(57)【要約】【課題】  スポーク形磁石を用いた永久磁石型電動機において、永久磁石の漏れ磁束を低減し、トルク向上、効率向上を可能にする。【課題を解決するための手段】  上記目的を達成するために、本発明では、複数のティースを有する固定子と、該固定子に対して径方向にギャップを介して配置される回転子とを備えた永久磁石型電動機において、前記回転子は、Ｓ極側に磁化されるＳ極コアと、Ｎ極側に磁化されるＮ極コアとが互いに軸方向に組み合わされて構成され、前記Ｓ極コアは周方向外側に凸となるＳ側凸部が複数形成されるとともに、前記Ｎ極コアは周方向外側に凸となるＮ側凸部が複数形成され、前記Ｓ極コアと前記Ｎ極コアとが組み合わされることによりそれぞれの前記Ｓ側凸部と前記Ｎ側凸部とが互い違いに配置され、この互い違いに配置された前記Ｓ側凸部と前記Ｎ側凸部との間にはＳ側凸部側がＳ極、Ｎ側凸部側がＮ極となるように凸部用永久磁石が配置される。【選択図】  図１
2015042009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のティースを有する固定子と、該固定子に対して径方向にギャップを介して配置される回転子とを備えた永久磁石型電動機において、
前記回転子は、
Ｓ極側に磁化されるＳ極コアと、Ｎ極側に磁化されるＮ極コアとが互いに軸方向に組み合わされて構成され、
前記Ｓ極コアは周方向外側に凸となるＳ側凸部が複数形成されるとともに、前記Ｎ極コアは周方向外側に凸となるＮ側凸部が複数形成され、前記Ｓ極コアと前記Ｎ極コアとが組み合わされることによりそれぞれの前記Ｓ側凸部と前記Ｎ側凸部とが互い違いに配置され、
この互い違いに配置された前記Ｓ側凸部と前記Ｎ側凸部との間にはＳ側凸部側がＳ極、Ｎ側凸部側がＮ極となるように凸部用永久磁石が配置されることを特徴とする永久磁石型電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石型電動機において、
前記Ｓ極コアと前記Ｎ極コアとの間にはＮ極コア側がＮ極、Ｓ極コア側がＳ極となるように前記凸部用永久磁石とは別のコア用永久磁石が配置されることを特徴とする永久磁石型電動機。
【請求項３】
請求項２に記載の永久磁石型電動機において、
前記回転子は、
１組の前記Ｓ極コア及び前記Ｎ極コアとが組み合わさることで構成される回転子モジュールが軸方向に複数、重なるように構成され、
該複数の回転子モジュールのうち一方の軸方向から見て第ｎ番目（ｎは２以上の整数）に配置される回転子モジュールは第ｎ−１番目の回転子モジュールを軸方向に１８０°反転させた構成で配置されることを特徴とする永久磁石型電動機。
【請求項４】
請求項１乃至２のいずれか１項に記載の永久磁石型電動機において、
前記コア用永久磁石は前記凸部用永久磁石よりも保持力の低い永久磁石により構成されることを特徴とする永久磁石型電動機。
【請求項５】
請求項１乃至２のいずれか１項に記載の永久磁石型電動機において、
前記回転子は、
前記Ｓ極コアと前記Ｎ極コアとの間には界磁巻線が配置され、この界磁巻線にはＮ極コア側がＮ極、Ｓ極コア側がＳ極となるように直流電流が供給されることを特徴とする永久磁石型電動機。
【請求項６】
請求項１乃至２のいずれか１項に記載の永久磁石型電動機において、
前記Ｓ側凸部と前記Ｎ側凸部に非磁性体で構成されるスリットを配置したことを特徴とする永久磁石型電動機。
【請求項７】
請求項１乃至２のいずれか１項に記載の永久磁石型電動機において、
前記凸部用永久磁石の径方向外周側端部と径方向内周側端部の両方またはいずれかに、当該凸部用永久磁石に隣接するＳ側凸部とＮ側凸部とが機械的に連結されるリブを配置することを特徴とする永久磁石型電動機。
【請求項８】
冷媒を吸い込んで圧縮し吐出する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する永久磁石モ−タを備えた圧縮機において、前記永久磁石モ−タは、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の永久磁石型電動機であることを特徴とする圧縮機。
【請求項９】
請求項７に記載の圧縮機が適用される冷凍サイクル装置において、
この冷凍サイクル装置により形成される冷凍サイクル装置はＲ３２冷媒が７０重量％以上、封入されていることを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石型電動機、これを用いた圧縮機、及び冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石型電動機では、回転子に永久磁石を埋設するＩｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ（以下、ＩＰＭ）構造が広く採用されている。ＩＰＭ構造では、磁石挿入孔の配置方法によって磁石表面積を最大でどれだけ確保できるかが決まる。モータの小形化や、トルク向上、ならびに効率向上のためには、回転子断面の限られたスペース内で磁石表面積を極力拡大する必要があり、そのための手段として特開平６−２４５４５１開示のような、周方向に着磁された磁石を配置する技術がある（以下、スポーク形磁石配置と呼称する）。
【０００３】
