(57)【要約】  永久磁石埋込型電動機は、永久磁石を有するロータと、ステータとを備え、ロータは、ロータ鉄心を備え、ロータ鉄心は、磁石挿入孔と、複数のスリットとを有し、ロータ鉄心における磁石挿入孔それぞれの径方向外側の部分に、複数のスリットが配置されており、磁石挿入孔は、円弧状に湾曲しており、その円弧形状の凸部側が、ロータの中心側に配置されており記磁石挿入孔は、第１ラインと、第２ラインと、一対の第３ラインとを有しており、第１ラインは、第２ラインよりも径方向外側に位置しており、第３ラインはそれぞれ、第１ラインと第２ラインとを結んでおり、第１ラインは、円弧部と、一対の凹部とを含んでおり、凹部はそれぞれ、第１ラインの円弧部の端部に位置している。
2015163229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有するロータと、ステータとを備える永久磁石埋込型電動機において、
前記ロータは、ロータ鉄心を備え、
前記ロータ鉄心は、磁石挿入孔と、スリットとを有し、
前記永久磁石は、前記磁石挿入孔に挿入されており、
前記磁石挿入孔は、円弧状に湾曲しており、その円弧形状の凸部側が、前記ロータの中心側に配置されており、
前記ロータ鉄心における、前記磁石挿入孔の径方向外側の部分に、前記スリットが配置されており、
前記磁石挿入孔は、第１ラインと、第２ラインと、一対の第３ラインとを有しており、
前記第１ラインは、前記第２ラインよりも径方向外側に位置しており、
前記第３ラインはそれぞれ、前記第１ラインと前記第２ラインとを結んでおり、
前記第１ラインは、円弧部と、一対の凹部とを含んでおり、
前記凹部はそれぞれ、前記第１ラインの円弧部の端部に位置している、
永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記スリットは、磁極中心線よりも、前記第３ラインに近い位置に設けられている、
請求項１の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記スリットと前記磁石挿入孔との間、および、該スリットと前記ロータ外周面との間にはそれぞれ、鉄心薄肉部が設けられている、
請求項１または２の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記磁石挿入孔に前記永久磁石が挿入された状態で、前記凹部と前記永久磁石との間には、空隙が生じている、
請求項１〜３の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
前記凹部の深さは、前記永久磁石の厚みの３０％以下である、
請求項１〜４の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。
【請求項６】
前記永久磁石は、フェライト磁石、もしくは、希土類磁石である、
請求項１〜５の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。
【請求項７】
密閉容器内に、電動機と、圧縮要素とを備えた圧縮機であって、
前記電動機は、請求項１〜６の何れか一項の永久磁石埋込型電動機である、
圧縮機。
【請求項８】
請求項７の圧縮機を冷凍回路の構成要素として含む、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、圧縮機、冷凍空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の電動機においては、ロータの永久磁石の径方向外側の鉄心部分に、磁石挿入孔の径方向外側からロータの外周面に向けて延びるスリットを設けることにより、ｑ軸位相のステータ磁束が、永久磁石の径方向外側の鉄心部分に鎖交し難くし、ロータ磁気吸引力のアンバランスを小さくし、振動や騒音を低減している。【０００３】
また、電動機は、ロータに組み込まれる各永久磁石を断面が弧状となるように形成すると共に、これら各永久磁石を、凸部側が径方向内側を向くようにロータ鉄心に配置している。【０００４】
このように配置することで、磁石表面の面積を広く設計でき、永久磁石による磁束を増加し、モータの駆動トルクを大きくでき、これにより小型化、あるいは駆動効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３７１８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
