JP2012080713A - Permanent magnet-type rotary electric machine and compressor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、界磁用の永久磁石を回転子に備えている永久磁石式回転電機に関し、特に、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫などの圧縮機に使用されるに好適な永久磁石式回転電機及びそれを用いた圧縮機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating electric machine having a permanent magnet for a field in a rotor, and in particular, a permanent magnet type rotating electric machine suitable for use in a compressor such as an air conditioner, a refrigerator, a freezer, and the like. The present invention relates to a compressor using the same.
回転子鉄心内に永久磁石を埋め込んだ埋込み磁石式の回転子では、永久磁石を外径側に配置すると発生するトルクが向上するものの、他方、永久磁石の減磁が問題となる場合がある。これは、永久磁石式回転電機では、回転子の永久磁石が作る磁界と、固定子で形成された回転磁界との間で、吸引力及び反発力によってトルクを発生しており、そのため、当該反発力でトルクを発生する部位では、永久磁石に反磁界が加わるためである。これに対し、永久磁石を内径側に配置することによれば、永久磁石の減磁を防止することは出来るものの、同一電流を通電した場合、永久磁石を外径側に配置した場合に比較して、発生するトルクが低下するという問題が生じる。 In the embedded magnet type rotor in which the permanent magnet is embedded in the rotor core, the torque generated when the permanent magnet is arranged on the outer diameter side is improved. On the other hand, demagnetization of the permanent magnet may be a problem. This is because in a permanent magnet type rotating electrical machine, torque is generated by an attractive force and a repulsive force between the magnetic field created by the permanent magnet of the rotor and the rotating magnetic field formed by the stator. This is because a demagnetizing field is applied to the permanent magnet at a site where torque is generated by force. On the other hand, if the permanent magnet is arranged on the inner diameter side, demagnetization of the permanent magnet can be prevented, but compared with the case where the permanent magnet is arranged on the outer diameter side when the same current is applied. This causes a problem that the generated torque is reduced.
そこで、例えば、以下の特許文献1に記載された永久磁石式回転電機(特に、図10)においては、各極を構成する永久磁石を円周方向に対して非対称に構成、具体的には、傾斜させて配置することにより、特定回転方向のトルク向上を図りながら、永久磁石の減磁を防止する構造が既に提案されている。 Therefore, for example, in the permanent magnet type rotating electrical machine described in the following Patent Document 1 (particularly, FIG. 10), the permanent magnets constituting each pole are configured asymmetrically with respect to the circumferential direction, specifically, There has already been proposed a structure that prevents demagnetization of a permanent magnet while increasing the torque in a specific rotation direction by arranging the inclined magnet.
また、永久磁石式回転電機の高効率化のためには、同一電流通電時における発生トルクを向上させればよい。そこで、以下の特許文献2に記載の永久磁石式回転電機においては、回転子鉄心の極間に磁束の短絡を防止するために凹部を設け、もって、永久磁石の磁束が回転子鉄心内で短絡するのを防止してトルク発生に有効に利用する構造が既に提案されている。
Moreover, what is necessary is just to improve the generated torque at the time of the same current supply, in order to improve the efficiency of a permanent magnet type rotary electric machine. Therefore, in the permanent magnet type rotating electric machine described in
しかしながら、上記従来技術は、同一電流通電時のトルク向上および永久磁石の減磁防止に着目して提案されたものであり、かかるトルク向上策による銅損低減は、特に、弱め界磁運転をしない場合、即ち、電動機の中・低速領域での運転における効率の向上には効果があるが、しかしながら、上述した弱め界磁運転を行う高速領域では、永久磁石の磁束を弱めるために必要な電機子電流をできるだけ低減することによって効率の向上を図るとの観点からは、課題であった。併せて、永久磁石式回転電機の高効率化を図るには、永久磁石の渦電流損の低減も重要であり、そのための解決策も重要である。 However, the above prior art has been proposed with a focus on improving the torque when the same current is applied and preventing the demagnetization of the permanent magnet, and the copper loss reduction by such a torque improving measure does not particularly perform field-weakening operation. In other words, there is an effect in improving the efficiency in the operation in the middle / low speed region of the motor. However, in the high speed region where the above-described field weakening operation is performed, the armature necessary for weakening the magnetic flux of the permanent magnet is used. This was a problem from the viewpoint of improving efficiency by reducing the current as much as possible. In addition, in order to improve the efficiency of the permanent magnet type rotating electrical machine, it is important to reduce the eddy current loss of the permanent magnet, and a solution for that is also important.
即ち、本発明では、中・低速領域だけではなく、低速から高速までの広い領域において、高効率で、かつ高性能な永久磁石式回転電機、及び、それを用いた圧縮機を提供することをその目的とする。 That is, the present invention provides a high-efficiency and high-performance permanent magnet type rotating electric machine and a compressor using the same in a wide range from a low speed to a high speed as well as in a middle / low speed range. For that purpose.