スポーク形磁石配置にすることで、磁束発生面を径方向に伸びる面として確保できる。このため、磁石挿入孔を略Ｖ字状に配置し、径方向に着磁された磁石を挿入する方法に比べ、磁石表面積を拡大しやすくなる利点がある。この利点は、特に多極で構成する場合に有効で、１極当りの磁石表面積を減らすことなく極数（磁石枚数）を増やすことができる。すなわち極数の増加に比例して、回転子から発生する磁束量を増やすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４５４５１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、図９に示すように、スポーク形磁石配置とする場合には、遠心力に対する回転子鉄心２の強度を確保する目的で、磁石の径方向内周側にコア内周連結部１０１を設ける必要がある。このため、コア内周連結部１０１の部分には漏れ磁束が発生し、磁石表面積に見合うような磁束量を得ることができない問題がある。
【０００６】
この問題に対する解決策として、図１０のような構成がある。図１０では、コア内周連結部１０１を非磁性体で構成し、回転子鉄心２を極ごとに分割コア２ａ、２ｂ、・・・２ｈとすることで、磁石の径方向内周側の磁気短絡を無くしている。このような構成とすることで、コア内周連結部１０１の漏れ磁束を抑制でき、磁石表面積に見合った磁束量が確保できる。ただし、図１０の構成とする場合は、分割コア２をコア内周連結部１０１に締結するために、楔１０２が必要となり、当該部分の強度確保が問題となる。同時に、コア内周連結部１０１に楔形の凹部（または凸部）を設ける必要があり、成形・加工が困難という問題がある。
【０００７】
また、図９、図１０の構成に共通する課題として、スポーク形磁石を径方向に長くすればするほど、永久磁石の着磁が困難になることが挙げられる。
【０００８】
本発明の目的は、スポーク形磁石を用いた永久磁石型電動機において、永久磁石の漏れ磁束を低減し、トルク向上、効率向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、
「複数のティースを有する固定子と、該固定子に対して径方向にギャップを介して配置される回転子とを備えた永久磁石型電動機において、
前記回転子は、
Ｓ極側に磁化されるＳ極コアと、Ｎ極側に磁化されるＮ極コアとが互いに軸方向に組み合わされて構成され、
前記Ｓ極コアは周方向外側に凸となるＳ側凸部が複数形成されるとともに、前記Ｎ極コアは周方向外側に凸となるＮ側凸部が複数形成され、前記Ｓ極コアと前記Ｎ極コアとが組み合わされることによりそれぞれの前記Ｓ側凸部と前記Ｎ側凸部とが互い違いに配置され、
この互い違いに配置された前記Ｓ側凸部と前記Ｎ側凸部との間にはＳ側凸部側がＳ極、Ｎ側凸部側がＮ極となるように凸部用永久磁石が配置されること」を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によればスポーク形磁石を用いた永久磁石型電動機において、永久磁石の漏れ磁束を抑制し、トルク向上、効率向上を図ることが可能となる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例における永久磁石型電動機について、固定子と回転子と周方向１／４部分を斜視的に示す図。
【図２Ａ】本発明の第１の実施例における回転子について、Ｓ極コア２ＳとＮ極コア２Ｎとの組み立て方法を説明する図。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施例における回転子について、Ｓ極コア２ＳとＮ極コア２Ｎとの組み立て方法を説明する図。
【図３Ａ】本発明の第１の実施例における永久磁石型電動機について、回転子を回転軸に垂直な横断面で示す部分断面図。
【図３Ｂ】本発明の第１の実施例における永久磁石型電動機について、回転子を回転軸に沿う縦断面で示す部分断面図。
【図４】本発明の第１の実施例における永久磁石型電動機について、固定子と回転子と周方向１／４部分を斜視的に示す図。
【図５】本発明の第２の実施例における永久磁石型電動機について、固定子と回転子と周方向１／４部分を斜視的に示す図。
【図６Ａ】本発明の第３の実施例における永久磁石型電動機について、回転子を回転軸に垂直な横断面で示す部分断面図。
【図６Ｂ】本発明の第３の実施例における永久磁石型電動機について、回転子を回転軸に沿う縦断面で示す部分断面図。
【図７】本発明の第４の実施例における永久磁石型電動機について、固定子と回転子と周方向１／４部分を斜視的に示す図。
【図８】本発明の第５の実施例における圧縮機の断面構造図。
【図９】本発明との第１の比較例である永久磁石型電動機について、固定子と回転子とを回転軸に垂直な横断面で示す部分断面図。
【図１０】本発明との第２の比較例である永久磁石型電動機の回転子を回転軸に垂直な横断面で示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の記号を付してある。それらの名称および機能は同じであり、重複説明は避ける。また、以下の説明では内転型回転子を対象としているが、本発明の効果は内転型回転子に限定されるものではなく、同様の構成を有する外転型回転子にも適用可能である。また、固定子の巻線方式は集中巻でも良いし分布巻でも良い。また、回転子の極数、固定子コイルの相数も、実施例の構成に限定されるものではない。また、以下の説明ではインバータ駆動の永久磁石モータを対象としているが、本発明は自己始動型永久磁石モータにも適用可能である。
【実施例１】
