(57)【要約】【課題】  永久磁石同期電動機及びそれを用いた圧縮機を小型化する。【解決手段】永久磁石同期電動機を、複数のスロットを有し、当該スロットに巻線が巻かれた固定子と、固定子の内側に配置された回転子１とを備え、回転子は複数のスロットを有し、当該スロット内に導体バー３を備え、導体バーの内側に１磁極あたり複数の永久磁石５が配置された永久磁石同期電動機において、隣接する永久磁石の中心間の中心と回転子の中心とを結ぶ線１１上に導体バーを配置しない。【選択図】  図１
2007202254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を吸い込む吸い込み口と、前記吸い込み口から吸い込んだ冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部により圧縮した冷媒を吐き出す吐き出し口と、前記圧縮機構部を圧縮動作させる永久磁石同期電動機を備える圧縮機において、前記永久磁石同期電動機は、複数のスロットを有し、当該スロットに巻線が巻かれた固定子と、前記固定子の内側に配置された回転子とを備え、前記回転子は複数のスロットを有し、当該スロット内に導体バーを備え、前記導体バーの内側に１磁極あたり複数の永久磁石が配置され、前記回転子の中心と前記永久磁石の中心とを結ぶ線上以外の部分のみに前記導体バーを配置したことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
複数のスロットを有し、当該スロットに巻線が巻かれた固定子と、前記固定子の内側に配置された回転子とを備え、前記回転子は複数のスロットを有し、当該スロット内に導体バーを備え、前記導体バーの内側に１磁極あたり複数の永久磁石が配置された永久磁石同期電動機において、前記回転子の中心と前記永久磁石の中心とを結ぶ線上以外の部分のみに前記導体バーを配置することを特徴とする永久磁石同期電動機。
【請求項３】
冷媒を吸い込む吸い込み口と、前記吸い込み口から吸い込んだ冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部により圧縮した冷媒を吐き出す吐き出し口と、前記圧縮機構部を圧縮動作させる永久磁石同期電動機を備える圧縮機において、前記永久磁石型同期電動機は、複数のスロットを有し、当該スロットに巻線が巻かれた固定子と、前記固定子の内側に配置された回転子とを備え、前記回転子は複数のスロットを有し、当該スロット内に導体バーを備え、前記導体バーの内側に１磁極あたり複数の永久磁石が配置され、前記永久磁石の中心と前記回転子の中心とを結ぶ線上付近のみに前記永久磁石の外側に配置された導体バーが配置されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
請求項１において、前記永久磁石の形状は外周側の辺の長さが内周側の辺の長さよりも長い台形であることを特徴とする圧縮機。
【請求項５】
請求項１において、隣接する前記永久磁石の間に当該永久磁石を周方向に支持する凸継鉄部を備えることを特徴とする圧縮機。
【請求項６】
請求項１において、隣接する前記永久磁石の間に繋ぎ継鉄部を設けたことを特徴とする圧縮機。
【請求項７】
請求項１において、前記導体バーの間の数と前記永久磁石の数の比が３：１であることを特徴とする圧縮機。
【請求項８】
請求項１において、前記固定子のスロットの数が３０であり、前記導体バーの数が２２であ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】
本発明は永久磁石同期電動機およびそれを用いた圧縮機に関するものであり、特に回転子の外周側付近に導体バーを備え、導体バーの内側に永久磁石を備える永久磁石同期電動機およびそれを用いた圧縮機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧縮機用電動機として、例えば特許文献１に記載されているような、かご形導体と永久磁石で構成される永久磁石同期電動機が知られている。このような方式の永久磁石同期電動機はインバータ制御装置を用いず、商用電源により直接運転が可能であるという利点を有する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５６８８７号公報（特に、段落「００４２」、「００４３」及び図１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の圧縮機及び同期電動機では、同期運転時に振動・騒音が生じるという課題がある。
