(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、複数個の永久磁石が埋め込まれている回転子を有する電動機であって、
回転子鉄心が複数個の永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを前記永久磁石を埋め込むために前記永久磁石の軸方向の長さ以上に積層し、
且つ前記永久磁石埋め込み用穴と連通するように配置した磁束短絡防止用穴を有する回転子鉄板Ｂを、積層された前記回転子鉄板Ａの軸方向端面の一方に１枚または永久磁石の位置決めが可能な限り少ない枚数積層し、
さらに前記回転子鉄板Ｂの軸方向端面に前記回転子鉄板Ａを１枚または複数枚積層して形成されるとともに、
前記永久磁石が埋め込まれている前記回転子鉄板Ａと前記回転子鉄板Ｂの当接面における前記磁束短絡防止用穴の外縁部が、前記永久磁石の軸方向端面に当接することにより、前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることを特徴とした永久磁石型同期電動機。
【請求項２】
固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対して回転自在に回転し、複数個の永久磁石が埋め込まれている回転子を有する電動機であって、
回転子鉄心が複数個の永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを積層し、
且つ前記永久磁石埋め込み用穴を有せず前記永久磁石埋め込み用穴を塞ぐ形状をした回転子鉄板Ｃを、積層された前記回転子鉄板Ａの軸方向端面の一方に１枚または複数枚積層し、
前記回転子鉄板Ｃの永久磁石が当接しない側の軸方向端面に、さらに永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを積層して形成されるとともに、
前記回転子鉄板Ｃの前記回転子鉄板Ａとの当接面が前記永久磁石の軸方向端面に当接することにより、前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることを特徴とした永久磁石型同期電動機。
【請求項３】
回転子鉄心に始動用かご形導体を配設することを特徴とした請求項１または請求項２に記載の永久磁石型同期電動機。
【請求項４】
永久磁石が希土類磁石で形成されていることを特徴とした請求項１から請求項３のいずれかに記載の永久磁石型同期電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍空調機器用電動圧縮機やその他の一般産業用に使用される永久磁石型同期電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷凍空調機器用電動圧縮機やその他の一般産業用に使用される永久磁石型同期電動機は、回転子鉄心の外周部に永久磁石が配置されている表面配置型と回転子鉄心の内部に永久磁石が埋め込まれている埋め込み型に大別されるが、本発明は埋め込み型の永久磁石型同期電動機に関するものである。
【０００３】
埋め込み型の永久磁石型同期電動機において、電動機特性その他の条件により、回転子鉄心の軸方向長さに対して、永久磁石の軸方向長さを短くする必要が生じることがある。その際に、一般的には回転子鉄心の軸方向長さの中心と永久磁石の軸方向長さの中心とを合致させて、固定子と回転子との磁気吸引による回転子の軸方向の振れを抑える必要がある。
【０００４】
回転子鉄心の軸方向長さに対して、永久磁石の軸方向長さを短くする場合の永久磁石の保持方法として、特開平９−１８２３３２号公報に示されているものがある。
【０００５】
以下、図面を参照しながら上記従来の永久磁石の保持方法を説明する。
【０００６】
図１０は従来の埋め込み型の回転子の軸方向断面図である。図１０において、回転子１の回転子鉄心２に設けられた永久磁石埋め込み用穴３に永久磁石４が埋め込まれている。永久磁石４はホルダ５により保持され、永久磁石埋め込み用穴３を２枚の端板６で塞ぐことにより、回転子鉄心２の中で永久磁石４の位置決めがなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成は、永久磁石の位置決めをするためのホルダを必要とし、組立および部品のコストが高くなるという欠点があった。
【０００８】
