JP2017055583A - 永久磁石式回転電機、並びにそれを用いる圧縮機 - Google Patents

永久磁石式回転電機、並びにそれを用いる圧縮機 Download PDF

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良一 高畑
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Takamasa Adachi
隆雅 足立
泰典 中野
Yasunori Nakano
泰典 中野
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Satoshi Nakamura
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Abstract

【課題】
高速域においても高トルクを出力できる永久磁石式回転電機、並びにそれを用いる圧縮機を提供する。
【解決手段】
固定子鉄心と、固定子鉄心に設けられる電機子巻線とを有する固定子と、回転子鉄心12と、回転子鉄心に埋設される、回転子の極数分の永久磁石14とを有し、空隙を介して固定子と対向する回転子3と、を備える永久磁石式回転電機が、永久磁石の磁束軸をd軸、d軸と電気角で直交する軸をq軸とする場合、回転子鉄心は、q軸上において内周側に凹む凹部11を有し、凹部は、永久磁石の厚み方向に沿う二つの直線部11b,11cと、二つの直線部の回転子内周側の各端部に接続する曲線部11aとから構成され、永久磁石の外周側の磁極面の端部間の角度θp1と、二つの直線部の回転子外周側の各端部間の角度θp2とが、0.18≦θp2/θp1≦0.5となる関係を有する。
【選択図】図2

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係り、特に、エアコン、冷蔵庫、冷凍庫、あるいは食品ショーケースなどにおける圧縮機に使用するのに好適な永久磁石式回転電機、並びにそれを用いる圧縮機に関する。
従来、永久磁石式回転電機においては、電機子巻線となる固定子巻線に集中巻が採用されると共に、界磁にはネオジム永久磁石などの高磁束密度永久磁石が採用され、小形・高効率化が図られている。しかしながら、小形・高効率化による出力密度の増加に伴い、鉄心の非線形磁気特性(ヒステリシス)の影響が顕著になり、集中巻の採用と相俟って、空間高調波磁束が増大している。
これに対し、特許文献1に記載される従来技術では、回転子鉄心おける固定子との対向面を形成する部位内に、永久磁石の外周側から回転子外周側へと伸びる複数のスリットが設けられる。これにより、ギャップ面における高調波磁束を低減させている。
特開2008−245384号公報
上記従来技術によれば、中・低速域において高効率を得ることができる。しかし、高速域においては、負荷トルクが大きい場合や、モータの電機子巻線の増加により高インダクタンスとなる場合、トルク電流による磁束(q軸磁束)の影響が大きくなるため、電圧・電流位相差が拡大して力率が低下する。このため、永久磁石式回転電機を高トルクに制御することが難しいという問題が生じる。
そこで、本発明は、高速域においても高トルクを出力できる永久磁石式回転電機、並びにそれを用いる圧縮機を提供する。
上記課題を解決するために、本発明による永久磁石式回転電機は、固定子鉄心と、固定子鉄心に設けられる電機子巻線とを有する固定子と、回転子鉄心と、回転子鉄心に埋設される、回転子の極数分の永久磁石とを有し、空隙を介して固定子と対向する回転子と、を備えるものであって、永久磁石の磁束軸をd軸、d軸と電気角で直交する軸をq軸とする場合、回転子鉄心は、q軸上において内周側に凹む凹部を有し、凹部は、永久磁石の厚み方向に沿う二つの直線部と、二つの直線部の回転子内周側の各端部に接続する曲線部とから構成され、永久磁石の外周側の磁極面の端部間の角度θp1と、二つの直線部の回転子外周側の各端部間の角度θp2とが、0.18≦θp2/θp1≦0.5となる関係を有する。
また、上記課題を解決するために、本発明による圧縮機は、作動流体である気体を圧縮容器内に供給する吸込みパイプと、作動流体の容積を縮小する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する永久磁石式回転電機と、圧縮機構により圧縮された作動流体を圧縮容器外に排出する吐出パイプと、を備えるものであって、永久磁石式回転電機を、上記本発明による永久磁石式回転電機とする。
