(57)【要約】  永久磁石埋込型の電動機１において、ステータコア３のティース部４ｂの基部１８の先端に基部１８よりも磁気抵抗の大きい磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂを設け、隣接する基部１８間の周方向の最小間隔をＬａ、隣接するティース部４ｂ間の最小隙間の間隔をＬｂ、ロータ６とステータ２との間の隙間の間隔をＬｇとしたときに、Ｌａ＞２Ｌｇ＞Ｌｂの関係が成立するように構成する。このような構成により、ロータ６の磁気特性を損なわず、且つ、減磁特性に優れた電動機１を提供することができる。
2014002195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分割コアが環状に連結されて構成され内周側に開口する複数のスロット部及び隣り合うスロット部間にティース部が設けられたステータコアの前記ティース部に巻線が巻回されてなるステータと、
このステータの内側に回転自在に配置され、ロータコアの外周部に周方向に沿って設けられた複数の磁石挿入孔にそれぞれ永久磁石が埋設され、前記各磁石挿入孔の周方向の両端部にはそれぞれ磁束短絡防止用孔が設けられたロータと、
を備え、
前記各ティース部は、径方向に延伸する径方向延伸部及びこの径方向延伸部の内径側に接続されて前記ロータの外周面に沿う周方向延伸部からなる基部と、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられ前記基部よりも磁気抵抗の大きい磁気抵抗増大部とを有し、
隣接する前記基部間の周方向の最小間隔をＬａ、隣接する前記ティース部間の最小隙間の間隔をＬｂ、前記ロータと前記ステータとの間の隙間の間隔をＬｇとしたときに、Ｌａ＞２Ｌｇ＞Ｌｂの関係が成立するように構成されたことを特徴とする永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記電磁鋼板における当該磁気抵抗増大部に相当する部位にエッチング処理を施すことにより当該部位の板厚を前記基部の板厚よりも薄くすることで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記電磁鋼板における当該磁気抵抗増大部に相当する部位にプレス加工を施すことにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられ当該一端部の径方向の幅よりも小さい径方向の幅で段差をつけて設けられた突起部として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられたスリットとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項６】
前記磁気抵抗増大部の磁気抵抗は、前記基部の磁気抵抗の２〜３倍であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項７】
隣接する前記磁束短絡防止用孔同士の互いに対向する側と反対側の両端の周方向における間隔Ｌｃが、隣接する前記ティース部間の最小隙間の間隔Ｌｂよりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の永久磁石埋込型電動機を搭載したことを特徴とする圧縮機。
【請求項９】
請求項８に記載の圧縮機を搭載したことを特徴とする冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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ものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の圧縮機に搭載する電動機は、省エネ・低騒音を求められると共に、１５０℃程度の高温雰囲気中での使用を保証する必要がある。一般に、Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ系希土類磁石は、残留磁束密度が高く、電動機の小型・高効率化に向いているが、高温になるほど保磁力が低下するため、同一電流で比較した場合、高温雰囲気で使用する電動機ほど減磁し易いという課題がある。そのため、希土類磁石が高温雰囲気中で減磁しないように、例えば、Ｄｙ（ディスプロシウム）、Ｔｂ（テルビウム）といった重希土類元素を添加することで、保磁力を向上させ、減磁しないように使用している。しかし、近年、重希土類元素は希少価値が高まり、調達性や価格高騰のリスクが大きくなっている。そのような情勢を反映して、高効率で低騒音、且つ、保磁力の低い希土類磁石でも減磁せずに使用可能な、減磁に強い電動機が求められている。【０００３】
特許文献１では、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ロータコアの外周に近接してロータコアに設けており、上記永久磁石埋設用穴に上記永久磁石を埋設したロータを用いることにより永久磁石端部での磁束の短絡を防止し、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により、高効率で、且つ、コギングトルクが低く、振動や騒音の少ない永久磁石電動機を得る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−０９８７３１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、従来の永久磁石電動機においては、負荷が大きいとき、或いは、過負荷によって動作中にロック状態となったとき、また或いは、起動時等の過渡状態にあるとき、さらには、ステータ巻線が短絡したとき等に大きな電機子反作用が発生し、ロータに逆磁界が加わることがある。特に、集中巻方式の場合には、瞬時的に隣接するティースが異極となってインダクタンスが大きくなり、逆磁界がロータにかかり易くなる。【０００６】
