(57)【要約】  永久磁石埋込型電動機１は、スリット２５及びフラックスバリア２３を有し、磁石挿入孔の孔画定部には、延出部１１ｂが含まれ、延出部は、永久磁石１３の幅方向端面よりもさらに周方向外側に位置する部位において、ロータコア１１における極間鉄心部１１ｃに向けて張り出しており、スリットとコア外周面との距離をＬａ、スリットと永久磁石の外周側表面との距離をＬｂ、延出部と極間鉄心部との最短距離をＬｃ、永久磁石の厚さをＬｄとしたとき、ＬｂはＬａよりも大きく、ＬｃはＬｄよりも小さい。
2014069438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、該ステータと対向して回転可能に設けられたロータとを備え、
前記ロータのロータコアには、複数の磁石挿入孔が形成され、
前記磁石挿入孔における周方向両側には、フラックスバリアが設けられ、
複数の磁石挿入孔のそれぞれには、対応する永久磁石が挿入され、
前記ロータコアにおける前記磁石挿入孔のそれぞれと、該ロータコアのコア外周面との間には、複数のスリットが設けられ、
前記複数のスリットは、前記ロータコアの周方向に並んでおり、
前記複数のスリットはそれぞれ、磁石幅方向よりも磁石厚み方向に長く延びており、
一つの前記磁石挿入孔の孔画定部には、一対の延出部が含まれ、
前記延出部は、対応する前記永久磁石の幅方向端面よりもさらに周方向外側に位置する部位において、前記ロータコアにおける極間鉄心部に向けて張り出しており、
前記複数のスリットと前記コア外周面との距離をＬａとし、
前記複数のスリットと前記永久磁石の外周側表面との距離をＬｂとし、
前記延出部と前記極間鉄心部との最短距離をＬｃとし、
前記永久磁石の厚さをＬｄとしたとき、
ＬｂはＬａよりも大きく、且つ、ＬｃはＬｄよりも小さい、
永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
Ｌｂ／Ｌａ≧２、且つ、Ｌｄ／Ｌｃ≧１．２である、
請求項１の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記延出部は、前記永久磁石の前記外周側表面の幅方向への仮想延長線ＥＬよりも、内径側に張り出している、
請求項１又は２の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記永久磁石は、Ｄｙ質量含有量が２％以内の希土類磁石である、
請求項１乃至３の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項の永久磁石埋込型電動機を駆動源とする圧縮機を備えた冷凍空調装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか一項の永久磁石埋込型電動機を駆動源とし、冷媒にＲ３２を使用した圧縮機を備えた冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石埋込型電動機及びそれを備えた冷凍空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍空調装置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、約１５０℃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、電動機の小型化・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課題がある。そのため、高温雰囲気中で使用する希土類磁石には、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、調達性悪化のリスク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、高効率で低騒音な電動機であって、且つ、保磁力の低い希土類磁石でも減磁しにくい電動機が求められている。【０００３】
これに関し、特許文献１には、磁束短絡防止用穴がロータコアの外周に近接するようにロータコアに設けられており、且つ、その磁束短絡防止用穴が、永久磁石埋設用穴と、それに埋設される永久磁石の端部とに接するように設けられている永久磁石電動機のロータが開示されている。このロータでは、上記の磁束短絡防止用穴により、永久磁石の端部での磁束の短絡を防止し、永久磁石の端部の磁束がステータに渡り、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ことが期待されている。【０００４】