上述した目的を達成するため、本発明によれば、まず、円筒状の固定子と、当該固定子の内部において隙間を介して対向配置されると共に、回動可能に支持された回転子とを有する永久磁石式回転電機であって、前記固定子は、固定子鉄心と、当該固定子鉄心に形成された複数の固定子スロットと、当該スロットと隣接して形成されたティースと、前記固定子スロット内に設けられた複数の相からなる電機子巻線とを備えており、前記回転子は、回転子鉄心と、当該回転子鉄心に形成された複数の挿入孔と、当該挿入孔に挿入された複数の永久磁石とを備えており、そして、前記永久磁石を内部に挿入する挿入孔を、前記回転子の1極当たり、少なくとも2分割すると共に、当該挿入孔に挿入された前記永久磁石が、それぞれ、前記回転子の磁極中心に対して非対称に配置されている永久磁石式回転電機が提供される。 In order to achieve the above-described object, according to the present invention, first, a cylindrical stator and a rotor that is disposed so as to face each other through a gap inside the stator and that is rotatably supported. The stator includes a stator core, a plurality of stator slots formed in the stator core, teeth formed adjacent to the slots, and the stator. An armature winding having a plurality of phases provided in the slot, and the rotor is inserted into the rotor core, a plurality of insertion holes formed in the rotor core, and the insertion hole A plurality of permanent magnets, and an insertion hole into which the permanent magnet is inserted is divided into at least two per one pole of the rotor, and the permanent magnet is inserted into the insertion hole. Of the rotor respectively A permanent magnet type rotating electrical machine are arranged asymmetrically with respect to the pole center is provided.
また、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の1極当たり少なくとも2分割された永久磁石と挿入孔は、前記回転子の外周面に沿って配置されていると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていることが好ましく、更には、前記回転子の1極当たり少なくとも2分割された永久磁石は、アーク状の断面形状又は矩形状の断面形状を有することが好ましい。 Further, according to the present invention, in the permanent magnet type rotating electrical machine described above, the permanent magnet and the insertion hole divided into at least two per one pole of the rotor are arranged along the outer peripheral surface of the rotor. In the position advanced with respect to the rotation direction of the rotor, the permanent magnet is preferably arranged on the outer peripheral side of the delayed position and the insertion hole, and further, per one pole of the rotor. The at least two permanent magnets preferably have an arc-like cross-sectional shape or a rectangular cross-sectional shape.
更に、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の1極当たり少なくとも2分割された永久磁石と挿入孔は、各磁極において、直線状に配置されると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていることが好ましく、更には、前記回転子の1極当たり少なくとも2分割された永久磁石は、矩形状の断面形状を有することが好ましい。加えて、前記進み位置での前記永久磁石の厚さが、前記遅れた位置での前記永久磁石の厚さよりも小さいくてもよい。 Further, according to the present invention, in the permanent magnet type rotating electrical machine described above, the permanent magnet and the insertion hole divided at least in two per one pole of the rotor are arranged linearly in each magnetic pole, and the rotating In the position advanced with respect to the rotation direction of the rotor, the permanent magnet is preferably arranged on the outer peripheral side of the delayed position and the insertion hole, and further, at least two divisions per pole of the rotor The made permanent magnet preferably has a rectangular cross-sectional shape. In addition, the thickness of the permanent magnet at the advanced position may be smaller than the thickness of the permanent magnet at the delayed position.
更に、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の1極当たり少なくとも2分割された永久磁石と挿入孔は、各磁極において、階段状に配置されると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていることが好ましく、そして、前記回転子の1極当たり少なくとも2分割された永久磁石は、矩形状の断面形状を有することが好ましい。 Further, according to the present invention, in the permanent magnet type rotating electrical machine described above, the permanent magnets and the insertion holes divided into at least two per one pole of the rotor are arranged stepwise in each magnetic pole, and the rotating The position advanced with respect to the rotation direction of the rotor is preferably arranged on the outer peripheral side of the permanent magnet and the insertion hole at the delayed position, and is divided into at least two parts per pole of the rotor. The permanent magnet preferably has a rectangular cross-sectional shape.
或いは、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子の1極当たり少なくとも2分割された永久磁石と挿入孔は、各磁極において、V字状に配置されると共に、前記回転子の回転方向に対して進んだ位置では、遅れた位置での前記永久磁石と前記挿入孔よりも外周側に配置されていてもよい。 Alternatively, in the present invention, in the permanent magnet type rotating electrical machine described above, the permanent magnet and the insertion hole divided into at least two per one pole of the rotor are arranged in a V shape in each magnetic pole, and In the position advanced with respect to the rotation direction of the rotor, the permanent magnet at the delayed position and the insertion hole may be arranged on the outer peripheral side.
加えて、前記に記載した永久磁石式回転電機においては、前記回転子に形成した前記挿入孔の端部には、湾曲部を形成することが好ましく、又は、前記回転子の複数の磁極間には、凹部を形成することが好ましい。又は、前記回転子の各磁極の外周近傍には、スリットを形成してもよい。 In addition, in the permanent magnet type rotating electrical machine described above, it is preferable to form a curved portion at the end of the insertion hole formed in the rotor, or between a plurality of magnetic poles of the rotor. It is preferable to form a recess. Or you may form a slit in the outer periphery vicinity of each magnetic pole of the said rotor.
そして、本発明によれば、更に、複数の渦巻状ラップを組み合わせて圧縮室を形成し、旋回スクロール部材を介して当該渦巻状ラップを回転駆動することによって当該圧縮室内で流体の圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機の旋回スクロール部材をクランク軸を介して回転駆動する駆動手段を備えた圧縮機であって、当該駆動手段として、前記に記載の永久磁石式回転電機を用いていることを特徴とする圧縮機が提供される。 Further, according to the present invention, a compression chamber is formed by combining a plurality of spiral wraps, and compression is performed to compress the fluid in the compression chambers by rotationally driving the spiral wraps via the orbiting scroll member. And a compressor provided with driving means for rotationally driving the orbiting scroll member of the compressor via a crankshaft, wherein the permanent magnet type rotating electrical machine described above is used as the driving means. A featured compressor is provided.
