくなるように配置された第２の磁極鉄心の第２の積層部を前記回転軸の軸方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、前記第１の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積は、前記第２の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成し、前記第１の積層部と前記第２の積層部の軸方向の積厚比率が異なることを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明は固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心中の複数の永久磁石挿入孔に永久磁石を配置した回転子と、前記固定子の内周にギャップを介した回転軸を備えた永久磁石式回転電機において、前記固定子鉄心の外周部はフレームに当接して固定され、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子は該回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔が軸方向位置に位置し、該磁極の鉄心外周面に複数のギャップを設け、前記ｄ軸側のギャップ長より前記ｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が前記ｄ軸中心に対して逆回転側が大きくなるように配置された第１の磁極鉄心の第１の積層部と、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が該ｄ軸中心に対して回転方向側が大きくなるように配置された第２の磁極鉄心の第２の積層部を前記回転軸の軸方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、前記第１の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積は、前記第２の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成し、前記第１の積層部の積厚比率が前記第２の積層部よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明は固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心中の複数の永久磁石挿入孔に永久磁石を配置した回転子と、前記固定子の内周にギャップを介した回転軸を備えた永久磁石式回転電機において、前記固定子鉄心の外周部はフレームに当接して固定され、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子は該回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔が軸方向位置に位置し、該磁極の鉄心部に複数の磁極スリットを形成し、該磁極の鉄心外周面に複数のギャップを設け、前記ｄ軸側のギャップ長より前記ｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が前記ｄ軸中心に対して逆回転側が大きくなるように配置された第１の磁極鉄心の第１の積層部と、該複数のギャップ面から構成される等価ギャップ長が前記ｄ軸中心に対して回転方向側が大きくなるように配置された第２の磁極鉄心の第２の積層部を前記回転軸の軸方向に重ね合わせて前記回転子鉄心を構成し、前記第１の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積は、前記第２の磁極鉄心と径方向の同一断面上の前記固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成し、前記第１の積層部の積厚比率は前記第２の積層部よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記固定子鉄心の外周部の一部が焼き嵌めあるいは圧入により前記フレームに当接して固定され、前記第１の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心外周の一部が前記フレームと当接している面積を、前記第２の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心外周が前記フレームと当接している面積よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成したことを特徴とするものである。