【０００５】
圧縮機は、例えば空調機用室外機に搭載される場合、空調機用室外機はベランダ等のスペースの少ない場所に置かれることがあるため、スペースが大きく置き場所が制限されるという課題がある。特許文献１の圧縮機では、電動機が大型化し、このような電動機を搭載した圧縮機を用いた空調機用室外機を設置する場合に置き場所が制限されるという課題がある。
【０００６】
本発明の目的の一つは、振動・騒音の少ない圧縮機及び永久磁石同期電動機を得る点にある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、圧縮機及び永久磁石同期電動機を小型化する点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、圧縮機を、冷媒を吸い込む吸い込み口と、吸い込み口から吸い込んだ冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部により圧縮した冷媒を吐き出す吐き出し口と、圧縮機構部を圧縮動作させる永久磁石同期電動機を備え、永久磁石同期電動機は、複数のスロットを有し、当該スロットに巻線が巻かれた固定子と、固定子の内側に配置された回転子とを備え、回転子は複数のスロットを有し、当該スロット内に導体バーを備え、導体バーの内側に１磁極あたり複数の永久磁石が配置され、回転子の中心と永久磁石の中心とを結ぶ線上以外の部分のみに導体バーを配置している。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、同期電動機を、複数のスロットを有し、当該スロットに巻線が巻かれた固定子と、固定子の内側に配置された回転子とを備え、回転子は複数のスロットを有し、当該スロット内に導体バーを備え、導体バーの内側に１磁極あたり複数の永久磁石が配置され、回転子の中心と永久磁石の中心とを結ぶ線上以外の部分のみに前記導体バーを配置している。
【００１０】
また、本発明の他の態様では、圧縮機を、冷媒を吸い込む吸い込み口と、吸い込み口から吸い込んだ冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部により圧縮した冷媒を吐き出す吐き出し口と、圧縮機構部を圧縮動作させる永久磁石同期電動機を備え、永久磁石型同期電動機は、複数のスロットを有し、当該スロットに巻線が巻かれた固定子と、前記固定子の内側に配置された回転子とを備え、回転子は複数のスロットを有し、当該スロット内に導体バーを備え、導体バーの内側に１磁極あたり複数の永久磁石が配置され、永久磁石の中心と前記回転子の中心とを結ぶ線上付近のみに導体バーが配置されている構成としている。
【００１１】
さらに、上記の圧縮機において、永久磁石の形状は外周側の辺の長さが内周側の辺の長さよりも長い台形であるものとすることが望ましい。
【００１２】
さらに、上記の圧縮機において、隣接する永久磁石の間に当該永久磁石を周方向に支持する凸継鉄部を備えるものとすることが望ましい。
【００１３】
さらに、上記の圧縮機において、隣接する永久磁石の間に繋ぎ継鉄部を設けたものとすることが望ましい。
【００１４】
さらに、上記の圧縮機において、導体バーの間の数と永久磁石の数の比を３：１とすることが望ましい。
【００１５】
さらに、上記の圧縮機において、固定子のスロットの数が３０であり、導体バーの数が２２であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧縮機及び電動機の振動・騒音を低減させることができる。また、本発明によれば、圧縮機及び電動機を小型化することができる。さらに、本発明によれば、圧縮機及び電動機を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１(1A)は、本発明の回転子の実施例１の断面図である。図１に示すように回転子１は、シャフト１０上に設けられた回転子鉄心２の外周内側に、複数の始動用かご型導体バー３と、導体バー３の内周側に回転子鉄心２の中心を円心とした一定幅を持った同心の仮想円弧中に複数磁石挿入孔４に埋設した希土類（又はフェライト）を主成分とする複数長方形（又は正方形）永久磁石５を、磁極数が２極となるように配置構成されている。固定子（図示せず）には、スロットが設けられ、スロット内に固定子巻線が巻かれる。８の空隙は、漏れ磁束（永久磁石から出る磁束のうち、固定子を貫かずに永久磁石に戻る磁束）を低減するために設けられている。本実施例では、永久磁石の中心１４と回転子中心１２を結ぶ線１１上（線上付近も含む）の部分のみに永久磁石の外側に配置された導体バー３を配置している。ここで、導体バーの直径は、永久磁石の幅の約半分である。