以上の本発明によれば、永久磁石の減磁を防止すると共に、所望のトルクを得るために必要な電流と、弱め界磁運転に必要な電流を低減することができ、更には、永久磁石の渦電流損を抑制することができるため、低速から高速運転まで、高効率で高性能な永久磁石式回転電機を提供できる。また、回転時の応力の集中を緩和して、高速回転に適した永久磁石式回転電機を提供できる。 According to the present invention as described above, the demagnetization of the permanent magnet can be prevented, and the current necessary for obtaining a desired torque and the current necessary for the field-weakening operation can be reduced. Therefore, it is possible to provide a highly efficient and high performance permanent magnet type rotating electrical machine from low speed to high speed operation. Further, it is possible to provide a permanent magnet type rotating electrical machine suitable for high-speed rotation by reducing stress concentration during rotation.
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各図中において、共通する符号は同一の構成要素を示しており、また、以下の実施例では、主に、4極の永久磁石式回転電機に関連して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, common reference numerals indicate the same components, and in the following embodiments, description will be made mainly with reference to a four-pole permanent magnet type rotating electrical machine.
まず、本発明の動作原理を説明するため、本発明の第1の実施例(実施例1)になる永久磁石式回転電機について説明する。なお、添付の図1は、実施例1になる永久磁石式回転電機の断面図であり、図2は、当該実施例1の永久磁石式回転電機における、特に、回転子の断面図である。 First, in order to explain the operation principle of the present invention, a permanent magnet type rotating electrical machine according to a first embodiment (embodiment 1) of the present invention will be described. 1 is a sectional view of a permanent magnet type rotating electrical machine according to the first embodiment, and FIG. 2 is a sectional view of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first embodiment, in particular, a rotor.
この図1において、永久磁石式回転電機1は、円筒状の固定子2と、当該円筒状の固定子の内部に回動可能に取り付けられた回転子3とから構成される。固定子2は、複数のティース4とコアバック5からなる固定子鉄心6と、当該複数のティース4間のスロット7内においてティース4を取り囲むように巻装された、集中巻の電機子巻線8(三相巻線のU相巻線8a,V相巻線8b,W相巻線8c)から構成されている。ここで、永久磁石式回転電機1は、4極、6スロットであるから、そのスロットピッチは、電気角で120度である。
In FIG. 1, a permanent magnet type rotating
次に、図2において、円筒状の回転子3は、その中心にシャフト孔15を形成した回転子鉄心12を備え、その内部には、当該回転子の外周面に沿って湾曲した形状の2つの磁石挿入孔10(10a、10b)が形成されており、これらの孔には、それぞれ、例えば、希土類のネオジムからなる、アーク状の断面形状を持った永久磁石14(14a、14b)が埋設されている。そして、これら永久磁石14より外径側の鉄心が磁極鉄心13を構成し、上記回転子鉄心12の内径側と外径側(即ち、磁極鉄心13)は、所謂、ブリッジ16(16a、16b)で結合される構成となっている。ここで、回転子3の磁極中心方向に延びる軸をd軸、磁極中心方向に対し、電気角で90度だけ隔たった磁極間方向に延びる軸をq軸としている。また、図中の符号11は、回転子鉄心12の外周面の極間に設けられた凹部を示している。
Next, in FIG. 2, the
本発明の特徴は、上記の図2からも明らかなように、永久磁石式回転電機を構成する、特に、回転子鉄心12の回転子鉄心9内部に設けられた永久磁石の挿入孔10と、その配置及び形状にある。即ち、本発明では、永久磁石挿入孔10a、10bは、一対のブリッジ16a、16bにより区画された1の磁極に対して、即ち、当該1極当たり2個に分割されて形成されており、その内部には、それぞれ、ネオジム永久磁石14(14a、14b)が埋設されている。そして、更に、回転子3の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石の挿入孔10aを、遅れた位置の永久磁石の挿入孔10bよりも外径側に配置している(D>d)。換言すれば、これらの永久磁石の挿入孔10a、10bに挿入される永久磁石14(14a、14b)は、各磁極の円周方向において、その中心に対して(磁極鉄心13の開度αの中心を通る線)、非対称に配置されている。これにより、挿入孔10a内に挿入された永久磁石14aと固定子鉄心6(図1を参照)の内周面との間の距離は、挿入孔10b内に挿入された永久磁石14bと固定子鉄心6の内周面との間の距離よりも短くなっている。
As is apparent from FIG. 2 described above, the features of the present invention constitute a permanent magnet type rotating electrical machine, in particular, a permanent
このように永久磁石式回転電機を構成した場合、次のような効果がある。即ち、特に、電動機の高速回転領域において上述した弱め界磁運転を行う場合、上記固定子鉄心側6から回転子3へ向かう磁束、そして、当該回転子3から上記固定子鉄心側6へ向かう磁束は、それぞれ、図中の矢印により示す方向に向かう。そのため、進んだ位置の挿入孔10aの永久磁石14aは当該磁束により増磁されることとなるが、他方、遅れた位置の挿入孔10bの永久磁石14bは、減磁されることとなる。この時、上述したように、遅れた位置の挿入孔10bの永久磁石14bは、進んだ位置の挿入孔10aの永久磁石14aに比べ、固定子鉄心6の内周面までの距離が大きくなることから、当該永久磁石の磁束を弱めるために必要な電機子電流をできるだけ低減することが可能となり、これにより、電動機の効率の向上を図ることが可能となる。特に、進んだ位置の挿入孔10aの永久磁石14aと、遅れた位置の挿入孔10bの永久磁石14bとを、それぞれ、分割することによれば、当該永久磁石14に流れる渦電流を小さくできることから、当該渦電流による損失を低減でき、効率が向上することできる。
Thus, when a permanent magnet type rotary electric machine is comprised, there exist the following effects. That is, in particular, when performing the above-described field-weakening operation in the high-speed rotation region of the motor, the magnetic flux from the
