(57)【要約】  永久磁石埋込型電動機１は、環状のステータ３と、ステータ３の内側に配置され、ステータ３の周方向に配列され周方向の長さがステータ３の径方向の長さより長い複数個の磁石挿入孔を有し、複数個の磁石挿入孔はそれぞれがステータ３の中心に向けて突形状であり、複数個の磁石挿入孔はそれぞれがステータ３の径方向における外側面に一対の凹部を有し、一対の凹部はそれぞれがステータ３の周方向における外側面の一端部及び他端部に配置される環状のロータ鉄心と、複数個の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数個の永久磁石１９と、を備え、一対の凹部は、それぞれの深さが、ステータ３の径方向における複数個の永久磁石１９のそれぞれの厚みの１０％から４０％である。
2017119102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータと、
前記ステータの内側に配置され、前記ステータの周方向に配列された複数個の磁石挿入孔を有し、前記複数個の磁石挿入孔のそれぞれの断面形状は前記ステータの中心に向けて突形状であり、前記複数個の磁石挿入孔はそれぞれが前記ステータの径方向における外側面に一対の凹部を有し、前記複数個の磁石挿入孔のそれぞれの前記一対の凹部はそれぞれが前記外側面の一端部及び他端部に配置され、前記一端部及び他端部は前記ステータの周方向に配列される環状のロータ鉄心と、
前記複数個の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数個の永久磁石と、
を備え、
前記一対の凹部は、それぞれの深さが、前記ステータの径方向における前記複数個の永久磁石のそれぞれの厚みの１０％から４０％である永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記一対の凹部のそれぞれと前記複数個の永久磁石のそれぞれとの間には、前記複数個の永久磁石のそれぞれに前記永久磁石が挿入された状態で、隙間が生じている請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記複数個の永久磁石のそれぞれは、フェライト磁石または希土類磁石である請求項１または請求項２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
密閉容器内に電動機と圧縮要素とを備えた圧縮機であって、
前記電動機は請求項１から請求項３の何れか一項の永久磁石埋込型電動機である圧縮機。
【請求項５】
請求項４に記載の圧縮機を冷凍回路の構成要素として備える冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子と固定子の内側に配置される回転子とを備えた永久磁石埋込型電動機、圧縮機及び冷凍空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石埋込型電動機においては、磁石挿入孔が径方向内側に突形状となるように形成される場合、磁石及び磁石挿入孔の側端部が、ロータ外周面の近くに配置される。ロータ外周における、磁石及び磁石挿入孔の側端部は、磁極中心の鉄心部に対して透磁率が低いため、ステータコイルにより発生する磁束が鎖交しにくい。そのため、ステータ通電時の磁束は、磁石挿入孔の側端部に隣接するロータ鉄心部分に集中し易い。ステータコイルにより発生する磁束が大きくなると、そのロータ鉄心部分の近くに配置される永久磁石の側端部が減磁し易くなることがある。【０００３】
特許文献１の電動機においては、ロータの軸方向からみて、磁極のそれぞれにおいて、磁石及び磁石挿入孔がロータの内周側に向かって突形状である。磁石の端部は、先端に向かって幅が狭くなっている。また磁石の端部には、磁極の中心線側の部分に切り欠きが形成されている。特許文献１の電動機は、このような切り欠きを形成することにより、磁石の減磁し易い部分を小さくすることを企図していた。すなわち、特許文献１の電動機は、磁石を減磁し難くすることで、磁束のバラツキが生じるのを抑制し、ひいては、モータ性能の低下を制することを企図していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１２０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される電動機では、磁石の減磁し易い部分に切欠きが設けられている。そのため特許文献１に開示される電動機では、磁石のサイズが小さくなり、磁石から発生する磁束量を低下させることとなり、小型で高効率なモータの構成が困難になるという別の問題を発生させる。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、永久磁石の磁束量の低下を避けながら高効率を図ることができる永久磁石埋込型電動機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の永久磁石埋込型電動機は、環状のステータと、ステータの内側に配置され、ステータの周方向に配列された複数個の磁石挿入孔を有し、複数個の磁石挿入孔のそれぞれの断面形状はステータの中心に向けて突形状であり、複数個の磁石挿入孔はそれぞれがステータの径方向における外側面に一対の凹部を有し、複数個の磁石挿入孔のそれぞれの一対の凹部はそれぞれが外側面の一端部及び他端部に配置され、一端部及び他端部はステータの周方向に配列される環状のロータ鉄心と、複数個の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数個の永久磁石と、を備える。また本発明の永久磁石埋込型電動機の一対の凹部は、それぞれの深さが、ステータの径方向における複数個の永久磁石のそれぞれの厚みの１０％から４０％である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る永久磁石埋込型電動機は、永久磁石の磁束量の低下を避けながら高効率を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機の回転中心線と直交する断面を示す図