【００１７】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記固定子鉄心の外周部の一部が焼き嵌めあるいは圧入により前記フレームに当接して固定され、前記第１の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心の外径が、前記第２の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心の外径よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記固定子鉄心の外周部の一部が焼き嵌めあるいは圧入により前記フレームに当接して固定され、前記第１の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心の外径の一部が、前記第２の磁極鉄心と径方向に同一断面上の該固定子鉄心の外径よりも大きく、前記フレームと前記固定子の当接部の当接面積が前記固定子鉄心の軸方向位置で異なるように構成したことを特徴とするものである。
【００１９】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記第１の磁極鉄心または前記第２の磁極鉄心のどちらか一方を軸方向にＮ個のブロック、もう一方を軸方向に（Ｎ−１）個のブロックで各々分割し、前記第１の積層部の分割ブロックと前記第２の積層部の分割ブロックを前記回転子鉄心の軸方向に対して交互に配置されていることを特徴とするものである。
【００２０】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、Ｎ個で分割される前記第１の積層部または前記第２の積層部のどちらか一方を軸方向にＮ＝２分割し、該軸方向に（Ｎ−１）分割される積層グループは軸方向に（Ｎ−１）＝１分割したことを特徴とするものである。
【００２１】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記ＮはＮ＝３であることを特徴とするものである。
【００２２】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記第１の積層部の軸方向の積厚比率をＬ１、前記第２の積層部の軸方向の積厚比率をＬ２、前記回転子の回転方向を回転軸に対して反時計周りとしたとき、Ｌ２＜Ｌ１，５０％＜Ｌ１＜８５％との関係に構成したことを特徴とするものである。
【００２３】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記永久磁石挿入孔間が略Ｖ字状に配置されたことを特徴とするものである。
【００２４】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記永久磁石挿入孔上部に形成した該磁極スリットを傾斜させたことを特徴とするものである。
【００２５】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記永久磁石挿入孔上部に形成した該磁極スリットを傾斜させ、且つ各該磁極スリットの側面の延長線が磁極中心線上近傍で交わるようにしたことを特徴とするものである。
【００２６】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記永久磁石挿入孔上部に形成した該磁極スリットを磁極中心線に対して対称に設けたことを特徴とするものである。
【００２７】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記ギャップ長の小さな該磁極鉄心の開度を電気角で略９０度から略１２０度の範囲内にしたことを特徴とするものである。
【００２８】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記回転子の極数と前記固定子のスロット数との比が２：３であることを特徴とするものである。
【００２９】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心に埋設される永久磁石の形状が、前記回転子の軸に対して一文字状であるかもしくは該回転子の軸に対して凸のＶ字形状であることを特徴とするものである。
【００３０】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心の外周面にカット形状を施して磁極面を形成するとともに、該カット形状が略直線状カットと略円弧状カットを組み合せたものであることを特徴とするものである。
【００３１】
更に、本発明は永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心の外周面にカット形状を施して磁極面を形成するとともに、該カット形状が略Ｖ字形状を複数個組み合せた凹部と一つの略円弧状凹部とを有するものであることを特徴とするものである。
【００３２】
更に、本発明は上述した永久磁石式回転電機を搭載した圧縮機を提供するものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、機内磁束の高調波成分を低減して脈動トルクの低減、比較的中域の径方向電磁加振力が大きくなる回転子断面から圧縮機のフレームに伝わる振動を抑制することができ、中域の周波数帯にある聴感を大幅に改善させる永久磁石式回転電機、及び圧縮機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施例を図１〜図１２を用いて詳細に説明する。各図中において、共通する符号は同一物を示す。また、ここでは４極の永久磁石式回転電機について示し、回転子の極数と固定子のスロット数との比を２：３としたが、他の極数，スロット数との比でもほぼ同様の効果を得ることができる。