【００１９】
図９は、実施例１の磁束分布を示している。図６の実線は、実施例１の回転子外周部における磁束密度分布の概略図であり、中央の永久磁石から出た磁束の磁束密度のみを図示している。図６において、横軸は周方向における位置を示し、縦軸は、回転子外周表面から出る磁束密度を示す。図６の９０１の実線は、実施例１の導体バーの位置を示す。９０３は、実施例１の永久磁石の位置を示す。点線９０４は、実施例１の導体バー９０１に加えて導体バー９０２を配置した場合の磁束密度を示し、実線９０５は、実施例１の磁束密度分布を示す。磁束密度は、均一に分布する（つまり、磁束密度の極大値と極小値の差が小さい）ほど、回転子の回転位置によるトルク脈動を抑えることができ、同期運転時の振動、騒音を低減させることができる。図６より、導体バー９０１を配置した場合の磁束密度の極大値と極小値の差ΔB1よりも、実施例１の磁束密度の極大値と極小値の差ΔB2の方が小さいため、実施例１の回転電機の方がトルク脈動を低減でき、振動・騒音が小さいことが分かる。つまり、実施例１によれば、永久磁石から回転子の外周部に出る磁束を均一化することができ、トルク脈動を抑えることができる。この作用により、電動機が円滑に回転するので、電動機の振動・騒音を低減させることができる。
実施例１では固定子の図示は省略しているが、固定子のスロット数は３０であり、導体バーの数は２２本である。固定子スロット数３０、導体バー数２２を選定した理由は、ギャップの磁束密度から逆算したティース磁束密度の制約、起磁力高調波予防のバランスを取って選定している。特に、導体バー数２２については、製造上の始動特性、振動騒音の経験則から、固定子スロット数が３０の場合は、導体バー数２２が適当である。
【００２０】
図１１は、本実施例の永久磁石の間を拡大した図である。１５０１は永久磁石、１５０２は空隙であり、空隙１５０２は永久磁石から出る漏れ磁束（固定子まで到達せずに、磁石に戻ってくる磁束）を低減するために設けられている。隣接する永久磁石１５０１の間に、電動機運転時に磁石１５０１が移動しないように、凸継鉄部１５０４を設けている。例えば、空隙１５０２を図１２のように設けた場合、電動機運転時に磁石１５０１の周方向の動きは、線１５０３（図１２上では、点で表現される）のみで接触して支持される。したがって、運転時には永久磁石の線１５０３に接触している部分に応力が集中し、永久磁石の角部が欠ける恐れがある。しかし、図１１のように、永久磁石を面１５０３で接触して支持すれば、接触面積が広く、永久磁石にかかる応力が分散されるので、永久磁石の角部の欠けを防止することができる。
【実施例２】
【００２１】
図１(1B)は、本発明の回転子の実施例２を示す図である。実施例１と同じ部分の説明は省略する。実施例１と違う点は、磁石の形状が台形であり、磁石の径方向外側の辺の長さが内側の辺の長さよりも大きい点である。永久磁石の形状を台形にすることにより、磁石外周面積が増やされ、永久磁石から発生した磁束が固定子に巻かれた巻線と鎖交する量が増加するため、電動機の効率および力率の向上ができる。また、単位体積における出力を向上させることができるので、電動機の小型化が図れる。実施例２では、複数の台形永久磁石５ｂで擬似円弧形磁極を構成しているので、アーク型磁石を用いた場合と磁気特性は変わらない。しかし、アーク型に比べ利用率が高い台形磁石を用いるため、磁石生産コストの低減ができる。
【００２２】
台形磁石の製造工程を図１０を使って説明する。図１０の単位は、mmである。図１０に示す台形磁石を生産する場合では、断面が１４０２のような長方形金型に磁石の粉末材料を詰め込んで、断面に対して直角方向の圧力をかけ、さらに幅方向に磁界を印加して成形し、熱処理を施した後、長方形状のブロックを切断線に沿って切断する。台形型の磁石は、原材料のわずかな部分１４０３が利用できないだけであり、原材料に対する利用率は高いため、アーク型磁石に対して磁石生産コストを低減することができる。
【００２３】
実施例１によれば、永久磁石同期電動機の回転子の１磁石あたり複数の永久磁石を配置し、永久磁石の形状を外周側の辺の長さが内周側の辺の長さよりも長い台形としたことにより、永久磁石外側の面積が大きくなり、回転子から出る磁束が多くなるので、電動機の単位体積あたりの出力を大きくすることができる。したがって、電動機を小型化することができる。
