(57)【要約】  本発明は、電動機の効率の低下を抑制しつつ、騒音の発生を抑制した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を目的とする。  そのために本発明では、固定子２と、固定子２の外周側に回転可能に配置された回転子３とを有し、固定子２は中心から径方向外側に向かって放射状に設けられた複数のティース４と、複数のティース４間に形成されたスロット７と、複数のティース４に巻かれた電機子巻線８とを有し、回転子３には、複数の永久磁石１３が配置された永久磁石式回転電機において、固定子２のスロット７開口部幅をＬ１とし、スロット７奥側のティース４根元間の距離をＬ２とし、ティースの幅をＬ３とした場合、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になるように構成した。
2019146030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、前記固定子の外周側に回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、中心から径方向外側に向かって放射状に設けられた複数のティースと、前記複数のティース間に形成されたスロットと、前記複数のティースに巻かれた電機子巻線とを有し、
前記回転子には複数の永久磁石が配置された永久磁石式回転電機において、
前記固定子の前記スロット開口部幅をＬ１とし、前記スロット奥側の前記ティース根元間の距離をＬ２とし、前記ティースの幅をＬ３とした場合、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係に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２】
請求項１において、
前記スロットの深さＬ４とし、前記ティースの長さＬ５とした場合、Ｌ４＜Ｌ５の関係に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３】
請求項１において、
前記回転子には前記回転子の内周面から径方向外側に向かって凹んだ凹部が形成され、
前記永久磁石の磁束軸をｄ軸とし、前記ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸としたとき、前記凹部は前記ｑ軸上に位置させたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
請求項３において、
前記複数の永久磁石は前記回転子の周方向に延びるように配置され、
前記凹部は、前記永久磁石の周方向の長さ方向に沿う二つの直線部と、前記二つの直線部の間に形成された曲線部とから構成され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４において、
前記永久磁石の内周側の磁極面の端部間の角度θｐ１と、前記二つの直線部の前記回転子の内周側の各端部間の角度θｐ２とが、０．１８≦θｐ２／θｐ１≦０．５となる関係を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
請求項４において、
前記凹部は、前記二つの直線部の間隔が前記回転子の外周側から前記回転子の内周側へ向かって広がっている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において、
前記回転子には前記回転子の周方向に隣合う前記永久磁石同士の間に切欠部を備え、前記切欠部を前記ｑ軸上に位置させたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項８】
請求項１において、
前記永久磁石は分割して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９】
作動流体の圧縮動作を行う圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する永久磁石式回転電機と、前記圧縮機構と前記永久磁石式回転電機を収納する圧縮容器とを備える圧縮機において、
前記永久磁石式回転電機は、
固定子と、前記固定子の外周側に回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、中心から径方向外側に向かって放射状に設けられた複数のティースと、前記複数のティース間に形成されたスロットと、前記複数のティースに巻かれた電機子巻線とを有し、
前記回転子には複数の永久磁石が配置され、
前記固定子の前記スロット開口部幅をＬ１とし、前記スロット奥側の前記ティース根元間の距離をＬ２とし、前記ティースの幅をＬ３とした場合、
Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になるように構成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項１０】
請求項９において、
前記圧縮機構は、固定スクロール部材と、前記固定スクロール部材を噛み合い、前記永久磁石式回転電機で駆動される旋回スクロール部材と、前記旋回スクロール部材を支持するフレームとを備え、
前記フレームは前記圧縮容器に固定され、
