JP2006353100A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】永久磁石式同期電動機のティースに集中巻を施した固定子と磁石あるいは磁石の形状とを発生損失との関係で最適化し、電動機効率向上及び空気調和機の運転効率を向上する。
【解決手段】固定子鉄心4の複数のティース6に集中巻を施した固定子2と、回転子鉄心8の内部に回転軸に垂直な断面形状が1極当たり外方に拡開した略V字形状の希土類磁石10を4極分有する回転子3とを備え、固定子鉄心4の複数のティース6間に形成されるスロット開口部12の幅W1と、希土類磁石10の最外径内側の回転軸心からの磁石軸心開度θ1の比W1/θ1は、最小値2.4/119=0.0201から最大値3.4/111=0.0306の範囲に設定し、回転子3に希土類磁石10を収容する複数の磁石スロット9を希土類磁石毎に設け、磁石スロット9の1対の回転軸側の磁石スロット間の最少幅を0.5mmから1.0mmに構成したルームエアコン用空気調和機である。
【選択図】図1
【解決手段】固定子鉄心4の複数のティース6に集中巻を施した固定子2と、回転子鉄心8の内部に回転軸に垂直な断面形状が1極当たり外方に拡開した略V字形状の希土類磁石10を4極分有する回転子3とを備え、固定子鉄心4の複数のティース6間に形成されるスロット開口部12の幅W1と、希土類磁石10の最外径内側の回転軸心からの磁石軸心開度θ1の比W1/θ1は、最小値2.4/119=0.0201から最大値3.4/111=0.0306の範囲に設定し、回転子3に希土類磁石10を収容する複数の磁石スロット9を希土類磁石毎に設け、磁石スロット9の1対の回転軸側の磁石スロット間の最少幅を0.5mmから1.0mmに構成したルームエアコン用空気調和機である。
【選択図】図1
Description
本発明は、空気調和機に係り、永久磁石式同期電動機を用いた空気調和機に好適なものである。
従来のブラシレスDCモータとしては、特開平9−298852号公報に示されているように、固定子とこの内側にエアギャップを介して対向配置させた回転子よりなるブラシレスDCモータにおいて、十分な固定子磁束を得ることによって効率良くトルクを発生させ、モータ効率を向上させるために、固定子鉄心に3相コイルを巻装して固定子を構成し、回転子鉄心の内部に回転軸4に垂直な断面形状が各極において略V字形または略U字形をなすように埋め込んだ磁石によって界磁を構成するとともに、各極を構成する前記磁石のV字形またはU字形の回転軸心からの開角を電気角120゜以上として回転子を構成し、固定子のコイルに3相センサレス通電を行うものがある。
しかし、係る従来のブラシレスDCモータは、固定子の形態に言及されておらず、ティースに集中巻を施した固定子と磁石あるいは磁石の形状とを発生損失との関係で最適化し、電動機効率の向上を図る点については記載されていなかった。
本発明の目的は、ティースに集中巻を施した固定子と磁石あるいは磁石の形状とを発生損失との関係で最適化し、電動機効率向上が図れる永久磁石式同期電動機及びこれを用いて運転効率の向上が図れる空気調和機を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の第1の特徴は、固定子鉄心の複数のティースに集中巻を施した固定子と、回転子鉄心の内部に回転軸に垂直な断面形状が1極当たり外方に拡開した形状の希土類磁石を有する回転子とを備え、前記希土類磁石の最外径内側の回転軸心からの磁石軸心開度を電気角で111度から119度に構成すると共に、前記固定子鉄心の複数の前記ティース間に形成されるスロット開口部の幅を2.4mmから3.4mmに構成したことにある。
本発明の第2の特徴は、前記希土類磁石の最外径内側の回転軸心からの磁石軸心開度を電気角で111度から115度に構成すると共に、前記固定子鉄心の複数の前記ティース間に形成されるスロット開口部の幅を1.4mmから3.4mm以下に構成したことにある。
本発明の第3の特徴は、前記固定子鉄心の複数の前記ティース間に形成されるスロット開口部の幅と前記希土類磁石の磁石軸心開度の比を0.0201から0.0306に構成したことにある。
本発明の第4の特徴は、前記希土類磁石の最外径内側の回転軸心からの磁石軸心開度を電気角で111度から119度に構成すると共に、前記希土類磁石を収容するための複数の磁石スロットを希土類磁石毎に設け、前記磁石スロットの1対の前記回転軸側の磁石スロット間の最小幅を0.5mmから1.0mmに構成したことにある。
本発明の第5の特徴は、前記希土類磁石の最外径内側の回転軸心からの磁石軸心開度を電気角で111度から119度に構成すると共に、前記希土類磁石を収容するための複数の磁石スロットを希土類磁石毎に設け、前記磁石スロットの1対の前記回転軸側の磁石スロット間の鉄心部に空間部を設けたことにある。
