(57)【要約】  トルク変動をより一層低減することで騒音・振動を低減した永久磁石型モータを提供することを目的とする。永久磁石８の長手方向の長さＤを、磁極ティース部３の先端部の周方向幅Ａ以上になるように構成すると共に、同一極中にある一対の第１のスリット１３ａ，１３ｂの先端部間の距離Ｃを、磁極ティース部３の先端部の周方向幅Ａよりも小さくなるように構成することで、カット面１２と、第１のスリット１３ａ，１３ｂとが対向するようにしたことを特徴とする。
2008105049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、回転子とを備え、
前記固定子は、
円周方向に配置された複数のスロットと、隣接する前記スロットの間に形成され、内側に凸形状の磁極ティース部と、前記磁極ティース部の内周面の両端部に設けられたカット面とを有し、円筒状の積層鉄心からなる固定子鉄心と、
前記磁極ティース部に直接巻装された集中巻線のコイルとを備え、
前記回転子は、
前記磁極ティース部の内周部に空隙を介して対向し、
軸心を中心とする略正多角形の各辺に対応する部位に形成された複数の磁石収容穴と、前記磁石収容穴の両端部から周方向に沿って磁極中心に向かう方向に設けられた第１のスリットとを有する回転子鉄心と、
前記磁石収容穴内に埋設され、Ｎ極とＳ極が交互に着磁された永久磁石とを備え、
前記永久磁石の長手方向の長さＤを、前記磁極ティース部の先端部の周方向幅Ａ以上になるように構成すると共に、
前記同一極中にある一対の第１のスリットの先端部間の距離Ｃを、前記磁極ティースの先端部の周方向幅Ａよりも小さくなるように構成することで、
前記カット面と、前記第１のスリットとが対向するようにしたことを特徴とする永久磁石型モータ。
【請求項２】
前記永久磁石端部に前記回転子鉄心と接しない空間部を設けたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項３】
前記磁極ティース部の内周面両端部に設けた前記カット面を除く内周面の幅Ｂを、同一極中にある一対の前記第１のスリットの先端部間の距離Ｃよりも小さくなるように構成したことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項４】
前記回転子鉄心の前記磁石収容穴の外側に、極中心に向かう方向にハの字状に構成した、少なくとも一対の第２のスリットを設けたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項５】
一対の前記第２のスリットの短手方向の幅の総和を、前記永久磁石の短手方向の厚みよりも大きく構成したことを特徴とする請求項４記載の永久磁石型モータ。
【請求項６】
対を成す前記第２のスリット間の角度を２０度以上としたことを特徴とする請求項４記載の永久磁石型モータ。
【請求項７】
前記磁極ティース部の内周面の両端部に設けた前記カット面の形状を、前記磁極ティース部の中心線に対し垂直に設けたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項８】
前記磁極ティース部の内径側の略中央部に、前記空隙に突出する微小突起部を設けたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項９】
前記固定子のスロット数と極数との比が３：２であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項１０】
正弦波状の電圧波形で可変速駆動されることを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項１１】
密閉容器内に、冷媒を圧縮する圧縮要素と、この圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、この電動要素に請求項１記載の永久磁石型モータを用いたことを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項１２】
請求項１記載の永久磁石型モータを用いたことを特徴とするファンモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動・騒音を抑制した永久磁石型モータ及びそれを用いた密閉型圧縮機及びファンモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステータコアの歯部の先端部の先端形状において、歯部部分を除く開口部までの歯部先端部の内径側にカット面を設けることによりトルク変動を抑制する集中巻方式のブラシレスＤＣモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、ロータ内部に永久磁石を埋設してなるモータにおいて、ロータコアの外周に近接して永久磁石埋設用穴およびそれに埋設される永久磁石の端部に接するように磁束短絡防止用穴を備える構成により、その永久磁石両端部の磁束の短絡を防ぎ、永久磁石の端部の磁束もステータに渡りトルク発生に有効に働くことができる永久磁石を埋設したロータを用いたモータが提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
