JP2015171272A - 永久磁石埋込型電動機およびこれを用いた密閉型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】減磁特性の良好な永久磁石型電動機を実現し、高温環境下で信頼性の高い密閉型電動圧縮機を提供する。
【解決手段】永久磁石埋込型電動機であって、固定子は、固定子鉄心と、該固定子鉄心に形成される複数のスロットと、該スロットに挿入される電機子巻線と、を具備し、前記回転子は、回転子鉄心と、該回転子鉄心がカットされたｑ軸カット部と、前記回転子鉄心に形成される磁石挿入孔と、永久磁石と、磁石挿入孔の外周側に形成されるスリットと、を具備し、前記磁石挿入孔の外周側面と、前記ｑ軸カット部のカット面とが平行であり、前記回転子外周と前記スリットとの間の最小寸法をｔ１、前記磁石挿入孔の長辺と前記スリットの最も外周側に位置するスリット間の最小寸法をｔ２、前記磁石挿入孔の外周側面と前記ｑ軸カット部のカット面との間の最小寸法をｔ３、とした際の関係がｔ２＜ｔ１≦ｔ３に設定されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、永久磁石埋込型電動機およびこれを用いた密閉型電動圧縮機に関する。

本技術分野の永久磁石埋込型電動機に関する背景技術としては、特許文献１がある。
この特許文献１では、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。
そして、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することで、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技術が開示されている。
この特許文献１では、前記減磁抑制用スリットを設けること、また、前記減磁抑制用スリットと前記磁石挿入孔と間の最小寸法をＴ１、前記減磁抑制用スリットと前記回転子鉄心の外周との間の最小寸法をＴ２として、Ｔ２＞Ｔ１となるように設定していることで反磁界の磁束が永久磁石に鎖交しにくくなり、永久磁石の磁力を減磁させない特性（減磁特性）を改善している。
すなわち、永久磁石に反磁界が鎖交しにくければ、永久磁石の磁力も減磁されにくい。前記特許文献１の永久磁石埋込型電動機では、反磁界を永久磁石に鎖交させないもっとも有効的な磁路はＴ２を通った後、回転子外周と磁石挿入孔との間のブリッジ部を通るか近傍の空気部へ逃げる磁路となっている。

特開２０１２−９５４７４号公報

しかしながら、前記特許文献１の発明では、ブリッジ部の寸法が定義されていない。そのため、鋼板の磁路中で最小寸法となるような場合には、Ｔ２部よりも容易にブリッジ部が磁気飽和し、ブリッジ部を含む磁路は磁束が通りにくくなり、磁石近傍へ流れる磁束が増加することがある。このとき、永久磁石の磁力を減磁させない特性（減磁特性）を改善する効果が小さくなるという課題がある。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、その目的とするところは、良好な減磁特性を示す永久磁石埋込型電動機を提供することである。また、この永久磁石埋込型電動機を備えた高温環境下でも信頼性の高い密閉型電動圧縮機を提供することである。

前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、本発明の永久磁石埋込型電動機は、固定子と、該固定子内周側に空隙を介して配置される回転子とを備えた永久磁石埋込型電動機であって、前記固定子は、電磁鋼板を積層された固定子鉄心と、該固定子鉄心の内周縁に沿って形成される複数のスロットと、該スロットに挿入される電機子巻線と、を具備し、前記回転子は、電磁鋼板を積層された回転子鉄心と、該回転子鉄心の外周部鋼板がｑ軸方向にＶ字にカットされたｑ軸カット部と、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永久磁石の磁化方向に対し傾斜した複数のスリットと、を具備し、前記磁石挿入孔の外周側面と、前記ｑ軸カット部のｑ軸カット面とが平行であり、前記回転子外周と前記スリットとの間の最小寸法をｔ１、前記磁石挿入孔の長辺と前記スリットの最も外周側に位置する減磁抑制用スリット間の最小寸法をｔ２、前記磁石挿入孔の外周側面と前記ｑ軸カット部のカット面との間の最小寸法をｔ３、とした際の前記各寸法の関係がｔ２＜ｔ１≦ｔ３となるように設定されていることを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、良好な減磁特性を示す永久磁石埋込型電動機を提供することができる。また、高温環境下でも信頼性の高い密閉型電動圧縮機を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る永久磁石埋込型電動機の回転軸に直角方向の断面を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る永久磁石埋込型電動機の回転子の磁極部分を拡大して示す図である。 図２における減磁抑制用スリットの近傍をさらに拡大して示す図である。 本発明に係る永久磁石埋込型電動機の第２実施形態の磁石挿入孔の端部の近傍の構造を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下においては「実施形態」と称する）を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態・永久磁石埋込型電動機）
本発明に係る永久磁石埋込型電動機の第１実施形態を、図１から図３を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る永久磁石埋込型電動機の回転軸に直角方向の断面を示す図である。
図１に示す永久磁石埋込型電動機１０は、三相６極のブラシレスＤＣモータである。
図１において、永久磁石埋込型電動機１０は、固定子２０と、この固定子内周側に空隙を介して配置される回転子３０とを備えて構成されている。

