(57)【要約】  フレーム６の内部に配置され、バックヨーク８ｃと、複数の磁極ティース８ｄとを有する固定子コア８と、複数の磁極ティース８ｄの内径側に配置される回転子２２と、フレーム６とバックヨーク８ｃとの間に生じる押圧力に起因してバックヨーク８ｃに生じる圧縮応力よりも高い圧縮応力が生じる複数の圧縮部と、を備え、複数の磁極ティース８ｄの個々の磁極ティース８ｄに対応するバックヨーク８ｃの外周部である固定子コア外周部８ａには、複数の圧縮部の内の２以上の圧縮部１８−１，１８−２を一組とする圧縮部群１８０が配置され、圧縮部群１８０を構成する複数の圧縮部１８−１，１８−２における回転方向幅Ａ１，Ａ２の総和は、フレーム６の径方向厚Ｂよりも小さい永久磁石埋込型電動機。
2015064199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームの内部に配置され、バックヨークと、前記バックヨークから前記バックヨークの中心の方向に伸びる複数の磁極ティースとを有する固定子コアと、
前記複数の磁極ティースの内径側に配置される回転子と、
前記バックヨークの外周部と前記フレームの内周部との間に形成され、前記フレームと前記バックヨークとの間に生じる押圧力で変形することによって、前記押圧力に起因して前記バックヨークに生じる圧縮応力よりも高い圧縮応力が生じる複数の圧縮部と、
を備え、
前記複数の磁極ティースの個々の磁極ティースに対応する前記バックヨークの外周部には、前記複数の圧縮部の内の２以上の圧縮部を一組とする圧縮部群が配置され、
前記圧縮部群を構成する複数の圧縮部における回転方向幅の総和は、前記フレームの径方向厚よりも小さい永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記バックヨークの径方向幅の最薄部分をＤとし、前記バックヨークに前記圧縮部が接触する部分から前記バックヨークの内径面までの径方向幅をＤ１としたとき、前記バックヨークは、Ｄ１＞Ｄの関係を満たす形状である請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記圧縮部とカシメとの間の距離をＥとし、前記カシメから前記内径面までの距離をＦとした場合、前記カシメは、Ｆ＞Ｅの関係を満たす形状である請求項２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記固定子コアには、焼鈍処理が施されている請求項１から３の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
前記フレームには焼鈍処理が施されている請求項１から４の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項６】
前記回転子に埋め込まれる永久磁石は希土類磁石である請求項１から５の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項７】
前記固定子コアには集中巻の巻線が施されている請求項１から６の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項８】
前記圧縮部は、前記固定子コアと一体的に、前記バックヨークの外周部から前記フレームの内周部に向かって突状に形成されている請求項１から７の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項９】
前記圧縮部が一体的に形成された前記固定子コアを構成する電磁鋼板の板厚は、０．３０ｍｍ以下である請求項８に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項１０】
前記圧縮部は、前記フレームと一体的に、前記フレームの内周部から前記バックヨークの外周部に向かって突状に形成されている請求項１から９の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機を搭載した圧縮機。
【請求項１２】
請求項１１に記載の圧縮機を搭載した冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレームと、フレームの内部に配置される固定子コアと、固定子コアの内径側に配置される回転子とを備えた永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石埋込型の電動機を駆動源とする圧縮機では電動機の固定子コアが円筒状のフレームの内周部に焼き嵌めまたは圧入で固定されることが多い。下記特許文献１に記される従来の電動機の固定子コアは、バックヨークと、バックヨークから電動機の中心の方向に伸びる複数の磁極ティースとを有し、バックヨーク外周部の内、複数の磁極ティースの個々の磁極ティースに対応するバックヨーク外周部がフレーム内周部と非接触の状態であり、かつ、磁極ティースに対応する位置以外のバックヨーク外周部がフレーム内周部と接触した状態で焼き嵌め固定される。このようにバックヨーク外周部の一部がフレーム内周部と非接触状態となることで、固定子コアの変形に起因して固定子コアと回転子との間の隙間が不均一になることを防止している。また、下記特許文献２に記される従来技術では、分割ステータコアに対応する分割ヨーク部の外周部に、複数の応力緩和スリットが形成され、個々の応力緩和スリットに設けられた応力受容部が変形することで、分割ヨーク中の磁束領域に発生する圧縮応力を減少させ、分割ステータコアにおける鉄損特性を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７８３７５号公報
