(57)【要約】【課題】効率良く永久磁石を冷却できる回転電機の回転子を提供する。【解決手段】回転軸に対してｎ回対称の形状を呈する鉄心板１を、積層して形成した回転子鉄心と、回転子鉄心に設けられた永久磁石挿入穴に、径方向に間隙ｄを有するように埋設された永久磁石と、回転子鉄心の両端部に設けられた端板と、端板に、永久磁石挿入穴と連通すべく設けられた流体吸入穴と、を備え、鉄心板１で磁極毎にｎ等分に分割された一つの部位が、さらに、内周側鉄心部２と、外周側鉄心部３と、内周側鉄心部２と外周側鉄心部３とを結合する複数の連結部５、６と、内周側鉄心部２と外周側鉄心部３との間で、連結部５を介して回転方向に並設され、鉄心板が積層された際に永久磁石挿入穴を形成すべく設けられた複数の磁石挿入穴用開口部９ａ、９ｂと、磁石挿入穴用開口部９ａ、９ｂの少なくとも一つが、回転子鉄心の外周側の外部に連通する流体排出路８と、を備える。【選択図】      図４
2017028862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極数に対応するように回転軸に対してｎ回対称の形状を呈する鉄心板を、前記回転軸方向に複数枚積層して形成した回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石挿入穴に、径方向に間隙を有するように埋設された永久磁石と、
前記回転子鉄心の回転軸方向の両端部にそれぞれ設けられた端板と、
前記端板に、前記永久磁石挿入穴と連通すべく設けられた流体吸入穴と、
を備え、
前記鉄心板で磁極毎にｎ等分に分割された一つの部位が、さらに、
前記回転子鉄心の前記回転軸側に位置する内周側鉄心部と、
前記回転子鉄心の外周側に位置する外周側鉄心部と、
前記内周側鉄心部と前記外周側鉄心部とを結合する複数の連結部と、
前記内周側鉄心部と前記外周側鉄心部との間で、前記連結部を介して回転方向に並設され、前記鉄心板が積層された際に前記永久磁石挿入穴を形成すべく設けられた複数の磁石挿入穴用開口部と、
前記磁石挿入穴用開口部の少なくとも一つが、前記回転子鉄心の外周側の外部に連通する流体排出路と、
を備える回転子。
【請求項２】
前記流体排出路は、一つの磁極を構成する磁石挿入穴用開口部のうち、前記回転方向に対して最も後方に設けられた磁石挿入穴用開口部と連通している請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記回転子鉄心が、前記鉄心板の一面を第１の面、反対側の一面を第２の面とした場合、前記鉄心板の第１の面が回転軸方向の一方向に面するように前記鉄心板が複数枚積層された部分と、前記鉄心板の第２の面が回転軸方向の一方向に面するように前記鉄心板が複数枚積層された部分と、を有する請求項１または２に記載の回転子。
【請求項４】
前記回転子鉄心は、第１の鉄心板が複数枚積層された第１の部分回転子鉄心と、前記流体排出路と連通する磁石挿入穴用開口部の径方向の幅が前記第１の鉄心板の幅より大きい第２の鉄心板が複数枚積層された第２の部分回転子鉄心とを、前記回転方向に対する磁極の位置を揃えるように前記回転軸方向に結合した請求項１から３のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項５】
前記複数の磁石挿入穴用開口部は、第１の磁石挿入穴用開口部と第２の磁石挿入穴用開口部とを含み、前記複数の連結部は、前記第１の磁石挿入穴用開口部の一端と、前記第２の磁石挿入穴用開口部の一端との間に設けられた第１の連結部と、前記第１の磁石挿入穴用開口部の他端側に設けられた第２の連結部とを含み、少なくとも前記第２の磁石挿入穴用開口部の他端と前記流体排出路とが連通している請求項１から４のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項６】
前記第２の磁石挿入穴用開口部は、前記第１の磁石挿入穴用開口部と比較して前記回転方向に沿った開口の距離が短い請求項５に記載の回転子。
【請求項７】
前記第２の磁石挿入穴用開口部は、前記第１の磁石挿入穴用開口部と比較して前記径方向の開口幅が大きい請求項５または６に記載の回転子。
【請求項８】
前記第１の連結部は、前記内周側鉄心部と前記外周側鉄心部とを結合する方向に中心軸を有し、前記中心軸は、前記径方向から前記回転方向側に傾斜している請求項５から７のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項９】
前記内周側鉄心部および前記外周側鉄心部は、前記第１の連結部との結合部分において、楕円弧状の凹部を有する請求項５から８のいずれか１項に記載の回転子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の回転子と、
前記回転子の外周外側に設けられる固定子と、
を備える回転電機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転電機と、
前記回転電機により回転されることで、低圧の流体を高圧の流体に圧縮する圧縮機構と、
を備える電動圧縮機。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電動圧縮機と、
前記電動圧縮機の高圧側に設けられ、前記電動圧縮機から高圧の冷媒が流入する第１の熱交換器と、
前記電動圧縮機の低圧側に設けられ、前記電動圧縮機へ低圧の冷媒を流出する第２の熱交換器と、
前記第１の熱交換器から流出される高圧の冷媒を減圧し、前記第２の熱交換器に流入させるべく、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器との間に設けられた減圧器と、
を備える冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石組込型回転電機の回転子に関する。またこの回転電機を用いる電動圧縮機およびその電動圧縮機を搭載する冷凍空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を回転子に用いた回転電機は、回転子に埋め込んだ永久磁石による磁界と、固定子に設けたコイルに電流を流すことによって生じる磁界との相互作用により、回転子を回転させて動力を得るものである。このような回転電機は、冷凍サイクルを利用した空気調和装置や冷凍装置などの冷凍空調装置の電動圧縮機や、電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車のモータジェネレータなどに広く用いられている。このような回転電機においては、高速回転時に固定子コイルからの磁束の影響や、鉄心形状との相互作用による磁束の変動を受けて永久磁石に渦電流損が発生するため、永久磁石の温度が上昇する結果、減磁耐力が低下する。従って、このような回転電機では回転子内の永久磁石の冷却技術が必要となっている。
【０００３】
例えば、従来の回転電機の回転子では、回転子を回転軸方向に貫通する軸方向冷却通路を回転軸の周囲に複数設けるとともに、これらの軸方向冷却通路と連通し、回転子の内側から外周面に繋がる径方向冷却通路を回転軸方向に複数並べて設け、径方向冷却通路が回転子の内側から外周面に放射状に設けられるようにしていた。回転子は電磁鋼板を積層して形成した回転子鉄心と、回転子鉄心の両端に設けた厚みを有する端板とにより構成されており、径方向冷却通路は回転子鉄心と端板との両方に設けられていた。この構造により、回転子を回転させると、回転子両端の端板から軸方向冷却通路に冷却媒体である空気が吸引され、径方向冷却通路を通って回転子の外周面側から排出されるといった空気流が形成され、この空気流によって回転子および永久磁石の冷却を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２５３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記された従来の回転電機の回転子にあっては、回転子鉄心の軸方向中央付近では、永久磁石と空気が直接触れる構造にはなっておらず、回転子鉄心の冷却を通して間接的に永久磁石の冷却を行う構造となっていたため、永久磁石の冷却効率が不十分であった。