JP2017028862A - Rotor, rotary electric machine, electrically-driven compressor and refrigeration air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石組込型回転電機の回転子に関する。またこの回転電機を用いる電動圧縮機およびその電動圧縮機を搭載する冷凍空調装置に関する。 The present invention relates to a rotor of a permanent magnet built-in type rotating electrical machine. The present invention also relates to an electric compressor using the rotating electric machine and a refrigeration air conditioner equipped with the electric compressor.
永久磁石を回転子に用いた回転電機は、回転子に埋め込んだ永久磁石による磁界と、固定子に設けたコイルに電流を流すことによって生じる磁界との相互作用により、回転子を回転させて動力を得るものである。このような回転電機は、冷凍サイクルを利用した空気調和装置や冷凍装置などの冷凍空調装置の電動圧縮機や、電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車のモータジェネレータなどに広く用いられている。このような回転電機においては、高速回転時に固定子コイルからの磁束の影響や、鉄心形状との相互作用による磁束の変動を受けて永久磁石に渦電流損が発生するため、永久磁石の温度が上昇する結果、減磁耐力が低下する。従って、このような回転電機では回転子内の永久磁石の冷却技術が必要となっている。 A rotating electrical machine using a permanent magnet as a rotor rotates the rotor by the interaction between a magnetic field generated by a permanent magnet embedded in the rotor and a magnetic field generated by passing a current through a coil provided in the stator. Is what you get. Such a rotating electrical machine is widely used for an electric compressor of a refrigerating and air-conditioning apparatus such as an air conditioner or a refrigerating apparatus using a refrigeration cycle, a motor generator of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, and the like. In such rotating electrical machines, eddy current loss occurs in the permanent magnet due to the influence of the magnetic flux from the stator coil during high-speed rotation and the fluctuation of the magnetic flux due to the interaction with the iron core shape. As a result, the demagnetization resistance decreases. Therefore, such a rotating electrical machine requires a cooling technique for the permanent magnet in the rotor.
例えば、従来の回転電機の回転子では、回転子を回転軸方向に貫通する軸方向冷却通路を回転軸の周囲に複数設けるとともに、これらの軸方向冷却通路と連通し、回転子の内側から外周面に繋がる径方向冷却通路を回転軸方向に複数並べて設け、径方向冷却通路が回転子の内側から外周面に放射状に設けられるようにしていた。回転子は電磁鋼板を積層して形成した回転子鉄心と、回転子鉄心の両端に設けた厚みを有する端板とにより構成されており、径方向冷却通路は回転子鉄心と端板との両方に設けられていた。この構造により、回転子を回転させると、回転子両端の端板から軸方向冷却通路に冷却媒体である空気が吸引され、径方向冷却通路を通って回転子の外周面側から排出されるといった空気流が形成され、この空気流によって回転子および永久磁石の冷却を行っていた(例えば、特許文献1参照)。 For example, in a rotor of a conventional rotating electrical machine, a plurality of axial cooling passages that penetrate the rotor in the direction of the rotation axis are provided around the rotation shaft, and communicated with these axial cooling passages so that the outer periphery from the inner side of the rotor A plurality of radial cooling passages connected to the surface are provided side by side in the rotation axis direction, and the radial cooling passages are provided radially from the inner side to the outer peripheral surface of the rotor. The rotor is composed of a rotor core formed by laminating electromagnetic steel plates, and end plates having thicknesses provided at both ends of the rotor core, and the radial cooling passage is formed by both the rotor core and the end plate. Was provided. With this structure, when the rotor is rotated, air as a cooling medium is sucked from the end plates at both ends of the rotor into the axial cooling passage and discharged from the outer peripheral surface side of the rotor through the radial cooling passage. An air flow was formed, and the rotor and the permanent magnet were cooled by this air flow (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記された従来の回転電機の回転子にあっては、回転子鉄心の軸方向中央付近では、永久磁石と空気が直接触れる構造にはなっておらず、回転子鉄心の冷却を通して間接的に永久磁石の冷却を行う構造となっていたため、永久磁石の冷却効率が不十分であった。すなわち、回転子の軸方向端部では永久磁石が端板の径方向冷却通路と接しているため、空気流が永久磁石を直接冷却することができるが、温度が上がり易い回転子鉄心の軸方向中央付近では永久磁石と空気流が直接触れないため、永久磁石を効率良く冷却することができないという問題点があった。
In the rotor of the conventional rotating electric machine described in
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、永久磁石を効率良く冷却できる回転子、この回転子を備えた回転電機、この回転電機を用いた電動圧縮機およびこの電動圧縮機を搭載する冷凍空調装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A rotor capable of efficiently cooling a permanent magnet, a rotating electric machine including the rotor, an electric compressor using the rotating electric machine, and the electric motor An object of the present invention is to provide a refrigeration air conditioner equipped with a compressor.
本発明に係る回転子は、磁極数に対応するように回転軸に対してn回対称の形状を呈する鉄心板を、前記回転軸方向に複数枚積層して形成した回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石挿入穴に、径方向に間隙を有するように埋設された永久磁石と、前記回転子鉄心の回転軸方向の両端部にそれぞれ設けられた端板と、前記端板に、前記永久磁石挿入穴と連通すべく設けられた流体吸入穴と、を備え、前記鉄心板で磁極毎にn等分に分割された一つの部位が、さらに、前記回転子鉄心の前記回転軸側に位置する内周側鉄心部と、前記回転子鉄心の外周側に位置する外周側鉄心部と、前記内周側鉄心部と前記外周側鉄心部とを結合する複数の連結部と、前記内周側鉄心部と前記外周側鉄心部との間で、前記連結部を介して回転方向に並設され、前記鉄心板が積層された際に前記永久磁石挿入穴を形成すべく設けられた複数の磁石挿入穴用開口部と、前記磁石挿入穴用開口部の少なくとも一つが、前記回転子鉄心の外周側の外部に連通する流体排出路と、を備える。 The rotor according to the present invention includes a rotor core formed by laminating a plurality of iron core plates having a shape n times symmetrical with respect to a rotation axis so as to correspond to the number of magnetic poles in the rotation axis direction, and the rotation A permanent magnet embedded in the permanent magnet insertion hole provided on the outer peripheral side of the core of the core so as to have a gap in the radial direction; and end plates provided respectively at both ends of the rotor core in the rotational axis direction; The end plate includes a fluid suction hole provided to communicate with the permanent magnet insertion hole, and one portion divided into n equal parts for each magnetic pole by the iron core plate further includes the rotor core. A plurality of connections that connect the inner peripheral side core portion and the outer peripheral side core portion, the outer peripheral side core portion positioned on the outer peripheral side of the rotor core, and the outer peripheral side core portion. Between the inner peripheral portion and the inner peripheral side core portion and the outer peripheral side core portion via the connecting portion. At least one of a plurality of magnet insertion hole openings provided to form the permanent magnet insertion holes when the iron core plates are laminated, and at least one of the magnet insertion hole openings, A fluid discharge path communicating with the outside on the outer peripheral side of the rotor core.
本発明に係る回転子によれば、回転子に埋め込んだ永久磁石を効率良く冷却し減磁耐力を向上することができる。 According to the rotor according to the present invention, the permanent magnet embedded in the rotor can be efficiently cooled and the demagnetization resistance can be improved.
実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1における回転電機の回転子の構成を説明する。図1は、本発明の実施の形態1における回転電機の回転子の縦断面構成を示す断面図である。本発明の実施の形態1に示す回転電機は、空気調和装置や冷凍装置などの冷凍サイクルを利用した冷凍空調装置の電動圧縮機に用いられる回転電機である。
First, the structure of the rotor of the rotary electric machine in
図1に示すように、回転電機の回転子60は、電磁鋼板で形成した鉄心板を複数枚積層して構成した回転子鉄心20と、回転子鉄心20に形成された磁石挿入穴9内に配置された永久磁石10、および回転子鉄心20の両端に設けられた端板21を有している。さらに電動圧縮機に用いられる回転電機の回転子60では、一方の端板21の外側に回転時のバランスを保つ半円状のバランスウェイト23を備えている。回転子鉄心20とその両端に配置された端板21とバランスウェイト23は、リベット24により一体的に固定されて回転子60が構成される。また、回転子鉄心20および端板21の内部には、一点鎖線P−Qで示した回転軸となるシャフトを通すためのシャフト挿入穴4が設けられている。なお、上記構成において、バランスウェイト23は必ずしも必要ではなく、バランスウェイト23が無い構成の回転子60であってもよい。
As shown in FIG. 1, a
このように構成された円筒状の回転子の周囲にコイルを備えた固定子を配置して回転電機は構成される。そして固定子のコイルに電流を供給することで回転軸を中心に回転子を回転することができる。 The rotating electric machine is configured by arranging a stator having a coil around the cylindrical rotor thus configured. The rotor can be rotated around the rotation axis by supplying current to the stator coil.
