JP2012095474A - Permanent magnet embedded type electric motor and hermetically sealed type compressor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、永久磁石埋込型電動機に関する。詳しくは、永久磁石埋込型電動機の回転子における永久挿入孔の外周部に配置されるスリットの形状に関するものである。また、その永久磁石埋込型電動機を搭載した密閉型圧縮機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet embedded electric motor. Specifically, the present invention relates to the shape of a slit disposed in the outer peripheral portion of the permanent insertion hole in the rotor of the permanent magnet embedded type electric motor. The present invention also relates to a hermetic compressor equipped with the permanent magnet embedded electric motor.
従来、永久磁石形モータにおいて、回転子鉄心の外周沿いに等ピッチで複数のスリットを形成し、そのスリットの円周方向長さを回転子磁極中央部分に位置するものから、端部分に位置するものの順に大きくなるように設定し、振動・騒音の発生を抑えた永久磁石形モータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a permanent magnet type motor, a plurality of slits are formed at an equal pitch along the outer periphery of the rotor core, and the circumferential length of the slits is positioned at the end portion from the center portion of the rotor magnetic pole. There has been proposed a permanent magnet type motor which is set so as to increase in order of vibration and suppress the generation of vibration and noise (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1の永久磁石形モータは、スリット円周方向長さを中心部分から端部分にかけて徐々に大きくしているため、端部分のスリット円周方向長さが大きくなりすぎて、永久磁石の鎖交磁束が減少し、効率が低下する課題があった。
However, the permanent magnet motor of
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高効率で、かつ固定子からの反磁界に対する減磁特性が改善された信頼性の高い永久磁石埋込型電動機を提供する。また、その永久磁石埋込型電動機を用いた密閉型圧縮機を提供する。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a highly reliable embedded permanent magnet electric motor having high efficiency and improved demagnetization characteristics against a demagnetizing field from a stator. To do. Also, a hermetic compressor using the permanent magnet embedded motor is provided.
この発明に係る永久磁石埋込型電動機は、
電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される固定子鉄心と、固定子鉄心の内周縁に沿って形成される複数の固定子スロットと、固定子スロットに挿入される巻線と、を有する固定子と、
固定子の内周側に空隙を介して配置される回転子と、を備え、
回転子は、
電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される回転子鉄心と、
回転子鉄心の外周部に沿って形成される複数の磁石挿入孔と、
磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
磁石挿入孔の外周側に形成される複数のスリットと、
回転子鉄心の積層方向両端面に配置される端板と、を具備し、
複数のスリットのうちの、永久磁石の円周方向端面から回転子鉄心の外周側に延長した延長線の上に配置される減磁抑制用スリットは、一磁極の永久磁石の幅内に形成されるその他のスリットと比較して、減磁抑制用スリットの円周方向の幅を、その他のスリットの円周方向の幅よりも広くしたことを特徴とする。
The permanent magnet embedded electric motor according to the present invention is:
After punching the magnetic steel sheet into a predetermined shape, a stator core manufactured by stacking a predetermined number of sheets, a plurality of stator slots formed along the inner periphery of the stator core, and inserted into the stator slot A stator having windings; and
A rotor disposed on the inner peripheral side of the stator via a gap,
The rotor is
After punching the magnetic steel sheet into a predetermined shape, a rotor core manufactured by laminating a predetermined number of sheets,
A plurality of magnet insertion holes formed along the outer periphery of the rotor core;
A permanent magnet to be inserted into the magnet insertion hole;
A plurality of slits formed on the outer peripheral side of the magnet insertion hole;
An end plate disposed on both end faces of the rotor core in the stacking direction;
Of the plurality of slits, the demagnetization suppression slit disposed on the extension line extending from the circumferential end surface of the permanent magnet to the outer peripheral side of the rotor core is formed within the width of the single-pole permanent magnet. Compared to other slits, the circumferential width of the demagnetization suppressing slit is made wider than the circumferential width of the other slits.
この発明に係る永久磁石埋込型電動機は、複数のスリットのうちの、永久磁石の円周方向端面から回転子鉄心の外周側に延長した延長線の上に配置される減磁抑制用スリットは、一磁極の永久磁石の幅内に形成されるその他のスリットと比較して、減磁抑制用スリットの円周方向の幅を、その他のスリットの円周方向の幅よりも広くしたことにより、低振動・低騒音で、かつ固定子の反磁界に対する減磁特性の良好な信頼性の高い永久磁石埋込型電動機が得られる。 In the permanent magnet embedded electric motor according to the present invention, among the plurality of slits, the demagnetization suppressing slit disposed on the extension line extending from the circumferential end surface of the permanent magnet to the outer peripheral side of the rotor core is In comparison with other slits formed within the width of one permanent magnet, the circumferential width of the demagnetization suppression slit is wider than the circumferential width of the other slits. A highly reliable permanent magnet embedded motor with low vibration and noise and good demagnetization characteristics against the demagnetizing field of the stator can be obtained.