固定子２０は、固定子鉄心２１０と電機子巻線（固定子巻線）２２０とを備えて構成されている。
電磁鋼板を積層されてなる固定子鉄心２１０は、固定子鉄心２１０の外周部に位置するコアバック（コアの外側に配置されたヨークコア）２１１と、コアバック２１１の周方向に沿って等間隔で配列され、コアバック２１１からその径方向に突出るように構成された複数本のティース（ティースコア）２１２とを備えて構成されている。
また、固定子鉄心２１０には、電機子巻線２２０を収容するための空孔であるスロット２１３が、固定子鉄心２１０の内周縁に沿って複数のティース２１２の間に形成されている。
電機子巻線２２０は、ティース２１２を取り囲むように、いわゆる集中巻の形態で、ティース２１２間のスロット２１３内に巻装されている。
なお、図１において、スロット２１３を示す符号（２１３）は、電機子巻線２２０を収容する空孔を示している。

回転子３０は、電磁鋼板を積層された円盤状の回転子鉄心３０１と、回転軸となるシャフト３１０と、複数の永久磁石３２０とを備えて構成されている。
回転子鉄心３０１には、シャフト３１０が挿入、装着されるシャフト孔３１１と、複数の永久磁石３２０がそれぞれ挿入、装着される複数の磁石挿入孔３１３と、回転子鉄心３０１の外周部鋼板を回転子３０のｑ軸方向にＶ字カットしたｑ軸カット部３１４と、磁束分布を所望の配列（分布）に整えるための複数のスリット（減磁抑制用スリット３１２ａを含む）３１２と、が形成されている。
なお、複数のスリット（減磁抑制用スリット３１２ａ：図２を含む）３１２は、複数の磁石挿入孔３１３の外周側に形成され、永久磁石の磁化方向に対して傾斜している。

回転子鉄心３０１のシャフト孔３１１には、前記のように回転軸となるシャフト３１０が取り付けられる。
また、回転子鉄心３０１の複数の磁石挿入孔３１３には、前記のように複数の永久磁石３２０がそれぞれ挿入、装着される。なお、磁石挿入孔３１３は、回転子鉄心３０１の外周側の表面近傍に構成されている。

＜反磁界による減磁特性＞
図１において破線で表した反磁界１００１は、電機子巻線（固定子巻線）２２０に電流が流れることで発生する。反磁界１００１の磁界は、永久磁石３２０の磁化方向とは反対方向の磁界成分を有している。
この反磁界１００１は、前記のように永久磁石３２０の磁化方向とは反対方向の磁界成分を有しており、永久磁石３２０の磁力を減磁する要因となるため、ここでは「反磁界」と表記している。
回転子３０（回転子鉄心３０１）内に埋設された永久磁石３２０が、高温にさらされた状態において、電機子巻線２２０に電流が流れることで発生する反磁界１００１と鎖交すると、永久磁石３２０の磁力が減衰することがある。

なお、電機子巻線２２０に電流が流れることで発生する反磁界１００１は、永久磁石埋込型電動機１０の電動機としての通常の動作においても発生する。しかし、通常の動作時において流れる電流の量では、永久磁石３２０が減磁される可能性は非常に少ないように一般的に設計が施されている。
しかしながら、永久磁石埋込型電動機１０のスタート時や脱調時等においては、突発的に過大な電流が流れることがある。このときの電機子巻線２２０に流れる過大な電流によって発生する反磁界１００１が、永久磁石３２０の磁力を減磁する要因となりうる。

＜第１実施形態の磁極部分近傍の詳細＞
次に、図２、図３を参照して、第１実施形態の永久磁石埋込型電動機１０の磁極部分近傍の詳細について説明する。
図２は、第１実施形態の永久磁石埋込型電動機１０の回転子３０の磁極部分近傍の拡大図である。具体的には、図１の一点鎖線１１００で囲まれた磁極部分近傍を拡大して示している。
図２において、図１の説明で前記したように、回転子３０の回転子鉄心３０１には、磁束分布を所望の配列（分布）に整えるための複数のスリット（減磁抑制用スリット３１２ａを含む）３１２と、複数の磁石挿入孔３１３と、回転子鉄心３０１の外周部鋼板を回転子３０のｑ軸方向にＶ字カットしたｑ軸カット部３１４と、が形成されている。