本発明は、従来の課題を解決するもので、ホルダを使用せずに回転子鉄心のみで永久磁石の位置決めを可能とする安価な永久磁石型同期電動機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、複数個の永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを前記永久磁石を埋め込むために前記永久磁石の軸方向の長さ以上に積層し、且つ前記永久磁石埋め込み用穴と連通するように配置した磁束短絡防止用穴を有する回転子鉄板Ｂを、積層された前記回転子鉄板Ａの軸方向端面の一方に１枚または複数枚積層し、さらに前記回転子鉄板Ｂの軸方向端面に前記回転子鉄板Ａを１枚または複数枚積層して回転子鉄心を形成し、前記永久磁石が埋め込まれている前記回転子鉄板Ａと前記回転子鉄板Ｂとの当接面における磁束短絡防止用穴の外縁部が、前記永久磁石の軸方向端面に当接することにより、ホルダを使用せずに回転子鉄心のみで前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることができるので、組立および部品のコストを低減することができる。
【００１０】
また本発明は、複数個の永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを積層し、且つ前記永久磁石埋め込み用穴を有せず前記永久磁石埋め込み用穴を塞ぐ形状をした回転子鉄板Ｃを、積層された前記回転子鉄板Ａの軸方向端面の一方に１枚または複数枚積層し、前記回転子鉄板Ｃの前記回転子鉄板Ａとの当接面が、前記永久磁石の軸方向端面に当接することにより、ホルダを使用せずに回転子鉄心のみで前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることができるとともに、１枚の端板を磁石埋め込み用穴の他方の軸方向端面に配置するだけで、磁石埋め込み用穴の両端を塞ぐ構造とすることができるので、さらにコストを低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、複数個の永久磁石が埋め込まれている回転子を有する電動機であって、回転子鉄心が複数個の永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを前記永久磁石を埋め込むために前記永久磁石の軸方向の長さ以上に積層し、且つ前記永久磁石埋め込み用穴と連通するように配置した磁束短絡防止用穴を有する回転子鉄板Ｂを、積層された前記回転子鉄板Ａの軸方向端面の一方に１枚または複数枚積層し、さらに前記回転子鉄板Ｂの軸方向端面に前記回転子鉄板Ａを１枚または複数枚積層して形成されるとともに、前記永久磁石が埋め込まれている前記回転子鉄板Ａと前記回転子鉄板Ｂの当接面における前記磁束短絡防止用穴の外縁部が、前記永久磁石の軸方向端面に当接することにより、前記回転子鉄心のみで前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることができ、組立および部品のコストを低減することができるという作用を有する。
【００１２】
また請求項２に記載の発明によれば、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、複数個の永久磁石が埋め込まれている回転子を有する電動機であって、回転子鉄心が複数個の永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを積層し、且つ前記永久磁石埋め込み用穴を有せず前記永久磁石埋め込み用穴を塞ぐ形状をした回転子鉄板Ｃを、積層された前記回転子鉄板Ａの軸方向端面の一方に１枚または複数枚積層して形成されるとともに、前記回転子鉄板Ｃの前記回転子鉄板Ａとの当接面が前記永久磁石の軸方向端面に当接することにより、前記回転子鉄心のみで前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることができるという作用を有する。さらに、前記永久磁石埋め込み用穴の一方が回転子鉄板Ｃにより塞がれるため、前記永久磁石埋め込み用穴の他方の軸方向端面に端板を配設して永久磁石埋め込み用穴を塞ぐことにより、１枚の端板を使用するだけで前記永久磁石埋め込み用穴の両端を塞ぐことができるので、組立および部品のコストをさらに低減できるという作用を有する。
【００１３】
また請求項２に記載の発明によれば、永久磁石埋め込み用穴を有せず永久磁石埋め込み用穴を塞ぐ形状をした回転子鉄板Ｃの永久磁石が当接しない側の軸方向端面に、永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを積層することにより、永久磁石の軸方向端部におけるＮＳ両面の間の磁気回路の磁気抵抗が大きくなり、漏れ磁束が少なくなって電動機の特性を向上させることができるという作用を有する。
【００１４】
また請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明に、さらに、回転子鉄心に始動用かご形導体を配設することにより、自己始動形の永久磁石型同期電動機を構成するとともに、この場合でも前記回転子鉄心のみで前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることができるので、組立および部品のコストを低減することができるという作用を有する。
