(57)【要約】【課題】低速から高速までの広い範囲で高効率かつ高性能な性能を発揮する永久磁石式回転電機とそれを利用した圧縮機を提供する。【解決手段】永久磁石式回転電機の回転子は、回転子鉄心と、当該回転子鉄心に形成された複数の挿入孔と、当該挿入孔に挿入された複数の永久磁石とを備えており、そして、前記永久磁石を内部に挿入する挿入孔を、前記回転子の１極当たり、少なくとも２分割すると共に、当該挿入孔に挿入された前記永久磁石が、それぞれ、前記回転子の磁極中心に対して非対称に配置されている。これにより、電機子磁束による反磁界の影響低減、同一電流通電時のトルクアップ、永久磁石の渦電流損低減、更には、小さい電流で弱め界磁運転が可能となり、もって、高効率で高速回転に適した高性能な永久磁石式回転電機が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の固定子と、当該固定子の内部において隙間を介して対向配置されると共に、回動可能に支持された回転子とを有する永久磁石式回転電機であって、
前記固定子は、固定子鉄心と、当該固定子鉄心に形成された複数の固定子スロットと、当該スロットと隣接して形成されたティースと、前記固定子スロット内に設けられた複数の相からなる電機子巻線とを備えており、
前記回転子は、回転子鉄心と、当該回転子鉄心に形成された複数の挿入孔と、当該挿入孔に挿入された複数の永久磁石とを備えており、そして、
前記永久磁石を内部に挿入する挿入孔を、前記回転子の１極当たり、少なくとも２分割すると共に、当該挿入孔に挿入された前記永久磁石が、それぞれ、前記回転子の磁極中心に対して非対称に配置さ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】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石と挿入孔は、前記回転子の外周面に沿って配置されていると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
前記請求項２に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石は、アーク状の断面形状又は矩形状の断面形状を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石と挿入孔は、各磁極において、直線状に配置されると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置さ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】
前記請求項４に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石は、矩形状の断面形状を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
前記請求項５に記載した永久磁石式回転電機において、前記進み位置での前記永久磁石の厚さが、前記遅れた位置での前記永久磁石の厚さよりも小さいことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石と挿入孔は、各磁極において、階段状に配置されると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項８】
前記請求項７に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石は、矩形状の断面形状を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項９】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石と挿入孔は、各磁極において、Ｖ字状に配置されると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１０】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子に形成した前記挿入孔の端部には、湾曲部を形成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１１】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の複数の磁極間には、凹部を形成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１２】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の各磁極の外周近傍には、スリットを形成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項１３】
複数の渦巻状ラップを組み合わせて圧縮室を形成し、旋回スクロール部材を介して当該渦巻状ラップを回転駆動することによって当該圧縮室内で流体の圧縮を行う圧縮機と、
前記圧縮機の旋回スクロール部材をクランク軸を介して回転駆動する駆動手段を備えた圧縮機であって、
