(57)【要約】【課題】本発明の目的は、コギングトルクとともに脈動トルクを小さくして、騒音問題を解決できる永久磁石式回転電機を提供することにある。【解決手段】永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすように配置することにより、巻線による脈動トルクとコギングトルクの位相が１８０度相違して運転時の脈動トルクを半減できることから、低騒音化が図れる。【選択図】　図１
2004048912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、該磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすように配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、該ギャップ長の小さな該磁極鉄心の開度を電気角で略９０度から略１２０度の範囲内とし、該磁極鉄心を軸方向に対し階段状にずらすように配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該永久磁石の磁束を集合させるために該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該ｄ軸中心に対して該磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、該磁極鉄心の位置を軸方向に対しＶ字状にずらすように配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該ｄ軸中心に対して該磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、該磁極鉄心の位置を軸方向に対しＶ字状にずらすとともに、該ギャップ長の小さな該磁極鉄心の開度を電気角で略９０度から略１２０度の範囲内としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該ｄ軸中心に対して該磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、前記磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすとともに、該磁極鉄心の軸方向上下部が同一形状であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該ｄ軸中心に対して該磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、前記磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすとともに、該ギャップ長の小さな該磁極鉄心の開度を電気角で略９０度から略１２０度の範囲内とし、該磁極鉄心の軸方向上下部が同一形状であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔てた軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該ｄ軸中心に対して該磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、前記磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすとともに、該磁極鉄心の軸方向上下部が異なる形状であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項８】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該ｄ軸中心に対して該磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、前記磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすとともに、該ギャップ長の小さな該磁極鉄心の開度を電気角で略９０度から略
１２０度の範囲内とし、該磁極鉄心の軸方向上下部が異なる形状であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項９】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該永久磁石の磁束を集合させるために該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該ｄ軸中心に対して該磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、該磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらした磁極鉄心Ｉと、該磁極鉄心外周面に単一の該ギャップ面を設けた磁極鉄心ＩＩとを設け、該磁極鉄心Ｉの略中間に該磁極鉄心ＩＩを配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９に記載の永久磁石式回転電機において、前記回転子の極数と前記固定子のスロット数との比が２：３であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