JP2010166661A - 回転電機、回転電機の駆動方法及び、圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】界磁磁束がケーシングに漏洩することを回避又は抑制する技術を提供する。
【解決手段】回転軸Ｑと、回転軸Ｑを中心とする界磁発生部１２の外縁１２ｅとの間の距離ｒθを周方向θの位置に応じて変化させる。保持部材１４が呈する保持枠１４Ｆ内で保持される界磁発生部１２は、回転子１０を採用する回転電機を密閉型圧縮機に搭載したときに回転子１０の回転方向前方側における距離ｒθが第１値ｒθ１をとり、回転方向後方側における距離ｒθが第２値ｒθ２（＜ｒθ１）をとる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機及びその駆動方法に関し、当該回転電機は圧縮機に搭載することができる。

回転電機の構成の一例として、界磁磁束を発生する界磁子たる回転子と、電機子巻線を有してこれに流れる電機子電流によって回転磁界を発生する電機子たる固定子とを備えるものがある。

これらの回転子と固定子とが、当該回転子の回転軸方向に空隙を介して対向するアキシャルギャップ型モータがある。このアキシャルギャップ型モータを、磁性体で形成された容器（ケーシング）の内部に収容して密閉型圧縮機を構成する技術が提案されている（例えば下記特許文献１）。

特開２００８−２２８３６３号公報

圧縮機の運転効率向上を図るためには、モータのトルクを向上させることが望ましい。トルクを向上させるには界磁子が有する永久磁石の量を増加させ、磁気装荷を高める必要があるが、永久磁石の量を増加させようとすると、回転軸方向からの平面視で界磁子の面積が増大し、もって永久磁石とケーシングとの距離が近接する事態を招来する。

永久磁石とケーシングとの距離が近接すると例えば、弱め界磁制御時に次のような問題が生じる。すなわち、弱め界磁制御時には弱め界磁制御を行わない場合と比較して、界磁子と電機子とが同じ極性の磁極を呈して対向する状態が多くなるため、界磁磁束が電機子以外に漏洩しやすい。

したがって、永久磁石とケーシングとの距離が小さい場合には、弱め界磁制御時に界磁磁束がケーシングに漏洩する事態を招来する。ケーシングは通常の鉄（電磁鋼板の積層体や圧粉磁芯ではない鉄）であるため、導電率が高い。そのため、ケーシングに漏洩した界磁磁束は渦電流を発生させ運転効率を損なう要因となる。

本発明は、上記課題に鑑み、界磁磁束がケーシングに漏洩することを回避又は抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係る回転電機の第１の態様は、所定の軸（Ｑ）の周りで環状配置される界磁発生部（１２，１２Ａ）の複数を含む回転子（１０，１０Ａ）と、前記軸の一方側で前記回転子と対向する固定子（２０）とを備える回転電機（５０）であって、前記界磁発生部それぞれの前記軸方向からの平面視における、前記軸と、前記軸を中心とする径方向（ｒ）に沿った前記界磁発生部の外縁（１２ｅ，１２ｅＡ）との間の距離（ｒθ）が前記界磁発生部の周方向（θ）の一方側の端部（θ１）でとる第１値（ｒθ１）よりも、前記距離が前記周方向の他方側の端部（θ２）でとる第２値（ｒθ２）の方が小さい。

本発明に係る回転電機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記距離（ｒθ）は前記一方側から前記他方側へと向けて漸減する。

本発明に係る回転電機の第３の態様は、その第１の態様であって、前記外縁（１２ｅＡ）において、前記一方側と前記他方側との間は段差（ｂ）を呈する。

本発明に係る回転電機の第４の態様は、その第３の態様であって、前記他方側の端部から前記段差（ｂ）までの前記軸（Ｑ）を中心とした第１中心角（θβ）は、前記一方側の端部から前記他方側の端部までの前記軸を中心とした第２中心角（θ０）と、回転子（１０Ａ）の最大進角値（βｍａｘ）とによって、θ０＊（１／２＋βｍａｘ／１８０°）で定まる。

本発明に係る回転電機の第５の態様は、その第３の態様であって、前記界磁発生部（１２Ａ）のそれぞれは、前記段差（ｂ）よりも前記周方向（θ）の前記一方側に配置される第１永久磁石（１２６）と、前記段差よりも前記周方向の前記他方側に配置される第２永久磁石（１２８）とを含む。

本発明に係る回転電機の第６の態様は、その第５の態様であって、前記界磁発生部（１２Ａ）のそれぞれは、前記軸（Ｑ）方向からの平面視で前記第１永久磁石（１２６）及び前記第２永久磁石（１２８）を配列した形状と略同形状を呈し、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石に対して前記軸の一方側で隣接する磁性体コア（１２４Ａ）を含む。