円弧形状の永久磁石を用いる場合、特許文献１のように円弧が径方向内側に凸となるように配置することが一般的であり、磁石及び磁石挿入孔の円弧側面がロータ外周面に近接して配置される。ロータ外周における磁石及び磁石挿入孔の円弧側面部は、磁極中心の鉄心部に対して透磁率が低いため、ステータコイルにより発生する磁束が鎖交しにくい。そのため、ステータ通電時の磁束は、磁石挿入孔の円弧側面部に隣接する磁石挿入孔の円弧表面端部の鉄心部分に集中し、更に、スリットが設けられている場合、磁束の経路が遮断されるため、磁束の局所集中が発生していた。これにより、ロータ外周表面に磁束密度のアンバランスが生じ、磁束密度のアンバランスにより電磁加振力が発生し、振動の原因となっていた。また、ステータコイルにより発生する磁束が大きくなると、円弧表面端部の鉄心部分に近接する永久磁石の表面端部が減磁しやすいという課題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ロータ磁気吸引力のアンバランスを小さくすべくスリットを有しておりながら、モータ駆動時の回転方向に起因する磁束分布によるロータ外周表面の磁束密度のアンバランスを抑制し、振動を小さくすることができる、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】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明は、永久磁石を有するロータと、ステータとを備える永久磁石埋込型電動機において、前記ロータは、ロータ鉄心を備え、前記ロータ鉄心は、磁石挿入孔と、スリットとを有し、前記永久磁石は、前記磁石挿入孔に挿入されており、前記磁石挿入孔は、円弧状に湾曲しており、その円弧形状の凸部側が、前記ロータの中心側に配置されており、前記ロータ鉄心における、前記磁石挿入孔の径方向外側の部分に、前記スリットが配置されており、前記磁石挿入孔は、第１ラインと、第２ラインと、一対の第３ラインとを有しており、前記第１ラインは、前記第２ラインよりも径方向外側に位置しており、前記第３ラインはそれぞれ、前記第１ラインと前記第２ラインとを結んでおり、前記第１ラインは、円弧部と、一対の凹部とを含んでおり、前記凹部はそれぞれ、前記第１ラインの円弧部の端部に位置している。
さらに、同目的を達成するための本発明の圧縮機は、密閉容器内に、電動機と、圧縮要素とを備えた圧縮機であって、前記電動機は、上述した本発明の永久磁石埋込型電動機である。
さらに、同目的を達成するための本発明の冷凍空調装置は、上述した本発明の圧縮機を冷凍回路の構成要素として含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ステータ磁束により発生する磁気吸引力を低減する効果をほとんど変えることなく、ロータ外周表面の磁束密度のアンバランスを抑制し、振動を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の永久磁石埋込型電動機の回転中心線と直交する断面を示す図である。
【図２】図１において、ロータを拡大して示す図である。
【図３】図２において、磁石挿入孔および複数のスリットを拡大して示す図である。
【図４】図３において、磁石挿入孔に永久磁石が挿入されていない状態を示す図である。
【図５】図３と同態様の図であり、磁石挿入孔の各部の寸法を説明する図である。
【図６】磁石挿入孔に凹部を有しない関連技術の図２に対応する図である。
【図７】磁石挿入孔に凹部を有しない関連技術の図３に対応する図である。
【図８】関連技術のモータに電流を印加し、駆動した際のコイルに発生する誘起電圧を解析し、ＦＦＴ処理した結果を示すグラフである。
【図９】。関連技術の誘起電圧解析結果の２１次成分と、本実施の形態１の誘起電圧解析結果の２１次成分とを比較した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に関する、図３と同態様の図である。
【図１１】本発明の実施の形態３のロータリ圧縮機の縦断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の冷凍空調装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る永久磁石埋込型電動機の回転中心線と直交する断面を示す図である。図２は、図１において、ロータを拡大して示す図である。図３は、図２において、磁石挿入孔および複数のスリットを拡大して示す図である。図４は、図３において、磁石挿入孔に永久磁石が挿入されていない状態を示す図である。
【００１３】
図１〜図４に示されるように、永久磁石埋込型電動機１は、ステータ３と、そのステータ３に対向して回転可能に設けられたロータ５とを備えている。ステータ３は、複数のティース部７を有している。複数のティース部７はそれぞれ、対応するスロット部９を介して別のティース部７と隣り合っている。複数のティース部７と複数のスロット部９とが周方向に交互に且つ等間隔で並ぶように配置されている。複数のティース部７には、それぞれ、図示省略する公知のステータ巻線が公知の態様で巻回されている。
【００１４】
ロータ５は、ロータ鉄心１１と、シャフト１３とを有している。シャフト１３は、ロータ鉄心１１の軸心部に、焼嵌、圧入等により連結されており、ロータ鉄心１１に回転エネルギーを伝達する。ロータの外周面と、ステータの内周面との間には、エアギャップ１５が確保されている。
【００１５】
このような構成において、ロータ５は、エアギャップ１５を介したステータ３の内側で、回転中心線（ロータの回転中心）ＣＬを中心に回転自在に保持されている。具体的には、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ことにより、回転磁界を発生させ、ロータ５を回転させる。ステータ３とロータ５との間のエアギャップ１５は、０．３〜１ｍｍの空隙である。