【００１３】
以下、図１乃至４を用いて、本発明の第１の実施例について説明する。図１は、本実施例における永久磁石型電動機について、固定子と回転子と周方向１／４部分を斜視的に示す図である。図２は図１の回転子の組み立て方法を説明する図である。図３Ａは、図１、２の回転子を回転軸に垂直な横断面で示す部分断面図である。図３Ｂは図３Ａの回転子を回転軸に沿う縦断面で示す部分断面図である。図４は図１の永久磁石型電動機に対してスリットを設けた図を示し、図１と同じく固定子と回転子と周方向１／４部分を斜視的に示す図である。
【００１４】
図１に示すように本実施例の永久磁石型電動機では、固定子９の内周側に回転子１を備えている。回転子１は固定子９に対してギャップＧを介して、図示しない軸受けによって回転自在に保持される。固定子９は固定子鉄心１０とティース１１に巻回された固定子巻線１２とで構成される。固定子巻線１２は三相の巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを順に周方向に配置する。Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相はコイルが接続されている。ここでは３個のコイル１２ｕ１、１２ｖ１、１２ｗ１を図示しているが、同様にしてＵ、Ｖ、Ｗ各相のコイルがあと３組、すなわち、１２ｕ２、１２ｖ２、１２ｗ２、１２ｕ３、１２ｖ３、１２ｗ３、１２ｕ４、１２ｖ４、１２ｗ４が各ティース１１に分かれて巻き付けられており、集中巻きの永久磁石型電動機を構成している。このために、固定子９には、ティース１１及びスロットが１２箇所設けられている。回転子１は永久磁石収容孔４を備えた回転子鉄心２と、８極（極対数ｐ＝４）を構成するよう配置された永久磁石３とで構成される。永久磁石３に記載された矢印の向きは、磁石の磁化方向を示す。
【００１５】
遠心力による永久磁石３の飛散防止のため、永久磁石３の径方向外周側端部には回転子鉄心２に対して周方向に凸となるリブ８ａが設けられている。リブ８ａは永久磁石の磁束の短絡パスとなり漏れ磁束を増加させるので、漏れ磁束を抑制するように図１のように周方向に適当な幅のギャップを設けている。回転子１の中心部には、シャフト（回転軸、出力軸）６が貫通する貫通孔６ａが形成され、貫通孔６ａにシャフト６が挿通されている。
【００１６】
図２Ａ、図２Ｂに示すように本実施例の永久磁石型電動機の回転子１は、Ｓ極側に磁化されるＳ極コア２Ｓと、Ｎ極側に磁化されるＮ極コア２Ｎとが互いに軸方向に組み合わされて構成され、Ｓ極コア２Ｓには周方向外側に凸となるＳ側凸部２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈが形成される（図１には２ｂのみ図示している）とともに、Ｎ極コアは周方向外側に凸となるＮ側凸部２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇが形成され（図１には２ａのみ図示している）、Ｓ極コアとＮ極コアとが組み合わされることによりそれぞれのＳ側凸部２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈとＮ側凸部２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇとが互い違いに配置される。
【００１７】
そして、互い違いに配置されたＳ側凸部とＮ側凸部との間には凸部用永久磁石３ａ、３ｂ、３ｃ・・・が配置され、この永久磁石は、Ｓ側凸部側がＳ極、Ｎ側凸部側がＮ極となるように配置される。また、Ｓ極コア２ＳとＮ極コア２Ｎとの間には、さらに別のコア用永久磁石３Ｚが配置され、このコア用永久磁石は、Ｎ極コア側がＮ極、Ｓ極コア側がＳ極となるように配置する。なお、図２Ａは回転子１の分割コアのうち、Ｓ極コア２Ｓに凸部用永久磁石（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）が取り付けられるとともにＮ極コア２Ｎにコア用永久磁石３Ｚが取り付けられた状態を示しており、図２Ｂは凸部用永久磁石（３ａ、３ｂ、３ｃ・・・）は取り付けられておらず、コア用永久磁石３ＺをＮ極コア２ＮとＳ極コア２Ｓとで挟もうとする状態を示す。また、図１では凸部用永久磁石３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれは一体で示しているが、これらは図２に示すようなＳ極とＮ極の磁極配置となる。この点はコア用永久磁石３Ｚも同様である。図１では凸部用永久磁石３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれは一体で示しているが、これらは図２に示すようにＳ極となる永久磁石とＮ極となる永久磁石とで構成されるものである。この点はコア用永久磁石３Ｚも同様である。
【００１８】