当該駆動手段として、前記請求項１〜１２のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機を用いてい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、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、冷凍庫などの圧縮機に使用されるに好適な永久磁石式回転電機及びそれを用いた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子鉄心内に永久磁石を埋め込んだ埋込み磁石式の回転子では、永久磁石を外径側に配置すると発生するトルクが向上するものの、他方、永久磁石の減磁が問題となる場合がある。これは、永久磁石式回転電機では、回転子の永久磁石が作る磁界と、固定子で形成された回転磁界との間で、吸引力及び反発力によってトルクを発生しており、そのため、当該反発力でトルクを発生する部位では、永久磁石に反磁界が加わるためである。これに対し、永久磁石を内径側に配置することによれば、永久磁石の減磁を防止することは出来るものの、同一電流を通電した場合、永久磁石を外径側に配置した場合に比較して、発生するトルクが低下するという問題が生じる。
【０００３】
そこで、例えば、以下の特許文献１に記載された永久磁石式回転電機（特に、図１０）においては、各極を構成する永久磁石を円周方向に対して非対称に構成、具体的には、傾斜させて配置することにより、特定回転方向のトルク向上を図りながら、永久磁石の減磁を防止する構造が既に提案されている。
【０００４】
また、永久磁石式回転電機の高効率化のためには、同一電流通電時における発生トルクを向上させればよい。そこで、以下の特許文献２に記載の永久磁石式回転電機においては、回転子鉄心の極間に磁束の短絡を防止するために凹部を設け、もって、永久磁石の磁束が回転子鉄心内で短絡するのを防止してトルク発生に有効に利用する構造が既に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第3403690公報
【特許文献２】特開2004-7875号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術は、同一電流通電時のトルク向上および永久磁石の減磁防止に着目して提案されたものであり、かかるトルク向上策による銅損低減は、特に、弱め界磁運転をしない場合、即ち、電動機の中・低速領域での運転における効率の向上には効果があるが、しかしながら、上述した弱め界磁運転を行う高速領域では、永久磁石の磁束を弱めるために必要な電機子電流をできるだけ低減することによって効率の向上を図るとの観点からは、課題であった。併せて、永久磁石式回転電機の高効率化を図るには、永久磁石の渦電流損の低減も重要であり、そのための解決策も重要である。
【０００７】
即ち、本発明では、中・低速領域だけではなく、低速から高速までの広い領域において、高効率で、かつ高性能な永久磁石式回転電機、及び、それを用いた圧縮機を提供することをその目的とする。
【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、本発明によれば、まず、円筒状の固定子と、当該固定子の内部において隙間を介して対向配置されると共に、回動可能に支持された回転子とを有する永久磁石式回転電機であって、前記固定子は、固定子鉄心と、当該固定子鉄心に形成された複数の固定子スロットと、当該スロットと隣接して形成されたティースと、前記固定子スロット内に設けられた複数の相からなる電機子巻線とを備えており、前記回転子は、回転子鉄心と、当該回転子鉄心に形成された複数の挿入孔と、当該挿入孔に挿入された複数の永久磁石とを備えており、そして、前記永久磁石を内部に挿入する挿入孔を、前記回転子の１極当たり、少なくとも２分割すると共に、当該挿入孔に挿入された前記永久磁石が、それぞれ、前記回転子の磁極中心に対して非対称に配置されている永久磁石式回転電機が提供される。
【０００９】
また、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石と挿入孔は、前記回転子の外周面に沿って配置されていると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていることが好ましく、更には、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石は、アーク状の断面形状又は矩形状の断面形状を有することが好ましい。
【００１０】
更に、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石と挿入孔は、各磁極において、直線状に配置されると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていることが好ましく、更には、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石は、矩形状の断面形状を有することが好ましい。加えて、前記進み位置での前記永久磁石の厚さが、前記遅れた位置での前記永久磁石の厚さよりも小さいくてもよい。
【００１１】