【００１６】
次に、ステータ３と、ロータ５との構成を詳細に説明する。ステータ３は、ステータ鉄心１７を有する。ステータ鉄心１７は、一枚あたりの厚さが０．１〜０．７ｍｍ程度の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、所定枚数の電磁鋼板をカシメで締結しながら積層して構成される。ここでは、板厚が０．３５ｍｍの電磁鋼板を用いている。
【００１７】
ステータ鉄心１７には、その径方向内側に周方向に略等間隔に並ぶ９個のティース部７が形成されている。ティース部７は、放射状に形成されている。そして、ステータ鉄心１７において隣り合うティース部７の間の領域に、対応するスロット部９が形成されている。
【００１８】
ティース部７はそれぞれ、径方向を延びており、回転中心線ＣＬに向けて突出する。また、ティース部７の大部分は、径方向外側から径方向内側にかけて略等しい周方向の幅を有しているが、ティース部７の最も径方向内側となる先端部には、ティース歯先部７ａが形成されている。ティース歯先部７ａはそれぞれ、その両側部が周方向に広がる傘状の形状に形成されている。
【００１９】
ティース部７には、回転磁界を発生させるコイル（図示せず）を構成するステータ巻線（図示せず）が巻かれている。コイルは、マグネットワイヤーを、絶縁体を介してティース部に直接巻き付けて形成される。この巻線方式を、集中巻線という。そして、コイルは、３相Ｙ結線に結線される。コイルのターン数や線径は、要求される特性（回転数やトルク等）、電圧仕様、スロットの断面積に応じて定まる。ここでは、巻線し易いように分割ティースを帯状に展開し、線径φ１．０ｍｍ程度のマグネットワイヤーを各磁極のティース部に８０ターン程度巻き付け、巻線後、分割ティースを環状に丸め、溶接してステータを構成している。
【００２０】
ステータ３の中心付近には、回転可能に保持されたシャフト１３が配置されている。そして、そのシャフト１３にロータ５が嵌合されている。ロータ５は、ロータ鉄心１１を有しており、そのロータ鉄心１１もまた、ステータ鉄心１７と同様、厚さ０．１〜０．７ｍｍ程度の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、所定枚数の電磁鋼板をカシメで締結しながら積層して構成される。ここでは、板厚が０．３５ｍｍの電磁鋼板を用いている。
【００２１】
ロータ５は、磁石埋込型であり、ロータ鉄心１１の内部には、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁された複数の（本具体例では６個の）の永久磁石１９が設けられている。永久磁石１９はそれぞれ、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、円弧状に湾曲しており、その円弧形状の凸部側がロータ５の中心側に配置されている。また、永久磁石１９はそれぞれ、対応する磁極中心線ＭＣに対して線対称となるように湾曲している。
【００２２】
より詳細には、ロータ鉄心１１には、複数の永久磁石１９に対応した数の磁石挿入孔２１が形成されており、複数の磁石挿入孔２１にはそれぞれ、対応する永久磁石１９が挿入されている。一つの磁石挿入孔２１につき一つの永久磁石１９が挿入されている。また、これより分かるように、凹部６１また、磁石挿入孔２１はそれぞれ、対応する磁極中心線ＭＣに対して線対称となるように湾曲している。
【００２３】
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、本例では、６極の場合を例示している。ここでは、永久磁石１９にフェライト磁石を使用し、フェライト磁石の内周面と外周面とを一定の同心円弧状に形成し、フェライト磁石の湾曲径方向の厚みを一様に６ｍｍ程度に維持されるようにしている。
【００２４】
また、永久磁石１９には、図３に矢印ＭＤで示されるように同心円弧の中心から配向磁場を印加した磁石（つまり磁化方向ＭＤの磁石）を用いており、且つ、その磁石に沿った形状の磁石挿入孔に対し、磁石を挿入している。
【００２５】
なお、磁石の種類は、例えば、ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類磁石を用いて良いし、磁石の形状に関しても、円弧形状に限定することは無く、平板状のものや、平板状のものを複数枚配置して磁極を構成した形でも良い。
【００２６】
ロータ鉄心１１における磁石挿入孔２１それぞれの径方向外側の部分には、複数のスリット３１ａが設けられている。複数のスリット３１ａはそれぞれ、対応する磁石挿入孔２１の径方向外側の孔画定部（後述する孔外側ライン５５）の近傍からロータ外周面５ａ近傍まで延びる空隙部分である。
【００２７】
ロータ鉄心１１は、１つの磁極に対して、２本のスリット３１ａが設けられている。スリット３１ａはそれぞれ、その長軸方向が、対応する磁極中心線ＭＣに対して略平行な方向に向くように延びており、２本のスリット３１ａは、磁極中心線ＭＣに対し線対称に形成されている。また、２本のスリット３１ａは、磁極中心線ＭＬよりも、後述する孔サイドライン５７に近い位置に設けられている。
【００２８】