また、永久磁石をロータ表面に埋め込んだロータ、特に永久磁石の端部のロータ外周側に磁束短絡防止用穴を設けた場合には、ロータ外周の薄肉部に磁束が集中し易い構造となり、ロータ外周部の薄肉部が磁気飽和した状態では、一部の逆磁界は永久磁石を通過し、永久磁石を減磁させてしまうという課題があった。【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ロータの磁気特性を損なわず、且つ、減磁特性に優れた永久磁石埋込型電動機、圧縮機、及び冷凍空調装置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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る永久磁石埋込型電動機は、複数の分割コアが環状に連結されて構成され内周側に開口する複数のスロット部及び隣り合うスロット部間にティース部が設けられたステータコアの前記ティース部に巻線が巻回されてなるステータと、このステータの内側に回転自在に配置され、ロータコアの外周部に周方向に沿って設けられた複数の磁石挿入孔にそれぞれ永久磁石が埋設され、前記各磁石挿入孔の周方向の両端部にはそれぞれ磁束短絡防止用孔が設けられたロータと、を備え、前記各ティース部は、径方向に延伸する径方向延伸部及びこの径方向延伸部の内径側に接続されて前記ロータの外周面に沿う周方向延伸部からなる基部と、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられ前記基部よりも磁気抵抗の大きい磁気抵抗増大部とを有し、隣接する前記基部間の周方向の最小間隔をＬａ、隣接する前記ティース部間の最小隙間の間隔をＬｂ、前記ロータと前記ステータとの間の隙間の間隔をＬｇとしたときに、Ｌａ＞２Ｌｇ＞Ｌｂの関係が成立するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ロータの磁気特性を損なわず、且つ、減磁特性に優れた永久磁石埋込型電動機を提供することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機の構成を示す横断面図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大断面図である。
【図３】図３は、従来の電動機の構成を示す部分拡大断面図である。
【図４】図４は、従来の永久磁石埋込型電動機において逆磁界（減磁界）が発生した様子を示した図である。
【図５】図５は、図１の構成において、逆磁界が発生した様子を示した図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る電動機と従来の電動機とに対し、逆磁界をロータに印加した際の同一保磁力の永久磁石における減磁率の比較結果を示した図である。
【図７】図７は、分割コアの連結体を示した図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係る永久磁石埋込型電動機の構成を示す部分拡大断面図である。
【図９】図９は、実施の形態３に係る永久磁石埋込型電動機の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４に係る永久磁石埋込型電動機の構成を示す部分拡大断面図である。
【図１１】図１１は、基部と磁気抵抗増大部の磁気抵抗の比に対する誘起電圧と減磁耐力の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る永久磁石埋込型電動機、圧縮機、及び冷凍空調装置の実施の形態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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機の構成を示す横断面図、図２は、図１の部分拡大断面図である。以下、図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機の構成について説明する。
【００１３】
本実施の形態に係る電動機１は、環状のステータ２と、ステータ２の内側にエアギャップ１１を介して回転自在に配置されたロータ６とを備えている。
【００１４】
ステータ２は、環状のステータコア３と、ステータコア３に巻装されたステータ巻線（図示せず）とを備えている。ステータコア３は、外周側のバックヨーク部４ａと、バックヨーク部４ａから径方向の内側に突出し周方向に略等間隔で複数個設けられたティース部４ｂとを備えている。これらのティース部４ｂにはステータ巻線が例えば集中巻方式で巻回されている。隣接ティース部４ｂ間には空隙であるスロット部５が設けられている。換言すれば、内周側に開口する隣接スロット部５間にティース部４ｂが設けられている。なお、図示例では、ティース部４ｂの個数は例えば９個である。ステータコア３は、所定の形状に形成された厚さが例えば０．３５ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を所定の枚数積層することで構成される。ステータコア３の所定の部位には、電磁鋼板をかしめた箇所であるかしめ部２０が形成されている。