Ｎ側凸部２ａは図１の状態では中空に浮いているかのように見えるがそうではなく、Ｎ側凸部２ａに設けられた軸方向に貫通するカシメ用リベット５ａによって、Ｎ極コア２Ｎと機械的に連結・固定されている。また、回転子１の軸方向端部に設けた端板１４（図示していない）に対しても、カシメ用リベット５ａを介して機械的に連結・固定されている。このため、Ｎ側凸部２ａが遠心力によって飛散することは無い。一方、Ｓ側凸部２ｂは、コア内周連結部１０１Ｓによって周方向に渡り他のＳ側凸部と機械的に連結されており、プロペラ状に構成されている。Ｓ側凸部２ｂにおいても、軸方向に貫通するカシメ用リベット５ｂが設けられており、中空に浮いた状態のＳ側凸部２ｂ（図１ではブラインドのため明示せず）は、リベット５ｂによってＳ極コア２Ｓと機械的に連結・固定されている。また、回転子１の軸方向端部に設けた端板１４（図示していない）に対しても、カシメ用リベット５ｂを介して機械的に連結・固定されている。なお、図１ではリベット挿入の工数を最小化するために１極につきリベット５を１カ所だけ設ける構成としているが、連結強度を向上する目的で、１極につき複数個所設けてもよい。また、リベット５を配置する個所に関しては、永久磁石の磁束パスの妨げとならないよう極の中央に設けても良いが、リベット５を磁性体で構成する場合には、リベット５自体も磁路として活用可能なため、必ずしも極の中央に配置する必要はない。
【００１９】
以上のような構成は、図３に示すように軸方向３つの断面Ａ、Ｂ、Ｃに分けて説明するとわかりやすい。ここでは、本実施例の構成によって永久磁石の漏れ磁束を抑制し、トルク向上、効率向上を図れる原理についても併せて説明する。なお、図３に示すｚ軸方向は図１のｚ軸方向と対応している。
【００２０】
まず、Ｎ側凸部２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇは、断面Ａ、Ｂではそれぞれ中空に浮いた状態となっているのに対し、断面Ｃではコア内周連結部１０１Ｎによって連結されたプロペラ状のＮ極コア２Ｎとして構成されている。軸方向に貫通するカシメ用リベット５によって、断面Ａ、ＢのＮ側凸部２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇはそれぞれ、断面ＣのＮ側凸部２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇと機械的に連結・固定される。このため、断面Ａ、ＢのＮ側凸部が遠心力によって飛散することは無い。Ｎ側凸部を透過する磁石磁束に関しては、断面Ａ、Ｂではコア内周空孔１０５ａ、１０５ｂがフラックスバリアとなるため、コア内周側への漏れ磁束を抑制することができ、凸部用永久磁石３（周方向に磁化された磁石）が発生する磁束のほとんどを有効磁束として固定子側へ透過させることができる。一方で、断面Ｃでは、コア内周連結部１０１Ｎが存在するため、Ｎ側凸部２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇは、コア内周側で磁気的に短絡されているかのように見えるが、Ｎ側凸部は当然ながら同極同士であるため、コア内周側に短絡パスを形成することはなく、断面Ｃにおいても凸部用永久磁石３により発生する磁束のほとんどを有効磁束として固定子側へ透過させることができる。
【００２１】
Ｓ側凸部２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈに関しても同様で、断面Ｂ、Ｃではそれぞれ中空に浮いた状態となっているのに対し、断面Ａではコア内周連結部１０１Ｓによって連結されたプロペラ状のＳ極コア２Ｓとして構成されている。軸方向に貫通するカシメ用リベット５によって、断面Ｂ、ＣのＳ側凸部２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈはそれぞれ、断面ＡのＳ側凸部２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈと機械的に連結・固定される。このため、断面Ｂ、ＣのＳ側凸部が遠心力によって飛散することは無い。Ｓ側凸部を透過する磁石磁束に関しては、断面Ｂ、Ｃではコア内周空孔１０５ａ、１０５ｂがフラックスバリアとなるため、コア内周側への漏れ磁束を抑制することができ、凸部用永久磁石３により発生する磁束のほとんどを有効磁束として固定子側へ透過させることができる。一方で、断面Ａでは、コア内周連結部１０１Ｓが存在するが、Ｓ側凸部２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈは当然ながら同極同士であるため、コア内周側に短絡パスを形成することはなく、断面Ａにおいても凸部用永久磁石３により発生する磁束のほとんどを有効磁束として固定子側へ透過させることができる。
【００２２】
なお、コア内周空孔１０５ａによって十分なフラックスバリアを構成できるのであれば、コア内周空孔１０５ｂは必ずしも設ける必要はなく、連結強度・機械強度向上のために１０５ｂの部分を鉄としてリベット孔を設けても良い。
【００２３】
続いて、断面Ｂに配置されたコア用永久磁石３Ｚの構成と、磁石磁束の透過経路について説明する。コア用永久磁石３Ｚは図２、３に示すようにリング状に構成しており、負のｚ軸方向がＮ極となるように磁化されている。コア用永久磁石３Ｚは一体のリング磁石で構成してもよいし、周方向に分割された複数の扇状の磁石で構成してもよいし、複数の方形状の磁石で構成してもよい。図２に示す樹脂１０６は、Ｓ極コア２ＳとＮ極コア２Ｎとの嵌合の位置決めのためや、回転時における両コアの空転防止のために設ける。樹脂１０６の形状は必ずしも図示の形状に限定されるものではなく、上記の目的が達成されるのであれば、他の形状でも良い。また、軸方向に複数枚に分割してもよい。