本発明に係る回転電機の第７の態様は、その第５の態様であって、前記界磁発生部（１２Ａ）のそれぞれは、前記第１永久磁石（１２６）及び前記第２永久磁石（１２８）に対して前記軸（Ｑ）の一方側で隣接する磁性体コア（１２４Ａ）を含み、前記軸方向からの平面視で前記磁性体コアの前記軸を中心とした第３中心角（θｃ）は前記第２中心角（θ０）と略同角度を呈し、前記磁性体コアの前記軸から外縁（１２ｅＡ）までの長さは前記第１値（ｒθ１）と略等しく、前記回転子（１０）は、前記界磁発生部（１２）を、前記軸を中心とする円の周方向に沿って保持する非磁性体の保持部材（１４Ｂ）を更に含み、前記保持部材は、前記第２永久磁石の外周側に相当する位置で前記一方側から前記磁性体コアを押さえる。

本発明に係る回転電機の駆動方法の第１の態様は、本発明に係る回転電機の第３、第５ないし第７の態様のいずれかの回転電機（５０）を駆動する方法であって、前記他方側の端部から前記段差（ｂ）までの前記軸（Ｑ）を中心とした第１中心角（θβ）と、前記一方側の端部から前記他方側の端部までの前記軸を中心とした第２中心角（θ０）と、前記回転子（１０）の最大進角値（βｍａｘ）とを用いて、θβ＝θ０＊（１／２＋βｍａｘ／１８０°）を満たすまで進角制御を行う。

本発明に係る圧縮機の第１の態様は、本発明に係る回転電機の第３ないし第７の態様のいずれかの回転電機（５０）と、前記固定子を固定して前記回転電機を収容するケーシング（６０）とを備える圧縮機（１００）であって、前記回転子（１０）と前記固定子（２０）とは前記軸（Ｑ）方向で予め定められた第１距離（ｇ）の空隙を介して対向し、前記軸方向を法線とする面内で、前記軸から最も遠い前記界磁発生部（１２Ａ）の外縁（１２ｆ）と、前記外縁と対向する前記ケーシングとの間の距離たる第２距離（ｄｐｓ）は、前記第１距離よりも大きい。

本発明に係る圧縮機の第２の態様は、本発明に係る回転電機の第５ないし第７の態様のいずれかの回転電機（５０）と、前記固定子を固定して前記回転電機を収容するケーシング（６０）とを備える圧縮機（１００）であって、前記軸（Ｑ）方向を法線とする面内で、前記軸に最も近い前記界磁発生部（１２Ａ）の外縁（１２ｎ）と、前記外縁と対向する前記ケーシングとの間の距離たる第３距離（ｄｐｗ）は、前記第１永久磁石（１２６）及び前記第２永久磁石（１２８）の前記軸方向の厚みのうち厚い方（ｔｍ）よりも大きい。

本発明に係る回転電機の第１の態様によれば、回転軸から界磁発生部の外縁までの距離が大きい側を回転前進側にとって回転電機を運転することにより、回転子と固定子との間に作用する斥力に寄与する磁束を発生する界磁発生部の外径を小さくできる。したがって、回転電機を、回転電機の周囲の内径が同心円筒形状を呈するケーシングに内蔵する場合、当該ケーシングとして磁性体を採用し、かつ当該ケーシングで固定子の外周を固定しても、界磁発生部とケーシングとの距離を大きくすることができ、もってケーシングの中を通る漏洩磁束を低減できる。

本発明に係る回転電機の第２の態様によれば、一の界磁発生部の磁束分布が漸減するのでコギングトルクを低減できる。

本発明に係る回転電機の第３の態様によれば、界磁発生部の形状の非対称性が明確に視認できるので、製造工程における取付けミス等を回避又は抑制できる。

本発明に係る回転電機の第４の態様によれば、斥力を発生する部分の永久磁石のみケーシングとの距離を大とすることができ、ケーシングへの漏洩磁束を効率的に低減できる。

本発明に係る回転電機の第５の態様によれば、第１永久磁石と第２永久磁石とを個別に製造できるので、界磁発生部の生産性が向上するとともに、焼結希土類磁石を用いた場合、永久磁石の渦電流損を低減できる。

本発明に係る回転電機の第６の態様によれば、磁束の漏洩を回避又は抑制できるとともに、分割された磁石ではなく、１体の磁性体コアで界磁発生部を固定するので、保持が容易である。

本発明に係る回転電機の第７の態様によれば、磁束の漏洩を回避又は抑制しつつ、界磁発生部を固定できる。

本発明に係る回転電機の駆動方法の第１の態様によれば、回転電機の効率を高めることができる。

本発明に係る圧縮機の第１の態様によれば、ケーシングへの漏洩磁束を低減でき、もって圧縮機の運転効率を高めることができる。

本発明に係る圧縮機の第２の態様によれば、ケーシングへの漏洩磁束を低減でき、もって圧縮機の運転効率を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る回転電機が搭載される密閉型圧縮機を例示する断面図である。 回転電機に搭載される回転子の分解斜視図である。 回転子の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る回転電機に採用される回転子の斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る回転電機に採用される変形例に係る回転子の部分平面図である。 回転子の部分断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