【００１５】
ロータ６は、永久磁石埋込型であり、ロータコア７と、ロータコア７の外周部に設けられた磁石挿入孔８に埋設された永久磁石９とを備えている。磁石挿入孔８は、周方向に略等間隔で複数個形成されている。図示例では、磁石挿入孔８の個数は例えば６個である。磁石挿入孔８は、それぞれ外周部に沿って配置され、その断面形状は例えば周方向に長寸の略矩形である。
【００１６】
磁石挿入孔８は、永久磁石９と略同一の断面形状であり、磁石挿入孔８には、例えば厚さ２ｍｍ程度の平板状の永久磁石９が挿入される。永久磁石９は、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジム−鉄−ボロン）系の希土類磁石とすることができる。磁石挿入孔８には１極あたり１個の永久磁石９が挿入され、永久磁石９は厚さ方向に平行に磁化されている。これらの複数個の永久磁石９は、周方向に極性が交互となるように配置される。なお、ロータの磁極数は、２極以上であればいくつでもよいが、ここでは、ロータの磁極数が６極の場合を例示している。また、ここでは、永久磁石９として例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジム−鉄−ボロン）系の希土類磁石を用いているが、永久磁石９の種類はこれに限るものではない。
【００１７】
磁石挿入孔８は、周方向の両端部に磁束短絡防止用孔１３を備えており、磁石挿入孔８に永久磁石９が挿入された状態で磁束短絡防止用孔１３が永久磁石９の周方向の両端部に設けられた空隙となる。すなわち、磁石挿入孔８は、永久磁石９が挿入される本体部分とこれに連結する１対の磁束短絡防止用孔１３とからなる。磁束短絡防止用孔１３を設けることで、隣接磁石間で磁束が短絡せず、磁路が狭くなるように設計されている。ロータコア７の外周面と磁束短絡防止用孔１３との間の部分である極間薄肉部の幅は、ここでは例えば電磁鋼板と同等程度の厚さ０．３５ｍｍとしている。このようなロータ構成をとる理由は、永久磁石９の端部での磁束の短絡を防止し、永久磁石９の端部の磁束をステータ２に渡り易くし、発生トルクを大きくするためである。
【００１８】
ロータコア７の中央部には回転エネルギーを伝達するシャフト（図示せず）が挿入されるシャフト孔１０が形成されている。シャフト（図示せず）は、シャフト孔１０に焼嵌、圧入等されてロータ６に連結される。更に、ロータコア７には、磁石挿入孔８よりも内径側の軸方向に、冷媒流路となる複数の風穴１２が設けられている。ロータコア７は、所定の形状に形成された厚さが例えば０．３５ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を所定の枚数積層することで構成される。
【００１９】
次に、ステータ２の詳細について説明する。ステータ２は、それぞれバックヨーク部４ａとバックヨーク部４ａから突出したティース部４ｂとからなるＴ字型の磁性片部である分割コア１５ａを複数個環状に連結して構成される。すなわち、複数の分割コア１５ａがバックヨーク部４ａに形成される連結部１５ｂを介して折り曲げ可能に連結され、連結部１５ｂを適宜折り曲げることにより、環状のステータ構造が形成されている（例えば、特許第３８２８０１５号公報参考）。
【００２０】
図７は、分割コア１５ａの連結体を示した図である。図７に示すように、ステータ２は、連結部１５ｂで互いに直列に連結された複数個の分割コア１５ａのティース部４ｂに絶縁材１７を介して巻線１６を巻回した後、連結された分割コア１５ａを環状にすることで構成される。このような構成にすることにより、一般的な一体コアのステータ（巻線を隣接するティース部間（スロットオープニング）から挿入）と比較して、隣接するティース部４ｂ先端間の隙間を狭く構成することが可能となる。
【００２１】
図２に示すように、ティース部４ｂは、基部１８と、基部１８先端に延出した磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂにより構成される。ここで、基部１８とは従来のステータのティース部を意味し、一般的に、隣接する基部１８間の隙間は、磁気特性に優れる最適な幅があり、広すぎるとマグネットの磁束を拾える範囲が狭まり、狭すぎると磁束が隣り合うティース部先端間で短絡してしまう。また、コギングトルクや鉄損との関係性から適正幅が選択される場合もある。本実施の形態では、ステータ２に鎖交するマグネット磁束量が多く、コギングトルクが小さくなるように隣接する基部１８間の隙間を調整してある。
【００２２】
基部１８は、径方向に延伸する径方向延伸部１８ａと、これの内径側に接続されてロータ６の外周面に沿う周方向延伸部１８ｂとからなる。磁気抵抗増大部１９ａは、周方向延伸部１８ｂの周方向の一方の端部に設けられ、磁気抵抗増大部１９ｂは、周方向延伸部１８ｂの周方向の他方の端部に設けられる。磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂの磁気抵抗は、基部１８の磁気抵抗よりも大きい。なお、図３は、従来の永久磁石埋込型電動機の構成を示す部分拡大断面図である。図３に示すように、従来の電動機１００では、基部１８には磁気抵抗増大部が設けられていない。なお、図３では、図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００２３】