そして、複数の磁石挿入孔３１３には、複数の永久磁石３２０がそれぞれ挿入、装着されている。
また、磁束分布を所望の配列（分布）に整えるための複数のスリット３１２の両端に、減磁抑制用スリット３１２ａが形成されている。
次に、図２の減磁抑制用スリット３１２ａの近傍をさらに拡大した図３を参照して、減磁抑制（永久磁石３２０の磁力を減衰させない）の作用について説明する。

＜減磁抑制の作用の詳細＞
図３は、図２における減磁抑制用スリット３１２ａの近傍をさらに拡大して示した図である。
図３において、図２の説明で前記したように、回転子３０の回転子鉄心３０１には、磁束分布を所望の配列（分布）に整えるためのスリット３１２と、減磁抑制用スリット３１２ａと、磁石挿入孔３１３と、回転子鉄心３０１の外周部鋼板を回転子３０のｑ軸方向にＶ字カットしたｑ軸カット部３１４と、が形成されている。
そして、磁石挿入孔３１３には、永久磁石３２０が挿入、装着されている。

また、回転子鉄心３０１の外周部と減磁抑制用スリット３１２ａとの間の最小寸法をｔ１とする。
また、磁石挿入孔３１３の長辺３１３ｂと減磁抑制用スリット３１２ａとの間の最小寸法をｔ２とする。
また、磁石挿入孔３１３の外周側面３１３ａとｑ軸カット部３１４のカットした面であるｑ軸カット面３１４ａとの間の最小寸法をｔ３とする。なお、外周側面３１３ａとｑ軸カット面３１４ａとは互いに平行に形成されている。
このとき、反磁界１００１（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）による永久磁石３２０に対する減磁作用を軽減するために、ｔ２＜ｔ１≦ｔ３となるよう設定する。

空気や希土類磁石の磁気抵抗は、回転子鉄心３０１等に用いられている鋼板の磁気抵抗と比較して非常に大きい。電機子巻線２２０によって発生する固定子２０における反磁界１００１は、磁気抵抗の小さい磁気経路（磁路）を通りやすい。
前記のように、ｔ２＜ｔ１≦ｔ３と設定すると、幅ｔ１の磁気経路と幅ｔ３の磁気経路は、幅ｔ２の磁気経路に比較して、磁気経路の幅が広い（大きい）ため、磁気抵抗が小さい。
そのため、磁気抵抗の小さい幅ｔ１の磁気経路から幅ｔ３の磁気経路へと通りやすくなるとともに、幅ｔ２の磁気経路へは通りにくくなる。
つまり、図３において、反磁界１００１（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）は、反磁界１００１ａと反磁界１００１ｂの磁気経路を主にとおり、反磁界１００１ｃの磁気経路は避けるようになる。
この反磁界１００１ｃの磁気経路を避けることにより、永久磁石３２０の近傍への磁界の集中を回避できる。
したがって、永久磁石３２０に鎖交する磁束を低減することができて、良好な減磁特性（永久磁石の磁力を減じさせない特性）を示す永久磁石埋込型電動機を提供できる。

（第２実施形態・永久磁石埋込型電動機）
本発明に係る永久磁石埋込型電動機の第２実施形態を、図４を参照して説明する。
この第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、次に図４を参照して説明する部分についてのみであるので、第１実施形態の説明と重複する説明については省略する。
図４は、本発明に係る永久磁石埋込型電動機の第２実施形態の磁石挿入孔３１３の外周側の端部の近傍の構造を示す図である。
図４において、図３と異なるのは、磁石挿入孔３１３の外周側の端部（磁石挿入孔３１３の外周側面３１３ａの近傍）において、磁石挿入孔３１３に対して永久磁石３２０を挿入したときに、前記の外周側の端部に隙間（磁石挿入孔隙間）３１３ｃを有していることである。
この隙間（磁石挿入孔隙間）３１３ｃを設けたために、図４においては、減磁抑制用スリット３１２ａの磁石挿入孔３１３側の一辺３１２ｂが、永久磁石３２０の外周側の端面３２０ａの延長線３２０ｂと、交差するよう配置されている。
減磁抑制用スリット３１２ａの一辺３１２ｂと、永久磁石３２０の端面３２０ａの延長線３２０ｂとが交差するということは、隙間（磁石挿入孔隙間）３１３ｃが所定の大きさを有していることを示す。

このとき、永久磁石３２０と反磁界１００１ｃの磁束とが鎖交する範囲が、隙間（磁石挿入孔隙間）３１３ｃがある分だけ実質的に減少する。したがって、反磁界１００１（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）による永久磁石３２０に対する減磁作用が軽減される効果がある。
したがって、良好な減磁特性（永久磁石の磁力を減じさせない特性）を示す永久磁石埋込型電動機を提供できる。