さらに、永久磁石の有効磁束（基本波磁束）を損なわずに、誘導起電力波形を正弦波に近づけて高調波磁束を低減し、騒音問題を解決するために、集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子とを有する永久磁石式回転電機において、回転子に、永久磁石の外周側の回転子鉄心に回転子の内周側から外周側に伸びた複数のスリットを形成し、スリットの周方向幅を、回転子鉄心の内周側より外周側を狭くするとともに、隣接するスリット間の距離を、回転子鉄心の内周側の距離よりも外周側の距離の方が狭くなるように配置し、回転子鉄心の磁極角度が電気角で９０度から１２０度の範囲になるように回転子鉄心の外周側の極間に凹部を形成する永久磁石式回転電機が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特許第３３０１９７８号公報
【特許文献２】特開平１１−９８７３１号公報
【特許文献３】特開２００５−２７４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１乃至３の永久磁石型モータは、コギングトルクの低減、若しくは、誘起電圧の高調波成分を低減することで、トルク変動の低減を行っていたが、いずれも十分なトルク変動の抑制がなされていなかった。【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、トルク変動をより一層低減することで騒音・振動を低減した永久磁石型モータ及び密閉型圧縮機及びファンモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る永久磁石型モータは、固定子と、回転子とを備え、
固定子は、
円周方向に配置された複数のスロットと、隣接するスロットの間に形成され、内側に凸形状の磁極ティース部と、磁極ティース部の内周面の両端部に設けられたカット面とを有し、円筒状の積層鉄心からなる固定子鉄心と、
磁極ティース部に直接巻装された集中巻線のコイルとを備え、
回転子は、
磁極ティース部の内周部に空隙を介して対向し、
軸心を中心とする略正多角形の各辺に対応する部位に形成された複数の磁石収容穴と、磁石収容穴の両端部から周方向に沿って磁極中心に向かう方向に設けられた第１のスリットとを有する回転子鉄心と、
磁石収容穴内に埋設され、Ｎ極とＳ極が交互に着磁された永久磁石とを備え、
永久磁石の長手方向の長さＤを、磁極ティース部の先端部の周方向幅Ａ以上になるように構成すると共に、
同一極中にある一対の第１のスリットの先端部間の距離Ｃを、磁極ティースの先端部の周方向幅Ａよりも小さくなるように構成することで、
カット面と、第１のスリットとが対向するようにしたことを特徴とする。【０００８】
永久磁石端部に回転子鉄心と接しない空間部を設けたことを特徴とする。【０００９】
磁極ティース部の内周面両端部に設けたカット面を除く内周面の幅Ｂを、同一極中にある一対の第１のスリットの先端部間の距離Ｃよりも小さくなるように構成したことを特徴とする。【００１０】
回転子鉄心の磁石収容穴の外側に、極中心に向かう方向にハの字状に構成した、少なくとも一対の第２のスリットを設けたことを特徴とする。【００１１】
一対の第２のスリットの短手方向の幅の総和を、永久磁石の短手方向の厚みよりも大きく構成したことを特徴とする。【００１２】
対を成す第２のスリット間の角度を２０度以上としたことを特徴とする。【００１３】
磁極ティース部の内周面の両端部に設けたカット面の形状を、磁極ティース部の中心線に対し垂直に設けたことを特徴とする。【００１４】
磁極ティース部の内径側の略中央部に、空隙に突出する微小突起部を設けたことを特徴とする。【００１５】
固定子のスロット数と極数との比が３：２であることを特徴とする。【００１６】
正弦波状の電圧波形で可変速駆動されることを特徴とする。【００１７】
この発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に、冷媒を圧縮する圧縮要素と、この圧縮要素を駆動する電動要素とを備え、この電動要素に請求項１記載の永久磁石型モータを用いたことを特徴とする。【００１８】
この発明に係るファンモータは、永久磁石型モータを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に係る永久磁石型モータは、誘起電圧の高調波成分とコギングトルクの両方を同時に低減することでトルク変動が小さく、振動・騒音を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１乃至図４は実施の形態１を示す図で、図１はスロット数と極数の比が３：２で構成される永久磁石型モータの断面図、図２は永久磁石型モータを示す部分拡大図、図３は誘起電圧波形及びコギングトルク波形を示す図、図４は誘起電圧の高調波含有率及びコギングトルクのピーク値を示す図である。【００２１】
