(57)【要約】【課題】本発明は、製造工数を低減した低コストな自己始動式永久磁石同期電動機電動機を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の目的は、導体バーと、前記導体バーを端部で結合するエンドリングと、からなるかご型導体を備えた自己始動式永久磁石同期電動機において、前記かご型導体は、前記導体バーと前記エンドリングとをかしめることによって電気的及び機械的に結合したことを特徴とする自己始動式永久磁石同期電動機によって達成される。好ましくは、前記エンドリングのうち、前記導体バーの一方の端部を結合するエンドリングが、予め一体化された部材であっても良い。【選択図】  図１
2011072100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心のスロットに巻線が巻かれた固定子と、前記固定子の内側に固定子内径より若干小さい回転子を有し、前記回転子の鉄心は複数電磁鋼板を積層して形成され、積層鉄心の外周内側に位置する複数スロットに導体バーと該バーを軸方向端部でエンドリングと嵌め合って構成されたかご型導体と、前記バーの内周側鉄心に複数個の永久磁石を挿入埋設した回転子からなる自己始動式永久磁石同期電動機において、
前記かご型導体は、前記導体バーと前記エンドリングとをかしめることによって電気的及び機械的に結合したことを特徴とする自己始動式永久磁石同期電動機。
【請求項２】
請求項１において、
前記エンドリングのうち、前記導体バーの一方の端部を結合するエンドリングが、予め一体化された部材であることを特徴とする自己始動式永久磁石同期電動機。
【請求項３】
請求項１において、
前記エンドリングのうち、前記導体バーの一方の端部を結合するエンドリングに、バランスウェイトを取り付けるための凸部を設けたことを特徴とする自己始動式永久磁石同期電動機。
【請求項４】
請求項１において、
前記エンドリングのうち、前記導体バーの一方の端部を結合するエンドリングと、バランスウェイトと、を一体化したことを特徴とする自己始動式永久磁石同期電動機。
【請求項５】
請求項１において、
前記導体バーおよび前記エンドリングの材質は、銅材，銅の合金，アルミ，アルミ合金の何れかであることを特徴とする自己始動式永久磁石同期電動機。
【請求項６】
冷媒を吸い込んで圧縮し、圧縮された冷媒を吐き出す圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機部とからなる圧縮機において，
前記圧縮機の駆動源として請求項１に記載の自己始動式永久磁石同期電動機を用いたことを特徴とする圧縮機。
【請求項７】
圧縮機が一定速で駆動し，冷媒を吸い込んで圧縮し吐出することにより、駆動エネルギーを他のエネルギーに変換する空気調和機において、
請求項６に記載の圧縮機を有することを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自己始動式永久磁石同期電動機およびそれを用いた圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自己始動式永久磁石同期電動機の回転子の製造方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、電磁鋼板で積層した回転子鉄心の外周内側に位置する複数のスロットにバーと、該バーを軸方向端部で短絡するエンドリングとを、摩擦攪拌接合によって電気的及び機械的に接合する方法が知られている。この方法はダイカストなどのように製造工程内で高温の溶融金属を扱うことが無いので、作業環境が良いなどの利点がある。
【０００３】