【図２】図１に示すロータを拡大して示す図
【図３】図２に示す永久磁石と磁石挿入孔を拡大して示す図
【図４】図３に示す磁石挿入孔に永久磁石が挿入されていない状態を示す図
【図５】図４に示す磁石挿入孔の各部の寸法を説明する図
【図６】磁石挿入孔に凹部を有しない第１のロータ鉄心を示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機の一つの利点を説明するための図
【図８】本発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機の他の一つの利点を説明するための図
【図９】磁石挿入孔の凹部が不適切な態様で形成された第２のロータ鉄心を示す図
【図１０】減磁電流通電前の誘起電圧と、Ｄ／Ｔ比との関係を示す図
【図１１】減磁電流通電後の誘起電圧と、Ｄ／Ｔ比との関係を示す図
【図１２】図１に示すロータの変形例を示す図
【図１３】本発明の実施の形態２に係る圧縮機の縦断面図
【図１４】本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機、圧縮機及び冷凍空調装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機の回転中心線と直交する断面を示す図である。図２は、図１に示すロータを拡大して示す図である。図３は、図２に示す永久磁石と磁石挿入孔を拡大して示す図である。図４は、図３に示す磁石挿入孔に永久磁石が挿入されていない状態を示す図である。
【００１２】
永久磁石埋込型電動機１は、ステータ３と、そのステータ３の内側に回転可能に設けられたロータ５とを備える。
【００１３】
ステータ３は、環状のステータ鉄心１７と、ステータ鉄心１７の内側に周方向に等間隔に並ぶ複数のティース部７とを備える。
【００１４】
複数のティース部７は、それぞれがステータ鉄心１７から回転中心線ＣＬに向けて突出し、放射状に形成されている。ステータ３には、隣り合うティース部７の間の領域に、対応するスロット部９が形成されている。
【００１５】
複数のティース部７のそれぞれは、対応するスロット部９を介して別のティース部７と隣り合っている。複数のティース部７と複数のスロット部９とが周方向に交互に且つ等間隔で並ぶように配置されている。
【００１６】
複数のティース部７には、それぞれ、図示省略する公知のステータ巻線が公知の態様で巻回されている。
【００１７】
ロータ５は、ロータ鉄心１１と、シャフト１３とを有する。
【００１８】
シャフト１３は、ロータ鉄心１１の軸心部に、焼嵌め、冷嵌め、または圧入により連結され、ロータ鉄心１１に回転エネルギーを伝達する。
【００１９】
ロータ鉄心１１の外周面とステータ３の内周面との間には、隙間１５が確保されている。
【００２０】
このような構成において、ロータ５は、隙間１５を介したステータ３の内側で、回転中心線ＣＬを中心に回転自在に保持されている。指令回転数に同期した周波数の電流をステータ３に通電することにより回転磁界が発生する。この回転磁界によりロータ５が回転する。ステータ３とロータ５との間の隙間１５の寸法は０．３ｍｍから１．０ｍｍである。
【００２１】
次にステータ３とロータ５との構成を詳細に説明する。
【００２２】
ステータ鉄心１７は、一枚あたりの厚さが０．１ｍｍから０．７ｍｍ程度の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、所定枚数の電磁鋼板をカシメで締結しながら積層して構成される。ここでは、板厚が０．３５ｍｍの電磁鋼板を用いている。
【００２３】
ティース部７の大部分は、径方向外側から径方向内側にかけて略等しい周方向の幅を有するが、ティース部７の最も径方向内側となる先端部には、ティース歯先部７ａが形成されている。
【００２４】
ティース歯先部７ａは、その両側部が周方向に広がる傘状に形成されている。
【００２５】
ティース部７には、回転磁界を発生させるコイルを構成するステータ巻線が巻かれている。図１から図４ではコイルとステータ巻線の図示を省略している。
【００２６】
コイルは、マグネットワイヤーを、絶縁体を介してティース部７に直接巻き付けて形成される。この巻線方式を、集中巻線という。コイルは、３相Ｙ結線に結線される。コイルのターン数と線径は、要求される特性、電圧仕様、及びスロットの断面積に応じて定まる。要求される特性は、回転数及びトルクである。
【００２７】
ここでは、巻線がし易いように分割ティースを帯状に展開し、線径φ１．０ｍｍ程度のマグネットワイヤーを各磁極のティース部７に８０ターン程度巻き付け、巻線後、分割ティースを環状に丸め、溶接してステータ３を構成している。
【００２８】