本発明の第6の特徴は、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁及び室外熱交換器を順次連結して成る冷凍サイクルと、前記室内熱交換器の熱交換を促進する室内送風機用電動機と、前記室外熱交換器の熱交換を促進する室外送風機用電動機とを備え、前記圧縮機を駆動する電動機として永久磁石式同期電動機を用い、この永久磁石式同期電動機は、固定子鉄心の複数のティースに集中巻を施した固定子と、回転子鉄心の内部に回転軸に垂直な断面形状が1極当たり外方に拡開した形状の希土類磁石を有する回転子とを有し、前記希土類磁石の最外径内側の回転軸心からの磁石軸心開度を電気角で111度から119度に構成すると共に、前記固定子鉄心の複数の前記ティース間に形成されるスロット開口部の幅を2.4mmから3.4mmに構成したことにある。
本発明によれば、ティースに集中巻を施した固定子と磁石あるいは磁石の形状とを発生損失との関係で最適化し、電動機効率向上が図れる永久磁石式同期電動機及び運転効率の向上が図れる空気調和機を提供することができる。
以下、本発明の第1実施例について図1〜図2を用いて説明する。図1は本発明の第1実施例に係る永久磁石式同期電動機の径方向断面図である。なお、第2実施例以降の実施例においては第1実施例と重複する説明を省略する。各実施例の図における同一符号は同一物又は相当物を示す。
図1において、永久磁石式同期電動機1は、固定子2と回転子3とから構成される。固定子2は固定子鉄心4と集中巻の固定子巻線5とから構成され、固定子巻線5はティース6を囲むように、ティース6間のスロット7中に巻装されている。回転子3は、回転子鉄心8と、回転子鉄心8中に形成された磁石スロット9と、磁石スロット9中に挿入配置された希土類磁石10と、シャフト11とから構成され、回転子軸心をPで表わしている。また、固定子2のティース6間には幅W1のスロット開口部12を設け、4極6スロットで表わしている。回転子3に配置した希土類磁石10は4極の外方に拡開する略V字形状とし、それぞれの磁石スロット9内に収めている。それぞれの磁石スロット9間にはスロット間鉄心13が存在し、最小幅をW2とする。そして、1極分の磁石スロット9の回転子外周側角部と回転子軸心Pを結んだ線間を磁石軸心開度と称し、その磁石軸心開度をθ1とするとともに、1極分の磁石スロット9の回転子外周側を結んだ線間を磁石開度と称し、その磁石開度をθ2とする。
永久磁石式同期電動機の特性は、トルクメータと負荷装置を介し、ワットメータを用いて電動機入力を測定し、負荷装置で電動機出力を吸収した時のトルクメータの値から電動機出力が測定できる。この電動機出力から電動機出力を差し引いたものが発生損失となる。この発生損失を分離すると、通常の銅損、鉄損および機械損の他、不明な損失が抽出される。この不明な損失を一般に漂遊損と称している。しかし、この漂遊損の値が銅損並みに大きいことが実験により判明した。したがって、この漂遊損を低減することが電動機効率を向上する上で重要である。
そこで、本発明においては、1磁極当たりの略V字形または略U字形の外方に拡開している希土類磁石10の回転軸心からの開角、すなわち磁石軸心開度θ1と固定子鉄心の複数のティース間に形成されるスロット7の開口部の幅W1とをパラメータに発生損失の分離を行い、漂遊損を抽出した。
図2は図1の永久磁石式同期電動機の磁石軸心開度と漂遊損の関係を示した図である。この図2の縦軸は、磁石軸心開度θ1が最小の107度でスロット開口部の幅W1が2.4mmと、磁石軸心開度θ1が最大の123度でスロット開口部の幅W1が3.4mmとで漂遊損が最小値を示す2点近傍を基準値とし、磁石軸心開度θ1とスロット開口部の幅W1をパラメータにとったときの漂遊損の測定値を同基準値に対する比に換算して示したものである。
この図2から明らかなように、各磁石軸心開度θ1に対し、それぞれの漂遊損比にはスロット開口部の幅W1に対する最小値があることがわかる。図2において、各漂遊損比の最小値はスロット開口部の幅W1が2.4mmから3.4mmの範囲に存在するが、それらの最小値が全て最小基準値未満であるのは、磁石軸心開度θ1が111度から119度の範囲である。すなわち、漂遊損比が基準値未満の電動機とするためには、スロット開口部の幅W1が2.4mmから3.4mm、磁石軸心開度θ1が111度から119度の範囲に設定する必要がある。この図2より明らかなように、スロット開口部の幅W1と磁石の磁石軸心開度θ1の比は、前記範囲内からスロット開口部の幅W1と磁石軸心開度θ1の任意の組み合わせを選ぶことができるので、最小値2.4/119=0.0201から最大値3.4/111=0.0306の範囲に設定する必要があることが確認できる。
また、磁石軸心開度θ1が111度から115度の範囲では、スロット開口部の幅W1が1.4mmから3.4mmの範囲において、磁石軸心開度θ1が107度及び123度の基準特性線より漂遊損が小さいことが確認できる。
さらには、磁石軸心開度θ1が111度から115度の範囲では、スロット開口部の幅W1が2.0mmから3.4mmの範囲において、最小基準値より漂遊損が小さいことが確認できる。