【実施例１】
【００３５】
図７には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の固定子鉄心形状を示す断面図を示す。図８には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の固定子鉄心形状を示す図を示す。図１２には本発明に係わる圧縮機の断面構造を、表１には各種回転電機構造における圧縮機の聴感試験結果をそれぞれ示す。
【００３６】
図１は本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の断面図を示したものである。
【００３７】
図１において、永久磁石式回転電機１は固定子２と回転子３から構成される。固定子２はティース４とコアバック５からなる固定子鉄心６と、ティース４間のスロット７内にはティース４を取り囲むように巻装された集中巻の電機子巻線８（三相巻線のＵ相巻線８ａ，Ｖ相巻線８ｂ，Ｗ相巻線８ｃからなる）から構成される。ここで、永久磁石式回転電機１は４極６スロットであるから、スロットピッチは電気角で１２０度である。また、固定子鉄心６の外周形状は外径をΦＤ１，ΦＤ２のように複数有する構成とし、ΦＤ１＞ΦＤ２の関係となるように配置している。
【００３８】
図２，図３は本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の回転子鉄心形状を示す断面図を示したものである。また、図４には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の回転子鉄心形状の立体的な図を示す。
【００３９】
図２において、回転子３はシャフト孔１５を形成した回転子鉄心１２の外周表面近傍に一文字形状の永久磁石挿入孔１３を形成し、永久磁石挿入孔１３中に希土類のネオジム永久磁石１４を固定している。永久磁石１４の磁束軸がｄ軸となり、ｄ軸と電気角で９０°隔てられた磁極間に位置する軸がｑ軸となる。ここで、隣接する永久磁石１４の磁極間のｑ軸上には凹部１１が設けられている。また、回転子鉄心１２の外周形状はギャップ面をｇ１，ｇ２のように複数有する構成となっている。
【００４０】
図２（ａ）（ｂ）、図４において、回転子鉄心１２は、図２（ａ）に示す回転子断面Ａと図２（ｂ）に示す回転子断面Ｂとが図４に示すように周方向に対し、階段状にＶ字をなすように積層されている。また、図４に示すように回転子の回転方向を回転軸に対して反時計回りとした場合、回転子断面Ａはギャップ面ｇ２をｄ軸を中心に右側（逆回転方向：時計回り方向）に設け、一方、回転子断面Ｂではギャップ面ｇ２をｄ軸を中心に左側（回転方向：反時計回り方向）に設け、回転子断面Ａの積厚をＬA、回転子断面Ｂの積厚をＬBとしたとき、ＬB＜ＬAの関係となるように配置している。
【００４１】
ここで、図２（ａ）に示した回転子断面Ａはギャップ面ｇ１を形成する部位において、θ１とθ２とがｄ軸を中心にθ１＞θ２となり、θ１とθ２との和が電気角で９０°〜１２０°となるように構成されている。また、図２（ｂ）に示した回転子断面Ｂはθ１とθ２との関係をｄ軸を中心にθ１＜θ２となり、θ１とθ２との和が電気角で９０°〜１２０°となるように構成されている。
【００４２】
図２（ａ）（ｂ），図３において、永久磁石１４の外周側にはスリット１０（１０ａ〜１０ｄ）がｄ軸をはさむように具備されており、図３に示すようにスリット１０の各々の傾きは、ｄ軸上の一点Ｐにて交わるように配置されている。このスリット１０は、誘導起電力波形を正弦波化して電機子電流を正弦波化でき、誘導起電力と電機子電流との相互作用によって生じる高調波磁束を低減できることが分かっている。よって、本構造においても、スリット１０を設けて電機子反作用を抑制し、機内磁束の高調波成分を低減している。
【００４３】
図５（ａ）（ｂ）は本発明に係わる永久磁石式回転電機の実施形態１の脈動トルクを示したものである。図５（ａ）は回転子角度と脈動トルクの関係を回転子断面Ａ，回転子断面Ｂそれぞれについて示したものであり、図５（ｂ）は回転子断面Ａの構成比率（％）と脈動トルクＰ−Ｐ値の関係を示したものである。
【００４４】
回転子鉄心１２を図２（ａ）に示す回転子断面Ａと図２（ｂ）に示す回転子断面Ｂとが図４に示すように周方向に対して階段状にＶ字をなすように積層し、回転子の回転方向を回転軸に対して反時計周りとした場合、ギャップ面ｇ２をｄ軸を中心に右側に設けた回転子断面Ａの積厚比率を５０％＜ＬA＜８５％（回転子鉄心１２の全積厚に対するＬAの積厚比）の関係となるように配置することで、本発明に係わる永久磁石式回転電機の実施形態１の脈動トルクが、回転子鉄心の異なる各断面の積厚比率を同じとした回転子構造よりも非常に小さくなる結果を示している。よって、回転子鉄心の異なる各断面の積厚比率には最適な値が存在するといえる。
【００４５】