ステータ３の中心付近には、回転可能に保持されたシャフト１３が配置されている。そして、シャフト１３にロータ鉄心１１が嵌合されている。
【００２９】
ロータ鉄心１１は、ステータ鉄心１７と同様、厚さ０．１ｍｍから０．７ｍｍ程度の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、所定枚数の電磁鋼板をカシメで締結しながら積層して構成される。ここでは、板厚が０．３５ｍｍの電磁鋼板を用いている。
【００３０】
ロータ５は、磁石埋込型であり、ロータ鉄心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複数の永久磁石１９が設けられている。実施の形態１では永久磁石１９の数が６個である。
【００３１】
複数の永久磁石１９はそれぞれが、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、円弧状に湾曲している。複数の永久磁石１９はそれぞれが、その円弧形状の凸部側がロータ５の中心側に配置されている。また複数の永久磁石１９はそれぞれが、対応する磁極中心線ＭＣに対して線対称となるように湾曲している。
【００３２】
より詳細に説明する。ロータ鉄心１１には複数の永久磁石１９に対応した数の磁石挿入孔２１が形成されている。複数の磁石挿入孔２１にはそれぞれ、対応する永久磁石１９が挿入されている。一つの磁石挿入孔２１につき一つの永久磁石１９が挿入されている。
【００３３】
なお、ロータ５の磁極数は、２極以上であればいくつでもよいが、実施の形態１では、６極の場合を例示している。ここでは、永久磁石１９にフェライト磁石が使用される。永久磁石１９は、フェライト磁石の内周面と外周面とを一定の同心円弧状に形成し、厚みＴを一様に６ｍｍ程度に維持されるように構成したものである。
【００３４】
永久磁石１９の厚みＴは、磁石挿入孔２１の径方向外側面である孔外側面５５から、磁石挿入孔２１の径方向内側面である孔内側面５３までの厚みの内、最も厚い部位での磁石厚さを意味する。
【００３５】
図３に示すように永久磁石１９には、同心円弧の中心を基準とした円弧状の配向磁場ＭＤを印加した磁石が用いられる。なお、磁石の種類は、例えば、ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類磁石を用いて良い。
【００３６】
磁石挿入孔２１の断面形状は、永久磁石１９の形状と同形状である。すなわち磁石挿入孔２１は、周方向における長さが径方向の長さより長く、磁石挿入孔２１の断面形状は、ステータ３の中心に向けて突形状である。
【００３７】
磁極中心線ＭＣ上には、カシメ３３が設けられており、これにより、ロータ５における磁石挿入孔２１の径方向外側の鉄心部分の積層を固定し、製造時の変形を抑制している。
【００３８】
ロータ鉄心１１には、磁石挿入孔２１の径方向内側に、周方向に交互に等間隔で並ぶ複数の風穴３５と複数のリベット穴３７とが設けられている。
【００３９】
カシメ３３は、対応するリベット穴３７と、対応する一対の磁石挿入孔２１との間にも、設けられている。
【００４０】
次に、永久磁石１９及び磁石挿入孔２１ついて詳細に説明する。
【００４１】
複数の永久磁石１９及び磁石挿入孔２１はそれぞれが、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、対応する磁極中心線ＭＣによる線対称に形成されている。
【００４２】
複数の永久磁石１９はそれぞれが、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、内側面４３と、外側面４５と、一対の先端側面４７とを有する。なお、内側面４３及び外側面４５における外側及び内側は、回転中心線ＣＬを垂線とする面でみて、相対的な比較で径方向の内側及び外側の何れであるかを示す。
【００４３】
複数の磁石挿入孔２１はそれぞれが、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、孔の輪郭として、孔内側面５３と、孔外側面５５と、一対の孔先端側面５７とを有する。なお、孔内側面５３及び孔外側面５５における外側及び内側もまた、回転中心線ＣＬを垂線とする面でみて、相対的な比較で径方向の内側及び外側の何れであるかを示す。
【００４４】
永久磁石１９の外側面４５は、その大部分が、第１円弧半径による第１円弧面によって構成されている。
【００４５】
同様に、磁石挿入孔２１の孔外側面５５は、その大部分が、第１円弧半径による第１円弧面５５ａによって構成されている。ロータ鉄心１１のロータ外周面５ａと第１円弧面５５ａとの間には外側鉄心部３９が形成される。
【００４６】
一方、永久磁石１９の内側面４３は、第１円弧半径よりも大きい第２円弧半径による第２円弧面４３ａと、ストレート面４９とで構成されている。
【００４７】
同様に、磁石挿入孔２１の孔内側面５３は、第２円弧半径による第２円弧面５３ａと、ストレート面５９とで構成されている。
【００４８】
なお、磁石挿入孔２１と永久磁石１９は、磁石挿入孔２１内に永久磁石１９が挿入される関係にある。そのため、磁石挿入孔２１に関する第１円弧半径及び第２円弧半径と、永久磁石１９に関する第１円弧半径及び第２円弧半径とは、極めて厳密にみると同一ではないが、永久磁石１９は磁石挿入孔２１に嵌め込まれる関係にあり、説明を分かり易くする都合上、永久磁石側と磁石挿入孔２１側とで共通の文言を用いるものとする。
【００４９】