更に、本実施の形態の構成を具体的に説明すると、複数の電磁鋼鈑を積層して構成されるステータコア３において、基部１８を、通常の電磁鋼板板厚で構成し、基部１８先端に延出した磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂを、基部１８先端に延出する部位にエッチング処理を施し、基部１８よりも板厚を薄くすることで構成する。ここでは、例えば、基部１８の板厚を０．３５ｍｍとし、磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂの板厚を０．１５ｍｍとしている。
【００２４】
更に、本実施の形態では、隣接する基部１８間の周方向の最小間隔をＬａ、磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂも含めた隣接ティース部４ｂ間の最小隙間の間隔をＬｂ、エアギャップ隙間の間隔（エアギャップ１１の幅）をＬｇとしたときに、Ｌａ＞２Ｌｇ＞Ｌｂの関係が成立するように構成している。ここでは、例えば、Ｌａ＝２．５ｍｍ，Ｌｇ＝０，７ｍｍ，Ｌｂ＝０．３ｍｍとしている。
【００２５】
ステータ２は、ステータコア３のスロット部５に絶縁材１７（図７）を介して巻線１６（図７）が巻装されて構成され、ステータ２に指令回転数に同期した周波数の電流を通電することにより、回転磁界を発生させることができる。
【００２６】
本実施の形態の電動機１は、駆動回路のインバータによるＰＷＭ制御により可変速駆動を行うことにより、要求の製品負荷条件に合わせた高効率な運転を可能とする。電動機１は、例えば、空気調和機の圧縮機に搭載され、１００℃以上の高温雰囲気中での使用を保証する。
【００２７】
次に、本実施の形態の作用について説明する。一般に、永久磁石埋込型電動機においては、負荷が大きいとき、或いは、過負荷によって動作中にロック状態となったとき、また或いは、起動時等の過渡状態にあるとき、さらには、ステータ巻線が短絡したとき等に大きな電機子反作用が発生し、ロータに逆磁界が加わることがある。特に、集中巻方式の場合には、隣接するティースが異極となってインダクタンスが大きくなり、逆磁界がロータにかかり易くなる。逆磁界とは、ステータに通電することで発生するロータの磁極の向きとは相反する極の磁界を意味している。
【００２８】
このような逆磁界は、磁気抵抗が大きいところを避けて、できるだけ磁気抵抗が小さいところを流れようとする性質がある。特に、通常のステータのティース先端部の隙間（図３の隙間Ｌａに相当）が、エアギャップ隙間Ｌｇに対し、Ｌａ＞２Ｌｇの関係にある場合、ティース先端部の隙間の磁気抵抗がエアギャップの磁気抵抗よりも大きくなるため、図４に示すように、ティース部４ｂから発生した逆磁界２５は隣接ティース部間よりも磁気抵抗の小さいティース部４ｂ→ロータ６→ティース部４ｂの経路を通過しようとする。なお、図４は、従来の永久磁石埋込型電動機において逆磁界（減磁界）２５が発生した様子を示した図であり、磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂが設けられていない点を除けば図１と同じであり、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００２９】
ところが、永久磁石をロータ表面に埋め込んだロータ、特に永久磁石の端部のロータ外周側に磁束短絡防止用孔を設けた場合には、ロータ外周の薄肉部に磁束が集中し易い構造となっている。つまり、一般的な電動機の磁気特性を改善するためには、永久磁石をできるだけロータ表面に配置し、永久磁石の端部に磁束短絡防止用孔を設けることが好ましいが、過負荷等でロータに逆磁界が印加される場合には、ロータ外周部の薄肉部が磁気飽和し、一部の逆磁界は永久磁石を通過し、減磁を引き起こしてしまう。特に、減磁し易い部位は、磁束短絡防止用孔の下の永久磁石の端部である。
【００３０】
永久磁石は、逆磁界がある閾値の大きさまでは元の磁気特性を保持するが、閾値を超えると残留磁束密度が低下し、元の磁気特性には戻らない不可逆減磁となる。不可逆減磁が起きると、永久磁石の残留磁束密度が低下し、トルクを発生させるための電流が増加し、電動機の効率を悪化させるだけでなく、電動機の制御性が悪化し、信頼性の低下をもたらす。
【００３１】
上記のように、本実施の形態では、ステータ２のティース部４ｂを、基部１８と、基部１８先端に延出した磁気抵抗の大きい部位（磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂ）により構成し、且つ、Ｌａ＞２Ｌｇ＞Ｌｂの関係を満たすように構成することで、通常の運転時にはＬａが支配的な磁気特性に優れた電動機を実現しつつ、大電流が流れてロータ６が磁気飽和した場合には、逆磁界が、ロータ６を介して隣接するティース部４ｂ間を渡るよりも、隣接する磁気抵抗増大部間１９ａ，１９ｂを通過した方が磁気抵抗が小さい状態が生じるようにし、図５に示すように、逆磁界（減磁界）２４がＬｂを短絡し、永久磁石９の減磁を抑制することが可能となる。なお、図５は、図１の構成において、逆磁界（減磁界）２４が発生した様子を示した図である。