また、特許文献２には、永久磁石挿入孔に沿って離隔配置された複数個のスリットと、これらスリットの径方向外側端及びロータ鉄心の外周の間に設けられた外側薄肉部とを有し、外側薄肉部の径方向の幅は、磁極中心から極間部に向けて徐々に広げられている永久磁石電動機のロータが開示されている。このロータでは、磁束密度波形の高調波成分を低減して、誘起電圧の高調波、コギングトルクを低減することが期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０９８７３１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０１５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、永久磁石電動機においては、負荷が大きい時、或いは、過負荷によって動作中にロック状態となった時、また或いは、起動時等の過渡状態にある時、さらには、ステータ巻線が短絡した時に、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、瞬間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。永久磁石をロータ内部に埋め込んだロータにおいては、特に従来のロータのように、磁石挿入孔端部にフラックスバリア（磁束短絡防止用穴）を備えているロータや、磁極のロータ表面側の鉄心部にスリットを備えているロータにおいては、減磁磁束が磁気抵抗の大きいフラックスバリアやスリットを回避し、スリットに隣接する磁石のロータ表面部に鎖交したり、極間部に近いフラックスバリア近傍の磁石端部に鎖交したりし、その部位が減磁し易いという課題があった。【０００７】
また、磁石挿入孔内で永久磁石を位置決めするために、磁石挿入孔の磁石内径側に磁石固定用の突起部が設けられている場合には、磁石外径側の表面と突起部との距離が磁石厚さよりも短くなり、そのため、磁気抵抗の大きいフラックスバリアを回避した減磁磁束が磁気抵抗の小さい突起部に集中して流れ、突起部に隣接する磁石の端部が減磁し易いという課題があった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、フラックスバリア及びスリットを備えておりながら、磁石の減磁を抑制することができる、永久磁石埋込型電動機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】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明の永久磁石埋込型電動機は、ステータと、該ステータと対向して回転可能に設けられたロータとを備え、前記ロータのロータコアには、複数の磁石挿入孔が形成され、前記磁石挿入孔における周方向両側には、フラックスバリアが設けられ、複数の磁石挿入孔のそれぞれには、対応する永久磁石が挿入され、前記ロータコアにおける前記磁石挿入孔のそれぞれと、該ロータコアのコア外周面との間には、複数のスリットが設けられ、前記複数のスリットは、前記ロータコアの周方向に並んでおり、前記複数のスリットはそれぞれ、磁石幅方向よりも磁石厚み方向に長く延びており、一つの前記磁石挿入孔の孔画定部には、一対の延出部が含まれ、前記延出部は、対応する前記永久磁石の幅方向端面よりもさらに周方向外側に位置する部位において、前記ロータコアにおける極間鉄心部に向けて張り出しており、前記複数のスリットと前記コア外周面との距離をＬａとし、前記複数のスリットと前記永久磁石の外周側表面との距離をＬｂとし、前記延出部と前記極間鉄心部との最短距離をＬｃとし、前記永久磁石の厚さをＬｄとしたとき、ＬｂはＬａよりも大きく、且つ、ＬｃはＬｄよりも小さい。
また、Ｌｂ／Ｌａ≧２、且つ、Ｌｄ／Ｌｃ≧１．２であるように構成してもよい。
前記延出部は、前記永久磁石の前記外周側表面の幅方向への仮想延長線ＥＬよりも、内径側に張り出しているように構成してもよい。
前記永久磁石は、Ｄｙ質量含有量が２％以内の希土類磁石であるように構成してもよい。
また、同目的を達成するための本発明の冷凍空調装置は、前述の本発明の永久磁石埋込型電動機を駆動源とする圧縮機を備えている。