図６には本発明に係わる永久磁石式回転電機の実施形態１の径方向電磁加振力について、回転子断面Ａ，Ｂの構成状態と径方向電磁加振力の関係を示したものである。図６において、ケース１は回転子鉄心１２を図２（ａ）に示す回転子断面Ａのみで構成した場合、ケース２は回転子鉄心１２を図２（ｂ）に示す回転子断面Ｂのみで構成した場合、ケース３は回転子鉄心１２を図２（ａ）に示す回転子断面Ａと図２（ｂ）に示す回転子断面Ｂとが図４に示すように周方向に対して階段状にＶ字をなすように積層し、回転子鉄心の異なる各断面の積厚比率を同じとした場合、ケース４は回転子鉄心１２を図２（ａ）に示す回転子断面Ａと図２（ｂ）に示す回転子断面Ｂとが図４に示すように周方向に対して階段状にＶ字をなすように積層し、回転子鉄心の異なる各断面の積厚比率を５０％＜ＬA＜８５％の関係となるようにした場合での径方向電磁加振力の計算結果を比較したものである。
【００４６】
これらより、本発明に係わる永久磁石式回転電機の実施形態１、すなわちケース４の径方向電磁加振力は、ケース１やケース２のように回転子鉄心の異なる各断面のみで構成した場合に対して小さくはなるものの、ケース３のように回転子鉄心の異なる各断面の積厚比率が同じ場合と比べ、ほとんど変化しない結果を示している。これは、図６に示すように回転子断面Ｂの径方向電磁加振力（ケース２）が回転子断面Ａの径方向電磁加振力（ケース１）に対して増加しており、回転子断面Ａと回転子断面Ｂとで合わさった機内の径方向電磁加振力を小さくするには至っていないためである。つまり、本発明における回転子構造は脈動トルクの低減、すなわち周方向の吸引，反発力を低減するには大きな効果があるものの、径方向電磁加振力を低減するにはいたっておらず、騒音対策としては不十分であるといえる。
【００４７】
図７には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の固定子鉄心形状を示す断面図を示す。図８には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の固定子鉄心形状を示す図を示す。
【００４８】
図７（ａ）（ｂ），図８において、固定子鉄心６は、図７（ａ）に示す固定子断面Ａと図７（ｂ）に示す固定子断面Ｂとが図８に示すように固定子の軸方向に対し、固定子２の外周部に段差を設けて積層されている。つまり、固定子鉄心６は、回転子断面Ａと径方向に同一断面上の固定子鉄心Ａの外径が、回転子断面Ｂと径方向に同一断面上の固定子鉄心Ｂの外径よりも大きくし、例えば焼き嵌めあるいは圧入によってフレームなどに固定された場合、フレームと固定子２の当接部の当接面積が固定子鉄心６の軸方向位置で異なるように構成している。すなわち、図４で示した回転子の回転方向を回転軸に対して反時計回りとした場合、固定子断面Ａの積厚を回転子断面Ａの積厚と同等以上、固定子断面Ｂの積厚を回転子断面Ｂの積厚と同等以下とし、ＬB≦ＬAの関係となるように配置し、径方向電磁加振力が大きくなる回転子断面と径方向に同一断面上となる固定子鉄心６の外径がフレームと当接しないようにする。
【００４９】
ここで、図７（ａ）に示した固定子断面Ａの外径ΦＤ１と図７（ｂ）に示した固定子断面Ｂの外径ΦＤ２との関係をΦＤ１＞ΦＤ２にし、固定子断面Ａの外径ΦＤ１が固定子鉄心の最外周部となりフレームと当接する箇所となっている。
【００５０】
これにより、機内磁束の高調波成分を低減して脈動トルクの低減、および径方向電磁加振力が大きくなる回転子断面から圧縮機に伝わる振動を抑制することができる。
【００５１】
図１２において、円筒状の圧縮容器６９内には、固定スクロール部材６０の端板６１に直立する渦巻状ラップ６２と、旋回スクロール部材６３の端板６４に直立する渦巻状ラップ６５とを噛み合わせて形成し、永久磁石式回転電機１により旋回スクロール部材６３がクランク軸７２を介して旋回運動させることによって圧縮動作を行う。
【００５２】
固定スクロール部材６０および旋回スクロール部材６３によって形成される圧縮室６６（６６ａ，６６ｂ，…）のうち、最も外径側に位置している圧縮室は、旋回運動に伴って両スクロール部材６３，６０の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。圧縮室６６ａ，６６ｂが両スクロール部材６０，６３の中心近傍に達すると、両圧縮室６６内の圧縮ガスは圧縮室６６と連通した吐出口６７から吐出される。
【００５３】
吐出された圧縮ガスは固定スクロール部材６０およびフレーム６８に設けられたガス通路（図示せず）を通ってフレーム６８下部の圧縮容器６９内に至り、圧縮容器６９の側壁に設けられた吐出パイプ７０から電動圧縮機外に排出される。
【００５４】
また、電動圧縮機を駆動する永久磁石式回転電機１は、別置のインバータ（図示せず）によって制御され、圧縮動作に適した回転速度で回転する。
【００５５】
ここで、永久磁石式回転電機１は固定子２と回転子３から構成され、回転子３に設けられるクランク軸７２は、上側がクランク軸になっている。クランク軸７２の内部には、油孔７４が形成され、クランク軸７２の回転によって圧縮容器６９の下部にある油溜め部７３の潤滑油が油孔７４を介して滑り軸受７５に供給される。このような構成の圧縮機に種々の回転子形状や固定子形状を有する永久磁石式回転電機を組み込み、騒音の聴感試験を行った。その実測結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