更に、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石と挿入孔は、各磁極において、階段状に配置されると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていることが好ましく、そして、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石は、矩形状の断面形状を有することが好ましい。
【００１２】
或いは、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の１極当たり少なくとも２分割された永久磁石と挿入孔は、各磁極において、Ｖ字状に配置されると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていてもよい。
【００１３】
加えて、前記に記載した永久磁石式回転電機においては、前記回転子に形成した前記挿入孔の端部には、湾曲部を形成することが好ましく、又は、前記回転子の複数の磁極間には、凹部を形成することが好ましい。又は、前記回転子の各磁極の外周近傍には、スリットを形成してもよい。
【００１４】
そして、本発明によれば、更に、複数の渦巻状ラップを組み合わせて圧縮室を形成し、旋回スクロール部材を介して当該渦巻状ラップを回転駆動することによって当該圧縮室内で流体の圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機の旋回スクロール部材をクランク軸を介して回転駆動する駆動手段を備えた圧縮機であって、当該駆動手段として、前記に記載の永久磁石式回転電機を用いていることを特徴とする圧縮機が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
以上の本発明によれば、永久磁石の減磁を防止すると共に、所望のトルクを得るために必要な電流と、弱め界磁運転に必要な電流を低減することができ、更には、永久磁石の渦電流損を抑制することができるため、低速から高速運転まで、高効率で高性能な永久磁石式回転電機を提供できる。また、回転時の応力の集中を緩和して、高速回転に適した永久磁石式回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明になる永久磁石式回転電機の全体構造を示す断面図である。
【図２】本発明の原理を説明する実施例１になる永久磁石式回転電機、特に、その回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例２になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例３になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図５】上記実施例３になる回転子を備えた永久磁石式回転電機による実際の運転時における効率の測定結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例４になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例５になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例６になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図９】本発明の実施例７になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施例８になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施例９になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施例１０になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施例１１になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細構造を示す断面図である。
【図１４】上記の本発明の永久磁石式回転電機を採用した圧縮機の内部構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各図中において、共通する符号は同一の構成要素を示しており、また、以下の実施例では、主に、４極の永久磁石式回転電機に関連して説明を行う。
【実施例１】
【００１８】
まず、本発明の動作原理を説明するため、本発明の第１の実施例（実施例１）になる永久磁石式回転電機について説明する。なお、添付の図１は、実施例１になる永久磁石式回転電機の断面図であり、図２は、当該実施例１の永久磁石式回転電機における、特に、回転子の断面図である。
【００１９】
この図１において、永久磁石式回転電機１は、円筒状の固定子２と、当該円筒状の固定子の内部に回動可能に取り付けられた回転子３とから構成される。固定子２は、複数のティース４とコアバック５からなる固定子鉄心６と、当該複数のティース４間のスロット７内においてティース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）から構成されている。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、そのスロットピッチは、電気角で１２０度である。