【００１５】
また請求項４に記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明に、さらに、永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、強い磁力を得ることができるため、回転子や電動機全体の体積を小さくすることができるという作用を有する。
【００１６】
【実施例】
以下本発明による永久磁石型同期電動機の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また固定子は一般的な永久磁石型同期電動機と同様の構成であるため、固定子についての説明も省略する。
【００１７】
（実施例１）
図１から図３を用いて説明する。図１は本発明の実施例１による永久磁石型同期電動機の回転子の軸方向断面図である。図１において１は回転子、２は回転子鉄心である。２ａは回転子鉄板Ａを積層した回転子鉄心であり、図２に回転子鉄板Ａの平面図を示す。図２において３は永久磁石埋め込み用穴であり、回転子鉄板Ａを積層することにより、図１に示すように永久磁石埋め込み用穴３は軸方向に連なり、永久磁石４が埋め込まれる。また図１の２ｂ１は回転子鉄心２ａの軸方向端面に回転子鉄板Ｂを積層した回転子鉄心であり、図３に回転子鉄板Ｂの平面図を示す。図３において７は磁束短絡防止用穴であり、図２の回転子鉄板Ａの永久磁石埋め込み用穴３と同じ位置に配置されており、且つ穴の幅Ｑは永久磁石埋め込み用穴３の幅Ｐよりも狭く設定されている。回転子鉄板Ｂを回転子鉄心２ａの軸方向端面に積層することにより、図１に示すように磁束短絡防止用穴７は永久磁石埋め込み用穴３と連通した形で軸方向に連なる。図１において、２ｃ１は回転子鉄心２ｂ１の軸方向端面にさらに回転子鉄板Ａを１枚または複数枚積層した回転子鉄心である。また図１において、６は非磁性体からなる端板であり、永久磁石４を永久磁石埋め込み用穴３に埋め込む際に発生する永久磁石４の破片が回転子１の外部へ流出したり、外部の異物が磁石埋め込み用穴３に侵入したりするのを防ぐために、永久磁石埋め込み用穴３や磁束短絡防止用穴７を塞ぐ形状に設定されている。
【００１８】
また図１において、永久磁石４の軸方向端面９が回転子鉄心２ｂ１の回転子鉄心２ａとの当接面における磁束短絡防止用穴７の外縁部８に当接することにより、永久磁石４の軸方向端部のＮＳ両面の間の漏れ磁束１０ａ１は、回転子鉄心２ａから回転子鉄心２ｂ１を通り、さらに磁束短絡防止用穴７を横切って、再び回転子鉄心２ｂ１と回転子鉄心２ａを通って永久磁石４に戻る。漏れ磁束１０ｂ１は、回転子鉄心２ａから回転子鉄心２ｂ１を通りさらに回転子鉄心２ｃ１を通り、永久磁石埋め込み用穴３を横切って、再び回転子鉄心２ｃ１、回転子鉄心２ｂ１、回転子鉄心２ａを通り永久磁石４に戻る。ここで、回転子鉄心２ｂ１を１枚または永久磁石の位置決めが可能な限り少ない枚数の回転子鉄板Ｂで構成することにより漏れ磁束１０ａ１が通る磁気回路の磁気抵抗が大きくなり漏れ磁束１０ａ１を少なくすることができ、また回転子鉄板Ｂの磁束短絡防止用穴７の幅Ｑより回転子鉄心２ｃ１を構成している回転子鉄板Ａの永久磁石埋め込み用穴３の幅Ｐの方が広いため、回転子鉄心２ｃ１を回転子鉄板Ｂで構成した場合に比べて漏れ磁束１０ｂ１の磁気回路の磁気抵抗は大きくなり漏れ磁束１０ｂ１を少なくすることができるため、電動機の特性を向上させることができる。また、永久磁石４は回転子鉄心２ｂ１の磁束短絡防止用穴７の外縁部８に吸着するので、ホルダを使用せずに回転子鉄心２のみで永久磁石４の軸方向の位置決めをすることができ、組立および部品のコストを低減することができる。
【００１９】
なお、ここで回転子鉄板Ｂの積層枚数は回転子鉄心２の軸方向長さの中心と永久磁石４の軸方向長さの中心が合致するように設定されており、以下の各実施例についても同様に設定されている。
【００２０】
（実施例２）
図４から図５を用いて説明する。図４は、本発明の実施例２による永久磁石型同期電動機の回転子の軸方向断面図である。図４において、２ｄ１は回転子鉄心２ａの軸方向端面に回転子鉄板Ｃを積層した回転子鉄心である。図５に回転子鉄板Ｃの平面図を示す。回転子鉄板Ｃは永久磁石埋め込み用穴を有していないので、回転子鉄心２ａの軸方向端面に積層することにより永久磁石埋め込み用穴３の一方を塞ぐことになる。
【００２１】
永久磁石４の軸方向端面１１が回転子鉄心２ｄ１の回転子鉄心２ａとの当接面１２に当接することにより、永久磁石４の軸方向端部の漏れ磁束１０ｃ１は、回転子鉄心２ａから回転子鉄心２ｄ１を通り、再び回転子鉄心２ａを通り、永久磁石４に戻る。また、永久磁石４は回転子鉄心２ｄ１の軸方向端面１２に吸着するので、ホルダを使用せずに回転子鉄心２のみで永久磁石４の軸方向の位置決めをすることができ、組立および部品のコストを低減することができる。