自己始動式永久磁石同期電動機の回転子の二次導体にはアルミ材が使用されるのが一般的であるが、銅材を使用すれば、アルミ材に比べて比抵抗が約６０％と低いことで、アルミ材のバーと同じ抵抗値にするのにバー径を細くでき、バーの内周側鉄心に埋め込む永久磁石をより外周側へ配置することで、永久磁石の表面積をより広くでき、モータ効率の高い自己始動式永久磁石同期電動機の効率を更に高めることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３３６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の自己始動式永久磁石同期電動機の回転子の製造方法では、かご型二次導体を構成する導体バーとエンドリングとを摩擦攪拌で接合する時、回転子の鉄心およびエンドリングをしっかり固定することが必要であり、その固定治具をセットする準備作業の工数が掛かる問題がある。
【０００６】
また、銅材のバーとエンドリングを接合する場合、銅材の融点が１０８３℃と高いため、摩擦・攪拌により局部的に軟化させる時間が長く掛かること、更に回転子外径に配置された複数のバーを連続的に接合していくことで加工時間が掛かり、コスト的にも大量生産に不向きである。
【０００７】
本発明は、製造工数を低減した低コストな自己始動式永久磁石同期電動機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】
【０００８】
本発明の目的は、
導体バーと、前記導体バーを端部で結合するエンドリングと、からなるかご型導体を備えた自己始動式永久磁石同期電動機において、
前記かご型導体は、前記導体バーと前記エンドリングとをかしめることによって電気的及び機械的に結合したことを特徴とする自己始動式永久磁石同期電動機によって達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例の形態を示す自己始動式永久磁石同期電動機の回転子の断面構成図。
【図２】第１実施例の回転子の鉄心とエンドリングの断面図。
【図３】第１実施例の回転子の構成外形図。
【図４】第２実施例の回転子の構成外形図。
【図５】第３実施例の回転子の構成外形図。
【図６】第４実施例の回転子の構成外形図。
【図７】第１実施例の形態を示す圧縮機の断面構造図。
【図８】第１実施例の形態を示す空気調和機の冷凍サイクル構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
実施例１について図１〜図３を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例の形態を示す自己始動式永久磁石同期電動機の回転子の断面構成図である。その他、固定子，ケーシング，シャフト及びベアリングなどは省略されている。以下、回転子の構造について述べる。
【００１３】
回転子は回転子鉄心１と、円柱状の導体バー２と、永久磁石３およびエンドリング４によって構成されている。エンドリング４は両側に配設されている。
【００１４】
図２（Ａ）に示しているように、回転子鉄心１は電磁鋼板を積層したものである。電磁鋼板には、その中心にシャフトを通す内径１ｄを設け、その外径側に導体バー挿入用のスロット２ａを複数設け、その内径側に磁石挿入穴３ａを設けている。従って、回転子鉄心１にはかご型導体バーの複数のスロット２ａおよび磁石挿入穴３ａが軸方向に沿って形成されている。また、磁石挿入穴３ａに挿入する永久磁石３の長さが回転子鉄心１より少し短く（０.１〜２mm程度）設計されている（図１のｔ）。
【００１５】
図２（Ｂ）に示すエンドリング４はダイカストで形成したアルミ材（又はアルミ合金材）の円環状部材である。この円環状部材は鍛造銅材（又は銅合金材）で形成しても良い。エンドリング４の外径側に導体バー挿入用の貫通穴４ｃを設け、更に片方の端面に穴２ａと同心円の穴４ｄ（４ｄ＞４ｃ）を設け、段付きの穴を形成している。穴４ｄは反磁石側に設けられた、かしめ用の穴である。
【００１６】