その理由としては、特に、弱め界磁運転では、永久磁石14の磁束を弱めるものであるが、当該永久磁石14の磁束方向と逆方向の磁束(反磁界)を固定子2側で形成することになる。従って、この逆方向磁束を、出来るだけ小さい電流で形成するためには、d軸方向の磁束を流れやすくする必要がある。そこで、永久磁石の挿入孔10を、複数、好ましくは、2つに分割することにより、その間のブリッジ16b(このブリッジ16bは透磁性の鉄である)を介して、d軸方向の磁束が流れ易くなるため、従来構造での電流よりも小さい電流により、上述した永久磁石14の磁束を弱めることが可能になる。更に、永久磁石の挿入孔10を2分割することにより、その内部に挿入される永久磁石14での渦電流損をも低減できるため、更に効率が向上したものと推定される。
The reason for this is that, particularly in the field-weakening operation, the magnetic flux of the
また、永久磁石の挿入孔10を、上述したように、その間に形成されるブリッジ16bにより、1極当たり2個に分割することによれば、特に、高速回転時での遠心力により当該ブリッジ16aに掛る応力を分散することができる。更に、永久磁石の挿入孔10の端部にR(湾曲部)を設けることによれば、応力が最も集中する挿入孔10の端部の応力を分散し、高速回転時における回転子鉄心12の変形を抑制することができる、そのため、永久磁石式回転電機1の駆動可能な最高回転数を更に向上することが可能となる。
Further, as described above, by dividing the permanent
なお、ここで、上述したように、特に、遅れ位置の挿入孔10bに挿入される永久磁石14bは、反磁界の影響を、他方の永久磁石14aよりも多く受けることから,減磁し易い。そのため、特に、遅れ位置の永久磁石14bを、他の永久磁石14aよりも保磁力の高い材料とすることにより、永久磁石の減磁が起き難い構造とすることが出来る。
Here, as described above, in particular, the
以上に述べた結果に鑑み、永久磁石式回転電機において、上記の図2にも示す本発明になる構成の回転子とすることで、低速運転時には、所望のトルクを得るために必要な電流と永久磁石の渦電流損を低減できると共に、永久磁石の減磁をも防止することができる。加えて、高速運転時では、弱め界磁運転に必要な電流と共に、永久磁石の渦電流損をも低減することが出来る、更には、永久磁石の減磁を防止し、そして、高速回転時の遠心力によりブリッジにかかる応力を分散することができる。即ち、本発明になる永久磁石式回転電機によれば、低速から高速領域までの広い範囲で、電動機の高効率化と、その最高回転数の向上を図ることができると共に、永久磁石の減磁をも防止することが可能な、換言すれば、高効率で高性能な永久磁石式回転電機が提供されることとなる。 In view of the above-described results, in the permanent magnet type rotating electrical machine, by using the rotor according to the present invention shown in FIG. 2 above, the current necessary for obtaining a desired torque during low speed operation can be obtained. The eddy current loss of the permanent magnet can be reduced, and demagnetization of the permanent magnet can be prevented. In addition, during high-speed operation, it is possible to reduce the eddy current loss of the permanent magnet as well as the current required for field-weakening operation, and further prevent permanent magnet demagnetization and The stress applied to the bridge can be dispersed by centrifugal force. That is, according to the permanent magnet type rotating electrical machine of the present invention, it is possible to improve the efficiency of the electric motor and improve the maximum rotational speed in a wide range from a low speed to a high speed region, and to demagnetize the permanent magnet. In other words, a high-efficiency and high-performance permanent magnet type rotating electrical machine can be provided.
なお、上述した実施例では、4極の永久磁石式回転電機について示すと共に。その回転子の極数と固定子のスロット数との比を2:3として説明を行ったが、本発明はそれにのみ限定されることなく、その他の極数、スロット数との比であっても、上記とほぼ同様の効果を得ることが可能である。 In the embodiment described above, a 4-pole permanent magnet type rotating electrical machine is shown. The ratio between the number of rotor poles and the number of slots in the stator has been described as 2: 3. However, the present invention is not limited to this, and the ratio between the number of poles and the number of slots. It is also possible to obtain substantially the same effect as described above.
また、上記の実施例では、回転子鉄心12の外周面の極間には、凹部11を設けると共に、磁極鉄心13の開度αを、電気角で120度の近傍に設定ことで、永久磁石14の磁束を磁極の中心に集めている。しかしながら、磁極鉄心13の開度αは、巻線ピッチと略一致させることによれば、永久磁石14の磁束を更に有効に利用することが出来、その場合、他の極数やスロット数との比も変わることは、当業者であれば明らかであろう。
Further, in the above embodiment, the
続いて、以下には、上記本発明の原理と共に詳細に説明した、本発明になる永久磁石式回転電機(実施例1)に加えて、当該本発明の原理を利用すると共に、実際の永久磁石式回転電機においても容易に適用可能な構造などを含めた種々の実施例について示す。 Subsequently, in addition to the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention described in detail together with the principle of the present invention (Example 1), the principle of the present invention is used and an actual permanent magnet is described below. Various embodiments including structures that can be easily applied to the rotary electric machine will be described.
