JP2012244783A - 磁石埋め込み型回転子、電動機、圧縮機、空気調和機、および、電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石埋め込み型回転子の回転子表面の磁束密度の高調波成分を低減し低騒音な回転子を得る。
【解決手段】回転子２０に挿入される磁石枚数は極数の半分で構成され、かつ、極ピッチで磁石のある極とない極とが交互に配置され、磁石の磁極の向きは外周方向に全て同一であり、回転子２０の外形は極中心で最大、極間で最小となる略花丸形状であり、磁石挿入孔２３の端部には空気層で構成されるフラックスバリア部２３２が構成され、前記磁石挿入孔２３の開口角度θは極ピッチ（６０度）よりも広い角度である。
【選択図】図８

Description

この発明は、例えば、永久磁石埋め込み型回転子、永久磁石埋め込み式電動機、圧縮機、空気調和機、および、電気自動車などに関する。

空気調和機の省エネ性を向上させるため、圧縮機に搭載される電動機の永久磁石には、エネルギー密度の高い希土類磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム・鉄・ボロン））が一般に用いられている。

永久磁石は貴重なレアアース元素を含有しているため高価であり、使用量を減らしたいという要求は強い。

永久磁石は一般に、ブロック状の塊を切削して指定の形状に加工を行う。そのため、加工枚数、面積が多いほど、歩留まりが悪くなり、生産性が悪化する。

特開平０８−１０７６３９公報

磁石の省資源化として回転子をコンシクエントポールで構成する方法がある。コンシクエントポール型回転子は、回転子に挿入される磁石枚数を極数の半分で構成し（極ピッチで磁石のある極とない極が交互に配置され）、回転子の永久磁石の着磁方向を全て同一とし、回転子に突極を形成して反対極を形成する。

しかし、コンシクエントポール型回転子は、磁石のある極とない極で、回転子表面の磁束密度分布が大きく異なり、音振動が大きく、制御性が悪いという課題がある。

この発明は、回転子表面の磁束密度分布を正弦波状に制御でき、更に、磁石量を削減できる回転子を提供する。

この発明に係る磁石埋め込み型回転子は、たとえば、回転子に挿入される磁石枚数は極数の半分で構成され、かつ、極ピッチで磁石のある極とない極が交互に配置され、磁石の磁極の向きは外周方向に全て同一であり、回転子の外形は極中心で最大、極間で最小となる略花丸形状であり、磁石挿入孔の端部には空気層で構成されるフラックスバリアが構成され、前記磁石挿入孔の開口角度は極ピッチよりも広い角度であることを特徴とする。

この発明に係る磁石埋め込み型回転子は、回転子表面の磁束密度の高調波成分を低減でき、低騒音な回転子を構成できると共に、制御性を向上できる。更に、通常の永久磁石回転子に比べて、少ない磁石量で同一トルクを確保できる省資源な回転子を構成することができる。

比較のために示す回転子の横断面図。 比較のために示す回転子を用いた電動機の横断面図。 比較のために示す回転子を搭載した電動機の誘起電圧波形図。 コンシクエントポール型回転子の横断面図。 コンシクエントポール型回転子を搭載した電動機の誘起電圧波形図。 花丸コンシクエントポール型回転子の横断面図。 花丸コンシクエントポール型回転子を搭載した電動機の誘起電圧波形図。 実施の形態１の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態１の永久磁石埋め込み型回転子を搭載した電動機の横断面図。 実施の形態１の永久磁石埋め込み型回転子を搭載した電動機の誘起電圧波形図。 永久磁石埋め込み型回転子を搭載した電動機の誘起電圧の高調波含有率の比較図。 同一トルク設計時の実施の形態１の電動機の磁石量の比較図。 実施の形態２の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態３の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態４の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態４の永久磁石埋め込み型回転子を搭載した電動機の誘起電圧波形図。 永久磁石埋め込み型回転子を搭載した電動機の誘起電圧の高調波含有率の比較図。 実施の形態５の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態６の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態７の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態８の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態９の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態１０の永久磁石埋め込み型回転子の横断面図。 実施の形態１１の永久磁石埋め込み型回転子を用いた電動機の断面図。

実施の形態１．
図１は比較のために示す図で、一般的な回転子の横断面図である。
図２に電動機の横断面図を示す。図２に示す一般的な電動機は、例えばブラシレスＤＣモータである。電動機は、固定子と、この固定子の内側に空隙を介して配置される回転子とを備える。
図３は比較のために示した図１の回転子を搭載した電動機の誘起電圧波形図である。

