(57)【要約】【課題】本発明の目的は、電機子反作用磁束による鉄損の増加を抑え、リラクタンストルクを有効利用できる永久磁石式回転電機を提供することである。【解決手段】本発明の永久磁石式回転電機は、固定子鉄心に形成された複数のスロット内に電機子巻線が施された固定子と、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（５）が納められた回転子とを有する永久磁石式回転電機において、永久磁石（５）を納めた回転子鉄心の外周表面近傍の磁極間（磁石間）に凹部（７）を設けると共に磁極間（磁石間）の回転子鉄心内部に電機子巻線が作る電機子反作用磁束の流れを抑制する空隙部（２０）を設けた回転子鉄心（２）と、リラクタンス磁気回路のみを有する回転子鉄心（３）とを組み合せることにより、電機子反作用磁束の磁気パスを規定する。【効果】リラクタンストルクを有効に利用して出力の大きな永久磁石式回転電機が得られる。【選択図】　図１
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【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電機子巻線が施された固定子鉄心と、
複数の永久磁石挿入孔と当該永久磁石挿入孔に配置された複数の永久磁石を有する第１の回転子鉄心と、
表面に複数の凹部を有する第２の回転子鉄心と、
前記第１の回転子鉄心と前記第２の回転子鉄心とを回転子の軸方向に組み合わせた回転子とを備え、
前記第１の回転子鉄心の磁束軸をｄ軸、ｄ軸と電気角で９０°異なる軸をｑ軸としたとき、
前記第１の回転子鉄心にはｑ軸上に空隙部が設けられ、
前記第２の回転子鉄心の表面に設けられた凹部は、ｄ軸上に設けられていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の回転子の軸方向の長さが前記第２の回転子鉄心の軸方向の長さよりも長いことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
請求項１において、前記第１の回転子鉄心を前記第２の回転子鉄心の両端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】
請求項１において、前記第１の回転子鉄心に設けられた空隙部が所定のｑ軸上に複数設けられていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
請求項２において、前記第１の回転子鉄心に設けられた空隙部が所定のｑ軸上に複数設けられていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
請求項１において、前記第２の回転子鉄心にはフラックスバリアが設けられ、前記フラックスバリアは前記第２の回転子鉄心の表面近傍かつｑ軸近傍において、略半径方向に向けて設けられていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
請求項１において、前記第１の回転子鉄心に設けられた永久磁石挿入孔は、回転軸に対して凸のＶ字形状，Ｕ字形状、あるいはｄ軸に対してほぼ垂直な一文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８】
請求項２において、前記第１の回転子鉄心に設けられた永久磁石挿入孔は、回転軸に対して凸のＶ字形状，Ｕ字形状、あるいはｄ軸に対してほぼ垂直な一文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９】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内に電機子巻線が施された固定子鉄心と、
複数の永久磁石挿入孔と当該永久磁石挿入孔に配置された複数の永久磁石を有する第１の回転子鉄心と、
表面に複数の凹部を有する第２の回転子鉄心と、
前記第１の回転子鉄心と前記第２の回転子鉄心とを回転子の軸方向に組み合わせた回転子とを有し、
前記第１の回転子鉄心の磁束軸をｄ軸，ｄ軸と電気角で９０°異なる軸をｑ軸としたとき、
前記第１の回転子鉄心にはｑ軸上に空隙部が設けられ、
前記第２の回転子鉄心の表面に設けられた凹部は、ｄ軸上に設けられている永久磁石式回転電機と、
前記永久磁石回転電機により駆動される圧縮部とを備えることを特徴とする圧縮機。
【請求項１０】
固定子鉄心に形成された複数のスロット内に電機子巻線が施された固定子鉄心と、
複数の永久磁石挿入孔と当該永久磁石挿入孔に配置された複数の永久磁石を有する第１の回転子鉄心と、
表面に複数の凹部を有する第２の回転子鉄心と、
前記第１の回転子鉄心と前記第２の回転機鉄心とを回転子の軸方向に組み合わせた回転子とを有し、
前記第１の回転子鉄心の磁束軸をｄ軸，ｄ軸と電気角で９０°異なる軸をｑ軸としたとき、
前記第１の回転子鉄心にはｑ軸上に空隙部が設けられ、
前記第２の回転子鉄心の表面に設けられた凹部は、ｄ軸上に設けられている永久磁石式回転電機と、
前記永久磁石回転電機により駆動される圧縮部とを備えることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気調和機等に利用される電動機等の回転電機及びそれを用いた圧縮機，空気調和機に係るものである。
【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、様々な形状の永久磁石が採用されている。例えば、特開平６−３３９２４１号公報に記載の永久磁石式回転電機においては、固定子鉄心に形成された複数の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と、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とを有し、リラクタンストルクを利用して回転電機の出力を向上させようとしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３３９２４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の回転電機では、リラクタンストルクを利用するために電機子巻線が作る電機子反作用磁束を発生させる必要があり、従来例の構造ではリラクタンストルクが発生しても電機子反作用磁束による鉄損が増加して回転電機の出力を向上させることができない。
【０００５】