さらに、同目的を達成するための本発明の他の冷凍空調装置は、前述の本発明の永久磁石埋込型電動機を駆動源とし、冷媒にＲ３２を使用した圧縮機を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フラックスバリア及びスリットを備えておりながら、磁石の減磁を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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を示す図である。
【図２】ロータを軸心から示す図である。
【図３】図２における磁極部分の拡大図である。
【図４】本実施の形態１に関する減磁磁束の流れ方を示す図である。
【図５】比較例に関する、図２と同態様の図である。
【図６】比較例に関する、図４と同態様の図である。
【図７】Ｌｂ／Ｌａとモータ電流Ａとの関係を示すグラフである。
【図８】Ｌｄ／Ｌｃとモータ電流Ａとの関係を示すグラフである。
【図９】本実施の形態１の成績Ｘと比較例の成績Ｙとを示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に関し、図２と同態様の図である。
【図１１】本実施の形態２に関し、図３と同態様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る永久磁石埋込型電動機の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
【００１３】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機について説明する。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を示す図である。
【００１４】
図１に示すように永久磁石埋込型電動機１は、ステータ３と、ロータ５とを備えている。ステータ３は、軸心Ｃを中心とする等角度間隔で周方向に配置された複数のティース部７を有している。各ティース部７には、図示しない周知のステータ巻線が巻回されている。また、対応する一対のティース部７の間には、スロット部９が形成されており、これらスロット部９もまた、等角度間隔で周方向に位置している。
【００１５】
ロータ５は、ロータコア１１と、複数の永久磁石１３とを少なくとも有している。ロータコア１１の軸心Ｃを含む中央部には、シャフト孔１５が設けられている。このシャフト孔１５には、ロータコア１１に回転エネルギーを伝達するための図示しない周知のシャフトが焼嵌又は圧入により挿入される。
【００１６】
また、ロータコア１１におけるシャフト孔１５と、複数の永久磁石１３が配列される径の領域との間には、複数の風穴１７が形成されている。
【００１７】
ロータ５は、ロータ５の外周面とステータ３の内周面との間にエアギャップ１９が確保された状態で、ステータ３内側に回転自在に保持されている。ステータ３に、指令回転数に同期した周波数の電流を通電すると、ステータ３において回転磁界が発生しロータ５が回転する。
【００１８】
一例であるが、ステータ３におけるステータコア、及び、ロータ５におけるロータコア１１は、それぞれ、厚さ０．３５ｍｍ程度の薄い電磁鋼板を所定の形状に形成し、所定の枚数を積層することで構成されている。
【００１９】
複数の永久磁石１３は、ロータコア１１に形成された複数の磁石挿入孔２１に収容されている。複数の磁石挿入孔２１は、軸心Ｃを中心とする等角度間隔で周方向に配置されており、各磁石挿入孔２１は、軸心Ｃ方向に沿って延びている。
【００２０】
永久磁石１３はそれぞれ、ロータコア１１の軸心Ｃを垂線とする断面でみた場合（すなわち図１〜図３等においてみた場合）、後述する幅方向が厚み方向よりも長い矩形の断面を有している。また、永久磁石１３はそれぞれ、厚さ２．５ｍｍ程度の平板状の、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジム−鉄−ボロン）系の希土類磁石で構成されている。ロータ５においては、１極あたり１個の永久磁石１３が用いられている。また、永久磁石１３はそれぞれ、厚さ方向（図１において径方向）に平行に磁化され、且つ、複数の永久磁石１３は、極性が交互となるように磁石挿入孔２１に挿入されている。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、本実施の形態１では、ロータ５の磁極数が６極の場合を例示している。また、永久磁石１３は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジム−鉄−ボロン）系の希土類磁石に限るものではない。