実施の形態1.
図1、図2は実施の形態1を示す図で、図1は永久磁石埋込型電動機100の横断面図、図2は図1のA部拡大図である。
1 and 2 are diagrams showing the first embodiment, in which FIG. 1 is a transverse sectional view of the permanent magnet embedded
図1、図2を参照しながら、永久磁石埋込型電動機100の構成について説明する。
The configuration of the permanent magnet embedded
図1に示す永久磁石埋込型電動機100は、三相6極のブラシレスDCモータである。永久磁石埋込型電動機100は、固定子12と回転子11とを備える。永久磁石埋込型電動機100を、以下、単にモータまたは電動機と呼ぶ場合もある。
A permanent magnet embedded type
図2に示すように、固定子12と回転子11との間に、所定の径方向寸法の空隙60が設けられる。固定子12と回転子11との間の空隙60は、例えば、径方向寸法が0.2〜2.0mm程度である。
As shown in FIG. 2, a
図3は実施の形態1を示す図で、固定子12の横断面図である。図3に示すように、固定子12は、略円筒状(ドーナッツ状)の固定子鉄心12aと、固定子鉄心12aの固定子スロット12b(18個のスロット)に挿入されるU相巻線20a、V相巻線20b及びW相巻線20cとからなる三相巻線を備える。U相巻線20a、V相巻線20b及びW相巻線20cには、一般的に銅線の外周に絶縁被膜が施されたマグネットワイヤなどが用いられる。但し、三相巻線に限定されない。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
尚、固定子スロット12bには、巻線20(U相巻線20a、V相巻線20b及びW相巻線20c)と固定子鉄心12aとの間に電気的絶縁を確保するために絶縁材(例えば、スロットセル、ウェッジ等)が挿入されるが、ここでは図示を省略している。
The
図3に示すように、各々の巻線20(U相巻線20a、V相巻線20b及びW相巻線20c)は数個の固定子スロット12b(固定子歯部12e)を跨いで構成されている。図3に示す例では、3個の固定子歯部12eを跨いで一つの巻線20が構成されている。このような巻線方式は、一般的に分布巻と呼ばれている。
As shown in FIG. 3, each winding 20 (U-phase winding 20a, V-phase winding 20b, and W-phase winding 20c) is configured to straddle
固定子スロット12bの内部には、外周側から順番にU相巻線20a、V相巻線20b、W相巻線20cが配置されるが、一例であって、順番は特に問わない。
Inside the
U相巻線20a、V相巻線20b及びW相巻線20cはY結線(星形結線、スター結線)で接続され、各々の巻線に三相電圧を印加することで永久磁石埋込型電動機100がトルクを発生する。
The U-phase winding 20a, the V-phase winding 20b and the W-phase winding 20c are connected by Y connection (star connection, star connection), and a permanent magnet embedded type is applied by applying a three-phase voltage to each winding. The
図4、図5は実施の形態1を示す図で、図4は固定子鉄心12aの横断面図、図5は図4のB部拡大図である。図4に示すように、固定子鉄心12aは、板厚が0.1〜1.5mm程度の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。
4 and 5 are diagrams showing the first embodiment. FIG. 4 is a transverse sectional view of the
固定子鉄心12aには、内周縁に沿って固定子スロット12bが形成されている。18個の固定子スロット12bは、周方向にほぼ等間隔に配置される。図4の例では、固定子スロット12bはすべて同じ形状であるが、一部の大きさを変更した大小のスロット形状で構成しても良い。
隣り合う固定子スロット12bの間には、固定子鉄心12aの一部分である固定子歯部12eが構成されている。そのため固定子スロット12bと固定子歯部12eの数は同一であり、図4の例では、固定子鉄心12aは、18個の固定子スロット12bと18個の固定子歯部12eを備える。
Between
図5に示すように、固定子歯部12eは、円周方向の幅Wtが略一定に形成される。そのため、固定子スロット12bの円周方向の幅は、内周側から外周側に向かって徐々に大きくなっている。
As shown in FIG. 5, the
半径方向に延在している固定子スロット12bは、内周縁に開口している。この開口部をスロット開口部12dと言う。このスロット開口部12dからU相巻線20a、V相巻線20b及びW相巻線20cが挿入される。
The
図4に示すように、固定子鉄心12aの外周面には、外周円形状を略直線状に切り欠いた略直線部をなす固定子切欠12cが四ヶ所に設けられている。四ヶ所の固定子切欠12cは、隣り合うもの同士が略直角に配置される。但し、これは一例であり、固定子切欠12cの数、配置は任意でよい。
As shown in FIG. 4, on the outer peripheral surface of the