０に記載の永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心の外周面にカット形状を施して磁極面を形成するとともに、該カット形状が略直線状カットと略円弧状カットを組み合わせたものであることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１０に記載の永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心の外周面にカット形状を施して磁極面を形成するとともに、該カット形状が略Ｖ字形状を複数個組み合わせた凹部と一つの略円弧状凹部とを有するものであることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２に記載の永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心に埋設される永久磁石の形状が、前記回転子の軸に対して一文字状であるかもしくは該回転子の軸に対して凸のＶ字形状であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３に記載の永久磁石式回転電機において、前記固定子鉄心の前記ティースの内周面にベベリングを施したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１５】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、該固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承され、前記永久磁石の磁束軸をｄ軸、該ｄ軸と電気角で９０度隔たった軸をｑ軸としたとき、前記回転子鉄心に設けた前記永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、該ｄ軸側の前記ギャップ長より該ｑ軸側の該ギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、該磁極鉄心外周面に複数の該ギャップ面を設け、該磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすように配置した永久磁石式回転電機を備え、前記永久磁石を駆動源とすることを特徴とする圧縮機。
【請求項１６】
請求項１５において、前記永久磁石回転電機は前記固定子と前記回転子の軸方向位置がずれていることを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、界磁用の永久磁石を回転子に備えている永久磁石式回転電機に関し、特に、空気調和機，冷蔵庫および冷凍庫等の圧縮機などに搭載される永久磁石式回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の永久磁石式回転電機においては、様々な形状が採用されている。例えば、特開２００１−１７５３８９号公報に記載の永久磁石式回転電機においては、回転子鉄心の磁極の片側をカットした外周面形状とし、それを軸方向に反転させて積層することにより、疑似スキューとなり、騒音の発生に関係するコギングトルクを低減している。特開２００２−８４６９３号公報に記載の永久磁石式回転電機においては、永久磁石の回転子軸心からの有効磁極開度θ２とそのギャップ長ｇ２とし、２種類のギャップ長と磁極開度の関係を最適化することにより、騒音の発生に関係するコギングトルクを低減している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、コギングトルク低減に着目しているが、回転電機として騒音問題に影響するのはコギングトルクを含めた回転電機構造に付随する脈動トルクの大小である。
【０００４】
特に固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された場合、電機子巻線自体が分布巻の１８０度巻線と違って１２０度巻線であることから、５次，７次，１１次，１３次，１７次，１９次‥‥‥‥‥の高調波起磁力を多く含有し、回転子にとっては６次，１２次，
１８次‥‥‥‥‥の脈動トルクとなり、コギングトルクも６次成分を基本とすることから、運転中の脈動トルクが大きくなり、しばしば騒音問題を引き起こす原因になっていた。これらを低減するためには回転子あるいは固定子鉄心にスキューを施せばよいが、コギングトルクのみを小さくしても実際の脈動トルク自体を大幅に低減できない問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、コギングトルクとともに脈動トルクを小さくして、騒音問題を解決できる永久磁石式回転電機を提供することにある。
【０００６】
【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、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすように配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【０００７】