回転子は永久磁石埋込型であり、少なくとも回転子鉄心と、回転子鉄心の磁石挿入孔に挿入される、平板形状の永久磁石を備える。以下の図において、永久磁石は、斜線を施して示している。

６個の永久磁石は、回転子鉄心の外周縁に沿って形成された磁石挿入孔に挿入され、６極の回転子を構成する。通常、６個の永久磁石は、回転子表面にＮＳＮＳＮＳの順でＮ極とＳ極が交互に配置されるよう構成される。各極は極ピッチ（６極の場合、３６０度／６＝６０度）で対称性をもつように構成される。

回転子の永久磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム・鉄・ボロン）を主成分とするネオジウム希土類磁石で構成され、厚さ２ｍｍ程度の平板形状である。

回転子鉄心は、略円筒状であり、外周縁に沿って断面形状が略長方形の磁石挿入孔が、６個形成されている。横断面において、６個の磁石挿入孔で略六角形を形成している。回転子鉄心の略中心部に、回転軸が挿入される軸孔を備える。

磁石挿入孔の磁石両端部には、空気層のフラックスバリア（フラックスバリア部ともいう）が配置される。フラックスバリアは、回転子表面の磁束密度分布を正弦波に近づけ、磁石磁束が回転子内で隣の極に短絡することを抑制する働きを持つ。

回転子鉄心は、厚さ０．７ｍｍ以下の薄い電磁鋼板を所定の形状に形成されて、所定の枚数を積層することで構成される。

電動機のスロット数と極数との組合せは、９スロット６極である。電動機は、駆動回路のインバータによるＰＷＭ制御により可変速駆動を行うことにより、要求の製品負荷条件に合わせた高効率な運転を行っている。インバータのスイッチングキャリアは、例えば４．５ｋＨｚで波形生成されており、インバータなどのＰＷＭ制御で可変速駆動される。

固定子は、少なくとも固定子鉄心と、巻線（絶縁材で固定子鉄心と絶縁される）とを備える。巻線は、ティースに巻回される集中巻であるが、分布巻の場合もある。巻線は、三角結線の場合もある。

固定子鉄心は、略リング状（円筒状）で、外周側にリング状のコアバックが形成されている。ティースが、コアバックから回転子側に放射状に９個形成される。９個のティースは、周方向に略等間隔に配置される。ティースの周方向の幅は、径方向に略一定である。

隣接するティースの間の空間をスロットと呼ぶ。スロットの数も、ティースの数と同じ９個である。ティースの周方向の幅は、径方向に略一定であるので、スロットの周方向の幅は、内側から外側に向かって徐々に大きくなる構成である。

固定子鉄心は、厚さ０．７ｍｍ以下の薄い電磁鋼板を所定の形状に形成されて、所定の枚数を積層することで構成される。

圧縮機や自動車などの高温下で使用する電動機において、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂを主成分とするネオジウム希土類磁石は保磁力を向上させるためレアアース（Ｄｙ元素）を添加する。

レアアースは、価格の不安定、調達リスクを伴うため、使用量を削減したいという要求がある。

また、永久磁石は一般に、ブロック状の塊を切削して指定の形状に加工を行う。そのため、加工枚数、面積が多いほど、歩留まりが悪くなり、生産性が悪化する。生産性の面では磁石枚数は少ない設計が好ましい。

しかし、単純に磁石枚数を減らした設計、例えば、６スロット４極にすると、極当たりの磁束密度が高くなるため、固定子の磁路を広く設計する必要があり、電動機が大型化してしまう。また、減磁のし易さは極数が小さくなるにつれて比例して大きくなるため、極数を減らすと、減磁に対する弱さを補うために磁石厚さを厚くする必要がある。結果として、磁石使用量を削減することは困難である。

そこで、図４に示すような回転子をコンシクエントポールで構成する方法がある。コンシクエントポール型回転子は、回転子に挿入される磁石枚数を極数の半分で構成し（極ピッチで磁石のある極とない極が交互に配置され）、回転子の永久磁石の着磁方向を全て同一とし、回転子に突極を形成して反対極を形成する。従来例の回転子に比べ、極数は同じで、磁石枚数を半分に削減することができる。

コンシクエントポール型回転子は、磁石のある極とない極での非対称性が大きく、従来の回転子構造では、単純に磁石枚数を半分にしても、回転子表面の磁束密度分布を正弦波状にすることは困難である。図５は図４に示したコンシクエントポール型回転子を搭載した電動機の誘起電圧波形であるが、磁石のある極とない極での非対称性が大きく、実用レベルとは程遠い。