【特許文献２】特開２００５−５１９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、バックヨーク外周部の大半がフレーム内周部と接触した状態で固定されるため、バックヨークの内周側を通過できない磁束がバックヨーク外周部とフレーム内周部との接触部を経由してフレームへ漏れる。フレームに漏れる漏洩磁束によってフレームで発生する鉄損は大きいため、漏洩磁束に起因した電動機の性能低下が懸念される。特に希土類磁石のような高い磁束密度の磁石を用いた電動機においてはフレームへの漏洩磁束がより大きくなるため、電動機の効率低下が問題となる。一方、上記特許文献２に示される従来技術は、複数の応力受容部の径方向外側の先端面における回転方向幅の総和がコアケースの厚みよりも大きいため、分割ステータコアが焼き嵌めでコアケースに収納される際、応力受容部群を押圧する力がコアケースで吸収され、応力受容部群よりもコアケースが変形し易くなる。この場合、応力受容部群には大きな圧縮応力が作用せず、応力受容部群における透磁率が高い値のままとなる。従って、分割ステータコア、応力受容部群、およびコアケースという経路で磁束が漏れ、コアケースでは漏洩磁束に起因した鉄損が大きくなり、電動機の効率が低下するという課題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機効率の向上を図ることができる永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、フレームの内部に配置され、バックヨークと、前記バックヨークから前記バックヨークの中心の方向に伸びる複数の磁極ティースとを有する固定子コアと、前記複数の磁極ティースの内径側に配置される回転子と、前記バックヨークの外周部と前記フレームの内周部との間に形成され、前記フレームと前記バックヨークとの間に生じる押圧力で変形することによって、前記押圧力に起因して前記バックヨークに生じる圧縮応力よりも高い圧縮応力が生じる複数の圧縮部と、を備え、前記磁極ティースに対応する前記バックヨークの外周部には、前記複数の圧縮部の内の２以上の圧縮部を一組とする圧縮部群が配置され、前記圧縮部群を構成する複数の圧縮部における回転方向幅の総和は、前記フレームの径方向厚よりも小さい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、電動機効率の向上を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機を備えたロータリ圧縮機の縦断面図
【図２】図１に示されるＡ−Ａ矢視の断面図
【図３】図２に示される永久磁石埋込型電動機の要部詳細図
【図４】焼き嵌め後の永久磁石埋込型電動機における圧縮応力の分布を示す図
【図５】本実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機における磁束の流れを示す図
【図６】従来の電動機における磁束の流れを示す図
【図７】カシメの位置を変更したバックヨークを示す図
【図８】カシメの代わりに隙間が形成されたバックヨークを示す図
【図９】圧縮部に用いる磁性体のＢＨ曲線を示す図
【図１０】漏洩磁束の比率を示す図
【図１１】鉄損の比率を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機７を備えたロータリ圧縮機１の縦断面図である。図２は、図１に示されるＡ−Ａ矢視の断面図である。図３は、図２に示される永久磁石埋込型電動機７の要部詳細図である。図４は、焼き嵌め後の永久磁石埋込型電動機７における圧縮応力の分布を示す図である。図５は、本実施の形態に係る永久磁石埋込型電動機７における磁束の流れを示す図である。図６は、従来の電動機７Ａにおける磁束の流れを示す図である。図７は、カシメ８ｇの位置を変更したバックヨーク８ｃを示す図である。図８は、カシメ８ｇの代わりに隙間８ｇ２が形成されたバックヨーク８ｃを示す図である。図９は、圧縮部群１８０に用いる磁性体のＢＨ曲線を示す図である。図１０は、漏洩磁束の比率を示す図である。図１１は、鉄損の比率を示す図である。
【００１１】