【００２０】
次に、図２において、円筒状の回転子３は、その中心にシャフト孔１５を形成した回転子鉄心１２を備え、その内部には、当該回転子の外周面に沿って湾曲した形状の２つの磁石挿入孔１０（１０ａ、１０ｂ）が形成されており、これらの孔には、それぞれ、例えば、希土類のネオジムからなる、アーク状の断面形状を持った永久磁石１４（１４ａ、１４ｂ）が埋設されている。そして、これら永久磁石１４より外径側の鉄心が磁極鉄心１３を構成し、上記回転子鉄心１２の内径側と外径側（即ち、磁極鉄心１３）は、所謂、ブリッジ１６（１６ａ、１６ｂ）で結合される構成となっている。ここで、回転子３の磁極中心方向に延びる軸をｄ軸、磁極中心方向に対し、電気角で９０度だけ隔たった磁極間方向に延びる軸をｑ軸としている。また、図中の符号１１は、回転子鉄心１２の外周面の極間に設けられた凹部を示している。
【００２１】
本発明の特徴は、上記の図２からも明らかなように、永久磁石式回転電機を構成する、特に、回転子鉄心１２の回転子鉄心９内部に設けられた永久磁石の挿入孔１０と、その配置及び形状にある。即ち、本発明では、永久磁石挿入孔１０ａ、１０ｂは、一対のブリッジ１６ａ、１６ｂにより区画された１の磁極に対して、即ち、当該１極当たり２個に分割されて形成されており、その内部には、それぞれ、ネオジム永久磁石１４（１４ａ、１４ｂ）が埋設されている。そして、更に、回転子３の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石の挿入孔１０ａを、遅れた位置の永久磁石の挿入孔１０ｂよりも外径側に配置している（Ｄ＞ｄ）。換言すれば、これらの永久磁石の挿入孔１０ａ、１０ｂに挿入される永久磁石１４（１４ａ、１４ｂ）は、各磁極の円周方向において、その中心に対して（磁極鉄心１３の開度αの中心を通る線）、非対称に配置されている。これにより、挿入孔１０ａ内に挿入された永久磁石１４ａと固定子鉄心６（図１を参照）の内周面との間の距離は、挿入孔１０ｂ内に挿入された永久磁石１４ｂと固定子鉄心６の内周面との間の距離よりも短くなっている。
【００２２】
このように永久磁石式回転電機を構成した場合、次のような効果がある。即ち、特に、電動機の高速回転領域において上述した弱め界磁運転を行う場合、上記固定子鉄心側６から回転子３へ向かう磁束、そして、当該回転子３から上記固定子鉄心側６へ向かう磁束は、それぞれ、図中の矢印により示す方向に向かう。そのため、進んだ位置の挿入孔１０ａの永久磁石１４ａは当該磁束により増磁されることとなるが、他方、遅れた位置の挿入孔１０ｂの永久磁石１４ｂは、減磁されることとなる。この時、上述したように、遅れた位置の挿入孔１０ｂの永久磁石１４ｂは、進んだ位置の挿入孔１０ａの永久磁石１４ａに比べ、固定子鉄心６の内周面までの距離が大きくなることから、当該永久磁石の磁束を弱めるために必要な電機子電流をできるだけ低減することが可能となり、これにより、電動機の効率の向上を図ることが可能となる。特に、進んだ位置の挿入孔１０ａの永久磁石１４ａと、遅れた位置の挿入孔１０ｂの永久磁石１４ｂとを、それぞれ、分割することによれば、当該永久磁石１４に流れる渦電流を小さくできることから、当該渦電流による損失を低減でき、効率が向上することできる。
【００２３】
その理由としては、特に、弱め界磁運転では、永久磁石１４の磁束を弱めるものであるが、当該永久磁石１４の磁束方向と逆方向の磁束（反磁界）を固定子２側で形成することになる。従って、この逆方向磁束を、出来るだけ小さい電流で形成するためには、ｄ軸方向の磁束を流れやすくする必要がある。そこで、永久磁石の挿入孔１０を、複数、好ましくは、２つに分割することにより、その間のブリッジ１６ｂ（このブリッジ１６ｂは透磁性の鉄である）を介して、ｄ軸方向の磁束が流れ易くなるため、従来構造での電流よりも小さい電流により、上述した永久磁石１４の磁束を弱めることが可能になる。更に、永久磁石の挿入孔１０を２分割することにより、その内部に挿入される永久磁石１４での渦電流損をも低減できるため、更に効率が向上したものと推定される。
【００２４】
また、永久磁石の挿入孔１０を、上述したように、その間に形成されるブリッジ１６ｂにより、１極当たり２個に分割することによれば、特に、高速回転時での遠心力により当該ブリッジ１６ａに掛る応力を分散することができる。更に、永久磁石の挿入孔１０の端部にＲ（湾曲部）を設けることによれば、応力が最も集中する挿入孔１０の端部の応力を分散し、高速回転時における回転子鉄心１２の変形を抑制することができる、そのため、永久磁石式回転電機１の駆動可能な最高回転数を更に向上することが可能となる。
【００２５】
なお、ここで、上述したように、特に、遅れ位置の挿入孔１０ｂに挿入される永久磁石１４ｂは、反磁界の影響を、他方の永久磁石１４ａよりも多く受けることから，減磁し易い。そのため、特に、遅れ位置の永久磁石１４ｂを、他の永久磁石１４ａよりも保磁力の高い材料とすることにより、永久磁石の減磁が起き難い構造とすることが出来る。
【００２６】
