(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主磁極部と補助磁極部とが周方向に交互に複数極ずつ配置されている円筒状の回転子鉄芯と、
前記主磁極部に対応して、回転子中心と該主磁極部の周方向中心とを通るｄ軸を中心に設けられ、その凸部が回転子中心に向っている略Ｖ字状の磁石挿入穴と、
前記磁石挿入穴内に略Ｖ字状に埋め込まれている１極当たり２個の磁石と、
略Ｖ字状をなす前記磁石挿入穴の周方向両端部に形成された磁気遮蔽空間と、を有した回転子を備え、
前記磁気遮蔽空間は、前記回転子の外周部に沿って延びる辺を有し、当該辺の少なくとも一方の端部の角部に湾曲部を有し、
前記湾曲部は、前記磁気遮蔽空間において、前記回転子の外周部に沿った前記辺に交差する辺であって前記回転子の内周部側に位置する辺に形成されて前記磁気遮蔽空間の外周側に湾曲し、これにより前記角部が鋭角になっているモータ。
【請求項２】
前記回転子は、複数枚の磁性鋼板を積層してなり、
前記磁性鋼板の１枚の厚さをＴ、前記湾曲部の曲率半径をＲとしたとき、
０．５≦Ｒ／Ｔ≦１．０
である請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記回転子は、複数枚の磁性鋼板を積層してなり、
前記磁性鋼板の１枚の外径をＲＧ、前記湾曲部の曲率半径をＲとしたとき、
０．０００１≦Ｒ／ＲＧ≦０．０１
である請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
圧縮機構と、該圧縮機構を駆動するモータとを備えた電動圧縮機において、
前記モータが請求項１から３のいずれか一項に記載のモータとする電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子に永久磁石が埋め込まれている磁石埋め込み型のモータおよびそれを用いた電動圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空調機や冷凍機では、冷媒を圧縮するため、電動モータが内蔵された電動圧縮機が用いられている。この電動圧縮機用のモータには、磁性鋼板を積層することにより構成された回転子鉄芯の外周に、周方向に所定間隔で複数の永久磁石が埋め込まれている回転子を備えた磁石埋め込み型の電動モータが使用されている。【０００３】
かかる電動モータは、固定子（ステータ）と、その内部側に所定のギャップを介して配置された回転子（ロータ）とを備え、該回転子は、軸方向に直角な断面において、永久磁石を埋め込む磁石挿入穴が設けられている主磁極部と、主磁極部間の鉄芯部によって構成される補助磁極部（補助突極部）とが周方向に交互に複数極ずつ配置された構成とされている。これにより、永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、主磁極部および補助磁極部の突極性によるリラクタンストルクとの両方を利用して回転トルクが得られるよう構成されている。【０００４】
図５に示すように、回転子１０１の主磁極部１０２において、永久磁石１０３の端部には、磁気的な空隙部からなる非磁性部１０４が形成されている。すなわち、回転子１０１に形成された磁石挿入穴１０６の一部に永久磁石１０３が挿入され、その残部の開口部１０５が非磁性部１０４とされている。
この非磁性部１０４は、回転子１０１の周方向において互いに隣接する主磁極部１０２と補助磁極部１０７との間に位置し、この部分における永久磁石１０３による磁束密度分布の傾きを緩やかにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６６８７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非磁性部１０４は、強度確保等の面から、構造的に、回転子１０１の最外周部に、周方向に連続する外周枠１０８が形成されている。すると、この外周枠１０８を介して、永久磁石１０３の一方の磁極１０３ａから他方の磁極１０３ｂへの短絡磁束Ｍが生じてしまう。その結果、回転子１０１としては、モータの駆動に寄与しない無効磁束が発生し、モータ効率の低下を招く。【０００７】
