(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２Ｎ極（Ｎは１以上の整数）を形成する無着磁状態の複数の磁石素材が設けられているロータを、３Ｎ個の磁極突起を有し、それぞれの磁極突起に集中巻線が施され、３相Ｙ結線されたステータ内に挿入する工程、
上記ロータの上記無着磁状態の隣接する磁石素材の切れ目と、上記ステータの隣接する磁極突起の溝開口部の中心とが一致するように回転方向への位置決め固定を行い、上記集中巻線の一部に高圧パルス電圧を印加する第１の着磁工程、及び
上記ロータを電気角で１８０度回転させ位置決め固定を行い、上記集中巻線の前回と同様の部分に前回と極性を反転させた高圧パルス電圧を印加する第２の着磁工程
を含み、
第１の着磁工程で着磁された永久磁石の発する磁束が漏れ磁束を抑制することを利用して、第１の着磁工程に対して、第２の着磁工程で印加する着磁電流のレベルを小さくしたことを特徴とするＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項２】
高圧パルス電圧を所定の２相間に印加することを特徴とする請求項１記載のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項３】
２Ｎ極（Ｎは１以上の整数）を形成する無着磁状態の複数の永久磁石が設けられているロータを、３Ｎ個の磁極突起を有し、３相Ｙ結線され中性点を有する集中巻線がそれぞれの磁極突起に施されたステータ内に挿入する工程、
所定の単相の磁極突起の中心と無着磁状態の磁石素材の中心とが一致するように回転方向への位置決め固定を行い、上記集中巻線の所定の単相間に高圧パルス電圧を印加する第１の着磁工程、及び
上記ロータを電気角で１８０度回転させ位置決め固定を行い、上記集中巻線の前回と同様の部分に前回と極性を反転させた高圧パルス電圧を印加する第２の着磁工程
を含み、
第１の着磁工程で着磁された永久磁石の発する磁束が漏れ磁束を抑制することを利用して、第１の着磁工程に対して、第２の着磁工程で印加する着磁電流のレベルを小さくしたことを特徴とするＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項４】
２Ｎ極（Ｎは１以上の整数）を形成する無着磁状態の永久磁石が設けられているロータを、３Ｎ個の磁極突起を有し、それぞれの磁極突起に集中巻線が施され、３相Ｙ結線されたステータ内に挿入する工程、
上記ロータと上記ステータの回転方向への位置決め固定を行い、上記集中巻線の３相間に高圧パルス電圧を印加する工程、及び
上記ロータを電気角で６０度回転させ位置決め固定を行い、上記集中巻線の所定の１相を除いた前回と同様の部分に前回と同一極性の高圧パルス電圧を印加する工程
を含むことを特徴とするＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項５】
ロータは埋め込み磁石形ロータであることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれかに記載のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項６】
上記ロータに用いられる磁石素材に希土類磁石を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項７】
上記ロータに用いられる磁石素材の形状を、磁石素材の中央部の厚みに対して、端部の厚みを小さくしたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項８】
２Ｎ個以下の磁石素材を設けたロータを用いて、磁石素材を２Ｎ極に着磁することを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれかに記載のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項９】
磁石素材にリング磁石を用いたことを特徴とする請求項４記載のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法
【請求項１０】
上記リング磁石の配向を極異方性としたことを特徴とする請求項９記載のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項１１】
上記ロータが上記ステータに挿入される前に、上記ステータを圧縮機筐体内に固着する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【請求項１２】
上記ロータの軸受け部を片持ち構造としたことを特徴とする請求項１１記載のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば冷蔵庫やエアコンの圧縮機駆動用などに用いられる集中巻線方式のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば冷蔵庫やエアコンの圧縮機モータなどには、回転数の制御が容易でかつ高効率なＤＣブラシレスモータが多く使用されている。図２２は従来のＤＣブラシレスモータの一例の断面図である。
【０００３】
図において、１は内周面に軸方向へ延びる２４本のスロット１ａが設けられている円筒状のステータコアであり、スロット１ａ間にはティース部１ｂが形成されている。２ａは各スロット１ａ内にそれぞれ挿入されている巻線であり、これらの巻線２ａは、３相４極を形成するようにＹ結線されている。また、巻線２ａは、スロット１ａ間に跨って分布巻線として巻かれている。３はステータコア１及び巻線２ａを有するステータである。
【０００４】
４はステータ３の軸線上に配置され、ステータ３に対して回転可能なロータ軸、５はロータ軸４に固定されているロータコア、６はロータコア５の外周面に固定されている複数の永久磁石であり、これらの永久磁石６は、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁される。７はロータ軸４、ロータコア５及び永久磁石６を有するロータであり、このロータ７とステータ３との間には、空隙８が設けられている。