磁極中心線ＭＣ上には、カシメ３３が設けられており、これにより、ロータ５における磁石挿入孔２１の径方向外側の鉄心部分の積層を固定し、製造時の変形を抑制している。
【００２９】
磁石挿入孔２１の径方向内側には、周方向に交互に等間隔で並ぶ複数の風穴３５と複数のリベット穴３７とが設けられており、カシメ３３は、対応するリベット穴３７と、対応する一対の磁石挿入孔２１との間にも、設けられている。
【００３０】
さらに、スリットの役割を説明する。永久磁石埋込型電動機１は、ロータ５の永久磁石１９の径方向外側に鉄心部分を有するため、符号Ｍｄで示されるようにステータ磁束が鎖交し難い磁極中心線方向のｄ軸方向と、符号Ｍｑで示されるようにステータ磁束が鎖交しやすい磁極中心線に垂直な方向のｑ軸方向とが存在する。その磁気抵抗の突極差によりリラクタンストルクを利用でき、ｄ軸位相の電流を流すことで弱め界磁運転が出来るというメリットを有する。
【００３１】
しかし、ロータ５の回転中心がステータ３の回転中心に対してずれている場合や回転磁界にアンバランスが生じた場合、ｑ軸位相のステータ磁束が、ロータの永久磁石の径方向外側の鉄心部分を鎖交する際のロータ磁気吸引力にアンバランスが生じ、振動を大きくするという課題があった。
【００３２】
具体的には、本例は６極のロータを用いており、永久磁石の径方向外側の鉄心部分が６箇所存在する。この場合、ｑ軸位相のステータ磁束が、永久磁石の径方向外側の鉄心部分を鎖交する際のロータ磁気吸引力のアンバランスは、ロータの１回転中に６回発生し、回転数の６倍の次数成分の振動が発生する。また、異なる例を挙げると、４枚の磁石を用いた永久磁石埋め込み型電動機においては、ロータの回転中心がステータの回転中心に対してずれている場合や回転磁界にアンバランスが生じた場合、回転数の４倍の次数成分の振動が発生する。
【００３３】
そこで、上記の振動を抑制するために、ロータの永久磁石の径方向外側の鉄心部分に、磁石挿入孔の径方向外側からロータの外周面に向けて延びるスリット（空隙部）を設けることにより、ｑ軸位相のステータ磁束が、永久磁石の径方向外側の鉄心部分に鎖交し難くし、ロータ磁気吸引力のアンバランスを小さくし、振動を低減している。ステータ磁束によるロータの磁気吸引力のアンバランスを低減するためには、ｑ軸位相のステータ磁束が鎖交し難いスリット形状が好ましく、具体的には、スリットは、磁石挿入孔の径方向外側からロータの外周面の近傍まで、対応する磁極中心線ＭＣに対して略平行な方向（長軸方向）に延び、短軸方向（長軸方向と直交する方向）の幅が広い形状が効果的である。
【００３４】
また、スリット３１ａと磁石挿入孔２１との間には、鉄心薄肉部３９が設けられており、スリット３１ａとロータ外周面５ａとの間にも鉄心薄肉部３９が設けられている。ｑ軸位相のステータ磁束を鎖交し難くするために、鉄心薄肉部３９はそれぞれ、できるだけ狭いことが好ましく、ここでは鉄心薄肉部の最小幅（スリットと磁石挿入孔との最小間隔、または、スリットとロータ外周面との最小間隔）が、プレス可能な最小幅である電磁鋼板の板厚０．３５ｍｍ程度に設定している。これにより、スリット３１ａは、ロータ外周面５ａの近傍から磁石挿入孔２１の近傍まで長く延びている。
【００３５】
また、スリットの幅（短軸方向）に関しては、最も広い部分の幅が０．５〜３ｍｍ程度である。つまり、スリットの幅や配置に関しては、ステータ磁束によるロータの磁気吸引力のアンバランス（６次成分の振動）が小さくなるような構成としている。
【００３６】
また、スリットは、永久磁石の磁束の向きを規制する役割を持ち、ロータ外周面の磁束密度分布は、ロータの磁極中心線で凸となる正弦波状の分布になることが好ましい。そのため、従来のスリットは、スリットの長軸方向の向きが、磁極中心線に対して略平行な方向、もしくは、スリットのロータ外周側の先端が磁極中心線側を向く方向に、磁極中心線に対し線対称な形で形成されるのが一般的である。すなわち、隣接するスリット間の鉄心部分の幅は、磁石挿入孔側からロータ外周面に向けて一定であるか、もしくは、磁石挿入孔側からロータ外周面に向けて狭くなるように形成されるのが一般的である。このようにして、ロータ外周面近傍の鉄心の磁束密度は、磁極中心線付近で高くなるよう構成され、スリットにより、ロータ外周面の磁束密度分布をロータの磁極中心線で凸となる正弦波状の分布にすることで、振動低減する効果も有している。
【００３７】
次に、永久磁石１９および磁石挿入孔２１ついて詳細に説明する。永久磁石１９および磁石挿入孔２１はそれぞれ、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、対応する磁極中心線ＭＬによる線対称に形成されている。
【００３８】
永久磁石１９はそれぞれ、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、内側外面４３と、外側外面４５と、一対のサイド外面４７とを有している。なお、内側外面および外側外面における外側および内側は、回転中心線ＣＬを垂線とする面でみて、相対的な比較で径方向の内側および外側の何れであるかを示しているものとする。
【００３９】