【００２１】
また、本実施の形態１に関するロータ５は、減磁に強いモータ構造のロータを想定しているため、使用する希土類磁石の保磁力を低く設計している。低い保磁力特性で良いことから、希土類磁石に添加する重希土類元素量を削減でき、Ｄｙ（ディスプロシウム）質量含有量を２％以内に削減している。
【００２２】
次に、図２及び図３に基づいて、本実施の形態１に関するロータの詳細を説明する。図２は、ロータを軸心から示す図である。図３は、図２における磁極部分の拡大図である。
【００２３】
図２及び図３に示されるように、磁石挿入孔２１は、永久磁石とほぼ同一の形状をしており、磁石挿入孔２１の周方向両側には、フラックスバリア２３（磁束短絡防止用穴）が設けられている。
【００２４】
また、ロータコア１１において、磁石挿入孔２１それぞれと、ロータコア１１のコア外周面１１ａとの間には、複数のスリット２５が設けられている。本実施の形態１では、一例であるが、一つの磁石挿入孔２１の径方向外側毎に、七つのスリット２５が設けられている。これらスリット２５は、対応する一対のフラックスバリア２３の間において、ロータコア１１の周方向に並んでいる。
【００２５】
図３に示すように、永久磁石１３の幅方向を磁石幅方向Ｗとし、かかる磁石幅方向Ｗと直交する方向を磁石厚み方向Ｔとした場合、複数のスリット２５はそれぞれ、磁石幅方向Ｗよりも磁石厚み方向Ｔに長く延びている。また、複数のスリット２５の形状及び配置は、磁石幅方向Ｗでみたときに対称的（例えば磁極中心線を中心とする対称）になっている。スリット２５の幅（上記の延びる方向と直交する向きの寸法）は１ｍｍ程度に設定されている。スリット２５は、ステータ３からの電機子反作用磁束を抑制し、ロータ５の表面磁束密度分布を制御する働きがあるため、ロータ外周近傍に設けることが好ましい。
【００２６】
ここで、スリット２５とコア外周面１１ａとの距離をＬａとし、スリット２５と永久磁石１３の外周側表面１３ａとの距離をＬｂとする。各スリット２５に関しＬａは全て同じとし、電磁鋼板と同等程度の厚さ０．３５ｍｍとしている。
【００２７】
本実施の形態１におけるロータ５は、スリット２５に隣接する永久磁石１３表面の減磁を抑制するため、スリット２５とコア外周面１１ａとの距離Ｌａに対し、スリット２５と永久磁石１３の外周側表面との距離Ｌｂを大きく構成し、Ｌｂの磁気抵抗を小さくしている。ここでは、各スリット２５のＬｂを全て同じとし、Ｌｂ／Ｌａ＝３としている。そうすることで、減磁磁束が距離Ｌｂで示すエリアを通過する際に、永久磁石１３に鎖交することを抑制できる。かかる観点では、Ｌｂ／Ｌａ≧２の関係を満たしていると好適であり、本実施の形態１では、Ｌｂ／Ｌａ＝３に設定されている。なお、Ｌａ及びＬｂは全てのスリットに関して一様であることが好ましいが、上記Ｌｂ／Ｌａ≧２の関係を満たしている限り、Ｌａ及びＬｂの値そのものは、スリットによって異なっていてもよい。
【００２８】
隣接する永久磁石１３の外径側の間は、磁束が短絡し易いため、フラックスバリア２３により磁路が狭くなるように設計されている。フラックスバリア２３とコア外周面１１ａとの距離は、電磁鋼板と同等程度の厚さ０．３５ｍｍとしている。また、それぞれの磁石挿入孔２１の両側のフラックスバリア２３の間隔Ｓはステータのティースに磁束が鎖交し易い幅に調整してあり、ここでは、その間隔は、永久磁石よりも少し狭く設計してある。このようなロータ構成をとる理由は、隣接する磁極間での磁束の短絡、及び、永久磁石端部での磁束の自己短絡を防止し、永久磁石１３の端部の磁束をステータ３に渡り易くし、発生トルクを大きくするためである。
【００２９】
磁石挿入孔２１の孔画定部は、永久磁石１３の形状に合わせて平面で構成されており、永久磁石１３を覆うように永久磁石１３の幅よりも僅かに広く構成されている。さらに、磁石挿入孔２１の径方向外側の孔画定部には、延出部１１ｂが含まれている。延出部１１ｂは、それぞれの永久磁石１３の幅方向端面１３ｂよりもさらに周方向外側に位置する部分を有するように延びている。すなわち、少なくとも、一対の延出部１１ｂの先端１１ｂ’の磁石幅方向Ｗの間隔Ｗｃは、永久磁石１３における一対の幅方向端面１３ｂの磁石幅方向Ｗの幅Ｗｄよりも大きくなっている。