図１において、円筒状の固定子鉄心１は、厚さ０．３５〜０．５ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚打ち抜いて所定の枚数を積層することで構成されている。固定子鉄心１には、周方向に配置された内周面に軸方向へ延びる９個のスロット２が設けられる。隣接するスロット２間には、磁極ティース部３が形成されている。磁極ティース部３は、外径側から内径側にかけて略平行の形状である。そして、先端部（内径側）になるにつれ、両サイドが周方向に広がるような凸形状をなしている。このように、磁極ティース部３の先端部を凸形状とすることで、回転子９に配置された永久磁石８の磁力を有効に磁極ティース部３に鎖交させ、トルクを向上できる構造となっている。【００２２】
また、磁極ティース部３の内周部の両端部には、空隙１０の長さが大きくなるように、磁極ティース部３の長手方向（径方向）中心線に対して略垂直なカット面１２が形成されている（図２も参照）。【００２３】
コイル４は、磁極ティース部３に所定の巻数を直接巻き付けてなる３相Ｙ結線の集中巻線が施されている。【００２４】
固定子５に対して回転可能な回転軸６が固定子５の軸線上に配置される。回転軸６に円形の回転子９が固定されている。回転子９と固定子５との間には、０．３〜１ｍｍ程度の空隙１０が設けられ、回転軸６を中心に回転可能な構造となっている。【００２５】
回転子鉄心７は、固定子５と同様に電磁鋼板を一枚一枚打ち抜いて積層することで構成されている。回転子鉄心７には、軸心を中心とする略正六角形（正多角形の一例）の各辺に対応する部位に磁石収容穴１１が６個形成されている。磁石収容穴１１の内部には、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された６枚の平板形状のネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類永久磁石８を挿入することで６極の回転子９を形成している。【００２６】
磁石収容穴１１の両端部には、周方向に沿って磁極中心に向かう方向に第１のスリット１３ａ，１３ｂが設けられる。【００２７】
以下、図２も参照しながら説明する。永久磁石８の長手方向（周方向）の長さＤを、磁極ティース部３の先端部の周方向幅Ａ以上になるよう構成する。また、同一極中にある一対の第１のスリット１３ａ，１３ｂの先端部間の距離Ｃを、磁極ティース部３の先端部の周方向幅Ａよりも小さくなるように構成する。それにより、磁極ティース部３の内周面の両端部に設けたカット面１２と第１のスリット１３ａ，１３ｂとが対向するように構成されている。【００２８】
本実施の形態では、磁極ティース部３の内周面両端部に設けたカット面１２を除く内周面の幅Ｂを、同一極中にある一対の第１のスリット１３ａ，１３ｂの先端部間の距離Ｃより小さくなるように構成されている。【００２９】
また、永久磁石８の端部の外周側に、回転子鉄心７と接しない空間部１６を設けることで、永久磁石８端部の漏れ磁束を低減する他、モータ駆動時に永久磁石８端部に渦電流損が発生して熱減磁するのを抑制した構造としている。【００３０】
回転子鉄心７の磁石収容穴１１の外側には、極中心に向かう方向にハの字状に構成した一対の第２のスリット１４ａ，１４ｂが設けられている。この一対の第２のスリット１４ａ，１４ｂの外周側のピッチＦ（それぞれの外周側の中央部間の距離）が、磁極ティース部３の幅Ｇよりも小さくなるように構成されている。尚、一対の第２のスリット１４ａ，１４ｂを示したが、その数は一対以上でもよい。【００３１】
また、一対の第２のスリット１４ａ，１４ｂの短手方向（略周方向）の幅の総和を、永久磁石８の短手方向（径方向）の厚みよりも大きくすることにより、永久磁石８の発する磁束の収束効果が高まり、誘起電圧の高調波成分を効果的に低減することが可能となる。【００３２】
さらに、対を成すハの字状の第２のスリット１４ａ，１４ｂのなす角度（それぞれの長手方向中心線の交差角度）を２０度以上とすることにより、永久磁石８の発する磁束の磁極ティース部３への集中効果が高まり、誘起電圧の基本波成分を低下させることなく、誘起電圧の高調波成分を効果的に低減できる。【００３３】
ここで、図３、図４を用いて本実施の形態の効果を説明する。図３は永久磁石型モータの誘起電圧波形及びコギングトルク波形を示した図、図４は永久磁石型モータの各形状における誘起電圧のＴＨＤ（誘起電圧の高調波含有率を表す指標）とコギングトルクのピーク値を同一グラフ上で比較したグラフである。【００３４】
図中のＮｏ．１からＮｏ．７は、第１のスリット１３ａ，１３ｂ、第２のスリット１４ａ，１４ｂ及び磁極ティース部３のカット面１２の有無の組み合わせを変えている。その組み合わせは、図３の表中に示す通りである。【００３５】
本結果より、第１のスリット１３ａ，１３ｂ、第２のスリット１４ａ，１４ｂ及び磁極ティース部３のカット面１２を設けない形状のＮｏ．７、または、第１のスリット１３ａ，１３ｂ、第２のスリット１４ａ，１４ｂ及び磁極ティース部３のカット面１２のいずれか一つを設けた形状Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６に対し、第１のスリット１３ａ，１３ｂ、第２のスリット１４ａ，１４ｂ及び磁極ティース部３のカット面１２を設けた形状Ｎｏ．１は、誘起電圧の高調波成分、コギングトルクのピーク値共に大幅に低減するという効果が得られるのがわかる。【００３６】