【０００５】
従来の圧縮機駆動用のモータは、分布巻線方式のステータ３を用いるのが一般的であった。しかし、最近は、巻線技術の目覚ましい進歩により、スロット断面積に対する巻線断面積の比（占積率）を向上させ効率改善を図った集中巻線方式が注目を集めている。
【０００６】
集中巻線方式は、図２３に示すように、１つのティース部１ｂに巻線２を直接施す方式である。このため、巻線２の周長や、巻線２の端部の高さ寸法を小さくすることができ、巻線抵抗値を低減し、ひいては銅損を低減した高効率なＤＣブラシレスモータを提供することが可能となる。
【０００７】
ここで、上記のように構成されたＤＣブラシレスモータにおいては、分布巻線方式、集中巻線方式のいずれの巻線方式であっても、ロータ７に永久磁石６を用いているため、生産工程の中で永久磁石６を磁化するための着磁工程が必要となる。
【０００８】
例えば、特開昭５７−１４２１６５号公報又は特開平９−２４７９０９号公報には、従来のＤＣブラシレスモータの着磁方法が示されている。従来の着磁方法では、ステータ内にロータを組み込んだ後、着磁専用の着磁電源を用いてステータに７００Ｖ、１ｋＡ程度の高圧パルス電圧を印加し、永久磁石を磁化させていた。
【０００９】
図２４は分布巻線方式のステータ３を用いて組込着磁を行った場合の磁界分布を示した説明図である。本方式では、３相Ｙ結線の２相間に高圧のパルス電圧を印加して、ロータ部に均等な４極の磁界１７を与えることにより、永久磁石が着磁される。一般的に、分布巻線方式においては、ステータ３のスロット数が永久磁石の極数の整数倍であるため、磁界１７の分布は、永久磁石の極数と等しい均一な極を形成する。このため、上記のようなステータ内にロータを組み込んでの着磁が可能である。
【００１０】
一方、集中巻線方式においては、トルクの有効利用の観点から、スロット数と永久磁石の極数との組み合わせを、３相の場合で３：２や３：４などとするのが一般的である。このため、スロット数と極数との組み合わせの構造上、ステータ３の巻線の作る磁束は均一な極を形成できず、上記のような着磁方法は適用できなかった。
【００１１】
図２５は集中巻線を施したステータを用いて、分布巻線方式のステータと同様に３相Ｙ結線の２相間に高圧のパルスを印加した場合の磁界分布を示す説明図である。本図から明らかなように、ステータの巻線が作る磁界１７は不均一であるため、磁石の片側端部が着磁されず、不完全着磁となっている。
【００１２】
また、１ｂ部の先端部をショートして永久磁石に鎖交しない磁束が多いため、必要な着磁電流も増加してしまう。以上のような理由から、集中巻線方式のステータを用いた場合、分布巻線方式のステータと同様な組込着磁方式を適用することができなかった。
【００１３】
図２６は従来の集中巻線方式のステータを有するＤＣブラシレスモータの永久磁石の着磁装置を示す断面図、図２７は図２６の装置を用いた着磁方法を示すフローチャートである。従来、集中巻線方式のモータの永久磁石を着磁する場合、まず専用の着磁ヨーク９内にロータ７を挿入する（ステップＳ１）。着磁ヨーク９には、永久磁石６の極数の整数倍の数だけ磁極突起９ａが設けられている。これらの磁極突起９ａには、極性が交互に来るように巻線２ｂが施されている。
【００１４】
次に、着磁電源（図示せず）を用いて、パルス状の電圧を巻線２ｂに印加することにより均一な磁束を発生させる（ステップＳ２）。これにより、永久磁石６が着磁される。この後、ロータ７を着磁ヨーク９から取り外し、モータのステータ３内へ組み込む（ステップＳ３）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記にように構成された従来の集中巻線方式を用いたＤＣブラシレスモータの着磁方法においては、専用の着磁ヨーク９を用いて着磁した後、着磁ヨーク９からロータ７を取り出し、さらにロータ７をステータ３に組み込む作業が必要となるため、作業工程が増加してしまう。しかも、強力な磁力を持ったロータ７を、１ｍｍ以下の隙間８を隔てただけのステータ３の内側に組み込む作業には特に手間がかかってしまう。
【００１６】
また、着磁されたロータ７を着磁ヨーク９から取り出して大気中に開放すると、永久磁石６のパーミアンス係数が低下し、磁気的に不安定な状態となり、特に大気中の温度が高い状況下では、永久磁石６の減磁を生じる恐れがあった。さらに、着磁されたロータ７の管理は難しく、着磁後、ステータ３に組み込む前にロータ７の表面に磁性体の破片などが付着した場合、そのまま圧縮機に組み込まれると圧縮機の細管を詰まらせ、圧縮機の故障の原因となっていた。
【００１７】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、集中巻線方式のモータのロータを容易に着磁することができるとともに、ステータへのロータの組込を容易にすることができ、また永久磁石の減磁を防止することができ、さらにロータへの磁性体の付着を防止することができるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るＤＣブラシレスモータの組込着磁方法は、２Ｎ極（Ｎは１以上の整数）を形成する無着磁状態の複数の磁石素材が設けられているロータを、３Ｎ個の磁極突起を有し、それぞれの磁極突起に集中巻線が施され、３相Ｙ結線されたステータ内に挿入する工程、ロータの無着磁状態の隣接する磁石素材の切れ目と、ステータの隣接する磁極突起の溝開口部の中心とが一致するように回転方向への位置決め固定を行い、集中巻線の一部に高圧パルス電圧を印加する第１の着磁工程、及びロータを電気角で１８０度回転させ位置決め固定を行い、集中巻線の前回と同様の部分に前回と極性を反転させた高圧パルス電圧を印加する第２の着磁工程を含み、第１の着磁工程で着磁された永久磁石の発する磁束が漏れ磁束を抑制することを利用して、第１の着磁工程に対して、第２の着磁工程で印加する着磁電流のレベルを小さくしたものである。
【００１９】
また、高圧パルス電圧を所定の２相間に印加するものである。
【００２０】
