JP2010016952A - 界磁子、圧縮機、送風機及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石に生じる渦電流を低減しつつも、成形が容易な界磁子を提供する。
【解決手段】界磁子１は界磁子コア１０と、永久磁石１２とを備えている。界磁子コア１０は界磁磁石貫挿孔１１を有している。永久磁石１２は界磁磁石貫挿孔１１に貫挿される。永久磁石１２は回転軸Ｐとは反対側で表面１２ａを有している。表面１２ａには単一の磁極が呈されている。表面１２ａは回転軸Ｐを中心とした周方向で端を有し、当該端において回転軸Ｐ側へと湾曲している。
【選択図】図１

Description

本発明は界磁子、圧縮機、送風機及び空気調和機に関し、特に永久磁石が埋設された界磁子に関する。

永久磁石と界磁子コアとを有する界磁子と、電機子とを備える回転電機において、永久磁石の減磁耐力を向上する技術が特許文献１に記載されている。永久磁石は界磁子コアの外周に取り付けられている。そして、周方向における端で回転軸に向かって傾斜した形状を有している。

その他、永久磁石の減磁耐力を向上する技術が特許文献２〜８に記載されている。

特開平１１−１４６５８４号公報 特開２００２−８４６９０号公報 特開２００２−１１２４７９号公報 特開２００３−１４３７８８号公報 特許第４００４８９４号明細書 特開２００４−１０４９６２号公報 特許第３７３７４９２号明細書 特許第４０６５８２９号明細書

特許文献１ではフェライト磁石が用いられているが、近年、磁気エネルギー積の大きい希土類磁石が注目されて、これを用いる場合がある。希土類磁石はその材料費が高いために、薄い平板形状の希土類磁石が界磁子コアに埋設されて用いられる。よって、希土類磁石をそのまま特許文献１と同様の形状に成形して使用すると、製造コストの増大を招く。

また、特許文献１に記載の技術では、永久磁石の端部が傾斜しているため、永久磁石の成形が必ずしも容易ではない。成形の困難性は製造コストの増大を招く。

そこで、本発明は、減磁耐力を向上しつつも成形が容易な界磁子を提供することを目的とする。

本発明に係る界磁子の第１の態様は、所定の軸(P)の周りで環状に配置される界磁磁石貫挿孔(11)を有する界磁子コア(1)と、前記軸に対して垂直又は平行な方向(D1)の一方の側で単一の磁極が呈され、前記軸を中心とした周方向(D2)において端を含み、前記端において前記方向の他方の側へと向かって湾曲した表面(12a)を有し、前記界磁磁石貫挿孔に貫挿される永久磁石(12)とを備える。

本発明に係る界磁子の第２の態様は、第１の態様に係る前記表面の湾曲の曲率半径(R1)は０．５mm以上である。

本発明に係る界磁子の第３の態様は、第１又は第２の態様に係る界磁子であって、前記永久磁石(12)は、前記方向(D1)の他方の側で前記表面(12a)と対面し、前記周方向(D2)において第２の端を含み、前記第２の端において前記方向の前記一方の側へと湾曲した第２表面(12b)を更に有し、前記第２の端の湾曲の曲率半径(R2)は前記表面の湾曲の曲率半径(R1)よりも小さい。

本発明に係る界磁子の第４の態様は、第１乃至第３の何れか一つの態様に係る界磁子であって、前記表面(12a)において湾曲した部分は前記界磁子コア(1)と離間している。

本発明に係る界磁子の第５の態様は、第４の態様に係る界磁子であって、前記周方向(D2)における前記界磁磁石貫挿孔(11)の幅は、前記表面(12a)側において、前記周方向における前記界磁磁石(12)の幅の最大値よりも広い。

本発明に係る界磁子の第６の態様は、第１乃至第５の何れか一つの態様に係る界磁子であって、前記表面(12a)は前記軸(P)に垂直な方向で前記単一の磁極を呈する。

本発明に係る界磁子の第７の態様は、第１乃至第５の何れか一つの態様に係る界磁子であって、前記表面(12a)は前記軸(P)に平行な方向で前記単一の磁極を呈する。

本発明に係る界磁子の第８の態様は、第１乃至第７の何れか一つの態様に係る前記永久磁石は希土類磁石である。

本発明に係る圧縮機の第１の態様は、第１乃至第８の何れか一つの態様に係る界磁子を有する電動機を備える。

本発明に係る送風機の第１の態様は、第１乃至第８の何れか一つの態様に係る界磁子を有する電動機を備える。

本発明に係る空気調和機の第１の態様は、第１乃至第８の何れか一つの態様に係る界磁子を有する電動機を備える。

本発明に係る界磁子の第１の態様によれば、当該方向の一方の側に電機子を設けて回転電機を構成することができる。回転電機によって永久磁石の外部から表面へと、逆磁界が印加されたとき、一般的に当該逆磁界は永久磁石の端に集中するところ、当該端は湾曲しているので当該端において逆磁界を回避しやすい。よって、当該端において減磁耐力を向上できる。