本発明は磁気効率を向上させ、モータ性能を向上することのできるモータおよびそれを用いた電動圧縮機を提供することをひとつの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のモータは、以下の手段を採用する。
本発明のモータは、主磁極部と補助磁極部とが周方向に交互に複数極ずつ配置されている円筒状の回転子鉄芯と、前記主磁極部に対応して、回転子中心と該主磁極部の周方向中心とを通るｄ軸を中心に設けられ、その凸部が回転子中心に向っている略Ｖ字状の磁石挿入穴と、前記磁石挿入穴内に略Ｖ字状に埋め込まれている１極当たり２個の磁石と、略Ｖ字状をなす前記磁石挿入穴の周方向両端部に形成された磁気遮蔽空間と、を有した回転子を備え、前記磁気遮蔽空間は、前記回転子の外周部に沿って延びる辺を有し、当該辺の少なくとも一方の端部の角部に湾曲部を有し、前記湾曲部は、前記磁気遮蔽空間において、前記回転子の外周部に沿った前記辺に交差する辺であって前記回転子の内周部側に位置する辺に形成されて前記磁気遮蔽空間の外周側に湾曲し、これにより前記角部が鋭角になっていることを特徴とする。
【０００９】
このように湾曲部を形成して、回転子の外周部に沿った辺の端部の角部を外周側に突出させることで、永久磁石からの短絡磁束が通る部分の断面積を小さくすることができ、モータの駆動に寄与しない無効磁束の量を抑えることができる。【００１１】
回転子は、複数枚の磁性鋼板を積層してなり、磁性鋼板の厚さをＴ、湾曲部の曲率半径をＲとしたとき、０．５≦Ｒ／Ｔ≦１．０とできる。また、回転子の外径をＲＧとしたとき、０．０００１≦Ｒ／ＲＧ≦０．０１とできる。【００１２】
本発明は、圧縮機構と、該圧縮機構を駆動するモータとを備えた電動圧縮機において、モータが上記したようなモータであることを特徴とすることもできる。
【発明の効果】
【００１３】
湾曲部を形成して回転子の外周部に沿った辺の端部の角部を外周側に突出させることで、永久磁石からの短絡磁束が通る断面積を小さくすることができ、無効磁束の量を抑えることができる。これによって磁気効率を向上させ、モータ性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る電動圧縮機の縦断面図である。
【図２】回転子の構成を示す図である。
【図３】磁気遮蔽空間の構成を示す図である。
【図４】湾曲部の有無における磁気効率についてシミュレーションした計算結果を示す図である。
【図５】従来の回転子の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について図を用いながら説明する。
図１には、本実施形態に係る電動圧縮機の縦断面図が示されている。
本実施形態においては、スクロール型電動圧縮機１の例が示されているが、圧縮機そのものは、スクロール型に限定されるものではなく、種々な圧縮機に適用できることはもちろんである。電動圧縮機１は、外殻を構成する筒状のハウジング２を備えている。ハウジング２は、有底の筒状をなすアルミダイカスト製の圧縮機ハウジング３と、モータハウジング４とから構成され、各々に一体成形されているフランジ部３Ａ，４Ａ同士を、Ｏリング６を挟み込んだ状態でボルト５で締結することにより、一体化された構成とされている。
【００１６】
モータハウジング４の外周には、インバータ収容部７が一体に設けられている。このインバータ収容部７には、図示省略の電源ユニットから供給される直流電力を三相交流電力に変換し、モータハウジング４内に設置されている電動モータ（以下、単にモータと称する場合もある。）１０に対して、ハーメチック端子８を介して印加するインバータ（図示省略）が組み込まれるようになっている。なお、インバータは、公知のものでよく、ここでの詳細説明は省略する。
【００１７】
モータハウジング４内に内蔵されている電動モータ１０は、固定子（ステータ）１１と回転子（ロータ）１２とを備えており、固定子１１は、モータハウジング４の内周面に圧入等によって固定されている。固定子１１とモータハウジング４との間には、円周方向の複数箇所に軸方向に貫通された図示省略のガス通路が設けられている。このガス通路を介して、モータハウジング４の後端側に設けられている吸入口（図示省略）を経て、モータハウジング４の底面と電動モータ１０の端面との間の空間１３に吸入された低圧の冷媒ガスを、ハウジング２の前方側に流通させることができるようになっている。