回転子を製作する際、複数の導体バー２および複数の永久磁石３を回転子鉄心１のスロット２ａと磁石挿入穴３ａにそれぞれ挿入し、導体バー２の両端部を回転子鉄心１の両端面より均等に突き出して配置する。導体バー２の相対的な寸法は、導体バー２の両端部がエンドリング４の端面に突き出すように設計されている。そして、導体バー２の両端部がそれぞれエンドリング４の複数の穴４ｃと嵌まり合った後、図３に示しているように円柱形の硬質鉄系合金材でできたツール５を用いて導体バー２の両端部に圧力を掛けてかしめる。かしめることによって、円柱状導体バーの端部金属が潰されて軸直角方向に広がり、エンドリング段付き穴４ｄに充填され、両側のエンドリング４と導体バー２とが電気的及び機械的に結合される。このようにして、自己始動式永久磁石同期電動機の回転子が製作される。
【００１７】
以上説明してきた通り、電磁鋼板で積層した回転子鉄心の外径側に位置する複数のスロットに回転子鉄心より突き出した複数の導体バーを挿入し、該バーの端部が突き出した部分に、バーを挿入する孔を介してエンドリングを嵌め、その後、バーの端部を軸方向に押圧することで、バーの端部を潰してバーの径方向に拡張し、エンドリングとの嵌め合い部分で電気的，機械的にバーとエンドリングとを結合させる。
【００１８】
本実施形態は、従来の摩擦攪拌接合やダイカストの製造法と異なり、回転子の両側のエンドリング４は、二次導体としての役割と磁石の脱落防止の役割との二つの役割を担う。
本実施形態によれば、ダイカスト法の場合に必要な磁石挿入穴の両端部を覆う端板を省くことができるため、低コスト化が可能となる。
【００１９】
また、自己始動式永久磁石同期電動機では、運転の際、二次かご型導体に電流がほとんど流れない。従って、二次銅損が生じず、電動機の効率が向上される。
【００２０】
更に、銅材エンドリングおよび銅材導体バーを用いるならば、エンドリングおよび導体バーのサイズを小さくして、延いては電動機の小型化が可能となる。銅材の導電率はアルミニウムと比べて高いため、小さくしても性能を保つことができるからである。
【００２１】
図７は圧縮機の断面構造図である。図７において、圧縮機８２の構造について説明する。圧縮機構部８３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とを噛み合わせて形成されている。そして、旋回スクロール部材６３をクランクシャフト１６によって旋回運動させることで冷媒を圧縮する。
【００２２】
固定スクロール部材６０及び旋回スクロール部材６３によって形成される圧縮室６６（６６ａ，６６ｂ，……）のうち、最も外径側に位置している圧縮室６６は、旋回運動に伴って両スクロール部材６０，６３の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。両圧縮室６６ａ，６６ｂが両スクロール部材６０，６３の中心近傍に達すると、両圧縮室６６内の圧縮ガスは圧縮室６６と連通した吐出口６７から吐き出される。吐き出された圧縮ガスは、固定スクロール部材６０及びフレーム６８に設けられたガス通路（図示せず）を通ってフレーム６８下部の圧力容器６９内に至り、圧力容器６９の側壁に設けられた吐出パイプ７０から圧縮機外に排出される。このような圧縮機を高圧チャンバ型という。
【００２３】
圧力容器６９内に、固定子１２と回転子１とで構成される自己始動式永久磁石同期電動機１８が内封されており、一定速度で回転し、圧縮動作を行う。電動機１８の下部には、油溜部７１が設けられている。油溜部７１内の油は回転運動により生ずる圧力差によって、クランクシャフト１６内に設けられた油孔７２を通って、旋回スクロール部材６３とクランクシャフト１６との摺動部、滑り軸受け７３等の潤滑に供される。
【００２４】
このような圧縮機の駆動用電動機として、前述の自己始動式永久磁石同期電動機を適用すれば、一定速圧縮機の高効率化を実現できる。また、電源投入位相によって過大に生じる始動トルクが軽減できるため、軸受け７３や旋回スクロール部材６３の応力破壊を防止できるなど、信頼性の向上に寄与することができる。
【００２５】