前記固定子は前記フレームに固定されてことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石式回転電機及びそれを用いた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式回転電機はエアコン、冷蔵庫、冷凍庫、食品ショーケースなどにおける圧縮機等様々な技術分野に適用されている。従来、永久磁石式回転電機においては、電機子巻線となる固定子巻線に集中巻が採用されるとともに、界磁にはネオジム磁石などの高磁束密度な永久磁石が採用され、小形・高効率化が図られている。しかしながら、小形・高効率化による出力密度の増加に伴い、鉄心の非線形磁気特性（ヒステリシス）の影響が顕著になり、集中巻の採用と相俟って、空間高調波磁束が増大している。【０００３】
この課題を解決するために、例えば特許文献１では、固定子ティース先端部の中央を回転子鉄心と同心円とし、ティース先端部の両端を直線状、すなわち回転子から遠ざけるようにした技術が提案されている。これにより、ギャップ面における高調波磁束を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平３−１０６８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
集中巻固定子、並びに高磁束密度磁石の採用により、永久磁石式回転電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、小形・高効率化による出力密度の増加に伴う鉄心の非線形性の増加、並びに永久磁石式回転電機そのものの振動や騒音も増加している。特に、圧縮機に組み込んだ場合には、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ある。【０００６】
これに対し、特許文献１では、固定子ティース先端部の中央は回転子鉄心と同心円とし、ティース先端部の両端を直線状、すなわち回転子から遠ざけることで、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高調波磁束を低減し、振動や騒音に起因する脈動トルクや径方向電磁加振力を低減している。【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、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、中域の周波数帯の騒音に対しては低減できなかった。その理由として、特許文献１の場合、ティース先端部の両端を回転子から遠ざけるほどスロット断面積が減少し、電機子巻線を挿入できなくなるため、永久磁石式回転電機効率などの性能を低下させることなく機内磁束の高調波成分を低減するのに限界があったためである。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
したがって、圧縮機の高効率・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、且つ機内の脈動トルクおよび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り、回転子構造と、固定子構造は、駆動される電動機の運転条件によって各々最適な構成が存在することが分かった。【００１１】
本発明の目的は、前記課題を解決し、電動機の効率の低下を抑制しつつ、騒音の発生を抑制した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】
【００１２】
前記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、固定子と、前記固定子の外周側に回転可能に配置された回転子とを有し、前記固定子は中心から径方向外側に向かって放射状に設けられた複数のティースと、前記複数のティース間に形成されたスロットと、前記複数のティースに巻かれた電機子巻線とを有し、前記回転子には、複数の永久磁石が配置された永久磁石式回転電機において、前記固定子のスロット開口部幅をＬ１とし、前記スロット奥側のティース根元間の距離をＬ２とし、前記ティースの幅をＬ３とした場合、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になるように構成したことにある。【００１３】
また、本発明の特徴とするところは、作動流体の圧縮動作を行う圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する永久磁石式回転電機と、前記圧縮機構と前記永久磁石式回転電機を収納する圧縮容器とを備える圧縮機において、前記永久磁石式回転電機は、固定子と、前記固定子の外周側に回転可能に配置された回転子とを有し、前記固定子は中心から径方向外側に向かって放射状に設けられた複数のティースと、前記複数のティース間に形成されたスロットと、前記複数のティースに巻かれた電機子巻線とを有し、前記回転子には、複数の永久磁石が配置され、前記固定子のスロット開口部幅をＬ１とし、前記スロット奥側のティース根元間の距離をＬ２とし、前記ティースの幅をＬ３とした場合、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になるように構成したことにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電動機の効率の低下を抑制しつつ、騒音の発生を抑制した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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係る永久磁石式回転電機の断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る永久磁石式回転電機の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る固定子鉄心の要部拡大図である。