【００１８】
回転子１２には、回転軸（クランク軸）１４が一体に結合されている。この回転軸１４の後端部は、モータハウジング４の底面部に設けられている軸受１５により回転自在に支持され、その前端部は、軸受部材１６に設けられている主軸受１７によって回転自在に支持されている。回転軸１４の前端部には、回転軸中心から所定寸法だけ偏心されたクランクピン１４Ａが一体に設けられている。なお、軸受部材１６は、モータハウジング４の開口端側にボルト１８を介して固定支持されている。
【００１９】
一方、圧縮機ハウジング３内には、スクロール圧縮機構（圧縮機構）２０が設けられている。このスクロール圧縮機構２０は、一対の固定スクロール２１と旋回スクロール２２とを噛み合わせて構成される公知の圧縮機構であり、両スクロール２１，２２間に形成される一対の圧縮室２３が、旋回スクロール２２の公転旋回運動により外周部位から中心部位へと容積を減少されながら移動されることによって、低圧の冷媒ガスを高圧ガスに圧縮するものである。
【００２０】
固定スクロール２１は、圧縮機ハウジング３の底面側にボルト２４により固定設置されており、その端板背面と圧縮機ハウジング３の底面との間に吐出チャンバ２５が形成されている。この吐出チャンバ２５には、一対の圧縮室２３が中央部で合流されて形成される中央圧縮室から吐出ポート２６および吐出弁２７を介して高圧ガスが吐出され、該高圧ガスは、吐出チャンバ２５から吐出口２８に接続されている図示省略の吐出配管を介して外部へと吐出されるように構成されている。
【００２１】
旋回スクロール２２は、その端板背面が上記軸受部材１６のスラスト面により支持されている。また、旋回スクロール２２は、端板背面に設けられているボス部２９にニードルベアリング３０、ドライブブッシュ３１を介して回転軸１４のクランクピン１４Ａが連結され、回転軸１４の回転により固定スクロール２１に対して公転旋回駆動されるように構成されている。この旋回スクロール２２は、端板背面と軸受部材１６との間に介装されているオルダムリング３２を介して自転が阻止されるようになっている。なお、ドライブブッシュ３１には、旋回スクロール２２の公転旋回駆動に伴うアンバランス荷重を調整するためのバランスウェイト３３が一体に設けられている。
【００２２】
上記電動圧縮機１において、電動モータ１０の回転子１２は、図２に示されるように、薄板状の磁性鋼板５０を多数積層して構成された円筒状をなす回転子鉄芯４０を有しており、その中心部に軸方向に貫通される回転軸１４が固定されている。この回転子鉄芯４０は、その外周部に回転軸１４を取り囲むように、モータ極数（本実施形態では、６極）に対応した数の永久磁石（以下、単に磁石という場合もある。）４６を埋め込むための磁石挿入穴４３が設けられている主磁極部４１と、主磁極部４１間の鉄芯部によって構成される補助磁極部（補助突極部）４２とが周方向に複数極ずつ交互に配置された構成とされている。
【００２３】
この電動モータ１０は、固定子（ステータ）１１に三相交流電流が印加されて回転磁界が発生すると、その回転磁界が回転子１２の永久磁石４６に作用してマグネットトルクが発生するとともに、回転子１２に、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクが作用するようになっている。
ここで、図２中において、回転子中心Ｏと主磁極部４１の周方向中心を通る軸をｄ軸、主磁極部４１の極間中心、すなわち回転子中心Ｏと補助磁極部４２の周方向中心を通る軸をｑ軸としたとき、リラクタンストルクは、ｄ軸とｑ軸を通る磁束の通り易さの差によって生じる。なお、本実施形態は、ｄ軸およびｑ軸が６０°毎に等間隔で設けられている６極モータの例を示している。
【００２４】
各主磁極部４１には、主磁極部４１の周方向中心にして、凸部が回転子中心Ｏに向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴４３が設けられており、その周方向両端部には、磁気遮蔽空間（フラックスバリア）４４が設けられているとともに、Ｖ字の凸部、すなわち中央部には、略台形形状をなす比較的大きな磁気遮蔽空間（フラックスバリア）４５が設けられている。この磁気遮蔽空間４５は、上下辺が適宜長さに設定されることにより周方向に所定の幅を有し、その上下部が磁石挿入穴４３に対して半径方向外側および内側に所定寸法だけ出っ張った三角形状とされている。