すなわち、回転子の軸方向端部では永久磁石が端板の径方向冷却通路と接しているため、空気流が永久磁石を直接冷却することができるが、温度が上がり易い回転子鉄心の軸方向中央付近では永久磁石と空気流が直接触れないため、永久磁石を効率良く冷却することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、永久磁石を効率良く冷却できる回転子、この回転子を備えた回転電機、この回転電機を用いた電動圧縮機およびこの電動圧縮機を搭載する冷凍空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転子は、磁極数に対応するように回転軸に対してｎ回対称の形状を呈する鉄心板を、前記回転軸方向に複数枚積層して形成した回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石挿入穴に、径方向に間隙を有するように埋設された永久磁石と、前記回転子鉄心の回転軸方向の両端部にそれぞれ設けられた端板と、前記端板に、前記永久磁石挿入穴と連通すべく設けられた流体吸入穴と、を備え、前記鉄心板で磁極毎にｎ等分に分割された一つの部位が、さらに、前記回転子鉄心の前記回転軸側に位置する内周側鉄心部と、前記回転子鉄心の外周側に位置する外周側鉄心部と、前記内周側鉄心部と前記外周側鉄心部とを結合する複数の連結部と、前記内周側鉄心部と前記外周側鉄心部との間で、前記連結部を介して回転方向に並設され、前記鉄心板が積層された際に前記永久磁石挿入穴を形成すべく設けられた複数の磁石挿入穴用開口部と、前記磁石挿入穴用開口部の少なくとも一つが、前記回転子鉄心の外周側の外部に連通する流体排出路と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る回転子によれば、回転子に埋め込んだ永久磁石を効率良く冷却し減磁耐力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における回転電機の回転子の縦断面構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における回転電機の回転子の主要部を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における回転子鉄心の両端に設けた端板を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における回転子鉄心を構成する鉄心板を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における鉄心板の一部分を拡大して示した部分平面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における鉄心板の中間連結部周辺の構造を示す拡大平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２における回転電機の回転子の回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２における回転電機の回転子の端板を示す平面図である。
【図９】本発明の実施の形態３における回転電機の回転子の回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４における回転電機の回転子の回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態５における回転電機の回転子の主要部を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態５における回転子鉄心を構成する鉄心板を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態５における回転子の１極分の磁極を拡大して示した部分投影図である。
【図１４】本発明の実施の形態６における回転電機の回転子の回転子鉄心を構成する鉄心板を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態６における回転子の１極分の磁極を拡大して示した部分投影図である。
【図１６】本発明の実施の形態７における回転電機の回転子の回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。
【図１７】本発明の実施の形態７における鉄心板の組合せが異なる回転子鉄心の縦断面構成を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態８における回転電機の回転子の回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。
【図１９】本発明の実施の形態９における電動圧縮機の縦断面構成を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態１０における空気調和装置の冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。
【図２１】本発明の実施の形態１０におけるセパレート式の空気調和装置の室外機を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１における回転電機の回転子の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における回転電機の回転子の縦断面構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に示す回転電機は、空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルを利用した冷凍空調装置の電動圧縮機に用いられる回転電機である。
【００１１】
図１に示すように、回転電機の回転子６０は、電磁鋼板で形成した鉄心板を複数枚積層して構成した回転子鉄心２０と、回転子鉄心２０に形成された磁石挿入穴９内に配置された永久磁石１０、および回転子鉄心２０の両端に設けられた端板２１を有している。さらに電動圧縮機に用いられる回転電機の回転子６０では、一方の端板２１の外側に回転時のバランスを保つ半円状のバランスウェイト２３を備えている。回転子鉄心２０とその両端に配置された端板２１とバランスウェイト２３は、リベット２４により一体的に固定されて回転子６０が構成される。また、回転子鉄心２０および端板２１の内部には、一点鎖線Ｐ−Ｑで示した回転軸となるシャフトを通すためのシャフト挿入穴４が設けられている。なお、上記構成において、バランスウェイト２３は必ずしも必要ではなく、バランスウェイト２３が無い構成の回転子６０であってもよい。
【００１２】
このように構成された円筒状の回転子の周囲にコイルを備えた固定子を配置して回転電機は構成される。そして固定子のコイルに電流を供給することで回転軸を中心に回転子を回転することができる。
【００１３】
回転子６０は積層した鉄心板と端板２１とがリベット２４により固定されるため、永久磁石１０は、その周囲に間隙ｄを有するように磁石挿入穴９内に配置される。この間隙ｄは、磁石挿入穴９に永久磁石１０を挿入するために必要な間隙である。間隙ｄの距離は製造公差の範囲内で制御可能であり、例えば、間隙ｄの距離は板状の永久磁石１０の厚みの概ね２〜８％が好ましく、例えば、冷凍空調装置用の回転電機など永久磁石１０の厚さが３〜４ｍｍの場合は、０．１〜０．３ｍｍ程度が好適である。回転電機が冷凍空調装置の電動圧縮機に用いられるとき、回転子６０の周囲は気体状態の冷媒で満たされる。従って、永久磁石１０の周囲の間隙ｄには、気体の冷媒が入り込むようになっている。永久磁石１０は、例えば板状の、ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とした希土類磁石や、酸化鉄を主成分としたフェライト磁石であってよい。また永久磁石１０と端板２１との間に樹脂などの気密部材（図示せず）を設けて、永久磁石１０と端板２１との間隙を塞いでもよい。
【００１４】