また、この発明に係るＤＣブラシレスモータの組込着磁方法は、２Ｎ極（Ｎは１以上の整数）を形成する無着磁状態の複数の永久磁石が設けられているロータを、３Ｎ個の磁極突起を有し、３相Ｙ結線され中性点を有する集中巻線がそれぞれの磁極突起に施されたステータ内に挿入する工程、所定の単相の磁極突起の中心と無着磁状態の磁石素材の中心とが一致するように回転方向への位置決め固定を行い、集中巻線の所定の単相間に高圧パルス電圧を印加する第１の着磁工程、及びロータを電気角で１８０度回転させ位置決め固定を行い、集中巻線の前回と同様の部分に前回と極性を反転させた高圧パルス電圧を印加する第２の着磁工程を含み、第１の着磁工程で着磁された永久磁石の発する磁束が漏れ磁束を抑制することを利用して、第１の着磁工程に対して、第２の着磁工程で印加する着磁電流のレベルを小さくしたものである。
【００２１】
また、この発明に係るＤＣブラシレスモータの組込着磁方法は、２Ｎ極（Ｎは１以上の整数）を形成する無着磁状態の永久磁石が設けられているロータを、３Ｎ個の磁極突起を有し、それぞれの磁極突起に集中巻線が施され、３相Ｙ結線されたステータ内に挿入する工程、ロータとステータの回転方向への位置決め固定を行い、集中巻線の３相間に高圧パルス電圧を印加する工程、及びロータを電気角で６０度回転させ位置決め固定を行い、集中巻線の所定の１相を除いた前回と同様の部分に前回と同一極性の高圧パルス電圧を印加する工程を含むものである。
【００２２】
また、埋め込み磁石形ロータを用いたものである。
【００２４】
また、磁石素材に希土類磁石を用いたものである。
また、磁石素材の形状を、磁石素材の中央部の厚みに対して、端部の厚みを小さくしたものである。
また、２Ｎ個以下の磁石素材を設けたロータを用いて、磁石素材を２Ｎ極に着磁するものである。
また、磁石素材にリング磁石を用いたものである。
また、リング磁石の配向を極異方性としたものである。
また、ロータがステータに挿入される前に、ステータを圧縮機筐体内に固着する工程を含むものである。
また、ロータの軸受け部を片持ち構造としたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を示すフローチャート、図２は図１の方法によりモータを着磁する様子を示す断面図、図３は図２の後段の状態を示す断面図、図４は圧縮機にＤＣブラシレスモータを組み込んでロータを回転自在に保持するための保持構造を示す断面図、図５は図４の圧縮機を組み込んだ冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図で、ここでは室内機と室外機とから成るセパレート型のルームエアコンを示している。
【００２６】
図において、１は内周面に軸方向へ延びる複数のスロット１ａが設けられている円筒状のステータコアであり、スロット１ａ間には磁極突起としてのティース部１ｂが形成されている。２はティース部１ｂに直接巻き付けられている３相Ｙ結線の集中巻線、３はステータコア１及び巻線２を有するステータである。
【００２７】
４はステータ３の軸線上に配置され、ステータ３に対して回転可能なロータ軸、５はロータ軸４に固定されているロータコア、６はロータコア５の外周面に固定されている複数の永久磁石であり、これらの永久磁石６は、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁される。また、永久磁石６は、フェライト又はネオジなどを主成分に構成されている。７はロータ軸４、ロータコア５及び永久磁石６を有するロータであり、このロータ７とステータ３との間には、空隙８が設けられている。
【００２８】
図５において、１５は圧縮機、３２は冷房運転及び暖房運転の冷媒の流れを切換える流路切換え手段で例えば四方弁、３３は室外熱交換器、４４は第１流量制御装置、３５は室内熱交換器、４１は室外ユニット、４２は室内ユニットであり、これらは配管によって順次接続され冷凍サイクルを構成している。この冷凍サイクルの冷媒には、ＨＦＣ系冷媒で、Ｒ３２とＲ１２５の混合冷媒であるＲ４１０Ａが用いられ、冷凍機油としてはアルキルベンゼン系油が用いられている。その他冷媒としてはＲ４０７Ｃなどが、冷凍機油としては鉱油、エステル油などが適用可能である。
【００２９】
次に、着磁方法について説明する。まず、ステータ３は、焼きばめなどにより、圧縮機１５の筐体１０に予め固定しておく。そのステータ３の内側に０．５〜１ｍｍ程度の空隙８を隔てて、無着磁（未着磁）の永久磁石（磁石素材）６を有するロータ７を挿入し、回転可能な状態で保持する。なお、ロータは、図４で示すように片持ち軸受け部１１により、圧縮機要素部１２側のみで回転可能となるように保持する構造となっている。従って、圧縮機要素部１２の反対側には軸受けや、圧縮要素部などの構造物はなく、空間部１３を有する構造となっている。次に、ロータ７とステータ３とが所定の位置関係となるようにステータ３に対するロータ７の回転方向への位置決めを行う（ステップＳ１１）。
【００３０】
このとき、図２の位置、即ちＵ相の巻線２が施されたティース部１ｂと、Ｖ相の巻線２が施されたティース部１ｂとによって形成されるスロット１ａの中央（溝開口部の中心）に永久磁石６の継ぎ目（隣接する磁石素材の切れ目、即ち着磁後を想定した場合のＮ極とＳ極との境界）が来るようにロータ７を位置決めする。後述する工程において、着磁のための永久磁石６と巻線２との位置関係はロータの回転方向に移動させるものであるから、永久磁石６の継ぎ目合わせと着磁のためのロータ位置変更とが同じロータ回転方向で行える。また、永久磁石６の継ぎ目を合わせることで、作業者が目視で永久磁石６と巻線２との位置関係を確認することができる。
【００３１】
また、ロータコア５の軸端部には、軸方向へ延びる位置決め用の穴又は切欠等の位置決め部１４が設けられており、この穴又は切欠等の位置決め部１４に位置決め回転手段（図示せず）の係合部（複数のピン等）を係合させることにより、ロータ７の位置決めが行われる。
【００３２】
次に、３相のうち、Ｕ相及びＶ相の２相間に着磁電源（図示せず）を用いて高圧の直流パルス電圧を瞬間的に印加する（ステップＳ１２：第１の着磁工程）。高圧パルス電圧を印加することによって、Ｙ結線されたステータ３の巻線には瞬間的に、図２に示す向きにピーク１ｋＡ程度のパルス状の大電流が流れ、図中の向きに磁界１７が発生する。