また、永久磁石の端が直線的な傾斜を有している場合に比べて、永久磁石の圧縮成形を容易にできる。

本発明に係る界磁子の第２の態様によれば、永久磁石を製造するに際して、圧縮成形のみで円に沿う湾曲形状を実現できるので、製造コストを低減できる。

本発明に係る界磁子の第３の態様によれば、表面と第２表面との間の距離（永久磁石の幅）が減少することを抑制でき、以て永久磁石が生じさせる磁束の低下を抑制できる。

本発明に係る界磁子の第４の態様によれば、永久磁石の端で空隙が生じるので、逆磁界が永久磁石の端を更に回避しやすい。よって、減磁耐力を更に向上できる。

本発明に係る界磁子の第５の態様によれば、永久磁石の端で空隙が増大するので、更に減磁耐力を向上できる。

本発明に係る界磁子の第６の態様によれば、ラジアルギャップ型の界磁子として用いることができる。

本発明に係る界磁子の第７の態様によれば、アキシャルギャップ型の界磁子として用いることができる。

本発明に係る界磁子の第８の態様によれば、希土類磁石は例えばフェライト磁石などに比べてエネルギー積が大きいので、永久磁石として薄い平板形状を採用できる。よって、永久磁石の圧縮成形を更に容易にできる。

本発明に係る界磁子の第９の態様によれば、減磁耐力を向上できるので、高効率な圧縮機を提供できる。

本発明に係る界磁子の第１０の態様によれば、減磁耐力を向上できるので、高効率な送風機を提供できる。

本発明に係る界磁子の第１１の態様によれば、減磁耐力を向上できるので、高効率な空気調和機を提供できる。

第１の実施の形態．
図１は第１の実施の形態に係る界磁子の一例を用いたラジアルギャップ型の回転電機の概念的な構成を示す。図１は回転軸Ｐに垂直な断面における回転電機の構成を示している。回転電機は、界磁子１と電機子２とを備えている。界磁子１と電機子２とは回転軸Ｐを中心とした径方向（以下、単に径方向と呼ぶ）で相互に対面している。

界磁子１は界磁子コア１０と、複数の永久磁石１２とを備えている。界磁子コア１０は例えば回転軸Ｐを中心とした円柱状の磁性体であって、複数の界磁磁石貫挿孔１１を有している。

複数の界磁磁石貫挿孔１１は回転軸Ｐの周りで環状に配置されている。界磁磁石貫挿孔１１の各々は、回転軸Ｐに垂直な断面において、例えば回転軸Ｐを中心とした周方向Ｄ２を長手方向とする長方形状の形状を有している。

永久磁石１２はそれぞれ界磁磁石貫挿孔１１に貫挿される。永久磁石１２の各々は径方向で相互に対面する表面１２ａ，１２ｂを有している。表面１２ａは回転軸Ｐとは反対側（換言すれば電機子２側）に位置し、表面１２ｂは回転軸Ｐ側（換言すれば電機子２とは反対側）に位置する。

表面１２ａには単一の磁極が呈されている。言い換えると、表面１２ａは径方向の一方の側（回転軸Ｐとは反対側）で単一の磁極を呈する。そして、周方向Ｄ２で隣り合う永久磁石１２が有する表面１２ａ同士は、その極性が相互に異なっている。また表面１２ａは周方向Ｄ２において端を有し、当該端において回転軸Ｐ側へと向かって湾曲している。

電機子２はヨーク２１と複数のティース２２と電機子巻線２３とを備えている。ティース２２は回転軸Ｐの周りで環状に配置されている。ヨーク２１は界磁子１とは反対側のティース２２の一端同士を相互に磁気的に連結する。電機子巻線２３はティース２２に巻回される。