【００３０】
延出部１１ｂは、ロータコア１１における極間鉄心部１１ｃに向けて張り出している。このように構成することで、上記のＬｂを通って極間付近に集まってきた減磁磁束を、延出部１１ｂを介して極間鉄心部１１ｃに短絡させ易くし、減磁磁束が永久磁石１３に鎖交し難くしている。
【００３１】
延出部１１ｂと極間鉄心部１１ｃとの最短距離をＬｃ、磁石厚さをＬｄとすると、ＬｃをＬｄよりも小さく設計し、一例であるが本実施の形態１では、Ｌｄ／Ｌｃ＝２としている。なお、本発明はこれに限定されず、Ｌｄ／Ｌｃ≧１．２の関係にあることが好ましい。
【００３２】
また、ここで、前述した磁石幅方向Ｗよりも磁石厚み方向Ｔに長く延びている複数のスリット２５と、一対の延出部１１ｂとの関係について説明する。複数のスリット２５の磁石幅方向Ｗの形成位置は、それらのスリット２５の対応する極のフラックスバリア２３の間隔Ｓの範囲内に限られている。換言すると、複数のスリット２５は、磁石幅方向Ｗの位置に関して、フラックスバリア２３の間隔Ｓを規定している仮想線Ｌ１と、対応する側の延出部１１ｂの先端１１ｂ’との間の領域に入っていないように形成されている。一例であるが、特に図３に図示の構成では、複数のスリット２５は、磁石幅方向Ｗの位置に関して、永久磁石１３の幅Ｗｄを規定している仮想線Ｌ２と、対応する延出部１１ｂの先端１１ｂ’との間の領域にも入っていないように形成されている。
【００３３】
ロータコア１１において、複数の磁石挿入孔２１の径方向内側には、冷媒流路となる複数の風穴１７が設けられている。磁石挿入孔２１に近い風穴１７は、永久磁石１３の動きの抑制に機能する。すなわち、ロータ５の磁石挿入孔２１に永久磁石１３を挿入し、位置決めした後に、磁石挿入孔２１に近い風穴１７に図示しないテーパー状の棒を圧入し、風穴１７を変形させながら図中矢印Ｆで示される力を磁石挿入孔２１に作用させ、永久磁石１３を拘束するような圧力を永久磁石１３に付与する。これにより、駆動中に永久磁石１３に電磁力が働いても永久磁石１３が動かないようにしている。
【００３４】
本実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機１は、駆動回路のインバータによるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により可変速駆動を行い、要求の製品負荷条件に合わせた高効率な運転を行うものとする。永久磁石埋込型電動機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。
【００３５】
次に、本実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機の作用について説明する。図４は、本実施の形態１に関する減磁磁束の流れ方を示す図である。また、図５及び図６はそれぞれ、比較例に関する、図２及び図４と同態様の図である。永久磁石埋込型電動機においては、例えば、１）負荷が大きい時、或いは、２）過負荷によって動作中にロック状態となった時、また或いは、３）起動時等の過渡状態にある時、さらには、４）ステータ巻線が短絡した時に、大きな電機子反作用が発生し、ロータに逆磁界（減磁界）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。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、従来ロータのように、磁石挿入孔の端部にフラックスバリアを備えている場合や、磁極のロータ表面側の鉄心部にスリットを備えている場合には、図５及び図６に示されるように、減磁磁束が磁気抵抗の大きいフラックスバリアやスリットを回避し、スリットに隣接する磁石のロータ表面部に鎖交したり、極間部に近いフラックスバリア近傍の磁石端部に鎖交したりし、その部位が減磁し易い。なお、図４及び図６における符号Ｍは、磁石の磁化方向を示し、符号ＤＭは減磁磁束の流れ方を示している。
【００３６】
また、永久磁石は、逆磁界がある閾値以下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を受ける。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。
【００３７】