〈第１実施形態〉
図１は本発明の第１実施形態に係る回転電機５０が搭載される密閉型圧縮機１００を例示する断面図であり、回転電機５０の回転軸Ｑを含む面内での断面を示している。ただし、回転電機５０については側面図を示す。

本実施形態における密閉型圧縮機１００は、アキシャルギャップ型の回転電機５０とケーシング６０と圧縮機構部７０とを備えている。圧縮機構部７０はケーシング６０内に配置され、ケーシング６０内でかつ圧縮機構部７０の上側に回転電機５０が配置される。そして圧縮機構部７０は、シャフト５１を介して回転電機５０によって駆動される。

〈回転電機の構成〉
図２は回転電機５０に搭載される回転子１０の分解斜視図であり、回転軸Ｑ方向に沿って分解したものを示している。また、図３は回転子１０の斜視図である。

回転子１０は複数（例えば図２、図３では６個）の界磁発生部１２を備えている。複数の界磁発生部１２のそれぞれは、回転軸Ｑ方向からの平面視で互いに略同形状を呈する永久磁石１２２と磁性体コア１２４とを有している。永久磁石１２２と磁性体コア１２４とが回転軸Ｑ方向に積層することで界磁発生部１２を形成する。

界磁発生部１２のそれぞれは、回転軸Ｑ方向からの平面視で、回転軸Ｑと、回転軸Ｑを中心とする径方向ｒに沿った界磁発生部１２の外縁１２ｅとの間の距離ｒθが周方向θの位置によって異なる。具体的には、回転軸Ｑと外縁１２ｅとの間の距離ｒθは、界磁発生部１２の周方向θの一方側の端でとる第１値ｒθ１よりも、周方向θの他方側の端でとる第２値ｒθ２の方が小さい。ここでは周方向θは、磁性体コア１２４が現れる側から回転軸Ｑに沿って界磁発生部１２を見て、反時計回りに採っている。

本実施形態における外縁１２ｅは、距離ｒθが第１値ｒθ１をとる一方側の端θ１から、距離ｒθが第２値ｒθ２をとる他方側端θ２へと向けて（すなわち周方向θと逆方向に沿って進むにつれて）緩やかに径方向ｒの回転軸Ｑ（内側）に近付く。つまり、回転軸Ｑと外縁１２ｅとの間の距離ｒθは、一方側の端θ１から他方側の端θ２の間で、第１値ｒθ１から第２値ｒθ２へと漸減する。なお、距離ｒθを第１値ｒθ１から第２値ｒθ２へと漸減させる場合、距離ｒθが第１値ｒθ１ないし第２値ｒθ２を呈する弧の曲率は一定であっても良いし、途中で曲率が変化しても良い。

磁性体コア１２４は、一の永久磁石１２２それぞれの磁極面上に設けられる。磁性体コア１２４は、永久磁石１２２より導電率の低い部材（例えば圧粉磁芯）又は、回転軸Ｑに直交する方向に積層された電磁鋼板を用いることで、回転軸Ｑの少なくとも一方側で回転子１０と空隙を介して対向する電機子たる固定子２０からの電機子磁束による永久磁石１２２での渦電流を低減するコアとして機能する。

なお、図２では１つの永久磁石１２２に対して１つの磁性体コア１２４が回転軸Ｑ方向の片側で隣接している例を示しているが、回転軸Ｑ方向の双方に磁性体コア１２４を配置する態様であっても良い。永久磁石１２２に対して磁性体コア１２４が設けられる側には回転軸Ｑ方向で予め定められた距離ｇの空隙（エアギャップ）を介して固定子２０が対向する。換言すれば、永久磁石１２２には、回転子１０と固定子２０とが対向する側に磁性体コア１２４を設けることが望ましい。

複数の界磁発生部１２のそれぞれは、非磁性体の保持部材１４によって、回転軸Ｑを中心とする円の周方向に沿って予め定められた間隔を空けて保持されている。ここで、保持部材１４の具体的な材料としては例えば、ステンレス、アルミ若しくは真鍮等の非磁性金属、樹脂又はセラミックを採用することが望ましく、モールド成形やダイカスト等のインサート成形又は、一体成形により成形する。

保持部材１４は、略車輪状に形成された非磁性体が採用され、車輪のこしき（ボス）に相当する第１環状体１４１と、第１環状体１４１よりも外側にあって車輪に相当する第２環状体１４３と、車輪の輻（スポーク）に相当する複数の架橋体１４５とを有している。そして、第１環状体１４１の外周側、第２環状体１４３の内周側及び、周方向に隣接する２つの架橋体１４５とで１つの保持枠１４Ｆを規定する。