回転子60は積層した鉄心板と端板21とがリベット24により固定されるため、永久磁石10は、その周囲に間隙dを有するように磁石挿入穴9内に配置される。この間隙dは、磁石挿入穴9に永久磁石10を挿入するために必要な間隙である。間隙dの距離は製造公差の範囲内で制御可能であり、例えば、間隙dの距離は板状の永久磁石10の厚みの概ね2〜8%が好ましく、例えば、冷凍空調装置用の回転電機など永久磁石10の厚さが3〜4mmの場合は、0.1〜0.3mm程度が好適である。回転電機が冷凍空調装置の電動圧縮機に用いられるとき、回転子60の周囲は気体状態の冷媒で満たされる。従って、永久磁石10の周囲の間隙dには、気体の冷媒が入り込むようになっている。永久磁石10は、例えば板状の、ネオジウム、鉄、ボロンを主成分とした希土類磁石や、酸化鉄を主成分としたフェライト磁石であってよい。また永久磁石10と端板21との間に樹脂などの気密部材(図示せず)を設けて、永久磁石10と端板21との間隙を塞いでもよい。
In the
なお、冷媒は本発明の一部を構成するものではない。上述の冷媒とは、例えば、ハイドロフルオロカーボン(HFC)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、あるいは二酸化炭素(CO2)などの冷凍サイクルで用いられる冷媒である。従って、回転電機が冷凍空調装置以外の用途、例えば電気自動車のモータジェネレータなどに使用される場合は、ここで述べる冷媒の代わりを空気など他の気体が行ってもよい。また、気体に限らず液体であってもよく、すなわち、冷凍空調装置以外の用途では、ここで述べる冷媒の代わりを気体や液体などの流体が行ってもよい。 The refrigerant does not constitute a part of the present invention. The above-described refrigerant is a refrigerant used in a refrigeration cycle such as hydrofluorocarbon (HFC), hydrochlorofluorocarbon (HCFC), or carbon dioxide (CO 2 ). Therefore, when the rotating electrical machine is used for applications other than the refrigeration air conditioner, for example, a motor generator of an electric vehicle, other gases such as air may be used instead of the refrigerant described here. Moreover, it is not limited to gas but may be liquid. That is, in applications other than the refrigerating and air-conditioning apparatus, fluid such as gas or liquid may be used instead of the refrigerant described here.
図2は図1で示した本発明の実施の形態1における回転電機の回転子の主要部を示す斜視図である。また、図3は回転子鉄心の両端に設けた端板を示す平面図、図4は回転子鉄心を構成する鉄心板を示す平面図である。さらに、図5は図4で示した鉄心板の一部分を拡大して示した部分平面図である。図5には、図2のように複数枚の鉄心板と端板とを組み合わせて回転子を構成した場合の、端板の一部分を拡大した部分平面形状を破線で合わせて記した。また磁石挿入穴内に配置される永久磁石を合わせて示した。
FIG. 2 is a perspective view showing the main part of the rotor of the rotating electrical machine according to
図2に示すように回転電機の回転子60は、厚さ0.1〜1mmの電磁鋼板をプレスで打ち抜き成形した鉄心板1を複数枚積層して回転子鉄心20を形成し、回転子鉄心20の両端に端板21を備える。従って、回転子鉄心20の回転軸に直交する面で切断した断面形状は鉄心板1と同一であり、以下では回転子鉄心20を説明する場合にも、鉄心板1の構造を示すために付けた符号と同一の符号で説明する場合がある。
As shown in FIG. 2, a
図3に示すように端板21には、冷媒吸入穴22が設けられている。図4および図5に示すように鉄心板1には第1の磁石挿入穴9aと第2の磁石挿入穴9bとが形成されており、鉄心板1を複数枚積層することによって、回転子60の回転軸方向に深さを有する磁石挿入穴9a、9bが形成される。鉄心板1を複数枚積層して形成した磁石挿入穴9a、9bには板状の永久磁石10a、10bが挿入され、永久磁石10a、10bが回転中に回転子60の外部に飛び出さないように、回転子鉄心20の両端に端板21が設けられる。永久磁石10a、10bと複数枚の鉄心板1で形成される磁石挿入穴9a、9bの壁部との間には、永久磁石10a、10bの厚さの2〜8%の距離の間隙dを有する。端板21は、冷媒吸入穴22が回転子鉄心20の磁石挿入穴9bと連通するように回転子鉄心20の両端に設けられる。ただし、冷媒吸入穴22はいずれか一方の端板21のみに設けてもよい。
As shown in FIG. 3, the
次に鉄心板1の構造について図4および図5を用いて説明する。図4に示すように鉄心板1は磁極数をn極(nは2以上の偶数)としたとき、n次の回転対称の形状を呈している。図4は磁極数が6極の場合であるので、6回対称の形状をしているが、本発明は磁極数を6極に限定するものではなく、磁極数が4極あるいは8極など他の極数であってもよい。
Next, the structure of the
図4に示す6極の鉄心板1は、鉄心板1の中心を通る一点鎖線A−B、一点鎖線C−D、一点鎖線E−Fによって、6等分割したときに、等分割したそれぞれが同一の形状となる。従って、以下では鉄心板1を磁極数6で等分割したうちの1極分の部分形状について説明するが、以下で説明する1極分の部分形状を0°、60°、120°、180°、240°、300°回転させた6つの部分形状を足し合わせれば鉄心板の全体形状になる。磁極数が6極以外の場合も同様であり、鉄心板1は回転対称形状の性質を有する。
When the six-pole
図5は図4で示す一点鎖線A−Bと一点鎖線C−Dで挟まれた紙面上側部分の鉄心板1を示したものである。なお、図5ではシャフト挿入穴4は省略して示した。鉄心板1には、第1の磁石挿入穴9aに挿入される第1の永久磁石10aと、第2の磁石挿入穴9bに挿入される第2の永久磁石10bとが、一点鎖線R−Sで示した磁極の極軸に対して線対称の配置となるように設けられている。図5に示すように、第1および第2の磁石挿入穴9a、9bには、第1および第2の永久磁石10a、10bが挿入され1つの磁極を形成する。すなわち、第1および第2の永久磁石10a、10bは、共に紙面上側がN極の場合、紙面下側がS極であり、あるいは、共に紙面上側がS極の場合、紙面下側がN極である。なお、磁極とは永久磁石を備えている状態を指すのが一般的であるが、本発明の実施の形態では、永久磁石を備えておらず、第1および第2の磁石挿入穴9aと9bとを合わせた場合も便宜的に磁極と呼ぶ。
FIG. 5 shows the
図5に示すように、第1および第2の磁石挿入穴9aと9bとからなる磁極の内周側(紙面下側)には内周側鉄心部2が設けられており、磁極の外周側(紙面上側)には外周側鉄心部3が設けられている。内周側鉄心部2と外周側鉄心部3とは、第1の磁石挿入穴9aの一端と第2の磁石挿入穴9bの一端との間に設けられた中間連結部5と、第1の磁石挿入穴9aの他端側に設けられた端側連結部6との2つの連結部を介して相互に連結されている。
As shown in FIG. 5, the inner peripheral side
図5に示すように、中間連結部5と接しない側の第1の磁石挿入穴9aの他端は、漏れ磁束を低減するために設けられた第1の空隙部7aと連通しており、端側連結部6は第1の空隙部7aの外側を囲うように、径方向連結部6aと外周連結部6bの2つの領域で構成されている。一方、中間連結部5と接しない側の第2の磁石挿入穴9bの他端も同様に、漏れ磁束を低減するための第2の空隙部7bと連通している。第2の空隙部7bと鉄心板1の外径外側との間には冷媒排出路8が設けられており、第2の空隙部7bは鉄心板1の外周側の外部と連通している。また第2の空隙部7bの外側の一部を囲うように外周連結部6cが形成される。外周連結部6cは、内周側鉄心部2と外周側鉄心部3とを連結するものではなく、鉄心板1の形状が一点鎖線R−Sで示す磁極の極軸に対して線対称に近付くように外周連結部6bに対応して設けられるものである。鉄心板1に冷媒排出路8を設けると、回転子鉄心20の形状が磁極の極軸に対して非対称となるため、回転電機の回転子60を回転動作させたときに、固定子コイルに発生する誘起電圧波形が歪み、ノイズ発生の原因となる。しかし、上述のように外周連結部6cを設けて鉄心板1の形状が磁極の極軸に対して線対称に近付くようにすると、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪を小さくしてノイズ発生を抑制することができる。
As shown in FIG. 5, the other end of the first
内周側鉄心部2および外周側鉄心部3は、中間連結部5との連結部に、凹部11a、11bおよび凹部12a、12bが設けられている。従って中間連結部5と接している第1の磁石挿入穴9aおよび第2の磁石挿入穴9bの端部は、他の部分より磁石挿入穴9a、9bの幅が広くなっており、永久磁石10a、10bと鉄心板1との間に凹部11a、11b、12a、12bによる空間が形成されている。
The inner periphery side
図6は図5で示した実施の形態1の鉄心板の中間連結部周辺の構造を示す拡大平面図である。図6に示すように凹部11a、11b、12a、12bの形状は、一点鎖線R−Sで示す磁極の極軸、すなわち鉄心板1の径方向に長軸を持つ楕円弧13となるように形成されている。回転子60が回転した場合に外周側鉄心部3と永久磁石10a、10bには遠心力が働く結果、中間連結部5には張力が加わるが、このように凹部11a、11b、12a、12bの形状を楕円弧で形成することにより、中間連結部5の直線部と曲線部の繋ぎ目に生じる応力を緩和することができる。この結果、中間連結部5の幅を狭くして漏れ磁束を低減することができる。なお、凹部11a、11b、12a、12bの形状は、楕円弧13の代わりに複数の円弧を滑らかに接続したものとしてもよい。