第１円弧半径と、第２円弧半径とは、共通の半径中心を有しており、その共通の半径中心は、永久磁石１９及び磁石挿入孔２１よりも径方向外側に在り、且つ、対応する磁極中心線ＭＣ上に在る。
【００５０】
換言すると、内側面４３と外側面４５とは、同心円状に構成され、第１円弧面の中心と第２円弧面の中心は、永久磁石１９の配向中心、すなわち配向焦点に一致している。同様に、孔内側面５３と孔外側面５５とは、同心円状に構成され、第１円弧面の中心と第２円弧面の中心は、永久磁石１９の配向焦点に一致している。図３における符号ＭＤの矢印は、配向の方向を模式的に示している。
【００５１】
なお磁石挿入孔２１及び永久磁石１９に関する円弧形状は、磁石挿入孔２１及び永久磁石１９の形状の一例である。実施の形態１の永久磁石埋込型電動機１は、このような概ね円弧状の磁石挿入孔２１及び永久磁石１９を有するロータを用いることに限定されるものではなく、ロータの中心に向けて突状に形成された磁石挿入孔２１及び永久磁石１９を有するロータを広く含むものである。
【００５２】
ストレート面４９及びストレート面５９は、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、磁極中心線ＭＣと直交する方向に延びている。
【００５３】
また、一対の先端側面４７はそれぞれ、内側面４３及び外側面４５の対応する端部同士を結んでいる。一対の孔先端側面５７はそれぞれ、孔内側面５３及び孔外側面５５の対応する端部同士を結んでいる。
【００５４】
磁石挿入孔２１の孔外側面５５は、孔外側面５５の大部分を占める第１円弧面５５ａと、一対の凹部６１とを含む。
【００５５】
一対の凹部６１の内、一方の凹部６１は、孔外側面５５の第１円弧面５５ａの一端側に位置している。一対の凹部６１の内、他方の凹部６１は、孔外側面５５の第１円弧面５５ａの他端側に位置している。図示例では、一対の凹部６１はそれぞれ、孔先端側面５７と孔外側面５５との間に配置される。
【００５６】
一対の凹部６１はそれぞれ外側鉄心部３９の周方向中央部、すなわち磁極中心線ＭＣに向けて延びている。一対の凹部６１の底部６１ｂはそれぞれ円弧状に形成されている。
【００５７】
図５は図４に示す磁石挿入孔の各部の寸法を説明する図である。磁石挿入孔２１に永久磁石１９が挿入された状態で、磁石挿入孔２１の凹部６１と永久磁石１９の外側面４５とは大きく離れている。それぞれの凹部６１と外側面４５との間には、非磁性領域である隙間６１ａが生じている。隙間６１ａは、凹部６１の内周面と外側面４５とに取り囲まれる空間である。
【００５８】
凹部６１の深さＤは永久磁石１９の厚みＴより小さい。例えば永久磁石１９の厚みＴが６ｍｍである場合、凹部６１の深さＤが１ｍｍである。Ｄ／Ｔは１６．７％に相当する。
【００５９】
凹部６１の深さＤは、磁石挿入孔２１に永久磁石１９が挿入された状態で、凹部６１の対面に永久磁石１９の外側面４５が存在する場合、凹部６１の底部６１ｂから永久磁石１９の外側面４５までの距離を意味する。
【００６０】
なお、永久磁石１９の端部に、切欠きまたは面取りがある場合、凹部６１の深さＤは、それらを除いた部位での、凹部６１の底部６１ｂから永久磁石１９の外側面までの距離を意味する。
【００６１】
また、図示例の永久磁石１９よりも短い永久磁石を用いることで、凹部６１の対面に磁石の外側面が存在しない場合、凹部６１の深さＤは、磁石の外側面を凹部６１の対面まで延長した仮想面から凹部６１の底部６１ｂまでの距離を意味する。
【００６２】
なお、永久磁石１９の端部に切欠きまたは面取りがある場合、永久磁石１９の厚みＴは、それらの除いた部位での厚さである。
【００６３】
磁石挿入孔２１の孔先端側面５７は、ロータ外周面５ａの近くに配置されている。磁石挿入孔２１の孔先端側面５７とロータ外周面５ａとの間は、一様な肉厚の側端薄肉部１１ａが存在する。これらの側端薄肉部１１ａはそれぞれ、隣接する磁極間での短絡磁束の経路となるため、できるだけ薄いことが好ましい。ここではプレス可能な最小幅として電磁鋼板の板厚程度０．３５ｍｍに設定している。
【００６４】
次に、図６に示す第１のロータ鉄心と、図９に示す第２のロータ鉄心とを参照しながら、実施の形態１の永久磁石埋込型電動機１の作用について説明する。
【００６５】
図６は、磁石挿入孔に凹部を有しない第１のロータ鉄心を示す図であり、図２に対応する図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機の一つの利点を説明するための図である。図８は、本発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機の他の一つの利点を説明するための図である。図９は、磁石挿入孔の凹部が不適切な態様で形成された第２のロータ鉄心を示す図であり、図２に対応する図である。
【００６６】
図６に示す第１のロータ鉄心では、磁石挿入孔の孔外側面の端部に凹部が設けられていない。この場合、ロータの中心に向けて突形状の永久磁石挿入孔を有するロータでは、特に、孔外側面と孔先端側面との境界部が磁石に近い。そのため、磁石表面から発生した磁束Ｍ１が磁石側面に短絡し易い。図６の例では、永久磁石の径方向外側面から発生した磁束Ｍ１は、永久磁石の先端側面に短絡する。
【００６７】
これに対して、実施の形態１では図７に示すように凹部６１が設けられている。これにより、孔外側面５５と孔先端側面５７との境界部に隙間６１ａが生じる。そして図７に示すように、磁石表面から発生した磁束Ｍ２が、磁石側面に短絡し難くなる。すなわち永久磁石１９の外側面４５から発生した磁束Ｍ２は、永久磁石１９の先端側面に短絡し難くなる。従って、図１に示すステータ３に鎖交する有効磁束量を増加させることができる。