コア用永久磁石３Ｚから発生する磁束は、断面Ｃにおいてコア内周連結部１０１Ｎを通り、放射状に拡散してＮ側凸部２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇをギャップＧに向けて通り、有効磁束として固定子側に透過する。コア内周連結部１０１ＮとＳ側凸部２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈとの間には、コア内周空孔１０５ａ、１０５ｂが存在し、これがフラックスバリアとして働くため、当該経路を通るような漏れ磁束は抑制できる。このような観点では、コア内周空孔１０５ａは径方向幅を大きくとった方が良く、またコア内周空孔１０５ｂは設けた方が良い。また、コア用永久磁石３Ｚの径方向幅が大きいほど、当該磁石が発生する磁束量は増加するので、スポーク形磁石３を内径側に配置する必要がなくなる。これによって、先述したスポーク形磁石の着磁が困難という課題を解決できる。
【００２４】
コア用永久磁石３Ｚから固定子側に透過した磁束は、固定子鉄心１０を軸方向に通り、ギャップＧを通過してＳ側凸部２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈを通り、コア内周連結部１０１Ｓを通り、コア用永久磁石３Ｚに戻る、という閉ループを形成する。ここで、固定子鉄心１０を積層鋼板で構成する場合には以下の注意が必要である。一般に積層鋼板の透磁率は低いので磁気抵抗が大きくなり、コア用永久磁石３Ｚの有効磁束が減少する。このため、積層鋼板を使用する場合は、軸方向磁束が透過しやすくなるよう鉄心断面に磁性体の挿入孔を設け、磁性材を挿入する構成とするか、または固定子保持用のハウジングを磁性体で構成すると良い。それ以外の方法としては、固定子鉄心１０を積層鋼板ではなく圧粉磁心で構成する方法でも良い。
【００２５】
一方で、回転子鉄心２は積層鋼板で構成し、また、シャフト６は非磁性材で構成した方が良い。このような構成とすることで、コア用永久磁石３Ｚのｚ軸方向の漏れ磁束を抑制できる。
【００２６】
なお、図３Ｂでは断面Ａ、Ｂ、Ｃの軸方向長さをほぼ同一としているが、必ずしもそのようにする必要はなく、コア用永久磁石３Ｚが発生する磁束量を増加したい場合は、当該磁石の磁化方向厚みを増加してパーミアンス係数を増加する、すなわち断面Ｂの軸方向長さを断面ＡまたはＢよりも増加するような構成としても良いし、反対に断面Ｂの軸方向長さを断面ＡまたはＢよりも小さくする構成として、コア用永久磁石３Ｚの磁石量を低減することで材料コスト低減を図っても良い。ただし、減磁耐力確保の観点では、凸部用永久磁石３とコア用永久磁石３Ｚの磁気抵抗に極端な差異があると、どちらか一方に減磁磁界が集中してしまうので、それぞれ永久磁石の磁化方向厚みと保持力とを適当な値に選定し、磁気抵抗の差異が小さくなるようにすることが望ましい。
【００２７】
以上のような構成によれば、スポーク形磁石を用いた場合において、回転子内周側の漏れ磁束を低減できると同時に、回転子の機械強度確保が可能となり、かつ、コア用永久磁石３Ｚを配置することで磁束量が増加するので、トルク向上・効率向上を図ることができる。また、スポーク形磁石３を回転子外周側に配置するため、当該磁石の着磁が容易となり、製作性が格段に向上するとともに、永久磁石の着磁性に起因する性能バラツキを大幅に低減できる。
【００２８】
ところで、図１の構成は回転子鉄心に永久磁石を埋め込んだＩＰＭ構造であり、リラクタンストルクを活用できる場合には好適な構成と言える。しかしながら、用途や出力、およびモ−タ体格によっては、図１のようなＩＰＭ構造としても、すなわち突極比を大きくしてもリラクタンストルクを活用しにくいものがある。これは、リラクタンストルクの大きさが突極比の大小のみに依存するのではなく、磁石トルクとの相対関係にも依存することによる。このような場合に図１の構成を採用すると、突極比が大きいゆえにインダクタンスが大きくなり、鉄損増加を招いたり、高速化が困難となったりする。
【００２９】
そこで、図３に示すような非磁性体で構成されるスリット７ａ、７ｂをＳ側凸部とＮ側凸部の軸方向に貫通するように配置することでｑ軸インダクタンスを低減し、固定子鉄心の磁気飽和を緩和する。これによって、より高速回転まで駆動することが可能になると同時に、さらなるトルク向上および効率向上を図ることが可能となる。
【００３０】
スリット７ａ、７ｂは磁石磁束の透過を妨げないと同時に、ｑ軸磁束の透過を妨げるように配置すればよく、直線状に設けても良いし、円弧状にしても良い。また、一続きで構成しても良いし、リブ等で分割して構成しても良い。また、図４では一極あたり４本を配置しているが、製作可能な範囲で有れば何本であっても良い。また、各スリット７ａ、７ｂの幅は均一でも良いし、不均一でも良い。
【００３１】
スリット７ａ、７ｂは、上述したように、磁石磁束の透過を妨げず、ｑ軸磁束の透過を妨げる。このため、スリット７ａ、７ｂは、これらが設けられていない状態で回転子鉄心２のを透過する磁石磁束とｑ軸磁束とに対して、ｑ軸磁束を横切るように設けられ、磁石磁束をできるだけ横切らず磁石磁束に沿うように設けられる。この条件に適うようにスリット７ａ、７ｂを設けると、スリット７ａ、７ｂはｑ軸磁束を横切る方向（磁石磁束に沿う方向）に長く（寸法が大きく）、磁石磁束を横切る方向（ｑ軸磁束に沿う方向）に短い（寸法が小さい、或いは幅が薄い）形状になる。
【００３２】