図3は、本発明の実施例2になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、但し、上記図2と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing details of a rotor of a permanent magnet type rotating electric machine according to
この図3に示す永久磁石式回転電機の回転子が、上記図2と異なる点は、上記の湾曲した(アーク状の断面形状)永久磁石14a、14bに代え、平板状で、その断面が矩形の永久磁石を利用し、それに伴って、その挿入孔10a、10bもその断面が矩形に形成した点である。なお、上記2枚の永久磁石14a、14bは、その対向部分が回転子3の外周面に対して凸となるように、所謂、逆「V」字状に配置されており、かつ、回転子の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石14aと遅れた位置の永久磁石14bの間に段差が生じるように配置されている(D>d)。
The rotor of the permanent magnet type rotating electrical machine shown in FIG. 3 is different from that shown in FIG. 2 in that it is a flat plate instead of the curved (arc-shaped cross section)
このように構成することによれば、上記の図2に示した回転子と同様に、永久磁石14の径方向高さは、回転子2の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石14aが遅れ側より低くなるため、上記の実施形態1と同様の効果が得られる。また、永久磁石挿入孔10aと永久磁石挿入孔10bも、湾曲孔ではなく、矩形形状に形成すればよく、その製作が容易となる。また、これら永久磁石の挿入孔10a、10bも、その周方向端部にR(湾曲部)を設けた場合、よりブリッジ16bの幅を均一にできるので、応力の集中を更に緩和することができると言う効果を発揮する。
According to this configuration, the radial height of the
続いて、添付の図4は、本発明の実施例3になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、但し、ここでも同様に、上記図2と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。 Subsequently, FIG. 4 attached is a cross-sectional view showing details of the rotor of the permanent magnet type rotating electric machine according to the third embodiment of the present invention, but here again, the same components as those in FIG. Are given the same reference numerals, and duplicate explanations are avoided.
この図4に示す永久磁石式回転電機の回転子において、上記の実施例と異なる点は、図からも明らかなように、上記の2つに分割された永久磁石を断面が矩形形状の永久磁石14aと14bとすると共に、永久磁石の挿入孔10a、10bを、磁極鉄心13の外周面に沿うのではなく、直線状に、かつ、各磁極の中心線(磁極鉄心13の開度αの中心を通る線)の垂線に対して傾斜して直線状に配列した点である。なお、これらの2つに分割された永久磁石14aと14bも、上記と同様、各磁極の円周方向において、その中心に対して非対称に配置されている。即ち、回転子3の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石の挿入孔10aを、遅れた位置の永久磁石の挿入孔10bよりも外径側に配置している(D>d)。
The rotor of the permanent magnet type rotating electric machine shown in FIG. 4 is different from the above embodiment in that the permanent magnet divided into the two parts is a rectangular permanent magnet as is apparent from the figure. 14a and 14b, and the permanent
このように構成することによっても、上記の実施例と同様に、永久磁石14の径方向高さは、回転子2の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石14aが遅れ側より低くなるため、上記と同様の効果が得られる。また、本実施例でも、永久磁石挿入孔10aと永久磁石挿入孔10は矩形状に形成すればよく、その製作が容易となる。また、これら永久磁石の挿入孔10a、10bも、その周方向端部にR(湾曲部)を設けた場合、よりブリッジ16bの幅を均一にできるので、応力の集中を更に緩和することができると言う効果を発揮する。
Also with this configuration, the radial height of the
添付の図5(a)、(b)は、上述した本発明になる永久磁石式回転電機により得られた効率を、従来の構造になる永久磁石式回転電機での効率と比較して示した効率測定結果であり、ここでは、従来構造の場合の効率を基準(1.000)として、その相対値により表示している。なお、図5(a)は、電動機の高速回転時以外(中・低速回転時)での、そして、図5(b)は、弱め界磁運転時(高速回転時)での測定結果である。 The attached FIGS. 5A and 5B show the efficiency obtained by the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention described above in comparison with the efficiency of the permanent magnet type rotating electrical machine having a conventional structure. It is an efficiency measurement result, and here, the efficiency in the case of the conventional structure is used as a reference (1.000), and the relative value is displayed. FIG. 5 (a) shows the measurement results when the motor is not rotating at high speed (medium / low speed rotation), and FIG. 5 (b) is the measurement result at the time of field weakening operation (high speed rotation). .
特に、図5(a)にも示すように、永久磁石14とその挿入孔10を2分割(14a、14b)(10a、10b)することで、効率が向上することがわかる。これは、永久磁石挿入孔10を2分割することで永久磁石14に流れる渦電流を小さくでき、渦電流損を低減できたためと推定される。
In particular, as shown in FIG. 5A, it can be seen that the efficiency is improved by dividing the
更に、図5(b)は、電動機の高速回転時、すなわち、弱め界磁運転を行っている場合の効率の測定結果であり、この結果からも明らかなように、永久磁石14とその挿入孔10を2分割することで、その効率が更に向上することがわかる。
Further, FIG. 5 (b) is a measurement result of the efficiency when the electric motor rotates at high speed, that is, when the field-weakening operation is performed. As is clear from this result, the
図6は、本発明の実施例4になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、上記図4に示した実施例3の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing details of the rotor of the permanent magnet type rotating electric machine according to the fourth embodiment of the present invention, which is a modification of the third embodiment shown in FIG. In this case as well, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is avoided.