なお、冷媒は本発明の一部を構成するものではない。上述の冷媒とは、例えば、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、あるいは二酸化炭素（ＣＯ２）などの冷凍サイクルで用いられる冷媒である。従って、回転電機が冷凍空調装置以外の用途、例えば電気自動車のモータジェネレータなどに使用される場合は、ここで述べる冷媒の代わりを空気など他の気体が行ってもよい。また、気体に限らず液体であってもよく、すなわち、冷凍空調装置以外の用途では、ここで述べる冷媒の代わりを気体や液体などの流体が行ってもよい。
【００１５】
図２は図１で示した本発明の実施の形態１における回転電機の回転子の主要部を示す斜視図である。また、図３は回転子鉄心の両端に設けた端板を示す平面図、図４は回転子鉄心を構成する鉄心板を示す平面図である。さらに、図５は図４で示した鉄心板の一部分を拡大して示した部分平面図である。図５には、図２のように複数枚の鉄心板と端板とを組み合わせて回転子を構成した場合の、端板の一部分を拡大した部分平面形状を破線で合わせて記した。また磁石挿入穴内に配置される永久磁石を合わせて示した。
【００１６】
図２に示すように回転電機の回転子６０は、厚さ０．１〜１ｍｍの電磁鋼板をプレスで打ち抜き成形した鉄心板１を複数枚積層して回転子鉄心２０を形成し、回転子鉄心２０の両端に端板２１を備える。従って、回転子鉄心２０の回転軸に直交する面で切断した断面形状は鉄心板１と同一であり、以下では回転子鉄心２０を説明する場合にも、鉄心板１の構造を示すために付けた符号と同一の符号で説明する場合がある。
【００１７】
図３に示すように端板２１には、冷媒吸入穴２２が設けられている。図４および図５に示すように鉄心板１には第１の磁石挿入穴９ａと第２の磁石挿入穴９ｂとが形成されており、鉄心板１を複数枚積層することによって、回転子６０の回転軸方向に深さを有する磁石挿入穴９ａ、９ｂが形成される。鉄心板１を複数枚積層して形成した磁石挿入穴９ａ、９ｂには板状の永久磁石１０ａ、１０ｂが挿入され、永久磁石１０ａ、１０ｂが回転中に回転子６０の外部に飛び出さないように、回転子鉄心２０の両端に端板２１が設けられる。永久磁石１０ａ、１０ｂと複数枚の鉄心板１で形成される磁石挿入穴９ａ、９ｂの壁部との間には、永久磁石１０ａ、１０ｂの厚さの２〜８％の距離の間隙ｄを有する。端板２１は、冷媒吸入穴２２が回転子鉄心２０の磁石挿入穴９ｂと連通するように回転子鉄心２０の両端に設けられる。ただし、冷媒吸入穴２２はいずれか一方の端板２１のみに設けてもよい。
【００１８】
次に鉄心板１の構造について図４および図５を用いて説明する。図４に示すように鉄心板１は磁極数をｎ極（ｎは２以上の偶数）としたとき、ｎ次の回転対称の形状を呈している。図４は磁極数が６極の場合であるので、６回対称の形状をしているが、本発明は磁極数を６極に限定するものではなく、磁極数が４極あるいは８極など他の極数であってもよい。
【００１９】
図４に示す６極の鉄心板１は、鉄心板１の中心を通る一点鎖線Ａ−Ｂ、一点鎖線Ｃ−Ｄ、一点鎖線Ｅ−Ｆによって、６等分割したときに、等分割したそれぞれが同一の形状となる。従って、以下では鉄心板１を磁極数６で等分割したうちの１極分の部分形状について説明するが、以下で説明する１極分の部分形状を０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°回転させた６つの部分形状を足し合わせれば鉄心板の全体形状になる。磁極数が６極以外の場合も同様であり、鉄心板１は回転対称形状の性質を有する。
【００２０】
図５は図４で示す一点鎖線Ａ−Ｂと一点鎖線Ｃ−Ｄで挟まれた紙面上側部分の鉄心板１を示したものである。なお、図５ではシャフト挿入穴４は省略して示した。鉄心板１には、第１の磁石挿入穴９ａに挿入される第１の永久磁石１０ａと、第２の磁石挿入穴９ｂに挿入される第２の永久磁石１０ｂとが、一点鎖線Ｒ−Ｓで示した磁極の極軸に対して線対称の配置となるように設けられている。図５に示すように、第１および第２の磁石挿入穴９ａ、９ｂには、第１および第２の永久磁石１０ａ、１０ｂが挿入され１つの磁極を形成する。すなわち、第１および第２の永久磁石１０ａ、１０ｂは、共に紙面上側がＮ極の場合、紙面下側がＳ極であり、あるいは、共に紙面上側がＳ極の場合、紙面下側がＮ極である。なお、磁極とは永久磁石を備えている状態を指すのが一般的であるが、本発明の実施の形態では、永久磁石を備えておらず、第１および第２の磁石挿入穴９ａと９ｂとを合わせた場合も便宜的に磁極と呼ぶ。
【００２１】
図５に示すように、第１および第２の磁石挿入穴９ａと９ｂとからなる磁極の内周側（紙面下側）には内周側鉄心部２が設けられており、磁極の外周側（紙面上側）には外周側鉄心部３が設けられている。内周側鉄心部２と外周側鉄心部３とは、第１の磁石挿入穴９ａの一端と第２の磁石挿入穴９ｂの一端との間に設けられた中間連結部５と、第１の磁石挿入穴９ａの他端側に設けられた端側連結部６との２つの連結部を介して相互に連結されている。
【００２２】
図５に示すように、中間連結部５と接しない側の第１の磁石挿入穴９ａの他端は、漏れ磁束を低減するために設けられた第１の空隙部７ａと連通しており、端側連結部６は第１の空隙部７ａの外側を囲うように、径方向連結部６ａと外周連結部６ｂの２つの領域で構成されている。一方、中間連結部５と接しない側の第２の磁石挿入穴９ｂの他端も同様に、漏れ磁束を低減するための第２の空隙部７ｂと連通している。第２の空隙部７ｂと鉄心板１の外径外側との間には冷媒排出路８が設けられており、第２の空隙部７ｂは鉄心板１の外周側の外部と連通している。また第２の空隙部７ｂの外側の一部を囲うように外周連結部６ｃが形成される。外周連結部６ｃは、内周側鉄心部２と外周側鉄心部３とを連結するものではなく、鉄心板１の形状が一点鎖線Ｒ−Ｓで示す磁極の極軸に対して線対称に近付くように外周連結部６ｂに対応して設けられるものである。鉄心板１に冷媒排出路８を設けると、回転子鉄心２０の形状が磁極の極軸に対して非対称となるため、回転電機の回転子６０を回転動作させたときに、固定子コイルに発生する誘起電圧波形が歪み、ノイズ発生の原因となる。しかし、上述のように外周連結部６ｃを設けて鉄心板１の形状が磁極の極軸に対して線対称に近付くようにすると、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪を小さくしてノイズ発生を抑制することができる。
【００２３】
内周側鉄心部２および外周側鉄心部３は、中間連結部５との連結部に、凹部１１ａ、１１ｂおよび凹部１２ａ、１２ｂが設けられている。従って中間連結部５と接している第１の磁石挿入穴９ａおよび第２の磁石挿入穴９ｂの端部は、他の部分より磁石挿入穴９ａ、９ｂの幅が広くなっており、永久磁石１０ａ、１０ｂと鉄心板１との間に凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂによる空間が形成されている。
【００２４】
図６は図５で示した実施の形態１の鉄心板の中間連結部周辺の構造を示す拡大平面図である。図６に示すように凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの形状は、一点鎖線Ｒ−Ｓで示す磁極の極軸、すなわち鉄心板１の径方向に長軸を持つ楕円弧１３となるように形成されている。回転子６０が回転した場合に外周側鉄心部３と永久磁石１０ａ、１０ｂには遠心力が働く結果、中間連結部５には張力が加わるが、このように凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの形状を楕円弧で形成することにより、中間連結部５の直線部と曲線部の繋ぎ目に生じる応力を緩和することができる。この結果、中間連結部５の幅を狭くして漏れ磁束を低減することができる。なお、凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの形状は、楕円弧１３の代わりに複数の円弧を滑らかに接続したものとしてもよい。
【００２５】
以上のような形状の鉄心板１を複数枚積層して回転子鉄心２０を形成し、磁石挿入穴９ａ、９ｂに永久磁石１０ａ、１０ｂを挿入した後、回転子鉄心２０の両端に端板２１を設けることで図２に示した回転子が構成される。図５に示すように端板２１には鉄心板１の凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂに連通する位置に冷媒吸入穴２２が形成されているので、鉄心板１の凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは冷媒吸入穴２２を介して回転子６０の外部と空間的に繋がっている。