また、固定子鉄心12aにおいて、固定子スロット12bの外側の鉄心部を、一般的にコアバック12fと呼ぶ。固定子切欠12cが形成された部分のコアバック12fの磁路断面積は、外周が円弧形状の部分の磁路断面積よりも小さくなる。
Further, in the
冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機(例えば、スクロール圧縮機)に、図1の永久磁石埋込型電動機100を搭載する場合、固定子12は密閉型圧縮機の円筒状の密閉容器の内周に焼き嵌めされる。密閉型圧縮機の内部では、冷媒(冷凍機油を含む)が永久磁石埋込型電動機100を通過する。そのため、永久磁石埋込型電動機100には、冷媒の通路が必要となる。
When the permanent magnet embedded type
略直線部の固定子切欠12cを設けることにより、固定子12と密閉容器との間に冷媒の通路が形成される。永久磁石埋込型電動機100の冷媒の通路には、この固定子鉄心12aの外周面の固定子切欠12cによるもの以外に、例えば、後述する回転子11のスリット40、風穴部11b及び固定子12と回転子11との間の空隙60(図2参照)がある。
By providing the
図6乃至図13は実施の形態1を示す図で、図6は回転子11の横断面図、図7は図6のC−C断面図、図8は回転子11の平面図、図9は端板11dの平面図、図10は回転子鉄心11aの横断面図、図11は図10の部分拡大図、図12は図6の部分拡大図、図13は図12の部分拡大図である。
6 to 13 show the first embodiment. FIG. 6 is a transverse sectional view of the
本実施の形態は、回転子11に特徴があるので、以下図6乃至図13を参照しながら回転子11について詳細に説明する。固定子12の内周側には空隙60(図2参照)を介して回転子11が設けられる。
Since the present embodiment is characterized by the
回転子11は、以下の要素から構成される。
(1)回転子鉄心11a;
(2)永久磁石11c;
(3)端板11d;
(4)リベット11e;
(5)回転軸90。
The
(1)
(2)
(3)
(4)
(5) Rotating
図7、図8に示すように、回転子鉄心11aの積層方向両端部には、永久磁石11cが磁石挿入孔11fから飛び出すのを抑えるため端板11dが設けられ、リベット11eにより、回転子鉄心11aと端板11dとが一体化される。
As shown in FIGS. 7 and 8,
図9に示すように、端板11dは外周が略六角形の板状(所定の厚さ)で、中央部に軸孔11j、軸孔11jの周囲に風穴部11k(例えば4個)及びリベット11eが挿入されるリベット挿入用孔11m(例えば4個)が形成されている。端板11dには、非磁性体の材料(例えば、ステンレス材)が用いられる。回転子鉄心11aの軸方向両端部に、同じ端板11dが設けられる。
As shown in FIG. 9, the
図10に示すように、回転子鉄心11aは、固定子鉄心12aと同様に板厚が0.1〜1.5mmの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、抜きカシメや接着等により固定して製作される。通常、固定子鉄心12aの内側(内周側)の部分の電磁鋼板を利用する。
As shown in FIG. 10, the
一般的に回転子鉄心11aは、固定子鉄心12aと同一の材料から打ち抜くことが多いが、回転子鉄心11aの材料を固定子鉄心12aの材料と異なるようにしても構わない。例えば、回転子鉄心11aの板厚を0.5mm、固定子鉄心12aの板厚を0.35mmにすることで安価で、かつ鉄損を低減させた高効率な永久磁石埋込型電動機100を得ることができる。
Generally, the
回転子鉄心11aには、6個の磁石挿入孔11fが設けられ、磁石挿入孔11fには平板状の6枚の永久磁石11cが挿入され、6極の回転子11を構成している。また、詳細は後述するが、磁石挿入孔11fの外周側に存在する鉄心部にスリット40が形成されている。また、回転子鉄心11aの略中心部に回転軸90が嵌合する軸孔11gが形成され、軸孔11gと磁石挿入孔11fとの間に、風穴部11b(例えば4個)、リベット11eが挿入されるリベット挿入用孔11h(例えば4個)が形成されている。
The
永久磁石11cは、ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とする希土類永久磁石を使用することが望ましいが、他の材質(例えばフェライトやサマリウム)を用いた永久磁石を使用しても良い。
As the
回転子鉄心11aの磁石挿入孔11fに永久磁石11cを挿入した後、回転子鉄心11aの積層方向両端部に端板11dを配置し、回転子鉄心11a及び端板11dの両方に設けられたリベット挿入用孔11hおよび11mにリベット11eを挿入して回転子11が製作される。
After the
図11に示すように、回転子鉄心11aの磁石挿入孔11fの外周側に存在する鉄心部に形成されるスリット40は、複数のスリット40a〜40eで構成される。磁極中心線の両側に、例えば、複数のスリット40a〜40eが対称に合計10本設けられる。スリット40aは、一磁極の端部に設けられ、永久磁石11cのロータ内部での磁束の漏れを抑制する役目を持つ。複数のスリット40a〜40eは、一磁極の端部から、順に磁極中心に向かって配置される。スリット40eが、磁極中心に最も近い。
As shown in FIG. 11, the