本実施例が上記図4と異なる点は、特に、回転子2の回転方向に対して遅れた位置の永久磁石14bの厚さを、進んだ位置の永久磁石14aよりも厚くしたことである。なお、このような構成によっても、上記で示したと同様の効果が得られると共に、上記図2に示した構造に比較して、遅れた位置の永久磁石14bは反磁界の影響を受け難くなることから、上記実施例2よりも永久磁石14bの減磁を抑制することが可能となるという効果が得られる。
The difference between this embodiment and FIG. 4 is that the thickness of the
図7は、本発明の実施例5になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、上記図4に示した実施例3の他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing details of the rotor of the permanent magnet type rotating electric machine according to the fifth embodiment of the present invention, which is another modification of the third embodiment shown in FIG. In this case as well, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is avoided.
なお、本実施例が上記図4と異なる点は、進んだ位置の永久磁石14aと遅れた位置の永久磁石14b間に段差が生じるように、特に、遅れた位置の永久磁石14bを更に内径側に配置したことである。なお、このような回転子の構成によっても、上記図2で示した実施形態2と同様の効果が得られると共に、上記図4で示した構造よりも、反磁界の影響を受け難くできることから、上記実施例2に比較して、遅れた位置の永久磁石14bの減磁を抑制することができる。また、永久磁石の挿入孔10a、10bの周方向の端部にR(湾曲部)を設けることにより、ブリッジ16bの幅を均一にできることから、応力の集中を更に緩和することができる。
The difference between this embodiment and FIG. 4 is that the
図8は、本発明の実施例6になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、上記図4に示した実施例3の更に他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing details of the rotor of the permanent magnet type rotating electric machine according to the sixth embodiment of the present invention, which is still another modification of the third embodiment shown in FIG. In this case as well, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is avoided.
なお、この実施例の構成が上記図4と異なる点は、特に、二つの永久磁石14aと14bを各磁極の中心線(磁極鉄心13の開度αの中心を通る線)の垂線に対し傾斜させずに階段状に、即ち、図からも明らかなように、進んだ位置の永久磁石14aが、遅れた位置の永久磁石14bよりも内径側に配置されていることである。
The configuration of this embodiment differs from that shown in FIG. 4 in particular in that the two
このような構成によっても、永久磁石の配置において上記図4とは異なるが、各磁極鉄心13において、回転子の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石14aが遅れ側の永久磁石14bより低くなるため(D>d)、上記の実施例と同様の効果が得られる。また、永久磁石の挿入孔10a、10bの周方向端部にR(湾曲部)を設けることにより、ブリッジ16bの幅を均一にできることから、応力の集中を更に緩和することができることも上記と同様である。
Even with such a configuration, although the arrangement of the permanent magnets is different from that in FIG. 4 described above, in each
図9は、本発明の実施例7による永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、特に、上記図8に示した実施例6の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing details of a rotor of a permanent magnet type rotating electrical machine according to
本実施例が上記実施例7の構成と異なる点は、図からも明らかなように、特に、進んだ位置の永久磁石14aと遅れた位置永久磁石14bとの間の段差を更に大きくし、即ち、遅れ側の永久磁石14bを進み側の永久磁石14aよりも更に内径側に配置して、進み側永久磁石の挿入孔10aと遅れ側永久磁の石挿入孔10bとが径方向で重なるようにし、もって、永久磁石14aと永久磁石14b間のブリッジ部16bを周方向に設けたことである。
The difference between the present embodiment and the configuration of the seventh embodiment is that the step between the advanced
このように構成することによれば、進み側永久磁石14aと遅れ側永久磁石14b、更には、それら永久磁石の挿入孔10a、10b,ブリッジ部16bの配置が、特に、上記図4の構成とは異なるが、各、磁極鉄心13において、回転子の回転方向に対して進んだ位置の方が遅れ側より低くなっていること、永久磁石14aと永久磁石14b間に鉄(ブリッジ部16b)があることから、やはり、上記の実施例と同様の効果が得られることとなる。
According to this configuration, the arrangement of the advancing side
図10は、本発明の実施例8になる永久磁石式回転電機の回転子の詳細を示す断面図であり、特に、上記図4に示した実施例2の更に他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing details of a rotor of a permanent magnet type rotating electrical machine according to an eighth embodiment of the present invention, and in particular, a further modification of the second embodiment shown in FIG. In this case as well, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is avoided.