【００２６】
次に本発明の実施の形態１の回転子６０の動作について説明する。回転子６０を回転させると、冷媒排出路８が回転子鉄心２０の外部と連通しているために、冷媒排出路８内の冷媒が遠心力で回転子鉄心２０の外部に排出され、冷媒排出路８の内部は負圧となる。この結果、端板２１の冷媒吸入穴２２から回転子６０の外部の冷媒が吸引され、吸引された冷媒は磁石挿入穴９ｂの端部に設けられた凹部１１ｂ、１２ｂを通り、永久磁石１０ｂの周囲の間隙ｄを通って磁石挿入穴９ｂに連通する冷媒排出路８に流れ込み、冷媒排出路８から回転子６０の外部に排出される。この永久磁石１０ｂの周囲を通る冷媒の流れにより、永久磁石１０ｂは冷却される。
【００２７】
図５に示すように、永久磁石１０ａに対して永久磁石１０ｂは回転方向の後ろ側であるため、永久磁石１０ａよりも固定子からの反磁界を受け易いため、回転子６０の減磁耐力は永久磁石１０ａではなく永久磁石１０ｂによって決定される。従って、回転方向の後ろ側に位置する永久磁石１０ｂを冷却するように冷媒排出路８を設けることで、永久磁石１０ｂを効率的に冷却できる結果、回転子６０の減磁耐力を向上させて固定子が発生する磁束密度を大きくすることができ、ひいては回転子６０を大型化することなくトルクを向上させることができるといった効果が得られる。
【００２８】
なお、本実施の形態１の回転子６０では、永久磁石１０ａの周囲には冷媒が流れにくいので、端板２１に設けた冷媒吸入穴２２は、図５に示すように凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの全てに必ずしも対応させる必要はなく、凹部１１ｂと凹部１２ｂとのみに連通するように形成してもよい。
【００２９】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。また図８は本発明の実施の形態２の回転電機の回転子の端板を示す平面図である。図７には、実施の形態１の図５と同様、複数枚の鉄心板と端板を組み合わせて回転子を構成した場合の、端板の一部分を拡大した部分平面形状を破線で合わせて記した。図７および図８において、実施の形態１の図５および図３と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態１とは、鉄心板１の形状は同一であるが、端板２１に冷媒吸入穴をさらに追加して形成した構成が相違している。
【００３０】
図７および図８に示すように、本実施の形態２の回転子６０の端板２１には、中間連結部５に接する凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂに連通する第１の冷媒吸入穴２２ａに加えて、第２の磁石挿入穴９ｂに連通した第２の空隙部７ｂに連通する第２の冷媒吸入穴２２ｂが形成されている。なお、図７の紙面左側の第２の冷媒吸入穴２２ｂは、図７に示した磁極の第１の空隙部７ａに対応したものではなく、図７に示した磁極の紙面左隣の磁極の、第２の空隙部７ｂに対応するものである。従って、図７では第２の冷媒吸入穴２２ｂが第１の空隙部７ａと第２の空隙部７ｂの両方に連通するように端板２１に形成されているが、第２の冷媒吸入穴２２ｂを回転方向にずらすように端板２１に形成して、第２の空隙部７ｂのみに連通するようにしてもよい。
【００３１】
このように端板２１に冷媒吸入穴２２ａに加えて、第２の空隙部７ｂに連通した冷媒吸入穴２２ｂを設けると、冷媒吸入穴２２ｂから流入した冷媒が、流路抵抗が小さい第２の空隙部７ｂを通って冷媒排出路８から排出されるので、第２の空隙部７ｂを通る冷媒量が増加する。その結果、特に減磁が生じ易い回転方向の後ろ側の永久磁石１０ｂの端部が第２の空隙部７ｂを通る大量の冷媒によって効率良く冷却され、熱減磁耐力をさらに向上させることができ、回転子６０を大型化することなくトルクを向上させることができるといった効果が得られる。
【００３２】
なお、永久磁石１０ｂの端部のみを特に冷却したい場合には、端板２１に冷媒吸入穴２２ａと２２ｂの両方を必ずしも設ける必要はなく、冷媒吸入穴２２ｂのみを設けてもよい。
【００３３】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。図９には、実施の形態１の図５と同様、複数枚の鉄心板と端板を組み合わせて回転子を構成した場合の、端板の一部分を拡大した部分平面形状を破線で合わせて記した。図９において、実施の形態１の図５と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態１とは、鉄心板１の中間連結部５の位置と、これに対応した端板２１の冷媒吸入穴２２の位置が相違している。
【００３４】
図９に示すように本発明の実施の形態３の回転子６０の鉄心板１は、回転方向の後ろ側である第２の磁石挿入穴９ｂの回転方向に沿った開口の距離が、回転方向の前側である第１の磁石挿入穴９ａより短くなっている。つまり、中間連結部５および中間連結部５に接する凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが一点鎖線Ｒ−Ｓで示す磁極の極軸より回転方向の後ろ側にずらして形成されている。これに伴い、端板２１に形成した冷媒吸入穴２２も、磁極の極軸より回転方向の後ろ側にずらして形成されている。
【００３５】
このように鉄心板１の中間連結部５および中間連結部５に接する凹部１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと、端板２２の冷媒吸入穴２２を、磁極の極軸より回転方向の後ろ側に形成することで、第２の磁石挿入穴９ｂと第２の永久磁石１０ｂとの間の冷媒が流れる間隙ｄの距離を短くすることができる。この結果、第２の永久磁石１０ｂの周囲の間隙ｄからなる冷媒流路の流路抵抗を小さくすることができるので、第２の永久磁石１０ｂの周囲の間隙ｄに流れる冷媒量を増加することができる。すなわち回転子６０の減磁耐力は、第２の永久磁石１０ｂの回転方向の後ろ側の端部周辺の温度で決定されるから、本実施の形態３の構成により、第２の永久磁石１０ｂを一層効率良く冷却して減磁耐力を向上することができる。この結果、さらなる熱減磁低減効果を得ることができるので、回転子６０を大型化することなくトルクを向上させることができるといった効果が得られる。
【００３６】
実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４の回転電機の回転子の回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。図１０において、実施の形態１の図５と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態１とは、鉄心板１の中間連結部５が極軸に対して傾斜して形成されている構成が相違している。
【００３７】
図１０に示すように、本実施の形態４の回転電機の回転子の鉄心板は、第１の磁石挿入穴９ａと第２の磁石挿入穴９ｂとの間に形成された中間連結部５が、一点鎖線Ｒ−Ｓで示した磁極の極軸に対して回転方向に傾斜して形成されている。図１０では中間連結部５の中心線を一点鎖線Ｇ−Ｈで示しており、極軸である一点鎖線Ｒ−Ｓとの傾斜角をθで示している。
【００３８】
回転子６０が回転すると、外周側鉄心部３と永久磁石１０ａ、１０ｂに遠心力が働く。この遠心力は回転子６０の径方向の成分がそのほとんどを占めるが、回転方向の後ろ側に冷媒排出路８を形成したことにより、回転方向の前側に形成した端側連結部６を支点にして外周側鉄心部３が径方向の外側に開くような力を受ける。このため中間連結部５は弾性変形の範囲内で微小に変形する。そのため、中間連結部５を回転方向に角度θで傾けることで、中間連結部５に加わる応力の向きと、中間連結部５の向きを近づけて、中間連結部５に働く曲げ応力を低減することが可能になる。この結果、中間連結部５の幅を狭くでき、中間連結部５を通ることによって発生する永久磁石１０ａ、１０ｂの漏れ磁束を低減しながら、永久磁石１０ｂの冷却を効率よく行うことが可能となる。
【００３９】