コンシクエントポール型回転子において、磁石のある極の磁石磁束は自己磁石内（表と裏）で閉じるループを形成する。この磁束のループが、隣接する磁石のない極を通過すことで、磁石がない極にも仮想的に磁極が存在しているのと同じ磁気回路が構成される。

このため、回転子外形が真円の場合、磁石のない極の磁束分布は、磁石がある極の磁束が閉ループを構成しやすいように流れる。磁束は磁路が短い部分ほど流れやすいため、磁石がない極においては隣接する磁石極に近接する部分ほど磁束が流れやすい構成となる。このため、磁石のない極の極中心部の磁束を高めることが困難であり、結果として、図５のような、磁石のない極の極中心での誘起電圧の盛り上がりが小さい、極で非対称な波形となってしまう。

トルクは誘起電圧と巻線を流れる電流の積で発生するため、誘起電圧の歪は、トルクの高調波リプル成分となり、振動、騒音の原因となる。また、インバータを用いた制御においては、誘起電圧の信号情報を基に、駆動するＰＷＭ電圧信号を決定するため、誘起電圧の極に大きな非対称性が存在すると制御性が悪いという問題もある。

コンシクエントポール型回転子の表面磁束分布を正弦波状に近づけるためには、磁石がない極の磁束の流れ方を制御する必要があり、前述したように、磁石のない極の極中心部の磁束密度を高めるような回転子構造にする必要がある。そこで、極ピッチで極中心ほど磁気抵抗が小さくなるような形状、つまり、図６に示すような回転子の外形は極中心で最大、極間で最小となる略花丸形状を適用した回転子が好ましいといえる。花丸形状とは、回転軸中心から極中心の外形までの距離が最大となり，回転軸中心から極間外形までの距離が最小となる形状であって、極中心から極間まで弧状に曲線を描いた形状をいう。図６では、花丸形状として、丸い円の中に６枚の同形同サイズの花弁が均等角度で配置された紋章形状の場合を示している。

図６の誘起電圧結果が図７である。図５に比べて、極に対する非対称性が大きく改善していることが確認できる。

しかし、図７の誘起電圧波形は磁石のない極の山のピッチが電気角１８０度よりも大きく、磁石のある極の山のピッチが電気角１８０度よりも小さい。これは、磁石のある極の自己磁石内の短絡磁束が極ピッチ（６０度）内で発生しているためである。

図８は、実施の形態１の回転子２０の横断面図である。図８は、回転軸に垂直な方向で切った場合の回転子２０の断面図である。回転子２０の中央には軸孔２４があり、軸孔２４には回転軸が挿入される。回転子２０は回転軸を中心にして回転する。図８の回転子２０では、６極ある。極ピッチは６０度である。
本実施の形態では、図８に示すように回転子２０に挿入される永久磁石２２の枚数は極数（６極）の半分（３個）で構成され、かつ、極ピッチ間隔で永久磁石２２のある極とない極が交互に配置され、永久磁石２２の磁極の向きは外周方向（半径外側方向）に全て同一であり、回転軸中心から回転子２０の外形までの距離は極中心８１で最大、極間８２で最小となる略花丸形状である。
磁石挿入孔２３には、平板の永久磁石２２を挿入する矩形部２３１と、端部には空気層で構成されるフラックスバリア部２３２とがある。矩形部２３１（挿入される永久磁石２２の両端２点）の開口角度は、極ピッチの角度よりも狭い角度であり、前記磁石挿入孔２３（フラックスバリア部の両端２点）の開口角度θは極ピッチの角度よりも広い角度であることを特徴とする。ここで、開口角度とは、図８のθのように、２点を通る２つの半径の作る角（中心角）をいう。

略花丸形状の外形は複数の接円で構成されている。
また、前記磁石挿入孔２３は、回転子鉄心２１の回転軸に垂直な断面形状において、極中央部に位置し永久磁石２２が挿入される矩形部２３１と、矩形部２３１の両端部から極間８２に向かってへの字状あるいはくの字状あるいはエル字状に屈曲しながら突き出た１対のフラックスバリア部２３２とを有している。
フラックスバリア部２３２は極間８２手前から極間８２に向かって伸び、極間８２直前で半径方向内側に屈曲し、屈曲後のフラックスバリア部２３２の屈曲先部２３３は回転子２０の半径方向と直交するように極間８２を横断している。
フラックスバリア部２３２の屈曲先部２３３は極間８２の外形表面とほぼ並行に配置され、フラックスバリア部２３２の屈曲先部２３３は極間８２の外形表面との間に薄肉部８３を形成している。