2010110142.tif 000003
【００５７】
表１において、耳障りな騒音の周波数帯域としては、低域，中域，高域の３つに大別され、特に中域の成分がより顕著に現れることが分かった。これら騒音の周波数帯域と各種回転電機構造との関係を分析すると、〔特許文献１〕の構造（図２（ａ）に示す回転子断面Ａと図２（ｂ）に示す回転子断面Ｂとの積厚比率は５０対５０と同じで、且つ図１２に示すフレーム６８と固定子２の当接部は軸方向で変化なし）の場合、低・高域の騒音成分に対しては低減効果を有するが、中域では聴感に若干の変化はあるものの十分に低減できていなかった。
【００５８】
一方、本発明の構造（図２（ａ）に示す回転子断面Ａと図７（ａ）に示す固定子断面Ａを、図２（ｂ）に示す回転子断面Ｂと図７（ｂ）に示す固定子断面Ｂを組み合せ、且つ積厚比率を変えた構造）の場合、低・高域の騒音成分が〔特許文献１〕の構成とほぼ同等であるのに加え、中域の騒音成分が大幅に低減されることを確認した。
【００５９】
また、本発明の実施例１とは逆の構成にした構造（図２（ａ）に示す回転子断面Ａを図７（ｂ）に示す固定子断面Ｂの部分に配置し、図２（ｂ）に示す回転子断面Ｂを図７（ａ）に示す固定子断面Ａの部分に配置して組み合せ、且つ積厚比率を変えた構造）の場合、低・高域の騒音成分が〔特許文献１〕や本発明の実施例１の構造と大差ない効果を有しているが、中域では〔特許文献１〕の構造に対して聴感に若干の変化はあるものの、本発明の構造に比べると十分に低減できていなかった。
【００６０】
そこで、騒音の発生要因を分析したところ、脈動トルクによって発生する成分に加え、径方向電磁加振力によって発生する成分があることが明らかになった。
【００６１】
ここで、〔特許文献１〕の構造では、機内磁束の高調波成分として５次，７次といった低次の高調波成分と、２５次や２７次成分といった比較的高次の高調波成分が大きく低減されていることが観測された。しかし、機内磁束の高調波成分として１１次成分や１３，１５，１７次成分といった比較的中域の高調波成分はほとんど低減されていなかった。
【００６２】
また、本発明の実施例１の構造の場合、〔特許文献１〕に類似した構造同様に、機内磁束の低・高次の高調波成分が低減しているものの、比較的中域の高調波成分は、〔特許文献１〕に類似した構造よりも小さいが、十分に低減されていなかった。
【００６３】
更に、本発明の実施例１とは逆の構成とした構造の場合、〔特許文献１〕および本発明の構造同様に、機内磁束の低・高次の高調波成分は低減されていたが、比較的中域の高調波成分は、〔特許文献１〕に類似した構造よりも小さいが、本発明の構造と同様に十分に低減されていなかった。
【００６４】
しかしながら、圧縮機の騒音としては、〔特許文献１〕および本発明の実施例１とは逆の構成とした構造と比べて、本発明の実施例１の構造は、比較的中域の周波数帯が大幅に低減し、圧縮機の騒音が非常に小さくなっている。つまり、これは径方向電磁加振力が大きい回転子断面と径方向に同一断面上の固定子鉄心の外径を小さくし、圧縮機のフレームと当接しないようにしたことで、圧縮機のフレームが振動し難くなり、本発明の構造では騒音が非常に小さくなったためと考えられる。
【００６５】
したがって、図５（ａ）（ｂ），図６が示すとおり脈動トルクを低減すれば、機内磁束の高調波成分が低減され、聴感が改善できること、また、図７，図８で示した固定子構造とすることで、比較的中域の径方向電磁加振力が大きくなる回転子断面から圧縮機のフレームに伝わる振動が抑制され、聴感が大幅に改善できること、が各々実測にて確認することができた。
【００６６】
以上より、前述の永久磁石式回転電機を空調用などの各種圧縮機に適用すれば、低振動，低騒音な圧縮機を提供できる。
【実施例２】
【００６７】
以下、本発明の別の実施例を説明する。
【００６８】
図９には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の固定子鉄心形状を示し、図７と同一物には同一符号を付してある。図において、図７と異なる部分は、固定子断面Ｂの外周の外側に８０ａと８０ｂからなる２つの突起８０を形成し、突起８０の外周面が固定子断面Ａの最外周と同一の径（ΦＤ１）となるようにしている。これにより、固定子断面Ａと固定子断面Ｂとで固定子２を形成する際、各々の最外周が同一径となるため、固定子鉄心外周を基準位置にして位置ずれが生じないように積み重ねて積層することができる。ここでは、突起８０を各スロット７の外周上に２つ設けたが、１つでも良く、任意の個数を設けることができる。また、スロット７の外周上毎に突起８０を配置したが、対向するスロット７の外周上に設ければ固定子断面Ａの最外周と同一の径は確保できるため、少なくとも２箇所に配置すれば良く、配置箇所は適宜選択可能である。よって、このように配置しても、図７と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６９】