図１に示されるロータリ圧縮機１のフレーム６には永久磁石埋込型電動機７と圧縮要素１４とが設けられている。以下、永久磁石埋込型電動機７は単に「電動機７」と称する。
電動機７は、固定子３０と回転子２２と回転軸１０とから成り、ブラシレスＤＣモータである。固定子３０は、固定子コア８と巻線２９とから成り、固定子コア８の中心付近には回転軸１０が配置される。本実施の形態では、密閉型のロータリ圧縮機１の電動要素である電動機７が用いられているが、電動機７はロータリ圧縮機１以外のあらゆる装置の電動要素にも適用可能である。
【００１２】
圧縮要素１４は、上下積層状態に設けられたシリンダ１２と、電動機７により回転する回転軸１０と、回転軸１０が挿入されるピストン１３と、シリンダ１２内を吸入側と圧縮側に分ける図示しないベーンと、回転軸１０が挿入されてシリンダ１２の軸方向端面を閉塞する上下一対のフレームである上部フレーム１７および下部フレーム１６と、上部フレーム１７に装着された上部吐出マフラ１１と、下部フレーム１６に装着された下部吐出マフラ１５とを有して構成されている。
【００１３】
フレーム６は、厚さ３ｍｍ程度の鋼板を絞り加工により円筒形状に形成され、フレーム６の底部には圧縮要素１４の各摺動部を潤滑する図示しない冷凍機油が貯留されている。回転子２２は、固定子コア８の内径側の隙間２６を介して配置されている。回転軸１０は、ロータリ圧縮機１の下部に設けた軸受け部、すなわち上部フレーム１７および下部フレーム１６により回転自在な状態で保持されている。固定子コア８は、焼き嵌めによりフレーム内周部６ａに保持される。固定子コア８に巻回された巻線２９には、フレーム６に固定されるガラス端子４からの電力が供給される。
【００１４】
焼き嵌めとは、常温において固定子コア８の外径がフレーム６の内径よりも僅かに大きくなる固定子コア８を製作し、フレーム６を高温、一例としては３００℃に加熱して膨張させて、膨張したフレーム６を固定子コア８に嵌め込むことである。その後、フレーム６の温度が下がるとフレーム６が収縮するため、フレーム６に固定子コア８が固定される。
【００１５】
図２には、フレーム６の内部に配置される固定子コア８と、固定子コア８の内径側に配置される回転子２２と、磁性体で形成された２つの圧縮部１８−１，１８−２を一組とする圧縮部群１８０とが示されている。図示例の固定子コア８には合計で１８個の圧縮部１８−１，１８−２が形成されている。回転子コア２３の外周側には六角形状に６個の磁石挿入孔２０が形成され、各磁石挿入孔２０にはＮ極とＳ極とが交互に着磁された６枚の平板形状の永久磁石２４、ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類永久磁石が挿入されている。回転子コア２３の中心側にはシャフト孔２１が形成され、シャフト孔２１には回転エネルギーを伝達するための回転軸１０が焼き嵌めまたは圧入により連結されている。各磁石挿入孔２０とシャフト孔２１との間には冷媒の流路となる風穴２５が複数設けられている。
【００１６】
回転子コア２３の外周面と固定子コア８の内周面との間には隙間２６が形成される。隙間２６の幅は０．３ｍｍから１．０ｍｍである。指令回転数に同期した周波数の電流を固定子コア８に通電することにより回転磁界が発生し、回転子コア２３が回転する。固定子コア８は、厚さが０．３０ｍｍ以下の電磁鋼板を特定の形状に打ち抜き、打ち抜かれた電磁鋼板を複数枚かしめながら積層したものである。なお、圧縮部群１８０が一体的に設けられた固定子コア８に焼鈍処理を施すことにより、打ち抜き時の歪みを緩和することができると共に、圧縮部群１８０および固定子コア外周部８ａに酸化皮膜層が形成される。酸化皮膜層によって圧縮部群１８０の磁気抵抗が増加するため、圧縮部群１８０における漏洩磁束の抑止効果を高めることができる。圧縮部群１８０の構造および効果の詳細は後述する。
【００１７】
固定子コア８は、バックヨーク８ｃと、バックヨーク８ｃからバックヨーク８ｃの中心の方向に伸びる複数の磁極ティース８ｄと、複数の磁極ティース８ｄの個々の磁極ティース８ｄの内径側に形成されたティース先端部８ｅとを有して構成されている。図示例では９つの磁極ティース８ｄがバックヨーク８ｃに形成されている。また、固定子コア８には、バックヨーク８ｃ、磁極ティース８ｄ、およびティース先端部８ｅで区画される空間であるスロット８ｆが形成される。図示例の固定子コア８では回転方向に配置された９個のスロット８ｆが形成されている。
【００１８】
磁極ティース８ｄの回転方向の幅は、バックヨーク８ｃからティース先端部８ｅにかけて同一幅に形成されている。磁極ティース８ｄには、回転磁界を発生させる巻線２９が巻かれている。ティース先端部８ｅは両サイドが回転方向に広がる傘状に形成される。
【００１９】
巻線２９は、図示しないマグネットワイヤを、絶縁部９を介して磁極ティース８ｄ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。そして巻線２９は３相Ｙ結線に結線される。巻線２９のターン数および線径は要求される特性である回転数およびトルク、電圧仕様、スロットの断面積により定まる。