なお、スリット７ｂを設けない場合もスリット７ａによる効果は得られるため、スリット７ｂは必ずしも設ける必要はない。しかし、スリット７ｂを設けることにより、ｑ軸インダクタンスの低減効果がより一層高まり、固定子鉄心の磁気飽和をより一層緩和することができる。これによって、さらなる高速回転駆動が可能になると同時に、さらなるトルク向上および効率向上を図ることが可能となる。
【実施例２】
【００３３】
以下、図５を用いて、本発明の第２の実施例について説明する。図５は、本発明の第２の実施例における永久磁石型電動機について、固定子と回転子と周方向１／４部分を斜視的に示す図である。
【００３４】
本実施例の構成が図１と異なる点は、永久磁石３の径方向外周側端部に設けられたリブ８ａと回転子鉄心２の内周部に設けられたリブ８ｂとによって、Ｎ側凸部２ａ、２ｃ、２ｅ、２ｇ（２ｃ、２ｅ、２ｇは図示していない）、Ｓ側凸部２ｂ、２ｄ、２ｆ、２ｈ（２ｄ、２ｆ、２ｈは図示していない）とが機械的に連結された状態で構成されている点である。つまり、図１ではＮ側凸部２ａとＳ側凸部２ｂは別のコアで構成していたが、図５では一体ものとなっている。
【００３５】
このような構成とすることで、回転子鉄心２を一体で取り扱うことが可能となるため、組立作業が格段に容易となり、製造コストの大幅な低減につながる。また、Ｎ側凸部、Ｓ側凸部が中空に浮いた構成では無くなるため、リベット５および端板１４（図示していない）によって、当該部分を連結・固定するとしても、リベット５にかかる遠心力荷重を軽減できる。すなわち、リベット５の機械強度を落としても良くなるので、より細いリベットを使用したり、リベットの本数を減らしたりすることで、材料コストの低減を図ることができる。
【００３６】
なお、リブ８ａ、リブ８ｂのいずれかをＮ側凸部、Ｓ側凸部と一体で構成し、もう片方は図１のリブ８ａのように周方向に適当な幅のギャップを設けた構成としても良いし、任意の磁石一枚に着目した時に、リブ８ａ、リブ８ｂのどちらかがＮ側凸部とＳ側凸部とを機械的に連結する構成でも良い。このような構成とすることで、回転子鉄心２の一体化やリベットの遠心力荷重低減、ならびに漏れ磁束の低減といった複数の効果を同時に得ることができる。
【００３７】
ところで、図５に示すようにリブ８ａ、８ｂを設ける場合は、先述した効果が得られる半面、当該部分が永久磁石の磁束の短絡パスとなり漏れ磁束を増加させるので、トルクの低下や効率の低下を招いてしまう課題がある。この課題を解決するためには、永久磁石３に希土類磁石などの保持力の高い磁石を使用すると良い。以下に理由を説明する。
【００３８】
図５において、リブ８ａ、８ｂは漏れ磁束を小さくする目的で幅狭となるよう構成する。このため、漏れ磁束は発生するものの当該部分は磁気飽和が起こりやくなる。磁気飽和が起こるとギャップと同程度の磁気抵抗となるため、漏れ磁束はある一定の水準に落ち着き、残りの磁束はギャップを通り固定子側に透過する有効磁束となる。例えば永久磁石３としてフェライト磁石のような保持力の低い磁石を使用する場合、リブ８ａ、８ｂの磁気飽和を引き起こすためには、比較的大きな割合の漏れ磁束が必要となり、相対的に有効磁束が減少することになる。これに対し、例えば永久磁石３としてネオジム磁石のような保持力の高い磁石を使用する場合は、リブ８ａ、８ｂの磁気飽和が起こりやすく、磁石の発生磁束量全体に占める漏れ磁束の割合を小さくすることができる。
【００３９】
したがって、図５の構成において、永久磁石３に希土類磁石などの保持力の高い磁石を使用することで、永久磁石３の漏れ磁束をより一層低減できるのでトルク向上・効率向上を図ることができると同時に、回転子の機械強度確保が可能となり、また、組立作業の容易化による製造コストの大幅な低減や、リベットの遠心力荷重低減ならびにリベットの材料コスト低減を図ることができる。
【実施例３】
【００４０】
以下、図６を用いて、本発明の第３の実施例について説明する。図６Ａは、本発明の第３の実施例における永久磁石型電動機について、回転子を回転軸に垂直な横断面で示す部分断面図である。図６Ｂは、本発明の第３の実施例における永久磁石型電動機について、回転子を回転軸に沿う縦断面で示す部分断面図である。図６Ａの構成は図３Ａの構成と同一であるため説明は割愛する。
【００４１】
図６Ｂの構成が図３Ｂと異なる点は、軸方向３つの断面Ａ、Ｂ、Ｃで構成されるモジュール１組を軸方向に複数組連ねて構成している点である。ここでは、３組のモジュール構成を示している。モジュール１は図３Ｂと同一の構成であり、正のｚ軸方向から負のｚ軸方向に向かって、断面Ａ、Ｂ、Ｃの順で構成されている。これに対し、モジュール２は正のｚ軸方向から負のｚ軸方向に向かって、断面Ｃ、Ｂ、Ａの順で構成されており、また、永久磁石３Ｚ２は正のｚ軸方向がＮ極となるように磁化されている。このような構成によって、永久磁石３Ｚ１の発生磁束と永久磁石３Ｚ２の発生磁束とは互いに対向するので、回転子１の内部で短絡パスを作ることなく、ギャップを通り固定子側に透過する有効磁束となる。モジュール３についても同様にして、正のｚ軸方向から負のｚ軸方向に向かって、断面Ａ、Ｂ、Ｃの順で構成するとともに、永久磁石３Ｚ３は負のｚ軸方向がＮ極となるように磁化する。このような構成によって、永久磁石３Ｚ３の発生磁束は回転子１の内部で短絡パスを作ることなく、ギャップを通り固定子側に透過する有効磁束となる。このように複数モジュールの構成とすることで、永久磁石３Ｚの個数を増加することができるので、回転子外径の寸法制約や着磁性の制約でスポーク形磁石を径方向に伸長できない場合においても、磁束量の増加を図ることができる。また、モジュール２は、モジュール１をｚ軸方向に１８０°反転させた構成であり、モジュール３はモジュール１と同一構成であるので、複数モジュールを組合せると言っても、モジュールごとに製作工程を変える必要はなく、モジュール１のみを製作すればよい。したがって、作業性を損なうことなく、また製造コストの上昇を招くことなく、磁束量の増加ならびにトルク向上・効率向上を図ることができる。