本発明では、また、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、ギャップ長の小さな磁極鉄心の開度を電気角で略９０度から略１２０度の範囲内とし、磁極鉄心を軸方向に対し階段状にずらすように配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【０００８】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔が軸方向同一位置であるとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、ｄ軸中心に対して磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、磁極鉄心の位置を軸方向に対しＶ字状にずらすように配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【０００９】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔が軸方向同一位置であるとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、ｄ軸中心に対して磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、ギャップ長の小さな磁極鉄心の開度を電気角で略９０度から略１２０度の範囲内とし、磁極鉄心の位置を軸方向に対しＶ字状にずらすように配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１０】
本発明は、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、ｄ軸中心に対して磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、磁極鉄心の位置を軸方向に対し段階状にずらすとともに、磁極鉄心の軸方向上下部が同一形状である永久磁石式回転電機を提案する。
【００１１】
本発明は、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、ｄ軸中心に対して磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、ギャップ長の小さな磁極鉄心の開度を電気角で略
９０度から略１２０度の範囲内とし、磁極鉄心の位置を軸方向に対し段階状にずらすとともに、磁極鉄心の軸方向上下部が同一形状である永久磁石式回転電機を提案する。
【００１２】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、ｄ軸中心に対して磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすとともに、磁極鉄心の軸方向上下部が異なる形状である永久磁石式回転電機を提案する。
【００１３】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、ｄ軸中心に対して磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、磁極鉄心の位置を軸方向に対し段階状にずらすとともに、ギャップ長の小さな磁極鉄心の開度を電気角で略９０度から略１２０度の範囲内とし、磁極鉄心の軸方向上下部が異なる形状である永久磁石式回転電機を提案する。
【００１４】
本発明では、更に、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、ｄ軸中心に対して磁極鉄心の円弧状部分を左右非対称に設けて磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらした磁極鉄心Ｉと、該磁極鉄心外周面に単一のギャップ面を設けた磁極鉄心ＩＩとを設け、磁極鉄心Ｉの略中間に磁極鉄心ＩＩを配置した永久磁石式回転電機を提案する。
【００１５】
回転子鉄心中にマグネットを埋め込んだ埋込磁石構造と固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子構造を組み合わせた永久磁石式回転電機の騒音を低減するためには、固定子と回転子構造に起因するコギングトルクを低減すれば良いことが知られ、その対策としては種々の方法が提案されている。本発明では回転子のトルクにはマグネットトルクがあり、これは同様に固定子と回転子構造に起因するが、集中巻の電機子巻線は従来の分布巻の１８０度巻線と違って１２０度巻線であることから、正弦波電流を供給しても巻線の起磁力に５次，７次，１１次，１３次，１７次，１９次‥‥‥‥‥の高調波起磁力成分を多く含有し、回転子にとっては６次，１２次，１８次‥‥‥‥‥の脈動トルクとなり、コギングトルクも６次成分を基本とすることから、運転中の脈動トルクが大きくなり、しばしば騒音問題を引き起こす原因になっていた。そこで、本発明ではコギングトルクを低減するのではなく、コギングトルクを発生させ、電機子巻線による脈動トルクとの位相差を