【００２０】
溝部８ｂは、固定子コア８の生産時に固定子コア８を保持するためのものであり、固定子コア８の中心位置Ｇと磁極ティース８ｄの中心とを結ぶ中心軸１９上においてバックヨーク８ｃの外径側に設けられている。図示例の溝部８ｂはハの字状に形成されている。
【００２１】
９つの磁極ティース８ｄの個々の磁極ティース８ｄに対応するバックヨーク８ｃの外周部である固定子コア外周部８ａには、図３に示すように複数の圧縮部の内の２つの圧縮部１８−１，１８−２を一組とする圧縮部群１８０が配置されている。圧縮部１８−１，１８−２は、焼き嵌めでフレーム６が収縮する際にフレーム６から固定子コア８に向かう押圧力で変形することによって、この押圧力に起因して固定子コア８に生じる圧縮応力よりも高い圧縮応力が生じる構成である。図示例では、２つの圧縮部１８−１，１８−２が溝部８ｂを跨ぐよう中心軸１９に対して回転方向に対称な位置に設けられている。中心軸１９に対して回転方向に対称な位置に２つの圧縮部１８−１，１８−２を配置することにより、焼き嵌めでフレーム６が収縮する際、２つの圧縮部１８−１，１８−２に印加される押圧力が均等化されるため、２つの圧縮部１８−１，１８−２に生じる圧縮応力の値を同一にすることができる。なお、２つの圧縮部１８−１，１８−２は、固定子コア８の軸方向の一端から他端まで連ねて形成してもよいし、固定子コア８の軸方向の一端から他端までの間において数カ所に分割して設けてもよい。
【００２２】
圧縮部群１８０を構成する２つの圧縮部１８−１，１８−２の個々の回転方向幅Ａ１，Ａ２の総和をＡ、フレーム６の径方向厚をＢ、個々の圧縮部１８−１，１８−２の径方向厚をＣとしたとき、図示例の圧縮部群１８０はＢ＞Ａ＞Ｃの関係を満たす形状である。径方向厚Ｂの寸法が総和Ａの寸法より大きくなるほど圧縮部群１８０の剛性、すなわち寸法変化のしづらさの度合いは、フレーム６の剛性よりも低くなるため、図示例の圧縮部群１８０はフレーム６よりも変形し易くなる。そして、圧縮部群１８０が変形したときに生じる圧縮応力は、Ｂ≦Ａの関係、すなわちＢがＡ以下に形成された圧縮部群１８０が変形したときに生じる圧縮応力に比べて大きくなる。これは、Ｂ≦Ａとなる形状の圧縮部群１８０では、圧縮部群１８０よりもフレーム６が変形し易くなり、圧縮部群１８０を押圧する力がフレーム６で吸収されてしまうためである。
【００２３】
上記特許文献２に示される従来技術は、複数の応力受容部の径方向外側の先端面における回転方向幅の総和がコアケースの厚みよりも大きい。すなわち、複数の応力受容部の径方向外側の先端面における回転方向幅の総和をＡ、コアケースの径方向厚をＢとしたとき、Ｂ≦Ａの関係となる。そのため、分割ステータコアが焼き嵌めでコアケースに収納される際、応力受容部群を押圧する力がコアケースで吸収され、応力受容部群よりもコアケースが変形し易くなる。この場合、応力受容部群には大きな圧縮応力が作用せず、応力受容部群における透磁率が高い値のままとなる。従って、分割ステータコア、応力受容部群、およびコアケースという経路で磁束が漏れ、コアケースでは漏洩磁束に起因した鉄損が大きくなり、電動機の効率が低下するという課題があった。
【００２４】
本実施の形態では、常温時において圧縮部群１８０を含めた固定子コア８の外径がフレーム６の内径よりも１００μｍ程大きく形成され、さらに回転方向幅Ａ１，Ａ２が径方向厚Ｂの１／２程度に形成されている。そして、焼き嵌めで固定子コア８がフレーム６に固定されたとき、フレーム６の押圧力が圧縮部群１８０に加わり、個々の圧縮部１８−１，１８−２には局所的に１００ＭＰａを超える大きな圧縮応力が生じると共に、バックヨーク８ｃの外周側には５０ＭＰａ程度の圧縮応力が生じる。
【００２５】
図９には圧縮部群１８０に生じる圧縮応力に対応したＢＨ曲線が示され、横軸は磁界の強さＨ、縦軸は磁束密度Ｂである。３つのＢＨ曲線は圧縮応力が０ＭＰａ、５０ＭＰａ、１００ＭＰａのときのものである。磁束密度Ｂは透磁率μと磁界の強さＨとの積で表すことができるため、磁界の強さＨを一定の値にした場合、圧縮部群１８０における圧縮応力が高まるほど圧縮部群１８０の透磁率、すなわち磁束密度Ｂが低下する。従って、バックヨーク８ｃの外周側に生じる圧縮応力よりも高い圧縮応力が生じる圧縮部群１８０では、固定子コア８からフレーム６に漏れる漏洩磁束が低減される。なお、バックヨーク８ｃの外周側に生じる圧縮応力は、一例としては５０ＭＰａであり、この圧縮応力よりも高い圧縮応力は、一例としては１００ＭＰａである。その結果、漏洩磁束に起因したフレーム６で発生する鉄損が抑制される。
【００２６】