【図４】本発明の実施例２に係る圧縮機の断面図である。
【図５】各種回転電機構造における圧縮機の聴感試験結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る永久磁石式回転電機の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図７】比較例に係る永久磁石式回転電機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図１〜図７を用いて説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。また、各実施例の永久磁石式回転電機は、６極（図７では４極）の回転子と、９スロット（図７では６スロット）の固定子から構成される。すなわち、回転子の極数と固定子のスロット数の比が２：３である。回転子の極数、固定子のスロット数、並びにこれらの比は、各実施例における値に限らず、他の値でも、各実施例と同様の効果を得ることができる。例えば、回転子の極数は、４極あるいは８極や１０極等としても良い。なお、各実施例における永久磁石式回転電機は、永久磁石が回転子鉄心に埋設される、いわゆる埋込磁石型の回転電機である。
【００１７】
以下の説明において、「軸方向」とは回転子の回転軸方向を示し、「径方向」とは回転子の径方向を示し、「周方向」とは回転子の周方向を示す。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１である永久磁石式回転電機の断面図である。本断面図は、回転軸に垂直な方向の断面を示す（後述する図も同様）。なお、本実施例１は、永久磁石式同期電動機として動作する。また、実施例１は外転型の回転子を備えた例で説明する。【００１９】
図１に示すように、永久磁石式回転電機１は、固定子２と、固定子２の外側に所定のギャップ（空隙）を介して配置された回転子３から構成されている。この回転子３には、シャフトの固定部を具備した回転子支持部材（図示せず）が設けられている。固定子２は、円環状のコアバック５と、コアバック５から径方向外側へ向けて突出する複数のティース４を備えている。複数のティース４は周方向に沿って略等間隔に配列されている。周方向に隣接するティース４間にはスロット７が形成され、ティース４を取り囲むように集中巻された電機子巻線８を備えている。電機子巻線８は、径方向に放射状に配置されるティース４の軸心周りに巻かれ、周方向に、三相巻線のＵ相巻線８ａ、Ｖ相巻線８ｂ、Ｗ相巻線８ｃが相互に空隙を介して配置される。【００２０】
ここで、永久磁石式回転電機１は、回転子３の極数が６極、固定子２のスロット数が９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２の中心部に、円柱状のシャフト（図示せず）を貫通するシャフト孔１５が形成されている。【００２１】
本実施例１の永久磁石式回転電機１においては、三相巻線（Ｕ相巻線８ａ、Ｖ相巻線８ｂ、Ｗ相巻線８ｃ）からなる電機子巻線８に三相交流電流を流すと、回転磁界が発生する。この回転磁界によって永久磁石１４および回転子鉄心１２に働く電磁力により、回転子３が回転する。【００２２】
なお、永久磁石式回転電機１が動作する時に固定子鉄心６および回転子鉄心１２に発生する渦電流損などの鉄損を低減するために、固定子鉄心６および回転子鉄心１２は、珪素鋼板などの磁性鋼板からなる薄板を複数積層した積層体によって構成することが好ましい。【００２３】
図２は実施例１の永久磁石式回転電機１の回転子鉄心形状を示す断面図である。図２において、回転子３は、回転子鉄心１２が積層されて構成される。回転子鉄心１２内の内周側表面の近傍に、断面が細長い長方形状の永久磁石挿入部１３が複数（本実施例１では極数分である６個）形成される。【００２４】
複数の永久磁石挿入部１３には、それぞれ、磁石材料、例えば希土類のネオジムからなる、平板状の永久磁石１４が挿入される。永久磁石挿入部１３は、永久磁石１４より若干大きく形成されており、永久磁石１４の外周は回転子鉄心１２で覆われる。永久磁石１４は回転子３の回転に伴う加速・減速により、永久磁石挿入部１３の隙間を移動するが、周囲を回転子鉄心１２で覆われているので、永久磁石１４に作用する荷重は永久磁石挿入部１３内の回転子鉄心１２の面で受けることになる。このため、回転子鉄心１２自体に亀裂等が入る恐れもない。また、永久磁石１４も永久磁石挿入部１３内の回転子鉄心１２の面に当接するので、永久磁石１４が破損する恐れもない。【００２５】
ここで、図２の回転子断面において、永久磁石１４の磁極がつくる磁束の方向、つまり永久磁石１４の長手方向中心（断面中央）と回転中心Ｏとを結ぶ仮想軸をｄ軸（磁束軸）と定義し、ｄ軸と電気的に、すなわち電気角で直交する軸（永久磁石間の軸）をｑ軸と定義する。【００２６】