【００６８】
しかしながら、その一方で、図９に示す第２のロータ鉄心のように、凹部が深すぎる場合、ロータから磁束Ｍ３が発生するための開口幅Ｗが狭くなり、ステータへの鎖交磁束量が低下する。開口幅Ｗは、一対の凹部６１の内、一方の凹部６１の底部６１ｂから他方の凹部６１の底部６１ｂまでの距離に相当する。すなわち第２のロータ鉄心では、凹部６１が、ロータからステータに渡る磁束Ｍ３の妨げとなり、誘起電圧が低下するという好ましくない問題が生じる。これに関し、図１０を参照しながら説明する。
【００６９】
図１０は、減磁電流通電前の誘起電圧と、Ｄ／Ｔ比との関係を示す図である。図１０には、Ｄ／Ｔを変化させた場合の、ロータに減磁位相の電流を通電する前の誘起電圧特性のグラフが示される。横軸はＤ／Ｔである。縦軸は減磁電流の通電前の誘起電圧である。図１０の誘起電圧は、凹部がないＤ／Ｔが０％の場合の誘起電圧を基準１００％としている。
【００７０】
誘起電圧は、ロータ回転時の、ロータからステータに鎖交する磁束によって発生する電圧であり、誘起電圧の大きさによって、ステータに鎖交した有効磁束量を評価することができる。
【００７１】
図１０に示すように、凹部が深く、例えばＤ／Ｔが４０％を超える場合、凹部が、ロータからステータに渡る磁束の妨げとなり、誘起電圧が大きく低下していることが分かる。
【００７２】
一方、実施の形態１では、Ｄ／Ｔを１０％から４０％とすることで、凹部を設けていない場合、すなわちＤ／Ｔ＝０％の場合と比べて、永久磁石１９の端部の漏れ磁束を抑制することができ、誘起電圧を大きくすることができる。
【００７３】
また、図６に戻り、第１のロータ鉄心のように、凹部が設けられていない場合、ロータの中心に向けて突形状の磁石挿入孔を有するロータでは、ロータ外周に近い磁石及び磁石挿入孔の各々の端部は、磁極中心の鉄心部に対して透磁率が低い。ロータ外周に近い端部とは、実施の形態１の先端側面４７または孔先端側面５７に相当する部分である。
【００７４】
そのため、ステータコイルにより発生する磁束Ｍ４が鎖交しにくい。そのため、ステータ通電時の磁束は、磁石挿入孔におけるロータ外周に近い端部と、ロータ外周との間の鉄心部分に集中し易い。ステータコイルにより発生する磁束Ｍ４が大きくなると、当該鉄心部分に配置された永久磁石の端部が減磁し易い。永久磁石の端部とは、実施の形態１の先端側面４７に相当する部分である。
【００７５】
これに対して、実施の形態１では図８に示すように凹部６１が設けられている。これにより、孔外側面５５と孔先端側面５７との境界部に隙間６１ａが生じる。そのため、図８に示すように、ステータコイルで発生した磁束Ｍ５が、永久磁石１９の端部に鎖交し難くなり、減磁し難い構成にすることができる。これに関し、図１１を参照しながら説明する。
【００７６】
図１１は、減磁電流通電後の誘起電圧と、Ｄ／Ｔ比との関係を示す図である。図１１には、Ｄ／Ｔを変化させた場合の、ロータに減磁位相の電流を通電した後の誘起電圧特性のグラフが示される。横軸はＤ／Ｔである。縦軸は減磁電流の通電後の誘起電圧である。図１１の誘起電圧は、凹部がないＤ／Ｔが０％の場合の誘起電圧を基準１００％としている。
【００７７】
図１１から分かるように、凹部がない、すなわちＤ／Ｔ＝０％の場合に対して、凹部を設けたほうが減磁量が小さく、誘起電圧は大きくなる。
【００７８】
一方で、凹部が深く、例えばＤ／Ｔが４０％よりも大きい場合、図１０と同様、凹部がロータからステータに渡る磁束の妨げとなるため、誘起電圧が低下する。
【００７９】
これにより、Ｄ／Ｔの好ましい範囲は１０％から４０％までである。すなわち実施の形態１では、Ｄ／Ｔを１０％から４０％とすることで、減磁電流の通電前、及び、減磁電流の通電後の両方において、凹部がない場合に対して誘起電圧を向上させることができ、効率及び信頼性を向上させることができる。
【００８０】
そして、上記のように誘起電圧を向上させることで、同一トルクを発生させる場合のモータ電流を小さくすることができ、結果として、モータのコイルで発生する銅損、インバータで発生する通電ロスを低減することができ、高効率なモータ、及び、圧縮機を構成することができる。
【００８１】
また、誘起電圧が向上した分、モータに使用されている磁石量及びモータ体積を小さくしても、従来と同等の出力で設計できるため、小型なモータを構成することができる。
【００８２】
さらに、減磁特性が向上することで、従来より大きな電流をモータに通電しても、減磁しない構成とすることができる。そのため、後述するような圧縮機の信頼性を向上させることができるとともに、運転範囲の拡大を図ることができる。特に、保磁力の低いフェライト磁石と高温化で使用する希土類磁石に効果的である。なお、希土類磁石は、高温化で、保磁力が低下する特性を有する。
【００８３】
なお、実施の形態１では円弧形状の磁石挿入孔２１及び永久磁石１９を用いた例を説明したが、直線形状の磁石挿入孔及び永久磁石を用いてもよい。図１２は、図１に示すロータの変形例を示す図である。図１２に示すロータ５−１は、直線形状の磁石挿入孔２１及び永久磁石１９を有する。
【００８４】
Ｖ字状に形成された１つの磁石挿入孔２１には２つの永久磁石１９が挿入されている。２つの永久磁石１９で１つの磁極を構成する。
【００８５】