１８０度になるようにしてコギングトルクと電機子巻線による脈動トルクを有効に相殺させ、運転中の騒音の発生原因となる回転子の脈動トルクを低減するものである。その構成は、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子を有し、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子が、固定子の内周にギャップを介して回転自在に支承された永久磁石式回転電機において、永久磁石の磁束軸をｄ軸、それと直行する軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心に設けた永久磁石挿入孔を軸方向同一位置に配置するとともに、永久磁石の磁束を集合させるためにｄ軸側のギャップ長よりｑ軸側のギャップ長を大きくした磁極鉄心を形成し、磁極鉄心外周面に複数のギャップ面を設け、磁極鉄心の位置を軸方向に対し階段状にずらすように配置することにより、コギングトルクと電機子巻線による脈動トルクとの位相差が１８０度となり、コギングトルクと電機子巻線による脈動トルクを有効に相殺させ、運転中の騒音の発生原因となる回転子の脈動トルクを低減するものである。また、この原理に従えばコギングトルクの大きさを回転電機毎に調整する必要があるが、これについては固定子鉄心のティース内周面の磁極片にべべリングを施すことにより調整できる。よって、回転電機の必要出力を確保しつつ騒音が小さい永久磁石式回転電機を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１〜図１５を用いて詳細に説明する。各図中において、共通する符号は同一物を示す。また、ここでは４極の永久磁石式回転電機について示し、回転子の極数と固定子のスロット数との比を２：３とした。
【００１７】
（実施形態１）
図１は本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の径方向断面形状、図２は本発明による実施形態１の固定子の径方向断面形状を拡大したもの、図３は本発明による実施形態１の回転子の径方向断面形状を拡大したものを示す。図１
（ａ），図２において、永久磁石式回転電機１は固定子２と回転子３から構成される。固定子２はティース４とコアバック５からなる固定子鉄心６と、ティース４間のスロット７内にはティース４を取り囲むように巻装された集中巻の電機子巻線８（三相巻線のＵ相巻線８ａ，Ｖ相巻線８ｂ，Ｗ相巻線８ｃからなる）から構成される。ここで、永久磁石式回転電機１は４極６スロットであるから、スロットピッチは電気角で１２０度である。ティース４の回転子３と対抗する内周面には円弧状部分９と徐々に回転子３の外周面から離れるように形成したベベリング１０を設けている。
【００１８】
図１（ａ），図３（ａ）において、回転子３は回転子鉄心１１に形成した一文字状の永久磁石挿入孔１２中に永久磁石１３が納められ、シャフト（図示せず）と嵌合するためのシャフト孔１４からなる。ここで、回転子３の磁極中心方向に延びる軸をｄ軸、磁極中心方向と電気角で９０度隔たった磁極間方向に延びる軸をｑ軸とする。回転子鉄心１１の外周面の極間（ｑ軸）側に直線状にカットした略Ｖ字状の２つを組み合わせた形状の凹部１５を設けることにより、永久磁石
１３の磁束を磁極側へ集合させる役目をなす磁極鉄心１６を形成する。この磁極鉄心１６は、スロットピッチと略等しくした磁極開度θ１とし、さらに略円弧状にカットした円弧凹部１７を介して磁極開度θ１より狭くした磁極開度θ２の磁極部１８を形成している。この結果、回転子３の磁極面の最外周が磁極開度θ２の磁極部１８となり、その次が磁極開度θ１となり、その次が凹部１５となり、磁極開度θ２と磁極開度θ１の間には片側を同一にしているので○印で示したＡ部の段差が磁極部１８の右側（回転子３の中心Ｏから見て）に形成される。また、ｄ軸から見て段差Ａ部までの角度θ３に対し磁極鉄心１６の端部までの角度
θ４とした時、θ４＞θ３となり磁極部１８が非対称となり、磁極部１８と固定子２のティース４間のギャップ長ｇ１が短く、円弧凹部１７と固定子２のティース４間のギャップ長ｇ２とした時、ｇ２＞ｇ１の関係となる複数のギャップを設けている。
【００１９】
図１（ｂ），図３（ｂ）は別の軸方向位置での断面を示す径方向断面形状である。図１（ｂ），図３（ｂ）において、図１（ａ），図３（ａ）と異なるのは、回転子鉄心１１のｄ軸側外周面にスロットピッチと略等しくした磁極角度θ１の磁極鉄心１６を形成し、さらにその両側に円弧状にカットした円弧凹部１７を介して磁極開度θ１より狭くした磁極開度θ２の磁極部１８を形成している。ここで、磁極開度θ２を磁極中心に配置しているので、磁極開度θ１と磁極開度θ２の間には○印で示したＡ部とＢ部の段差が磁極部１８の両側に形成される。ｄ軸から見て段差Ａ，Ｂ部までの角度θ５とすると、θ４＞θ５＞θ３の関係となる。
【００２０】
図１（ｃ），図３（ｃ）は別の軸方向位置での断面を示す径方向断面形状である。図１（ｃ），図３（ｃ）において、図１（ａ），図３（ａ）と異なるのは、回転子鉄心１１のｄ軸側外周面にスロットピッチと略等しくした磁極角度θ１の磁極鉄心１６を形成し、さらに略円弧状にカットした円弧凹部１７を介して磁極開度θ１より狭くした磁極開度θ２の磁極部１８を形成している。この結果、磁極開度θ２と磁極開度θ１の間には片側を同一にしているので○印で示したＢ部の段差が磁極部１８の左側（回転子３の中心Ｏから見て）に形成される。
【００２１】
なお、実施形態１中の○印で示したＡ，Ｂの段差は鋭角で図示しているが、製作面からなだらかにしても差し支えない。
【００２２】