【００３２】
図６は、本実施の形態に係る電動機１と従来の電動機１００とに対し、逆磁界をロータ６に印加した際の同一保磁力の永久磁石９における減磁率の比較結果を示した図である。図６では、横軸は通電電流を表し、縦軸は減磁率を表す。ここで、減磁率は、起磁力を印加する前後のロータ６から発生する磁束量の変化を表している。一般に、電動機が減磁すると、電動機を搭載する圧縮機、及び、圧縮機を搭載する冷凍空調機の性能が変動し、また、電動機に発生する電圧が変化するため、電動機の制御性が悪化する。製品の信頼性を満足するためにも、減磁率は３％程度の低下に抑止する必要がある。図６に示すように、本実施の形態に係る電動機１は、従来の電動機に比べ、３％減磁する起磁力が約３０％高く、従来品と同じ電流範囲で使用する場合には、より保磁力の低い磁石を使用することが可能となる。すなわち、本実施の形態によれば、保磁力を向上させるためのレアアース添加量を削減することができ、低コストな電動機１を構成することができる。
【００３３】
図１１は、基部１８と磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂの磁気抵抗の比に対する誘起電圧と減磁耐力の関係を示した図である。すなわち、横軸は（磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂの磁気抵抗）／（基部１８の磁気抵抗）を表し、縦軸は従来の電動機を基準とした場合の無負荷誘起電圧と減磁耐力を表している。磁気抵抗の比が大きいほど、磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂは空隙に近く、従来の電動機に近いことを意味し、磁気抵抗の比が１になると、磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂは基部１８と同じ磁気抵抗であり、単純にティース歯先が延長された場合と同じ状態にあることを意味する。誘起電圧はロータ６を回転させた際にステータ巻線に誘起される電圧であり、値が大きいほど磁石磁束が多く鎖交し、マグネットトルクに優れた電動機となる。誘起電圧は、従来の電動機の構成のもとで最適となるように基部１８を設計しているため、基部１８先端に延出した磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂを設けることにより、ティース部４ｂ先端間での磁束の短絡が生じ、低下してしまうが、磁気抵抗の比を大きくすれば低下を緩和できる。減磁耐力に関しては、磁気抵抗の比を小さくすればするほど、減磁界を短絡させ易くなるので改善効果は大きくなる。図１１からわかるように、誘起電圧の低下量に対し、減磁耐力の改善効果は大きいため、誘起電圧低下分のデメリットを減磁耐力改善で補うことができる。例えば、減磁耐力が向上した分、保磁力の小さい、少ない重希土類元素含有量の永久磁石９を使用可能となり、重希土類元素含有量を低減したことで、永久磁石９の残留磁束密度が向上するため、上記の誘起電圧の低下を補うことができる。また、図１１より、誘起電圧の低下が小さく、減磁耐力向上の効果が大きい領域は、磁気抵抗の比が２〜３倍の範囲であることがわかる。
【００３４】
本実施の形態によれば、ティース部４ｂを、基部１８と、基部１８先端に延出した磁気抵抗の大きい部位である磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂにより構成しているので、ステータ２は、良好な磁気特性を構成するための隣接する基部１８間の最小間隔Ｌａと、減磁特性を改善するための磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂによる隣接ティース部４ｂ間の最小隙間の間隔Ｌｂを併せ持つこととなり、磁気特性が良好で減磁特性に優れたものとなる。これに対し、従来の電動機では、ティース部の隣接する基部間の隙間には適正な幅があり、この幅が広すぎるとマグネットの磁束を拾える範囲が狭まり、狭すぎると隣接するティース部先端間で磁束が短絡してしまうという問題があった。
【００３５】
本実施の形態では、ティース部４ｂを、隣接する基部１８間の最小間隔をＬａ、隣接ティース部４ｂ間の最小隙間の間隔をＬｂ、エアギャップ隙間をＬｇとしたときに、Ｌａ＞２Ｌｇ＞Ｌｂの関係が成立するように構成している。これにより、通常の運転時にはＬａが支配的な磁気特性に優れた電動機１でありつつも、大電流が流されてロータ６が磁気飽和した場合には、逆磁界がＬｂを短絡するようにして、永久磁石９の減磁を抑制することが可能となる。
【００３６】
このように、本実施の形態では、通常の磁気特性が良好となるようＬａの間隔を調整しているため、マグネット磁束のステータ鎖交量を大きく、コギングトルクの小さく設計でき、且つ、逆磁界が発生した際の減磁耐力を向上させることができる。特に、磁束短絡防止用孔１３によりステータ２への鎖交磁束量を増加させたロータ形状において減磁し易い課題点を解決することができ、高効率な電動機１を構成することが可能となる。
【００３７】