【００２２】
また回転子鉄心２ａの永久磁石埋め込み用穴３は、一方を回転子鉄心２ｄ１で塞がれているため、他方に１枚の端板６を配置するだけで永久磁石埋め込み用穴３の両端を塞ぐことができる。実施例１では端板６が２枚必要であるのに対し、実施例２では端板６が１枚だけでよいので、組立および部品のコストをさらに低減することができる。
【００２３】
また、回転子鉄板Ａと回転子鉄板Ｃは、打抜き工程において永久磁石埋め込み用穴３を打抜く歯金型を出し入れする制御を行うことにより容易に製造することが可能であり、実施例１のような回転子鉄板Ｂの磁束短絡防止用穴７を打抜くための歯金型が不要であるので金型全体の構成を簡略化することができる。
【００２４】
（実施例３）
図６は、本発明の実施例３による永久磁石型同期電動機の回転子の軸方向断面図である。回転子鉄心２ｄ２の永久磁石４の軸方向端面１１が当接しない側の軸方向端面に、さらに回転子鉄板Ａを積層した回転子鉄心２ｃ２が配置されている。
【００２５】
永久磁石４の軸方向端面１１が回転子鉄心２ｄ２の軸方向端面１２に当接することにより、永久磁石４の軸方向端部の漏れ磁束１０ｃ２は、回転子鉄心２ａから回転子鉄心２ｄ２を通り、再び回転子鉄心２ａを通り、永久磁石４に戻る。また、漏れ磁束１０ｂ２は、回転子鉄心２ａから回転子鉄心２ｄ２を通りさらに回転子鉄心２ｃ２を通り永久磁石埋め込み用穴３を横切って、再び回転子鉄心２ｃ２、回転子鉄心２ｄ２、回転子鉄心２ａを通って永久磁石４に戻る。漏れ磁束１０ｂ２は永久磁石埋め込み用穴３を横切るため、実施例２の漏れ磁束１０ｃ１が通る磁気回路の磁気抵抗に比べて、実施例３の漏れ磁束１０ｂ２が通る磁気回路の磁気抵抗の方が大きく、実施例２の漏れ磁束１０ｃ１に対して、実施例３の漏れ磁束１０ｃ２と漏れ磁束１０ｂ２との和の方が少なくなる。したがって、実施例２よりも漏れ磁束を少なくすることができるため、電動機の特性を向上させることができる。
【００２６】
（実施例４）
図７から図９を用いて説明する。図７は、本発明の実施例４による自己始動形の永久磁石型同期電動機の回転子の軸方向断面図である。図７において、１３は回転子、１４は回転子鉄心である。１４ａは回転子鉄板Ｄを積層した回転子鉄心であり、図８に回転子鉄板Ｄの平面図を示す。図８において１５は、図７の始動用かご形導体の導体バー１６ａを配設するためのスロットであり、３は永久磁石埋め込み用穴である。また図７において、１４ｂは回転子鉄板Ｅを積層した回転子鉄心であり、図９に回転子鉄板Ｅの平面図を示す。図９において１７は、図７の始動用かご形導体の導体バー１６ａを配設するためのスロットであり、図８の回転子鉄板Ｄのスロット１５と同じ形状で且つ同じ位置にある。また７は磁束短絡防止用穴であり、図８の回転子鉄板Ｄの永久磁石埋め込み用穴３と同位置にあり、且つ磁束短絡防止用穴７の幅Ｑは永久磁石埋め込み用穴３の幅Ｐよりも狭く設定してある。図７において、１４ｃは回転子鉄心１４ｂの軸方向端面にさらに回転子鉄板Ａを１枚または複数枚積層した回転子鉄心である。そして、アルミダイカストにより導体バー１６ａと短絡環１６ｂとが一体成形されて始動用かご形導体を形成する。回転子１３に始動用かご形導体を配設することにより、始動時には誘導電動機として作動し、同期速度付近に達すると同期速度に引き込まれて同期電動機として作動する自己始動形の永久磁石型同期電動機が構成されることとなる。この場合も実施例１と同様に磁束短絡防止用穴７を有する回転子鉄心１４ｂを配設し、さらに回転子鉄板Ａを積層しているので永久磁石４の軸方向端部のＮＳ両面の間の漏れ磁束が少なくなり、電動機の特性を向上させることができる。
【００２７】
本実施例のような始動用かご形導体を配設した自己始動形の永久磁石型同期電動機においても、前記した実施例１から実施例３のように、ホルダを使用せずに回転子鉄心１４のみで永久磁石４の軸方向の位置決めをすることができるので、組立および部品のコストを低減することができる。
【００２８】
（実施例５）
永久磁石がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石で形成されていることにより、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石は残留磁束密度が高いので、回転子や電動機全体の体積を小さくすることができる。
【００２９】
なお、上記の全ての実施例においては、４極の例を用いたが、これに限られるものではなく、例えば２極等の他の磁極数を形成するような回転子についても同様である。
【００３０】