なお、中間連結部５の傾斜角度θは１°〜５°の範囲が望ましい。鉄心板１のプレスによる打ち抜き加工の精度は±２５μｍ程度であり、傾斜角度を１°未満で規定して作製しようとすると、プレスによる打ち抜き加工では鉄心板１を作製するのが困難となり、他の高精度な加工プロセスで作製しなければならないので、回転子６０の製造コストが高くなる。一方、傾斜角度を５°より大きくすると、永久磁石１０ａと永久磁石１０ｂとの間隔が広くなって、その分、磁極の有効長が減少するので、磁極が発生する磁束が小さくなり効率が低下する。磁極が発生する磁束の減少率を１％以下とするには、傾斜角度θは５°以下とする必要がある。従って、中間連結部５の傾斜角度θは１°〜５°の範囲が望ましい。
【００４０】
また、図１０では中間連結部５が磁極の中心、すなわち一点鎖線で示した極軸Ｒ−Ｓの位置に形成されている場合を示したが、実施の形態３で示したように、磁極の中心からずれた位置、例えば回転方向の後ろ側にずれた位置に形成されていてもよい。
【００４１】
実施の形態５．
図１１は本発明の実施の形態５の回転電機の回転子の主要部を示す斜視図である。図１１において、実施の形態１の図２と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態１および実施の形態３とは、回転子鉄心２０を形成するための鉄心板１の積層構成が相違している。
【００４２】
図１１に示すように本発明の実施の形態５の回転電機の回転子６０は、部分回転子鉄心２０１、２０２、２０３を回転軸方向に積み重ねて回転子鉄心２０を構成し、回転子鉄心２０の両端に端板２１を備えている。部分回転子鉄心２０１と２０３とは、同一の鉄心板１ｂを複数枚積層して形成したものである。なお、部分回転子鉄心２０１と２０３とで、鉄心板１ｂの積層枚数は同じでもよいし、異なっていてもよい。また部分回転子鉄心２０２は、部分回転子鉄心２０１と２０３の鉄心板１ｂを表裏逆にした鉄心板１ａを複数枚積層して形成したものである。部分回転子鉄心２０１と２０３と同様に、鉄心板１ｂを複数枚積層して部分回転子鉄心を形成し、この部分回転子鉄心を上下逆にして、部分回転子鉄心２０２としてもよい。部分回転子鉄心２０２における、鉄心板１ａの積層枚数は部分回転子鉄心２０１あるいは２０３と同じでもよいし、異なっていてもよい。また、回転子鉄心２０を構成する部分回転子鉄心の数は３に限らず、２あるいは４以上であってもよい。さらに、部分回転鉄心を形成する鉄心板の数は複数枚に限らず１枚であってもよい。すなわち、鉄心板１ａと、鉄心板１ａを表裏逆にした鉄心板１ｂとを交互に積層して回転子鉄心２０を構成してもよい。
【００４３】
図１２は本発明の実施の形態５の回転子鉄心を構成する鉄心板を示す平面図である。すなわち、図１２は図１１で示した回転子６０の部分回転子鉄心２０２を形成する鉄心板１ａおよび部分回転子鉄心２０１、２０３を形成する鉄心板１ｂの平面図である。図１２（ｂ）に示す鉄心板１ｂは図１２（ａ）に示す鉄心板１ａを表裏逆にしたものである。また図１２（ａ）の鉄心板１ａは、実施の形態３の図９に示した鉄心板１と同一のものである。なお、鉄心板の形状は図１２に示すものに限らず、例えば実施の形態１の図４に示した形状の鉄心板を用いて、表裏逆に積層した部分回転子鉄心を形成してもよい。図１２では、第１の磁石挿入穴９ａと第２の磁石挿入穴９ｂの符号は、表裏逆になっても対応するものに同一のものを付けたが、その他の符号では、図１２（ａ）では添え字ａ、図１２（ｂ）では添え字ｂを付けた。
【００４４】
図１３は図１１で示した回転子の１極分の磁極を拡大して示した部分投影図である。すなわち、図１３は図１２（ａ）、（ｂ）で示した鉄心板１ａ、１ｂと端板２１とを重ね合わせ、回転子６０の回転軸方向に投影した場合の１極分の拡大図を示したものである。図１３には、永久磁石１０ａ、１０ｂ、１０ｃを合わせて記し、端板２１は破線で記した。図１１に示したように回転子６０の端板２１には、１つの磁極に対して２つの冷媒吸入穴２２ａ、２２ｂが設けられている。
【００４５】
図１３に示すように、鉄心板１ａ（図１２（ａ）参照）を積層した部分回転子鉄心２０２（図１１参照）と、鉄心板１ｂ（図１２（ｂ）参照）を積層した部分回転子鉄心２０１、２０３（図１１参照）を重ね合わせることで、回転方向の後ろ側と前側の両方に冷媒排出路８ａ、８ｂを形成することができる。また磁極は、中間連結部５ａ、５ｂによって３分割され、磁石挿入穴９ｃ、９ｄ、９ｅが形成される。磁石挿入穴９ｃは、鉄心板１ａの第１の磁石挿入穴９ａと、鉄心板１ｂの第２の磁石挿入穴９ｂとによって形成される。磁石挿入穴９ｄは、鉄心板１ａの第１の磁石挿入穴９ａと、鉄心板１ｂの第１の磁石挿入穴９ａとによって形成される。磁石挿入穴９ｅは、鉄心板１ａの第２の磁石挿入穴９ｂと、鉄心板１ｂの第１の磁石挿入穴９ａとによって形成される。このように形成された磁石挿入穴９ｃ、９ｄ、９ｅのそれぞれに永久磁石１０ｃ、１０ｄ、１０ｅが挿入されて回転子６０の磁極が形成される。
【００４６】
上記のように磁石挿入穴９ｄは、鉄心板１ａの第１の磁石挿入穴９ａと鉄心板１ｂの第２の磁石挿入穴９ａによって形成されているため、磁石挿入穴９ｃ、９ｄ、９ｅは互いに空間的に繋がっている。従って、回転子が回転して、冷媒吸入穴２２ａあるいは冷媒吸入穴２２ｂの少なくとも一方から冷媒が吸入されると、その冷媒は空間的に繋がった永久磁石１０ｃ、１０ｄ、１０ｅの周囲の間隙ｄを通って流れ、冷媒排出路８ａおよび８ｂから回転子の外部に排出される。この結果、永久磁石１０ｃ、１０ｄ、１０ｅを冷却することができ、減磁耐力の向上を図ることができるといった効果が得られる。
【００４７】
また、本実施の形態５で述べたように、図１２に記した鉄心板１ａと、表裏逆にした鉄心板１ｂとを用いて回転子鉄心２０を形成することにより、冷媒排出路８ａ、８ｂが磁極の極軸に対して対称に近付けて設けられることになるため、冷媒排出路を設けたことにより、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪をさらに抑制することができる。
【００４８】
本実施の形態５では、図１３に示すように端板２１の冷媒吸入穴２２ａ、２２ｂは、中間連結部５ａ、５ｂに対応した位置に設けたが、実施の形態２で示したように、磁極の両端部に設けた空隙部７ｃ、７ｄに対応した位置にも冷媒吸入穴を追加して設けてもよい。これにより空隙部７ｃ、７ｄに接する永久磁石１０ａ、１０ｂそれぞれの端部の冷却効果を高くして、さらに減磁耐力の向上を図ることができるといった効果が得られる。
【００４９】
実施の形態６．
図１４は本発明の実施の形態６の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板を示す平面図である。また図１５は図１４の鉄心板により形成される回転子の１極分の磁極を拡大して示した部分投影図である。すなわち、図１５は図１４（ａ）、（ｂ）で示した鉄心板１ａ、１ｂと端板２１とを重ね合わせ、回転子６０の回転軸方向に投影した場合の１極分の拡大図を示したものである。図１５で端板２１は破線で記した。図１４および図１５において、実施の形態５の図１２および図１３と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態５とは、回転子鉄心を形成するための鉄心板の形状および回転子鉄心の両端に設けられる端板の形状が相違している。
【００５０】
本発明の実施の形態６の回転電機の回転子６０は、図１４（ａ）に示す形状の鉄心板１ａを複数枚積層して形成した部分回転子鉄心と、図１４（ｂ）に示すように鉄心板１ａを表裏逆にした鉄心板１ｂを複数枚積層して形成した部分回転子鉄心とを、実施の形態５で述べたように複数積み重ねて構成される。従って、本実施の形態６では、実施の形態５との相違点について説明し、部分回転子鉄心の形成方法や、複数の部分回転鉄心を積み重ねて、回転子鉄心を形成する方法は実施の形態５と同一なので説明を省略する。
【００５１】
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、実施の形態６の鉄心板１ａ、１ｂは、第１の磁石挿入穴９ａに連結して、内周側に冷媒通路用穴１４が形成されている。冷媒通路用穴１４は、図１４に一点鎖線で示した鉄心板１ａ、１ｂの中心を通る各磁極の極軸上に形成されている。そのため鉄心板１ａを表裏逆にして鉄心坂１ｂとしたときにも、冷媒通路用穴１４の位置は変わらないようになっている。
【００５２】