本実施の形態の回転子２０は、図９に示すように、固定子１０と回転子２０との関係は、極中心８１でエアギャップが最小、極間８２でエアギャップが最大となる構成となっており、図８に示すように磁石挿入孔２３の開口角度θは極ピッチ６０度以上で構成されている。

本実施の形態の構成では、永久磁石２２がない極の極中心８１の磁気抵抗を小さくすることで、磁束密度を高めることができ、更に、永久磁石２２のある極における極ピッチ（６０度）内での短絡磁束を抑制することができ、電気角に対して対称な誘起電圧特性を得ることができる。

図１０は本実施の形態の誘起電圧波形である。図１１は誘起電圧の高調波含有率（高調波成分の振幅の二乗和の平方根を基本波成分の振幅で割った値）である。

図１１には比較のために、図５に示した従来形状のコンシクエントポール型回転子の誘起電圧の高調波含有率も示してある。従来品の高調波含有率６％に対し、コンシクエントポールとすることで高調波含有率は２２％増加していたが、本実施の形態の構成とすることで高調波含有率を４％まで低減できている。

この結果、電動機のトルクリプルを低減でき、低騒音な電動機を構成するとができる。また、誘起電圧を対称性のある正弦波状にすることで制御性が向上し、信頼性の高い電動機を提供できる。

本実施の形態のもう一つの利点として、通常、磁石埋め込み式回転子２０は、自己磁石内での短絡磁束、及び、隣接する極間８２で回転子２０内で閉じる短絡磁束が発生するが、本実施の形態の回転子２０は、隣接する永久磁石２２が存在しないため、隣接する極間８２での短絡磁束が減り、磁石磁束を有効利用することができる。

単純に磁石枚数を６→３枚に減らすと磁石の磁束（マグネットトルク）は減少するため、磁石の体積は大きくする必要があるが、上記の短絡磁束を低減した効果で、同一トルク設計時の磁石使用量は従来品よりも少なく設計することができる。

図１２は同一トルク設計時の本実施の形態の電動機の磁石量を比較したグラフであるが、従来品の７２％の磁石量で同等トルクを確保できている。

本実施の形態の回転子２０は、磁石枚数を半分に減らしたことで磁石加工ロスを半減できると共に、同等出力設計で使用磁石量も低減でき、磁石使用量削減に非常に効果的であるといえる。

以上のように、この実施の形態１の磁石埋め込み型回転子２０は、所定の極ピッチの間隔で複数の極が形成されており、複数の極の極数の半分の個数の複数の永久磁石２２があればよい。
また、この実施の形態１の磁石埋め込み型回転子２０は、複数の極に対して永久磁石２２が存在する極としない極が交互になるように、かつ、磁極の向きが半径外側方向に向かって同一になるように、複数の永久磁石２２を挿入する磁石挿入孔２３を有している。
さらに、この実施の形態１の磁石埋め込み型回転子２０は、回転軸中心から極中央部の外形までの距離が回転軸中心から極周辺部の外形までの距離よりも大きい回転子鉄心２１とを備え、花丸形状が望ましい。
磁石挿入孔２３は、挿入された永久磁石２２の端部に空気層を提供するフラックスバリア部を備えており、磁石挿入孔２３の開口角度は、極ピッチの角度よりも広い角度であることを特徴とする。

実施の形態２．
図１３には、本実施の形態の回転子２０の変形例（実施の形態２）として、回転子２０の外形は真円とし、極間部に切り欠きを設けた回転子２０を示す。

実施の形態２の磁石埋め込み型回転子２０は、回転子２０に挿入される磁石枚数が極数の半分で構成され、極ピッチで永久磁石２２のある極とない極が交互に配置され、永久磁石２２の磁極の向きは外周方向に全て同一である。
さらに、実施の形態２の磁石埋め込み型回転子２０の回転子鉄心２１は、回転軸中心から極中央部の外形までの距離（半径）が回転軸中心から極周辺部（極間）の外形までの距離（半径）よりも大きい。
また、回転子２０の外形は真円であり、永久磁石２２が存在する極としない極との間（極間）の外周に切り欠き部８４を設け、磁石挿入孔２３の端部には空気層で構成されるフラックスバリアが構成され、前記磁石挿入孔２３の開口角度は極ピッチよりも広い角度であることを特徴とする。
実施の形態２の前記磁石挿入孔２３の開口角度も極ピッチよりも広い角度で構成される。本構成でも、前記と同様の効果がある。