【００３３】
このとき、巻線２に流れる電流によって発生した磁束は、Ｕ相のティース部１ｂ先端面とＶ相のティース部１ｂ先端面とに対向した永久磁石６の領域を鎖交して流れることによって、磁束が鎖交した部分のみ着磁が行われる。従って、この時点では、磁束の鎖交しないＷ相のティース部１ｂの先端面と対向する永久磁石６の領域は完全な着磁はされず、永久磁石６全体としては、不完全な着磁状態にある。
【００３４】
この後、位置決め回転手段のモータを駆動させ、電気角で１８０度（この例では、４極なので機械角で９０度）、ロータ７を任意の向きに回転させた後、位置決め回転手段によりロータ７を固定する（ステップＳ１３）。このとき、ロータ７の固定は、第１の着磁工程で行ったロータの固定よりも、強固に行う。これは、第１の着磁工程で、永久磁石素材の６０％程度が着磁されているため、後述する第２の着磁工程で高圧パルス電圧を印加した瞬間に、電機子巻線に大電流が流れ、この電流と第１の工程で着磁された永久磁石の作る磁束との間にフレミングの左手の法則によるトルクが作用するためである。
【００３５】
次に、集中巻線２の第１の着磁工程と同様の相間（Ｕ−Ｖ間）に、前回と極性を反転させた高圧パルス電圧を印加する（ステップＳ１４：第２の着磁工程）。ここで、着磁電源は、通電方向の切換が可能になっている。このように、２回目の電圧印加により図３に示すような磁界１７が発生し、永久磁石６の残りの部分が着磁され、完全な着磁状態に至る。着磁後に、位置決め回転手段が撤去され、圧縮機１５にカバー１６が被せられる。
【００３６】
このように、集中巻線２のステータ３を用いて、永久磁石６の着磁を行うことで、専用の着磁ヨークが不要となるため、外部の着磁ヨークを用いて永久磁石を着磁した後、ロータ内に永久磁石を組み付ける生産方法と比べて、生産工数を大幅に削減でき製造ラインの簡略化を図ることができる。また、集中巻きステータを用いて組込着磁を行うことで、従来の分布巻きステータを用いて行う組込着磁と比べて、ステータのコイルエンド部を約１／２と格段に小さくさせることができるため、分布巻きの組込着磁時に過大な電流が巻線に流れることで生じていた巻線の変形によるコイルの絶縁皮膜破壊がなくなり信頼性の高いモータが実現できる。
【００３７】
また、巻線の変形が生じなくなったことにより、従来の分布巻きステータで用いていた巻線の変形を防止するための巻線固定用のワニス処理が不要となり安価なモータが提供できる。また、第１の着磁工程及び第２の着磁工程において、磁石素材の切れ目を、隣接する磁極突起の溝開口部中心と一致するように位置決めしたので、磁石の切れ目を境に、Ｎ極Ｓ極となるような異極の磁極を有した永久磁石が形成されるため、永久磁石の切れ目（空隙）を介して同極の磁極が形成される様な磁石の位置決めを行わない着磁方法と比べて、磁石の切れ目による磁力の損失がなくなり、永久磁石の磁力を向上させることができ、電流を低減した銅損の小さい高効率のモータを提供することができる。
【００３８】
また、圧縮機１５の筐体１０にステータ３とロータ７を組み込んだ状態で、永久磁石の着磁が行われるので、着磁後に鉄粉などがロータに付着することがなくなり、圧縮機１５の運転中に鉄粉が圧縮機１５内部に飛び散り、圧縮機１５に接続された細管（図示せず）に鉄粉が入り込み、細管を詰まらせて故障するといった不具合がなくなる。また、ステータ３内に組み込まれた状態で永久磁石６の着磁が行われるので、永久磁石６のパーミアンス係数は高く、磁気的に安定した状態が保たれる。従って、着磁後の永久磁石６が大気中に開放される場合と異なり、永久磁石６の減磁の恐れがなく、信頼性の高いＤＣブラシレスモータを得ることができる。
【００３９】
また、圧縮機１５にモータを組み込む際、ロータの軸受け部の構造を、圧縮機要素部１２側でロータ軸を回転自在に保持する片持ち軸受け部１１で構成することで、反軸受け部側には空間部１３ができるため、ロータの回転方向への位置決めを行うための位置決め回転手段を容易に装着することが可能となる。これにより、ロータの回転方向への位置決め固定が容易に行えるようになり、位置決め精度が向上し、信頼性の高い組込着磁が実現できる。
【００４０】
なお、実施の形態１では、４極のモータを例に説明したが、２Ｎ極（Ｎは１以上の整数）のモータについても同様の方法で組込着磁を行うことができる。また、実施の形態１では、Ｕ−Ｖ相間の励磁を例に説明したが、Ｕ−Ｖ相の通電の代わりに、Ｖ−Ｗ相やＵ−Ｗ相を基準に励磁をしても同様の効果が得られる。
【００４１】
また、実施の形態１では、第１の着磁の工程及び、第２の着磁の工程で各１回づつの高圧パルス電圧を印加して着磁を行っていたが、この代わりに、各工程で複数回の高圧パルス電圧を印加しても同様の効果が得られる。例えば、第１の着磁工程及び、第２の着磁工程で連続的にそれぞれ２回づつの高圧パルスを印加する方法や、第１の着磁工程で２回、第２の着磁工程で１回などといった方法が考えられる。このように、各工程で複数回の連続的な高圧パルス電圧を印加することで、より確実に信頼性の高い組込着磁が実現できる。
【００４２】
さらに、実施の形態１では、説明の簡略化のため、永久磁石６を表面に配置した構成のＤＣブラシレスモータを例に説明したが、例えば図６〜図８に示すように、永久磁石６をロータコア５内に埋め込んだ埋め込み磁石形のＤＣブラシレスモータについても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４３】
この実施の形態の圧縮機１５は、圧縮機筐体１０内で高圧パルス電圧を所定の集中巻線の端子の一部に印加することで、ロータの永久磁石に着磁したＤＣブラシレスモータを、圧縮機筐体１０内に保持したままカバー１６を被せるので、ロータに磁性体などの不純物が付着することを防止できる。
【００４４】