図４には、本実施の形態に係る電動機７において、焼き嵌めの際に固定子コア８および圧縮部群１８０に生じる圧縮応力の分布が示されている。カッコ書きの数字は圧縮応力の大きさを示しており、数字の値が大きいほど高い圧縮応力が作用している領域となる。本実施の形態に係る電動機７では、焼き嵌めに伴い圧縮部群１８０に（７）で示される大きな圧縮応力、一例としては１００ＭＰａが作用する。バックヨーク８ｃにも（５）、（６）で示される圧縮応力が作用するが、バックヨーク８ｃの外周側に生じる圧縮応力は圧縮部群１８０に生じる圧縮応力よりも低い値となる。なおＶカシメの周囲においても大きな圧縮応力が作用する。以下、Ｖカシメは「カシメ８ｇ」と称する。
【００２７】
図５には、図４のように圧縮応力が分布している固定子コア８に流れる磁束３１が示されている。駆動中の電動機７は回転磁界が磁気抵抗の小さい部位を流れる磁気回路を構成し、バックヨーク８ｃの磁気抵抗はその内径側が外径側よりも低くなるため、内径側の磁束密度が高くなる。このとき、磁極ティース８ｄを通った磁束３１の内の大半の磁束３１ａは、バックヨーク８ｃの内周側を通過する。一方、バックヨーク８ｃの内周側を通過できない一部の磁束３１ｂはバックヨーク８ｃの外周側を通過する。具体的にはバックヨーク８ｃに設けられたカシメ８ｇと圧縮部群１８０との間には、圧縮部群１８０に生じた圧縮応力よりも低い圧縮応力の領域が存在するため、磁束３１ｂはこの領域を通過する。圧縮部群１８０に生じた圧縮応力よりも低い圧縮応力の領域とは、図４の（５）で示される領域である。
【００２８】
図６には、従来の電動機７Ａのバックヨーク８ｃに流れる磁束３１が示されている。従来の電動機７Ａが焼き嵌めされると、固定子コア外周部８ａの大半がフレーム内周部６ａと接触した状態で固定される。従来の電動機７Ａを高負荷で駆動してバックヨーク８ｃの磁束密度が高くなると、バックヨーク８ｃの内周側を通過できない磁束３１ｂが固定子コア外周部８ａとフレーム内周部６ａとの接触部を経由してフレーム６へ漏れる。このようにフレーム６に漏れる漏洩磁束によってフレーム６で発生する鉄損は大きいため、漏洩磁束に起因した従来の電動機７Ａの性能低下が懸念される。これに対して本実施の形態に係る電動機７では、圧縮部群１８０が変形することで圧縮部群１８０の圧縮応力がバックヨーク８ｃの外周側に生じる圧縮応力よりも高まり、圧縮部群１８０の透磁率が低下する。その結果、フレーム６に流れる漏洩磁束が抑制され、漏洩磁束に起因した電動機７の効率低下が抑制される。
【００２９】
図１０には従来の電動機７Ａにおける漏洩磁束に対する本実施の形態に係る電動機７における漏洩磁束の比率が示されている。図１０から明らかなように、本実施の形態に係る電動機７では、フレーム６への漏洩磁束が従来の電動機７Ａよりも６９％低減される。また、図１１には従来の電動機７Ａのフレーム６で発生する鉄損に対する本実施の形態に係る電動機７のフレーム６で発生する鉄損の比率が示されている。図１１から明らかなように、本実施の形態に係る電動機７では、フレーム６で生じる鉄損が従来の電動機７Ａよりも８２％低減される。
【００３０】
なお、バックヨーク８ｃの中心軸１９付近の外周側部分は磁束が流れ難い部位になるため、圧縮部１８−１および圧縮部１８−２は中心軸１９に近い位置に設けることが好ましい。また、圧縮部１８−１および圧縮部１８−２は固定子コア８の磁路として有効に活用することができないため、圧縮部１８−１および圧縮部１８−２の径方向厚Ｃは薄いことが好ましく、１ｍｍ以下とする。
【００３１】
なお、図３においてバックヨーク８ｃの径方向幅で最狭幅をＤ、バックヨーク８ｃに圧縮部１８−１または圧縮部１８−２が接触する部分からバックヨーク８ｃの内径面８ｃ１までの径方向幅をＤ１としたとき、バックヨーク８ｃは、Ｄ１＞Ｄの関係を満たす形状である。バックヨーク８ｃは固定子コア外周部８ａが湾曲しているため、固定子コア外周部８ａから内径面８ｃ１までの幅が均一ではない。内径面８ｃ１から外径側の一定距離Ｄに位置する線３２よりも外径側の領域には、線３２よりも内径側の領域よりも磁束が流れ難くなる。そこでＤ１＞Ｄの関係を満たすようバックヨーク８ｃを形成することにより、圧縮部１８−１および圧縮部１８−２に磁束が流れ難くなり、漏洩磁束をより一層抑制することができる。
【００３２】
また、図３に示されるバックヨーク８ｃのカシメ８ｇは、バックヨーク８ｃの外周側に設けることが望ましい。圧縮部１８−１または圧縮部１８−２とカシメ８ｇとの間の距離をＥとし、カシメ８ｇから内径面８ｃ１までの距離をＦとした場合、バックヨーク８ｃのカシメ８ｇは、Ｆ＞Ｅの関係を満たす形状である。図７には図３の構成例よりも距離Ｅが狭く形成されたカシメ８ｇ１の一例が示されている。このようにカシメ８ｇ１を圧縮部１８−１または圧縮部１８−２の近くに設けることにより、バックヨーク８ｃの外周側に圧縮応力が高い領域が形成され、この領域の透磁率が低下する。従って、この領域には図５に示す磁束３１ｂが流れ難くなり、フレーム６への漏洩磁束の抑制効果を高めることができる。
【００３３】