このように形成した鉄心坂１ａを複数枚積層した部分回転子鉄心と、鉄心板１ａを表裏額にした鉄心板１ｂを複数枚積層した部分回転子鉄心とを、それぞれ所定の数、交互に積み重ねて回転子鉄心を形成し、この回転子鉄心の両端に端板２１を設けると、図１５の部分平面図で示すような構成の回転子６０が形成される。図１５では端板２１と端板２１に形成した冷媒吸入穴２２とを破線で示した。回転子鉄心２０には実施の形態５で述べたように、磁石挿入孔９ｃ、９ｄ、９ｅが形成され、それぞれの磁石挿入穴に永久磁石が挿入される。磁石挿入穴９ｄは、鉄心板１ａの第１の磁石挿入穴９ａと、鉄心板１ｂの第１の磁石挿入穴９ａとによって形成されており、磁石挿入穴９ｃ、９ｄ、９ｅはそれぞれ鉄心板１ａ、１ｂの第１の磁石挿入穴９ａによって空間的に繋がっている。従って、冷媒通路用穴１４は、第１の磁石挿入穴９ａに連結して形成されているので、冷媒通路用穴１４は磁石挿入穴９ｃ、９ｄ、９ｅと連通し、冷媒排出路８ａ、８ｂとも連通している。
【００５３】
このように構成された回転子６０が回転すると、回転子６０の両端に設けた端板２１の冷媒吸入穴２２から冷媒が流入し、冷媒は冷媒通路用穴１４を通って、磁石挿入穴９ｃ、９ｄ、９ｅと、これらの磁石挿入穴に挿入された永久磁石との間の間隙を通って流れ、冷媒排出路８ａ、８ｂから回転子の外部に排出される。これにより磁石挿入穴９ｃ、９ｄ、９ｅに挿入された永久磁石を冷却し、減磁耐力を向上させることができるといった効果が得られる。
【００５４】
また、このように本発明の実施の形態６では、冷媒通路用穴１４を鉄心板１ａ、１ｂの第１の磁石挿入穴９ａから離れた位置に形成したので、端板２１の冷媒吸入穴２２も磁石挿入穴から離れた位置に形成されることになり、端板２１の冷媒吸入穴２２から永久磁石が露出し破損するのを防ぐことができるといった効果を得ることができる。
【００５５】
なお、本実施の形態６では、冷媒通路用穴１４を内周側鉄心部２に形成した場合について説明したが、冷媒通路用穴１４を外周側鉄心部３に形成してもよい。
【００５６】
実施の形態７．
図１６は本発明の実施の形態７の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。図１６には、実施の形態３の図９と同様、複数枚の鉄心板と端板を組み合わせて回転子を構成した場合の、端板の一部分を拡大した部分平面形状を破線で合わせて記した。図１６において、実施の形態３の図９と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態３とは、第２の磁石挿入穴の径方向の幅を大きくした点が相違している。
【００５７】
図１６に示すように本実施の形態７の鉄心板１は、冷媒排出路８に繋がる第２の磁石挿入穴９ｂの径方向の幅Ｄ２が、第１の磁石挿入穴９ａの径方向の幅Ｄ１大きくなっている。第１の磁石挿入穴９ａの径方向の幅Ｄ１は、例えば、実施の形態３の図９で示した鉄心板１と同じであってよく、磁石挿入穴９ａ、９ｂに挿入される永久磁石の径方向の幅も実施の形態３に示したものと同じであってよい。
【００５８】
すなわち、本実施の形態７の図９で示す鉄心板１は、実施の形態３の図９で示す鉄心板１と比較して、第２の磁石挿入穴９ｂの径方向の幅Ｄ２が大きくなっている点が相違する。図９において幅Ｄ２は幅Ｄ１より、例えば、０．１〜０．２ｍｍ大きくなっている。このように第２の磁石挿入穴９ｂの径方向の幅Ｄ２を大きくすることによって、第２の磁石挿入穴９ｂに挿入される永久磁石１０ｂの周囲の間隙ｄを大きくして、流路抵抗を小さくし、永久磁石１０ｂの周囲を流れる冷媒量を増加して、永久磁石１０ｂの冷却効果を高めることができる。しかし幅Ｄ２を大きくし過ぎると、流路抵抗はさらに小さできるが、永久磁石１０ｂと鉄心板１との間隙ｄによる磁気抵抗が増加し、磁束が減少するのでトルクの低下につながる。従って、磁束を大きく低減せずに、冷媒量増加による冷却効果を高めるためには、第２の磁石挿入穴９ｂの幅Ｄ２は第１の磁石挿入穴９ａの幅Ｄ１より、０．１〜０．２ｍｍ大きいのが望ましい。
【００５９】
本実施の形態７の図１６で示した鉄心板１は、これを複数枚積層して回転子鉄心を形成してもよいが、実施の形態３の図９で示した鉄心板１と組み合わせて回転子鉄心を形成してもよく、さらには実施の形態５の図１１、図１３で示したように、図１６および図９の鉄心板１と表裏逆の鉄心板とを組み合わせて回転子鉄心を形成してもよい。
【００６０】
図１７は鉄心板の組合せが異なる回転子鉄心の縦断面構成を示す断面図である。図１７で部分回転子鉄心２１１は、図１６で示した鉄心板１を複数枚積層して形成した鉄心であり、部分回転子鉄心２１２は、図１６の鉄心板１を表裏逆にして複数枚積層して形成した鉄心である。また部分回転子鉄心２１３は、実施の形態３の図９で示した鉄心板１を複数枚積層して形成した鉄心である。なお、図１７に示した部分回転子鉄心の組合せ一例でありこれに限るものではない。
【００６１】
このように本実施の形態７の図１６で示した第２の磁石挿入穴９ｂの幅Ｄ２を大きくした鉄心板１が、回転子鉄心２０の一部に設けられた構成であっても、永久磁石の周囲の間隙に流れる冷媒量が増加するので、永久磁石の冷却効率をさらに高くして、減磁耐力をさらに向上させることができる。
【００６２】
実施の形態８．
図１８は本発明の実施の形態８の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。図１８において、実施の形態３の図９と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態３とは、外周側鉄心部３の冷媒排出路８に隣接する部分の形状が相違している。
【００６３】
実施の形態３の図９で示した鉄心板１では、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪を抑制するために、鉄心板１の形状が磁極の極軸に対して対称に近付くように、外周連結部６ｂに対応した外周連結部６ｃを、冷媒排出路８に隣接する側にも設けていたが、本実施の形態８の図１８で示す鉄心板１は、実施の形態３の図９で示した鉄心板１から外周連結部６ｃを除去したものである。
【００６４】
図１８に示すように本実施の形態８の鉄心板１は、図９の鉄心板１に比較して冷媒排出路８の幅が大きくなっており、第２の空隙部７ｂが鉄心板１の外径外側に滑らかに繋がっているため、回転子が回転したときに冷媒排出路８に生じる負圧が大きくなる。この結果、端板の冷媒吸入穴からの流入する冷媒量が増加し、第２の磁石挿入穴９ｂに挿入した永久磁石をさらに効率よく冷却することができるといった効果が得られる。
【００６５】
また外周側鉄心部３の質量が軽減されるため、回転子が回転したときに外周側鉄心部３に発生する遠心力が低減し、中間連結部５および端側連結部６に生じる応力を低減することができる。この結果、中間連結部５および端側連結部６の幅を小さくして漏れ磁束を低減し、回転電機のトルクを向上させることができるといった効果が得られる。
【００６６】
なお、図１８に示すように、本実施の形態８の鉄心板１は、一点鎖線Ｒ−Ｓで示す磁極の極軸に対する対称性が他の実施の形態で示した鉄心板に比べて良くない。そのため、図１８の鉄心板１を複数枚積層して形成した回転子鉄心を用いた回転電機では、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪が大きくなる可能性がある。このような誘起電圧波形の歪が問題となる場合には、実施の形態５および６で説明したように、図１８の鉄心板１を複数枚積層して形成した第１の部分回転子鉄心と、鉄心板１を表裏逆にした鉄心板を複数枚積層して形成した第２の部分回転子鉄心とを、組み合わせて回転子鉄心を構成すれば、回転子鉄心の形状が磁極の極軸に対して対称に近付くので、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪を低減することができる。
【００６７】
以上のように、上記実施の形態１から８では、磁極を構成する永久磁石は直線状に配置された場合について述べたが、磁極を構成する永久磁石の配置方法はこれに限らず、Ｖ字状に配置した場合や、Ｕ字状に配置した場合であってもよい。また磁極数は６極に限らず、４極や８極など他の極数であってもよい。
【００６８】