図８は空気調和機の冷凍サイクル構成図である。図８において、８０は室外機、８１は室内機、８２は圧縮機であり、圧縮機８２内には自己始動式永久磁石同期電動機１８と圧縮機構部８３が配設されている。８４は凝縮器、８５は膨張弁、８６は蒸発器である。冷凍サイクルは冷媒を矢印の方向に循環させ、圧縮機８２は冷媒を圧縮して凝縮器８４，膨張弁８５からなる室外機８０と、蒸発器８６からなる室内機８１間で熱交換を行って、室内機８１にて冷房機能を発揮する。
【００２６】
前述の自己始動型永久磁石同期電動機１８を空気調和機、冷蔵および冷凍装置などの圧縮機に使用すると、自己始動式永久磁石同期電動機１８の効率向上により入力を低減できることから、地球温暖化につながるＣＯ2の排出を削減できる効果がある。また、信頼性の向上にも寄与できる。
【実施例２】
【００２７】
図４は本発明の第２実施例の形態を示す自己始動式永久磁石同期電動機の回転子構成の外形図である。図４により、かご型二次導体を構成する二つのエンドリングの内、エンドリング６ａはダイカスト（或いは鍛造法）で予め複数の導体バー６ｂとを一体化したアルミ製の部品６を形成している。なお、ダイカストの代わりに鍛造法を用いても良く、材料もアルミに代えて銅材，銅の合金材を用いても良い。
【００２８】
回転子鉄心１の複数のスロット２ａおよび複数の磁石挿入穴３ａに、一体化した部品６の複数の導体バー６ｂと複数の永久磁石３をそれぞれ挿入し、導体バー６ｂを回転子鉄心１の片方の端面に突き出させる。エンドリング４の複数の穴４ｃが回転子鉄心１の端面に突き出している導体バー６ｂと嵌まり合って固定される。その後、図４に示しているように突き出している導体バー６ｂを、円柱形のツール５を用いて、圧力を掛けていく。
【００２９】
つまり、複数の導体バー６ｂの端部にそれぞれ順番（又は複数のバー６ｂを同時）に圧力を掛け、その端部の変形を利用して、エンドリング４と一体化した部品６とをかしめる。このように、導体バー６ｂの端部金属が潰され、軸直角方向に広がってエンドリング段付き穴４ｄに充填される。従って、エンドリング４と電気的及び機械的に結合される。
【００３０】
本実施形態による自己始動式永久磁石同期電動機の回転子における導体バーとエンドリングの一体化部品を利用することにより、導体バーを圧着する生産工程を減らし、生産効率の向上ができる。また、コストも低減することが可能となる。
【実施例３】
【００３１】
図５は本発明の第３実施例の形態を示す自己始動式永久磁石同期電動機回転子加工の外形図である。実施例１と同様な部分については、重複を避けるため説明を省略し、異なる点を中心に述べる。
【００３２】
回転子１は回転子鉄心１と、導体バー２と、永久磁石３と、エンドリング４，７およびバランスウェイト８で構成されている。
【００３３】
ここで回転子にバランスウェイトを取り付ける用途を説明する。例えば圧縮機のように、電動機の回転軸を介して負荷と繋ぐ運転をする場合には、負荷の回転重心が電動機の回転軸中心とずれて、回転バランスが崩れる。すると、電動機の振動や騒音などが生じ、正常な性能が発揮できなくなる恐れがある。そのような場合には、回転子の径方向のトータルモーメントがゼロになるようバランスウェイトを付けることで、電動機の回転バランスがとれ、正常な運転ができる。一般的にバランスウェイトは比較的比重が大きい黄銅材が用いられている。
【００３４】
図５に示すエンドリング７はダイカスト又は鍛造で形成したアルミ材（又は銅材）の円環状部材であり、エンドリング４に導体バー挿入用の複数の段付き穴７ｃ，７ｄ（７ｄ＞７ｃ）を設けている。また、半円環形バランスウェイト８を取り付けるため、数本のピン７ａを設けている。
【００３５】
バランスウェイト８はダイカスト（又は鍛造）で形成した非磁性材料の合金（例えば合金銅材など）である。バランスウェイト８に取り付け用数個の段付き穴８ｄ，８ｃ（８ｄ＞８ｃ）を設けている。
【００３６】
実施例１と同様な製作手順で加工した回転子において、バランスウェイト８を用いて穴８ｃの部分がエンドリング７に立てた数本のピン７ａと嵌まり合って固定される。バランスウェイト８の端面より突き出した部分のピン７ａに適当な圧力を掛けてかしめることによって、ピン７ａが潰されて、段付き穴８ｄ内で広がる。こうなることで、バランスウェイト８はしっかり固定される。