また、本実施の形態によれば、高効率でコギングトルクの小さい電動機１を構成すると共に、永久磁石９が減磁しにくい信頼性の高い電動機１が得られる。また、減磁に強い電動機１となるため、従来と同じ減磁耐力であれば、低保磁力な永久磁石９を使用することが可能となり、重希土類元素の添加量の少ない、安価な希土類磁石を使用することが可能となる。更に、重希土類元素の添加量を減らすと、永久磁石９の残留磁束密度が向上するため、マグネットトルクが向上し、同一トルクを発生させるための電流を小さくすることができ、銅損、及び、インバータの通電損失を低減することが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態によれば、減磁に強い電動機１となるため、従来と同じ減磁耐力であれば、磁石厚さを薄くすることが可能であり、高価な希土類磁石の使用量を抑制し、安価な電動機１を構成することが可能となる。
【００３９】
一般に、一体コアでは隣接するティース部先端間の隙間は、巻線を巻く都合上、一定の隙間以上に縮めることはできないが、分割コアの場合は、巻線後にステータを環状に形成するため、ティース部先端間の隙間をより狭く設計することが可能である。本実施の形態では、分割コア１５ａの特性を活かして減磁に強いステータ構造を実現している。
【００４０】
なお、隣接する磁束短絡防止用孔１３の周方向の幅Ｌｃ（隣接する磁束短絡防止用孔１３において互いに対向する側と反対側の両端の周方向における間隔）が、隣接する基部１８間の最小間隔Ｌａよりも広く（Ｌｃ＞Ｌａ）構成している場合には（図２参照）、磁束短絡防止用孔１３下の永久磁石９の端部が減磁しやすい構成であるため、本実施の形態の効果が大きくなる。
【００４１】
また、本実施の形態は、巻線方式、スロット数、極数によらずに同様の効果を奏することができる。なお、集中巻方式の場合には、瞬時的に隣接するティース部４ｂが異極となってインダクタンスが大きくなり、逆磁界がロータ６にかかり易くなるので、本実施の形態を好適に適用することができる。また、本実施の形態は、永久磁石９をロータコア７の表面に配置したロータ６についても適用することができ、同様の効果を奏する。
【００４２】
また、本実施の形態では、磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂを、電磁鋼板における当該磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂに相当する部位にエッチング処理を施すことにより当該部位の板厚を基部１８の板厚よりも薄くすることで構成する例について説明したが、これ以外の方法で構成してもよい。例えば、複数の電磁鋼鈑を積層して構成されるステータコア３において、基部１８先端に延出した部位にプレス加工等を施し、応力により透磁率を低下させることで磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂを構成してもよい。
【００４３】
また、本実施の形態の電動機１を圧縮機及び冷凍空調装置にそれぞれ搭載することにより、高効率・低騒音で、減磁しにくい信頼性の高い圧縮機及び冷凍空調装置を得ることができる。
【００４４】
実施の形態２．
図８は、本実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機の構成を示す部分拡大断面図であり、実施の形態１の図２に対応する図である。実施の形態１では、基部１８に対して左右対称に磁気抵抗増大部１９ａ，１９ｂを設ける構成としたが、本実施の形態の電動機１ａでは、図８に示すように、磁気抵抗増大部１９ｃの形状は、ティース部４ｂの中心に対し、左右非対称としている。すなわち、基部１８は、径方向に延伸する径方向延伸部１８ａと、これの内径側に接続されてロータ６の外周面に沿う周方向延伸部１８ｂとからなり、周方向延伸部１８ｂの周方向の一方の端部にのみ磁気抵抗増大部１９ｃが設けられている。なお、図８では、図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。本実施の形態のその他の構成、作用、効果は実施の形態１と同様である。
【００４５】
実施の形態３．
図９は、本実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機の構成を示す部分拡大断面図であり、実施の形態１の図２に対応する図である。本実施の形態の電動機１ｂでは、図９に示すように、複数の電磁鋼鈑を積層して構成されるステータコア３において、基部１８に対し、基部１８先端に延出した磁気抵抗増大部１９ｄ，１９ｅを、基部１８先端に延出する微小幅突起部として構成する。すなわち、基部１８は、径方向に延伸する径方向延伸部１８ａと、これの内径側に接続されてロータ６の外周面に沿う周方向延伸部１８ｂとからなるが、周方向延伸部１８ｂの一方の端部には当該端部の径方向の幅よりも小さい径方向の幅で段差をつけて設けられた突起状の磁気抵抗増大部１９ｄが設けられ、周方向延伸部１８ｂの他方の端部には当該端部の径方向の幅よりも小さい径方向の幅で段差をつけて設けられた突起状の磁気抵抗増大部１９ｅが設けられている。なお、図示例では、磁気抵抗増大部１９ｄ，１９ｅは、いずれも基部１８から内径側で突出しているが（すなわち、段差が外径側に設けられる）、外径側で突出していてもよいし、段差が内径側及び外径側の双方に設けられるように突出していてもよい。また、磁気抵抗増大部１９ｄ，１９ｅの一方のみを設け、左右非対称に構成してもよい。なお、図９では、図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。本実施の形態のその他の構成、作用、効果は実施の形態１と同様である。