このような問題に対し、本実施の形態１では、上記のようにＬｂ／Ｌａ≧２の関係を満たすように設計することで、ロータコア１１におけるスリット２５と永久磁石１３の外径側表面との間の部分の磁路を拡大し、図４に示すように減磁磁束が通過する際には、磁束はその拡大された磁路の部分を通り、永久磁石１３が鎖交し難くなる。さらに、Ｌｄ／Ｌｃ≧１．２の関係性に設計することにより、図３及び図４に示すように磁石厚さ方向よりも磁気抵抗の小さい経路を、Ｌｃで示す部分に形成し、減磁磁束がＬｃの部位を流れるように誘導する。また、このとき、Ｌｃは磁石から離れた極間方向に形成されているため、減磁磁束が磁石を鎖交し難くなる。
【００３８】
このように、本実施の形態１では、ＬａとＬｂの関係及びＬｃとＬｄの関係を組み合わせることによってはじめて、減磁耐力を大幅に改善するものである。すなわち、ロータ５に印加された減磁磁束を、永久磁石１３に鎖交しないように永久磁石１３と複数のスリット２５との間を通過させ、ロータコア１１の延出部１１ｂに集め、Ｌｃで示す部位を介して、永久磁石１３から離れた極間鉄心部１１ｃに逃がすという、一連の経路があってはじめて、減磁耐力を大幅に改善するものである。
【００３９】
さらに、Ｌｂ／Ｌａ、Ｌｄ／Ｌｃとモータ減磁電流との関係について説明する。図７は、Ｌｄ／Ｌｃ＝２の条件下で、Ｌｂ／Ｌａとモータ減磁電流Ａとの関係を示すグラフである。図８は、Ｌｂ／Ｌａ＝３の条件下で、Ｌｄ／Ｌｃとモータ減磁電流Ａとの関係を示すグラフである。図９は、本実施の形態１の成績Ｘと比較例の成績Ｙとを示すグラフである。図７〜図９における縦軸は、１％減磁するモータの電流を、比較例のモータの場合を１００％として示すものである。すなわち、モータが減磁すると、圧縮機の性能や冷凍空調機の性能が変動し、また、モータに発生する電圧が変化するため、モータの制御性が悪化するので、製品の信頼性を満足するためにも、減磁率は１％程度の低下に抑止する必要がある。減磁指標として、圧縮機内部を想定した１５０℃において、実施の形態１のモータも比較例のモータも同一保磁力の永久磁石を使用し、減磁電流を通電し（永久磁石に減磁界を印加し）、通電前後の誘起電圧（モータを外部動力で回転させた場合に巻線に発生する電圧）が１％低下する電流値を用いている。
【００４０】
図７に示されるように、１％減磁電流はＬｄ／Ｌｃ＝２としているため比較例のモータよりは増加しているが、Ｌｂ／Ｌａ＝１では増加率が低く、Ｌｂ／Ｌａを大きくするほど増加し、Ｌｂ／Ｌａ≧２で飽和している。これは、Ｌｃを介して減磁磁束を短絡させ易く設計しても、Ｌｂが狭いとスリット近傍の磁石が減磁してしまい、Ｌｃでの短絡効果が大きく得られないことを意味する。Ｌｃ部に減磁磁束を集めるために、Ｌｂを広く設計し、Ｌｂ／Ｌａ≧２であることが好ましい。
【００４１】
また、図８に示されるように、１％減磁電流はＬｂ／Ｌａ＝３としているため比較例のモータよりは増加しているが、Ｌｄ／Ｌｃ＝１では増加率が低く、Ｌｄ／Ｌｃ＜１．２ではほとんど効果がない。これは、Ｌｂを広げてスリット近傍の磁石を減磁し難くしても、Ｌｃが小さいと減磁磁束は磁石を短絡してしまい、減磁抑制効果が大きく得られないことを意味する。Ｌｃ部で減磁磁束を極間鉄心部に逃がすためには、Ｌｄ／Ｌｃ≧１．２であることが好ましい。
【００４２】
そして、上記を踏まえ、ＬａとＬｂの上記関係及びＬｃとＬｄの上記関係を組み合わせた本実施の形態１では、図９に示されるように、比較例のモータに比べ、１％減磁電流が１７％増加していることが分かる。
【００４３】
また、ロータコア１１には、騒音や振動を引き起こす恐れがあるステータ３からの電機子反作用磁束を抑制するために、磁石幅方向Ｗよりも磁石厚み方向Ｔに長く延びている複数のスリット２５が形成されている。しかしながら、同時に、ロータコア１１には、上記のように減磁磁束が通過する。そして、かかる減磁磁束は、ロータコア１１において、スリット２５と磁石挿入孔２１との間の部分を通り、延出部１１ｂを通るように企図されている。よって、本実施の形態１では、電機子反作用磁束を抑制するためのスリット２５が、減磁磁束の通過を阻害しないように、これらスリット２５は、フラックスバリア２３の間隔Ｓを規定している仮想線Ｌ１と、対応する延出部１１ｂの先端１１ｂ’との間の領域には位置しないように形成されている。
【００４４】