6 is an enlarged plan view showing the structure around the intermediate connecting portion of the iron core plate of the first embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 6, the shape of the
以上のような形状の鉄心板1を複数枚積層して回転子鉄心20を形成し、磁石挿入穴9a、9bに永久磁石10a、10bを挿入した後、回転子鉄心20の両端に端板21を設けることで図2に示した回転子が構成される。図5に示すように端板21には鉄心板1の凹部11a、11b、12a、12bに連通する位置に冷媒吸入穴22が形成されているので、鉄心板1の凹部11a、11b、12a、12bは冷媒吸入穴22を介して回転子60の外部と空間的に繋がっている。
The
次に本発明の実施の形態1の回転子60の動作について説明する。回転子60を回転させると、冷媒排出路8が回転子鉄心20の外部と連通しているために、冷媒排出路8内の冷媒が遠心力で回転子鉄心20の外部に排出され、冷媒排出路8の内部は負圧となる。この結果、端板21の冷媒吸入穴22から回転子60の外部の冷媒が吸引され、吸引された冷媒は磁石挿入穴9bの端部に設けられた凹部11b、12bを通り、永久磁石10bの周囲の間隙dを通って磁石挿入穴9bに連通する冷媒排出路8に流れ込み、冷媒排出路8から回転子60の外部に排出される。この永久磁石10bの周囲を通る冷媒の流れにより、永久磁石10bは冷却される。
Next, the operation of the
図5に示すように、永久磁石10aに対して永久磁石10bは回転方向の後ろ側であるため、永久磁石10aよりも固定子からの反磁界を受け易いため、回転子60の減磁耐力は永久磁石10aではなく永久磁石10bによって決定される。従って、回転方向の後ろ側に位置する永久磁石10bを冷却するように冷媒排出路8を設けることで、永久磁石10bを効率的に冷却できる結果、回転子60の減磁耐力を向上させて固定子が発生する磁束密度を大きくすることができ、ひいては回転子60を大型化することなくトルクを向上させることができるといった効果が得られる。
As shown in FIG. 5, since the
なお、本実施の形態1の回転子60では、永久磁石10aの周囲には冷媒が流れにくいので、端板21に設けた冷媒吸入穴22は、図5に示すように凹部11a、11b、12a、12bの全てに必ずしも対応させる必要はなく、凹部11bと凹部12bとのみに連通するように形成してもよい。
In the
実施の形態2.
図7は本発明の実施の形態2の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。また図8は本発明の実施の形態2の回転電機の回転子の端板を示す平面図である。図7には、実施の形態1の図5と同様、複数枚の鉄心板と端板を組み合わせて回転子を構成した場合の、端板の一部分を拡大した部分平面形状を破線で合わせて記した。図7および図8において、実施の形態1の図5および図3と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態1とは、鉄心板1の形状は同一であるが、端板21に冷媒吸入穴をさらに追加して形成した構成が相違している。
FIG. 7 is an enlarged partial plan view showing a part of an iron core plate constituting a rotor iron core of the rotor of the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a plan view showing an end plate of the rotor of the rotating electric machine according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, similarly to FIG. 5 of the first embodiment, a partial planar shape obtained by enlarging a part of the end plate when a rotor is configured by combining a plurality of iron core plates and end plates is indicated by a broken line. did. 7 and 8, the same reference numerals as those in FIGS. 5 and 3 of the first embodiment denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. Although the shape of the
図7および図8に示すように、本実施の形態2の回転子60の端板21には、中間連結部5に接する凹部11a、11b、12a、12bに連通する第1の冷媒吸入穴22aに加えて、第2の磁石挿入穴9bに連通した第2の空隙部7bに連通する第2の冷媒吸入穴22bが形成されている。なお、図7の紙面左側の第2の冷媒吸入穴22bは、図7に示した磁極の第1の空隙部7aに対応したものではなく、図7に示した磁極の紙面左隣の磁極の、第2の空隙部7bに対応するものである。従って、図7では第2の冷媒吸入穴22bが第1の空隙部7aと第2の空隙部7bの両方に連通するように端板21に形成されているが、第2の冷媒吸入穴22bを回転方向にずらすように端板21に形成して、第2の空隙部7bのみに連通するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
このように端板21に冷媒吸入穴22aに加えて、第2の空隙部7bに連通した冷媒吸入穴22bを設けると、冷媒吸入穴22bから流入した冷媒が、流路抵抗が小さい第2の空隙部7bを通って冷媒排出路8から排出されるので、第2の空隙部7bを通る冷媒量が増加する。その結果、特に減磁が生じ易い回転方向の後ろ側の永久磁石10bの端部が第2の空隙部7bを通る大量の冷媒によって効率良く冷却され、熱減磁耐力をさらに向上させることができ、回転子60を大型化することなくトルクを向上させることができるといった効果が得られる。
As described above, when the
なお、永久磁石10bの端部のみを特に冷却したい場合には、端板21に冷媒吸入穴22aと22bの両方を必ずしも設ける必要はなく、冷媒吸入穴22bのみを設けてもよい。
If it is desired to cool only the end portion of the
実施の形態3.
図9は本発明の実施の形態3の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。図9には、実施の形態1の図5と同様、複数枚の鉄心板と端板を組み合わせて回転子を構成した場合の、端板の一部分を拡大した部分平面形状を破線で合わせて記した。図9において、実施の形態1の図5と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態1とは、鉄心板1の中間連結部5の位置と、これに対応した端板21の冷媒吸入穴22の位置が相違している。
FIG. 9 is an enlarged partial plan view showing a part of the iron core plate constituting the rotor iron core of the rotor of the rotating electrical machine according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 9, as in FIG. 5 of the first embodiment, a partial planar shape obtained by enlarging a part of the end plate when a rotor is configured by combining a plurality of iron core plates and end plates is indicated by a broken line. did. 9, the same reference numerals as those in FIG. 5 of the first embodiment denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. The position of the intermediate connecting
図9に示すように本発明の実施の形態3の回転子60の鉄心板1は、回転方向の後ろ側である第2の磁石挿入穴9bの回転方向に沿った開口の距離が、回転方向の前側である第1の磁石挿入穴9aより短くなっている。つまり、中間連結部5および中間連結部5に接する凹部11a、11b、12a、12bが一点鎖線R−Sで示す磁極の極軸より回転方向の後ろ側にずらして形成されている。これに伴い、端板21に形成した冷媒吸入穴22も、磁極の極軸より回転方向の後ろ側にずらして形成されている。
As shown in FIG. 9, the
このように鉄心板1の中間連結部5および中間連結部5に接する凹部11a、11b、12a、12bと、端板22の冷媒吸入穴22を、磁極の極軸より回転方向の後ろ側に形成することで、第2の磁石挿入穴9bと第2の永久磁石10bとの間の冷媒が流れる間隙dの距離を短くすることができる。この結果、第2の永久磁石10bの周囲の間隙dからなる冷媒流路の流路抵抗を小さくすることができるので、第2の永久磁石10bの周囲の間隙dに流れる冷媒量を増加することができる。すなわち回転子60の減磁耐力は、第2の永久磁石10bの回転方向の後ろ側の端部周辺の温度で決定されるから、本実施の形態3の構成により、第2の永久磁石10bを一層効率良く冷却して減磁耐力を向上することができる。この結果、さらなる熱減磁低減効果を得ることができるので、回転子60を大型化することなくトルクを向上させることができるといった効果が得られる。
In this way, the intermediate connecting
実施の形態4.