また、磁石軸心開度θ1が115度から119度の範囲では、スロット開口部の幅W1が2.4mmから3.5mmの範囲において、最小基準値より漂遊損が小さいことが確認できる。
さらには、磁石スロット9をそれぞれ個々の希土類磁石10毎に設けているので、希土類磁石10の配置位置を固定でき、電動機としての性能のバラツキを最小限に抑えることができる。
図1に示すスロット間鉄心13の最小幅W2は、電動機性能より必要とされる磁石の形状と電磁鋼鈑の強度から決定され、0.5mmから1.0mmの範囲で構成されることにより、漏れ磁束量が低減でき、磁石の磁束を有効に利用することで電動機効率の向上を図ることができる。
前記実施例の他に、図示していないが、磁石開度θ2に対しても同様な磁石開度と漂遊損の関係がある。それによると、最適なスロット開口部の幅W1と磁石開度θ2としては、上述した磁石軸心開度θ1の結果と同様になることを確認している。しかしながら、磁石軸心開度θ1と磁石開度θ2については、完全に一致させることが無理な状態が存在することから、θ1とθ2の偏差を±2度以内に収めることで対応できる。
次に、本発明の第2実施例について図3を用いて説明する。図3は本発明の第2実施例に係る永久磁石式同期電動機の径方向断面図である。
この第2実施例が第1実施例と異なるのは、それぞれの磁石スロット9間にはスロット間鉄心13が存在し、磁石スロット間鉄心13に空間部14を設けている点である。磁石スロット間鉄心13に空間部14を設け、スロット間鉄心13の磁気抵抗を増大させることにより、第1実施例の回転子よりも、スロット間鉄心部における漏れ磁束量を低減でき、磁石の磁束が有効に利用されるので、より一層の電動機効率の向上を図ることができる。
次に、本発明の第3実施例について図4を用いて説明する。図4は本発明の第3実施例に係る永久磁石式同期電動機の径方向断面図である。
この第3実施例が第1実施例と異なるのは、希土類磁石10を4極の回転子中心側に凸の略U字形状とし、それぞれの磁石スロット9内に収めることにより、第1実施例に示した回転子同様の作用及び効果を得ることができるとともに、希土類磁石の使用枚数を8枚から4枚に減らすことによりコスト低減が可能となるので、電動機のコスト低減を図ることができる。
なお、以上の各実施例では4極構造の電動機に関して説明したが、2極や6極等いかなる極数の電動機に対しても本発明は有効に寄与し得ることは勿論である。
次に、本発明の第4実施例について図5を用いて説明する。図5は本発明の第4実施例に係る空気調和機の冷凍サイクル系統図である。
この空気調和機は、圧縮機21、室内熱交換器22、室内膨張弁24、室外熱交換器25、アキュームレータ27を順次連結して成る冷凍サイクルを形成し、室内機30の熱交換を促進する室内送風機用電動機23、室外機29の熱交換を促進する室外送風機用電動機26を有する。また、外気温度を検出する外気サーミスタ28を有する。そして、圧縮機21は、駆動する電動機として、上述した各実施例の永久磁石式同期電動機の何れかを用いたものである。
係る空気調和機によれば、上述した各実施例の永久磁石式同期電動機の何れかを用いたことにより、運転効率の向上を図ることができ、特に低速運転における運転効率を著しく向上することができる。
1…永久磁石式同期電動機、2…固定子、3…回転子、4…固定子鉄心、5…固定子巻線、6…ティース、7…スロット、8…回転子鉄心、9…磁石スロット、10…希土類磁石、11…シャフト、12…スロット開口部、13…スロット間鉄心、14…空間部、21…圧縮機、22…室内熱交換器、23…室内送風機用電動機、24…室内膨張弁、25…室外熱交換器、26…室外送風機用電動機、27…アキュームレータ、29…室外機、30…室内機。
Claims (1)
- 圧縮機、室内熱交換器、膨張弁及び室外熱交換器を順次連結して成る冷凍サイクルと、前記室内熱交換器の熱交換を促進する室内送風機用電動機と、前記室外熱交換器の熱交換を促進する室外送風機用電動機とを備え、
前記圧縮機を駆動する電動機として永久磁石式同期電動機を用い、
この永久磁石式同期電動機は、固定子鉄心の複数のティースに集中巻を施した固定子と、回転子鉄心の内部に回転軸に垂直な断面形状が1極当たり外方に拡開した略V字形状の希土類磁石を4極分有する回転子とを有し、
前記固定子鉄心の複数の前記ティース間に形成されるスロット開口部の幅W1と、前記希土類磁石の最外径内側の回転軸心からの磁石軸心開度θ1の比W1/θ1は、最小値2.4/119=0.0201から最大値3.4/111=0.0306の範囲に設定し、
前記回転子に前記希土類磁石を収容するための複数の磁石スロットを希土類磁石毎に設け、前記磁石スロットの1対の前記回転軸側の磁石スロット間の最少幅を0.5mmから1.0mmに構成したことを特徴とするルームエアコン用空気調和機。
Priority Applications (1)
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