このような回転電機において、例えば界磁子１は、電機子巻線２３によって生じる磁束の変化を受けて回転軸Ｐを中心として回転する。

図２は一のティース２２と一の永久磁石１２との概念的な構成を拡大して示している。当該一のティース２２と一の永久磁石１２とが径方向において相互に対面している。また図２においては、当該一のティース２２から永久磁石１２へと逆磁界が印加された場合の当該逆磁界の方向が矢印で示されている。ここで逆磁界は、相互に対面する永久磁石１２とティース２２とが同極性の磁極を呈する場合に発生する。

逆磁界は周方向Ｄ２における永久磁石１２の端に集中するところ、表面１２ａは当該端において回転軸Ｐ側へと湾曲しているので、当該端において当該逆磁界を回避しやすい。よって永久磁石１２の減磁耐力を向上できる。なお、図１，２においては表面１２ａが円に沿って湾曲しているが、例えば楕円に沿って湾曲していてもよい。

また永久磁石１２を例えば圧縮成形して製造する場合、表面１２ａの端で面取りされた形状に比べて、パンチ金型の耐久性等の観点から、表面１２ａの端で湾曲した形状の方が成形しやすい。よって、湾曲形状を成形するための困難性を低減でき、以て製造コストを低減できる。

図３，４は、本第１の実施の形態に係る界磁子の一例を用いたアキシャルギャップ型の回転電機の概念的な構成を示している。図３は回転軸Ｐに垂直な断面を示している。図４は周方向Ｄ２に沿った断面において、一の永久磁石１２と一のティース２２とを拡大して示している。

図３，４に示すように、回転電機は界磁子１と電機子２とを備えている。図１，２に示すラジアルギャップ型の回転電機においては界磁子１と電機子２とが径方向で相互に対面していたのに対し、図３，４に示す回転電機においては、界磁子１と電機子２とは回転軸Ｐに平行な軸方向Ｄ１において相互に対面している。

永久磁石１２は軸方向Ｄ１で相互に対面する表面１２ａ，１２ｂを有している。表面１２ａは電機子２側に位置し、表面１２ｂは電機子２とは反対側に位置している。表面１２ａには単一の磁極が呈されている。言い換えると、表面１２ａは軸方向Ｄ１の一方の側（電機子２側）で単一の磁極を呈する。表面１２ａは周方向Ｄ２において端を有し、当該端において電機子２とは反対側に湾曲している。なお、図４においては表面１２ａが円に沿って湾曲しているが、例えば楕円に沿って湾曲していてもよい。

界磁磁石貫挿孔１１は周方向Ｄ２に沿った断面において例えば長方形状の形状を有している。

上記以外の構成については図１，２に示す回転電機を参照して説明した条件が、図３，４に示す回転電機についても適用される。

そして、一のティース２２から一の永久磁石１２へと逆磁界が印加された場合の、当該逆磁界が図４において矢印で示されている。当該逆磁界は周方向Ｄ２における永久磁石１２の端に集中するところ、表面１２ａは当該端において電機子２とは反対側に湾曲しているので、当該逆磁界は当該端を回避しやすい。よって永久磁石１２の減磁耐力を向上できる。また永久磁石１２を例えば圧縮成形して製造する場合、表面１２ａの端で面取りされた形状に比べて、表面１２ａの端で湾曲した形状の方が成形しやすい。

次に述べる技術については図１，２に示すラジアルギャップ型回転電機及び図３，４に示すアキシャルギャップ型回転電機の何れにも適用される。

表面１２ａにおいて湾曲した部分は界磁子コア１０と離間していることが望ましい。具体的な一例として、図１，４でそれぞれ示されているように、界磁磁石貫挿孔１１が回転軸Ｐに垂直な断面、または周方向Ｄ２に沿った断面において長方形状を有している。このような形状であれば、表面１２ａにおいて湾曲した部分が界磁子コア１０と離間する。言い換えると表面１２ａの端において空隙が形成される。当該空隙は磁気抵抗として機能するので、逆磁界が永久磁石１２の端を更に回避しやすい。よって更に減磁耐力を向上できる。

また永久磁石１２は例えばネオジム系などの希土類磁石であることが望ましい。希土類磁石は他の磁石（例えばフェライト磁石）に比べてエネルギー積が大きいため、例えば低消費電力で駆動できる回転電機を実現できる。但し、希土類磁石は他の磁石に比べて高価であるために、材料体積を削減すべく永久磁石１２として図１では径方向における厚みが、図４では軸方向Ｄ１における厚みが、それぞれ薄い形状を採用している。製造コストの削減を極めた幅の薄い平板形状を有する希土類磁石は、１回のパンチでの圧縮成形で製造される。よって、表面１２ａにおける湾曲形状も１回のパンチで圧縮成形できることが望まれる。