さらに、回転子鉄心を構成する鉄心板は形状が円形の場合について説明したが、鉄心板の形状は回転対称の形状であればよく、例えば、花びら型など凹凸形状を有する回転対称形状の鉄心板であってもよい。
【００６９】
また、内周側鉄心部２と外周側鉄心部３を連結する中間連結部５は、１つの磁極に対してそれぞれ１つ備えた場合について説明したが、中間連結部５が複数設けられていてもよい。この場合、複数の中間連結部５により内周側鉄心部２と外周側鉄心部３とが連結されて固定されていれば、端側連結部６を無くして、新たな冷媒排出路を形成してもよい。
【００７０】
また、回転子鉄心の鉄心板はプレスによる打ち抜き加工によって形成されるものに限らず、切削やワイヤカットなど他の加工方法で形成したものであってもよい。
【００７１】
実施の形態９．
次に、上記実施の形態１から８で説明した回転子を有する回転電機を用いた電動圧縮機について説明する。図１９は、本発明の実施の形態９における電動圧縮機の縦断面構成を示す断面図である。この電動圧縮機１００は、例えば、冷凍装置、冷蔵装置、給湯装置、あるいは空気調和装置などの冷凍サイクルを利用した冷凍空調装置に用いられるものである。また、この電動圧縮機１００には、実施の形態１から８で説明した回転子のいずれかを備えた回転電機が搭載されている。
【００７２】
電動圧縮機１００は、流体である冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。電動圧縮機１００は、一般に、密封型のケーシング内に、圧縮機構３５と、圧縮機構３５を駆動する駆動機構３６とが収納されている。このケーシングは、アッパーシェル３１、センターシェル３０、および、ロアシェル３２で構成されており、圧力容器となっている。図１９に示すように、圧縮機構３５が上側に、駆動機構３６が下側に、それぞれ配置されている。このケーシングの底部は、冷凍機油４０を貯留する油だめとなっている。
【００７３】
圧縮機構３５は、吸入パイプ３３から吸入した冷媒を圧縮してケーシング内の上方に形成されている高圧室２６に排出する機能を有している。この高圧室２６に排出された冷媒は、吐出パイプ３４から電動圧縮機１００の外部に吐出されるようになっている。駆動機構３６は、圧縮機構３５で冷媒を圧縮するために、圧縮機構３５を構成している搖動スクロール５２を駆動する機能を果たすようになっている。つまり、駆動機構３６がシャフト５６を介して搖動スクロール５２を駆動することによって、圧縮機構３５で冷媒を圧縮するようになっている。
【００７４】
圧縮機構３５は、固定スクロール５１と、搖動スクロール５２と、フレーム５４と、で概略構成されている。図１９に示すように、搖動スクロール５２は下側に、固定スクロール５１は上側に配置されるようになっている。固定スクロール５１は、台板５１ａと、台板５１ａの一方の面に立設された渦巻状突起である渦巻部５１ｂと、で構成されている。搖動スクロール５２は、台板５２ａと、台板５２ａの一方の面に立設された渦巻状突起で、渦巻部５１ｂと渦巻部５２ｂとを互いに噛み合わせ、ケーシング内に装着されている。そして、渦巻部５２ｂと渦巻部５１ｂとの間には、相対的に容積が変化する圧縮室２７が形成される。
【００７５】
固定スクロール５１は、フレーム５４にボルト等（図示せず）によって固定されている。固定スクロール５１の中央部には、圧縮され、高圧となった冷媒を吐出する吐出口５３が形成されている。そして、圧縮され、高圧となった冷媒は、固定スクロール５１の上部に設けられている高圧室２６に排出されるようになっている。搖動スクロール５２は、固定スクロール５１に対して自転することなく公転運動を行うようになっている。また、搖動スクロール５２の渦巻部５２ｂ形成面とは反対側の面（以下、スラスト面と称する）の中心部には、中空円筒形状の偏心穴５２ｃが形成されている。この偏心穴５２ｃには、後述するシャフト５６の上端に設けられた偏心ピン部５６ａがはめ込まれている。
【００７６】
フレーム５４は、ケーシングの内周側に固着され、中心部にシャフト５６を貫通させるため貫通孔が形成されている。また、フレーム５４には、搖動スクロール５２のスラスト面側から軸方向下側に貫通する返油溝６１ａが形成されており、スラスト面を潤滑した冷凍機油４０をケーシング底部に戻すようになっている。図１９では、返油溝６１ａが１つだけ形成されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。例えば、返油溝６１ａを２つ以上形成してもよい。なお、フレーム５４は、その外周面を焼き嵌めや溶接等によってケーシングの内周面に固定するとよい。
【００７７】
駆動機構３６は、固定子６１の内周面側に回転可能に配設され、シャフト５６に固定された回転子６０（実施の形態１から８のいずれかの回転子）と、ケーシング内に垂直方向に収容され、固着保持された固定子６１と、回転軸であるシャフト５６と、で概略構成されている。回転子６０は、シャフト５６に固定され、固定子６１への通電が開始することにより回転駆動し、シャフト５６を回転させるようになっている。また、固定子６１の外周面は焼き嵌め等によりケーシング（センターシェル３０）に固着指示されている。すなわち、回転子６０および固定子６１で本発明の実施の形態に係る回転電機を構成している。
【００７８】
シャフト５６は、回転子６０の回転に伴って回転し、搖動スクロール５２を旋回させるようになっている。このシャフト５６は、上端をフレーム５４の中心部に位置する主軸受５５で、下端をセンターシェル３０の下方に固定配置されたサブフレーム５７の中心部に位置する副軸受５８で、回転可能に指示されている。このシャフト５６の上端部は、搖動スクロール５２の偏心穴５２ｃと回転自在に嵌合する偏心ピン部５６ａが形成されている。また、シャフト５６の内部には、上端部まで連通している給油通路５６ｂが形成されている。この給油通路５６ｂは、ケーシング底部に貯留してある冷凍機油４０の流路となるものである。
【００７９】
シャフト５６の下端側には、シャフト５６の回転に伴い冷凍機油４０を汲み上げるオイルポンプ５９が設けられている。このオイルポンプ５９の遠心ポンプ作用により、冷凍機油４０が汲み上げられ、給油通路５６ｂを流れて圧縮機構３５に供給されるようになっている。また、ケーシングを構成するセンターシェル３０には、冷媒を吸入するための吸入パイプ３３が連接されている。この吸入パイプ３３は、シェル内空間（低圧室２５）に開口するようになっている。さらに、ケーシングを構成するアッパーシェル３１には、冷媒を吐出するための吐出パイプ３４が連接されている。この吐出パイプ３４は、シェル内空間（高圧室２６）に開口するようになっている。
【００８０】
なお、揺動スクロール５２と固定スクロール５１との間には、揺動スクロール５２の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するためのオルダムリング（図示せず）が配設されている。このオルダムリングは、揺動スクロール５２と固定スクロール５１との間に配設され、揺動スクロール５２の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能とする機能を果たすようになっている。つまり、オルダムリングは、揺動スクロール５２の自転防止機構として機能している。また、電動圧縮機１００には、固定子６１に電源を供給するための密封端子６３及びリード線６２が設けられている。
【００８１】
ここで、電動圧縮機１００の動作について簡単に説明する。
【００８２】
密封端子６３に通電すると、リード線６２を介して電源が固定子６１に供給される。回転子６０は、電源が供給された固定子６１が発生する回転磁界からの回転力（トルク）を受けて回転する。それに伴って、主軸受５５と副軸受５８に支持されているシャフト５６が回転駆動する。揺動スクロール５２は、シャフト５６の偏心ピン部５６ａに係合されており、揺動スクロール５２の自転運動がオルダムリングの自転防止機構によって公転運動に変換される。
【００８３】
回転子６０が回転するとき、回転子６０の下面に装着されているバランスウェイト２３で揺動スクロール５２の偏心公転運動に対するバランスを保っている。つまり、バランスウェイト２３は、回転子６０とともに回転して、この回転に対しての質量バランスをとる機能を有している。その結果、シャフト５６の上部に偏心支持された揺動スクロール５２が揺動されて公転旋回を始め、公知の圧縮原理により冷媒を圧縮する。