図10は本発明の実施の形態4の回転電機の回転子の回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。図10において、実施の形態1の図5と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態1とは、鉄心板1の中間連結部5が極軸に対して傾斜して形成されている構成が相違している。
FIG. 10 is an enlarged partial plan view showing a part of the iron core plate constituting the rotor iron core of the rotor of the rotating electric machine according to the fourth embodiment of the present invention. 10, the same reference numerals as those in FIG. 5 of the first embodiment denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. The first embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the intermediate connecting
図10に示すように、本実施の形態4の回転電機の回転子の鉄心板は、第1の磁石挿入穴9aと第2の磁石挿入穴9bとの間に形成された中間連結部5が、一点鎖線R−Sで示した磁極の極軸に対して回転方向に傾斜して形成されている。図10では中間連結部5の中心線を一点鎖線G−Hで示しており、極軸である一点鎖線R−Sとの傾斜角をθで示している。
As shown in FIG. 10, the iron core plate of the rotor of the rotating electric machine according to the fourth embodiment has an intermediate connecting
回転子60が回転すると、外周側鉄心部3と永久磁石10a、10bに遠心力が働く。この遠心力は回転子60の径方向の成分がそのほとんどを占めるが、回転方向の後ろ側に冷媒排出路8を形成したことにより、回転方向の前側に形成した端側連結部6を支点にして外周側鉄心部3が径方向の外側に開くような力を受ける。このため中間連結部5は弾性変形の範囲内で微小に変形する。そのため、中間連結部5を回転方向に角度θで傾けることで、中間連結部5に加わる応力の向きと、中間連結部5の向きを近づけて、中間連結部5に働く曲げ応力を低減することが可能になる。この結果、中間連結部5の幅を狭くでき、中間連結部5を通ることによって発生する永久磁石10a、10bの漏れ磁束を低減しながら、永久磁石10bの冷却を効率よく行うことが可能となる。
When the
なお、中間連結部5の傾斜角度θは1°〜5°の範囲が望ましい。鉄心板1のプレスによる打ち抜き加工の精度は±25μm程度であり、傾斜角度を1°未満で規定して作製しようとすると、プレスによる打ち抜き加工では鉄心板1を作製するのが困難となり、他の高精度な加工プロセスで作製しなければならないので、回転子60の製造コストが高くなる。一方、傾斜角度を5°より大きくすると、永久磁石10aと永久磁石10bとの間隔が広くなって、その分、磁極の有効長が減少するので、磁極が発生する磁束が小さくなり効率が低下する。磁極が発生する磁束の減少率を1%以下とするには、傾斜角度θは5°以下とする必要がある。従って、中間連結部5の傾斜角度θは1°〜5°の範囲が望ましい。
In addition, as for inclination-angle (theta) of the
また、図10では中間連結部5が磁極の中心、すなわち一点鎖線で示した極軸R−Sの位置に形成されている場合を示したが、実施の形態3で示したように、磁極の中心からずれた位置、例えば回転方向の後ろ側にずれた位置に形成されていてもよい。
FIG. 10 shows the case where the intermediate connecting
実施の形態5.
図11は本発明の実施の形態5の回転電機の回転子の主要部を示す斜視図である。図11において、実施の形態1の図2と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態1および実施の形態3とは、回転子鉄心20を形成するための鉄心板1の積層構成が相違している。
FIG. 11 is a perspective view showing a main part of the rotor of the rotating electrical machine according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 2 of the first embodiment denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. The laminated structure of the
図11に示すように本発明の実施の形態5の回転電機の回転子60は、部分回転子鉄心201、202、203を回転軸方向に積み重ねて回転子鉄心20を構成し、回転子鉄心20の両端に端板21を備えている。部分回転子鉄心201と203とは、同一の鉄心板1bを複数枚積層して形成したものである。なお、部分回転子鉄心201と203とで、鉄心板1bの積層枚数は同じでもよいし、異なっていてもよい。また部分回転子鉄心202は、部分回転子鉄心201と203の鉄心板1bを表裏逆にした鉄心板1aを複数枚積層して形成したものである。部分回転子鉄心201と203と同様に、鉄心板1bを複数枚積層して部分回転子鉄心を形成し、この部分回転子鉄心を上下逆にして、部分回転子鉄心202としてもよい。部分回転子鉄心202における、鉄心板1aの積層枚数は部分回転子鉄心201あるいは203と同じでもよいし、異なっていてもよい。また、回転子鉄心20を構成する部分回転子鉄心の数は3に限らず、2あるいは4以上であってもよい。さらに、部分回転鉄心を形成する鉄心板の数は複数枚に限らず1枚であってもよい。すなわち、鉄心板1aと、鉄心板1aを表裏逆にした鉄心板1bとを交互に積層して回転子鉄心20を構成してもよい。
As shown in FIG. 11, the
図12は本発明の実施の形態5の回転子鉄心を構成する鉄心板を示す平面図である。すなわち、図12は図11で示した回転子60の部分回転子鉄心202を形成する鉄心板1aおよび部分回転子鉄心201、203を形成する鉄心板1bの平面図である。図12(b)に示す鉄心板1bは図12(a)に示す鉄心板1aを表裏逆にしたものである。また図12(a)の鉄心板1aは、実施の形態3の図9に示した鉄心板1と同一のものである。なお、鉄心板の形状は図12に示すものに限らず、例えば実施の形態1の図4に示した形状の鉄心板を用いて、表裏逆に積層した部分回転子鉄心を形成してもよい。図12では、第1の磁石挿入穴9aと第2の磁石挿入穴9bの符号は、表裏逆になっても対応するものに同一のものを付けたが、その他の符号では、図12(a)では添え字a、図12(b)では添え字bを付けた。
FIG. 12 is a plan view showing an iron core plate constituting the rotor iron core according to the fifth embodiment of the present invention. 12 is a plan view of the
図13は図11で示した回転子の1極分の磁極を拡大して示した部分投影図である。すなわち、図13は図12(a)、(b)で示した鉄心板1a、1bと端板21とを重ね合わせ、回転子60の回転軸方向に投影した場合の1極分の拡大図を示したものである。図13には、永久磁石10a、10b、10cを合わせて記し、端板21は破線で記した。図11に示したように回転子60の端板21には、1つの磁極に対して2つの冷媒吸入穴22a、22bが設けられている。
FIG. 13 is an enlarged partial projection view showing one magnetic pole of the rotor shown in FIG. That is, FIG. 13 is an enlarged view of one pole when the
図13に示すように、鉄心板1a(図12(a)参照)を積層した部分回転子鉄心202(図11参照)と、鉄心板1b(図12(b)参照)を積層した部分回転子鉄心201、203(図11参照)を重ね合わせることで、回転方向の後ろ側と前側の両方に冷媒排出路8a、8bを形成することができる。また磁極は、中間連結部5a、5bによって3分割され、磁石挿入穴9c、9d、9eが形成される。磁石挿入穴9cは、鉄心板1aの第1の磁石挿入穴9aと、鉄心板1bの第2の磁石挿入穴9bとによって形成される。磁石挿入穴9dは、鉄心板1aの第1の磁石挿入穴9aと、鉄心板1bの第1の磁石挿入穴9aとによって形成される。磁石挿入穴9eは、鉄心板1aの第2の磁石挿入穴9bと、鉄心板1bの第1の磁石挿入穴9aとによって形成される。このように形成された磁石挿入穴9c、9d、9eのそれぞれに永久磁石10c、10d、10eが挿入されて回転子60の磁極が形成される。
As shown in FIG. 13, the partial rotor core 202 (refer FIG. 11) which laminated | stacked the
上記のように磁石挿入穴9dは、鉄心板1aの第1の磁石挿入穴9aと鉄心板1bの第2の磁石挿入穴9aによって形成されているため、磁石挿入穴9c、9d、9eは互いに空間的に繋がっている。従って、回転子が回転して、冷媒吸入穴22aあるいは冷媒吸入穴22bの少なくとも一方から冷媒が吸入されると、その冷媒は空間的に繋がった永久磁石10c、10d、10eの周囲の間隙dを通って流れ、冷媒排出路8aおよび8bから回転子の外部に排出される。この結果、永久磁石10c、10d、10eを冷却することができ、減磁耐力の向上を図ることができるといった効果が得られる。
As described above, since the
また、本実施の形態5で述べたように、図12に記した鉄心板1aと、表裏逆にした鉄心板1bとを用いて回転子鉄心20を形成することにより、冷媒排出路8a、8bが磁極の極軸に対して対称に近付けて設けられることになるため、冷媒排出路を設けたことにより、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪をさらに抑制することができる。
Further, as described in the fifth embodiment, by forming the
本実施の形態5では、図13に示すように端板21の冷媒吸入穴22a、22bは、中間連結部5a、5bに対応した位置に設けたが、実施の形態2で示したように、磁極の両端部に設けた空隙部7c、7dに対応した位置にも冷媒吸入穴を追加して設けてもよい。これにより空隙部7c、7dに接する永久磁石10a、10bそれぞれの端部の冷却効果を高くして、さらに減磁耐力の向上を図ることができるといった効果が得られる。
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 13, the
実施の形態6.