保持枠１４Ｆはこれら第１環状体１４１、第２環状体１４３及び、２つの架橋体１４５で規定されて多角形（具体的には略アーチ状）を呈する。一の保持枠１４Ｆには一の界磁発生部１２が配置される。つまり、回転軸Ｑ方向からの平面視で保持枠１４Ｆが呈する形状と、同平面視で界磁発生部１２が呈する形状とは略等しい。

具体的には、保持枠１４Ｆを規定する第２環状体１４３の内周面が、周方向θの一方側の端θ１から他方側の端θ２へと向かうに従って回転軸Ｑへと近付く。より具体的には、当該内周面と回転軸Ｑとの間の距離は、外縁１２ｅと回転軸Ｑとの間の距離たる距離ｒθと等しく、周方向θの一方側の端θ１で距離ｒθが第１値ｒθ１をとり、周方向θの他方側の端端θ２で距離ｒθが第２値ｒθ２をとる。

永久磁石１２２の、磁性体コア１２４が隣接していない側の面には短絡鋼板１３が設けられている。短絡鋼板１３は、第１環状体１４１と第２環状体１４３とで規定される略環状領域と略同じ形状を呈し、保持部材１４及び界磁発生部１２を支持しつつ、磁石磁束の一部を短絡させて、回転子１０のスラスト力を低減することができる。

具体的には、回転子１０は、短絡鋼板１３側でエアギャップを隔てて、回転しないバックヨーク３０と対向する。回転子１０とバックヨーク３０との間には引力が作用し、回転子１０はバックヨーク３０に引き寄せられる。一方で、回転子１０と固定子２０との間にも引力が作用し、回転子１０は固定子２０にも引き寄せられる。２つの引力は略同じ強さで、回転子１０に作用する力が相殺されることが望ましい。

ここで、回転子１０が固定子２０と対向する面積と、回転子１０がバックヨーク３０と対向する面積とを比較すると、バックヨーク３０には固定子２０が呈する電機子巻線２２を設けるための巻線用溝が不要であるため、回転子１０がバックヨーク３０と対向する面積の方が大きい。そのため、回転子１０と固定子２０との間に作用する引力よりも、回転子１０とバックヨーク３０との間に作用する引力の方が強い。そこで、バックヨーク３０側の磁石磁束の一部を短絡鋼板１３で短絡させることにより、２つの引力の強さの差を低減し、スラスト力の低減に資する。短絡鋼板１３は例えば、単一の薄い電磁鋼板等で構成される。そして、回転子１０に保持されるシャフト５１を貫通させる孔１３ｈが設けられている。

固定子２０は例えば、バックヨークとして機能するコア２１と、コア２１に連接された複数の電機子用磁芯２４と、複数の電機子用磁芯２４のそれぞれに巻回された電機子巻線２２とを有している。コア２１は回転軸Ｑを法線とする面に平行に延在しており、回転子１０に保持されるシャフト５１を貫通させる孔２１ｈが設けられている。

電機子用磁芯２４は、コア２１の回転軸Ｑを法線とする主面のうち、回転子１０と対向する側の主面において回転軸Ｑの周りで環状に配置され、電機子巻線２２が巻回される芯として機能する。

電機子巻線２２は、電機子用磁芯２４に絶縁体（図示省略）を介して巻回される。なお、本願では特に断りのない限り、電機子巻線２２はこれを構成する導線の１本１本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指すものとする。これは図面においても同様である。また、巻始め及び巻終わりの引出線及び、それらの結線も図面においては省略している。なお、回転子１０において、短絡鋼板１３は必須ではない。また、短絡鋼板１３の代わりに、十分な厚みを有するバックヨークを永久磁石１２２に密着して設けても良い。この場合、バックヨーク３０は不要である。また、回転子１０の両側に電機子巻線２２を有する固定子２０を設けても良い。

〈密閉型圧縮機の構成〉
このような回転電機５０をケーシング６０内に収容して密閉型圧縮機１００を構成する。

ケーシング６０の下側下方には吸入管６１が接続される一方、ケーシング６０の上側には吐出管６２が接続されている。吸入管６１から供給される冷媒は、圧縮機構部７０に導かれる。吸入管６１及び吐出管６２も、図１においてはその側面が示されている。

ケーシング６０の内側にコア２１が固定されて、回転電機５０が固定される。シャフト５１の下端側が圧縮機構部７０に連結されている。

圧縮機構部７０は、シリンダ状の本体部７１と、上端板７２及び下端板７３とを備えている。上端板７２及び下端板７３は、それぞれ本体部７１の開口側の上側と下側に取付けられる。シャフト５１は、上端板７２及び下端板７３を貫通して、本体部７１の内部に挿入されている。