【００８４】
まず、シャフト５６の回転駆動によって、ケーシング内の冷媒が固定スクロール５１の渦巻部５１ｂと揺動スクロール５２の渦巻部５２ｂとにより形成される圧縮室２７内へ流れ、吸入過程が開始する。この吸入過程は、低圧冷媒ガスが、吸入パイプ３３を介して外部から低圧室２５内を介して圧縮室２７内に吸い込まれることにより開始する。
【００８５】
圧縮室２７内に冷媒ガスが吸入されると、偏心させられた揺動スクロール５２の公転旋回運動による固定スクロール５１と揺動スクロール５２との圧縮作用により、圧縮室２７の容積を減少させる圧縮過程へと移行する。つまり、圧縮機構３５では、揺動スクロール５２が公転旋回運動すると、冷媒ガスが吸入口となる揺動スクロール５２の渦巻部５２ｂ及び固定スクロール５１の渦巻部５１ｂの最外周開口部から取り込まれて、揺動スクロール５２の回転とともに徐々に圧縮されながら中心部に向かうにようになっている。
【００８６】
そして、圧縮室２７で圧縮された冷媒ガスは、吐出過程に移行する。つまり、圧縮された高圧冷媒ガスは、固定スクロール５１の吐出口５３を通過し、高圧室２６を経由してから吐出パイプ３４を介して電動圧縮機１００の外部へと吐出されるのである。
【００８７】
なお、低圧室２５内の低圧冷媒ガスと高圧室２６内の高圧冷媒ガスとは、固定スクロール５１及びフレーム５４により気密が保たれるように仕切られているのでケーシング内で混在することがない。また、シャフト５６が回転すると、オイルポンプ５９の遠心ポンプ作用により冷凍機油４０が吸引され、シャフト５６内に設けられた給油通路５６ｂを通って主軸受５５及び副軸受５８等に供給された後、重力により返油溝６１ａを介して再びロアシェル３２内へ戻る。そして、固定子６１への通電を止めると、電動圧縮機１００が運転を停止する。
【００８８】
従って、電動圧縮機１００は、実施の形態１から８で説明したいずれかの回転子を備えているので、減磁耐力に優れ、回転子を大型化することなく十分なトルクを得ることができるものとなっている。同様に、電動圧縮機１００に搭載される回転電機も同様の効果を得ることが可能になる。
【００８９】
実施の形態１０．
次に実施の形態９で説明した電動圧縮機を用いた冷凍空調装置について説明する。本実施の形態１０では、室内機と室外機とが冷媒配管で接続された、いわゆるセパレート式の空気調和装置を例に説明するが、本発明の回転電機を備えた電動圧縮機が用いられる冷凍空調装置はこれに限らず、冷凍装置や他の形態の空気調和装置など冷凍サイクルを利用した他の形態の冷凍空調装置であってもよい。セパレート式の空気調和装置では室外機に電動圧縮機が設けられる。
【００９０】
図２０は実施の形態１０の空気調和装置の冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。また図２１は実施の形態１０のセパレート式の空気調和装置の室外機を示す分解斜視図である。
【００９１】
図２０に示すように、空気調和装置の冷媒回路は、実施の形態９で述べた冷媒を圧縮するための電動圧縮機１００、冷房運転と暖房運転とで冷媒の流れる方向を切り替える四方弁１０１、冷房運転時は凝縮器、暖房運転時は蒸発器として動作する室外側熱交換器１０２、高圧の液冷媒を減圧して低圧の気液二相冷媒にする減圧器１０３（電子制御式膨張弁）、冷房運転時は蒸発器、暖房運転時は凝縮器として動作する室内側熱交換器１０４を順次接続して冷凍サイクルを構成する。
【００９２】
図２０の実線矢印は、冷房運転時の冷媒の流れる方向を示す。また、図２０の破線矢印は、暖房運転時の冷媒の流れる方向を示す。
【００９３】
室外側熱交換器１０２には室外側送風機１０５が設けられ、そして室内側熱交換器１０４には室内側送風機１０６（横流ファン）が設けられている。
【００９４】
冷房運転時は、電動圧縮機１００から圧縮された高温高圧の冷媒が吐出し、四方弁１０１を介して室外側熱交換器１０２へ流入する。この室外側熱交換器１０２では、その風路に設けられた室外側送風機１０５により室外の空気が室外側熱交換器１０２のフィンとチューブ（伝熱管）の間を通過しながら冷媒と熱交換し、冷媒は冷却されて高圧の液状態になり、室外側熱交換器１０２は凝縮器として作用する。その後、減圧器１０３を通過して減圧され低圧の気液二相冷媒となり室内側熱交換器１０４に流入する。室内側熱交換器１０４では、その風路に取り付けられた室内側送風機１０６（横流ファン）の駆動により室内空気が室内側熱交換器１０４のフィンとチューブ（伝熱管）の間を通過し冷媒と熱交換することにより、室内空間に吹き出される空気は冷やされ、一方冷媒は空気より熱を受け取り蒸発して気体状態となり（室内側熱交換器１０４は蒸発器として作用する）、冷媒はその後電動圧縮機１００へ戻る。室内側熱交換器１０４で冷却された空気により、室内空間を空調（冷房）する。
【００９５】
また、暖房運転時は、四方弁１０１が反転することより、冷凍サイクルにおいて上記冷房運転時の冷媒の流れと逆向きに冷媒が流れ、室内側熱交換器１０４が凝縮器として、室外側熱交換器１０２が蒸発器として作用する。室内側熱交換器１０４で暖められた空気により、室内空間を空調（暖房）する。
【００９６】
図２１により空気調和装置の室外機１１０の構成を説明する。空気調和装置の室外機１１０は、平面視で略Ｌ字状の室外側熱交換器１０２、室外機１１０の筐体の底部を構成する底板１１１（ベース）、筐体の天面を構成する平板状のトップパネル１１２、筐体の前面と一側部を構成する平面視で略Ｌ字状のフロントパネル１１３、筐体の他側部を構成するサイドパネル１１４、風路（送風機室）と機械室を分けるセパレータ１１５、電気品が収納される電気品ボックス１１６、冷媒を圧縮する電動圧縮機１００、冷媒回路を形成する冷媒配管・冷媒回路部品類１１７、室外側熱交換器１０２に送風を行う室外側送風機１０５等で構成されている。
【００９７】
上記のように構成される空気調和装置の室外機１１０に搭載される電動圧縮機１００は、本実施の形態９で述べたように、本実施の形態１から８で述べた、減磁耐力に優れ、回転子を大型化することなく十分なトルクを得ることができる回転子を設けた回転電機を備えているので、室外機を大型化することなく、効率よく冷凍サイクルを行える空気調和装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１、１ａ、１ｂ  鉄心板
２  内周側鉄心部
３  外周側鉄心部
５  中間連結部
６  端側連結部、６ａ  径方向連結部、６ｂ、６ｃ  外周連結部
７ａ、７ｂ  空隙部
８、８ａ、８ｂ  冷媒排出路
９、９ａ、９ｂ  磁石挿入穴
１０、１０ａ、１０ｂ  永久磁石
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ  凹部
１４  冷媒通路用穴
２０  回転子鉄心
２１  端板
２２、２２ａ、２２ｂ  冷媒吸入穴
６０  回転子
１００  電動圧縮機
１１０  空気調和装置の室外機
２０１、２０２、２０３、２１１、２１２、２１３  部分回転子鉄心
ｄ  間隙
【図１】
2017028862.tif 000003
【図２】
2017028862.tif 000004
【図３】
2017028862.tif 000005
【図４】
2017028862.tif 000006
【図５】
2017028862.tif 000007
【図６】
2017028862.tif 000008
【図７】
2017028862.tif 000009
【図８】
2017028862.tif 000010
【図９】
2017028862.tif 000011
【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】
2017028862.tif 000016
【図１５】
2017028862.tif 000017
【図１６】
2017028862.tif 000018
【図１７】
2017028862.tif 000019
【図１８】
2017028862.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
2017028862.tif 000022
【図２１】
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