（第３実施形態・密閉型電動圧縮機）
第１、第２実施形態で説明した永久磁石埋込型電動機１０を、様々な機器に用いることが可能である。
特に冷凍機や給湯機、空調機器等の冷媒を用いた密閉型電動圧縮機に、第１、第２実施形態で説明した永久磁石埋込型電動機１０を用いると、永久磁石埋込型電動機１０において、永久磁石３２０に対する減磁作用が軽減されているため、電動機としての特性が長期にわたって維持される。
したがって、メンテナンスが難しい密閉型の機器に対して、本発明の永久磁石埋込型電動機１０を用いることは、メンテナンス費用の削減とともに、信頼性の向上に大きな効果がある。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、本発明はこれら実施形態およびその変形に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があってもよく、以下にその例をあげる。

《集中巻と分布巻》
第１実施形態では図１に示したように、電機子巻線２２０を集中巻の場合で説明したが、分布巻の場合でも、本発明の減磁作用を軽減する技術は有効である。

《モータの相、極の構成》
第１実施形態では、三相６極のブラシレスＤＣモータとして説明したが、三相あるいは６極のモータに限定されない。他の相、極の構成のモータにおいても、本発明の減磁作用を軽減する技術は有効である。

《永久磁石埋込型電動機を搭載する機器》
本発明の永久磁石埋込型電動機を搭載する機器として、密閉型電動圧縮機を例にあげたが、これに限定されない。永久磁石埋込型電動機の用途は様々である。また、密閉型でなくとも本発明の減磁作用を軽減する技術は有効である。
また、密閉型電動圧縮機を、冷凍機や給湯機、空調機器等に搭載する例をあげたが、これに限定されない。

１０ 永久磁石埋込型電動機
２０ 固定子
３０ 回転子
２１０ 固定子鉄心
２１１ コアバック（ヨークコア）
２１２ ティース（ティースコア）
２１３ スロット
２２０ 電機子巻線（固定子巻線）
３０１ 回転子鉄心
３１０ シャフト
３１１ シャフト孔
３１２ スリット
３１２ａ 減磁抑制用スリット
３１２ｂ 減磁抑制用スリットの一辺
３１３ 磁石挿入孔
３１３ａ 磁石挿入孔の外周側面
３１３ｂ 磁石挿入孔の長辺
３１３ｃ 隙間（磁石挿入孔隙間、磁石挿入孔の隙間）
３１４ ｑ軸カット部
３１４ａ ｑ軸カット面
３２０ 永久磁石
３２０ａ 端面（永久磁石の端面）
３２０ｂ 延長線（永久磁石の端面の延長線）
１００１、１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ 反磁界

Claims (3)

1. 固定子と、該固定子内周側に空隙を介して配置される回転子とを備え、
   前記固定子は、
   電磁鋼板を積層された固定子鉄心と、
   該固定子鉄心の内周縁に沿って形成される複数のスロットと、
   該スロットに挿入される電機子巻線と、
   を具備し、
   前記回転子は、
   電磁鋼板を積層された回転子鉄心と、
   該回転子鉄心の外周部鋼板がｑ軸方向にＶ字にカットされたｑ軸カット部と、
   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永久磁石の磁化方向に対し傾斜した複数のスリットと、
   を具備し、
   前記磁石挿入孔の外周側面と、前記ｑ軸カット部のｑ軸カット面とが平行であり、
   前記回転子外周と前記スリットとの間の最小寸法をｔ１、
   前記磁石挿入孔の長辺と前記スリットの最も外周側に位置する減磁抑制用スリット間の最小寸法をｔ２、
   前記磁石挿入孔の外周側面と前記ｑ軸カット部のカット面との間の最小寸法をｔ３、
   とした際の前記各寸法の関係がｔ２＜ｔ１≦ｔ３となる
   ように設定されていることを特徴とする永久磁石埋込型電動機。
2. 固定子と、該固定子内周側に空隙を介して配置される回転子とを備え、
   前記固定子は、
   電磁鋼板を積層された固定子鉄心と、
   該固定子鉄心の内周縁に沿って形成される複数のスロットと、
   該スロットに挿入される電機子巻線と、
   を具備し、
   前記回転子は、
   電磁鋼板を積層された回転子鉄心と、
   該回転子鉄心の外周部鋼板がｑ軸方向にＶ字にカットされたｑ軸カット部と、
   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永久磁石磁化方向に対し傾斜した複数のスリットと、
   を具備し、
   前記永久磁石を挿入された前記磁石挿入孔の外周端部に隙間を有し、
   前記スリットの最も外周側に位置する減磁抑制用スリットの前記磁石挿入孔に対し平行な一辺と、前記永久磁石の外周側の端面の延長線とが交差するよう配置されていることを特徴とする永久磁石埋込型電動機。
3. 請求項１または請求項２に記載の永久磁石埋込型電動機を備えたことを特徴とする密閉型電動圧縮機。

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