【００２５】
略Ｖ字状をなす磁石挿入穴４３の周方向両端部の磁気遮蔽空間４４と、中央部側の磁気遮蔽空間４５との間の磁石保持部４８には、断面が矩形状とされた１極当たり２個の永久磁石４６が埋め込まれている。
図３に示すように、磁石保持部４８は、断面矩形の永久磁石４６において互いに平行な長辺４６ａ，４６ｂに対向する二つの対向辺４８ａ、４８ｂを有している。
磁石４６としては、例えば、ネオジム系のレア・アースマグネットであって、粒界拡散合金法等によって製造された、より小型で高耐熱性および高保持力を備えた磁石を用いることが望ましい。なお、磁石挿入穴４３に埋め込まれた１極当たり２個の永久磁石４６は、カシメ等の適宜の手段によって、磁石挿入穴４３の磁石保持部４８内に固定されるようになっている。
【００２６】
磁気遮蔽空間４４の具体的形状について説明する。磁気遮蔽空間４４は、全体として例えば略三角形状をなしている。その三辺は、回転子１２を構成する磁性鋼板５０の外周部５０ａに沿った外周辺５１と、外周辺５１の一端５１ａから磁石挿入穴４３に向けて延びる第一側辺５２と、外周辺５１の他端５１ｂから磁石挿入穴４３に向けて延びる第二側辺５３と、からなる。
外周辺５１は、回転子１２を構成する磁性鋼板５０の外周部５０ａと同心状に、一定の曲率半径で形成された円弧状である。これにより、この外周辺５１と磁性鋼板５０の外周部５０ａとの間に、磁性鋼板５０の外周部５０ａに沿って連続する外周枠部５８が形成され、この外周枠部５８は、一定の幅Ｗで形成されている。
第一側辺５２は、外周辺５１の一端５１ａから、磁石保持部４８において外周辺５１から離間した側の対向辺４８ａに連続するよう形成されている。そして、磁石保持部３８の対向辺４８ａの近傍には、永久磁石４６を位置決め固定するための突起５４が形成されている。
また、第二側辺５３は、外周辺５１の他端５１ｂから、磁石保持部４８の対向辺４８ｂの端部に向けて延びるよう形成されている。すなわち、磁気遮蔽空間４４の一辺は、磁石保持部４８に保持された永久磁石４６の端辺４６ｃと、第二側辺５３とにより形成されている。
【００２７】
第一側辺５２、第二側辺５３には、外周辺５１と交差する角部の近傍、つまり外周辺５１の一端５１ａ、他端５１ｂに近接した端部に、磁気遮蔽空間４４の内部空間側に向けて凸となる湾曲部５５、５６が形成されている。この湾曲部５５、５６は、磁気遮蔽空間４４の外周側を中心とした、予め定めた曲率半径Ｒで形成されている。
このような湾曲部５５、５６の曲率半径Ｒは、磁性鋼板５０の１枚の積層方向の板厚Ｔに対し、
０．５≦Ｒ／Ｔ≦１．０
となるよう形成できる。
また、このような湾曲部５５、５６の曲率半径Ｒは、回転子１２の外径ＲＧに対し、
０．０００１≦Ｒ／ＲＧ≦０．０１
となるように形成できる。
【００２８】
このような湾曲部５５、５６を形成することで、外周辺５１の両端に位置する磁気遮蔽空間４４の角部Ｃ１、Ｃ２は、この湾曲部５５、５６を直線状とした場合に比較し、より外周側に突出して位置することとなる。
【００２９】
このようなスクロール型電動圧縮機１においては、インバータ収容部７に設置されているインバータ（図示省略）を介して電動モータ１０に電力が印加され、電動モータ１０が回転駆動されると、モータハウジング４に設けられている吸入口を介して空間１３内に低圧の冷媒ガスが吸入される。この低圧ガスは、固定子１１とモータハウジング４間のガス通路を通り、モータハウジング４の壁面を介してインバータ収容部７内のインバータを冷却した後、軸受部材１６側の空間に流通され、そこから圧縮機ハウジング３側に設けられているスクロール圧縮機構２０の一対の圧縮室２３内に吸入される。
【００３０】
一対の圧縮室２３に吸入された低圧ガスは、旋回スクロール２２の公転旋回運動に伴って両圧縮室２３が容積を減少しながら中心側へと移動されることにより圧縮される。そして、両圧縮室２３が中心部において合流され、その圧縮室が固定スクロール２１の中心部に設けられている吐出ポート２６と連通されることにより、圧縮された高圧のガスが吐出弁２７を押し開いて吐出チャンバ２５内に吐き出される。この高圧ガスは、吐出口２８を経て冷凍サイクル側へと送出され、冷凍サイクル内を循環した後、再び吸入口から電動圧縮機１内に吸い込まれることになる。