実施形態１の固定子２は軸方向断面がどの位置でも同一断面となるが、回転子３は軸方向断面が場所によって異なる。図４には本発明による実施形態１の回転子の斜視図を示す。図４において、一文字状永久磁石１３が軸方向に同一位置に連続した永久磁石挿入孔１２中に納められ、軸方向によって磁極部１８のみの周方向位置が異なる。言い換えれば、回転子の磁極鉄心の位置が軸方向に対して階段状にずらして配置されている。
【００２３】
ところで、本発明の対象とする圧縮機駆動用永久磁石式回転電機１では、騒音がしばしば問題となる。永久磁石式回転電機１の騒音を大きくする要因として脈動トルクがあるが、脈動トルクは単純にギャップ長を大きくし、ギャップの磁束密度を小さくすればよい。しかし、ギャップ長を広げてギャップの磁束密度を小さくすると、その分だけ出力が小さくなるので、結果的には同一出力を維持するには体格を大きくする必要がある。そこで、マグネットトルクに寄与する永久磁石の磁束は低減せずに、騒音の発生要因となる脈動トルクを低減する対策を種々実験を通して見い出した。
【００２４】
図５は本発明による実施形態１の脈動トルクを示す。図５（ａ）は回転子角度を横軸にとり、縦軸に集中巻の電機子巻線８に正弦波電流を供給した時に発生する巻線による脈動トルクと、固定子と回転子の構造に起因して発生するコギングトルクを示し、図５（ｂ）には回転子角度を横軸にとり、縦軸に永久磁石式回転電機として運転したときのトルクをｐ．ｕ．として示している。図５（ａ）より、巻線による脈動トルクは集中巻を採用しているため回転子角度によって発生トルクの増減があり、その±ピーク値は最大で２１ｐ．ｕ．となる。これに対し、固定子と回転子の構造に起因して発生するコギングトルクも回転子角度によって変化し、その±ピーク値は最大で１６ｐ．ｕ．となるが、巻線による脈動トルクとは位相が１８０度相違していることが分かる。この結果、図５（ｂ）に示すように、永久磁石式回転電機１として運転したときのトルクの±ピーク値が１０ｐ．ｕ．まで約半減できた。
【００２５】
以上から、集中巻を採用した固定子２のティース４の内周面にベベリング１０を施し、回転子３の磁極部１８を軸方向にあって円周方向にずらすことにより運転時の脈動トルクを半減できることから、低騒音化が図れる。
【００２６】
なお、運転時の脈動トルクをゼロ近傍に低減するにはコギングトルクを大きくすれば良いが、運転条件として回転数，負荷トルクが種々ある場合は全体を見てコギングトルクの大きさを決めれば良い。コギングトルクの大きさはベベリング１０の大きさで調整できる。
【００２７】
また、巻線による脈動トルクとコギングトルクの位相を１８０度相違させるためには、θ１，θ２の角度が重要であり、θ１は電気角で略１２０度、θ２は電気角で略９０度が良いことを確認しているが、状況によっては９０〜１２０度の範囲内で最適値がある。
【００２８】
（実施形態２）
図６は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の回転子の径方向断面形状を示す断面図、図７は本発明による実施形態２の回転子の斜視図を示す。図６および図７に示す実施形態２において、図２の実施形態１と異なる点は、回転子鉄心１１中に１極あたり２個の永久磁石挿入孔２０を形成し、その永久磁石挿入孔２０中に平板の永久磁石２１を挿入し、回転子軸に対して凸のＶ字配置に構成したものである。ここで、図６（ａ）は回転子鉄心１１の外周面の極間（ｑ軸）側にＶ字形状の凹部２２を設けて磁極鉄心１９を形成し、回転子鉄心１１のｄ軸側外周面にスロットピッチと略等しくした磁極角度θ１を形成し、さらに円弧状にカットした円弧凹部２３を介して磁極開度θ１より狭くした磁極開度θ２の磁極部２４を形成している。この結果、磁極開度θ２と磁極開度θ１の間には片側を同一にしているので○印で示したＡ部の段差が磁極部２４の右側（回転子３の中心Ｏから見て）に形成される。
【００２９】
図６（ｂ）は別の軸方向位置での断面を示す径方向断面形状である。図６（ｂ）において図６（ａ）と異なるのは、回転子鉄心１１のｄ軸側外周面にスロットピッチと略等しくした磁極角度θ１を設けて磁極鉄心１９を形成し、さらにその両側に円弧状にカットした円弧凹部２３を介して磁極開度θ１より狭くした磁極開度θ２の磁極部２４を形成している。ここで、磁極開度θ２を磁極中心に配置しているので、磁極開度θ１と磁極開度θ１の間には○印で示したＡ部とＢ部の段差が磁極部２４の両側に形成される。
【００３０】
図６（ｃ）は別の軸方向位置での断面を示す径方向断面形状である。図６（ｃ）において図６（ａ）と異なるのは、回転子鉄心１１のｄ軸側外周面にスロットピッチと略等しくした磁極角度θ１を設けて磁極鉄心１９を形成し、さらに円弧状にカットした円弧凹部２３を介して磁極開度θ１より狭くした磁極角度θ２の磁極部２４を形成し、磁極開度θ２と磁極開度θ１の間には片側を同一にしているので○印で示したＢ部の段差が磁極部２４の左側に形成される。なお、○印で示した段差は鋭角で図示しているが、製作面からなだらかにしても差し支えない。
【００３１】
図６（ａ），図６（ｂ），図６（ｃ）の回転子を軸方向に積層したのが図７であり、図７より、Ｖ字形状の永久磁石２１が軸方向に同一位置に連続した永久磁石挿入孔２０中に納められ、軸方向によって磁極部２４のみの周方向位置が異なることが分かる。
【００３２】
本実施例において、図４と異なるのは永久磁石２１の形状であり、実施形態１と同一効果が得られる。