この実施例8の構成では、特に、上記図4の構成とは異なり、上記の凹部11に代わって、回転子鉄心12の外周面の極間(q軸側)に、磁束短絡防止用孔17を設けることにより、磁束の短絡を防止すると共に、当該磁束短絡防止用孔17によって、磁極鉄心13の開度αを電気角で120度近傍にし、もって、永久磁石14の磁束を磁極中心に集めている。なお、このような構成によっても、回転子鉄心12の極間の形状は異なるが、しかし、上述した実施例と同様の効果が得られる。
In the configuration of the eighth embodiment, unlike the configuration of FIG. 4 described above, the magnetic flux short-
図11は、本発明の実施例9になる永久磁石式回転電機における回転子の詳細を示す断面図であり、特に、上記図4に示した実施例2の更に他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing details of a rotor in a permanent magnet type rotating electrical machine according to Embodiment 9 of the present invention, and in particular, still another modification of
本実施例の構成の特徴は、図からも明らかなように、各磁極を構成する永久磁石14を2個から3個にし、即ち、1極当たり3個に分割し、かつ、上記の実施例と同様に、回転子3の回転方向に対して進み側の永久磁石ほど遅れ側よりも外径側に配置されている点にある。すなわち、回転子3の外径側から近い順に、永久磁石14a、永久磁石14b,永久磁石14cと配置している。
As is apparent from the figure, the feature of this embodiment is that the number of
このように構成することによっても、上記図4に示した実施例と同様の効果が得られると共に、更に、上記図4に示した構造に比較して、d軸方向での磁束がより流れ易くなる。そのことによれば、より小さい電流で永久磁石14の磁束を弱めることが可能となると共に、更には、高速回転時での遠心力によってブリッジ16に加わる応力を分散することができるため、回転子の更に高速での回転が可能となる。
With this configuration, the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 4 can be obtained, and the magnetic flux in the d-axis direction can flow more easily than the structure shown in FIG. Become. According to this, the magnetic flux of the
図12は、本発明の実施例10になる永久磁石式回転電機の詳細を示す断面図であり、本発明の他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing details of a permanent magnet type rotating electric machine according to
本実施例の構成において、特に、上記図3と異なるのは、2枚の永久磁石14aと14bを、その対向部分が回転子3の外周面に対して凹となるように、所謂、「V」字状に配置されており、かつ、回転子の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石14aと遅れた位置の永久磁石14bの間に段差が生じるように配置されている(D>d)。
In the configuration of this embodiment, in particular, the difference from FIG. 3 is that the two
このように構成することによって、上記の実施例になる回転子と同様に、永久磁石14の径方向高さは、全体として、回転子2の回転方向に対して進んだ位置の永久磁石14aが遅れ側より低くなるため、上記の実施形態1と同様の効果が得られる。また、永久磁石挿入孔10aと永久磁石挿入孔10bも、湾曲孔ではなく、矩形状に形成すればよく、その製作が容易となる。また、これら永久磁石の挿入孔10a、10bも、その周方向端部にR(湾曲部)を設けた場合、よりブリッジ16bの幅を均一にできるので、応力の集中を更に緩和することができる。
By configuring in this way, the radial height of the
図13は、本発明の実施例11になる永久磁石式回転電機における回転子の詳細を示す断面図であり、特に、上記図4に示した実施例の更に他の変形例である。なお、ここでも同様に、上記と同一の構成要素には同一符号を付け、その重複説明は避ける。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing details of a rotor in a permanent magnet type rotating electrical machine according to an eleventh embodiment of the present invention, and in particular, a further modification of the embodiment shown in FIG. In this case as well, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is avoided.
図からも明らかなように、本実施例の構成が上記図4と異なる点は、更に、各磁極の外周近傍の磁極鉄心13にスリット18を設け、もって、永久磁石14の磁束が磁極鉄心13の磁極中心に集合するようにした点にある。
As is apparent from the figure, the configuration of the present embodiment is different from that shown in FIG. 4 in that a
なお、かかる構成によれば、磁極鉄心13の重量を軽くすることが出来ることから、ブリッジ16に掛る応力を小さくすることが可能となると共に、永久磁石14による磁束の分布を正弦波に近づけることが可能となる。このように、磁束分布を正弦波に近づけることは、高調波成分を減少し、もって、トルク発生に寄与する基本波成分が増えることとなる。よって、上記図4で示した実施例3と同様の効果が得られると共に、上記実施形態3よりも更に高速回転が可能で、かつ、高効率な永久磁石式回転電機を提供することが可能となる。
In addition, according to this structure, since the weight of the
最後に、添付の図14は、以上に詳細に説明した本発明になる永久磁石式回転電機を回転駆動源として採用した、特に、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫などに用いられる圧縮機の内部構造を示す断面である。 Finally, the attached FIG. 14 shows the internal structure of a compressor used in an air conditioner, a refrigerator, a freezer, etc., in which the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention described in detail above is adopted as a rotational drive source. FIG.
図14において、円筒状の圧縮容器69内には、固定スクロール部材60の端板61に直立する渦巻状ラップ62と、旋回スクロール部材63の端板64に直立する渦巻状ラップ65とを噛み合わせて形成しており、そして、上記に構成を示した永久磁石式回転電機1によって、当該旋回スクロール部材63を、クランク軸72を介して、旋回運動させることによって、圧縮動作を行う。
In FIG. 14, a
固定スクロール部材60および旋回スクロール部材63によって形成される圧縮室66(66a、66b…)のうち、最も外径側に位置している圧縮室は、旋回運動に伴って両スクロール部材63、60の中心に向かって移動し、容積が次第に縮小する。圧縮室66a、66bが両スクロール部材60、63の中心近傍に達すると、両圧縮室66内の圧縮ガスは圧縮室66と連通した吐出口67から吐出される。
Of the compression chambers 66 (66 a, 66 b...) Formed by the fixed
吐出された圧縮ガスは、固定スクロール部材60およびフレーム68に設けられたガス通路(図示せず)を通って、フレーム68下部の圧縮容器69内に至り、圧縮容器69の側壁に設けられた吐出パイプ70から、電動圧縮機の外部に排出される。
The discharged compressed gas passes through gas passages (not shown) provided in the fixed
また、電動圧縮機を駆動する永久磁石式回転電機1は、別置のインバータ(図示せず)によって制御され、圧縮動作に適した回転速度で回転する。
The permanent magnet type rotating
ここで、上記の永久磁石式回転電機1は、固定子2と回転子3から構成され、回転子3に設けられるクランク軸72は、その上部がクランク軸になっている。このクランク軸72の内部には、油孔74が形成されており、クランク軸72の回転に伴って、圧縮容器69の下部に設けられた油溜め部73内の潤滑油が、油孔74を介して、滑り軸受75に供給される。
Here, the permanent magnet type rotating
この圧縮機は、例えば、空気調和機、冷蔵庫、あるいは冷凍庫等の冷媒サイクルにおいて、冷媒の駆動源として用いられており、通常、一年中稼働していることから、地球温暖化の観点から、特に、省エネルギー化を図るためにも最重要な製品となっている。即ち、当該圧縮機は、可変速運転が可能であることから、低速回転から高速回転までの広い領域において、その効率を向上することが、省エネルギーを達成するためには重要である。このため、当該圧縮機を駆動するための永久磁石式回転電機1には、低速から高速までの広い回転数領域での高効率化が求められる。