１回のパンチで圧縮成形できるという観点では、表面１２ａの湾曲部の曲率半径Ｒ１は０．５mm以上であることが望ましい。当該曲率半径Ｒ１が０．５mm以上あることで、１回のパンチでの圧縮成形によって、表面１２ａの端の湾曲形状を形成できる。よって、希土類磁石を採用した永久磁石１２を１回のパンチでの圧縮成形によって製造でき、追加工等の製造工程を省くことにより、製造コストを更に低減できる。

第２の実施の形態．
図５は第２の実施の形態に係る界磁子の一部の概念的な構成の一例を示している。図５においては、界磁磁石貫挿孔１１と、永久磁石１２との間が誇張して示されている。なお、第２の実施の形態に係る界磁子はラジアルギャップ型回転電機に対応した界磁子であってもよく、アキシャルギャップ型回転電機に対応した界磁子であってもよい。この点は後述する第３の実施の形態でも同様である。

第１の実施の形態で説明した界磁子と比較して、永久磁石１２の形状が相違している。表面１２ｂは周方向Ｄ２において端を有し、当該端で表面１２ａ側へと、例えば円に沿って湾曲している。表面１２ａも当該端で、例えば円に沿って表面１２ｂ側へと湾曲している。表面１２ａが湾曲する曲率半径Ｒ１は所望の減磁耐力を実現する所定値に設定される。一方、表面１２ｂが湾曲する曲率半径Ｒ２は曲率半径Ｒ１よりも小さい。

表面１２ａは表面１２ｂ側に、表面１２ｂは表面１２ａ側にそれぞれ湾曲しているので、永久磁石１２の幅（表面１２ａ，１２ｂの間の距離）は端において低減する。しかしながら、曲率半径Ｒ２が曲率半径Ｒ１よりも小さいので、このような幅の低減を抑制できる。永久磁石１２の幅が狭いほど永久磁石１２内の反磁界が強いため、永久磁石１２が呈する有効磁束の低下を招くところ、本界磁子１によれば当該有効磁束の低下を抑制できる。

第３の実施の形態．
図６は第３の実施の形態に係る界磁子の一部の概念的な構成の一例を示している。図６においては、界磁磁石貫挿孔１１と、永久磁石１２との間が誇張して示されている。第１及び第２の実施の形態と比較して、界磁磁石貫挿孔１１の形状が相違している。

周方向Ｄ２における界磁磁石貫挿孔１１の幅は、表面１２ａ側において、周方向Ｄ２における永久磁石１２の幅よりも広い。より具体的な一例を説明する。

永久磁石１２は図６に示す断面において、周方向Ｄ２を長手方向とする略長方形状を有している。表面１２ａ，１２ｂがそれぞれ長手方向の辺を形成している。当該長方形の４つの角の何れもが丸められている。言い換えると、表面１２ａ，１２ｂが周方向Ｄ２における端で湾曲している。但し、これは必須の要件ではなく、表面１２ｂは湾曲していなくても良い。

周方向Ｄ２における界磁磁石貫挿孔１１の幅は、表面１２ａ側と表面１２ｂ側で相互に相違している。表面１２ｂ側での界磁磁石貫挿孔１１の幅Ｗ１は、周方向Ｄ２における永久磁石１２の幅Ｗ３とほぼ同一である。表面１２ａ側での界磁磁石貫挿孔１１の幅Ｗ２は永久磁石１２の幅Ｗ３よりも広い。

これによって、表面１２ａの端において生じる空隙の容積を増大することができる。よって、逆磁界が永久磁石１２の端を更に回避しやすい。

また、界磁磁石貫挿孔１１の幅Ｗ１が永久磁石１２の幅Ｗ３とほぼ同一なので、永久磁石１２の周方向Ｄ２における移動を防止できる。

第４の実施の形態．
第４の実施の形態では第１乃至第３の実施の形態の何れかで説明した回転電機を電動機として搭載した送風機、圧縮機、空気調和機について説明する。図７は空気調和機の概念的な構成の一例を示す。

空気調和機１００は、室内機１１０と、室外機１２０とを備えている。室内機１１０と室外機１２０とは冷媒配管１３０によって相互に接続されている。冷媒配管１３０はそれぞれ室内機１１０と室外機１２０を介して冷媒が一巡する冷媒回路を構成する。