以上に述べた結果に鑑み、永久磁石式回転電機において、上記の図２にも示す本発明になる構成の回転子とすることで、低速運転時には、所望のトルクを得るために必要な電流と永久磁石の渦電流損を低減できると共に、永久磁石の減磁をも防止することができる。加えて、高速運転時では、弱め界磁運転に必要な電流と共に、永久磁石の渦電流損をも低減することが出来る、更には、永久磁石の減磁を防止し、そして、高速回転時の遠心力によりブリッジにかかる応力を分散することができる。即ち、本発明になる永久磁石式回転電機によれば、低速から高速領域までの広い範囲で、電動機の高効率化と、その最高回転数の向上を図ることができると共に、永久磁石の減磁をも防止することが可能な、換言すれば、高効率で高性能な永久磁石式回転電機が提供されることとなる。
【００２７】
なお、上述した実施例では、４極の永久磁石式回転電機について示すと共に。その回転子の極数と固定子のスロット数との比を２：３として説明を行ったが、本発明はそれにのみ限定されることなく、その他の極数、スロット数との比であっても、上記とほぼ同様の効果を得ることが可能である。
【００２８】
また、上記の実施例では、回転子鉄心１２の外周面の極間には、凹部１１を設けると共に、磁極鉄心１３の開度αを、電気角で１２０度の近傍に設定ことで、永久磁石１４の磁束を磁極の中心に集めている。しかしながら、磁極鉄心１３の開度αは、巻線ピッチと略一致させることによれば、永久磁石１４の磁束を更に有効に利用することが出来、その場合、他の極数やスロット数との比も変わることは、当業者であれば明らかであろう。
【００２９】
続いて、以下には、上記本発明の原理と共に詳細に説明した、本発明になる永久磁石式回転電機（実施例１）に加えて、当該本発明の原理を利用すると共に、実際の永久磁石式回転電機においても容易に適用可能な構造などを含めた種々の実施例について示す。
【実施例２】
【００３０】
図３は、本発明の実施例２になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、但し、上記図２と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００３１】
この図３に示す永久磁石式回転電機の回転子が、上記図２と異なる点は、上記の湾曲した（アーク状の断面形状）永久磁石１４ａ、１４ｂに代え、平板状で、その断面が矩形の永久磁石を利用し、それに伴って、その挿入孔１０ａ、１０ｂもその断面が矩形に形成した点である。なお、上記２枚の永久磁石１４ａ、１４ｂは、その対向部分が回転子３の外周面に対して凸となるように、所謂、逆「Ｖ」字状に配置されており、かつ、回転子の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石１４ａと遅れた位置の永久磁石１４ｂの間に段差が生じるように配置されている（Ｄ＞ｄ）。
【００３２】
このように構成することによれば、上記の図２に示した回転子と同様に、永久磁石１４の径方向高さは、回転子２の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石１４ａが遅れ側より低くなるため、上記の実施形態１と同様の効果が得られる。また、永久磁石挿入孔１０ａと永久磁石挿入孔１０ｂも、湾曲孔ではなく、矩形形状に形成すればよく、その製作が容易となる。また、これら永久磁石の挿入孔１０ａ、１０ｂも、その周方向端部にＲ（湾曲部）を設けた場合、よりブリッジ１６ｂの幅を均一にできるので、応力の集中を更に緩和することができると言う効果を発揮する。
【実施例３】
【００３３】
続いて、添付の図４は、本発明の実施例３になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、但し、ここでも同様に、上記図２と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００３４】
この図４に示す永久磁石式回転電機の回転子において、上記の実施例と異なる点は、図からも明らかなように、上記の２つに分割された永久磁石を断面が矩形形状の永久磁石１４ａと１４ｂとすると共に、永久磁石の挿入孔１０ａ、１０ｂを、磁極鉄心１３の外周面に沿うのではなく、直線状に、かつ、各磁極の中心線（磁極鉄心１３の開度αの中心を通る線）の垂線に対して傾斜して直線状に配列した点である。なお、これらの２つに分割された永久磁石１４ａと１４ｂも、上記と同様、各磁極の円周方向において、その中心に対して非対称に配置されている。即ち、回転子３の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石の挿入孔１０ａを、遅れた位置の永久磁石の挿入孔１０ｂよりも外径側に配置している（Ｄ＞ｄ）。
【００３５】
このように構成することによっても、上記の実施例と同様に、永久磁石１４の径方向高さは、回転子２の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石１４ａが遅れ側より低くなるため、上記と同様の効果が得られる。また、本実施例でも、永久磁石挿入孔１０ａと永久磁石挿入孔１０は矩形状に形成すればよく、その製作が容易となる。また、これら永久磁石の挿入孔１０ａ、１０ｂも、その周方向端部にＲ（湾曲部）を設けた場合、よりブリッジ１６ｂの幅を均一にできるので、応力の集中を更に緩和することができると言う効果を発揮する。