そして、図５に示すようにこのような圧縮機１５を搭載し、凝縮器（冷房時では室外熱交換器３３、暖房時では室内熱交換器３５）、蒸発器（冷房時では室内熱交換器３５、暖房時では室外熱交換器３３）が順次接続された冷凍サイクル装置は、冷媒にＨＦＣ系冷媒が用いられている。ＨＦＣ系冷媒は冷凍機油との相溶性が低いため、冷凍機油は冷凍サイクル中の配管内に付着しやすく、この油に磁性体等の不純物が付着して配管詰まりや伝熱性能の低下を引き起こすことがあるが、この実施の形態ではＤＣブラシレスモータの永久磁石の着磁を圧縮機筐体に固定した状態で行え、着磁後カバーをすることができるから、ロータへの不純物の付着が無く、冷凍サイクル中への不純物の付着を低減でき、ＨＦＣ系冷媒の冷凍サイクルに好適な信頼性の高い冷凍サイクル装置が得られる。
【００４５】
実施の形態２．
次に、図９はこの発明の実施の形態２によるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を示すフローチャート、図１０は図９の方法によりモータを着磁する様子を示す断面図、図１１は図１０の後段の状態を示す断面図である。この例の集中巻線２は、３相Ｙ結線で中性点を有している。他の構成は、実施の形態１とほぼ同様である。
【００４６】
次に、着磁方法について説明する。まず、ステータ３は、圧縮機１５の筐体１０に予め固定しておく。そのステータ３の内側に０．５〜１ｍｍ程度の空隙８を隔てて、無着磁（未着磁）の永久磁石（磁石素材）６を有するロータ７を挿入し、回転可能な状態で保持する。次に、ロータ７とステータ３とが所定の位置関係となるようにステータ３に対するロータ７の回転方向への位置決めを行う（ステップＳ２１）。
【００４７】
このとき、図１０の位置、即ちＵ相の巻線２が施されたティース部１ｂの極中心に着磁後を想定した場合の永久磁石６の極中心が来るようにロータ７を位置決めする。ロータ７の回転及び位置決めは、実施の形態１と同様の位置決め回転手段により行われる。
【００４８】
次に、３相のうち、Ｕ相と中性点の単相間に着磁電源を用いて高圧の直流パルスを瞬間的に印加する（ステップＳ２２）。高圧パルス電圧を印加することによって、ステータ３のＵ相の巻線２には瞬間的に、図１０に示す向きにパルス状の大電流が流れ、図中の向きに磁界１７が発生する。
【００４９】
このとき、巻線２に流れる電流によって発生した磁束は、Ｕ相のティース部１ｂ先端面を経由して、Ｕ相のティース部１ｂ先端面と対向した磁石面に鎖交する。その後、永久磁石６を鎖交した磁束は、磁気的に安定な無通電相のＶ相及びＷ相のティース部１ｂへ向かって２方向に分岐して流れる。これによって、磁束が鎖交したＵ相のティース部１ｂに対向する永久磁石６の極中心付近、及びＵ相のティース部１ｂと対向しない永久磁石６の両端部付近の着磁が行われる。従って、この時点では、磁束の鎖交しないＵ相のティース部１ｂと対向する永久磁石６の両端付近、及びＵ相のティース部１ｂと対向しない永久磁石６の極中心付近は不完全な着磁状態である。
【００５０】
この後、位置決め回転手段のモータを駆動させ、電気角で１８０度（この例では、４極なので機械角で９０度）、ロータ７を任意の向きに回転させた後、位置決め回転手段によりロータ７を固定する（ステップＳ２３）。次に、集中巻線２の前回と同様の単相間（Ｕ−中性点間）に、前回と極性を反転させた高圧パルス電圧を印加する（ステップＳ２４）。このように、２回目の電圧印加により図１１に示すような磁界１７が発生し、永久磁石６の残りの部分が着磁され、完全な着磁状態に至る。
【００５１】
このように、中性点を有する集中巻線２のステータ３を用いて、単相間に高圧パルス電圧を印加する２回着磁方法によって、より簡単な結線でロータ７の組込着磁を行うことができる。
【００５２】
実施の形態３．
図１２は、この発明の実施の形態３によるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を示すフローチャート、図１３は図１２の方法によりモータを着磁する様子を示す断面図、図１４は図１３の後段階の状態を示す断面図である。モータの構成は実施の形態１と同様である。
【００５３】
次に、着磁方法について説明する。まず、ステータ３は、圧縮機の筐体に予め固定しておく。そのステータ３の内側に０．５〜１ｍｍ程度の空隙８を隔てて、無着磁（未着磁）の永久磁石（磁石素材）６を有するロータ７を挿入し、回転可能な状態で保持する。次に、ロータ７とステータ３とが所定の位置関係となるようにステータ３に対するロータ７の回転方向への位置決めを行う（ステップＳ３１）。
【００５４】
このとき、図１３の位置、即ちＵ相の巻線２が施されたティース部１ｂとＷ相の巻線２が施されたティース部１ｂとによって形成されるスロット１ａの中央に永久磁石６の継ぎ目（着磁後を想定した場合のＮ極とＳ極の境界）が来るようにロータ７を位置決めする。ロータ７の回転及び位置決めは、実施の形態１と同様の位置決め回転手段により行われる。
【００５５】
次に、３相のうち、所定の１相は正の電極側に接続し、残りの２相は短絡して負の電極側に接続することにより、３相間に着磁電源（図示せず）を用いて高圧の直流パルス電圧を瞬間的に印加する（ステップＳ３２）。このとき、例えば、Ｕ相を正、Ｖ相とＷ相を短絡して負の電極側に接続した場合、高圧パルス電圧を印加することによって、図１３に示すＵ相端子からＶ相端子及び、Ｕ相端子からＷ相端子の方向にパルス電流が流れ、図中の向きに磁界１７が発生する。
【００５６】
このとき、巻線２に流れる電流によって発生した磁束は、Ｕ相のティース部１ｂ先端面とＶ相のティース部１ｂ先端面、及び、Ｕ相のティース部１ｂ先端面とＷ相のティース部１ｂ先端面とに対向した永久磁石６の領域を鎖交して流れることによって、磁束が鎖交した部分の着磁が行われる。従って、この時点では、Ｕ相のティース部１ｂ先端面に対向する磁石の機械角で６０度の領域がＮ極、Ｖ相、及びＷ相のティース部１ｂ先端面とに対向する機械角で１２０度の磁石の領域がＳ極となり、Ｎ極に対してＳ極の磁極幅が広くなるようなアンバランスな着磁がされている。
【００５７】