以上のように構成された本実施の形態１では、減磁抑制効果を大幅に向上させることができ、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、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、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で、低コストなモータを構成することができる。
【００４５】
さらに、フラックスバリアを設けて漏れ磁束の少ない高効率なモータが得られる。また、磁石表面のスリットにより、磁束密度波形の高調波成分を低減し、誘起電圧の高調波、コギングトルクを低減すると共に、ステータからの電機子反作用磁束を鎖交しにくいロータ構造とし、音振動を抑制できる。また、減磁に強いモータとなるため、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、それによっても、高価な希土類磁石の使用量を抑制し、安価な電動機を構成することが可能となる。本実施の形態１のモータを用いることにより、現実の実施の場面では、高効率・低騒音で、減磁しにくい信頼性の高い圧縮機・冷凍空調機を構成することができる。このように、本実施の形態１によれば、フラックスバリア及びスリットを備えておりながら、磁石の減磁を抑制することができる。また、かかる利点は、巻線方式、スロット数、極数によらず得られるものである。
【００４６】
また、Ｄｙ質量含有量の低い希土類モータは、高温下で保磁力が低下し減磁し易い。しかしながら、本実施の形態１の永久磁石埋込型電動機であれば、Ｄｙ質量含有量２％以内の磁石でも、減磁させずに使用することが出来る。重希土類元素の添加量を減らすと、つまり、Ｄｙ質量含有量を低減すれば、磁石の残留磁束密度が増加するため、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。
【００４７】
また、希土類磁石は、高温で保磁力が低下し、減磁し易いという特性を持つため、本実施の形態１の永久磁石埋込型電動機であれば、従来の電動機よりも高温中での減磁信頼性が高い電動機を構成することができる。冷凍機の圧縮機には、一般にＲ４１０ａ冷媒が用いられているが、地球温暖化係数が小さく、効率の良いＲ３２冷媒を適用する場合には、圧縮機の吐出温度が高くなり、減磁信頼性を確保することが困難となる。本実施の形態１のモータを使用することで、圧縮機冷媒変更による高温動作による減磁特性を保証することができ、圧縮機、及び、空調機としての使用範囲が拡大し、性能改善に貢献することができる。
【００４８】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る永久磁石埋込型電動機について説明する。図１０及び図１１はそれぞれ、本発明の実施の形態２に関し、図２及び図３と同態様の図である。なお、本実施の形態２は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態１の構成と同様であるものとする。
【００４９】
本実施の形態２に係る永久磁石埋込型電動機のロータ１０５においても、磁石挿入孔２１の孔画定部に、それぞれの永久磁石１３の幅方向端面１３ｂよりもさらに周方向外側に位置する部位に、延出部１１１ｂが含まれている。延出部１１１ｂは、ロータコア１１における極間鉄心部１１ｃに向けて張り出している。
【００５０】
本実施の形態２における延出部１１１ｂは、永久磁石１３の外周側表面１３ａの幅方向への仮想延長線ＥＬよりも、内径側に緩やかに張り出して、つまり、延出部１１１ｂが永久磁石１３の幅方向端面１３ｂに近づき過ぎないように張り出して、形成されている。
【００５１】
ここで、張り出した延出部１１１ｂは、永久磁石１３の外周側表面１３ａよりも内径側に「緩やか」に張り出すことが重要であり、永久磁石１３の幅方向端面１３ｂにロータコア１１が多く被さると、幅方向端面１３ｂに減磁磁束が鎖交して減磁してしまう。ここでは、延出部１１１ｂは永久磁石１３を完全に固定するのではなく、磁極中心に位置決めできる程度に内径側に張り出し、永久磁石１３を挿入・位置決後に、磁石挿入孔２１の内径側に設けた風穴１７にテーパー状の棒を挿入し、風穴を変形させ永久磁石１３を圧入固定し、駆動中に電磁力が働いても永久磁石１３が動かないように企図している。もしくは、接着等で固定しても良い。永久磁石１３の幅方向端面１３ｂと延出部１１１ｂとの被さり量ＯＨ（図１１紙面上において径方向と直交する方向（外周側表面１３ａの延びる方向）から投影的にみて重なっている領域）は、磁石厚さをＬｄの１５％以下程度にするのが好ましい。