実施の形態３．
図１４には、本実施の形態の回転子２０の変形例（実施の形態３）として、回転子表面内側にスリット８５を配置した回転子２０を示す。スリット８５は磁束の流れ方を制御する効果があるため、永久磁石２２のない極の極中心部の磁束を高めるようにスリット８５を配置することで、回転子磁束密度分布をより正弦波に近い状態に構成することができる。

また、実施の形態３のスリット８５には次の効果もある。コンシクエントポール型回転子は永久磁石２２のある極とない極とでインダクタンスが異なり、ＰＷＭ電圧印加駆動した際に、モータ電流に歪が生じやすい。スリット８５を設けることで、磁石挿入孔２３のある極とない極とでの磁気抵抗の差が小さくなるため、インダクタンスの非対称性が小さくなり、モータ電流に発生する歪みを低減することができる。

実施の形態４．
図１５には、本実施の形態の変形例（実施の形態４）を示す。実施の形態４の構成は図８と似ているが、回転子２０の外形（略花丸形状）が異なる円弧で構成されている。永久磁石２２のある極とない極で、花丸形状の円弧が非対称であり、本実施の形態では永久磁石２２がある極の円弧の半径Ｒ３が永久磁石２２がない極の円弧半径Ｒ４よりも大きく構成されている。図１６に変形例３の誘起電圧波形を示す。図１７にはその高調波含有率を示す。実施の形態４の高調波含有率は２％まで低減できており、極の対称性の良い低騒音な回転子２０を構成できている。
実施の形態３までだと、永久磁石２２のある極とない極での誘起電圧、インダクタンス、磁気吸引力の非対称性を対称に構成するには限界があるが、形状を非対称にすることで、実用レベルに対称性を改善することができる。

実施の形態５．
図１８には、実施の形態５を示しており、永久磁石２２のある極とない極で外形が非対称となっている。本実施の形態では、永久磁石２２のある極の外形半径Ｒ１よりも永久磁石２２のない極の外形半径Ｒ２の方が大きい。永久磁石２２のない極の磁束の流れは、エアギャップが広い程、磁気抵抗の小さい隣接する磁石極に近接する部分を流れやすい構成となる。このため、永久磁石２２がない極のエアギャップを小さくすることで磁極中央部の磁気抵抗がより小さく構成でき、磁束密度分布を正弦波に近づけやすい。実施の形態５でも、実施の形態４と同様の効果がある。

実施の形態６．
図１９には、実施の形態６を示しており、外周の切り欠き部８４を除いた磁路部が、永久磁石２２の存在する極としない極で異なっており、永久磁石２２のある極とない極で外周磁路ピッチが非対称となっている。永久磁石２２のある極の外周磁路ピッチθ２は、永久磁石２２のない極の外周磁路ピッチθ１より大きい。実施の形態６でも、実施の形態４と同様の効果がある。

実施の形態７．
図２０には、実施の形態７を示しており、永久磁石２２のある極とない極でスリット８５が非対称となっている。永久磁石２２のない極にスリット８５を４本配置しているのに対し、永久磁石２２のある極のスリット８５の本数は２本である。スリット８５の個数だけではなくスリット８５の形状が異なっていてもよい。実施の形態７でも、実施の形態４と同様の効果がある。

実施の形態８．
図２１には、実施の形態８を示しており、永久磁石２２のある極とない極で回転子中心部に設けた風穴８６が非対称となっている。本実施の形態の回転子２０を圧縮機のような冷媒中で使用する場合、電動機を冷媒、油が通過するための隙間が必要である。その隙間を回転子２０の風穴８６として設けている。また、その他の電気自動車用電動機においても、永久磁石２２に渦電流が流れ発熱するため回転子２０を冷却するための風穴８６を設ける。通常、この風穴８６は大きいほど、冷媒、空気が通りやすいため好ましいが、磁石近傍に設けると磁石磁束の通路を阻害してしまうため、大きさ、配置の制限が大きい。本実施の形態の回転子２０は、その点で、永久磁石２２のない極が存在するという空間的なメリットがある。永久磁石２２がない極は永久磁石２２がある極に比べ磁路に余裕があるため、磁気特性を悪化させることなく、より大きな風穴８６を設けることができる。効果として、圧縮機の冷媒の循環、油上がりを改善し、圧縮機の効率を改善できる。また、回転子２０の冷却効果も高まるため、減磁に対して強くなり、Ｄｙ含有量の少ない磁石を使用することができ、省レアアース対策としても有効である。また、Ｒ２２冷媒のような高温の冷媒にも効果的である。