シャフト５１は、圧縮機構部７０の上端板７２に設けられた軸受７４と、圧縮機構部７０の下端板７３に設けられた軸受７５により回転自在に支持されている。本体部７１内のシャフト５１にはクランクピン７６が設けられる。クランクピン７６にはピストン７７が嵌合して駆動される。ピストン７７及びこれに対応するシリンダとの間に形成された圧縮室７８において、冷媒が圧縮される。ピストンは偏芯した状態で回転し、又は公転運動を行い、圧縮室７８の容積を変化させる。

回転電機５０が回転することにより、圧縮機構部７０が駆動されると、吸入管６１から圧縮機構部７０に冷媒が供給され、圧縮機構部７０（とりわけ圧縮室７８）で冷媒を圧縮する。圧縮機構部７０で圧縮された高圧冷媒は、圧縮機構部７０の吐出ポート７９からケーシング６０内に吐出される。さらに高圧冷媒は、シャフト５１の周りに設けられた溝（図示省略）、回転子１０及び固定子２０の内部を回転軸Ｑ方向に貫通する孔（図示省略）、固定子２０及び回転子１０の外周部とケーシング６０の内面との間の空間等を通って回転電機５０の上部空間に運ばれる。その後、吐出管６２を介してケーシング６０の外部に吐出される。

〈回転子の回転方向〉
上述のような構成の密閉型圧縮機１００内で回転子１０は、図３に示す周方向θの向きに回転する。つまり、界磁発生部１２の外縁１２ｅと回転軸Ｑとの間の距離ｒθが第１値ｒθ１をとる一方側の端θ１側が回転方向前方側に位置し、距離ｒθが第２値ｒθ２（＜第１値ｒθ１）をとる他方側の端θ２側が回転方向後方側に位置する。

固定子２０に設けられる電機子巻線２２は例えば、３相結線されている。電機子巻線２２が例えば集中巻方式で電機子用磁芯２４に巻回される場合には、連続して配置される３つの電機子用磁芯２４にそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相が順に巻回される。このような３つの電機子巻線２２及び電機子用磁芯２４を１組として、極対数だけ繰り返される。例えば、図２，３のように６極の回転子１０に対しては、当該１組が３回繰り返される。つまり、電機子巻線２２及び電機子用磁芯２４はそれぞれ９個設けられる。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれには、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）等を用いて所定の波形に制御され、互いの位相を１２０°ずらして通電される。これにより、回転磁界が発生して、回転子１０に回転力（トルク）を発生させる。

ここで、固定子２０の磁界は、回転子１０の磁界に対して進んでいる。具体的には、回転子１０のうち、Ｎ極を呈する磁極の中心に対して、固定子２０に設けられる電機子巻線２２によってＳ極を呈する固定子２０の磁極の中心は、電気角で通常９０°進んだ位置付近にある。したがって、界磁発生部１２の回転方向前方側は、互いに異なる磁極が対向するために引力が働き、永久磁石１２２の磁束の大部分は固定子２０に渡る。しかし、界磁発生部１２の回転方向後方側は、互いに同じ磁極が対向するために斥力が働き、永久磁石１２２の磁束の一部は永久磁石１２２の外側等を通って反対の磁極に漏洩する。

永久磁石１２２の磁束の一部が反対側の磁極に漏洩する際に、永久磁石１２２の外側に、磁性体で形成されるケーシング６０があれば、永久磁石１２２から漏洩した磁束はケーシング６０を通ってしまうことになる。

そこで、回転電機５０の運転中、つまり回転子１０が回転しているとき、一の界磁発生部１２のうち回転方向後方（他方側の端θ２）側の部位と固定子２０との間には斥力が働く。当該斥力に寄与する磁束を発生する当該部位の外径を小さくすることで、当該部位とケーシング６０の内縁６０ｅとの間の距離を大きくすることができる。これにより、界磁磁束がケーシング６０へと漏洩することを回避又は抑制することができる。

〈第２実施形態〉
上記第１実施形態では、界磁発生部１２の外縁１２ｅと回転軸Ｑとの距離ｒθが、周方向の一方側の端θ１と他方側の端θ２との間で第１値ｒθ１から第２値ｒθ２へと滑らかに漸減する態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは、本発明の第２実施形態として、界磁発生部の外縁が段差を呈する態様について図面を参照しながら説明する。なお、特に断りのない限り、上記第１実施形態と同様の機能を有する要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

図４は本発明の第２実施形態に係る回転電機に採用される回転子１０Ａの斜視図であり、図１で示した回転子１０に代えて回転電機５０に採用し、密閉型圧縮機１００に搭載することができる。