本発明の目的は、電機子反作用磁束による鉄損の増加を抑え、リラクタンストルクを有効利用できる永久磁石式回転電機を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、固定子鉄心に形成された複数のスロット内に電機子巻線が施された固定子と、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とを有する永久磁石式回転電機において、永久磁石を納めた回転子鉄心の外周表面近傍の磁極間（磁石間）に凹部を設けると共に磁極間（磁石間）の回転子鉄心内部に電機子巻線が作る電機子反作用磁束の流れを抑制する空隙部を設けた回転子鉄心と、リラクタンス磁気回路のみを有する回転子鉄心とを組み合せた永久磁石式回転電機を提案する。
【０００７】
すなわち、本発明の永久磁石を埋め込んだ回転子鉄心には鉄心内部の磁極間
（磁石間）に電機子巻線が作る電機子反作用磁束の流れを抑制する空隙部を設けている為、電機子反作用磁束を通り難くし、リラクタンス磁気回路のみを有する回転子鉄心は、電機子反作用磁束を通り易くしている。したがって、回転子には電機子反作用磁束の影響を受け難く、磁石トルクを有効に発生出来ると共に、回転子鉄心では少しの電機子電流によっても大きな電機子反作用磁束が発生し、かつ電機子反作用磁束による鉄損の発生も小さくなるので、リラクタンストルクの有効利用により、出力を向上できる永久磁石式回転電機を提供できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図１７を参照して本発明による永久磁石式回転電機の実施形態を説明する。
【０００９】
・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の回転子形状を示し、図２は図１の回転子鉄心形状を示す断面図である。固定子鉄心は図示していないが、固定子鉄心には複数のスロットが形成され、スロット内に電機子巻線が施されている。図１において、回転子１は回転子鉄心２の軸方向の片端部に回転子鉄心３を配置しているとともに、回転子鉄心２の軸方向長Ｌ２を回転子鉄心３の軸方向長Ｌ３よりも長くなるように構成している。回転子鉄心２は、回転子１の軸に対して凸のＶ字の永久磁石挿入孔４中に配置された永久磁石５（ここでは４極で示した）とシャフト（図示せず）に嵌合するための回転子軸孔８，回転子鉄心２を固定するためのリベット孔９からなる。回転子鉄心３は、フラックスバリア１０と鋼板リブ１１とで構成されるリラクタンス磁気回路とシャフト（図示せず）に嵌合するための回転子軸孔８，回転子鉄心３を固定するためのリベット孔９からなる。回転子鉄心２の永久磁石挿入孔４中にＶ字形状の永久磁石５が挿入され、Ｖ字の中心方向をｄ軸と称し、磁束軸となる。それと電気角で９０度異なる磁束軸をｑ軸と称し、このｑ軸が電機子反作用軸となる。回転子鉄心２は電機子反作用磁束を通りにくくするため、ｑ軸側の回転子表面近傍の極間鉄心６をＶ字にカットしたｑ軸凹部７を設けると共に鉄心内部の磁極間（磁石間）に電機子巻線が作る電機子反作用磁束の流れを抑制する空隙部２０を形成している。回転子鉄心３にはフラックスバリア１０と鋼板リブ１１とｄ軸側の回転子表面近傍の鉄心をＶ字にカットしたｄ軸凹部３０が設けられており、フラックスバリア１０は回転子鉄心３の表面近傍かつｑ軸近傍で略半径方向に向けられている。上記の回転子１，２の構造によりｄ軸磁束を通り難く、ｑ軸磁束を通り易くなる。この結果、電機子反作用磁束は鋼板リブ１１を通過する。
【００１０】
図３は本発明による永久磁石式回転電機における永久磁石磁気回路部の径方向断面形状を示す断面図であり、回転子には回転子鉄心２を設けている。図４は本発明による永久磁石式回転電機内リラクタンス磁気回路部の径方向断面形状を示す断面図であり、回転子には回転子鉄心３を設けている。図中における回転子で、図２で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。
【００１１】
図３において、固定子１２は固定子鉄心１３中に複数のティース１４，スロット１５が設けられ、スロット１５中にはティース１４を囲むように集中巻の電機子巻線１６（Ｕ相巻線１６Ａ，Ｖ相巻線１６Ｂ，Ｗ相巻線１６Ｃの集中巻からなる）を巻装している。図３の構成ではｑ軸側の回転子鉄心２には電機子巻線が作る電機子反作用磁束の流れを抑制する空隙部２０が存在するため電機子反作用磁束が通り難い。
【００１２】
これに対し、図４の構成ではｑ軸側の磁束が通り易いようにフラックスバリア１０および鋼板リブ１１を形成しているので、電機子反作用磁束Φ１，Φ２が通り易くなる。
【００１３】
ここで、図３の構成でｑ軸側の回転子鉄心２にはｑ軸凹部７および空隙部２０があり、さらに永久磁石５によって極間鉄心６が磁気飽和領域にあるため電機子反作用磁束が通り難く、リラクタンストルクを発生せず、鉄損の発生も少ない。そして、図４の構成に示すように、ｄ軸凹部３０を設け、フラックスバリア１０と鋼板リブ１１を有する回転子鉄心３が電機子反作用磁束Φ１，Φ２を通り易くしているので、小さな電機子電流で大きな電機子反作用磁束が発生し、リラクタンストルクを有効に利用して出力の大きな永久磁石式回転電機が得られる。すなわち、図３の回転子鉄心２では鉄損，銅損を押さえ永久磁石によるトルクを有効に発生し、図４の回転子鉄心３ではリラクタンストルクを有効に発生するので出力が大きくて効率の良い永久磁石式回転電機を提供できる。
【００１４】
・実施形態２
図５は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の回転子形状を示し、図６は図５の回転子鉄心形状を示す断面図である。図中における回転子で、図２で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図５において、回転子１は回転子鉄心２の軸方向の片端部に回転子鉄心３を配置しているとともに、回転子鉄心２の軸方向長Ｌ２を回転子鉄心３の軸方向長Ｌ３よりも長く構成している。また、図２と異なるのは、回転子鉄心３をｑ軸側に突極部１７，ｄ軸側にｄ軸凹部３３を有するスイッチトリラクタンス構造としたことにある。
【００１５】
この構成ではｑ軸側の磁束が通り易いように突極部１７を形成しているので、電機子反作用磁束が通り易くなる。したがって、このように構成した場合でも、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００１６】
・実施形態３