【００４２】
なお、図６Ｂでは断面Ａ、Ｂ、Ｃの軸方向長さをほぼ同一としているが、必ずしもそのようにする必要はなく、永久磁石３Ｚが発生する磁束量を増加したい場合は、当該磁石の磁化方向厚みを増加してパーミアンス係数を増加する、すなわち断面Ｂの軸方向長さを断面ＡまたはＢよりも増加するような構成としても良いし、反対に断面Ｂの軸方向長さを断面ＡまたはＢよりも小さくする構成として、永久磁石３Ｚの磁石量を低減することで材料コスト低減を図っても良い。また、各モジュールの軸方向長さを小さくして、モジュールの組数を増加しても良い。モジュール１の断面Ｃとモジュール２の断面Ｃは同一の構成であるので、片方を削除するか、または片方の軸方向長さを小さくする構成としても良い。モジュール２の断面Ａとモジュール３の断面Ａについても同様である。
【００４３】
さらに、本実施例は、実施例２に示した構成にも適用可能である。特に、スポーク形永久磁石３を希土類磁石などの保持力の高い磁石で構成する場合は、永久磁石３Ｚにフェライト磁石などの保持力の低い磁石を使用し、複数モジュールで構成すると良い。このような構成によって、磁束量の増加ならびにトルク向上・効率向上を図ることができると同時に、希土類材料の使用量を削減でき材料コストならびに調達リスクを低減できる。ただし、減磁耐力確保の観点では、例えば、ネオジム磁石とフェライト磁石とでは保持力に３倍の差があるので、それを考慮した上で、永久磁石３と永久磁石３Ｚの磁化方向厚みと保持力とを適当な値に選定し、永久磁石３と永久磁石３Ｚの磁気抵抗の差異が小さくなるようにすることが望ましい。
【実施例４】
【００４４】
以下、図７を用いて、本発明の第４の実施例について説明する。図７は、本発明の第４の実施例における永久磁石型電動機について、固定子と回転子と周方向１／４部分を斜視的に示す図である。
【００４５】
本実施例の構成が図１と異なる点は、Ｓ極側に磁化されるＳ極コア２Ｓと、Ｎ極側に磁化されるＮ極コア２Ｎとの間には、界磁巻線１０４が配置され、この界磁巻線にはＮ極コア側がＮ極、Ｓ極コア側がＳ極となるように直流電流が供給される点である。このような構成とした場合においても、実施例１、実施例２または実施例３に記載したのと同様の効果が得られる。また、本実施例を実施例１、実施例２または実施例３記載の構成と組み合わせることでも、同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、界磁巻線１０４を回転子の外部に引き出すために、シャフト６は回転子鉄心２のｚ軸方向中央部までしか挿入していない。ただし、回転子鉄心２に対して十分な締結強度を保てるのであれば、コア内周連結部１０１Ｓのｚ軸方向の一部とシャフト６とが接触するような構成でも良い。このような構成とすることで、スリップリング等の機械部品を用いずに界磁巻線１０４に直流電流を供給できるため、製品信頼性が向上するほか、ユーザにとってもメンテナンスフリーとなるメリットがある。また、シャフト６はＳ極側に磁化されるＳ極コア２Ｓのみと接触しているため、永久磁石３や永久磁石３Ｚの発生磁束の短絡パスにはならない。したがって、シャフト６に汎用的な鉄材が使用でき、材料コストが低減できる。
【００４７】
一方で、本実施例は、図１に示すようにシャフト６を非磁性材で構成した上で、ｚ軸方向全体に挿入する構成にも適用できある。この場合は、スリップリング等を用いることで界磁巻線１０４に直流電流を供給することが可能である。このような構成とした場合においても、実施例１、実施例２または実施例３に記載したのと同様の効果が得られる。また、本実施例を実施例１、実施例２または実施例３記載の構成と組み合わせることでも、同様の効果を得ることができる。
【実施例５】
【００４８】
以下、図８を用いて本発明の第５の実施例について説明する。図８は、本実施例による圧縮機の断面構造図である。
【００４９】
図８において、圧縮機構部は、固定スクロ−ル部材１３の端板１４に直立する渦巻状ラップ１５と、旋回スクロ−ル部材１６の端板１７に直立する渦巻状ラップ１８とを噛み合わせて形成されている。そして、旋回スクロ−ル部材１６をクランクシャフト６によって旋回運動させることで圧縮動作を行う。固定スクロ−ル部材１３及び旋回スクロ−ル部材１６によって形成される圧縮室１９（１９ａ、１９ｂ、……）のうち、最も外径側に位置している圧縮室１９は、旋回運動に伴って両スクロ−ル部材１３、１６の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。
【００５０】