具体的には、複数の磁石挿入孔２１はそれぞれが、回転中心線ＣＬからロータ外周面５ａ側に向かってＶ字型に開くように形成される。すなわち複数の磁石挿入孔２１はそれぞれが、ロータ５−１の中心に向けて突形状である。複数の磁石挿入孔２１はそれぞれ同一円周上に設けられる。
【００８６】
磁石挿入孔２１には平板状の永久磁石１９が埋め込まれている。１つの磁石挿入孔２１には一対で１組の永久磁石１９が埋め込まれ、１組の永久磁石１９により１つの磁極が構成される。
【００８７】
磁石挿入孔２１の孔外側面には、一対の凹部６１が形成される。一対の凹部６１の内、一方の凹部６１は、孔外側面の一端側に位置している。一対の凹部６１の内、他方の凹部６１は、孔外側面の他端側に位置している。
【００８８】
一対の凹部６１はそれぞれ、磁極中心線ＭＣに向けて延びている。一対の凹部６１の底部６１ｂはそれぞれ、円弧状に形成されている。凹部６１と永久磁石１９の外側面との間には、非磁性領域である隙間６１ａが生じている。隙間６１ａは、凹部６１の内周面と永久磁石１９の外側面とに取り囲まれる空間である。
【００８９】
以上に説明したように実施の形態１の永久磁石埋込型電動機１は、環状のステータと、ステータの内側に配置された環状のロータ鉄心とを備え、ロータ鉄心は、ステータの周方向に配列された複数個の磁石挿入孔を有し、複数個の磁石挿入孔のそれぞれの断面形状はステータの中心に向けて突形状であり、複数個の磁石挿入孔はそれぞれがステータの径方向における外側面に一対の凹部を有し、複数個の磁石挿入孔のそれぞれの一対の凹部はそれぞれが外側面の一端部及び他端部に配置され、一端部及び他端部はステータの周方向に配列される。また永久磁石埋込型電動機１は、複数個の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数個の永久磁石を備え、一対の凹部は、それぞれの深さが、ステータの径方向における複数個の永久磁石のそれぞれの厚みの１０％から４０％である。この構成により、そのため永久磁石１９の磁束量の低下を避けながらも、減磁し難い高効率な永久磁石埋込型電動機１を得ることができる。
【００９０】
実施の形態２．
次に、実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機１を内蔵した圧縮機について説明する。
【００９１】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る圧縮機の縦断面図である。図１３の圧縮機は実施の形態１の永久磁石埋込型電動機を内蔵したロータリ圧縮機２６０である。
【００９２】
ロータリ圧縮機２６０は、密閉容器２６１内に、実施の形態１の永久磁石埋込型電動機１を電動要素として備え、さらに圧縮要素２６２を備える。図示はしないが、密閉容器２６１の底部には、圧縮要素２６２の各摺動部を潤滑する冷凍機油が貯留されている。
【００９３】
圧縮要素２６２は、主な要素として、上下積層状態に設けられたシリンダ２６３と、永久磁石埋込型電動機１により回転するシャフト１３である回転軸２６４と、回転軸２６４に嵌挿されるピストン２６５と、シリンダ２６３内を吸入側と圧縮側とに分ける図示しないベーンと、回転軸２６４が回転自在に嵌挿され、シリンダ２６３の軸方向端面を閉塞する上下一対の上部フレーム２６６及び下部フレーム２６７と、上部フレーム２６６及び下部フレーム２６７にそれぞれ装着されたマフラ２６８とを含んでいる。
【００９４】
永久磁石埋込型電動機１のステータ３は、密閉容器２６１に焼嵌め、冷嵌め、または溶接により直接取り付けられ保持されている。ステータ３のコイルには、密閉容器２６１に固定されるガラス端子２６９から電力が供給される。
【００９５】
ロータ５は、ステータ３の内径側に、隙間１５を介して配置されており、ロータ５の中心部の回転軸２６４を介して圧縮要素２６２の軸受け部により回転自在な状態で保持されている。軸受け部は上部フレーム２６６及び下部フレーム２６７に相当する。
【００９６】
次に、ロータリ圧縮機２６０の動作について説明する。
【００９７】
アキュムレータ２７０から供給された冷媒ガスは、密閉容器２６１に固定された吸入パイプ２７１よりシリンダ２６３内へ吸入される。
【００９８】
インバータの通電によって永久磁石埋込型電動機１が回転されていることで、回転軸２６４に嵌合されたピストン２６５がシリンダ２６３内で回転される。それにより、シリンダ２６３内では冷媒の圧縮が行われる。
【００９９】
冷媒は、マフラを経た後、密閉容器２６１内を上昇する。このとき、圧縮された冷媒には冷凍機油が混入している。
【０１００】
この冷媒と冷凍機油との混合物は、ロータ鉄心に設けた風穴を通過する際に、冷媒と冷凍機油との分離を促進され、冷凍機油が吐出パイプ２７２へ流入するのを防止できる。このようにして、圧縮された冷媒が、密閉容器２６１に設けられた吐出パイプ２７２を通って冷凍サイクルの高圧側へと供給される。
【０１０１】
なお、ロータリ圧縮機２６０の冷媒には、従来から存在するＨＦＣハイドロフルオロカーボン系冷媒であるＲ４１０Ａ及びＲ４０７Ｃ、またはハイドロクロロフルオロカーボン系冷媒であるＲ２２が用いられている。ただし低地球温暖化係数（以下「低ＧＷＰ」）の冷媒及び低ＧＷＰの冷媒以外の冷媒も適用できる。地球温暖化防止の観点からは低ＧＷＰの冷媒が望ましい。低ＧＷＰの冷媒の代表例として、以下の（１）から（３）に示す冷媒がある。
【０１０２】