実施の形態９．
図２２には、実施の形態９を示しており、永久磁石２２が回転子２０外形に対し、逆円弧の形状をしている。すなわち、回転子鉄心２１の回転軸に垂直な断面形状において、回転子鉄心２１の極中央部の半径外側方向への膨らみとは逆の膨らみを有する逆円弧状の永久磁石２２（あるいはＣ字状の永久磁石２２、Ｕ字状の永久磁石２２、かまぼこ状の永久磁石２２）を備えている。
平板上の永久磁石２２を用いた場合、永久磁石２２のある極とない極の形状が異なるため、極ピッチでのインダクタンスの差が生じてしまうが、永久磁石２２を実施の形態９のように配置することで、回転子外周から永久磁石２２までの距離が永久磁石２２のある極とない極とで非対称性が小さくなり、対称性を改善することができる。また、本実施の形態は、磁石枚数を半減したことで、回転子断面の磁束密度が低減するため、１枚の磁石の面積を大きく設計できるという利点もある。

実施の形態１０．
図２３には、実施の形態１０を示しており、本実施の形態の回転子２０を極ピッチ分回転して積層している。極ピッチ分回転させた回転子２０は永久磁石２２の極性を反転させている。
すなわち、本実施の形態の回転子２０は、磁極の向きを半径外側方向に向かってＮ極にした磁石埋め込み型回転子２０ａと、磁極の向きを半径外側方向に向かってＳ極にした磁石埋め込み型回転子２０ｂとを、回転方向に極ピッチの角度分ずらして積層したものである。
このように構成することで磁気的な非対称性を緩和でき、より低振動で、制御性の良い電動機を構成することができる。本変形例は、回転子２０を軸方向に２分割して回転させているが、２分割以上に複数に分割して、スキューを設けても良い。

実施の形態１１．
実施の形態１〜１０に記載の磁石埋め込み型回転子２０は、電動機に搭載することができる。また、その電動機を圧縮機又は空気調和機又は電気自動車に搭載することができる。

図２４は圧縮機を示す図で、ロータリ圧縮機５００の縦断面図である。例えば、実施の形態１〜１０の回転子２０を用いるブラシレスＤＣモータを、冷凍空調用圧縮機に搭載する。当該ブラシレスＤＣモータは、低振動で高効率な電動機を構成すると共に、遠心力に対する機械的強度を向上した信頼性の高い電動機であるため、優れた圧縮機が得られる。

以下、図２４を参照しながら、実施の形態１の電動機１００を搭載したロータリ圧縮機５００（圧縮機の一例）について説明する。但し、実施の形態２〜１０を用いる電動機（ブラシレスＤＣモータ）でもよい。

図２４に示すロータリ圧縮機５００の一例は、密閉容器７０内が高圧の縦型のものである。密閉容器７０内の下部に圧縮要素５０１が収納される。密閉容器７０内の上部で、圧縮要素５０１の上方に圧縮要素５０１を駆動する電動要素である電動機１００が収納される。

密閉容器７０内の底部に、圧縮要素５０１の各摺動部を潤滑する冷凍機油９０が貯留されている。

先ず、圧縮要素５０１の構成を説明する。内部に圧縮室が形成されるシリンダ１は、外周が平面視略円形で、内部に平面視略円形の空間であるシリンダ室（図示せず）を備える。シリンダ室は、軸方向両端が開口している。シリンダ１は、側面視で所定の軸方向の高さを持つ。

シリンダ１の略円形の空間であるシリンダ室に連通し、半径方向に延びる平行なベーン溝（図示せず）が軸方向に貫通して設けられる。

また、ベーン溝の背面（外側）に、ベーン溝に連通する平面視略円形の空間である背面室（図示せず）が設けられる。

シリンダ１には、冷凍サイクルからの吸入ガスが通る吸入ポート（図示せず）が、シリンダ１の外周面からシリンダ室に貫通している。

シリンダ１には、略円形の空間であるシリンダ室を形成する円の縁部付近（電動機１００側の端面）を切り欠いた吐出ポート（図示せず）が設けられる。

シリンダ１の材質は、ねずみ鋳鉄、焼結、炭素鋼等である。

ローリングピストン２が、シリンダ室内を偏心回転する。ローリングピストン２はリング状で、ローリングピストン２の内周が回転軸５０の偏心軸部５０ａに摺動自在に嵌合する。