また、図７のカシメ８ｇ１は、カシメ８ｇ１の長手方向の幅が圧縮部１８−１，１８−２の回転方向幅Ａ１，Ａ２よりも広く形成され、かつ、カシメ８ｇ１の長手方向の面が圧縮部１８−１，１８−２の長手方向の面と平行に形成されている。このように構成することで、フレーム６への漏洩磁束の抑制効果をより一層高めることができる。なお、図示例のＶカシメであるカシメ８ｇ，８ｇ１の代わりに図８に示されるような隙間８ｇ２を用いても同様の効果を得られる。
【００３４】
また、フレーム６に焼鈍処理を加えた場合、フレーム内周部６ａに酸化皮膜層が形成され、酸化皮膜層によってフレーム６の磁気抵抗が増加する。そのため、固定子コア８からフレーム６に浸入する磁束の抑止効果を高めることができる。
【００３５】
また、本実施の形態に係る回転子２２の永久磁石２４には希土類磁石を用いることが望ましい。希土類磁石の残留磁束密度は高いため、希土類磁石を用いた電動機７では固定子コア８の磁束密度が高くなり、フレーム６に磁束が漏れやすくなるが、圧縮部群１８０を設けることによって漏洩磁束を効果的に抑制することができ、効率改善の効果が大きくなる。また、性能改善分は磁石使用量の削減に振り向けることもできる。
【００３６】
また、本実施の形態に係る固定子３０には集中巻の巻線２９を用いることが望ましい。分布巻の場合に比べて集中巻の電動機７では局所的に磁束が集中するような磁束分布となる。そのため固定子コア８の磁束密度が高くなりフレーム６へ磁束が漏れ易くなるが、圧縮部群１８０を設けることによって漏洩磁束を効果的に抑制することができ、効率改善の効果が大きくなる。
【００３７】
次に、ロータリ圧縮機１の動作について説明する。アキュームレータ２から供給された冷媒ガスは、フレーム６に固定された吸入パイプ３よりシリンダ１２内へ吸入される。インバータの通電によって電動機７が回転されていることで、回転軸１０に嵌合されたピストン１３がシリンダ１２内で回転される。それにより、シリンダ１２内では冷媒の圧縮が行われる。冷媒は、マフラを経た後、電動機７の風穴２５および隙間２６を通ってフレーム６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。冷媒と冷凍機油の混合物は、ロータ鉄心に設けた風穴２５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５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、フレーム６に設けられた吐出パイプ５を通って冷凍サイクルの高圧側へと供給される。
【００３８】
なお、ロータリ圧縮機１の冷媒には、従来からＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２が用いられているが、低ＧＷＰ、すなわち低い地球温暖化係数の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は以下の冷媒がある。
（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の一例である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の一例である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いずれかを含む混合物の一例であるＨＦＯ−１２３４ｙｆとＲ３２との混合物である。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との混合物が実用上は有力になる。
【００３９】
以上のように構成されたロータリ圧縮機１に電動機７を用いることによって高効率で信頼性の高い圧縮機を得ることができる。また、冷凍空調装置にロータリ圧縮機１を用いることによって、高効率かつ低騒音で信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、焼き嵌めによって固定子コア８をフレーム６に固定する例を説明したが、固定子コア８を冷却する方法である冷し嵌め、あるいは圧入を適用してもよい。また、本実施の形態では、電動機７としてブラシレスＤＣモータを例に説明したが、本実施の形態に係る固定子コア８の固定方法は、ブラシレスＤＣモータ以外の電動機にも適用可能であり、一例としては誘導電動機の永久磁石を用いないモータにも適用でき、これらのモータにおいても同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、回転子２２の磁極数は２極以上であればいくつでもよいが、本実施の形態では一例として回転子２２の磁極数が６極の電動機７を用いている。また本実施の形態では永久磁石としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジム−鉄−ボロン）系の希土類磁石を用いているが、永久磁石の種類はこれに限るものではない。圧縮機用の電動機７の回転子２２に用いる希土類磁石には、高温時に保磁力が低下して減磁特性が低下するのを抑制するため、重希土類元素量であるＤｙ（ディスプロシウム）を添加する。希土類磁石はＤｙを添加すると、保磁力が向上する反面、残留磁束密度が低下する特性を持ち、ここでは希土類磁石のＤｙ含有量が２％のものを使用している。また、本実施の形態の回転子２２を用いた電動機７は、図示しない駆動回路のインバータによるＰＷＭ制御で可変速駆動を行うことにより、要求の製品負荷条件に合わせた高効率な運転を行っている。また、本実施の形態の回転子２２を用いた電動機７は、一例として空気調和機の圧縮機に搭載され、１００℃以上の高温雰囲気中での使用を保証する。