図14は本発明の実施の形態6の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板を示す平面図である。また図15は図14の鉄心板により形成される回転子の1極分の磁極を拡大して示した部分投影図である。すなわち、図15は図14(a)、(b)で示した鉄心板1a、1bと端板21とを重ね合わせ、回転子60の回転軸方向に投影した場合の1極分の拡大図を示したものである。図15で端板21は破線で記した。図14および図15において、実施の形態5の図12および図13と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態5とは、回転子鉄心を形成するための鉄心板の形状および回転子鉄心の両端に設けられる端板の形状が相違している。
FIG. 14 is a plan view showing an iron core plate constituting the rotor core among the rotors of the rotating electric machine according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 15 is an enlarged partial projection showing one pole of the rotor formed by the iron core plate of FIG. That is, FIG. 15 is an enlarged view of one pole when the
本発明の実施の形態6の回転電機の回転子60は、図14(a)に示す形状の鉄心板1aを複数枚積層して形成した部分回転子鉄心と、図14(b)に示すように鉄心板1aを表裏逆にした鉄心板1bを複数枚積層して形成した部分回転子鉄心とを、実施の形態5で述べたように複数積み重ねて構成される。従って、本実施の形態6では、実施の形態5との相違点について説明し、部分回転子鉄心の形成方法や、複数の部分回転鉄心を積み重ねて、回転子鉄心を形成する方法は実施の形態5と同一なので説明を省略する。
The
図14(a)、(b)に示すように、実施の形態6の鉄心板1a、1bは、第1の磁石挿入穴9aに連結して、内周側に冷媒通路用穴14が形成されている。冷媒通路用穴14は、図14に一点鎖線で示した鉄心板1a、1bの中心を通る各磁極の極軸上に形成されている。そのため鉄心板1aを表裏逆にして鉄心坂1bとしたときにも、冷媒通路用穴14の位置は変わらないようになっている。
As shown in FIGS. 14A and 14B, the
このように形成した鉄心坂1aを複数枚積層した部分回転子鉄心と、鉄心板1aを表裏額にした鉄心板1bを複数枚積層した部分回転子鉄心とを、それぞれ所定の数、交互に積み重ねて回転子鉄心を形成し、この回転子鉄心の両端に端板21を設けると、図15の部分平面図で示すような構成の回転子60が形成される。図15では端板21と端板21に形成した冷媒吸入穴22とを破線で示した。回転子鉄心20には実施の形態5で述べたように、磁石挿入孔9c、9d、9eが形成され、それぞれの磁石挿入穴に永久磁石が挿入される。磁石挿入穴9dは、鉄心板1aの第1の磁石挿入穴9aと、鉄心板1bの第1の磁石挿入穴9aとによって形成されており、磁石挿入穴9c、9d、9eはそれぞれ鉄心板1a、1bの第1の磁石挿入穴9aによって空間的に繋がっている。従って、冷媒通路用穴14は、第1の磁石挿入穴9aに連結して形成されているので、冷媒通路用穴14は磁石挿入穴9c、9d、9eと連通し、冷媒排出路8a、8bとも連通している。
A predetermined number of partial rotor cores in which a plurality of
このように構成された回転子60が回転すると、回転子60の両端に設けた端板21の冷媒吸入穴22から冷媒が流入し、冷媒は冷媒通路用穴14を通って、磁石挿入穴9c、9d、9eと、これらの磁石挿入穴に挿入された永久磁石との間の間隙を通って流れ、冷媒排出路8a、8bから回転子の外部に排出される。これにより磁石挿入穴9c、9d、9eに挿入された永久磁石を冷却し、減磁耐力を向上させることができるといった効果が得られる。
When the
また、このように本発明の実施の形態6では、冷媒通路用穴14を鉄心板1a、1bの第1の磁石挿入穴9aから離れた位置に形成したので、端板21の冷媒吸入穴22も磁石挿入穴から離れた位置に形成されることになり、端板21の冷媒吸入穴22から永久磁石が露出し破損するのを防ぐことができるといった効果を得ることができる。
Further, in the sixth embodiment of the present invention, since the
なお、本実施の形態6では、冷媒通路用穴14を内周側鉄心部2に形成した場合について説明したが、冷媒通路用穴14を外周側鉄心部3に形成してもよい。
In the sixth embodiment, the case where the
実施の形態7.
図16は本発明の実施の形態7の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。図16には、実施の形態3の図9と同様、複数枚の鉄心板と端板を組み合わせて回転子を構成した場合の、端板の一部分を拡大した部分平面形状を破線で合わせて記した。図16において、実施の形態3の図9と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態3とは、第2の磁石挿入穴の径方向の幅を大きくした点が相違している。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 16 is a partial plan view showing, in an enlarged manner, a part of the iron core plate constituting the rotor iron core in the rotor of the rotating electric machine according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 16, as in FIG. 9 of the third embodiment, a partial planar shape obtained by enlarging a part of the end plate when a rotor is configured by combining a plurality of iron core plates and end plates is indicated by a broken line. did. In FIG. 16, the same reference numerals as those in FIG. 9 of the third embodiment denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. The third embodiment is different from the third embodiment in that the radial width of the second magnet insertion hole is increased.