図４に示す如く、本実施形態の界磁発生部１２Ａの外縁１２ｅＡは、例えば距離ｒθが第１値ｒθ１をとる一方側の端θ１と第２値ｒθ２をとる他方側の端θ２との間で径方向ｒに段差ｂを呈する。

このように、界磁発生部１２Ａが段差ｂを呈しているので、界磁発生部１２Ａの形状の非対称性が明確に視認でき、製造工程における取付けミス等の回避又は抑制に資する。

端θ２から段差ｂまでの回転軸Ｑを中心とした中心角を第１中心角θβとし、端θ１から端θ２までの回転軸Ｑを中心とした中心角を第２中心角θ０とすると、回転子１０の最大進角値βｍａｘとすると、これらの関係は次式で表される。すなわち、θβ＝θ０＊（１／２＋βｍａｘ／１８０°）である。

換言すれば、回転電機５０を駆動する場合には、θβ＝θ０＊（１／２＋βｍａｘ／１８０°）を満たすまで進角制御を行うことができる。このように回転電機５０を駆動すれば、界磁発生部１２Ａが段差ｂを呈していてもコギングトルクを低減しつつ、ケーシング６０（図１参照）への漏洩磁束を低減でき、弱め界磁制御を行うことができる。

界磁発生部１２Ａのそれぞれは、段差ｂよりも周方向θの一方側の端θ１側に配置される第１永久磁石１２６と、段差ｂよりも周方向θの他方側の端θ２側に配置される第２永久磁石１２８とを含んでいる。具体的には例えば、第１永久磁石１２６の外縁は、回転軸Ｑ方向からの平面視で、段差ｂよりも周方向θの一方側の端θ１側において、回転軸Ｑと外縁１２ｅＡとの間の距離たる距離ｒθが第１値ｒθ１をとる略円弧状を呈する。また、第２永久磁石１２８の外縁は、回転軸Ｑ方向からの平面視で、段差ｂよりも周方向θの他方側の端θ２側において、回転軸Ｑと外縁１２ｅＡとの間の距離たる距離ｒθが第２値ｒθ２をとる略円弧状を呈する。

このように界磁発生部１２Ａが含む永久磁石を、第１永久磁石１２６と第２永久磁石１２８とに分けることにより、第１永久磁石１２６と第２永久磁石１２８とを個別に製造でき、生産性向上に資する。また、第１永久磁石１２６及び第２永久磁石１２８として焼結希土類磁石を採用する場合には、磁力が強いので小型化に資する。反面で、高い導電率を有するために渦電流が発生しやすい。そこで、第１永久磁石１２６と第２永久磁石１２８とに分割することにより、渦電流損を低減できる。

磁性体コア１２４Ａは、圧粉磁芯等が採用される。圧粉磁芯は低い導電率を有するので、第１永久磁石１２６及び第２永久磁石１２８のように分割する必要はなく一体であって良い。これにより、磁性体コア１２４Ａは強度を確保できる。

また、界磁発生部１２Ａのそれぞれは、回転軸Ｑ方向からの平面視で第１永久磁石１２６及び第２永久磁石１２８を配列した形状と略同形状を呈し、第１永久磁石１２６及び第２永久磁石１２８の双方に対して回転軸Ｑの一方側で隣接する磁性体コア１２４Ａを含む。つまり、回転軸Ｑを中心として磁性体コア１２４Ａの周方向θの一方側の端θ１と、周方向θの他方側の端θ２とがなす円弧の中心角を第３中心角θｃとすると、第３中心角θｃは第２中心角θ０と略等しい。具体的に磁性体コア１２４Ａは、上記第１実施形態と同様の部材を採用して、第１永久磁石１２６及び第２永久磁石１２８に対して固定子２０（図１参照）と対向する側に設けられる。

このとき界磁発生部１２Ａを保持する保持部材１４Ａが呈する保持枠１４ＦＡもまた、段差ｃを呈する。具体的には保持部材１４Ａは、上記第１実施形態で示した保持部材１４のうち、第２環状体１４３に対応する第３環状体１４３Ａの内周面が段差ｃを呈する。

〈第３実施形態〉
上記第１及び第２実施形態では磁性体コア１２４，１２４Ａが、回転軸Ｑ方向からの平面視で永久磁石１２２又は、第１永久磁石１２６及び第２永久磁石１２８と略同形状を呈する態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは、本発明の第３実施形態として、磁性体コアと永久磁石との形状が異なる態様について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態においても特に断りのない限り、上記実施形態と同様の機能を有する要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

図５は本発明の第３実施形態に係る回転電機に採用される回転子１０Ｂの部分平面図であり、回転軸Ｑ方向からの平面視のうち、一の界磁発生部１２Ｂを含む領域を示している。また、ケーシング６０の一部も合わせて示している。図６は回転子１０Ｂの部分断面図であり、図５の位置Ａ−Ａでの断面視に相当する領域を示している。つまり、図６は回転軸Ｑ方向と回転軸Ｑを中心とする径方向ｒとで規定される面における断面のうち、径Ｒ方向の一方側で界磁発生部１２Ｂを含む断面について示している。