This compressor is used as a driving source of a refrigerant in a refrigerant cycle such as an air conditioner, a refrigerator, or a freezer, for example, and is usually operated all year round, from the viewpoint of global warming, In particular, it is the most important product for energy saving. That is, since the compressor can be operated at a variable speed, it is important to improve the efficiency in a wide range from low speed rotation to high speed rotation in order to achieve energy saving. For this reason, the permanent magnet type rotating
ここで、低速運転時の効率を向上する手段として、電機子巻線8の巻数を多くすることで誘導起電力を大きくし、インバータのキャリア周波数の影響を小さくし、もって、損失の低減を図ることが考えられる。しかしながら、このように、永久磁石式回転電機1を構成すると、誘導起電力が大きくなるため、高速回転時は弱め界磁運転となる。この弱め界磁運転では、永久磁石の磁束を弱めるように電機子巻線に電流を通電するため、永久磁石の磁束からみると、反磁界となる電機子磁束が大きくなり、永久磁石の減磁が問題となる。
Here, as means for improving the efficiency at the time of low speed operation, the induced electromotive force is increased by increasing the number of turns of the armature winding 8, and the influence of the carrier frequency of the inverter is reduced, thereby reducing the loss. It is possible. However, when the permanent magnet type rotating
また、圧縮機を小形化するためには、永久磁石式回転電機1を高速運転する必要があるが、しかしながら、高速回転になる程、遠心力が大きくなるため、回転子鉄心12の最大集中応力が問題となる。
In order to reduce the size of the compressor, it is necessary to operate the permanent magnet type rotating
上述した問題点に対し、上述した本発明になる永久磁石式回転電機を駆動源とした場合には、低速から高速運転までの広い範囲において、高効率で運転が可能な圧縮機が提供できる。即ち、以上に述べた本発明によれば、永久磁石の減磁を防止すると共に、所望のトルクを得るために必要な電流と、弱め界磁運転に必要な電流を低減することができ、更に永久磁石の渦電流損を抑制することができる。そのため、低速から高速運転までの広い範囲において、高効率、高性能な永久磁石式回転電機を提供でき、更には、回転時の応力の集中を緩和できるから、高速回転に適した永久磁石式回転電機を提供できる。 When the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention described above is used as a drive source for the above-described problems, a compressor capable of operating with high efficiency in a wide range from low speed to high speed operation can be provided. That is, according to the present invention described above, it is possible to prevent the demagnetization of the permanent magnet, reduce the current necessary for obtaining a desired torque and the current necessary for field-weakening operation, The eddy current loss of the permanent magnet can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a high-efficiency, high-performance permanent magnet type rotating electrical machine in a wide range from low speed to high speed operation, and furthermore, the stress concentration during rotation can be alleviated, so permanent magnet type rotation suitable for high speed rotation Electricity can be provided.
1…永久磁石式回転電機、2…固定子、3…回転子、4…ティース、5…コアバック,6…固定子鉄心、7…スロット、8…電機子巻線、10…永久磁石挿入孔、11…凹部,12…回転子鉄心、13…磁極鉄心、14…永久磁石、15…シャフト孔、16…ブリッジ、17…磁束短絡防止用孔、18…スリット、60…固定スクロール部材、61…端板、69…圧縮容器、60…固定スクロール部材、62、65…渦巻状ラップと、63…旋回スクロール部材、72…クランク軸。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記固定子は、固定子鉄心と、当該固定子鉄心に形成された複数の固定子スロットと、当該スロットと隣接して形成されたティースと、前記固定子スロット内に設けられた複数の相からなる電機子巻線とを備えており、
前記回転子は、回転子鉄心と、当該回転子鉄心に形成された複数の挿入孔と、当該挿入孔に挿入された複数の永久磁石とを備えており、そして、
前記永久磁石を内部に挿入する挿入孔を、前記回転子の1極当たり、少なくとも2分割すると共に、当該挿入孔に挿入された前記永久磁石が、それぞれ、前記回転子の磁極中心に対して非対称に配置されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 A permanent magnet type rotating electrical machine having a cylindrical stator and a rotor that is arranged to be opposed to each other through a gap inside the stator and is rotatably supported,
The stator includes a stator core, a plurality of stator slots formed in the stator core, teeth formed adjacent to the slots, and a plurality of phases provided in the stator slot. Armature winding
The rotor includes a rotor core, a plurality of insertion holes formed in the rotor core, and a plurality of permanent magnets inserted into the insertion holes, and
The insertion hole for inserting the permanent magnet is divided into at least two per one pole of the rotor, and the permanent magnet inserted into the insertion hole is asymmetric with respect to the magnetic pole center of the rotor. A permanent magnet type rotating electrical machine characterized by being arranged in
前記圧縮機の旋回スクロール部材をクランク軸を介して回転駆動する駆動手段を備えた圧縮機であって、
当該駆動手段として、前記請求項1〜12のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機を用いていることを特徴とする圧縮機。 A compressor that forms a compression chamber by combining a plurality of spiral wraps, and compresses the fluid in the compression chamber by rotationally driving the spiral wraps via an orbiting scroll member;
A compressor provided with driving means for rotationally driving the orbiting scroll member of the compressor via a crankshaft;
A compressor using the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 12 as the driving means.
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