【００３６】
添付の図５（ａ）、（ｂ）は、上述した本発明になる永久磁石式回転電機により得られた効率を、従来の構造になる永久磁石式回転電機での効率と比較して示した効率測定結果であり、ここでは、従来構造の場合の効率を基準（１．０００）として、その相対値により表示している。なお、図５（ａ）は、電動機の高速回転時以外（中・低速回転時）での、そして、図５（ｂ）は、弱め界磁運転時（高速回転時）での測定結果である。
【００３７】
特に、図５（ａ）にも示すように、永久磁石１４とその挿入孔１０を２分割（１４ａ、１４ｂ）（１０ａ、１０ｂ）することで、効率が向上することがわかる。これは、永久磁石挿入孔１０を２分割することで永久磁石１４に流れる渦電流を小さくでき、渦電流損を低減できたためと推定される。
【００３８】
更に、図５（ｂ）は、電動機の高速回転時、すなわち、弱め界磁運転を行っている場合の効率の測定結果であり、この結果からも明らかなように、永久磁石１４とその挿入孔１０を２分割することで、その効率が更に向上することがわかる。
【実施例４】
【００３９】
図６は、本発明の実施例４になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、上記図４に示した実施例３の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００４０】
本実施例が上記図４と異なる点は、特に、回転子２の回転方向に対して遅れた位置の永久磁石１４ｂの厚さを、進んだ位置の永久磁石１４ａよりも厚くしたことである。なお、このような構成によっても、上記で示したと同様の効果が得られると共に、上記図２に示した構造に比較して、遅れた位置の永久磁石１４ｂは反磁界の影響を受け難くなることから、上記実施例２よりも永久磁石１４ｂの減磁を抑制することが可能となるという効果が得られる。
【実施例５】
【００４１】
図７は、本発明の実施例５になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、上記図４に示した実施例３の他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００４２】
なお、本実施例が上記図４と異なる点は、進んだ位置の永久磁石１４ａと遅れた位置の永久磁石１４ｂ間に段差が生じるように、特に、遅れた位置の永久磁石１４ｂを更に内径側に配置したことである。なお、このような回転子の構成によっても、上記図２で示した実施形態２と同様の効果が得られると共に、上記図４で示した構造よりも、反磁界の影響を受け難くできることから、上記実施例２に比較して、遅れた位置の永久磁石１４ｂの減磁を抑制することができる。また、永久磁石の挿入孔１０ａ、１０ｂの周方向の端部にＲ（湾曲部）を設けることにより、ブリッジ１６ｂの幅を均一にできることから、応力の集中を更に緩和することができる。
【実施例６】
【００４３】
図８は、本発明の実施例６になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、上記図４に示した実施例３の更に他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００４４】
なお、この実施例の構成が上記図４と異なる点は、特に、二つの永久磁石１４ａと１４ｂを各磁極の中心線（磁極鉄心１３の開度αの中心を通る線）の垂線に対し傾斜させずに階段状に、即ち、図からも明らかなように、進んだ位置の永久磁石１４ａが、遅れた位置の永久磁石１４ｂよりも内径側に配置されていることである。
【００４５】
このような構成によっても、永久磁石の配置において上記図４とは異なるが、各磁極鉄心１３において、回転子の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石１４ａが遅れ側の永久磁石１４ｂより低くなるため（Ｄ＞ｄ）、上記の実施例と同様の効果が得られる。また、永久磁石の挿入孔１０ａ、１０ｂの周方向端部にＲ（湾曲部）を設けることにより、ブリッジ１６ｂの幅を均一にできることから、応力の集中を更に緩和することができることも上記と同様である。
【実施例７】
【００４６】
図９は、本発明の実施例７による永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、特に、上記図８に示した実施例６の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００４７】
本実施例が上記実施例７の構成と異なる点は、図からも明らかなように、特に、進んだ位置の永久磁石１４ａと遅れた位置永久磁石１４ｂとの間の段差を更に大きくし、即ち、遅れ側の永久磁石１４ｂを進み側の永久磁石１４ａよりも更に内径側に配置して、進み側永久磁石の挿入孔１０ａと遅れ側永久磁の石挿入孔１０ｂとが径方向で重なるようにし、もって、永久磁石１４ａと永久磁石１４ｂ間のブリッジ部１６ｂを周方向に設けたことである。
【００４８】