スリット40b〜40eは、磁石挿入孔11fの外周側の鉄心部の磁束分布を滑らかにするもので、例えば、永久磁石11cの磁化方向に沿って平行に(磁石挿入孔11fに対して直角方向に)、回転子鉄心11aの内周側から外周側に向かって延びるように形成される。但し、スリット40b〜40eの延びる方向は、磁石挿入孔11fに直角でなくてもよい。例えば、磁極中心に向かうようなものでもよい。さらに、スリット40b〜40eの形状は、図11の例では、断面が略四角形であるが、この形状に限定されるものではない。回転子鉄心11aの内周側から外周側に向かって延びて形成されるものであれば、楕円、台形等どのような形状でもよい。また磁極中心線の両側に対称にスリット40a〜40eを設けたが、非対称に設けてもよい。
The
複数のスリット40(スリット40a〜40e)を配置することにより、回転子鉄心11aの外周部の磁束分布を滑らかにすることができ、固定子12の巻線20に誘起される電圧の高調波成分を低減することができる。
By arranging the plurality of slits 40 (
巻線20に三相交流電圧を印加して駆動する場合、永久磁石埋込型電動機100のトルクとして有効に寄与するのは、固定子12の巻線20に誘起される電圧の基本波成分のみであり、高調波成分はトルク脈動(トルクリプル)となる。
When the winding 20 is driven by applying a three-phase AC voltage, only the fundamental wave component of the voltage induced in the winding 20 of the
このトルクリプルは電動機の振動及び騒音を増大させる要因となるが、複数のスリット40a〜40eを配置することで、振動や騒音の少ない永久磁石埋込型電動機100を得ることができる。
This torque ripple causes an increase in vibration and noise of the electric motor, but the permanent magnet embedded
図12、図13に示すように、永久磁石11cの幅内に形成された複数のスリットのうち、永久磁石11cの円周方向の端部延長線上に、非磁性体(空気層)であるスリット40bを設けると共に、永久磁石11cの幅内に形成されるその他のスリット40c〜40eの円周方向の幅寸法(Tc〜Te)よりも、スリット40bの円周方向の幅寸法Tbが大きくなるように形成する。
As shown in FIGS. 12 and 13, among the plurality of slits formed within the width of the
永久磁石11cは固定子12から大きな反磁界を受けると不可逆減磁(以下、減磁)を引き起こし、永久磁石11cの磁力が低下することで電動機の効率が低くなる課題がある。一般的に、反磁界に対する減磁は、永久磁石11cの固定子12に近い側の表面、特に円周方向端部の角部近傍から、徐々に減磁していく傾向にある。
When the
固定子12の反磁界の磁束は、磁気抵抗の低い鉄心部を通過するため、スリット40bが存在しない場合はもちろんのこと、幅方向寸法Tbが小さい場合でも、永久磁石11cの円周方向端部が減磁する可能性がある。
Since the magnetic flux of the demagnetizing field of the
本実施の形態では、スリット40bの円周方向の幅寸法Tbを、他のスリット40c〜40eの円周方向の幅寸法(Tc〜Te)よりも大きく設定することで、反磁界に対する減磁特性を改善させた信頼性の高い永久磁石埋込型電動機100を得ることができる。
In the present embodiment, the demagnetization characteristic against the demagnetizing field is set by setting the circumferential width dimension Tb of the
スリット40bの円周方向の幅寸法Tbと同様に、他のスリット40c〜40eの円周方向の幅寸法(Tc〜Te)も大きく設定した場合、反磁界に対する減磁特性を改善することは可能であるが、永久磁石11cの主磁路の磁気抵抗が高くなるため、永久磁石11cの磁束を十分に活用することができず、電動機効率が低下する問題がある。しかし、ここでは、スリット40c〜40eの円周方向の幅寸法(Tc〜Te)をスリット40bの円周方向の幅寸法Tbよりも小さく設定しているため、高効率な永久磁石埋込型電動機100を得ることができる。
Similarly to the circumferential width dimension Tb of the
ここで、永久磁石11cの円周方向端面から回転子鉄心11aの外周側に延長した延長線の上に配置されるスリット40bを、「減磁抑制用スリット」と定義する。
Here, the
また、永久磁石11cの幅内に形成されるその他のスリット40c〜40eを、「一磁極の永久磁石の幅内に形成されるその他のスリット」と定義する。
Further, the
また、図13に示すように、永久磁石11cの円周方向端部延長線上のスリット40bと磁石挿入孔11fと間の最小寸法をT1、スリット40bと回転子鉄心11aの外周との間の最小寸法をT2とした場合、T2>T1となるように設定している。
Further, as shown in FIG. 13, the minimum dimension between the
前述の通り、固定子12の反磁界の磁束は、回転子11の磁気抵抗の低い鉄心部を通過するため、回転子鉄心11aの外周表面側を通過する傾向にある。ここでは、T1に対してT2を大きくしているため、反磁界の磁束が永久磁石11cに鎖交しにくくなり、減磁特性の改善した信頼性の高い永久磁石埋込型電動機100を得ることができる。