また、第１のスリット１３ａ，１３ｂ及び第２のスリット１４ａ，１４ｂを設けた形状Ｎｏ．２と、第１のスリット１３ａ，１３ｂ及び磁極ティース部３のカット面１２を設けた形状Ｎｏ．３とは、誘起電圧の高調波成分、および、コギングトルクのピーク値を低減できることは、図３、図４より明らかである。【００３７】
なお、本実施の形態では、永久磁石８の形状を平板形状とし、６枚の永久磁石８を周方向に略正六角形を形成するように配置したが、永久磁石８の枚数、形状、配置は、これに限定されるものではない。【００３８】
また、本実施の形態で示した永久磁石型モータを正弦波状の電圧波形で可変速駆動することにより、更に効果的にトルク脈動を低減することが可能である。【００３９】
実施の形態２．
図５は実施の形態２を示す図で、永久磁石型モータの断面図である。【００４０】
実施の形態１では、第１のスリット１３ａ，１３ｂ、第２のスリット１４ａ，１４ｂ及び磁極ティース部３の内周部の両端部にカット面１２を設けた構造について述べた。本実施の形態では、それらに加え、各磁極ティース部３の内径側の略中央部に、空隙１０に突出する微小突起部１５を設けた構造となっている。【００４１】
この微小突起部１５は、実施の形態１で生じたコギングトルクと逆位相のコギングトルクを発生させることで、更なるコギングトルクの低減させるものである。微小突起部１５の周方向の幅Ｇを、磁極ティース部３のカット面１２を含むスロットオープニング部の幅Ｈ以下とし、かつ、空隙長（空隙１０の径方向の長さ）の１／４以上の高さとすることで、誘起電圧の高調波成分を増加させることなく、コギングトルク成分を低減するという効果が得られる。【００４２】
実施の形態３．
図６は実施の形態３を示す図で、ロータリ圧縮機３０の縦断面図である。【００４３】
上記実施の形態１又は２に記載の永久磁石型モータをロータリ圧縮機（密閉型圧縮機の一例）に搭載した例である。【００４４】
図６において、ロータリ圧縮機３０は密閉容器３３の内部に、電動要素３１と、圧縮要素３２とを収納している。電動要素３１に上記実施の形態１又は２に記載の永久磁石型モータを使用することにより、トルク脈動を抑制することでロータリ圧縮機３０の振動・騒音を低減することができる。【００４５】
尚、ロータリ圧縮機３０には、温暖化係数の低いＲ３２系冷媒、Ｒ２９０系冷媒や、従来から用いられているＲ４１０Ａ系冷媒、Ｒ４０７Ｃ系冷媒、Ｒ２２系冷媒等いかなる冷媒も使用可能である。【００４６】
実施の形態４．
図７は実施の形態４を示す図で、ファンモータ５０の断面図である。【００４７】
上記実施の形態１又は２に記載の永久磁石型モータをファンモータ５０に搭載した例である。【００４８】
図７において、ファンモータ５０は、上記実施の形態１又は２に記載の固定子５をモールドしたモールド固定子５３と、上記実施の形態１又は２に記載の回転子９と軸受５２を回転軸６に嵌合した回転子組立５１とをブラケット５４を用いて組み立てる。【００４９】
そのように構成することにより、トルク脈動を抑制することで振動・騒音を低減することができるとともに寿命を大幅に改善したファンモータ５０を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１を示す図で、スロット数と極数の比が３：２で構成される永久磁石型モータの断面図。
【図２】実施の形態１を示す図で、永久磁石型モータを示す部分拡大図。
【図３】実施の形態１を示す図で、誘起電圧波形及びコギングトルク波形を示す図。
【図４】実施の形態１を示す図で、誘起電圧の高調波含有率及びコギングトルクのピーク値を示す図。
【図５】実施の形態２を示す図で、永久磁石型モータの断面図。
【図６】実施の形態３を示す図で、ロータリ圧縮機３０の縦断面図。
【図７】実施の形態４を示す図で、ファンモータ５０の断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１  固定子鉄心、２  スロット、３  磁極ティース部、４  コイル、５  固定子、６  回転軸、７  回転子鉄心、８  永久磁石、９  回転子、１０  空隙、１１  磁石収容穴、１２  カット面、１３ａ  第１のスリット、１３ｂ  第１のスリット、１４ａ  第２のスリット、１４ｂ  第２のスリット、１５  微小突起部、１６  空間部、３０  ロータリ圧縮機、３１  電動要素、３２  圧縮要素、３３  密閉容器、５０  ファンモータ、５１  回転子組立、５２  軸受、５３  モールド固定子、５４  ブラケット。
【図１】
2008105049.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008105049.tif 000008
【図７】
2008105049.tif 000009
【国際調査報告】
2008105049.tif 000010
2008105049.tif 000011
2008105049.tif 000012
2008105049.tif 000013