【００３１】
この間、外部電源からインバータ収容部７内に組み込まれているインバータに供給された直流電力は、インバータで上位の制御装置からインバータに指令された周波数の三相交流電力に変換され、インバータ側のＵＶＷ端子からハーメチック端子８、ハーメチック端子８が接続されているクラスタブロック３４およびモータリード線等を介して電動モータ１０の固定子１１に印加される。これによって、回転子１２が所要の回転数で回転駆動され、回転軸１４を介してスクロール圧縮機構２０が駆動される。
【００３２】
上記電動モータ１０の回転子１２は、主磁極部４１と補助磁極部４２とが周方向に交互に複数極ずつ配置されている円筒状の回転子鉄芯４０と、主磁極部４１に対応して、回転子中心Ｏと該主磁極部４１の周方向中心とを通るｄ軸を中心にして、凸部が回転子中心Ｏに向って設けられている略Ｖ字状の磁石挿入穴４３と、この磁石挿入穴４３内に略Ｖ字状に埋め込まれている１極当たり２個の永久磁石４６とを備えた構成とされており、固定子１１に三相交流電流が印加されて回転磁界が発生すると、その回転磁界が回転子１２の永久磁石４６に作用してマグネットトルクが生じるとともに、このマグネットトルクに加えて回転子１２にリラクタンストルクが作用し、回転子１２が所定のトルクで回転駆動されることになる。
【００３３】
このとき、磁気遮蔽空間４４の周囲においては、永久磁石４６の一方の磁極４６ｐから他方の磁極４６ｑへの短絡磁束Ｍが、第一側辺５２、外周辺５１、第二側辺５３の周囲に生じる。第一側辺５２、第二側辺５３には、外周辺５１の一端５１ａ、他端５１ｂに近接した端部に、Ｒ形状の湾曲部５５、５６が形成されることで、外周辺５１の両端に位置する磁気遮蔽空間４４の角部Ｃ１、Ｃ２が外周側に突出し、これによって短絡磁束Ｍの流れが角部Ｃ１、Ｃ２において鋭角となる。これにより、短絡磁束Ｍが流れる流路の断面積あたりでの磁束密度が小さくなり、短絡磁束Ｍの量を減少させることができる。
図４に示すものは、湾曲部５５，５６の有無における、磁気効率の違いを、シミュレーションした計算結果を示すものである。この図４に示すように、湾曲部５５、５６を備えない場合に比較し、湾曲部５５、５６を備えることによって磁気効率が高まっていることが確認された。
このようにして、永久磁石４６における無効磁束が減って磁気効率が向上し、モータ性能を向上させることができる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、第一側辺５２、第二側辺５３の双方に湾曲部５５、５６を備えるようにしたが、第一側辺５２、５３の一方に湾曲部５５、５６を設けるようにしても良い。
また、第一側辺５２、第二側辺５３に湾曲部５５、５６を形成するようにしたが、これら湾曲部５５、５６を、外周辺５１の両端部に形成することも可能ではある。ただしその場合、外周辺５１の両端部においてその幅Ｗが狭くなり、応力集中が生じやすくなる可能性がある。
さらに、上記実施形態においては、磁気遮蔽空間４４を三角形状としたが、これを台形状等とした場合にも、その角部の少なくとも一つを上記と同様の形状とすることで、同様の効果が得られる。
これ以外にも、本発明の主旨の範囲内であれば、上記した以外の構成への変更が可能である。
【００３５】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００３６】
１  電動圧縮機
１０  電動モータ
１１  固定子
１２  回転子
１４  回転軸
２０  スクロール圧縮機構（圧縮機構）
４０  回転子鉄芯
４１  主磁極部
４２  補助磁極部（補助突極部）
４３  磁石挿入穴
４４  磁気遮蔽空間
４５  磁気遮蔽空間
４６  永久磁石（磁石）
４８  磁石保持部
５０  磁性鋼板
５０ａ  外周部
５１  外周辺
５１ａ  一端
５１ｂ  他端
５２  第一側辺
５３  第二側辺
５５，５６  湾曲部
５８  外周枠部
【図１】
0005897110.tif 000002
【図２】
0005897110.tif 000003
【図３】
0005897110.tif 000004
【図４】
0005897110.tif 000005
【図５】
0005897110.tif 000006