図２において、回転子鉄心１２には、一磁極当たり一枚の永久磁石１４が設けられる。永久磁石１４の断面形状は、永久磁石挿入部１３と同様に細長い長方形状であり、その長手方向はｄ軸に対して幾何的に直角方向に伸びている。複数の永久磁石１４は回転子３の周方向に延びるように配置される。【００２７】
回転子３の回転子鉄心１２には、隣合う永久磁石挿入部１３同士の間（永久磁石１４の極間）のｑ軸上において、回転子３の内周面から径方向外側に向かって凹んだ凹部１１が設けられている。この凹部１１は、後述するようにｑ軸磁束を抑制する。また、回転子３すなわち回転子鉄心１２は、凹部１１よりも内周側に位置し、固定子２のティース４とのギャップ長（隙間）が最短のｇ１となる内周部と、ギャップ長がｇ１よりも長いｇ２となる内周部とを有する。【００２８】
次に凹部１１の構成について説明する。凹部１１は、永久磁石１４の周方向（長さ方向）と平行に沿う二つの直線部１１ｂ、１１ｃと、二つの直線部の回転子内周側端部を結ぶ曲線部１１ａとを有している。このように凹部１１に曲線部を設けることで、高速域において回転子遠心力に伴う応力の影響を緩和することができる。本実施例１の凹部１１においては、曲線部１１ａは二つの直線部１１ｂ、１１ｃと滑らかに接続される。これにより、凹部１１内における回転子遠心力に伴う応力の集中が緩和されるので、遠心力に対する回転子の強度が向上する。また、ｑ軸に対して幾何的直角方向において、凹部１１は二つの直線部１１ｂ、１１ｃの間隔が、回転子３の外周側から回転子３の内周側へ向かって広がっている。【００２９】
回転子３の回転中心Ｏの周りにおいて、回転子３の一つの磁極を構成する永久磁石１４の内周側磁極面の端部間の角度をθｐ１、凹部１１の二つの直線部１１ｂ、１１ｃの回転子外周側の各端部間（曲線部１１ａ）の角度をθｐ２（永久磁石１４の開き角）とする場合、θｐ１及びθｐ２は、０．１８≦θｐ２／θｐ１≦０．５の関係を満たすように設定される。【００３０】
ここで、本実施例においては、上記のように、集中巻の巻線を有する固定子におけるスロットピッチが電気角で１２０°である。また、１磁極当たり１．５スロット（＝９スロット／６極）であるから、ｑ軸間の角度は電気角で１８０°である。このため、電気角で、１２０°≦θｐ１＜１８０°、０°＜θｐ２≦６０°である。したがって、０＜θｐ２/θｐ１≦０．５（＝６０°／１２０°）である。本実施例１では下限値を０．１８とし、０．１８≦θｐ２／θｐ１≦０．５の関係を満たすようにしている。【００３１】
さらに、本実施例１のように曲線部を有する凹部１１が設けられる回転子の場合、０．１８≦θｐ２／θｐ１とすることにより、ｑ軸磁束の抑制による実質的なトルク向上効果が得られる。【００３２】
本実施例１の回転子３の回転子鉄心１２には、隣合う永久磁石挿入部１３同士の間（永久磁石１４の極間）において、回転子の内周面から径方向外側に向かって凹んだ凹部１１が設けている。そして、ｑ軸上に凹部１１を位置させている。この凹部１１により空気層が形成され、この空気層により磁気抵抗が高くなるため、周方向に隣合う永久磁石挿入部１３（永久磁石１４）同士の間において磁束が通過し難くなる。このため、永久磁石１４同士の間からの漏れ磁束を低減するとともに、ｑ軸磁束の影響を抑制することができ、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。すなわち、凹部１１により、電機子反作用が抑制され、機内磁束の高調波成分が低減される。【００３３】
次に、本実施例１の効果を更に高める構成について説明する。回転子３は、周方向に隣合う永久磁石挿入部１３（永久磁石１４）同士の間であって、永久磁石挿入部１３とは隔離されて形成された切欠部１７を備えている。この切欠部１７は回転子を軸方向に貫通している。切欠部１７は、永久磁石の漏れ磁束を低減するとともに、ｑ軸磁束の影響を抑制することができ、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。すなわち、切欠部１７により、電機子反作用が抑制され、機内磁束の高調波成分が低減される。また、永久磁石挿入部１３に埋設された永久磁石１４の外周は回転子鉄心１２で覆われるので、回転子３の回転に伴う加速・減速により、永久磁石挿入部１３の隙間を永久磁石１４が移動しても、回転子鉄心１２自体に亀裂等が入る恐れもなく、また、永久磁石１４も永久磁石１４が破損する恐れもない。【００３４】
ところで、本発明の対象とする圧縮機用の永久磁石式回転電機１では、しばしば振動・騒音が問題になる。特に集中巻の電機子巻線８は１２０度巻線配置であるため、機内磁束の５次や７次などの高調波成分が大きく、振動・騒音の要因となる脈動トルクや径方向電磁加振力も大きくなる。【００３５】
そこで、特許文献１に類似した比較例を用いて振動・騒音の要因を説明する。図７は比較例に係る永久磁石式回転電機の断面図である。また、図７は内転型の回転子を備えた例である。固定子２のティース先端部２５の中央部は回転子鉄心１２と同心円とし、ティース先端部２５の両端を直線状、すなわち回転子３から遠ざけるようにしている。このような構造にすると、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も小さくなり、脈動トルクや径方向電磁加振力が低減する。【００３６】
しかしながら、ティース先端部２５の両端を回転子３から遠ざけるほど、スロット７の断面積が小さくなるため、スロット７内に配置される電機子巻線８の素線の径を小さくするか、あるいは電機子巻線８のターン数を減らさなければならない等の問題が生じる。したがって、効率低下を防止するためには、振動・騒音を十分に低減するまで、ティース先端部２５の両端を回転子３から遠ざけることができない。【００３７】