本発明によれば、回転子鉄心に二つの直線部と曲線部を有する凹部が設けられ、かつ0.18≦θp2/θp1≦0.5となる関係により、永久磁石式回転電機のq軸磁束が低減される。これにより、永久磁石式回転電機は、高速域においても高トルクを出力できる。
さらに、圧縮機の圧縮機構を本発明による永久磁石式回転電機で駆動することにより、圧縮機を高効率化できる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
実施例1である永久磁石式回転電機の断面図である。 実施例1の永久磁石式回転電機の回転子鉄心形状を示す断面図である。 比較例の永久磁石式回転電機の低速・低負荷トルク時のベクトル図である。 比較例の永久磁石式回転電機の高速・高負荷トルク時のベクトル図である。 実施例1の永久磁石式回転電機の高速・高負荷トルク時のベクトル図である。 実施例1の永久磁石式回転電機のトルク特性(実線)を示す。 実施例2の永久磁石式回転電機の回転子鉄心形状を示す断面図である。 実施例3である圧縮機の断面図である。
以下、本発明の実施例を図1〜7を用いて説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
各実施例の永久磁石式回転電機は、6極の回転子と、9スロットの固定子から構成される。すなわち、回転子の極数と固定子のスロット数の比が2:3である。回転子の極数、固定子のスロット数、並びにこれらの比は、各実施例における値に限らず、他の値でも、各実施例と同様の効果を得ることができる。例えば、回転子の極数は、4極あるいは8極等としても良い。なお、各実施例における永久磁石式回転電機は、永久磁石が回転子鉄心に埋設される、いわゆる埋込磁石型の回転電機である。
以下の説明において、「軸方向」とは回転子の回転軸方向を示し、「径方向」とは回転子の径方向を示し、「周方向」とは回転子の周方向を示す。
図1は、本発明の実施例1である永久磁石式回転電機の断面図である。本断面図は、回転軸に垂直な方向の断面を示す(後述する図2,6も同様)。なお、本実施例1は、永久磁石式同期電動機として動作する。
図1に示すように、永久磁石式回転電機1は、固定子2と、固定子2の内側に所定のギャップ(空隙)を介して配置され、かつシャフト(図示せず)とともに回転する回転子3とから構成される。固定子2は、円環形状のコアバック5と、コアバック5から径方向内側へ向けて突出する複数のティース4とからなる固定子鉄心6、周方向に隣接するティース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る集中巻の電機子巻線8より構成される。すなわち、電機子巻線8は、径方向に放射状に配されるティース4の軸心周りに巻装され、周方向に、三相巻線のU相巻線8a、V相巻線8b、W相巻線8cが相互に空隙を介して配される。また、複数のティース4は周方向に沿って略等間隔に配列されている。
ここで、永久磁石式回転電機1は、回転子3の極数が6極、固定子2のスロット数が9スロットであるから、スロットピッチは電気角で120°である。また、回転子3の回転中心部に、円柱状のシャフト(図示せず)を収容するシャフト孔15が形成されている。
本実施例の永久磁石式回転電機1においては、三相巻線8a〜8cからなる電機子巻線8に三相交流電流を流すと、回転磁界が発生する。この回転磁界によって永久磁石14および回転子鉄心12に働く電磁力により、回転子3が回転する。
なお、永久磁石式回転電機1が動作する時に固定子鉄心6および回転子鉄心12に発生する渦電流損などの鉄損を低減するために、固定子鉄心6および回転子鉄心12は、珪素鋼板などの磁性鋼板からなる薄板を複数積層した積層体によって構成することが好ましい。
図2は、本実施例1の永久磁石式回転電機1の回転子鉄心形状を示す断面図である。
図2において、回転子3は、その回転中心部にシャフト孔15が設けられる回転子鉄心12を有する。回転子鉄心12内の外周側表面の近傍に、断面が細長い長方形状の永久磁石挿入孔13が複数(本実施例1では極数分である6個)形成される。複数の永久磁石挿入孔13には、それぞれ、磁石材料、例えば希土類のネオジムからなる、平板状の永久磁石14が挿入される。ここで、図2の回転子断面において、永久磁石14の磁極がつくる磁束の方向、つまり永久磁石14の長手方向中心(断面中央)と回転中心とを結ぶ仮想軸をd軸(磁束軸)と定義し、d軸と電気的に、すなわち電気角で直交する軸(永久磁石間の軸)をq軸と定義する。