ローリングピストン２の外周と、シリンダ１のシリンダ室の内壁との間は、常に一定の隙間があるように組立てる。

ローリングピストン２の材質は、クロム等を含有した合金鋼等である。

ベーン３がシリンダ１のベーン溝内に収納され、背圧室に設けられるベーンスプリング８でベーン３が常にローリングピストン２に押し付けられている。ロータリ圧縮機５００は、密閉容器７０内が高圧であるから、運転を開始するとベーン３の背面（背圧室側）に密閉容器７０内の高圧とシリンダ室の圧力との差圧による力が作用するので、ベーンスプリング８は主にロータリ圧縮機５００の起動時（密閉容器７０内とシリンダ室の圧力に差がない状態）に、ベーン３をローリングピストン２に押し付ける目的で使用される。

ベーン３の形状は、平たい（周方向の厚さが、径方向及び軸方向の長さよりも小さい）略直方体である。

ベーン３の材料には、高速度工具鋼が主に用いられている。

主軸受け４は、回転軸５０の主軸部５０ｂ（偏心軸部５０ａより上の部分で、回転子２０に嵌合する部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ１のシリンダ室（ベーン溝も含む）の一方の端面（電動機１００側）を閉塞する。

主軸受け４は、吐出弁（図示せず）を備える。但し、主軸受け４、副軸受け５のいずれか一方、または、両方に付く場合もある。

主軸受け４は、側面視略逆Ｔ字状である。

副軸受け５が、回転軸５０の副軸部５０ｃ（偏心軸部５０ａより下の部分）に摺動自在に嵌合するとともに、シリンダ１のシリンダ室（ベーン溝も含む）の他方の端面（冷凍機油９０側）を閉塞する。

副軸受け５は、側面視略Ｔ字状である。

主軸受け４、副軸受け５の材質は、シリンダ１の材質と同じで、ねずみ鋳鉄、焼結、炭素鋼等である。

主軸受け４には、その外側（電動機１００側）に吐出マフラ７が取り付けられる。主軸受け４の吐出弁から吐出される高温・高圧の吐出ガスは、一端吐出マフラ７に入り、その後吐出マフラ７から密閉容器７０内に放出される。但し、副軸受け５側に吐出マフラ７を持つ場合もある。

密閉容器７０の横に、冷凍サイクルからの低圧の冷媒ガスを吸入し、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ１のシリンダ室に吸入されるのを抑制する吸入マフラ５１が設けられる。吸入マフラ５１は、シリンダ１の吸入ポートに吸入管５２を介して接続する。吸入マフラ５１本体は、溶接等により密閉容器７０の側面に固定される。

密閉容器７０には、電力の供給源である電源に接続する端子７４（ガラス端子という）が、溶接により固定されている。図２４の例では、密閉容器７０の上面に端子７４が設けられる。端子７４には、電動要素である電動機１００からのリード線７３が接続される。

密閉容器７０の上面に、両端が開口した吐出管７５が嵌挿されている。圧縮要素５０１から吐出される吐出ガスは、密閉容器７０内から吐出管７５を通って外部の冷凍サイクルへ吐出される。

ロータリ圧縮機５００の一般的な動作について説明する。端子７４、リード線７３から電動要素である電動機１００の固定子１０に電力が供給されることにより、回転子２０が回転する。すると回転子２０に固定された回転軸５０が回転し、それに伴いローリングピストン２はシリンダ１のシリンダ室内で偏心回転する。シリンダ１のシリンダ室とローリングピストン２との間の空間は、ベーン３によって２分割されている。回転軸５０の回転に伴い、それらの２つの空間の容積が変化し、片側はだんだん容積が広がることにより吸入マフラ５１より冷媒を吸入し、他側は容積が除々に縮小することにより、中の冷媒ガスが圧縮される。圧縮された吐出ガスは、吐出マフラ７から密閉容器７０内に一度吐出され、更に電動要素である電動機１００を通過して密閉容器７０の上面にある吐出管７５より密閉容器７０外へ吐出される。

電動要素である電動機１００を通過する吐出ガスは、例えば、図示しない電動機１００の回転子２０の風穴８６（貫通孔）、固定子１０のスロット開口部（図示せず）を含む空隙、固定子１０の外周に配置された切り欠き等を通る。