図７は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態３の回転子鉄心形状を示す断面図である。図中における回転子で、図２で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図２と異なるのは、回転子鉄心２中に電機子反作用磁束を通りにくくするため、ｑ軸側の回転子鉄心内部の磁極間（磁石間）に電機子巻線が作る電機子反作用磁束の流れを抑制する空隙部２１を少なくとも２つ以上に構成したことである。
【００１７】
この構成により電機子反作用磁束をより通り難くするため、実施形態１よりもさらに永久磁石によるトルクを有効に利用することができる。
【００１８】
・実施形態４
図８は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態４の回転子鉄心形状を示す断面図である。図中における回転子で、図２で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図８において、図７と異なるのは、回転子鉄心３をｑ軸側に突極部１７，ｄ軸側にｄ軸凹部３３を有するスイッチトリラクタンス構造としたことにある。これによっても、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００１９】
・実施形態５
図９は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態５の回転子鉄心形状を示す断面図である。図中における回転子で、図２で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図９において、図２と異なるのは、回転子鉄心２中の永久磁石挿入孔３１に平板永久磁石３２を挿入し、空隙部２２を設けたものである。これによっても、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００２０】
・実施形態６
図１０は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態６の回転子鉄心形状を示す断面図である。図中における回転子で、図２で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図１０において、図９と異なるのは、回転子鉄心３をｑ軸側に突極部１７，ｄ軸側にｄ軸凹部３３を有するスイッチトリラクタンス構造としたことにある。これによっても、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００２１】
・実施形態７
図１１は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態７の回転子鉄心形状を示す断面図である。図中における回転子で、図２で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図１１において、図２と異なるのは、回転子鉄心２中の永久磁石挿入孔３４にＵ字永久磁石３５を挿入し、空隙部３６を設けたものである。これによっても、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００２２】
・実施形態８
図１２は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態８の回転子鉄心形状を示す断面図である。図中における回転子で、図２で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図１２において、図１１と異なるのは、回転子鉄心３をｑ軸側に突極部１７，ｄ軸側にｄ軸凹部３３を有するスイッチトリラクタンス構造としたことにある。これによっても、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００２３】
・実施形態９
図１３に、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態９の回転子形状を示す。図中における回転子で、図１で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図１３において、図１と異なるのは、回転子１が、回転子鉄心２の軸方向両端に回転子鉄心３を配置して構成されているところにある。ここで、回転子鉄心２の軸方向長Ｌ２は、回転子鉄心３の軸方向長の合成長さ（Ｌ３１＋Ｌ３２）よりも長く構成している。これによっても、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００２４】
・実施形態１０
図１４に、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１０の回転子形状を示す。図中における回転子で、図５で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図１４において、図５と異なるのは、回転子１が、回転子鉄心２の軸方向両端に回転子鉄心３を配置して構成されているところにある。ここで、回転子鉄心２の軸方向長Ｌ２は、回転子鉄心３の軸方向長の合成長さ（Ｌ３１＋
Ｌ３２）よりも長く構成している。これによっても、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００２５】
・実施形態１１
図１５に、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１１の回転子形状を示す。図中における回転子で、図１で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図１５において、図１と異なるのは、回転子１が、回転子鉄心３の軸方向両端に回転子鉄心２を配置して構成されているところにある。ここで、回転子鉄心２の軸方向長の合成長さ（Ｌ２１＋Ｌ２２）は、回転子鉄心３の軸方向長Ｌ３よりも長く構成している。
【００２６】
また、図中、永久磁石５は一重のＶ字形状で記載しているが、一重または二重（図示せず）の一文字、Ｕ字もしくはＶ字形状でも構成が可能である。これによっても、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００２７】
・実施形態１２