【実施例３】
【００２４】
図２(2A)は本発明の回転子の実施例３の断面構成図である。図２(2A)において、実施例１と違う点は、回転子の中心２１３と磁石２５の中心２１２を結ぶ線２１１上に導体バー３を配置しない点である。図２(2A)に示すように回転子２１は、シャフト１０上に設けられた回転子鉄心２２の外周内側に、多数の始動用かご型導体バー３と、導体バー３の内周側に回転子鉄心２２の中心を円心とした一定幅を持った同心の仮想円弧中に複数磁石挿入孔２４ｂに埋設した希土類（又はフェライト）を主成分とする複数長方形（又は正方形）の永久磁石２５を、磁極数が2極となるように配置して構成している。また、極間に漏れ磁束を低減するために、極間には繋ぎ継鉄部２７を介して空孔２６および２８を設けている。
【００２５】
図８は、図２(2A)の磁束分布を示している。８０１は、磁束である。図７は、実施例３の回転子外周部における磁束密度分布の概略図であり、中央の磁石から出た磁束の磁束密度のみを図示している。図７において、横軸は周方向における位置を示し、縦軸は、回転子外周表面から出る磁束密度を示す。図７の１００２の実線は、実施例３の導体バーの位置を示し、１００３は、実施例３の永久磁石の位置を示す。点線１００４は、本実施例の導体バー１００２に加えて１００１の導体バーを追加して配置した場合の磁束密度を示し、実線１００５は、本実施例の磁束密度分布を示す。回転子外周面から出る磁束の総量（図７では、磁束密度の曲線と横軸との間で囲まれる部分の面積）が多いほど電動機の単位体積あたりの出力が大きくなり、電動機の小型化が図れる。また、効率、力率を向上できる。図７より、導体バー１００１を追加した場合の総磁束量よりも実施例３の総磁束量の方が大きく、実施例３の方が単位体積あたりの出力が大きくなり、電動機を小型化できることが分かる。これは、導体バー１００１を配置した場合では、永久磁石から出る磁束の量が一番多い永久磁石の中心付近に導体バーを配置しているため、磁束が流れるのを導体バーがじゃましているが、実施例３では磁石の中心付近に導体バーを配置していないため、磁束量が多くなっていることが理由であると考えられる。つまり、実施例３によれば、回転子の中心と永久磁石の中心とを結ぶ線上に導体バーを配置しないことにより、永久磁石の中心から回転子の外周部に出る磁束を導体バーがじゃまをしないため、回転子の外周部から多くの磁束が出るので、電動機の単位体積あたりの出力が大きくすることができる。したがって、電動機を小型化することができる。
【実施例４】
【００２６】
図２(2B)は、本発明の回転子の実施例４の断面図である。実施例３と違う点は、磁石の形状を台形とした点である。磁石の形状を台形としたことにより、実施例２と同様に効率の向上が図れる。
【実施例５】
【００２７】
本発明の回転子の実施例５を図３(3A)を用いて以下に説明する。図３(3A)は本発明の回転子の実施例５を説明する回転子の断面構成図である。図３(3A)に示すように回転子４１は、シャフト１０上に設けられた回転子鉄心４２の外周内側に、多数の始動用かご型導体バー３と、導体バー３の内周側に回転子鉄心４２の中心を円心とした一定幅を持った同心の仮想円弧中に複数磁石挿入孔４４に埋設した希土類（又はフェライト）を主成分とする複数長方形（或は正方形）の永久磁石４５を、磁極数が2極となるように配置して構成している。電動機運転の際に、永久磁石４５を動かさないように隣接の永久磁石４５の間に凸継鉄部９を設ける。また、一磁極を構成している長方形(又は正方形)永久磁石４５の間に2本幅約1ｍｍ繋ぎ継鉄４６、４７を設ける。
このように構成すれば、図２(2A)と同様の作用を得られることができるほか、漏れ磁束の通路を少なくすることができる。また、繋ぎ継鉄で回転子の外周部と内周部を繋いでいるので、遠心力で回転子外周部が破損するのを防止でき、回転子強度をより強固にすることができる。
【実施例６】
【００２８】
本発明の回転子の実施例６を図３(3B)を使って説明する。図３(3B)において、導体バー３の内周側に回転子鉄心４２ｂの中心を円心とした一定幅を持った同心の仮想円弧中に複数磁石挿入孔４４ｂに埋設した希土類（又はフェライト）を主成分とする複数台形永久磁石４５ｂを、磁極数が2極となるように配置構成し、一磁極を構成する複数個台形磁石間に2本繋ぎ継鉄４６b,４７bを設ける。このように構成しても実施例５と同様に、回転子強度をより強固にすることができる。
【実施例７】
【００２９】