図１０には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態３の回転子鉄心形状を示す図を示し、図４と同一物には同一符号を付してある。図において、図４と異なる部分は、回転子断面Ａの積厚比率を５０％＜ＬA＜８５％の関係となるように配置するとともに、回転子断面Ａと回転子断面Ｂとの軸方向に積層する構成数を変え、Ｗ字状に構成したものである。このように構成しても、軸方向のスラスト力を抑制できる。また、回転子断面Ａ−Ｂ間での軸方向における磁気的結合が大きくなるため、見かけ上のスキューピッチを小さくできるなど、同じ回転子断面形状を用いたままスキューピッチを任意に調整できる。なお、このように配置した回転子構造においても径方向電磁加振力が大きい回転子断面と径方向に同一断面上の固定子鉄心外径を小さくし、異なる固定子断面を適宜選択して固定子２を構成するのが良い（図示せず）ことはいうまでもない。よって、このように配置しても、図２と同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００７０】
図１１には本発明による永久磁石式回転電機の実施形態４の回転子鉄心形状を示す断面図を示し、図２と同一物には同一符号を付してある。図において、図２と異なる部分は、永久磁石１４が一極あたり２枚具備され、かつシャフト孔１５に対して凸のＶ字配置となっている。なお、このように配置した回転子構造においても径方向電磁加振力が大きい回転子断面と径方向に同一断面上の固定子鉄心外径を小さくし、異なる固定子断面を適宜選択して固定子２を構成するのが良い（図示せず）ことはいうまでもない。よって、このように配置しても、図２と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、界磁用の永久磁石を回転子に備えている永久磁石式回転電機に適用することが可能である。
【００７２】
また、そして、エアコン，冷蔵庫，冷凍庫、あるいはショーケースなどの圧縮機に用いられる永久磁石式回転電機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の断面図。
【図２】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の回転子鉄心形状を示す断面図。
【図３】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の回転子鉄心形状を示す断面図。
【図４】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の回転子鉄心形状を示す図。
【図５】発明に係わる永久磁石式回転電機の実施形態１の脈動トルク。
【図６】発明に係わる永久磁石式回転電機の実施形態１の径方向電磁加振力。
【図７】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の固定子鉄心形状を示す断面図。
【図８】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の固定子鉄心形状を示す図。
【図９】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の固定子鉄心形状を示す断面図。
【図１０】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態３の回転子鉄心形状を示す図。
【図１１】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態４の回転子鉄心形状を示す断面図。
【図１２】本発明に係わる圧縮機の断面構造。
【符号の説明】
【００７４】
１  永久磁石式回転電機（駆動用電動機）
２  固定子
３  回転子
４  ティース
５  コアバック
６  固定子鉄心
７  スロット
８  電機子巻線
１０  スリット
１１  凹部
１２  回転子鉄心
１３  永久磁石挿入孔
１４  永久磁石
１５  シャフト孔
６０  固定スクロール部材
６１，６４  端板
６２，６５  渦巻状ラップ
６３  旋回スクロール部材
６６  圧縮室
６７  吐出口
６８  フレーム
６９  圧縮容器
７０  突出パイプ
７２  クランク軸
７３  油留め部
７４  油孔
７５  すべり軸受
８０  突起
【図１】
2010110142.tif 000004
【図２】
2010110142.tif 000005
【図３】
2010110142.tif 000006
【図４】
2010110142.tif 000007
【図５】
2010110142.tif 000008
【図６】
2010110142.tif 000009
【図７】
2010110142.tif 000010
【図８】
2010110142.tif 000011
【図９】
2010110142.tif 000012
【図１０】
2010110142.tif 000013
【図１１】
2010110142.tif 000014
【図１２】
2010110142.tif 000015