この後、位置決め回転手段のモータを駆動させ、電気角で６０度（この例では、４極なので機械角で３０度）、ロータ７を反時計方向の向きに回転させた後、位置決め回転手段によりロータ７を固定する（ステップＳ３３）。次に、集中巻線２のＷ相を開放とし、Ｕ相とＶ相の相間に、前回と同様の極性の高圧パルス電圧を印加する（ステップＳ３４）。このように、２回目の電圧印加により図１４に示すような磁界１７が発生し、Ｕ相のティース部１ｂ先端面と対向する磁石の領域がＮ極、Ｖ相のティース部１ｂ先端面と対向する磁石の領域がＳ極になるように着磁が行われる。従って、１回目の着磁工程で着磁された永久磁石６のＳ極の１２０度領域の内、Ｎ極と隣接する一方の３０度分がＮ極に着磁され、残りの９０度の領域はＳ極のまま保持される。この２回目の着磁工程によって、バランス良い４極の着磁が実現可能となる。
【００５８】
このように、集中巻線２のステータ３を用いて、永久磁石６の着磁を行うことで、実施の形態１と同様な効果が得られる他、２回目の着磁工程において、１回目の着磁工程で着磁された磁石領域の一部に再度、パルス電圧を印加するため、より信頼性の高い組込着磁が実現できる。
【００５９】
なお、実施の形態３では、Ｕ相を正の電極側としＶ相とＷ相を短絡して負の電極側に接続して行う着磁の例について述べたが、他の相を用いた任意の組み合わせでも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６０】
実施の形態４．
図１５は、この発明の実施の形態４による集中巻線ステータを用いてＤＣブラシレスモータの組込着磁を実現するためのロータ構造を示す断面図である。ロータは、永久磁石をロータ内部に埋め込んだ永久磁石埋め込み形のロータ構造を有している。また、永久磁石素材は、ロータの極数と等しい数だけ配置されており、その形状は、永久磁石の極中心の厚みＬに対して、永久磁石の端部の厚みｍが小さくなるように定められている。
【００６１】
図１６に永久磁石素材の厚みが等しい場合のモータと、この実施の形態で示す永久磁石端部の厚みを永久磁石の極中心に対して小さくした場合のモータの磁束線図を同一電流条件で比較した結果を示す。本図（ａ）より、同一電流条件において、永久磁石素材の厚みを同一としたモータでは、永久磁石素材の端部を磁束が完全に通過していないのが分かる。これは、ステータ側から見て、永久磁石素材の端部の磁気抵抗が大きくなっており、通電相の磁極突起間を跨って磁束がステータ内部で閉じてしまっているためである。この場合、永久磁石端部を完全に着磁するためには、更に大きな電流を印加する必要がある。
【００６２】
一方、同図（ｂ）より、永久磁石端部の厚みを永久磁石の極中心に対して小さくした場合は、ステータ側から見た永久磁石端部の磁気抵抗を減少させることができるため、永久磁石素材の端部に磁束を完全に通過させることができるようになり、永久磁石の厚みを同一としたロータと比べて、より小さい電流で着磁することが可能となり、生産工程における省エネルギー化を図ることができる。
【００６３】
なお、この実施の形態では、永久磁石をロータ内部に埋め込んだ埋め込み形ロータの例について述べたが、永久磁石の磁極中心の厚みに対して、端部の厚みを小さくした形状のロータであれば、図１７に示す永久磁石をロータ表面に配置した仕様のモータであっても同様の効果が得られる。
【００６４】
実施の形態５．
図１８に、この発明の実施の形態５によるロータの断面図を示す。実施の形態１では、２Ｎ極の磁極を有するロータに２Ｎ枚の永久磁石素材を用いて組込着磁を行う例について述べたが、永久磁石素材の枚数を２Ｎ枚以下としても同様の効果が得られる。例えば、Ｎ＝３で６極の磁極を有するロータを考えた場合、図１８に示すように永久磁石素材の枚数を３枚若しくは２枚とすることで、永久磁石素材間の継ぎ目の数を減少することができ、素材間の隙間の部分を永久磁石として使用できるようになり、ロータの磁力を向上させることができる。また、永久磁石素材の枚数を減らすことができるため、加工費を削減することができる。
【００６５】
実施の形態６．
図１９に、この発明の実施の形態６によるロータの断面図を示す。実施の形態１では、２Ｎ極の磁極を有するロータに２Ｎ枚の永久磁石素材を用いて組込着磁を行う例について述べたが、この実施の形態では、永久磁石素材を分割せずに１枚の焼結のリング磁石を用いてロータを構成している。この実施の形態はＮ＝４、即ち８極の磁極を形成している場合の例を示すものである。従って、１２個の磁極突起を有するステータを用いることにより、容易に組込着磁を行うことができる。
【００６６】
このように、焼結リング磁石を用いてロータを構成することにより、実施の形態１と同様の効果が得られる他、永久磁石素材間の継ぎ目をなくすことにより、素材間の隙間の部分を永久磁石として使用できるようになり、実施の形態５と比べて、更にロータの磁力を向上させることができる。また、電機子巻線に流れる電流の作る磁束の流れは、極異方性リング磁石の方向と、ほぼ一致するため、永久磁石素材の厚みが一定であっても、着磁電流を最小限に抑制することができる。
【００６７】
実施の形態７．
図２０に、この発明の実施の形態７による集中巻きステータを用いて、ロータに配置した永久磁石素材を着磁する場合の着磁電流を示す。この実施の形態による組込着磁の方法は、第１の着磁工程における電機子巻線に流れる着磁電流に対し、第２の着磁工程における電機子巻線に流れる着磁電流を小さくなるように高圧パルス電圧を印加することを特徴としている。
【００６８】
図２１にこの実施の形態の方法で着磁を行った場合と、第１の着磁工程と第２の着磁工程で印加する電流値を等しくして着磁を行った場合の磁束量を比較した結果を示す。本図より、第２の着磁工程の印加電流を第１の着磁工程の印加電流に対して小さくしても、第１の着磁工程と第２の着磁工程で印加する電流値を等しくして着磁を行った場合と同じ磁気特性が得られることが分かる。
【００６９】
これは、第２の着磁工程では、第１の着磁工程で着磁された永久磁石の発する磁束が、無通電相の磁極突起へ流れようとする着磁エネルギーに寄与しない漏れ磁束を抑制する働きをすることで、漏れ磁束を低減し、着磁に必要な磁束が永久磁石素材に有効に作用するためである。
【００７０】