図１６に、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１２の回転子形状を示す。図中における回転子で、図５で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図１６において、図５と異なるのは、回転子１が、回転子鉄心３の軸方向両端に回転子鉄心２１，２２を配置して構成されているところにある。ここで、回転子鉄心２の軸方向長の合成長さ（Ｌ２１＋Ｌ２２）は、回転子鉄心３の軸方向長Ｌ３よりも長く構成している。
【００２８】
また、図中、永久磁石５は一重のＶ字形状で記載しているが、一重または二重（図示せず）の一文字、Ｕ字もしくはＶ字形状でも構成が可能である。これによっても、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００２９】
・実施形態１３
図１７は、本発明に係わる空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。図において、３７は室外機、３８は室内機、３９は圧縮機であり、圧縮機３９内には永久磁石式回転電機４０と圧縮部４１が封入されている。４２は凝縮器、４３は膨張弁、４４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３９は冷媒を圧縮して凝縮器４２，膨張弁４３からなる室外機３７と、蒸発器４４からなる室内機３８間で熱交換を行って冷房機能を発揮する。
【００３０】
本発明で示した永久磁石式回転電機４０を使用すると、永久磁石式回転電機
４０の出力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。
【００３１】
また、オゾン層破壊の観点からＨＦＣ類冷媒を使用する場合、本発明で示した永久磁石式回転電機４０を使用すると、永久磁石式回転電機４０の冷凍サイクル全体の設計変更が少なくて済む。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、永久磁石を納めた回転子鉄心２の外周表面近傍の磁極間（磁石間）に凹部を設けると共に磁極間（磁石間）の回転子鉄心内部に電機子巻線が作る電機子反作用磁束の流れを抑制する空隙部を設けることで電機子反作用磁束を通りづらくし、リラクタンス磁気回路のみを有する回転子鉄心３では電機子反作用磁束を通り易くしているので、回転子鉄心２では鉄損，銅損を押さえて永久磁石によるトルクを有効に発生し、回転子鉄心３は小さな電機子電流で大きな電機子反作用磁束が得られるのでリラクタンストルクを有効に発生し、出力が大きくて効率の良い永久磁石式回転電機が得られる。
【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の回転子形状を示す図である。
【図２】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図３】本発明による永久磁石式回転電機の径方向断面形状を示す断面図である。
【図４】本発明による永久磁石式回転電機の径方向断面形状を示す断面図である。
【図５】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の回転子形状を示す図である。
【図６】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図７】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態３の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図８】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態４の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図９】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態５の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図１０】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態６の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図１１】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態７の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図１２】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態８の回転子鉄心形状を示す断面図である。
【図１３】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態９の回転子形状を示す図である。
【図１４】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１０の回転子形状を示す図である。
【図１５】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１１の回転子形状を示す図である。
【図１６】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１２の回転子形状を示す図である。
【図１７】本発明に係わる空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。
【符号の説明】
１…回転子、２，３…回転子鉄心、４…永久磁石挿入孔、５…永久磁石、６…極間鉄心、７…ｑ軸凹部、８…回転子軸孔、９…リベット孔、１０…フラックスバリア、１１…鋼板リブ、１２…固定子、１３…固定子鉄心、１４…ティース、１５…スロット、１６…電機子巻線、１７…突極部、２０，２１，２２，３６…空隙部、３０，３３…ｄ軸凹部、３１…平板永久磁石挿入孔、３２…平板永久磁石、３４…Ｕ字永久磁石挿入孔、３５…Ｕ字永久磁石、３７…室外機、３８…室内機、３９…圧縮機、４０…永久磁石式回転電機、４１…圧縮部，４２…凝縮器、４３…膨張弁、４４…蒸発器。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004129448.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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