室内機１１０は、送風機１１１と、熱交換器１１２と、膨張弁１１３とを備えている。熱交換器１１２は冷媒配管１３０上に設けられ、冷媒配管１３０を流れる冷媒と外気との熱移動により当該冷媒の状態（気体／液体）を変化させる。送風機１１１は、第１乃至第３の実施の形態の何れかにかかる電動機によって駆動され、熱交換器１１２における熱移動を促進させる。膨張弁１１３は冷媒配管１３０上に設けられ、冷媒の流量を調整する。

室外機１２０は、送風機１２１と、熱交換器１２２と、膨張弁１２３と、圧縮機１２４とを備えている。熱交換器１２２は冷媒配管１３０上に設けられ、冷媒配管１３０を流れる冷媒と外気との熱移動により当該冷媒の状態（気体／液体）を変化させる。送風機１２１は、第１乃至第３の実施の形態の何れかにかかる電動機によって駆動され、熱交換器１２２における熱移動を促進させる。膨張弁１２３は冷媒配管１３０上に設けられ、冷媒の流量を調整する。圧縮機１２４は第１乃至第３の実施の形態の何れかにかかる電動機によって駆動され、冷媒を圧縮する。

第１乃至第３の実施の形態にかかる電動機によれば、永久磁石の減磁耐力を向上できるので、電動機としての効率を向上できる。よって、これによって駆動される送風機、圧縮機の効率を向上でき、ひいては空気調和機としての効率を向上できる。

なお、送風機１１１，１２１、圧縮機１２４のいずれもが第１乃至第３の実施の形態の何れかにかかる電動機によって駆動されているが、いずれか一つであっても構わない。

第１の実施の形態に係る回転電機の概略的な一例を示す断面図である。 図１に示す回転電機において、一のティースと一の永久磁石に相当する部分を示す概念的な構成図である。 第１の実施の形態に係る回転電機の概略的な他の一例を示す断面図である。 図１における回転電機の回転軸を中心とした周方向に沿った断面の構成を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る界磁子の概念的な一例を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る界磁子の概念的な一例を示す断面図である。 第４の実施の形態に係る空気調和機の概念的な一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 界磁コア
１１ 界磁磁石貫挿孔
１２ 永久磁石
１２ａ，１２ｂ 表面
Ｒ１，Ｒ２ 半径
Ｄ１ 軸方向
Ｄ２ 周方向

Claims (11)

1. 所定の軸(P)の周りで環状に配置される界磁磁石貫挿孔(11)を有する界磁子コア(1)と、
   前記軸に対して垂直又は平行な方向(D1)の一方の側で単一の磁極が呈され、前記軸を中心とした周方向(D2)において端を含み、前記端において前記方向の他方の側へと向かって湾曲した表面(12a)を有し、前記界磁磁石貫挿孔に貫挿される永久磁石(12)と
   を備える、界磁子。
2. 前記表面の湾曲の曲率半径(R1)は０．５mm以上である、請求項１に記載の界磁子。
3. 前記永久磁石(12)は、
   前記方向(D1)の他方の側で前記表面(12a)と対面し、前記周方向(D2)において第２の端を含み、前記第２の端において前記方向の前記一方の側へと湾曲した第２表面(12b)
   を更に有し、
   前記第２の端の湾曲の曲率半径(R2)は前記表面の湾曲の曲率半径(R1)よりも小さい、請求項１又は２に記載の界磁子。
4. 前記表面(12a)において湾曲した部分は前記界磁子コア(1)と離間している、請求項１乃至３の何れか一つに記載の界磁子。
5. 前記周方向(D2)における前記界磁磁石貫挿孔(11)の幅は、前記表面(12a)側において、前記周方向における前記界磁磁石(12)の幅の最大値よりも広い、請求項４に記載の界磁子。
6. 前記表面(12a)は前記軸(P)に垂直な方向で前記単一の磁極を呈する、請求項１乃至５の何れか一つに記載の界磁子。
7. 前記表面(12a)は前記軸(P)に平行な方向で前記単一の磁極を呈する、請求項１乃至５の何れか一つに記載の界磁子。
8. 前記永久磁石は希土類磁石である、請求項１乃至７の何れか一つに記載の界磁子。
9. 請求項１乃至８の何れか一つに記載の界磁子を有する電動機を備える、圧縮機。
10. 請求項１乃至８の何れか一つに記載の界磁子を有する電動機を備える、送風機。
11. 請求項１乃至８の何れか一つに記載の界磁子を有する電動機を備える、空気調和機。

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