また、磁石挿入孔２１はそれぞれ、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、孔の輪郭として、第１ラインである孔外側ライン５５と、第２ラインである孔内側ライン５３と、一対の第３ラインとしての一対の孔サイドライン５７とを有している。なお、孔内側ラインおよび孔外側ラインにおける外側および内側もまた、回転中心線ＣＬを垂線とする面でみて、相対的な比較で径方向の内側および外側の何れであるかを示しているものとする。
【００４０】
外側外面４５は、その大部分が、第１円弧半径による第１円弧面によって構成されており、孔外側ライン５５もまた、その大部分が、第１円弧半径による第１円弧面５５ａによって構成されている。一方、内側外面４３は、第１円弧半径よりも大きい第２円弧半径による第２円弧面４３ａと、ストレート面４９とで構成されており、同様に、孔内側ライン５３は、第２円弧半径による第２円弧面５３ａと、ストレート面５９とで構成されている。
【００４１】
なお、磁石挿入孔２１内に永久磁石１９が挿入される関係にあるため、磁石挿入孔２１に関する第１円弧半径及び第２円弧半径と、永久磁石１９に関する第１円弧半径及び第２円弧半径とは、極めて厳密にみると同一ではないが、永久磁石１９は磁石挿入孔２１にぴったり嵌め込まれる関係にあり、且つ、説明を分かり易くする都合上、永久磁石側と磁石挿入孔側とで共通の文言を用いるものとする。
【００４２】
第１円弧半径と、第２円弧半径とは、共通の半径中心を有しており、その共通の半径中心は、永久磁石１９及び磁石挿入孔２１よりも径方向外側に在り、且つ、対応する磁極中心線ＭＬ上に在る。換言すると、内側外面４３（孔内側ライン５３）と、外側外面４５（孔外側ライン５５）とは、同心円状に構成され、第１円弧面の中心と第２円弧面の中心は、永久磁石の配向中心（配向焦点）に一致している。なお、図３における符号ＭＤの矢印は、配向の方向を模式的に示している。
【００４３】
ストレート面４９及びストレート面５９は、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面においてみて、磁極中心線ＭＬと直交する方向に延びている。
【００４４】
また、一対のサイド外面４７はそれぞれ、内側外面４３および外側外面４５の対応する端部同士を結んでおり、一対の孔サイドライン５７はそれぞれ、孔内側ライン５３および孔外側ライン５５の対応する端部同士を結んでいる。
【００４５】
磁石挿入孔２１の孔外側ライン５５はそれぞれ、孔外側ライン５５の大部分を占める第１円弧面５５ａと、一対の凹部６１とを含んでいる。一対の凹部６１は、孔外側ライン５５の第１円弧面５５ａの両側に位置しており、すなわち、孔外側ライン５５のうちの対応する孔サイドライン５７側の端部に位置している。凹部６１はそれぞれ、周方向における対応する磁極中心線ＭＬに向けて延びている。凹部６１の底部はそれぞれ、円弧状に形成されている。
【００４６】
図５に示されるように、磁石挿入孔２１に永久磁石１９が挿入された状態で、磁石挿入孔２１の凹部６１と、永久磁石１９の外側外面４５とは大きく離れており、凹部６１と外側外面４５との間には、非磁性領域である空隙６１ａが生じている。凹部６１の深さＤ（凹部６１の底部と永久磁石１９の外側外面４５と距離）は、永久磁石１９の厚みＴよりかなり小さく、例えば、１ｍｍ程度である。
【００４７】
磁石挿入孔２１の孔サイドライン５７は、ロータ外周面５ａに近接して配置されている。磁石挿入孔２１の孔サイドライン５７とロータ外周面５ａとの間は、一様な肉厚の側端薄肉部１１ａが存在する。これらの側端薄肉部１１ａはそれぞれ、隣接する磁極間での短絡磁束の経路となるため、できるだけ薄いことが好ましい。ここではプレス可能な最小幅として電磁鋼板の板厚程度０．３５ｍｍに設定している。
【００４８】
さらに、ロータ５の回転中心線ＣＬを垂線とする断面でみた、第１ライン（孔外側ライン５５）と、第２ライン（孔内側ライン５３）と、第３ライン（孔サイドライン５７）について、説明する。第１ラインは、第２ラインよりも径方向外側に位置しており、永久磁石の磁化方向ＭＤに略垂直なロータ外径側（径方向外側）の仮想円弧ＶＯに沿うメイン円弧部５５ａと、一対の凹部６１とを含んでいる。メイン円弧部５５ａは、上述した仮想円弧ＶＯに沿っており、図３においては、仮想円弧ＶＯ上の２点Ｐ１を両端とする部分である。また、一例であるが、メイン円弧部５５ａは、仮想円弧ＶＯに沿う部分のみを有している。一対の凹部６１は、メイン円弧部５５ａの両側にあり、すなわち、メイン円弧部５５ａは、一対の凹部６１に挟まれている。言い換えれば、一対の凹部６１はそれぞれ、第１ライン（孔外側ライン５５）の対応する端部に位置している。第１ラインは、仮想円弧ＶＯ上の２点Ｐ２を両端とする部分であり、凹部６１はそれぞれ、仮想円弧ＶＯ上のＰ１と仮想円弧ＶＯ上のＰ２とを両端とする部分である。
【００４９】
第２ライン（孔内側ライン５３）は、永久磁石の磁化方向ＭＤに略垂直なロータ中心側（径方向内側）の仮想円弧ＶＩに沿って延びている。また、一例であるが、第２ラインは、仮想円弧ＶＩに沿う部分と、ストレート面５９を示す直線とを有している。第２ラインは、図３においては、仮想円弧ＶＩ上の２点Ｐ３を両端とする部分である。
【００５０】