【００３３】
（実施形態３）
図８は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態３の回転子３を拡大して、回転子の斜視図を示す図である。図８に示す実施形態３において、図１の実施形態１と異なる点は、図１（ａ）に示した回転子鉄心１１と図１（ｃ）に示した回転子鉄心１１のみを回転子３の軸方向に積層したものであり、図１（ａ）に示した回転子鉄心１１と図１（ｃ）に示した回転子鉄心１１の合わせ面での磁気的な変化が急峻にはなるが、総じて本実施形態３においても、図１の実施形態１と同様の効果が得られる。
【００３４】
（実施形態４）
図９は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態４の回転子３を拡大して、回転子の斜視図を示す図である。図９に示す実施形態４において、図１の実施形態１と異なる点は、図１（ａ）に示した回転子鉄心１１を軸方向両側に配置し、図１（ｃ）に示した回転子鉄心１１を中央部に配置させて軸方向に積層したものである。これにより、磁極部１８はＶ字状に配置される結果、回転子３に軸方向推力が発生せず、図１の実施形態１と同様の効果が得られる。ここで、回転子鉄心の磁極の軸方向の上下部が同一形状となっているので、上下部で同じ部材が利用でき、製造コストが抑えられる。
【００３５】
（実施形態５）
図１０は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態５の回転子３を拡大して、回転子の斜視図を示す図である。図１０に示す実施形態５において、図７の実施形態２と異なる点は、図６（ａ）に示した回転子鉄心１１と図６（ｃ）に示した回転子鉄心１１のみを回転子３の軸方向に積層したものであり、図６（ａ）に示した回転子鉄心１１と図６（ｃ）に示した回転子鉄心１１の合わせ面での磁気的な変化が急峻にはなるが、総じて本実施形態５においても、図１の実施形態１と同様の効果が得られる。
【００３６】
（実施形態６）
図１１は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態６の回転子３を拡大して、回転子の斜視図を示す図である。図１１に示す実施形態６において、図７の実施形態２と異なる点は、図６（ａ）に示した回転子鉄心１１を軸方向両側に配置し、図６（ｃ）に示した回転子鉄心１１を中央部に配置させて軸方向に積層したものである。これにより、磁極部２４はＶ字状に配置される結果、回転子３に軸方向推力が発生せず、図１の実施形態１と同様の効果が得られる。
【００３７】
（実施形態７）
図１２は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態７の回転子３を拡大して、回転子の斜視図を示す図である。図１２に示す実施形態７において、図１の実施形態１と異なる点は、図１（ａ）に示した回転子鉄心１１を軸方向両側に配置し、円弧凹部１７を形成していない回転子鉄心１１の磁極鉄心２５を中央部に配置させて軸方向に積層したものである。言い換えれば、図１（ａ）に示した回転子鉄心１１と図１（ｃ）に示した回転子鉄心１１とを積層し（磁極鉄心Ｉと略す）、その中間に円弧凹部１７を形成していない回転子鉄心１１の磁極鉄心２５（磁極鉄心ＩＩと略す）を配置したものである。これにより、磁極鉄心Ｉ間に磁極鉄心ＩＩが存在するため、磁気的な変化が和らげられ、総じて本実施形態７においても、図１の実施形態１と同様の効果が得られる。
【００３８】
（実施形態８）
図１３は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態８の回転子３を拡大して、回転子の斜視図を示す図である。図１３に示す実施形態８において、図７の実施形態２と異なる点は、図６（ａ）に示した回転子鉄心１１を軸方向両側に配置し、円弧凹部１７を形成していない回転子鉄心１１の磁極鉄心２６を中央部に配置させて軸方向に積層したものである。言い換えれば、図６（ａ）に示した回転子鉄心１１と図６（ｃ）に示した回転子鉄心１１とを積層し（磁極鉄心Ｉと略す）、その中間に円弧凹部１７を形成していない回転子鉄心１１の磁極鉄心２６（磁極鉄心ＩＩと略す）を配置したものである。これにより、磁極鉄心Ｉ間に磁極鉄心ＩＩが存在するため、磁気的な変化が和らげられ、総じて本実施形態８においても、図１の実施形態１と同様の効果が得られる。
【００３９】
（実施形態９）
図１４は本発明に関わる圧縮機の断面構造である。圧縮機は、固定スクロール部材２７の端板２８に直立する渦巻状ラップ２９と、旋回スクロール部材３０の端板３１に直立する渦巻状ラップ３２とを噛み合わせて形成し、旋回スクロール部材３０をクランクシャフト３３によって旋回運動させることで圧縮動作を行う。固定スクロール部材２７及び旋回スクロール部材３０によって形成される圧縮室３４（３４ａ，３４ｂ，…）のうち、最も外径側に位置している圧縮室は、旋回運動に伴って両スクロール部材２７，３０の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。圧縮室３４ａ，３４ｂが両スクロール部材２７，３０の中心近傍に達すると、両圧縮室３４内の圧縮ガスは圧縮室３４と連通した吐出口３５から吐出される。吐出された圧縮ガスは、固定スクロール部材２７及びフレーム３６に設けられたガス通路（図示せず）を通ってフレーム３６下部の圧縮容器３７内に至り、圧縮容器３７の側壁に設けられた吐出パイプ３８から圧縮機外に排出される。また、本圧縮機では、圧力容器３７内に、永久磁石式回転電機１が内封されており、別置のインバータ（図示せず）によって制御された回転速度で回転し、圧縮動作を行う。ここで、永久磁石式回転電機１は、固定子２と回転子３から構成され、クランクシャフト３３の内部には油孔３９が形成され、クランクシャフト３３の回転によってフレーム３６の下部にある油溜め部４０の潤滑油が油孔３９を介して滑り軸受け４１，軸受け４２に供給される。