【００４６】
実施の形態４．
図１０は、本実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機の構成を示す部分拡大断面図であり、実施の形態１の図２に対応する図である。本実施の形態の電動機１ｃでは、図１０に示すように、複数の電磁鋼鈑を積層して構成されるステータコア３において、基部１８に対し、基部１８先端に延出した磁気抵抗増大部１９ｆ，１９ｇを、基部１８先端に延出した部位にスリット（空隙）を設けることで構成する。すなわち、基部１８は、径方向に延伸する径方向延伸部１８ａと、これの内径側に接続されてロータ６の外周面に沿う周方向延伸部１８ｂとからなるが、周方向延伸部１８ｂの一方の端部にはスリット（空隙）である磁気抵抗増大部１９ｆが設けられ、周方向延伸部１８ｂの他方の端部にはスリット（空隙）である磁気抵抗増大部１９ｇが設けられている。なお、磁気抵抗増大部１９ｆ，１９ｇの一方のみを設け、左右非対称に構成してもよい。なお、図１０では、図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。本実施の形態のその他の構成、作用、効果は実施の形態１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明は、永久磁石埋込型電動機、圧縮機、及び冷凍空調装置として有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１ａ〜１ｃ，１００  電動機
２  ステータ
３  ステータコア
４ａ  バックヨーク部
４ｂ  ティース部
５  スロット部
６  ロータ
７  ロータコア
８  磁石挿入孔
９  永久磁石
１０  シャフト孔
１１  エアギャップ
１２  風穴
１３  磁束短絡防止用孔
１５ａ  分割コア
１５ｂ  連結部
１６  巻線
１７  絶縁材
１８  基部
１８ａ  径方向延伸部
１８ｂ  周方向延伸部
１９ａ〜１９ｇ  磁気抵抗増大部
２０  かしめ部
２４，２５  逆磁界
【図１】
2014002195.tif 000003
【図２】
2014002195.tif 000004
【図３】
2014002195.tif 000005
【図４】
2014002195.tif 000006
【図５】
2014002195.tif 000007
【図６】
2014002195.tif 000008
【図７】
2014002195.tif 000009
【図８】
2014002195.tif 000010
【図９】
2014002195.tif 000011
【図１０】
2014002195.tif 000012
【図１１】
2014002195.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月8日(2014.7.8)
【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】
内周側に開口する複数のスロット部及び隣り合うスロット部間にティース部が設けられたステータコアの前記ティース部に巻線が巻回されてなるステータと、
このステータの内側に回転自在に配置され、ロータコアの外周部に周方向に沿って設けられた複数の磁石挿入孔にそれぞれ永久磁石が埋設され各永久磁石が当該ロータコアの内部に埋め込まれたロータと、
を備え、
前記各ティース部は、径方向に延伸する径方向延伸部とこの径方向延伸部の内径側に接続され周方向に延伸する周方向延伸部とからなる基部と、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられ前記基部よりも磁気抵抗の大きい磁気抵抗増大部とを有し、
隣接する前記ティース部間の最小隙間の間隔をＬｂ、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の隙間の間隔をＬｇとした場合に、２Ｌｇ＞Ｌｂの関係が成立するように構成された永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
隣接する前記基部間の周方向の最小間隔をＬａとした場合に、Ｌａ＞２Ｌｇの関係が成立するように構成された請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記電磁鋼板における当該磁気抵抗増大部に相当する部位にエッチング処理を施すことにより当該部位の板厚を前記基部の板厚よりも薄くすることで構成されている請求項１または２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記電磁鋼板における当該磁気抵抗増大部に相当する部位にプレス加工を施すことにより構成されている請求項１または２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられ当該一端部の径方向の幅よりも小さい径方向の幅で段差をつけて設けられた突起部として構成されている請求項１または２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項６】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられたスリットとして構成されている請求項１または２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項７】