さらに、固定子鉄心６は、焼き嵌めあるいは圧入によって圧縮機のフレームと固定子２の当接部がコアバック５近傍の円弧部で固定されるため、電動機の振動が圧縮機のフレームに伝わり易く、圧縮機の振動・騒音を十分に低減することができない。【００３８】
そこで、本実施例１では、図１に示したように、固定子鉄心６のティース４内周部と、専用フレーム（図示せず）が当接して固定される外転型の回転子を備えた永久磁石式回転電機１とし、電動機の振動が圧縮機のフレームに伝わらないようにしている。【００３９】
さらに、固定子鉄心６の詳細構造について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施例１に係る固定子鉄心の要部拡大図である。図３において、本実施例１では、固定子２のスロット７の開口部幅をＬ１、スロット７の奥側のティース根元間の距離をＬ２、ティースの幅をＬ３とした場合、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になるように構成している。また、スロット７の有効断面積を確保するため、スロット７の深さＬ４を、ティース４の長さＬ５よりも短くし（Ｌ４＜Ｌ５）、電動機効率の低下をできるだけ抑制するようにしている。スロット７の深さＬ４とは、ストッロ７におけるティース４の最外周からスロット７奥側のティース４根元までの距離を言う。また、ティース４の長さＬ５とは、ティース４の幅方向中央部におけるティース４の最外周からティース４根元までの距離を言う。本実施例１のようにコアバック５から径方向外側へ向けて突出する複数のティース４を備えた固定子２においては、スロット７の内部空間はスロット７の開口部から広がった後、径方向内側に向かうに従い狭くなっている。このため、スロット７に電機子巻線８を巻く際、電機子巻線８はスロット７の奥側に入り難い構造となる。そこで本実施例ではスロット７の奥側に電機子巻線８が配置され、スロット７の有効断面積が確保できるよう、スロット７の深さＬ４とティース４の長さの関係を規定している。【００４０】
本実施例１によれば、機内磁束の高調波成分を低減するとともに、圧縮機のフレームに伝わる機内の脈動トルクおよび径方向電磁加振力を抑制することが可能となり、小形、高効率・低騒音な永久磁石式回転電機及び圧縮機を提供することができる。
【実施例２】
【００４１】
次に実施例１の永久磁石式回転電機を圧縮機に適用した例について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施例２実施例に係る圧縮機の断面図である。図４ではスクロール圧縮機の例で説明する。【００４２】
図４において、圧縮容器６９は円筒状の筒部６９ａと、筒部６９ａの上下にそれぞれ配置された上蓋６９ｂ、底蓋６９ｃから構成されている。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とが互いに噛み合う圧縮機構を備え、永久磁石式回転電機により旋回スクロール部材６３がクランク軸７２を介して旋回運動することによって作動流体の圧縮動作が行われる。旋回スクロール部材６３はフレーム６８によって支持されている。フレーム６８は圧縮容器６９に固定されている。圧縮容器６９の上蓋６９ｂには吸込パイプ７６が接続されており、圧縮室内に冷媒ガスを供給する。この永久磁石式回転電機としては前述した実施例１が適用される。【００４３】
また、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、旋回運動に伴って旋回スクロール部材６３、固定スクロール部材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が固定スクロール部材６０、旋回スクロール部材６３の中心近傍に達すると、両圧縮室内の作動流体である圧縮ガスは圧縮室６６と連通した吐出口６７から吐出される。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、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、吐出パイプ７０から圧縮機外に排出される。【００４４】
また、圧縮機を駆動する永久磁石式回転電機は、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。ここで、永久磁石式回転電機は固定子２と回転子３から構成され、クランク軸７２は、実施例１におけるシャフト孔１５に取付けられる。永久磁石式回転電機によってクランク軸７２が回転すると、旋回スクロール部材６３は、自転せずに、クランク軸７２の上部における所定の偏心量を半径とする旋回公転運動を行う。クランク軸７２の内部には、油孔７４が設けられ、クランク軸７２の回転に伴って圧縮容器６９の下部にある油溜め部７３の潤滑油が油孔７４を介してすべり軸受７５へ供給される。【００４５】
本実施例の固定子２は、図示しないが、フレーム６８にボルト等によって固定されている。また、フレーム６８のボス部を下方に延長し、このボス部に固定子２の中央部を圧入して固定するようにしても良い。【００４６】
このような圧縮機に、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。その実測結果を図５に示す。【００４７】