As described above, the magnetic flux of the demagnetizing field of the
図14は実施の形態1を示す図で、永久磁石埋込型電動機100のトルク特性図で、回転子11にスリット40を設けた永久磁石埋込型電動機100とスリット40を設けない永久磁石埋込型電動機のトルク特性を比較した図である。巻線20に三相交流電圧を印加したときのトルク特性図であり、横軸は回転角度、縦軸は瞬時トルクを示している。
FIG. 14 is a diagram showing the first embodiment, and is a torque characteristic diagram of the permanent magnet embedded
スリット40を設けない電動機は、固定子の巻線に誘起される電圧(誘起電圧)に多くの高調波成分を含んでいるため、回転角度に対するトルク脈動が大きくなっていることがわかる。
It can be seen that the motor without the
スリット40を設けることにより、固定子12の巻線20に誘起される誘起電圧の高調波成分を少なくすることができるため、トルク脈動を小さくすることができ、振動・騒音の少ない永久磁石埋込型電動機100を得ることができる。
By providing the
図8に示すように、回転子11を積層方向の一端面から見ると、端板11dの外周側からスリット40の一部を視認することができ、そのスリット40は積層方向に貫通された空気層(孔)となっている。
As shown in FIG. 8, when the
そのため、永久磁石埋込型電動機100を密閉型圧縮機に搭載した場合、スリット40の一部は冷媒の通路(流路)として使用することができるため、冷媒の通路を確保した信頼性の高い密閉型圧縮機を得ることができる。
Therefore, when the permanent magnet embedded type
図15は実施の形態1を示す図で、スクロール圧縮機300の縦断面図である。図15に示すように、スクロール圧縮機300(密閉型圧縮機の一例)は、密閉容器70内に、少なくとも圧縮機構部200と、永久磁石埋込型電動機100と、圧縮機構部200と永久磁石埋込型電動機100とを連結する回転軸90と、回転軸90の圧縮機構部200の反対側の端部を支持する軸受を構成するサブフレーム71と、密閉容器70の底部に貯留される冷凍機油210eと、を備える。
FIG. 15 shows the first embodiment and is a longitudinal sectional view of the
圧縮機構部200は、少なくともそれぞれの板状渦巻歯の相互間に圧縮室を形成するように噛み合わされる固定スクロ−ル201及び揺動スクロール202と、オルダムリング209と、ガイドフレーム215と、を備える。
The
固定スクロール201の板状渦巻歯に直角方向から吸入圧力空間に連通するように、吸入管210aが密閉容器70を貫通して、固定スクロール201に圧入されている。
A
ガイドフレーム215の外周面は、焼き嵌め、もしくは溶接などによって密閉容器70に固定されている。そして、ガイドフレーム215の外周部を切り欠いた切り欠き部により、固定スクロール201の吐出ポートから吐出される高圧の冷媒ガスを圧縮機構部200と永久磁石埋込型電動機100との間に設けられた吐出管210bに導く流路が確保されている。切り欠き部は、吐出管210bとは反対側の位置(略180°位相が異なる位置)に設けられている。
The outer peripheral surface of the
密閉容器70の圧縮機構部200と永久磁石埋込型電動機100との間に、永久磁石埋込型電動機100に電力を供給するガラス端子210fが溶接により固定されている。
Between the
次に、永久磁石埋込型電動機100の駆動回路1について説明する。図16は実施の形態1を示す図で、永久磁石埋込型電動機100の駆動回路1の回路図である。外部に設けられた商用交流電源2から交流の電力が駆動回路1に供給される。商用交流電源2から供給される交流電圧は、整流回路3で直流電圧に変換される。整流回路3で変換された直流電圧は、インバータ主回路4で可変電圧および可変周波数の交流電圧に変換されて永久磁石埋込型電動機100に印加される。永久磁石埋込型電動機100はインバータ主回路4から供給される可変周波数の交流電力により駆動される。尚、整流回路3には商用交流電源2の電圧を整流するダイオードブリッジ、商用交流電源2から印加される電圧を昇圧するチョッパー回路や整流した直流電圧を平滑にする平滑コンデンサなどを有する。
Next, the
インバータ主回路4は3相ブリッジのインバータ回路であり、インバータ主回路4のスイッチング部はインバータ主素子となる6つのIGBT6a〜6f(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)と6つのフライホイルダイオード(FRD)としてシリコンカーバイド(SiC)を用いたSiC−SBD7a〜7f(ショットキーバリアダイオード)を備えている。FRDであるSiC−SBD7a〜7fはIGBT6a〜6fが電流をONからOFFする時に生じる逆起電力を抑制する逆電流防止手段である。
The inverter main circuit 4 is a three-phase bridge inverter circuit, and the switching portion of the inverter main circuit 4 is silicon carbide as six IGBTs 6a to 6f (insulated gate bipolar transistors) serving as inverter main elements and six flywheel diodes (FRD). SiC-