第３ライン（孔サイドライン５７）は、第１ラインと第２ラインとを結ぶ部分である。具体的には、第１ラインの終端であるＰ２と、第２ラインの終端であるＰ３とを結ぶ部分である。一対の凹部６１は、仮想円弧ＶＯ上に終端を有する第１ラインの一部であり、第３ラインの一部ではない。また、図３から分かるように、永久磁石は、永久磁石の一部が、凹部６１の両端であるＰ１とＰ２との間に対面するように、配置されている。なお、永久磁石の磁束は、磁化方向に発生する。すなわち、磁化方向に略垂直な面とは、磁束が発生する面のことを意味する。そして、第三ラインの方向からは磁束は発生しないことが分かる。
【００５１】
次に、図６および図７に示す関連技術を参照しながら、本実施の形態１の永久磁石埋込型電動機の作用について説明する。図６および図７はそれぞれ、磁石挿入孔に、上述した凹部６１を有しない関連技術の、図２および図３に対応する図である。
【００５２】
上述した磁石挿入孔の孔サイドラインとロータ外周面との間の側端薄肉部は、隣接する磁極間の短絡磁束により磁気飽和が生じ、磁気飽和以上に磁束が流れることを抑制する作用がある。したがって、側端薄肉部は、磁極中心の鉄心部に対して透磁率が低く、ステータコイルにより発生する磁束が鎖交しにくい領域となる。このため、ステータ通電時の磁束ＭＳは、磁石挿入孔の孔サイドラインを避けて、磁石挿入孔の孔外側ラインにおける孔サイドライン寄りの端部と、スリットとの間の領域Ａに集中する。そして、図６および図７に示す関連技術のように磁石挿入孔に凹部が設けられていないロータでは、一つの磁極にある一対の領域Ａの比較でみて、モータ駆動時の回転方向に起因する磁束分布により、一方の鉄心部Ａに、他方の鉄心部Ａよりも磁束が集中することが分かった。これにより、ロータ外周表面に磁束密度のアンバランスが生じ、磁束密度のアンバランスにより電磁加振力が発生し、振動の原因となっていた。
【００５３】
図８は、関連技術のモータに電流を印加し、駆動した際のコイルに発生する誘起電圧を解析し、ＦＦＴ処理した結果である。誘起電圧の基本波成分である３次成分（機械角）を基準（１００％）とし、高次成分の含有率を示してある。高次成分の中ではで２１次成分の含有率が大きく、これは、上記で記載したロータ外周表面の磁束密度のアンバランスによるものでる。これにより、電磁加振力が発生し、振動の原因となっていた。
【００５４】
これに対し、本実施の形態１では、磁石挿入孔の孔外側ラインにおける孔サイドライン側の端部に凹部を形成している。これにより、モータ駆動時におけるロータ外周表面の磁束密度のアンバランスを抑制することができる。図９は、その結果を示しており、関連技術の誘起電圧解析結果の２１次成分と、本実施の形態１の誘起電圧解析結果の２１次成分とを比較した結果を示す。図９から分かるように、本実施の形態１によれば、関連技術に比べて、２１次成分を３３％まで低減し、これにより、電磁加振力の発生を抑制し、振動を低減することができる。
【００５５】
また、図２〜図５に示されるように、磁石挿入孔の径方向外側の鉄心部分において、スリットが磁極中心線から離れた位置に形成されている場合、すなわち、スリットが磁石挿入孔の孔サイドラインに近い位置に形成されている場合、スリットにより磁束の経路が遮断されやすい構成となるため、磁束の局所集中が発生しやすく、本実施の形態１のように凹部を設けたことによる効果は、より大きなものとなる。
【００５６】
さらに、本実施の形態１によるその他の作用として、次のような利点がある。永久磁石および磁石挿入孔が円弧状に湾曲しており、その円弧形状の凸部側がロータの中心側に配置されている態様では、磁石表面積を広くするために、磁石のサイド外面がロータ外周面にできる限り近接するように配置することが好ましい。しかし、上述した関連技術の構成では、永久磁石の外側外面におけるサイド外面寄りの端部が減磁しやすいことが分かり、永久磁石のサイド外面と、磁石挿入孔の孔サイドラインとの間に空隙を設ける等の対策が必要であり、このため、磁石表面を十分に広げることができなかった。
【００５７】
これに対し、本実施の形態１では、上述した凹部の存在により、磁石挿入孔の孔外側ラインにおける孔サイドライン寄りの部分が、永久磁石の外側外面から離れることとなるので、ステータ磁束が永久磁石に鎖交し難くなり、減磁しにくいモータを構成することができる。このため、永久磁石のサイド外面自体は、磁石挿入孔の孔サイドラインに近接または当接させて、永久磁石を配置することができるので、磁石表面の面積を広く設計でき、永久磁石による磁束を増加し、モータの駆動トルクを大きくでき、これにより小型化、あるいは駆動効率を向上させることができる。なお、凹部によって生じる空隙は、非磁性体の部分となるので、凹部の深さＤは、永久磁石の厚みＴの３０％以下にすることで、磁石から発生する磁束量が低減しにくい構成とすることが好適である。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、ロータ磁気吸引力のアンバランスを小さくすべくスリットを有しておりながら、モータ駆動時の回転方向に起因する磁束分布によるロータ外周表面の磁束密度のアンバランスを抑制し、振動を小さくすることができる。