図16に示すように本実施の形態7の鉄心板1は、冷媒排出路8に繋がる第2の磁石挿入穴9bの径方向の幅D2が、第1の磁石挿入穴9aの径方向の幅D1大きくなっている。第1の磁石挿入穴9aの径方向の幅D1は、例えば、実施の形態3の図9で示した鉄心板1と同じであってよく、磁石挿入穴9a、9bに挿入される永久磁石の径方向の幅も実施の形態3に示したものと同じであってよい。
As shown in FIG. 16, in the
すなわち、本実施の形態7の図9で示す鉄心板1は、実施の形態3の図9で示す鉄心板1と比較して、第2の磁石挿入穴9bの径方向の幅D2が大きくなっている点が相違する。図9において幅D2は幅D1より、例えば、0.1〜0.2mm大きくなっている。このように第2の磁石挿入穴9bの径方向の幅D2を大きくすることによって、第2の磁石挿入穴9bに挿入される永久磁石10bの周囲の間隙dを大きくして、流路抵抗を小さくし、永久磁石10bの周囲を流れる冷媒量を増加して、永久磁石10bの冷却効果を高めることができる。しかし幅D2を大きくし過ぎると、流路抵抗はさらに小さできるが、永久磁石10bと鉄心板1との間隙dによる磁気抵抗が増加し、磁束が減少するのでトルクの低下につながる。従って、磁束を大きく低減せずに、冷媒量増加による冷却効果を高めるためには、第2の磁石挿入穴9bの幅D2は第1の磁石挿入穴9aの幅D1より、0.1〜0.2mm大きいのが望ましい。
That is, the
本実施の形態7の図16で示した鉄心板1は、これを複数枚積層して回転子鉄心を形成してもよいが、実施の形態3の図9で示した鉄心板1と組み合わせて回転子鉄心を形成してもよく、さらには実施の形態5の図11、図13で示したように、図16および図9の鉄心板1と表裏逆の鉄心板とを組み合わせて回転子鉄心を形成してもよい。
The
図17は鉄心板の組合せが異なる回転子鉄心の縦断面構成を示す断面図である。図17で部分回転子鉄心211は、図16で示した鉄心板1を複数枚積層して形成した鉄心であり、部分回転子鉄心212は、図16の鉄心板1を表裏逆にして複数枚積層して形成した鉄心である。また部分回転子鉄心213は、実施の形態3の図9で示した鉄心板1を複数枚積層して形成した鉄心である。なお、図17に示した部分回転子鉄心の組合せ一例でありこれに限るものではない。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a longitudinal cross-sectional configuration of a rotor core having a different combination of iron core plates. 17, the
このように本実施の形態7の図16で示した第2の磁石挿入穴9bの幅D2を大きくした鉄心板1が、回転子鉄心20の一部に設けられた構成であっても、永久磁石の周囲の間隙に流れる冷媒量が増加するので、永久磁石の冷却効率をさらに高くして、減磁耐力をさらに向上させることができる。
In this way, even if the
実施の形態8.
図18は本発明の実施の形態8の回転電機の回転子のうち、回転子鉄心を構成する鉄心板の一部を拡大して示した部分平面図である。図18において、実施の形態3の図9と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態3とは、外周側鉄心部3の冷媒排出路8に隣接する部分の形状が相違している。
FIG. 18 is a partial plan view showing, in an enlarged manner, a part of an iron core plate constituting a rotor iron core in a rotor of a rotating electrical machine according to an eighth embodiment of the present invention. In FIG. 18, the same reference numerals as those in FIG. 9 of the third embodiment denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. The shape of the part adjacent to the refrigerant |
実施の形態3の図9で示した鉄心板1では、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪を抑制するために、鉄心板1の形状が磁極の極軸に対して対称に近付くように、外周連結部6bに対応した外周連結部6cを、冷媒排出路8に隣接する側にも設けていたが、本実施の形態8の図18で示す鉄心板1は、実施の形態3の図9で示した鉄心板1から外周連結部6cを除去したものである。
In the
図18に示すように本実施の形態8の鉄心板1は、図9の鉄心板1に比較して冷媒排出路8の幅が大きくなっており、第2の空隙部7bが鉄心板1の外径外側に滑らかに繋がっているため、回転子が回転したときに冷媒排出路8に生じる負圧が大きくなる。この結果、端板の冷媒吸入穴からの流入する冷媒量が増加し、第2の磁石挿入穴9bに挿入した永久磁石をさらに効率よく冷却することができるといった効果が得られる。
As shown in FIG. 18, the
また外周側鉄心部3の質量が軽減されるため、回転子が回転したときに外周側鉄心部3に発生する遠心力が低減し、中間連結部5および端側連結部6に生じる応力を低減することができる。この結果、中間連結部5および端側連結部6の幅を小さくして漏れ磁束を低減し、回転電機のトルクを向上させることができるといった効果が得られる。
Moreover, since the mass of the outer peripheral
なお、図18に示すように、本実施の形態8の鉄心板1は、一点鎖線R−Sで示す磁極の極軸に対する対称性が他の実施の形態で示した鉄心板に比べて良くない。そのため、図18の鉄心板1を複数枚積層して形成した回転子鉄心を用いた回転電機では、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪が大きくなる可能性がある。このような誘起電圧波形の歪が問題となる場合には、実施の形態5および6で説明したように、図18の鉄心板1を複数枚積層して形成した第1の部分回転子鉄心と、鉄心板1を表裏逆にした鉄心板を複数枚積層して形成した第2の部分回転子鉄心とを、組み合わせて回転子鉄心を構成すれば、回転子鉄心の形状が磁極の極軸に対して対称に近付くので、固定子コイルに発生する誘起電圧波形の歪を低減することができる。
As shown in FIG. 18, the
以上のように、上記実施の形態1から8では、磁極を構成する永久磁石は直線状に配置された場合について述べたが、磁極を構成する永久磁石の配置方法はこれに限らず、V字状に配置した場合や、U字状に配置した場合であってもよい。また磁極数は6極に限らず、4極や8極など他の極数であってもよい。 As described above, in the first to eighth embodiments, the case where the permanent magnets constituting the magnetic poles are arranged linearly has been described. However, the arrangement method of the permanent magnets constituting the magnetic poles is not limited to this, and the V-shape is arranged. It may be the case where it arranges in a shape, or the case where it arranges in a U shape. The number of magnetic poles is not limited to six, and may be other numbers such as four or eight.
さらに、回転子鉄心を構成する鉄心板は形状が円形の場合について説明したが、鉄心板の形状は回転対称の形状であればよく、例えば、花びら型など凹凸形状を有する回転対称形状の鉄心板であってもよい。 Further, the case where the iron core plate constituting the rotor core is circular has been described, but the shape of the iron core plate may be a rotationally symmetric shape, for example, a rotationally symmetric iron core plate having an uneven shape such as a petal shape. It may be.
また、内周側鉄心部2と外周側鉄心部3を連結する中間連結部5は、1つの磁極に対してそれぞれ1つ備えた場合について説明したが、中間連結部5が複数設けられていてもよい。この場合、複数の中間連結部5により内周側鉄心部2と外周側鉄心部3とが連結されて固定されていれば、端側連結部6を無くして、新たな冷媒排出路を形成してもよい。
Moreover, although the case where the intermediate |
また、回転子鉄心の鉄心板はプレスによる打ち抜き加工によって形成されるものに限らず、切削やワイヤカットなど他の加工方法で形成したものであってもよい。 Further, the core plate of the rotor core is not limited to being formed by punching with a press, but may be formed by other processing methods such as cutting or wire cutting.
実施の形態9.
次に、上記実施の形態1から8で説明した回転子を有する回転電機を用いた電動圧縮機について説明する。図19は、本発明の実施の形態9における電動圧縮機の縦断面構成を示す断面図である。この電動圧縮機100は、例えば、冷凍装置、冷蔵装置、給湯装置、あるいは空気調和装置などの冷凍サイクルを利用した冷凍空調装置に用いられるものである。また、この電動圧縮機100には、実施の形態1から8で説明した回転子のいずれかを備えた回転電機が搭載されている。
Embodiment 9 FIG.