【００４２】
また、本実施の形態の圧縮部群１８０は、固定子コア８と一体的に、固定子コア外周部８ａからフレーム内周部６ａに向かって突状に形成されているが、圧縮部群１８０の構成はこれに限定されるものではない。フレーム６と一体的に、フレーム内周部６ａから固定子コア外周部８ａに向かって突状に形成してもよい。また、固定子コア８およびフレーム６とは別に製造した圧縮部群１８０を、固定子コア８とフレーム６との間に設けてもよい。このように構成してもフレーム６に流れる漏洩磁束を抑制することができる。
【００４３】
また、圧縮部群１８０が固定子コア８と一体的に形成されている場合、固定子コア８を構成する電磁鋼板の板厚は０．３０ｍｍ以下にすることが望ましい。電磁鋼板の板厚が薄いほど電磁鋼板の変形量が大きくなり、それに伴って電磁鋼板に発生する圧縮応力が高まる。０．３０ｍｍの板厚の電磁鋼板を積層して成る固定子コア８と一体的に形成されている圧縮部群１８０に生じる圧縮応力は、０．３５ｍｍの板厚の電磁鋼板を積層して成る固定子コア８と一体的に形成されている圧縮部群１８０に生じる圧縮応力よりも高い値を示す。従って、フレーム６に浸入する磁束の抑止効果をより一層高めることができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、圧縮部群１８０が２つの圧縮部１８−１，１８−２で構成されているが、圧縮部群１８０を構成する圧縮部の数は２つに限定されるものではない。圧縮部群１８０を構成する複数の圧縮部における回転方向幅の総和Ａと、フレーム６の径方向厚ＢとがＢ＞Ａの関係にあれば、圧縮部群１８０を構成する圧縮部の数は３つ以上でもよい。また、本実施の形態では、圧縮部群１８０を構成する２つの圧縮部１８−１，１８−２が溝部８ｂを跨ぎ、かつ、中心軸１９に対して回転方向に対称な位置に設けられているが、圧縮部群１８０を構成する複数の圧縮部を配置する位置はこれに限定されるものではなく、前述した総和Ａと径方向厚ＢとがＢ＞Ａの関係にあれば、溝部８ｂを跨ぎ、かつ、中心軸１９に対して回転方向に非対称な位置に設けられてもよい。また本実施の形態に係る電動機７はブラシレスＤＣモータに限定されるものでは無く、ブラシレスＤＣモータ以外のモータでもよい。
【００４５】
以上に説明したように、本実施の形態に係る電動機７は、フレーム６の内部に配置され、バックヨーク８ｃと、複数の磁極ティース８ｄとを有する固定子コア８と、複数の磁極ティース８ｄの内径側に配置される回転子２２と、フレーム６とバックヨーク８ｃとの間に生じる押圧力に起因してバックヨーク８ｃに生じる圧縮応力よりも高い圧縮応力が生じる複数の圧縮部と、を備え、複数の磁極ティースの個々の磁極ティース８ｄに対応するバックヨーク８ｃの外周部である固定子コア外周部８ａには、複数の圧縮部の内の２以上の圧縮部１８−１，１８−２を一組とする圧縮部群１８０が配置され、圧縮部群１８０を構成する複数の圧縮部１８−１，１８−２における回転方向幅Ａ１，Ａ２の総和Ａは、フレーム６の径方向厚Ｂよりも小さい。この構成により、変形した圧縮部１８−１，１８−２の透磁率が低下し、固定子コア８からフレーム６に漏れる磁束が低減される。従って、漏洩磁束に起因したフレーム６で発生する鉄損が抑制されるため、従来技術に比べて高効率の電動機７を得ることができる。磁束密度の高い省レアアースモータの効率改善に効果が高く、性能改善分を磁石使用量の削減に振り向けることもできる。
【００４６】
また、本発明の実施の形態は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略、変更して構成することも可能であることは無論である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ロータリ圧縮機、２  アキュームレータ、３  吸入パイプ、４  ガラス端子、５  吐出パイプ、６  フレーム、６ａ  フレーム内周部、７  永久磁石埋込型電動機、７Ａ  従来の電動機、８  固定子コア、８ａ  固定子コア外周部、８ｂ  溝部、８ｃ  バックヨーク、８ｃ１  内径面、８ｄ  磁極ティース、８ｅ  ティース先端部、８ｆ  スロット、８ｇ，８ｇ１  カシメ、８ｇ２  隙間、９  絶縁部、１０  回転軸、１１  上部吐出マフラ、１２  シリンダ、１３  ピストン、１４  圧縮要素、１５  下部吐出マフラ、１６  下部フレーム、１７  上部フレーム、１８−１，１８−２  圧縮部、１９  中心軸、２０  磁石挿入孔、２１  シャフト孔、２２  回転子、２３  回転子コア、２４  永久磁石、２５  風穴、２６，２７  隙間、２９  巻線、３０  固定子、３１，３１ａ，３１ｂ  磁束、３２  線、１８０  圧縮部群。