以上のように、第１の着磁工程に対し、第２の着磁工程の電機子巻線に流れる電流を小さくすることにより、第２の着磁工程で、電機子巻線に流れ電流と第１の着磁工程で着磁された永久磁石の発する磁束の作用によって発生するフレミングの左手の法則に従うトルクを、第１の着磁工程と同一電流を印加する場合と比べて小さくすることができるため、第２の着磁工程におけるロータの固定力を減少させることができる。これにより、ロータを位置決め固定するための装置を簡略化することができる。また、着磁エネルギーを抑制することにより、生産設備の省電力化を図ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法は、ロータとステータとが所定の位置関係となるようにステータに対するロータの回転方向への位置決めを行った後、集中巻線２の一部に高圧パルス電圧を印加し、さらにその後、ロータを電気角で１８０度回転させ、集中巻線２の前回と同様の部分に前回と極性を反転させた高圧パルス電圧を印加するようにしたので、専用の着磁ヨークが不要となるため、外部の着磁ヨークを用いて永久磁石を着磁した後、ロータ内に永久磁石を組み付ける生産方法と比べて、生産工数を大幅に削減でき製造ラインの簡略化を図ることができる。
また、集中巻きステータを用いて組込着磁を行うことで、従来の分布巻きステータを用いて行う組込着磁と比べて、ステータのコイルエンド部を約１／２と格段に小さくさせることができるため、分布巻きの組込着磁時に過大な電流が巻線に流れることで生じていた巻線の変形によるコイルの絶縁皮膜破壊がなくなり信頼性の高いモータが実現できる。
また、巻線の変形が生じなくなったことにより、従来の分布巻きステータで用いていた巻線の変形を防止するための巻線固定用のワニス処理が不要となり安価なモータが提供できる。
また、第１の着磁工程及び第２の着磁工程において、磁石素材の切れ目を、隣接する磁極突起の溝開口部中心と一致するように位置決めしたので、磁石の切れ目を境に、Ｎ極Ｓ極となるような異極の磁極を有した永久磁石が形成されるため、永久磁石の切れ目（空隙）を介して同極の磁極が形成される様な磁石の位置決めを行わない着磁方法と比べて、磁石の切れ目による磁力の損失がなくなり、永久磁石の磁力を向上させることができ、電流を低減した銅損の小さい高効率のモータを提供することができる。また、着磁後に鉄粉などがロータに付着することがなくなる。
また、ステータ内に組み込まれた状態で永久磁石の着磁が行われるので、永久磁石のパーミアンス係数は高く、磁気的に安定した状態が保たれる。従って、着磁後の永久磁石が大気中に開放される場合と異なり、永久磁石の減磁の恐れがなく、信頼性の高いＤＣブラシレスモータを得ることができる。
【００７２】
また、高圧パルス電圧を所定の２相間に印加するようにしたので、ロータの組込着磁を容易に行うことができる。
【００７３】
また、この発明のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法は、集中巻線が中性点を有しており、高圧パルス電圧を所定の単相間に印加するようにしたので、より簡単な結線でロータの組込着磁を行うことができる
【００７４】
また、この発明のＤＣブラシレスモータの組込着磁方法は、ロータとステータの回転方向への位置決め固定を行った後、上記集中巻線の３相間に高圧パルス電圧を印加する工程と、さらにその後、ロータを電気角で６０度回転させ位置決め固定を行い、上記集中巻線の所定の１相を除いた前回と同様の部分に前回と同一極性の高圧パルス電圧を印加するようにしたので、請求項１と組込着磁方法と同様の効果が得られる他、２回目の着磁工程において、１回目の着磁工程で着磁された磁石領域の一部に再度、パルス電圧を印加するため、より信頼性の高い組込着磁が実現できる。
【００７５】
また、埋め込み磁石形ロータを用いたので、ロータの組込着磁を容易に行うことができる。
【００７６】
また、この発明のＤＣブラシレスモータの着磁装置は、３相の集中巻線２が施されたステータの内側で、無着磁状態の永久磁石が設けられているロータを回転させるとともに、ステータとロータとが所定の位置関係となるようにステータに対するロータの回転方向への位置決めを行う回転位置決め手段と、集中巻線２の一部に通電して高圧パルス電圧を印加するとともに、通電方向が切換可能になっている着磁電源とを備えたので、集中巻線方式のモータのロータを容易に着磁することができるとともに、ステータへのロータの組込を容易にすることができ、また永久磁石の減磁を防止することができ、さらにロータへの磁性体の付着を防止することができる。
【００７７】
また、ロータに用いられる磁石素材に希土類磁石を用いたので、ロータの組込着磁を容易に行うことができる。
また、ステータ側から見た永久磁石端部の磁気抵抗を減少させることができるため、永久磁石素材の端部に効率よく磁束を通過させることができるようになり、より小さい電流で着磁することが可能となり、生産工程における省エネルギー化を図ることができる。
また、２Ｎ個以下の磁石素材を設けたロータを用いて、磁石素材を２Ｎ極に着磁するようにしたので、永久磁石素材間の継ぎ目の数を減少することができ、素材間の隙間の部分を永久磁石として使用できるようになり、ロータの磁力を向上させることができる。また、永久磁石素材の枚数を減らすことができるため、加工費を削減することができる。
また、ロータの磁石素材にリング磁石を用いるようにしたので、永久磁石素材間の継ぎ目を完全になくすことにより、更にロータの磁力を向上させることができる。
また、上記リング磁石素材の配向を極異方性としたので、電機子巻線に流れる電流の作る磁束の流れは、極異方性リング磁石の方向と、ほぼ一致するため、永久磁石素材の厚みが一定であっても、着磁電流を最小限に抑制し、容易に組込着磁を行うことができる。
また、第１の着磁工程に対して、第２の着磁工程で印加するパルス電流のレベルを小さくしたので、着磁エネルギーを抑制することができ、生産設備の省電力化を図ることができる。
また、第１の着磁工程、及び、第２の着磁工程の中で、少なくとも３回以上の高圧パルス電圧を印加するようにしたので、信頼性の高い組込着磁が実現できる。
また、ロータがステータに挿入される前に、圧縮機筐体１０にステータを固着する工程を含むので、専用の着磁ヨークが不要となるため、外部の着磁ヨークを用いて永久磁石を着磁した後、ロータ内に永久磁石を組み付ける生産方法と比べて、生産工数を大幅に削減でき製造ラインの簡略化を図ることができる。