このように構成することによれば、進み側永久磁石１４ａと遅れ側永久磁石１４ｂ、更には、それら永久磁石の挿入孔１０ａ、１０ｂ，ブリッジ部１６ｂの配置が、特に、上記図４の構成とは異なるが、各、磁極鉄心１３において、回転子の回転方向に対して進んだ位置の方が遅れ側より低くなっていること、永久磁石１４ａと永久磁石１４ｂ間に鉄（ブリッジ部１６ｂ）があることから、やはり、上記の実施例と同様の効果が得られることとなる。
【実施例８】
【００４９】
図１０は、本発明の実施例８になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、特に、上記図４に示した実施例２の更に他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００５０】
この実施例８の構成では、特に、上記図４の構成とは異なり、上記の凹部１１に代わって、回転子鉄心１２の外周面の極間（ｑ軸側）に、磁束短絡防止用孔１７を設けることにより、磁束の短絡を防止すると共に、当該磁束短絡防止用孔１７によって、磁極鉄心１３の開度αを電気角で１２０度近傍にし、もって、永久磁石１４の磁束を磁極中心に集めている。なお、このような構成によっても、回転子鉄心１２の極間の形状は異なるが、しかし、上述した実施例と同様の効果が得られる。
【実施例９】
【００５１】
図１１は、本発明の実施例９になる永久磁石式回転電機における回転子の詳細を示す断面図であり、特に、上記図４に示した実施例２の更に他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００５２】
本実施例の構成の特徴は、図からも明らかなように、各磁極を構成する永久磁石１４を２個から３個にし、即ち、１極当たり３個に分割し、かつ、上記の実施例と同様に、回転子３の回転方向に対して進み側の永久磁石ほど遅れ側よりも外径側に配置されている点にある。すなわち、回転子３の外径側から近い順に、永久磁石１４ａ、永久磁石１４ｂ，永久磁石１４ｃと配置している。
【００５３】
このように構成することによっても、上記図４に示した実施例と同様の効果が得られると共に、更に、上記図４に示した構造に比較して、ｄ軸方向での磁束がより流れ易くなる。そのことによれば、より小さい電流で永久磁石１４の磁束を弱めることが可能となると共に、更には、高速回転時での遠心力によってブリッジ１６に加わる応力を分散することができるため、回転子の更に高速での回転が可能となる。
【実施例１０】
【００５４】
図１２は、本発明の実施例１０になる永久磁石式回転電機の詳細を示す断面図であり、本発明の他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００５５】
本実施例の構成において、特に、上記図３と異なるのは、２枚の永久磁石１４ａと１４ｂを、その対向部分が回転子３の外周面に対して凹となるように、所謂、「Ｖ」字状に配置されており、かつ、回転子の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石１４ａと遅れた位置の永久磁石１４ｂの間に段差が生じるように配置されている（Ｄ＞ｄ）。
【００５６】
このように構成することによって、上記の実施例になる回転子と同様に、永久磁石１４の径方向高さは、全体として、回転子２の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石１４ａが遅れ側より低くなるため、上記の実施形態１と同様の効果が得られる。また、永久磁石挿入孔１０ａと永久磁石挿入孔１０ｂも、湾曲孔ではなく、矩形状に形成すればよく、その製作が容易となる。また、これら永久磁石の挿入孔１０ａ、１０ｂも、その周方向端部にＲ（湾曲部）を設けた場合、よりブリッジ１６ｂの幅を均一にできるので、応力の集中を更に緩和することができる。
【実施例１１】
【００５７】
図１３は、本発明の実施例１１になる永久磁石式回転電機における回転子の詳細を示す断面図であり、特に、上記図４に示した実施例の更に他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
【００５８】
図からも明らかなように、本実施例の構成が上記図４と異なる点は、更に、各磁極の外周近傍の磁極鉄心１３にスリット１８を設け、もって、永久磁石１４の磁束が磁極鉄心１３の磁極中心に集合するようにした点にある。
【００５９】
なお、かかる構成によれば、磁極鉄心１３の重量を軽くすることが出来ることから、ブリッジ１６に掛る応力を小さくすることが可能となると共に、永久磁石１４による磁束の分布を正弦波に近づけることが可能となる。このように、磁束分布を正弦波に近づけることは、高調波成分を減少し、もって、トルク発生に寄与する基本波成分が増えることとなる。よって、上記図４で示した実施例３と同様の効果が得られると共に、上記実施形態３よりも更に高速回転が可能で、かつ、高効率な永久磁石式回転電機を提供することが可能となる。
【００６０】
最後に、添付の図１４は、以上に詳細に説明した本発明になる永久磁石式回転電機を回転駆動源として採用した、特に、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫などに用いられる圧縮機の内部構造を示す断面である。
【００６１】