【００５９】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１０は、本実施の形態２に関する、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と同様であるものとする。
【００６０】
本実施の形態２のロータ１０５では、各磁極において、磁極中心線ＭＣに対し線対称な５本のスリット３１ａ、３１ｂ、３１ｃを形成している。５本のスリット３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、その長軸方向が、対応する磁極中心線ＭＣに対して略平行な方向に向いており、磁極中心線ＭＣ上に１本のスリット３１ｂと、磁極中心線ＭＣに対し線対称な位置に４本のスリット３１ａ、３１ｃとが形成されている。
【００６１】
一対のスリット３１ａは、実施の形態１の態様と同じであり、磁極中心線ＭＬよりも、対応する孔サイドライン５７に近い位置に設けられている。磁極中心線ＭＣ上のスリット３１ｂは、カシメ３３の径方向外側に位置している。一対のスリット３１ｃは、磁極中心線ＭＣ上のスリット３１ｂと、対応するスリット３１ａとの中間（磁極中心線ＭＣと直交する方向でいう中間）にある。
【００６２】
このように構成された本実施の形態２においても、上述した実施の形態１と同様な利点が得られている。
【００６３】
実施の形態３．
次に、上述した実施の形態の永久磁石埋込型電動機を搭載したロータリ圧縮機について説明する。なお、本発明は、上述した実施の形態何れかの永久磁石埋込型電動機を搭載した圧縮機を含むものであるが、圧縮機の種別は、ロータリ圧縮機に限定されるものではない。
【００６４】
図１１は、永久磁石埋込型電動機を搭載したロータリ圧縮機の縦断面図である。ロータリ圧縮機２６０は、密閉容器２６１内に、上記実施の形態１または２の永久磁石埋込型電動機（電動要素）１と、圧縮要素２６２とを備えている。図示はしないが、密閉容器２６１の底部に、圧縮要素各摺動部を潤滑する冷凍機油が貯留されている。
【００６５】
圧縮要素２６２は、主な要素として、上下積層状態に設けられたシリンダ２６３と、永久磁石埋込型電動機１により回転するシャフト１３である回転軸２６４と、回転軸２６４に嵌挿されるピストン２６５と、シリンダ２６３内を吸入側と圧縮側とに分けるベーン（図示せず）と、回転軸２６４が回転自在に嵌挿され、シリンダ２６３の軸方向端面を閉塞する上下一対の上部フレーム２６６及び下部フレーム２６７と、上部フレーム２６６及び下部フレーム２６７にそれぞれ装着されたマフラ２６８とを含んでいる。
【００６６】
永久磁石埋込型電動機１のステータ３は、密閉容器２６１に焼嵌または溶接等の方法により直接取り付けられ保持されている。ステータ３のコイルには、密閉容器２６１に固定されるガラス端子２６９から電力が供給される。
【００６７】
ロータ５は、ステータ３の内径側に、空隙（エアギャップ１５）を介して配置されており、ロータ５の中心部の回転軸２６４を介して圧縮要素２６２の軸受け部（上部フレーム及び下部フレーム）により回転自在な状態で保持されている。
【００６８】
次に、かかるロータリ圧縮機の動作について説明する。アキュムレータ２７０から供給された冷媒ガスは、密閉容器２６１に固定された吸入パイプ２７１よりシリンダ２６３内へ吸入される。インバータの通電によって永久磁石埋込型電動機１が回転されていることで、回転軸２６４に嵌合されたピストン２６５がシリンダ２６３内で回転される。それにより、シリンダ２６３内では冷媒の圧縮が行われる。
【００６９】
冷媒は、マフラを経た後、密閉容器２６１内を上昇する。このとき、圧縮された冷媒には冷凍機油が混入している。この冷媒と冷凍機油との混合物は、ロータ鉄心に設けた風穴を通過する際に、冷媒と冷凍機油との分離を促進され、冷凍機油が吐出パイプ２７２へ流入するのを防止できる。このようにして、圧縮された冷媒が、密閉容器２６４に設けられた吐出パイプ２７２を通って冷凍サイクルの高圧側へと供給される。
【００７０】
尚、ロータリ圧縮機の冷媒には、従来からあるＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２等を用いてもよいが、低ＧＷＰ（地球温暖化係数）の冷媒等などいかなる冷媒も適用できる。地球温暖化防止の観点からは、低ＧＷＰ冷媒が望まれている。低ＧＷＰ冷媒の代表例として、以下の冷媒がある。
（１）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素：例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）である。ＨＦＯは、Ｈｙｄｒｏ−Ｆｌｕｏｒｏ−Ｏｌｅｆｉｎの略で、Ｏｌｅｆｉｎは、二重結合を一つ持つ不飽和炭化水素のことである。尚、ＨＦＯ−１２３４ｙｆのＧＷＰは４である。
（２）組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素：例えば、Ｒ１２７０（プロピレン）である。尚、ＧＷＰは３で、ＨＦＯ−１２３４ｙｆより小さいが、可燃性はＨＦＯ−１２３４ｙｆより大きい。