【００５２】
以上のように構成された本実施の形態２によっても、上記実施の形態１と同様、フラックスバリア及びスリットを備えておりながら、磁石の減磁を抑制することができる。
【００５３】
さらに加えて、本実施の形態２では、次のような利点も得られている。すなわち、図５及び図６に示した比較例のように、磁石挿入孔内で永久磁石を位置決めするために、磁石挿入孔の磁石内径側に磁石固定突起２１１ｂが設けられている場合には、磁石外径側表面と磁石固定突起２１１ｂとの距離が磁石厚さよりも狭くなり、磁気抵抗の大きいフラックスバリアを回避した減磁磁束が磁気抵抗の小さい磁石固定突起２１１ｂに集中し、磁石固定突起２１１ｂに隣接する磁石端部が減磁し易くなる。
【００５４】
これに対し、本実施の形態２においては、延出部１１１ｂを仮想延長線ＥＬよりも内径側に緩やかに張り出させることで、磁石挿入孔２１における永久磁石１３の位置を固定することができ、磁石位相バラツキによる磁束密度分布の歪を低減し、振動騒音を抑制出来る。さらに、減磁磁束がＬｃ間を流れるように誘導するため、磁石固定に伴う磁石端部の減磁特性の悪化も抑制することができる。
【００５５】
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
【符号の説明】
【００５６】
１  永久磁石埋込型電動機、３  ステータ、５，１０５  ロータ、１１  ロータコア、１１ｂ，１１１ｂ  延出部、１１ｃ  極間鉄心部、１３  永久磁石、１３ａ  外周側表面、１３ｂ  幅方向端面、２１  磁石挿入孔、２３  フラックスバリア、２５  スリット。
【図１】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月6日(2015.11.6)
【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】
ステータと、該ステータと対向して回転可能に設けられたロータとを備え、
前記ロータのロータコアには、複数の磁石挿入孔が形成され、
前記磁石挿入孔における周方向両側には、フラックスバリアが設けられ、
複数の磁石挿入孔のそれぞれには、対応する永久磁石が挿入され、
前記ロータコアにおける前記磁石挿入孔のそれぞれと、該ロータコアのコア外周面との間には、複数のスリットが設けられ、
前記複数のスリットは、前記ロータコアの周方向に並んでおり、
前記複数のスリットはそれぞれ、磁石幅方向よりも磁石厚み方向に長く延びており、
複数のスリットの形状及び複数のスリットの配置は、磁極中心線を中心とした線対称になっており、
一つの前記磁石挿入孔の孔画定部には、一対の延出部が含まれ、
前記延出部は、対応する前記永久磁石の幅方向端面よりもさらに周方向外側に位置する部位において、前記ロータコアにおける極間鉄心部に向けて張り出しており、
前記複数のスリットと前記コア外周面との最短距離をＬａとし、
前記複数のスリットと前記永久磁石の外周側表面との最短距離をＬｂとし、
前記延出部と前記極間鉄心部との最短距離をＬｃとし、
前記永久磁石の厚さをＬｄとしたとき、
ＬｂはＬａよりも大きく、且つ、ＬｃはＬｄよりも小さい、
永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
Ｌｂ／Ｌａ≧２、且つ、Ｌｄ／Ｌｃ≧１．２である、
請求項１の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記延出部は、前記永久磁石の前記外周側表面の幅方向への仮想延長線ＥＬよりも、内径側に張り出している、
請求項１又は２の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記永久磁石は、Ｄｙ質量含有量が２％以内の希土類磁石である、
請求項１乃至３の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項の永久磁石埋込型電動機を駆動源とする圧縮機を備えた冷凍空調装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか一項の永久磁石埋込型電動機を駆動源とし、冷媒にＲ３２を使用した圧縮機を備えた冷凍空調装置。
【国際調査報告】
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