図５は、各種回転電機構造における圧縮機の聴感試験結果を示す図である。一般的に人の可聴域周波数は２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚとされている。図５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。本実施例では、凡そ低域は１００Ｈｚ以下、高域は１００００Ｈｚ以上、中域は１００〜１００００Ｈｚ未満としている。人の耳は２０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚ付近が最も感度が良く、中域の周波数成分を低減することが好ましい。【００４８】
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、比較例（図７に示す永久磁石式回転電機の構造）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。【００４９】
一方、本実施例の構造（図２に示す回転子断面と図３に示す固定子断面を組み合わせた構造）の場合、低・高域の騒音成分が比較例と大差ない効果を有しているのに加え、中域の騒音成分が大幅に低減されることを確認した。中域での騒音は、比較例が６７．４ｄＢに対し、本実施例は６４．３ｄＢとなった。そこで、騒音の発生要因を分析したところ、比較例の構造では、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。しかしながら、機内磁束の高調波成分として１１次や１３次成分、１５次や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。【００５０】
一方、本実施例の構造の場合、比較例の構造同様に、機内磁束の低・高次の高調波成分が低減するとともに、比較的中域の高調波成分が比較例の構造と比べ大幅に低減されていることが分かった。この理由として、本実施例の構造の場合、機内磁束の高調波成分を十分に低減するとともに、圧縮機のフレームに伝わる機内の脈動トルクおよび径方向電磁加振力を抑制することが可能となるためである。【００５１】
ところで、現在の家庭用および業務用のエアコンでは、圧縮容器６９内にＲ４１０Ａ冷媒が封入されているものが多く、永久磁石式回転電機の周囲温度は８０℃以上となることが多い。今後、地球温暖化係数がより小さいＲ３２冷媒の採用が進むと周囲温度はさらに上昇する。永久磁石１４、特にネオジム磁石は、高温になると残留磁束密度が低下し、同一出力を確保するために電機子電流が増加することから、前述の実施例１の永久磁石式回転電機を適用することで、効率低下を抑えることができる。なお、本実施例２の圧縮機に前述の実施例１の永久磁石式回転電機を適用するにあたり、冷媒の種類が制限されるものではない。また、圧縮機は、図４に示すスクロ−ル圧縮機でも良いし、ロ−タリ圧縮機などの他の圧縮機構を有する圧縮機でも良い。【００５２】
本実施例２によれば、小形・高効率な永久磁石式回転電機を適用することにより、省エネ化が可能な圧縮機を実現できる。また、実施例１の永久磁石式回転電機を適用することにより、圧縮機の高速運転が可能になるなど、運転範囲を広げることができる。【００５３】
さらに、ＨｅやＲ３２などの冷媒においては、Ｒ２２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａなどの冷媒と比べて、圧縮機における隙間からの漏れが大きく、特に低速運転時には、循環量に対する漏れの比率が大きくなるため、効率が低下する。低循環量（低速運転）時の効率向上のためには、圧縮機構部を小形化し、回転数を上げることで同じ循環量を確保し、漏れ損失を低減させることが有効である。さらに、最大循環量を確保するために最大回転数も上げることが好ましい。【００５４】
これに対し、上述の実施例１の永久磁石式回転電機１を圧縮機に適用することで、最大トルクおよび最大回転数を大きくすることが可能となり、かつ高速域での損失低減が可能となるため、ＨｅやＲ３２等の冷媒を用いる際に効率を向上することができる。【００５５】
本実施例２によれば、実施例１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ることにより、小形、高効率・低騒音な圧縮機を提供することができる。
【実施例３】
【００５６】
次に図６を用いて実施例３について説明する。図６は、本発明の実施例３に係る永久磁石式回転電機の回転子鉄心形状の断面図である。【００５７】
図６において、図２と参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。以下、主に、実施例１とは異なる点について説明する。【００５８】
本実施例３は、実施例１（図２）と異なり、回転子の磁極一極あたり２枚の永久磁石を備える。なお、このように配置した回転子構造においても電機子反作用の影響による高調波成分を十分に低減することができ、脈動トルクおよび径方向電磁加振力を低減し、小形、高効率・低騒音にできる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。【００５９】
さらに、実施例１のように永久磁石を用いる場合、渦電流による熱損失が問題となる。特に、高回転を行う場合、磁石に加わる変動磁場の周波数や変動幅も増加し、それに伴い熱損失も増加する。この渦電流のよる発熱損失を低減するために、本実施例では永久磁石挿入部１３に埋設される永久磁石１４を分割して配置している（１４ａ、１４ｂ）。分割された永久磁石１４ａ、１４ｂは個々の磁石に鎖交する磁束が減少する。そのため分割された個々の永久磁石１４ａ、１４ｂの渦電流密度が減少し、総量としての渦電流損失が減少する。【００６０】