【００４０】
図１４では固定子２と回転子３の軸方向位置を同じくしているが、図１５に示すように、固定子２と回転子３の軸方向位置をずらしても差し支えない。
【００４１】
圧縮機は空気調和機，冷蔵庫、あるいは冷凍庫等の駆動源として用いられているが、一年中稼動しているため、地球温暖化問題から省エネルギー化を図る最重要製品である。この駆動源に永久磁石式回転電機を使用すると回転電機の高効率化によって省エネルギー化を図れるが、騒音を小さくしなければ採用できない。しかし、本発明の永久磁石式回転電機を駆動源とした場合、騒音が小さく、環境問題を解消できるので、高効率で省エネルギー化が図れる圧縮機を提供できる。
【００４２】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、集中巻を採用した固定子のティースの内周面にベベリングを施し、回転子の磁極部を軸方向にあって円周方向にずらすことにより運転時の脈動トルクを半減できることから、低騒音の永久磁石式回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の径方向断面形状を示す断面図。
【図２】本発明による実施形態１の固定子の径方向断面形状を示す断面図。
【図３】図１の回転子を拡大して、回転子の径方向断面形状を示す断面図。
【図４】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の回転子の斜視図。
【図５】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の脈動トルクを示す図。
【図６】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の回転子の径方向断面形状を示す断面図。
【図７】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の回転子の斜視図。
【図８】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態３の回転子を拡大して、回転子の斜視図。
【図９】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態４の回転子を拡大して、回転子の斜視図。
【図１０】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態５の回転子を拡大して、回転子の斜視図。
【図１１】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態６の回転子を拡大して、回転子の斜視図。
【図１２】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態７の回転子を拡大して、回転子の斜視図。
【図１３】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態８の回転子を拡大して、回転子の斜視図。
【図１４】本発明に関わる圧縮機の断面形状。
【図１５】本発明に関わる圧縮機の断面形状。
【符号の説明】
１…永久磁石式回転電機、２…固定子、３…回転子、４…ティース、５…コアバック、６…固定子鉄心、７…スロット、８…電機子巻線、９…ティース円弧状部分、１０…ベベリング、１１…回転子鉄心、１２，２０…永久磁石挿入孔、
１３，２１…永久磁石、１４…シャフト孔、１５，２２…凹部、１６，１９，
２５，２６…磁極鉄心、１７，２３…円弧凹部、１８，２４…磁極部、２７…固定スクロール部材、２８，３１…端板、２９，３２…ラップ、３０…旋回スクロール部材、３３…シャフト、３４…圧縮室、３５…吐出口、３６…フレーム、
３７…圧縮容器、３８…吐出パイプ、３９…油孔、４０…油溜め部、４１…滑り軸受け、４２…軸受け。
【図１】
2004048912.tif 000003
【図２】
2004048912.tif 000004
【図３】
2004048912.tif 000005
【図４】
2004048912.tif 000006
【図５】
2004048912.tif 000007
【図６】
2004048912.tif 000008
【図７】
2004048912.tif 000009
【図８】
2004048912.tif 000010
【図９】
2004048912.tif 000011
【図１０】
2004048912.tif 000012
【図１１】
2004048912.tif 000013
【図１２】
2004048912.tif 000014
【図１３】
2004048912.tif 000015
【図１４】
2004048912.tif 000016
【図１５】
2004048912.tif 000017