両圧縮室１９ａ、１９ｂが両スクロ−ル部材１３、１６の中心近傍に達すると、両圧縮室１９内の圧縮ガスは圧縮室１９と連通した吐出口２０から吐出される。吐出された圧縮ガスは、固定スクロ−ル部材１３及びフレ−ム２１に設けられたガス通路（図示せず）を通ってフレ−ム２１下部の圧力容器２２内に至り、圧力容器２２の側壁に設けられた吐出パイプ２３から圧縮機外に排出される。圧力容器２２内に、固定子９と回転子１とで構成される永久磁石モ−タ１０３が内封されており、回転子１が回転することで、圧縮動作を行う。永久磁石モ−タ１０３の下部には、油溜め部２５が設けられている。油溜め部２５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６内に設けられた油孔２６を通って、旋回スクロ−ル部材１６とクランクシャフト６との摺動部、滑り軸受け２７等の潤滑に供される。圧力容器２２の側壁には固定子コイル１２を圧力容器２２の外側に引き出すための端子箱３０が設けられ、例えば、三相永久磁石モ−タの場合は、Ｕ、Ｖ、Ｗ各巻線の端子が計３個、納められている。永久磁石モ−タ１０３に、前述の実施例１、実施例２、実施例３又は実施例４記載の永久磁石型電動機を適用することで、トルク向上および効率向上を図ることが可能となる。
【００５１】
ところで、現在の家庭用・業務用空調機では、圧縮容器２２内にＲ４１０Ａ冷媒が封入されているものが多く、永久磁石モ−タ１０３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冷媒の採用が進むことが考えられ、圧縮機により冷媒を圧縮して循環させることで冷凍サイクルを構成する場合に、この冷凍サイクル中にＲ３２冷媒を７０重量％以上、封入することで地球温暖化係数を下げることが可能となる。
【００５２】
しかしＲ３２冷媒を７０重量％以上、封入した場合には、Ｒ４１０Ａ冷媒に対して循環周囲温度が上昇するため、磁石の残留磁束密度（Ｂｒ）低下がより顕著となる。このような場合に、前述の実施例１、実施例２、実施例３又は実施例４記載の永久磁石型電動機を適用することで、Ｂｒ低下によるトルク低下、効率低下を補うことができる。特に永久磁石３や永久磁石３Ｚをフェライト磁石で構成する場合には、ネオジウム磁石で問題となる高温減磁が原理的に発生しないので、Ｒ３２冷媒採用に伴う周囲温度上昇に対して有効な対策となる。尚、本実施例の圧縮機に前述の実施例１、実施例２、実施例３又は実施例４記載の永久磁石型電動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。
【００５３】
なお、圧縮機構成は図８記載のスクロ−ル圧縮機でも良いし、ロ−タリ圧縮機でも良いし、その他の圧縮機構を有する構成でも良い。また、本発明によれば、以上に説明したように小形で高出力のモータが実現できる。すると高速運転が可能になるなど、運転範囲を広げることが可能となり、さらには、ＨｅやＲ３２などの冷媒においては、Ｒ２２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａなどの冷媒に比べ、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顕著に大きくなるため、効率低下が大きい。低循環量（低速運転）時の効率向上のため、圧縮機構部を小型化し、同じ循環量を得るために回転数を上げることで、漏れ損失を低減させることが有効な手段となりうるが、最大循環量を確保するために最大回転数も上げる必要がある。本発明に係る永久磁石型電動機を備えた圧縮機によれば、最大トルクを大きくすることが可能となるため、最大回転数を上げることが可能となり、ＨｅやＲ３２などの冷媒における効率向上に有効な手段となる。
【符号の説明】
【００５４】
１…回転子、２…回転子鉄心、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ…回転子鉄心凸部、２Ｓ…Ｓ極側コア、２Ｎ…Ｎ極側コア、３、３ａ、３ｂ…周方向着磁された永久磁石、３Ｚ…軸方向着磁された永久磁石、４…永久磁石収容孔、５…カシメ用リベット、６…シャフト又はクランクシャフト、７ａ、７ｂ…スリット、８ａ、８ｂ…リブ、９…固定子、１０…固定子鉄心、１１…ティース、１２（１２ｕ１、１２ｕ２、１２ｖ１、１２ｖ２、１２ｗ１、１２ｗ２）…固定子コイル、１３…固定スクロ−ル部材、１４…端板、１５…渦巻状ラップ、１６…旋回スクロ−ル部材、１７…端板、１８…渦巻状ラップ、１９（１９ａ、１９ｂ）…圧縮室、２０…吐出口、２１…フレ−ム、２２…圧力容器、２３…吐出パイプ、２４…バランスウェイト、２５…油溜部、２６…油孔、２７…滑り軸受け、３０…端子箱、１０１、１０１Ｎ、１０１Ｓ…コア内周連結部、１０２…楔、１０３…永久磁石モ−タ、１０４…界磁巻線、１０５ａ、１０５ｂ…コア内周空孔
【図１】
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【図２Ａ】
2015042009.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2015042009.tif 000007
【図４】
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【図５】
2015042009.tif 000009
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
2015042009.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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