Next, the electric compressor using the rotary electric machine having the rotor described in the first to eighth embodiments will be described. FIG. 19 is a sectional view showing a longitudinal sectional configuration of the electric compressor according to the ninth embodiment of the present invention. The
電動圧縮機100は、流体である冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。電動圧縮機100は、一般に、密封型のケーシング内に、圧縮機構35と、圧縮機構35を駆動する駆動機構36とが収納されている。このケーシングは、アッパーシェル31、センターシェル30、および、ロアシェル32で構成されており、圧力容器となっている。図19に示すように、圧縮機構35が上側に、駆動機構36が下側に、それぞれ配置されている。このケーシングの底部は、冷凍機油40を貯留する油だめとなっている。
The
圧縮機構35は、吸入パイプ33から吸入した冷媒を圧縮してケーシング内の上方に形成されている高圧室26に排出する機能を有している。この高圧室26に排出された冷媒は、吐出パイプ34から電動圧縮機100の外部に吐出されるようになっている。駆動機構36は、圧縮機構35で冷媒を圧縮するために、圧縮機構35を構成している搖動スクロール52を駆動する機能を果たすようになっている。つまり、駆動機構36がシャフト56を介して搖動スクロール52を駆動することによって、圧縮機構35で冷媒を圧縮するようになっている。
The compression mechanism 35 has a function of compressing the refrigerant sucked from the
圧縮機構35は、固定スクロール51と、搖動スクロール52と、フレーム54と、で概略構成されている。図19に示すように、搖動スクロール52は下側に、固定スクロール51は上側に配置されるようになっている。固定スクロール51は、台板51aと、台板51aの一方の面に立設された渦巻状突起である渦巻部51bと、で構成されている。搖動スクロール52は、台板52aと、台板52aの一方の面に立設された渦巻状突起で、渦巻部51bと渦巻部52bとを互いに噛み合わせ、ケーシング内に装着されている。そして、渦巻部52bと渦巻部51bとの間には、相対的に容積が変化する圧縮室27が形成される。
The compression mechanism 35 is generally configured by a fixed
固定スクロール51は、フレーム54にボルト等(図示せず)によって固定されている。固定スクロール51の中央部には、圧縮され、高圧となった冷媒を吐出する吐出口53が形成されている。そして、圧縮され、高圧となった冷媒は、固定スクロール51の上部に設けられている高圧室26に排出されるようになっている。搖動スクロール52は、固定スクロール51に対して自転することなく公転運動を行うようになっている。また、搖動スクロール52の渦巻部52b形成面とは反対側の面(以下、スラスト面と称する)の中心部には、中空円筒形状の偏心穴52cが形成されている。この偏心穴52cには、後述するシャフト56の上端に設けられた偏心ピン部56aがはめ込まれている。
The fixed
フレーム54は、ケーシングの内周側に固着され、中心部にシャフト56を貫通させるため貫通孔が形成されている。また、フレーム54には、搖動スクロール52のスラスト面側から軸方向下側に貫通する返油溝61aが形成されており、スラスト面を潤滑した冷凍機油40をケーシング底部に戻すようになっている。図19では、返油溝61aが1つだけ形成されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。例えば、返油溝61aを2つ以上形成してもよい。なお、フレーム54は、その外周面を焼き嵌めや溶接等によってケーシングの内周面に固定するとよい。
The frame 54 is fixed to the inner peripheral side of the casing, and a through hole is formed in the center portion to allow the
駆動機構36は、固定子61の内周面側に回転可能に配設され、シャフト56に固定された回転子60(実施の形態1から8のいずれかの回転子)と、ケーシング内に垂直方向に収容され、固着保持された固定子61と、回転軸であるシャフト56と、で概略構成されている。回転子60は、シャフト56に固定され、固定子61への通電が開始することにより回転駆動し、シャフト56を回転させるようになっている。また、固定子61の外周面は焼き嵌め等によりケーシング(センターシェル30)に固着指示されている。すなわち、回転子60および固定子61で本発明の実施の形態に係る回転電機を構成している。
The
シャフト56は、回転子60の回転に伴って回転し、搖動スクロール52を旋回させるようになっている。このシャフト56は、上端をフレーム54の中心部に位置する主軸受55で、下端をセンターシェル30の下方に固定配置されたサブフレーム57の中心部に位置する副軸受58で、回転可能に指示されている。このシャフト56の上端部は、搖動スクロール52の偏心穴52cと回転自在に嵌合する偏心ピン部56aが形成されている。また、シャフト56の内部には、上端部まで連通している給油通路56bが形成されている。この給油通路56bは、ケーシング底部に貯留してある冷凍機油40の流路となるものである。
The
シャフト56の下端側には、シャフト56の回転に伴い冷凍機油40を汲み上げるオイルポンプ59が設けられている。このオイルポンプ59の遠心ポンプ作用により、冷凍機油40が汲み上げられ、給油通路56bを流れて圧縮機構35に供給されるようになっている。また、ケーシングを構成するセンターシェル30には、冷媒を吸入するための吸入パイプ33が連接されている。この吸入パイプ33は、シェル内空間(低圧室25)に開口するようになっている。さらに、ケーシングを構成するアッパーシェル31には、冷媒を吐出するための吐出パイプ34が連接されている。この吐出パイプ34は、シェル内空間(高圧室26)に開口するようになっている。
An
なお、揺動スクロール52と固定スクロール51との間には、揺動スクロール52の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するためのオルダムリング(図示せず)が配設されている。このオルダムリングは、揺動スクロール52と固定スクロール51との間に配設され、揺動スクロール52の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能とする機能を果たすようになっている。つまり、オルダムリングは、揺動スクロール52の自転防止機構として機能している。また、電動圧縮機100には、固定子61に電源を供給するための密封端子63及びリード線62が設けられている。
An Oldham ring (not shown) is provided between the orbiting
ここで、電動圧縮機100の動作について簡単に説明する。
Here, the operation of the
密封端子63に通電すると、リード線62を介して電源が固定子61に供給される。回転子60は、電源が供給された固定子61が発生する回転磁界からの回転力(トルク)を受けて回転する。それに伴って、主軸受55と副軸受58に支持されているシャフト56が回転駆動する。揺動スクロール52は、シャフト56の偏心ピン部56aに係合されており、揺動スクロール52の自転運動がオルダムリングの自転防止機構によって公転運動に変換される。
When the sealed
回転子60が回転するとき、回転子60の下面に装着されているバランスウェイト23で揺動スクロール52の偏心公転運動に対するバランスを保っている。つまり、バランスウェイト23は、回転子60とともに回転して、この回転に対しての質量バランスをとる機能を有している。その結果、シャフト56の上部に偏心支持された揺動スクロール52が揺動されて公転旋回を始め、公知の圧縮原理により冷媒を圧縮する。
When the
まず、シャフト56の回転駆動によって、ケーシング内の冷媒が固定スクロール51の渦巻部51bと揺動スクロール52の渦巻部52bとにより形成される圧縮室27内へ流れ、吸入過程が開始する。この吸入過程は、低圧冷媒ガスが、吸入パイプ33を介して外部から低圧室25内を介して圧縮室27内に吸い込まれることにより開始する。
First, the rotation of the
圧縮室27内に冷媒ガスが吸入されると、偏心させられた揺動スクロール52の公転旋回運動による固定スクロール51と揺動スクロール52との圧縮作用により、圧縮室27の容積を減少させる圧縮過程へと移行する。つまり、圧縮機構35では、揺動スクロール52が公転旋回運動すると、冷媒ガスが吸入口となる揺動スクロール52の渦巻部52b及び固定スクロール51の渦巻部51bの最外周開口部から取り込まれて、揺動スクロール52の回転とともに徐々に圧縮されながら中心部に向かうにようになっている。
When the refrigerant gas is sucked into the
そして、圧縮室27で圧縮された冷媒ガスは、吐出過程に移行する。つまり、圧縮された高圧冷媒ガスは、固定スクロール51の吐出口53を通過し、高圧室26を経由してから吐出パイプ34を介して電動圧縮機100の外部へと吐出されるのである。
Then, the refrigerant gas compressed in the
なお、低圧室25内の低圧冷媒ガスと高圧室26内の高圧冷媒ガスとは、固定スクロール51及びフレーム54により気密が保たれるように仕切られているのでケーシング内で混在することがない。また、シャフト56が回転すると、オイルポンプ59の遠心ポンプ作用により冷凍機油40が吸引され、シャフト56内に設けられた給油通路56bを通って主軸受55及び副軸受58等に供給された後、重力により返油溝61aを介して再びロアシェル32内へ戻る。そして、固定子61への通電を止めると、電動圧縮機100が運転を停止する。
Note that the low-pressure refrigerant gas in the low-
従って、電動圧縮機100は、実施の形態1から8で説明したいずれかの回転子を備えているので、減磁耐力に優れ、回転子を大型化することなく十分なトルクを得ることができるものとなっている。同様に、電動圧縮機100に搭載される回転電機も同様の効果を得ることが可能になる。
Therefore, since the
実施の形態10.
次に実施の形態9で説明した電動圧縮機を用いた冷凍空調装置について説明する。本実施の形態10では、室内機と室外機とが冷媒配管で接続された、いわゆるセパレート式の空気調和装置を例に説明するが、本発明の回転電機を備えた電動圧縮機が用いられる冷凍空調装置はこれに限らず、冷凍装置や他の形態の空気調和装置など冷凍サイクルを利用した他の形態の冷凍空調装置であってもよい。セパレート式の空気調和装置では室外機に電動圧縮機が設けられる。
Next, a refrigeration air conditioner using the electric compressor described in Embodiment 9 will be described. In the tenth embodiment, a so-called separate air conditioner in which an indoor unit and an outdoor unit are connected by a refrigerant pipe will be described as an example, but a refrigeration using an electric compressor provided with the rotating electrical machine of the present invention is used. The air conditioner is not limited to this, and may be a refrigeration air conditioner of another form using a refrigeration cycle such as a refrigeration apparatus or another form of air conditioner. In the separate type air conditioner, the outdoor unit is provided with an electric compressor.