図４(4A)は本発明の回転子の実施例７を説明する回転子の断面図である。図３(3A)と同様な部分の説明は省略する。図４(4A)において、図３(3A)と異なる部分は、導体バー３の内周側に回転子鉄心５２の中心を円心とした一定幅を持った同心の仮想円弧中に複数磁石挿入孔５４に埋設した希土類（又はフェライト）を主成分とする複数長方形(或は正方形)永久磁石５５を、磁極数が2極となるように配置構成し、導体バー３の4本の中間と回転子中心とを結ぶ半径線と、複数個配する個々の長方形(又は正方形)永久磁石５５の径方向中心線と略一致するよう配し、磁石個数は導体バー間の数との比が1：3で一磁極を構成している点である。
このように構成しても図３(3A)と同様の作用を得られることができると共に、磁極を構成する磁石の個数が減少したため、生産工程数が短縮され、簡便な構造となるので、安価な永久磁石同期電動機を提供することができる。
【実施例８】
【００３０】
図４(4B)を使って本発明の回転子の実施例８を説明する。図５(5B)において、導体バー３の内周側に回転子鉄心５２ｂの中心を円心とした一定幅を持った同心の仮想円弧中に複数磁石挿入孔５４に埋設した希土類（又はフェライト）を主成分とする複数台形永久磁石５５ｂを磁極数が2極となるように配置構成し、導体バー３の中間と回転子中心とを結ぶ半径線と、複数個配する個々の台形永久磁石５ｂの径方向中心線と略一致するよう配し、磁石個数は前記導体バー３間の数との比が1：3で一磁極を構成する。一磁極を構成する台形磁石の間に2本繋ぎ継鉄５６b、５７bを設ける。図４(4B)と同様が作用を得られると同時に、磁極を構成する個数が減少したため、生産工程数が短縮され、安価な永久磁石同期電動機を提供することができる。
【実施例９】
【００３１】
図５は本発明の圧縮機の実施例９の軸方向断面図である。図５において、圧縮機構部は、固定スクロール部材６１の端板６２に直立する渦巻状ラップ６３と、旋回スクロール部材６４の端板６５に直立する渦巻状ラップ６６とを噛み合わせて形成されている。そして、旋回スクロール部材６４をクランクシャフト１０によって旋回運動させることで圧縮動作を行い、冷媒を吸い込み口６７から吸い込んで圧縮し、吐き口６８から吐出する。
【００３２】
前述した実施例１乃至８に記載した永久磁石同期電動機の回転子１の内径に前記クランクシャフト１０を焼き嵌めで圧入して組み立てた圧縮機は冷凍サイクルと接続され、空気調和機としてよく利用されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１及び２を示す回転子の断面図である。
【図２】本発明の実施例３及び４を示す回転子の断面図である。
【図３】本発明の実施例５及び６を示す回転子の断面図である。
【図４】本発明の実施例７及び８を示す回転子の断面図である。
【図５】本発明の圧縮機の実施例９の断面図である。
【図６】実施例１の回転子表面の磁束密度分布を示す図である。
【図７】比較例と実施例３の回転子表面の磁束密度分布を示す図である。
【図８】本発明の実施例３の磁束を示す図である。
【図９】本発明の実施例１の磁束を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２の永久磁石の製造時の形状を示す図である。
【図１１】本発明の実施例１の永久磁石間の拡大図である。
【図１２】実施例１に対する比較例を示すもので、図１２に相当する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・・シャフト、２・・・回転子鉄心、３・・・導体バー、４・・・磁石挿入孔、５・・・永久磁石、１１・・・固定子、１０・・・スロット、８・・・空隙、１３・・・隣接する永久磁石中心間の中心、９０１、９０２・・・導体バーの位置、９０３・・・永久磁石の位置、９０４・・・比較例の磁束密度、９０５・・・実施例１の磁束密度、１５０１・・・永久磁石、１５０２・・・空隙、１５０３・・・永久磁石の接触部
【図１】
2007202254.tif 000003
【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】
2007202254.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007202254.tif 000011
【図１０】
2007202254.tif 000012
【図１１】
2007202254.tif 000013
【図１２】
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