（３）組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素または組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくともいずれかを含む混合物：例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＲ３２との混合物等である。ＨＦＯ−１２３４ｙｆは、低圧冷媒のため圧損が大きくなり、冷凍サイクル（特に、蒸発器において）の性能が低下しやすい。そのため、ＨＦＯ−１２３４ｙｆより高圧冷媒であるＲ３２又はＲ４１等との混合物が実用上は有力になる。
【００７１】
以上に構成されたロータリ圧縮機においても、上述した永久磁石埋込型電動機を用いることで、ロータ磁気吸引力のアンバランスを小さくすべくスリットを有しておりながら、モータ駆動時の回転方向に起因する磁束分布によるロータ外周表面の磁束密度のアンバランスを抑制し、振動を小さくすることができる。
【００７２】
実施の形態４．
また、本発明は、図１２に例示するように、上述した圧縮機２６０を冷凍回路の構成要素として含む、冷凍空調装置３８０として実施することも可能である。なお、冷凍空調装置３８０の冷凍回路には、凝縮器３８１、蒸発器３８２、膨張装置３８３を少なくとも含むが、これら凝縮器３８１、蒸発器３８２、膨張装置３８３を含む圧縮機以外の構成要素の構成は、特に、限定されるものではない。
【００７３】
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】
【００７４】
１  永久磁石埋込型電動機、３  ステータ、５  ロータ、５ａ  ロータ外周面、１１  ロータ鉄心、１９  永久磁石、２１  磁石挿入孔、３１ａ  スリット、５３  孔内側ライン、５５  孔外側ライン、５５ａ  メイン円弧部、５７  孔サイドライン、６１  凹部、２６０  ロータリ圧縮機、２６１  密閉容器、３８０  冷凍空調装置。
【図１】
2015163229.tif 000003
【図２】
2015163229.tif 000004
【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】
2015163229.tif 000009
【図８】
2015163229.tif 000010
【図９】
2015163229.tif 000011
【図１０】
2015163229.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年5月26日(2016.5.26)
【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】
永久磁石を有するロータと、ステータとを備える永久磁石埋込型電動機において、
前記ロータは、ロータ鉄心を備え、
前記ロータ鉄心は、磁石挿入孔と、スリットとを有し、
前記永久磁石は、前記磁石挿入孔に挿入されており、
前記磁石挿入孔は、円弧状に湾曲しており、その円弧形状の凸部側が、前記ロータの中心側に配置されており、
前記ロータ鉄心における、前記磁石挿入孔の径方向外側の部分に、前記スリットが配置されており、
前記磁石挿入孔は、第１ラインと、第２ラインと、一対の第３ラインとを有しており、
前記第１ラインは、前記第２ラインよりも径方向外側に位置しており、
前記第３ラインはそれぞれ、前記第１ラインと前記第２ラインとを結んでおり、
前記第１ラインは、円弧部と、一対の凹部とを含んでおり、
前記凹部はそれぞれ、前記第１ライン上にのみある、
永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記スリットは、磁極中心線よりも、前記第３ラインに近い位置に設けられている、
請求項１の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記スリットと前記磁石挿入孔との間、および、該スリットとロータ外周面との間にはそれぞれ、鉄心薄肉部が設けられている、
請求項１または２の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記磁石挿入孔に前記永久磁石が挿入された状態で、前記凹部と前記永久磁石との間には、空隙が生じている、
請求項１〜３の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
前記凹部の深さは、前記永久磁石の厚みの３０％以下である、
請求項１〜４の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。
【請求項６】
前記永久磁石は、フェライト磁石、もしくは、希土類磁石である、
請求項１〜５の何れか一項の永久磁石埋込型電動機。
【請求項７】
密閉容器内に、電動機と、圧縮要素とを備えた圧縮機であって、
前記電動機は、請求項１〜６の何れか一項の永久磁石埋込型電動機である、
圧縮機。
【請求項８】
請求項７の圧縮機を冷凍回路の構成要素として含む、冷凍空調装置。
【国際調査報告】
2015163229.tif 000015
2015163229.tif 000016
2015163229.tif 000017
2015163229.tif 000018