（１）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素の一例であるＨＦＯ−１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）である。ＨＦＯは、Ｈｙｄｒｏ−Ｆｌｕｏｒｏ−Ｏｌｅｆｉｎの略で、Ｏｌｅｆｉｎは、二重結合を一つ持つ不飽和炭化水素のことである。なおＨＦＯ−１２３４ｙｆのＧＷＰは４である。
【０１０３】
（２）組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の一例であるＲ１２７０プロピレンである。なおＧＷＰは３で、ＨＦＯ−１２３４ｙｆより小さいが、可燃性はＨＦＯ−１２３４ｙｆより大きい。
【０１０４】
（３）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素と組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素との何れかを含む混合物の一例であるＨＦＯ−１２３４ｙｆと、Ｒ３２との混合物である。ＨＦＯ−１２３４ｙｆは、低圧冷媒のため圧損が大きくなり、冷凍サイクル、特に蒸発器においての性能が低下しやすい。そのためＨＦＯ−１２３４ｙｆより高圧冷媒であるＲ３２またはＲ４１との混合物が実用上は有力になる。
【０１０５】
なお実施の形態２の圧縮機は、ロータリ圧縮機に限定されず、ロータリ圧縮機以外の圧縮機、例えばスクロール圧縮機または密閉型圧縮機でもよい。
【０１０６】
以上のように構成されたロータリ圧縮機２６０においても、上述した永久磁石埋込型電動機１を用いることで、上記実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【０１０７】
実施の形態３．
図１４は本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置の構成図である。実施の形態３では、実施の形態２に係るロータリ圧縮機２６０を搭載した冷凍空調装置３８０について説明する。
【０１０８】
冷凍空調装置３８０は、主たる要素として、ロータリ圧縮機２６０と、圧縮された高温高圧の冷媒ガスの熱を空気と熱交換して凝縮し液冷媒にする凝縮器３８１と、液冷媒を膨張させて低温低圧の液冷媒にする膨張装置３８３と、低温低圧の液冷媒から吸熱して低温低圧のガス冷媒にする蒸発器３８２とで構成される。
【０１０９】
ロータリ圧縮機２６０、凝縮器３８１、蒸発器３８２及び膨張装置３８３は、各々冷媒配管により接続されて冷凍回路を構成する。ロータリ圧縮機２６０を用いることにより高効率で高出力な冷凍空調装置３８０を提供できる。
【０１１０】
なお、冷凍空調装置３８０の冷凍回路には、少なくとも凝縮器３８１、蒸発器３８２及び膨張装置３８３を含むが、これら以外の構成要素の構成は、特に、限定されるものではない。
【０１１１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１  永久磁石埋込型電動機、３  ステータ、５  ロータ、５−１  ロータ、５ａ  ロータ外周面、７  ティース部、７ａ  ティース歯先部、９  スロット部、１１  ロータ鉄心、１１ａ  側端薄肉部、１３  シャフト、１５  隙間、１７  ステータ鉄心、１９  永久磁石、２１  磁石挿入孔、３３  カシメ、３５  風穴、３７  リベット穴、３９  外側鉄心部、４３  内側面、４３ａ  第２円弧面、４５  外側面、４７  先端側面、４９  ストレート面、５３  孔内側面、５３ａ  第２円弧面、５５  孔外側面、５５ａ  第１円弧面、５７  孔先端側面、５９  ストレート面、６１  凹部、６１ａ  隙間、６１ｂ  底部、２６０  ロータリ圧縮機、２６１  密閉容器、２６２  圧縮要素、２６３  シリンダ、２６４  回転軸、２６５  ピストン、２６６  上部フレーム、２６７  下部フレーム、２６８  マフラ、２６９  ガラス端子、２７０  アキュムレータ、２７１  吸入パイプ、２７２  吐出パイプ、３８０  冷凍空調装置、３８１  凝縮器、３８２  蒸発器、３８３  膨張装置。
【図１】
2017119102.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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年8月9日(2016.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータと、
前記ステータの内側に配置され、前記ステータの周方向に配列された複数個の磁石挿入孔を有し、前記複数個の磁石挿入孔のそれぞれの断面形状は前記ステータの中心に向けて突形状であり、前記複数個の磁石挿入孔はそれぞれが前記ステータの径方向における外側面に一対の凹部を有し、前記複数個の磁石挿入孔のそれぞれの前記一対の凹部はそれぞれが前記外側面の一端部及び他端部に配置され、前記一端部及び他端部は前記ステータの周方向に配列される環状のロータ鉄心と、
前記複数個の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数個の永久磁石と、
を備え、