また、上記の全ての実施例において、永久磁石が平板状のものを用いたが、これに限られるものではなく、例えば円弧状等他の形状の永久磁石を用いた回転子についても同様である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載の発明によれば、回転子鉄心が複数個の永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを積層し、且つ前記永久磁石埋め込み用穴と連通した磁束短絡防止用穴を有する回転子鉄板Ｂを、積層された前記回転子鉄板Ａの軸方向端面の一方に１枚または複数枚積層し、さらに前記回転子鉄板Ｂの軸方向端面に前記回転子鉄板Ａを１枚または複数枚積層して形成されるとともに、前記回転子鉄板Ｂの前記回転子鉄板Ａとの当接面における永久磁石埋め込み用穴の外縁部が、前記永久磁石の軸方向端面に当接することにより、ホルダを使用せずに前記回転子鉄心のみで前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることができるので、組立および部品のコストを低減することができる。
【００３２】
また請求項２に記載の発明によれば、回転子鉄心が複数個の永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを積層し、且つ前記永久磁石埋め込み用穴を有せず前記永久磁石埋め込み用穴を塞ぐ形状をした回転子鉄板Ｃを、積層された前記回転子鉄板Ａの軸方向端面の一方に１枚または複数枚積層して形成されるとともに、前記回転子鉄板Ｃの前記回転子鉄板Ａとの当接面が、前記永久磁石の軸方向端面に当接することにより、ホルダを使用せずに前記回転子鉄心のみで前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることができるので、組立および部品のコストを低減することができる。
【００３３】
さらに、前記永久磁石埋め込み用穴の一方が回転子鉄板Ｃにより塞がれるため、前記永久磁石埋め込み用穴の他方の軸方向端面に端板を配設して、永久磁石埋め込み用穴を塞ぐことにより、１枚の端板を使用するだけで前記永久磁石埋め込み用穴の両端を塞ぐことができるので、組立および部品のコストをさらに低減することができる。
【００３４】
また永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａと永久磁石埋め込み用穴を塞ぐ回転子鉄板Ｃは、打抜き工程において永久磁石埋め込み用穴を打抜く歯金型を出し入れする制御をすることにより容易に製造することが可能であり、磁束短絡防止用穴を打抜くための歯金型が不要であるので金型全体の構成を簡略化することができる。
【００３５】
また請求項２に記載の発明によれば、永久磁石埋め込み用穴を有せず永久磁石埋め込み用穴を塞ぐ形状をした回転子鉄板Ｃの、永久磁石が当接しない側の軸方向端面に、永久磁石埋め込み用穴を有する回転子鉄板Ａを積層することにより、永久磁石の軸方向端部におけるＮＳ両面の間の磁気回路の磁気抵抗が大きくなり、漏れ磁束を少なくすることができるため、電動機の特性を向上させることができる。
【００３６】
また請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明に、さらに、回転子鉄心に始動用かご形導体を配設することにより、自己始動形の永久磁石型同期電動機を構成するとともに、この場合でもホルダを使用せずに回転子鉄心のみで前記永久磁石の軸方向の位置決めをすることができるので、組立および部品のコストを低減することができる。
【００３７】
また請求項４に記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明に、さらに、永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、強い磁力を得ることができるため、回転子や電動機全体の体積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断面図
【図２】回転子鉄板Ａの平面図
【図３】回転子鉄板Ｂの平面図
【図４】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断面図
【図５】回転子鉄板Ｃの平面図
【図６】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断面図
【図７】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断面図
【図８】回転子鉄板Ｄの平面図
【図９】回転子鉄板Ｅの平面図
【図１０】従来の埋め込み型の回転子の軸方向断面図
【符号の説明】
１  回転子
２  回転子鉄心
３  永久磁石埋め込み用穴
４  永久磁石
７  磁束短絡防止用穴
８  磁束短絡防止用穴の外縁部
９  永久磁石の軸方向端面
【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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