本実施例３によれば、永久磁石挿入部１３に埋設される永久磁石１４(１４ａ、１４ｂ)を分割して配置しているので、渦電流による損失を低減することができる。【００６１】
また、本実施例２によれば、隣合う永久磁石挿入部１３同士の間（永久磁石１４の極間）において、回転子３の内周面から径方向外側に向かって凹んだ凹部１１が設け、この凹部１１をｑ軸上に位置させているので、電機子反作用の影響による力率低下が抑制され、高速域でのトルク低下を抑制することができる。【００６２】
さらに本実施例３によれば、隣合う永久磁石挿入部１３同士の間（永久磁石１４の極間）において、永久磁石挿入部１３とは隔離されて形成された切欠部１７を設け、この切欠部１７をｑ軸上に位置させているので、電機子反作用の影響による力率低下が抑制され、高速域でのトルク低下を抑制することができる。このため、永久磁石式回転電機の高効率化や小型化が可能になる。【００６３】
このように永久磁石１４を分割して配置した回転子構造においても電機子反作用の影響による力率低下を改善することができ、トルクの低下を抑制し、小形・高効率にできることはいうまでもない。【００６４】
本実施例３によれば、上述たした永久磁石式回転電機を圧縮機に適用することにより、圧縮機の効率を向上することができる。【００６５】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  永久磁石式回転電機、２  固定子、３  回転子、４  ティース、６  固定子鉄心、７  スロット、８  電機子巻線、８ａ  Ｕ相巻線、８ｂ  Ｖ相巻線、８ｃ  Ｗ相巻線、１１  凹部、１１ａ  曲線部、１１ｂ  直線部、１１ｃ  直線部、１２  回転子鉄心、１３  永久磁石挿入部、１４  永久磁石、１４ａ  永久磁石、１４ｂ  永久磁石、１５  シャフト孔、１７  切欠部、２５  ティース先端部、６０  固定スクロール部材、６１  端板、６２  渦巻状ラップ、６３  旋回スクロール部材、６４  端板、６５  渦巻状ラップ、６６  圧縮室、６６ａ  圧縮室、６６ｂ  圧縮室、６７  吐出口、６８  フレーム、６９  圧縮容器、６９ａ  筒部、６９ｂ  上蓋、６９ｃ  底蓋、７０  吐出パイプ、７２  クランク軸、７３  油溜め部、７４  油孔、７５  すべり軸受、７６  吸込パイプ
【図１】
2019146030.tif 000003
【図２】
2019146030.tif 000004
【図３】
2019146030.tif 000005
【図４】
2019146030.tif 000006
【図５】
2019146030.tif 000007
【図６】
2019146030.tif 000008
【図７】
2019146030.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月13日(2018.7.13)
【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】
固定子と、前記固定子の外周側に回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、中心から径方向外側に向かって放射状に設けられた複数のティースと、前記複数のティース間に形成されたスロットと、前記複数のティースに巻かれた電機子巻線とを有し、
前記回転子には複数の永久磁石が配置された永久磁石式回転電機において、
前記固定子の前記スロット開口部幅をＬ１とし、前記スロット奥側の前記ティース根元間の距離をＬ２とし、前記ティースの幅をＬ３とした場合、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になるように構成し、
前記回転子には前記回転子の内周面から径方向外側に向かって凹んだ凹部が形成され、
前記永久磁石の磁束軸をｄ軸とし、前記ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸としたとき、前記凹部は前記ｑ軸上に位置させ、
前記複数の永久磁石は前記回転子の周方向に延びるように配置され、
前記凹部は、前記永久磁石の周方向の長さ方向に沿う二つの直線部と、前記二つの直線部の間に形成された曲線部とから構成されたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記スロットの深さＬ４とし、前記ティースの長さＬ５とした場合、Ｌ４＜Ｌ５の関係に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３】
請求項１において、
前記永久磁石の内周側の磁極面の端部間の角度θｐ１と、前記二つの直線部の前記回転子の内周側の各端部間の角度θｐ２とが、０．１８≦θｐ２／θｐ１≦０．５となる関係を有する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において、
前記凹部は、前記二つの直線部の間隔が前記回転子の外周側から前記回転子の内周側へ向かって広がっている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において、