尚、ここでは、IGBT6a〜6fとSiC−SBD7a〜7fは同一リードフレーム上に各チップが実装されエポキシ樹脂でモールドされてパッケージされたICモジュールとする。IGBT6a〜6fはシリコンを用いたIGBT(Si−IGBT)に代えてSiC、GaN(窒化ガリウム)を用いたIGBTとしてもよく、またIGBTに代えてSiもしくはSiC、GaNを用いたMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)などの他のスイッチング素子を使用してもよい。
Here, the
整流回路3とインバータ主回路4の間には直列に接続された2つの分圧抵抗8a,8bが設けられており、この分圧抵抗8a,8bによる分圧回路にて高圧直流電圧を低圧化した電気信号をサンプリングし保持する直流電圧検出部8が設けられている。
Two voltage-dividing
永久磁石埋込型電動機100のU相巻線20a及びW相巻線20cに流れる電流を検出する電流検出素子30a,30cが設けられている。電流検出素子30a,30cは直流電流トランス(DCCT)や交流電流トランス(ACCT)などが用いられ、U相巻線20a、W相巻線20cに流れる電流の瞬時値を検出する。
Current detection elements 30a and 30c for detecting currents flowing in the U-phase winding 20a and the W-phase winding 20c of the permanent magnet embedded type
回転子位置検出部10は、電流検出素子30a,30cの出力信号から永久磁石埋込型電動機100の回転子11の位置を演算し、回転子11の位置情報を出力電圧演算部9に出力する。尚、ここでは、永久磁石埋込型電動機100のU相巻線20a及びW相巻線20cの二相分の電流を検出したが、V相巻線20bの電流も加えた三相分の電流を検出しても良いし、他の組合せの二相分の電流を検出しても良い。
The rotor
尚、回転子位置検出部10は、永久磁石埋込型電動機100の端子電圧を検出して、永久磁石埋込型電動機100の回転子11の位置を検出するようにしてもよい。
The rotor
回転子位置検出部10が検出する回転子11の位置情報は、出力電圧演算部9に出力される。この出力電圧演算部9は、駆動回路1の外部から与えられる目標回転数Nの指令もしくは装置の運転条件の情報と回転子11の位置情報に基づいて、永久磁石埋込型電動機100に加えられるべき最適なインバータ主回路4の出力電圧を演算する。出力電圧演算部9はその演算した出力電圧をPWM信号生成部31に出力する。PWMは、Pulse Width Modulationの略語である。
The position information of the
PWM信号生成部31は、出力電圧演算部9から与えられた出力電圧となるようなPWM信号をインバータ主回路4のそれぞれのIGBT6a〜6fを駆動する主素子駆動回路4aに出力し、インバータ主回路4のIGBT6a〜6fはそれぞれ主素子駆動回路4aによってスイッチングされる。
The PWM
ここで固定子12の反磁界を抑制する制御方法について説明する。固定子12の反磁界は誤って巻線20(U相巻線20a、V相巻線20b及びW相巻線20c)に大電流が流れることによって発生する。
Here, a control method for suppressing the demagnetizing field of the
本実施の形態では、巻線20に流れる電流の瞬時値を検出しており、検出した瞬時電流値が所定電流値より高くなった場合、出力電圧演算部9はPWM信号生成部31への出力を停止するように制御しているため、巻線20に大電流が流れることがなくなり、固定子12の反磁界による永久磁石11cの減磁を抑制することができ、信頼性の高い永久磁石埋込型電動機100を得ることができる。
In the present embodiment, the instantaneous value of the current flowing through the winding 20 is detected, and when the detected instantaneous current value becomes higher than a predetermined current value, the output voltage calculation unit 9 outputs to the PWM
ここでワイドバンドギャップ半導体について説明する。ワイドバンドギャップ半導体はSiよりもバンドギャップが大きい半導体の総称であって、SiC−SBD7a〜7fに使用しているSiCはワイドバンドギャップ半導体の一つであり、その他には窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンドなどがある。さらにワイドバンドギャップ半導体、特にSiCはSiに比べて耐熱温度や絶縁破壊強度や熱伝導率が大きい。尚、ここでは、SiCをインバータ回路のFRDに用いる構成としているが、SiCに代えてその他のワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。
Here, the wide band gap semiconductor will be described. A wide band gap semiconductor is a generic term for semiconductors having a larger band gap than Si, and SiC used in the SiC-