【００３７】
本実施形態による実施例１の利点を含め、回転子にバランスウェイトを付けることにより、圧縮機などアンバランスな負荷状態での運転に適用することができる。延いては、圧縮機が高効率化される。
【実施例４】
【００３８】
図６は本発明の第４実施例の形態を示す自己始動式永久磁石同期電動機の回転子加工の外形図である。図６により、ダイカスト法或いは鍛造法で形成したエンドリング９ａとバランスウェイト９ｂとを一体化した円形部材９において、外径側に導体バー挿入用の複数の段付き穴９ｄ，９ｃ（９ｄ＞９ｃ）および９ｆ，９ｅ（９ｆ＞９ｅ）を設けている。部材９の材質がアルミ（或いは銅材合金）である。
【００３９】
回転子は回転子鉄心１と、導体バー２と、導体バー２ｈ（２ｈ＞２）と、エンドリング４と、永久磁石３およびバランスウェイト９ｂ付きエンドリング９ａの部材９によって構成されている。
【００４０】
複数の導体バー２，２ｈを、回転子鉄心１のスロット２ａに挿入し、永久磁石３を磁石挿入穴３ａに装着し、導体バー２，２ｈの両端部を回転子鉄心１の両端面に突き出して配置する。導体バー２，２ｈの片方の端部とエンドリング４との結合は実施例１と同様な手順で実施する。反対側の導体バーと部材９との結合手順は以下の要領で行う。
【００４１】
回転子鉄心１端面より突き出した複数の導体バー２，２ｈの端部に、バランスウェイト９ｂ付きエンドリング９ａの穴９ｃ，９ｅを嵌め合わせ、導体バー２および２ｈの端部がそれぞれエンドリング９ａおよびバランスウェイト９ｂの両部端面より突き出させるようにする。導体バー２，２ｈの端部に圧力を掛けてかしめることによって、導体バー２，２ｈの端部が潰されて軸直角方向に広がり、エンドリング段付き穴９ｄおよび９ｆに充填される。これにより、導体バー２，２ｈと部材９と電気的及び機械的に結合される。
【００４２】
本実施形態による実施例４の利点を含め、エンドリングとバランスウェイトとの一体化部品とすることにより、導体バーを圧着する生産工程を減らし、生産効率を向上することができる。
【００４３】
以上の通りであり、各実施例はそれ単独で作用効果を奏することは勿論であるが、各実施例を組み合わせた場合でも、それぞれの作用効果を奏し、それぞれの良さを享受することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  回転子鉄心
１ａ  回転子コア
２，６ｂ  導体バー
２ａ  回転子鉄心のスロット
３  永久磁石
３ａ  磁石挿入穴
４，４ａ，４ｂ，６ａ，７  エンドリング
４ｄ，４ｃ，７ｄ，７ｃ，８ｄ，８ｃ，９ｄ，９ｃ，９ｅ，９ｆ  段付き穴
５  圧着用ツール
６  導体バーとエンドリング一体化の部材
７  ピン付きエンドリング
７ａ  ピン
８  バランスウェイト
９  バランスウェイト付きエンドリング
１１  固定子
１２  固定子鉄心
１６  シャフト
１８  自己始動型永久磁石同期電動機
６０  固定スクロール部材
６２，６５  渦巻状ラップ
６３  旋回スクロール部材
６６  圧縮室
６７  吐出口
６８  フレーム
６９  圧力容器
７０  吐出パイプ
７１  油溜部
７２  油孔
７３  滑り軸受け
８０  室外機
８１  室内機
８２  圧縮機
８３  圧縮機構部
８４  凝縮機
８５  膨張弁
８６  蒸発器
【図１】
2011072100.tif 000003
【図２】
2011072100.tif 000004
【図３】
2011072100.tif 000005
【図４】
2011072100.tif 000006
【図５】
2011072100.tif 000007
【図６】
2011072100.tif 000008
【図７】
2011072100.tif 000009
【図８】
2011072100.tif 000010