前記一対の凹部は、それぞれの深さが、前記磁石挿入孔に前記永久磁石が挿入された状態で、前記一対の凹部の対面に前記永久磁石の外側面が存在する場合に、前記一対の凹部の底部から前記永久磁石の外側面までの距離であり、前記ステータの径方向における前記複数個の永久磁石のそれぞれの厚みの１０％から４０％である永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記一対の凹部のそれぞれと前記複数個の永久磁石のそれぞれとの間には、前記複数個の永久磁石のそれぞれに前記永久磁石が挿入された状態で、隙間が生じている請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記複数個の永久磁石のそれぞれは、フェライト磁石または希土類磁石である請求項１または請求項２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
密閉容器内に電動機と圧縮要素とを備えた圧縮機であって、
前記電動機は請求項１から請求項３の何れか一項に記載の永久磁石埋込型電動機である圧縮機。
【請求項５】
請求項４に記載の圧縮機を冷凍回路の構成要素として備える冷凍空調装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の永久磁石埋込型電動機は、環状のステータと、ステータの内側に配置され、ステータの周方向に配列された複数個の磁石挿入孔を有し、複数個の磁石挿入孔のそれぞれの断面形状はステータの中心に向けて突形状であり、複数個の磁石挿入孔はそれぞれがステータの径方向における外側面に一対の凹部を有し、複数個の磁石挿入孔のそれぞれの一対の凹部はそれぞれが外側面の一端部及び他端部に配置され、一端部及び他端部はステータの周方向に配列される環状のロータ鉄心と、複数個の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数個の永久磁石と、を備える。また本発明の永久磁石埋込型電動機の一対の凹部は、それぞれの深さが、磁石挿入孔に永久磁石が挿入された状態で、一対の凹部の対面に永久磁石の外側面が存在する場合に、一対の凹部の底部から永久磁石の外側面までの距離であり、ステータの径方向における複数個の永久磁石のそれぞれの厚みの１０％から４０％である。
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月17日(2017.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータと、
前記ステータの内側に配置され、前記ステータの周方向に配列された複数個の磁石挿入孔を有し、前記複数個の磁石挿入孔のそれぞれの断面形状は前記ステータの中心に向けて突形状であり、前記複数個の磁石挿入孔はそれぞれが前記ステータの径方向における外側面に一対の凹部を有し、前記複数個の磁石挿入孔のそれぞれの前記一対の凹部はそれぞれが前記外側面の一端部及び他端部に配置され、前記一端部及び他端部は前記ステータの周方向に配列される環状のロータ鉄心と、
前記複数個の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数個の永久磁石と、
を備え、
前記磁石挿入孔に前記永久磁石が挿入された状態で、前記一対の凹部の対面に前記永久磁石の外側面が存在し、前記一対の凹部は、それぞれの深さが、前記一対の凹部の底部から前記永久磁石の外側面までの距離であり、前記ステータの径方向における前記複数個の永久磁石のそれぞれの厚みの１０％から４０％である永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記一対の凹部のそれぞれと前記複数個の永久磁石のそれぞれとの間には、前記複数個の永久磁石のそれぞれに前記永久磁石が挿入された状態で、隙間が生じている請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記複数個の永久磁石のそれぞれは、フェライト磁石または希土類磁石である請求項１または請求項２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
密閉容器内に電動機と圧縮要素とを備えた圧縮機であって、
前記電動機は請求項１から請求項３の何れか一項に記載の永久磁石埋込型電動機である圧縮機。
【請求項５】
請求項４に記載の圧縮機を冷凍回路の構成要素として備える冷凍空調装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の永久磁石埋込型電動機は、環状のステータと、ステータの内側に配置され、ステータの周方向に配列された複数個の磁石挿入孔を有し、複数個の磁石挿入孔のそれぞれの断面形状はステータの中心に向けて突形状であり、複数個の磁石挿入孔はそれぞれがステータの径方向における外側面に一対の凹部を有し、複数個の磁石挿入孔のそれぞれの一対の凹部はそれぞれが外側面の一端部及び他端部に配置され、一端部及び他端部はステータの周方向に配列される環状のロータ鉄心と、複数個の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数個の永久磁石と、を備える。また本発明の永久磁石埋込型電動機の一対の凹部は、磁石挿入孔に永久磁石が挿入された状態で、一対の凹部の対面に永久磁石の外側面が存在し、一対の凹部は、それぞれの深さが、一対の凹部の底部から永久磁石の外側面までの距離であり、ステータの径方向における複数個の永久磁石のそれぞれの厚みの１０％から４０％である。
【国際調査報告】
2017119102.tif 000017
2017119102.tif 000018
2017119102.tif 000019
2017119102.tif 000020