図５に示す如く、本実施形態における界磁発生部１２Ｂは、その外縁１２ｅＢが、距離ｒθが第１値ｒθ１をとる一方側の端θ１と第２値ｒθ２をとる他方側の端θ２との間で径方向ｒに段差ｂを呈する点で、上記第２実施形態で示した界磁発生部１２Ａと類似している。

保持部材１４Ｂは、上記第２実施形態で示した保持部材１４Ａのうち、第２環状体１４３に対応する第４環状体１４３Ｂを採用している。具体的には、第４環状体１４３Ｂは、界磁発生部１２Ｂを保持枠１４ＦＡで保持してかつ、第２永久磁石１２８の外周側に相当する位置で、磁性体コア１２４Ａが回転軸Ｑ方向を法線とする面内で呈する主面１２Ｓに張り出す部位１４ｐを呈している。つまり、界磁発生部１２Ｂは、保持枠１４ＦＡによって回転軸Ｑ方向を法線とする面内での位置を保持され、短絡鋼板１３及び部位１４ｐによって回転軸Ｑ方向の位置を保持される。

つまり、本実施形態における回転子１０Ｂは、上記第２実施形態で示した界磁発生部１２Ａに保持部材１４Ｂを採用した態様と把握できる。

このような回転子１０Ｂを採用した回転電機を密閉型圧縮機１００に搭載する場合には、次のようにするのが望ましい。すなわち、界磁発生部１２Ｂの外縁１２ｅＢのうち回転軸Ｑから最も遠い外縁１２ｆと、ケーシング６０の内縁６０ｅとの間の距離ｄｐｓが、回転子１０Ｂと固定子２０との間の距離ｇ（図１の回転子１０と固定子２０との間の距離ｇを参照）よりも大きいことが望ましい（以下、距離ｇを「第１距離ｇ」と称し、距離ｄｐｓを「第２距離ｄｐｓ」と称する）。

つまり、界磁磁束が界磁発生部１２Ｂからケーシング６０へと流れるのに要する距離（第２距離ｄｐｓ）を、界磁発生部１２Ｂから固定子２０へと流れるのに要する距離（第１距離ｇ）よりも大きくとることにより、漏洩磁束の低減を図る。

また、界磁発生部１２Ｂの外縁１２ｅＢのうち回転軸Ｑに最も近い外縁１２ｎと、ケーシング６０の内縁６０ｅとの間の距離たる第３距離ｄｐｗが、第１永久磁石１２６及び第２永久磁石１２８の回転軸Ｑ方向の厚みのうち厚い方の厚みｔｍよりも大きいことが望ましい。何となれば、磁性体コア１２４Ａの端部からケーシング６０の内縁６０ｅへと向かう磁路よりも、磁性体コア１２４Ａと、磁性体コア１２４Ａが接する第２永久磁石１２８の主面とは反対側の第２永久磁石１２８の主面との間の磁路の方が短ければ、界磁磁束がケーシング６０へと流れるよりも、第２永久磁石１２８に流れる方が流れやすいからである。なお、図６では第１永久磁石１２６及び第２永久磁石１２８が、等しく厚みｔｍを呈する態様を示している。

〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、保持部材１４，１４Ａ，１４Ｂを構成する第１環状体１４１において、保持枠１４Ｆ，１４ＦＡを規定する部位のうち、短絡鋼板１３が設けられる側とは反対側の主面が径方向ｒ外側へと向かって張り出しても良い。これによって界磁発生部１２，１２Ａの回転軸Ｑ方向の移動を抑制できる。また、上述の実施形態を適宜組合せても良い。

１００ 圧縮機
１０ 回転子
１２，１２Ａ 界磁発生部
１２４，１２４Ａ 磁性体コア
１２６ 第１永久磁石
１２８ 第２永久磁石
１２ｅ，１２ｅＡ，１２ｆ，１２ｎ 外縁
１４ 保持部材
２０ 固定子
５０ 回転電機
６０ ケーシング
Ｑ 回転軸
ｒ 径方向
θ 周方向
θ１，θ２ 端部
ｒθ 距離
ｒθ１ 第１値
ｒθ２ 第２値
ｂ 段差
θβ 第１中心角
θ０ 第２中心角
βｍａｘ 最大進角値
ｇ 第１距離
ｄｐｓ 第２距離
ｄｐｗ 第３距離
ｔｍ 厚み

Claims (10)