前記磁気抵抗増大部の磁気抵抗は、前記基部の磁気抵抗の２から３倍である請求項１または２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項８】
前記各磁石挿入孔の周方向の両端部にはそれぞれ磁束短絡防止用孔が設けられ、隣接する前記磁束短絡防止用孔同士の互いに対向する側と反対側の両端の周方向における間隔Ｌｃが、隣接する前記ティース部間の最小隙間の間隔Ｌｂよりも大きい請求項１または２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項９】
請求項１または２に記載の永久磁石埋込型電動機を搭載した圧縮機。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧縮機を搭載した冷凍空調装置。
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月2日(2015.10.2)
【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】
内周側に開口する複数のスロット部及び隣り合うスロット部間にティース部が設けられたステータコアの前記ティース部に巻線が巻回されてなるステータと、
このステータの内側に回転自在に配置され、ロータコアの外周部に周方向に沿って設けられた複数の磁石挿入孔にそれぞれ永久磁石が埋設され各永久磁石が当該ロータコアの内部に埋め込まれたロータと、
を備え、
前記各ティース部は、径方向に延伸する径方向延伸部とこの径方向延伸部の内径側に接続され周方向に延伸する周方向延伸部とからなる基部と、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられ前記基部よりも磁気抵抗の大きい磁気抵抗増大部とを有し、
隣接する前記基部間の周方向の最小間隔をＬａ、隣接する前記ティース部間の最小隙間の間隔をＬｂ、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の隙間の間隔をＬｇとした場合に、Ｌａ＞２Ｌｇ＞Ｌｂの関係が成立するように構成された永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部の板厚は、前記基部の板厚よりも薄い請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられ当該一端部の径方向の幅よりも小さい径方向の幅で段差をつけて設けられた突起部として構成されている請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記ステータコアは複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記磁気抵抗増大部は、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられたスリットとして構成されている請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
前記磁気抵抗増大部の磁気抵抗は、前記基部の磁気抵抗の２から３倍である請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項６】
前記各磁石挿入孔の周方向の両端部にはそれぞれ磁束短絡防止用孔が設けられ、隣接する前記磁束短絡防止用孔同士の互いに対向する側と反対側の両端の周方向における間隔Ｌｃが、隣接する前記ティース部間の最小隙間の間隔Ｌｂよりも大きい請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項７】
請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機を搭載した圧縮機。
【請求項８】
請求項７に記載の圧縮機を搭載した冷凍空調装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る永久磁石埋込型電動機は、内周側に開口する複数のスロット部及び隣り合うスロット部間にティース部が設けられたステータコアの前記ティース部に巻線が巻回されてなるステータと、このステータの内側に回転自在に配置され、ロータコアの外周部に周方向に沿って設けられた複数の磁石挿入孔にそれぞれ永久磁石が埋設され各永久磁石が当該ロータコアの内部に埋め込まれたロータと、を備え、前記各ティース部は、径方向に延伸する径方向延伸部とこの径方向延伸部の内径側に接続され周方向に延伸する周方向延伸部とからなる基部と、前記周方向延伸部の周方向の少なくとも一方の端部に設けられ前記基部よりも磁気抵抗の大きい磁気抵抗増大部とを有し、隣接する前記基部間の周方向の最小間隔をＬａ、隣接する前記ティース部間の最小隙間の間隔をＬｂ、前記ロータコアと前記ステータコアとの間の隙間の間隔をＬｇとした場合に、Ｌａ＞２Ｌｇ＞Ｌｂの関係が成立するように構成される。
【国際調査報告】
2014002195.tif 000014
2014002195.tif 000015
2014002195.tif 000016
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