前記回転子には前記回転子の周方向に隣合う前記永久磁石同士の間に切欠部を備え、前記切欠部を前記ｑ軸上に位置させ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において、
前記永久磁石は分割して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７】
作動流体の圧縮動作を行う圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する永久磁石式回転電機と、前記圧縮機構と前記永久磁石式回転電機を収納する圧縮容器とを備える圧縮機において、
前記永久磁石式回転電機は、
固定子と、前記固定子の外周側に回転可能に配置された回転子とを有し、
前記固定子は、中心から径方向外側に向かって放射状に設けられた複数のティースと、前記複数のティース間に形成されたスロットと、前記複数のティースに巻かれた電機子巻線とを有し、
前記回転子には複数の永久磁石が配置され、
前記固定子の前記スロット開口部幅をＬ１とし、前記スロット奥側の前記ティース根元間の距離をＬ２とし、前記ティースの幅をＬ３とした場合、
Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になるように構成し、
前記回転子には前記回転子の内周面から径方向外側に向かって凹んだ凹部が形成され、
前記永久磁石の磁束軸をｄ軸とし、前記ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸としたとき、前記凹部は前記ｑ軸上に位置させ、
前記複数の永久磁石は前記回転子の周方向に延びるように配置され、
前記凹部は、前記永久磁石の周方向の長さ方向に沿う二つの直線部と、前記二つの直線部の間に形成された曲線部とから構成されたことを特徴とする圧縮機。
【請求項８】
請求項７において、
前記圧縮機構は、固定スクロール部材と、前記固定スクロール部材を噛み合い、前記永久磁石式回転電機で駆動される旋回スクロール部材と、前記旋回スクロール部材を支持するフレームとを備え、
前記フレームは前記圧縮容器に固定され、
前記固定子は前記フレームに固定されたことを特徴とする圧縮機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
前記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、固定子と、前記固定子の外周側に回転可能に配置された回転子とを有し、前記固定子は、中心から径方向外側に向かって放射状に設けられた複数のティースと、前記複数のティース間に形成されたスロットと、前記複数のティースに巻かれた電機子巻線とを有し、前記回転子には複数の永久磁石が配置された永久磁石式回転電機において、前記固定子の前記スロット開口部幅をＬ１とし、前記スロット奥側の前記ティース根元間の距離をＬ２とし、前記ティースの幅をＬ３とした場合、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になるように構成し、前記回転子には前記回転子の内周面から径方向外側に向かって凹んだ凹部が形成され、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸とし、前記ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸としたとき、前記凹部は前記ｑ軸上に位置させ、前記複数の永久磁石は前記回転子の周方向に延びるように配置され、前記凹部は、前記永久磁石の周方向の長さ方向に沿う二つの直線部と、前記二つの直線部の間に形成された曲線部とから構成されたことにある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、本発明の特徴とするところは、作動流体の圧縮動作を行う圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する永久磁石式回転電機と、前記圧縮機構と前記永久磁石式回転電機を収納する圧縮容器とを備える圧縮機において、前記永久磁石式回転電機は、固定子と、前記固定子の外周側に回転可能に配置された回転子とを有し、前記固定子は、中心から径方向外側に向かって放射状に設けられた複数のティースと、前記複数のティース間に形成されたスロットと、前記複数のティースに巻かれた電機子巻線とを有し、前記回転子には複数の永久磁石が配置され、前記固定子の前記スロット開口部幅をＬ１とし、前記スロット奥側の前記ティース根元間の距離をＬ２とし、前記ティースの幅をＬ３とした場合、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係になるように構成し、前記回転子には前記回転子の内周面から径方向外側に向かって凹んだ凹部が形成され、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸とし、前記ｄ軸と電気角で直交する軸をｑ軸としたとき、前記凹部は前記ｑ軸上に位置させ、前記複数の永久磁石は前記回転子の周方向に延びるように配置され、前記凹部は、前記永久磁石の周方向の長さ方向に沿う二つの直線部と、前記二つの直線部の間に形成された曲線部とから構成されたことにある。
【国際調査報告】
2019146030.tif 000010
2019146030.tif 000011
2019146030.tif 000012
2019146030.tif 000013