１ シリンダ、２ ローリングピストン、３ ベーン、４ 主軸受け、５ 副軸受け、７ 吐出マフラ、８ ベーンスプリング、１０ 固定子、２０ 回転子、２１ 回転子鉄心、２２ 永久磁石、２３ 磁石挿入孔、２４ 軸孔、５０ 回転軸、５０ａ 偏心軸部、５０ｂ 主軸部、５０ｃ 副軸部、５１ 吸入マフラ、５２ 吸入管、７０ 密閉容器、７３ リード線、７４ 端子、７５ 吐出管、８１ 極中心、８２ 極間、８３ 薄肉部、８４ 切り欠き部、８５ スリット、８６ 風穴、９０ 冷凍機油、１００ 電動機、２３１ 矩形部、２３２ フラックスバリア部、２３３ 屈曲先部、５００ ロータリ圧縮機、５０１ 圧縮要素。

Claims (14)

1. 所定の極ピッチの間隔で複数の極が形成された磁石埋め込み型回転子において、
   複数の極の極数の半分の個数の複数の磁石と、
   複数の極に対して磁石が存在する極としない極が交互になるように、かつ、磁極の向きが半径外側方向に向かって同一になるように、複数の磁石を挿入する磁石挿入孔を有し、回転軸中心から極中央部の外形までの距離が回転軸中心から極周辺部の外形までの距離よりも大きい回転子鉄心と
   を備え、
   磁石挿入孔は、挿入された磁石の端部に空気層を提供するフラックスバリア部を備え、
   磁石挿入孔の開口角度は、極ピッチの角度よりも広い角度であることを特徴とする磁石埋め込み型回転子。
2. 前記磁石挿入孔は、回転子鉄心の回転軸に垂直な断面形状において、極中央部に位置し磁石が挿入される矩形部と、矩形部の両端に位置した１対の前記フラックスバリア部とを有し、
   フラックスバリア部は、矩形部の両端から極間に向かってへの字状あるいはくの字状あるいはエル字状に屈曲しながら突き出でおり、フラックスバリア部の屈曲先部が極間を横断していることを特徴とする請求項１記載の磁石埋め込み型回転子。
3. 前記回転子鉄心は、回転軸中心から極中心の外形までの距離が最大となり，回転軸中心から極間外形までの距離が最小となる花丸形状であることを特徴とする請求項１または２記載の磁石埋め込み型回転子。
4. 前記回転子鉄心は、極間以外において真円の外形を有し、極間において切り欠き部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の磁石埋め込み型回転子。
5. 前記回転子鉄心は、外形表面内側にスリットを有すること特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の磁石埋め込み型回転子。
6. 前記回転子鉄心は、花丸形状を磁石の存在する極としない極で異なる円弧で構成することを特徴とする請求項３に記載の磁石埋め込み型回転子。
7. 前記回転子鉄心は、磁石の存在する極としない極で回転軸中心から外形までの半径が異なることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の磁石埋め込み型回転子。
8. 前記回転子鉄心は、外周の切り欠き部を除いた磁路部の外周磁路ピッチが、磁石の存在する極としない極で異なることを特徴とする請求項４に記載の磁石埋め込み型回転子。
9. 前記スリットの形状が、磁石の存在する極としない極で異なることを特徴とする請求項５に記載の磁石埋め込み型回転子。
10. 前記回転子鉄心は、風穴を有し、風穴の大きさが磁石の存在する極としない極で異なることを特徴とする請求項１〜９いずれかに記載の磁石埋め込み型回転子。
11. 前記回転子鉄心は、回転子鉄心の回転軸に垂直な断面形状において、回転子鉄心の極中央部の半径外側方向への膨らみとは逆の膨らみを有する逆円弧状の磁石を備えたことを特徴とする請求項１〜１０いずれかに記載の磁石埋め込み型回転子。
12. 前記磁石埋め込み型回転子は、請求項１〜１１いずれかに記載の磁極の向きを半径外側方向に向かってＮ極にした磁石埋め込み型回転子と、請求項１〜１１いずれかに記載の磁極の向きを半径外側方向に向かってＳ極にした磁石埋め込み型回転子とを、回転方向に極ピッチの角度分ずらして積層した磁石埋め込み型回転子であることを特徴とする請求項１〜１１に記載の磁石埋め込み型回転子。
13. 請求項１〜１２いずれかに記載の磁石埋め込み型回転子を搭載したことを特徴とする電動機。
14. 請求項１３記載の電動機を搭載したことを特徴とする圧縮機又は空気調和機又は電気自動車。

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