また、従来の分布巻きステータを用いて行う組込着磁と比べて、ステータのコイルエンド部を約１／２と格段に小さくさせることができるため、分布巻きの組込着磁時に過大な電流が巻線に流れることで生じていた巻線の変形によるコイルの絶縁皮膜破壊がなくなり信頼性の高いモータが実現できる。
また、巻線の変形が生じなくなったことにより、従来の分布巻きステータで用いていた巻線の変形を防止するための巻線固定用のワニス処理が不要となり安価なモータが提供できる。
また、着磁後に鉄粉などがロータに付着することがなくなり、圧縮機の運転中に鉄粉が圧縮機内部に飛び散り、圧縮機に接続された細管に鉄粉が入り込み、細管を詰まらせて故障するといった不具合がなくなる。
また、ステータ内に組み込まれた状態で永久磁石の着磁が行われるので、永久磁石６のパーミアンス係数は高く、磁気的に安定した状態が保たれる。従って、着磁後の永久磁石が大気中に開放される場合と異なり、永久磁石の減磁の恐れがなく、信頼性の高いＤＣブラシレスモータを得ることができる。
また、圧縮機にモータを組み込む際、ロータの軸受け部の構造を、圧縮機要素部側でロータ軸を回転自在に保持する片持ち軸受け部で構成することで、反軸受け部側に空間部ができるため、ロータの回転方向への位置決めを行うための位置決め回転手段を容易に装着することが可能となる。これにより、ロータの回転方向への位置決め固定が容易に行えるようになり、位置決め精度が向上し、信頼性の高い組込着磁が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を示すフローチャートである。
【図２】  図１の方法によりモータを着磁する様子を示す断面図である。
【図３】  図２の後段の状態を示す断面図である。
【図４】  圧縮機にＤＣブラシレスモータを組み込んでロータを回転自在に保持するための保持構造を示す断面図である。
【図５】  図４の圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。
【図６】  埋め込み磁石形のロータの一例を示す断面図である。
【図７】  埋め込み磁石形のロータの他の例を示す断面図である。
【図８】  埋め込み磁石形のロータのさらに他の例を示す断面図である。
【図９】  この発明の実施の形態２によるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を示すフローチャートである。
【図１０】  図９の方法によりモータを着磁する様子を示す断面図である。
【図１１】  図１０の後段の状態を示す断面図である。
【図１２】  この発明の実施の形態３によるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を示すフローチャートである。
【図１３】  図１２の方法によりモータを着磁する様子を示す断面図である。
【図１４】  図１３の後段の状態を示す断面図である。
【図１５】  この発明の実施の形態４による永久磁石埋め込み形ＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を容易に実現するためのロータ構造を示す断面図である。
【図１６】  この発明の実施の形態４によるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を実現するためのロータを用いて組込着磁を行った場合の磁束線図を示すものである。
【図１７】  この発明の実施の形態４による永久磁石表面配置形ＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を容易に実現するためのロータ構造を示す断面図である。
【図１８】  この発明の実施の形態５によるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を実現するためのロータ構造を示す断面図である。
【図１９】  この発明の実施の形態６によるＤＣブラシレスモータの組込着磁方法を実現するためのロータ構造を示す断面図である。
【図２０】  この発明の実施の形態７による集中巻きステータを用いて、ロータに配置した永久磁石素材を着磁する場合の着磁電流を示す図である。
【図２１】  この発明の実施の形態７による着磁方法で組込着磁を行った場合の磁束量の結果を示す図である。
【図２２】  従来の分布巻線方式のＤＣブラシレスモータの一例を示す断面図である。
【図２３】  従来の集中巻線方式のＤＣブラシレスモータの一例を示す断面図である。
【図２４】  従来の分布巻線方式のステータを用いて組込着磁時を行った場合の磁界分布を示す説明図である。
【図２５】  従来の集中巻線方式のステータを用いて分布巻線方式の場合と同様に組込着磁を行った場合の磁界分布を示す説明図である。
【図２６】  従来の集中巻線方式のステータを有するＤＣブラシレスモータの永久磁石の着磁装置を示す断面図である。
【図２７】  図２６の装置を用いた着磁方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ステータコア、１ａ  スロット、１ｂ  ティース部、２  集中巻線、２ａ  分布巻線、２ｂ  巻線、３  ステータ、４  ロータ軸、５  ロータコア、６  永久磁石、７  ロータ、８  空隙、９  着磁ヨーク、９ａ  磁極突起、１１  片持ち軸受け部、１２  圧縮機要素部、１３  空間部、１４  位置決め部、１５  圧縮機、１６  圧縮機カバー、１７  磁界。
【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】
0003889532.tif 000008
【図８】
0003889532.tif 000009
【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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