1. 所定の軸（Ｑ）の周りで環状配置される界磁発生部（１２，１２Ａ）の複数を含む回転子（１０，１０Ａ）と、
   前記軸の一方側で前記回転子と対向する固定子（２０）と
   を備える回転電機（５０）であって、
   前記界磁発生部それぞれの前記軸方向からの平面視における、前記軸と、前記軸を中心とする径方向（ｒ）に沿った前記界磁発生部の外縁（１２ｅ，１２ｅＡ）との間の距離（ｒθ）が前記界磁発生部の周方向（θ）の一方側の端部（θ１）でとる第１値（ｒθ１）よりも、前記距離が前記周方向の他方側の端部（θ２）でとる第２値（ｒθ２）の方が小さい、
   回転電機。
2. 前記距離（ｒθ）は前記一方側から前記他方側へと向けて漸減する、
   請求項１記載の回転電機（５０）。
3. 前記外縁（１２ｅＡ）において、前記一方側と前記他方側との間は段差（ｂ）を呈する、
   請求項１記載の回転電機（５０）。
4. 前記他方側の端部から前記段差（ｂ）までの前記軸（Ｑ）を中心とした第１中心角（θβ）は、
   前記一方側の端部から前記他方側の端部までの前記軸を中心とした第２中心角（θ０）と、回転子（１０Ａ）の最大進角値（βｍａｘ）とによって、θ０＊（１／２＋βｍａｘ／１８０°）で定まる、
   請求項３記載の回転電機（５０）。
5. 前記界磁発生部（１２Ａ）のそれぞれは、前記段差（ｂ）よりも前記周方向（θ）の前記一方側に配置される第１永久磁石（１２６）と、前記段差よりも前記周方向の前記他方側に配置される第２永久磁石（１２８）とを含む、
   請求項３記載の回転電機（５０）。
6. 前記界磁発生部（１２Ａ）のそれぞれは、前記軸（Ｑ）方向からの平面視で前記第１永久磁石（１２６）及び前記第２永久磁石（１２８）を配列した形状と略同形状を呈し、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石に対して前記軸の一方側で隣接する磁性体コア（１２４Ａ）を含む、
   請求項５記載の回転電機（５０）。
7. 前記界磁発生部（１２Ａ）のそれぞれは、前記第１永久磁石（１２６）及び前記第２永久磁石（１２８）に対して前記軸（Ｑ）の一方側で隣接する磁性体コア（１２４Ａ）を含み、
   前記軸方向からの平面視で前記磁性体コアの前記軸を中心とした第３中心角（θｃ）は前記第２中心角（θ０）と略同角度を呈し、前記磁性体コアの前記軸から外縁（１２ｅＡ）までの長さは前記第１値（ｒθ１）と略等しく、
   前記回転子（１０）は、
   前記界磁発生部（１２）を、前記軸を中心とする円の周方向に沿って保持する非磁性体の保持部材（１４Ｂ）を更に含み、
   前記保持部材は、前記第２永久磁石の外周側に相当する位置で前記一方側から前記磁性体コアを押さえる、
   請求項５記載の回転電機（５０）。
8. 請求項３、請求項５ないし請求項７のいずれか一つに記載の回転電機（５０）を駆動する方法であって、
   前記他方側の端部から前記段差（ｂ）までの前記軸（Ｑ）を中心とした第１中心角（θβ）と、
   前記一方側の端部から前記他方側の端部までの前記軸を中心とした第２中心角（θ０）と、
   前記回転子（１０）の最大進角値（βｍａｘ）と
   を用いて、
   θβ＝θ０＊（１／２＋βｍａｘ／１８０°）
   を満たすまで進角制御を行う、回転電機の駆動方法。
9. 請求項３ないし請求項７のいずれか一つに記載の回転電機（５０）と、
   前記固定子を固定して前記回転電機を収容するケーシング（６０）と
   を備える圧縮機（１００）であって、
   前記回転子（１０）と前記固定子（２０）とは前記軸（Ｑ）方向で予め定められた第１距離（ｇ）の空隙を介して対向し、
   前記軸方向を法線とする面内で、前記軸から最も遠い前記界磁発生部（１２Ａ）の外縁（１２ｆ）と、前記外縁と対向する前記ケーシングとの間の距離たる第２距離（ｄｐｓ）は、前記第１距離よりも大きい、
   圧縮機。
10. 請求項５ないし請求項７のいずれか一つに記載の回転電機（５０）と、
    前記固定子を固定して前記回転電機を収容するケーシング（６０）と
    を備える圧縮機（１００）であって、
    前記軸（Ｑ）方向を法線とする面内で、前記軸に最も近い前記界磁発生部（１２Ａ）の外縁（１２ｎ）と、前記外縁と対向する前記ケーシングとの間の距離たる第３距離（ｄｐｗ）は、前記第１永久磁石（１２６）及び前記第２永久磁石（１２８）の前記軸方向の厚みのうち厚い方（ｔｍ）よりも大きい、
    圧縮機。

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