SiCを用いたスイッチング素子は、簡単な構成で低損失のスイッチング素子が実現され、さらに高温での動作も可能である。そのため、高温となる電動機(もしくは電動機を含む機器)近くで使用することも可能となり、さらに冷却ファンなども不要、もしくは風量の少ないものや、放熱フィン(ヒートシンクなど)の小形化・軽量化も可能となる。 The switching element using SiC realizes a low-loss switching element with a simple configuration and can operate at a higher temperature. Therefore, it can be used near a high-temperature electric motor (or equipment that includes an electric motor), and no cooling fan is required, or airflow fins (heat sinks, etc.) can be reduced in size and weight. It becomes.
このようなSiC(ワイドバンドギャップ半導体)によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。 Since switching elements and diode elements formed of such SiC (wide band gap semiconductor) have high voltage resistance and high allowable current density, the switching elements and diode elements can be miniaturized. By using the switching elements and diode elements thus made, it is possible to reduce the size of a semiconductor module incorporating these elements.
また耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。 Further, since the heat resistance is high, the heat radiation fins of the heat sink can be downsized and the water cooling part can be air cooled, so that the semiconductor module can be further downsized.
更に電力損失が低いため、スイッチング素子やダイオード素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になるものである。 Furthermore, since the power loss is low, it is possible to increase the efficiency of the switching element and the diode element, and further increase the efficiency of the semiconductor module.
スイッチング周波数を高周波にすることにより、インバータ主回路4で生成される交流電圧は、より正弦波に近い、高調波成分の少ない交流電圧を出力することができる。 By setting the switching frequency to a high frequency, the AC voltage generated by the inverter main circuit 4 can output an AC voltage that is closer to a sine wave and has less harmonic components.
永久磁石埋込型電動機100に印加される交流電力の高調波成分は、永久磁石埋込型電動機100のトルクリプルとなり、振動及び騒音が増加するだけでなく、高調波成分の電流によるモータ損失(銅損及び鉄損)も増加するため、効率が低くなる課題があった。
The harmonic component of the AC power applied to the permanent magnet embedded
本実施の形態では、インバータ主回路4にSiCを用いることで、Siを用いたインバータ主回路に対してスイッチング周波数を高速にすることができ、振動及び騒音が低く、かつ高効率な永久磁石埋込型電動機100を得ることができる。
In the present embodiment, by using SiC for the inverter main circuit 4, the switching frequency can be increased with respect to the inverter main circuit using Si, vibration and noise are low, and the highly efficient permanent magnet embedded. The built-in
本発明の活用例として、密閉型圧縮機に用いられる永久磁石埋込型電動機がある。 As an application example of the present invention, there is an embedded permanent magnet motor used in a hermetic compressor.