【図１】
2015064199.tif 000003
【図２】
2015064199.tif 000004
【図３】
2015064199.tif 000005
【図４】
2015064199.tif 000006
【図５】
2015064199.tif 000007
【図６】
2015064199.tif 000008
【図７】
2015064199.tif 000009
【図８】
2015064199.tif 000010
【図９】
2015064199.tif 000011
【図１０】
2015064199.tif 000012
【図１１】
2015064199.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月8日(2016.1.8)
【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】
フレームの内部に配置され、バックヨークと、前記バックヨークから前記バックヨークの中心の方向に伸びる複数の磁極ティースとを有する固定子コアと、
前記複数の磁極ティースの内径側に配置される回転子と、
前記バックヨークの外周部と前記フレームの内周部との間において、前記複数の磁極ティースの個々の磁極ティースに対応する前記バックヨークの外周部に配置され、少なくとも２つを１組とする複数の圧縮部と、
を備え、
個々の磁極ティースにおいて配置された複数の圧縮部における回転方向幅の総和は、前記フレームの径方向厚よりも小さく、
前記複数の圧縮部の各々は、前記フレームと前記バックヨークとの間に生じる押圧力で変形することによって、前記押圧力に起因して前記バックヨークに生じる圧縮応力よりも高い圧縮応力が生じる永久磁石埋込型電動機。
【請求項２】
前記バックヨークの径方向幅の最薄部分をＤとし、前記バックヨークに前記複数の圧縮部の各々が接触する部分から前記バックヨークの内径面までの径方向幅をＤ１としたとき、前記バックヨークは、Ｄ１＞Ｄの関係を満たす形状である請求項１に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項３】
前記複数の圧縮部の各々とカシメとの間の距離をＥとし、前記カシメから前記内径面までの距離をＦとした場合、前記カシメは、Ｆ＞Ｅの関係を満たす形状である請求項２に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項４】
前記固定子コアには、焼鈍処理が施されている請求項１から請求項３の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項５】
前記フレームには焼鈍処理が施されている請求項１から請求項４の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項６】
前記回転子に埋め込まれる永久磁石は希土類磁石である請求項１から請求項５の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項７】
前記固定子コアには集中巻の巻線が施されている請求項１から請求項６の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項８】
前記複数の圧縮部の各々は、前記固定子コアと一体的に、前記バックヨークの外周部から前記フレームの内周部に向かって突状に形成されている請求項１から請求項７の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項９】
前記複数の圧縮部の各々が一体的に形成された前記固定子コアを構成する電磁鋼板の板厚は、０．３０ｍｍ以下である請求項８に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項１０】
前記複数の圧縮部の各々は、前記フレームと一体的に、前記フレームの内周部から前記バックヨークの外周部に向かって突状に形成されている請求項１から請求項９の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の永久磁石埋込型電動機を搭載した圧縮機。
【請求項１２】
請求項１１に記載の圧縮機を搭載した冷凍空調装置。
【国際調査報告】
2015064199.tif 000014
2015064199.tif 000015
2015064199.tif 000016
2015064199.tif 000017
2015064199.tif 000018