図20は実施の形態10の空気調和装置の冷凍サイクルを示す冷媒回路図である。また図21は実施の形態10のセパレート式の空気調和装置の室外機を示す分解斜視図である。
FIG. 20 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigeration cycle of the air-conditioning apparatus according to
図20に示すように、空気調和装置の冷媒回路は、実施の形態9で述べた冷媒を圧縮するための電動圧縮機100、冷房運転と暖房運転とで冷媒の流れる方向を切り替える四方弁101、冷房運転時は凝縮器、暖房運転時は蒸発器として動作する室外側熱交換器102、高圧の液冷媒を減圧して低圧の気液二相冷媒にする減圧器103(電子制御式膨張弁)、冷房運転時は蒸発器、暖房運転時は凝縮器として動作する室内側熱交換器104を順次接続して冷凍サイクルを構成する。
As shown in FIG. 20, the refrigerant circuit of the air conditioner includes an
図20の実線矢印は、冷房運転時の冷媒の流れる方向を示す。また、図20の破線矢印は、暖房運転時の冷媒の流れる方向を示す。 A solid line arrow in FIG. 20 indicates a direction in which the refrigerant flows during the cooling operation. Moreover, the broken line arrow of FIG. 20 shows the direction through which the refrigerant flows during the heating operation.
室外側熱交換器102には室外側送風機105が設けられ、そして室内側熱交換器104には室内側送風機106(横流ファン)が設けられている。
The
冷房運転時は、電動圧縮機100から圧縮された高温高圧の冷媒が吐出し、四方弁101を介して室外側熱交換器102へ流入する。この室外側熱交換器102では、その風路に設けられた室外側送風機105により室外の空気が室外側熱交換器102のフィンとチューブ(伝熱管)の間を通過しながら冷媒と熱交換し、冷媒は冷却されて高圧の液状態になり、室外側熱交換器102は凝縮器として作用する。その後、減圧器103を通過して減圧され低圧の気液二相冷媒となり室内側熱交換器104に流入する。室内側熱交換器104では、その風路に取り付けられた室内側送風機106(横流ファン)の駆動により室内空気が室内側熱交換器104のフィンとチューブ(伝熱管)の間を通過し冷媒と熱交換することにより、室内空間に吹き出される空気は冷やされ、一方冷媒は空気より熱を受け取り蒸発して気体状態となり(室内側熱交換器104は蒸発器として作用する)、冷媒はその後電動圧縮機100へ戻る。室内側熱交換器104で冷却された空気により、室内空間を空調(冷房)する。
During the cooling operation, the high-temperature and high-pressure refrigerant compressed from the
また、暖房運転時は、四方弁101が反転することより、冷凍サイクルにおいて上記冷房運転時の冷媒の流れと逆向きに冷媒が流れ、室内側熱交換器104が凝縮器として、室外側熱交換器102が蒸発器として作用する。室内側熱交換器104で暖められた空気により、室内空間を空調(暖房)する。
Further, during the heating operation, the four-
図21により空気調和装置の室外機110の構成を説明する。空気調和装置の室外機110は、平面視で略L字状の室外側熱交換器102、室外機110の筐体の底部を構成する底板111(ベース)、筐体の天面を構成する平板状のトップパネル112、筐体の前面と一側部を構成する平面視で略L字状のフロントパネル113、筐体の他側部を構成するサイドパネル114、風路(送風機室)と機械室を分けるセパレータ115、電気品が収納される電気品ボックス116、冷媒を圧縮する電動圧縮機100、冷媒回路を形成する冷媒配管・冷媒回路部品類117、室外側熱交換器102に送風を行う室外側送風機105等で構成されている。
The configuration of the
上記のように構成される空気調和装置の室外機110に搭載される電動圧縮機100は、本実施の形態9で述べたように、本実施の形態1から8で述べた、減磁耐力に優れ、回転子を大型化することなく十分なトルクを得ることができる回転子を設けた回転電機を備えているので、室外機を大型化することなく、効率よく冷凍サイクルを行える空気調和装置を得ることができる。
As described in the ninth embodiment, the
1、1a、1b 鉄心板
2 内周側鉄心部
3 外周側鉄心部
5 中間連結部
6 端側連結部、6a 径方向連結部、6b、6c 外周連結部
7a、7b 空隙部
8、8a、8b 冷媒排出路
9、9a、9b 磁石挿入穴
10、10a、10b 永久磁石
11a、11b、12a、12b 凹部
14 冷媒通路用穴
20 回転子鉄心
21 端板
22、22a、22b 冷媒吸入穴
60 回転子
100 電動圧縮機
110 空気調和装置の室外機
201、202、203、211、212、213 部分回転子鉄心
d 間隙
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石挿入穴に、径方向に間隙を有するように埋設された永久磁石と、
前記回転子鉄心の回転軸方向の両端部にそれぞれ設けられた端板と、
前記端板に、前記永久磁石挿入穴と連通すべく設けられた流体吸入穴と、
を備え、
前記鉄心板で磁極毎にn等分に分割された一つの部位が、さらに、
前記回転子鉄心の前記回転軸側に位置する内周側鉄心部と、
前記回転子鉄心の外周側に位置する外周側鉄心部と、
前記内周側鉄心部と前記外周側鉄心部とを結合する複数の連結部と、
前記内周側鉄心部と前記外周側鉄心部との間で、前記連結部を介して回転方向に並設され、前記鉄心板が積層された際に前記永久磁石挿入穴を形成すべく設けられた複数の磁石挿入穴用開口部と、
前記磁石挿入穴用開口部の少なくとも一つが、前記回転子鉄心の外周側の外部に連通する流体排出路と、
を備える回転子。 A rotor core formed by laminating a plurality of core plates in the direction of the rotation axis, the core plate exhibiting a n-fold symmetrical shape with respect to the rotation axis so as to correspond to the number of magnetic poles;
A permanent magnet embedded in the permanent magnet insertion hole provided on the outer peripheral side of the rotor core so as to have a gap in the radial direction;
End plates respectively provided at both ends of the rotor core in the rotation axis direction;
A fluid suction hole provided in the end plate to communicate with the permanent magnet insertion hole;
With
One part divided into n equal parts for each magnetic pole in the iron core plate,
An inner peripheral side iron core part located on the rotating shaft side of the rotor core;
An outer peripheral side core portion located on the outer peripheral side of the rotor core; and
A plurality of connecting portions for connecting the inner peripheral side iron core part and the outer peripheral side iron core part;
Between the inner peripheral side iron core part and the outer peripheral side iron core part, they are arranged side by side in the rotation direction via the connecting part, and are provided to form the permanent magnet insertion hole when the iron core plates are stacked. A plurality of magnet insertion hole openings,
At least one of the magnet insertion hole openings communicates with the outside on the outer peripheral side of the rotor core;
Rotor with.
前記回転子の外周外側に設けられる固定子と、
を備える回転電機。 The rotor according to any one of claims 1 to 9,
A stator provided on the outer periphery of the rotor;
A rotating electrical machine.
前記回転電機により回転されることで、低圧の流体を高圧の流体に圧縮する圧縮機構と、
を備える電動圧縮機。 The rotating electrical machine according to claim 10,
A compression mechanism that compresses a low-pressure fluid into a high-pressure fluid by being rotated by the rotating electrical machine;
An electric compressor.
前記電動圧縮機の高圧側に設けられ、前記電動圧縮機から高圧の冷媒が流入する第1の熱交換器と、
前記電動圧縮機の低圧側に設けられ、前記電動圧縮機へ低圧の冷媒を流出する第2の熱交換器と、
前記第1の熱交換器から流出される高圧の冷媒を減圧し、前記第2の熱交換器に流入させるべく、前記第1の熱交換器と前記第2の熱交換器との間に設けられた減圧器と、
を備える冷凍空調装置。 An electric compressor according to claim 11,
A first heat exchanger provided on a high pressure side of the electric compressor, into which a high pressure refrigerant flows from the electric compressor;
A second heat exchanger provided on the low-pressure side of the electric compressor and for discharging a low-pressure refrigerant to the electric compressor;
Provided between the first heat exchanger and the second heat exchanger in order to reduce the pressure of the high-pressure refrigerant flowing out of the first heat exchanger and flow into the second heat exchanger. A pressure reducer,
A refrigeration air conditioner comprising:
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