1 駆動回路、2 商用交流電源、3 整流回路、4 インバータ主回路、4a 主素子駆動回路、6a〜6f IGBT、7a〜7f SiC−SBD、8 直流電圧検出部、8a 分圧抵抗、8b 分圧抵抗、9 出力電圧演算部、10 回転子位置検出部、11 回転子、11a 回転子鉄心、11b 風穴部、11c 永久磁石、11d 端板、11e リベット、11f 磁石挿入孔、11g 軸孔、11h リベット挿入用孔、11j 軸孔、11k 風穴部、11m リベット挿入用孔、12 固定子、12a 固定子鉄心、12b 固定子スロット、12c 固定子切欠、12d スロット開口部、12e 固定子歯部、12f コアバック、20 巻線、20a U相巻線、20b V相巻線、20c W相巻線、30a 電流検出素子、30c 電流検出素子、31 PWM信号生成部、40 スリット、40a〜40e スリット、60 空隙、70 密閉容器、71 サブフレーム、90 回転軸、100 永久磁石埋込型電動機、200 圧縮機構部、201 固定スクロール、202 揺動スクロール、209 オルダムリング、210a 吸入管、210b 吐出管、210e 冷凍機油、210f ガラス端子、215 ガイドフレーム、300 スクロール圧縮機。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive circuit, 2 Commercial AC power supply, 3 Rectifier circuit, 4 Inverter main circuit, 4a Main element drive circuit, 6a-6f IGBT, 7a-7f SiC-SBD, 8 DC voltage detection part, 8a Voltage dividing resistor, 8b Voltage division Resistance, 9 Output voltage calculation part, 10 Rotor position detection part, 11 Rotor, 11a Rotor core, 11b Air hole part, 11c Permanent magnet, 11d End plate, 11e Rivet, 11f Magnet insertion hole, 11g Shaft hole, 11h Rivet Insertion hole, 11j Shaft hole, 11k Air hole, 11m Rivet insertion hole, 12 Stator, 12a Stator core, 12b Stator slot, 12c Stator notch, 12d Slot opening, 12e Stator tooth, 12f Core Back, 20 winding, 20a U phase winding, 20b V phase winding, 20c W phase winding, 30a Current detection element, 30c Current detection element, 31 PWM signal generation unit, 40 slits, 40a to 40e slits, 60 air gap, 70 airtight container, 71 subframe, 90 rotating shaft, 100 permanent magnet embedded electric motor, 200 compression mechanism unit, 201 fixed scroll, 202 swinging scroll, 209 Oldham ring, 210a suction pipe, 210b discharge pipe, 210e refrigerating machine oil, 210f glass terminal, 215 guide frame, 300 scroll compressor.
Claims (6)
前記固定子の内周側に空隙を介して配置される回転子と、を備え、
前記回転子は、
電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数積層して製作される回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の外周部に沿って形成される複数の磁石挿入孔と、
前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
前記磁石挿入孔の外周側に形成される複数のスリットと、
前記回転子鉄心の積層方向両端面に配置される端板と、を具備し、
前記複数のスリットのうちの、前記永久磁石の円周方向端面から前記回転子鉄心の外周側に延長した延長線の上に配置される減磁抑制用スリットは、一磁極の永久磁石の幅内に形成されるその他のスリットと比較して、前記減磁抑制用スリットの円周方向の幅を、前記その他のスリットの円周方向の幅よりも広くしたことを特徴とする永久磁石埋込型電動機。 After punching the electromagnetic steel sheet into a predetermined shape, a predetermined number of stator cores are manufactured, a plurality of stator slots formed along the inner periphery of the stator core, and inserted into the stator slots A stator having windings, and
A rotor arranged via a gap on the inner peripheral side of the stator,
The rotor is
After punching the magnetic steel sheet into a predetermined shape, a rotor core manufactured by laminating a predetermined number of sheets,
A plurality of magnet insertion holes formed along the outer periphery of the rotor core;
A permanent magnet inserted into the magnet insertion hole;
A plurality of slits formed on the outer peripheral side of the magnet insertion hole;
An end plate disposed on both end surfaces of the rotor core in the stacking direction; and
Of the plurality of slits, the demagnetization suppression slit disposed on the extension line extending from the circumferential end surface of the permanent magnet to the outer peripheral side of the rotor core is within the width of the single-pole permanent magnet. Compared with other slits formed in the above, a permanent magnet embedded type in which the circumferential width of the demagnetization suppressing slit is wider than the circumferential width of the other slits Electric motor.
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