図１４において、円筒状の圧縮容器６９内には、固定スクロール部材６０の端板６１に直立する渦巻状ラップ６２と、旋回スクロール部材６３の端板６４に直立する渦巻状ラップ６５とを噛み合わせて形成しており、そして、上記に構成を示した永久磁石式回転電機１によって、当該旋回スクロール部材６３を、クランク軸７２を介して、旋回運動させることによって、圧縮動作を行う。
【００６２】
固定スクロール部材６０および旋回スクロール部材６３によって形成される圧縮室６６（６６ａ、６６ｂ…）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６３、６０の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。圧縮室６６ａ、６６ｂが両スクロール部材６０、６３の中心近傍に達すると、両圧縮室６６内の圧縮ガスは圧縮室６６と連通した吐出口６７から吐出される。
【００６３】
吐出された圧縮ガスは、固定スクロール部材６０およびフレーム６８に設けられたガス通路（図示せず）を通って、フレーム６８下部の圧縮容器６９内に至り、圧縮容器６９の側壁に設けられた吐出パイプ７０から、電動圧縮機の外部に排出される。
【００６４】
また、電動圧縮機を駆動する永久磁石式回転電機１は、別置のインバータ（図示せず）によって制御され、圧縮動作に適した回転速度で回転する。
【００６５】
ここで、上記の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、回転子３に設けられるクランク軸７２は、その上部がクランク軸になっている。このクランク軸７２の内部には、油孔７４が形成されており、クランク軸７２の回転に伴って、圧縮容器６９の下部に設けられた油溜め部７３内の潤滑油が、油孔７４を介して、滑り軸受７５に供給される。
【００６６】
この圧縮機は、例えば、空気調和機、冷蔵庫、あるいは冷凍庫等の冷媒サイクルにおいて、冷媒の駆動源として用いられており、通常、一年中稼働していることから、地球温暖化の観点から、特に、省エネルギー化を図るためにも最重要な製品となっている。即ち、当該圧縮機は、可変速運転が可能であることから、低速回転から高速回転までの広い領域において、その効率を向上することが、省エネルギーを達成するためには重要である。このため、当該圧縮機を駆動するための永久磁石式回転電機１には、低速から高速までの広い回転数領域での高効率化が求められる。
【００６７】
ここで、低速運転時の効率を向上する手段として、電機子巻線８の巻数を多くすることで誘導起電力を大きくし、インバータのキャリア周波数の影響を小さくし、もって、損失の低減を図ることが考えられる。しかしながら、このように、永久磁石式回転電機１を構成すると、誘導起電力が大きくなるため、高速回転時は弱め界磁運転となる。この弱め界磁運転では、永久磁石の磁束を弱めるように電機子巻線に電流を通電するため、永久磁石の磁束からみると、反磁界となる電機子磁束が大きくなり、永久磁石の減磁が問題となる。
【００６８】
また、圧縮機を小形化するためには、永久磁石式回転電機１を高速運転する必要があるが、しかしながら、高速回転になる程、遠心力が大きくなるため、回転子鉄心１２の最大集中応力が問題となる。
【００６９】
上述した問題点に対し、上述した本発明になる永久磁石式回転電機を駆動源とした場合には、低速から高速運転までの広い範囲において、高効率で運転が可能な圧縮機が提供できる。即ち、以上に述べた本発明によれば、永久磁石の減磁を防止すると共に、所望のトルクを得るために必要な電流と、弱め界磁運転に必要な電流を低減することができ、更に永久磁石の渦電流損を抑制することができる。そのため、低速から高速運転までの広い範囲において、高効率、高性能な永久磁石式回転電機を提供でき、更には、回転時の応力の集中を緩和できるから、高速回転に適した永久磁石式回転電機を提供できる。
【符号の説明】
【００７０】
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、１０…永久磁石挿入孔、１１…凹部，１２…回転子鉄心、１３…磁極鉄心、１４…永久磁石、１５…シャフト孔、１６…ブリッジ、１７…磁束短絡防止用孔、１８…スリット、６０…固定スクロール部材、６１…端板、６９…圧縮容器、６０…固定スクロール部材、６２、６５…渦巻状ラップと、６３…旋回スクロール部材、７２…クランク軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012080713.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2012080713.tif 000008
【図７】
2012080713.tif 000009
【図８】
2012080713.tif 000010
【図９】
2012080713.tif 000011
【図１０】
2012080713.tif 000012
【図１１】
2012080713.tif 000013
【図１２】
2012080713.tif 000014
【図１３】
2012080713.tif 000015
【図１４】
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