図2のような断面において、回転子鉄心12の一磁極当たり、一枚の永久磁石14が設けられる。永久磁石14の断面形状は、永久磁石挿入孔13と同様に細長い長方形状であり、その長手方向はd軸に対して幾何的に直角方向に伸びている。
回転子3の回転子鉄心12には、隣接する永久磁石14の極間のq軸上において、内周側に凹む凹部11が設けられている。この凹部11は、後述するようにq軸磁束を抑制する。また、回転子3すなわち回転子鉄心12は、凹部11よりも外周側に位置し、固定子2のティース4とのギャップ長(隙間)が最短のg1となる最外周部と、ギャップ長がg1よりも長いg2となる外周部と、を有する。回転子3におけるギャップ長g1を有する最外周部は、その外周形状が円弧状、角度θp3が電気角で90°〜120°となるように構成される。
凹部11は、永久磁石14の径方向厚み方向と平行に沿う二つの直線部11b,11cと、二つの直線部の回転子内周側端部を結ぶ曲線部11aとを有し、曲線部11aの開始位置は、q軸の両側に位置して隣り合う二つの永久磁石の内周側磁極面におけるq軸に対向する各端部間、本実施例では最近接部間を結ぶ仮想線より、回転子内周側に位置している。すなわち、凹部11の径方向の底部は、永久磁石14の内周側磁極面よりも深い。このように凹部11に曲線部を設けることで、高速域において回転子遠心力に伴う応力の影響を緩和することができる。
なお、本実施例1の凹部11において、曲線部11aは二つの直線部11b,11cと滑らかに接続される。これにより、凹部11内における回転子遠心力に伴う応力の集中が緩和されるので、遠心力に対する回転子の強度が向上する。
回転子3の回転中心Oの周りにおいて、回転子3の一つの磁極を構成する永久磁石14の外周側磁極面の端部間の角度をθp1、凹部11の二つの直線部11b,11cの回転子外周側の各端部間の角度をθp2とする場合、θp1およびθp2は、0.18≦θp2/θp1≦0.5の関係を満たすように設定される。
ここで、本実施例においては、上記のように、集中巻の巻線を有する固定子におけるスロットピッチが電気角で120°である。また、1磁極当たり1.5スロット(=9スロット/6極)であるから、q軸間の角度は電気角で180°である。このため、電気角で、120°≦θp1<180°,0°<θp2≦60°である。従って、0<θp2/θp1≦0.5(=60°/120°)である。さらに、本発明者の検討によれば、本実施例1のように曲線部を有する凹部11が設けられる回転子の場合、0.18≦θp2/θp1とすることにより、後述する図5に示すように、q軸磁束抑制による高速域における実質的なトルク向上効果が得られる。
さらに、回転子3は、永久磁石挿入孔13(永久磁石14)の外周側において、すなわち回転子鉄心12における円弧状部と永久磁石14の外周側磁極面との間において、d軸上およびd軸近傍にはスリットを設けずに、d軸から所定の距離だけ離れた左右両側において複数のスリット10a〜10dがd軸を挟むように設けられる。ここで、スリット10a,10bはd軸に対して対称に配置される。また、スリット10c,10dは、スリット10a,10bの間において、d軸に対して対称に配置される。本実施例では、スリット10a〜10dの内、d軸の最も近くに配置されるスリット10c,10dの距離が、概ねティース4の最小幅に設定される。より具体的に、本実施例においては、スリット10a〜10dの内、平板状の永久磁石14の磁極平面に沿う方向、すなわちd軸に対して幾何的に直角方向で、d軸に最も近いスリット10c,10dの端部間の距離が、概ねティース4の最小幅に設定されている。また、スリット10a〜10dは、永久磁石14の磁束がティース4に集まるように傾けて配置される。すなわち、スリット10a〜10dが外周側へ向かう方向が、d軸に対して平行な方向から傾き、d軸と鋭角をなす。このようなスリット10a〜10dにより、誘導起電力波形を正弦波化して電機子電流を正弦波化でき、誘導起電力と電機子電流との相互作用によって生じる高調波磁束を低減できる。すなわち、スリット10a〜10dにより、電機子反作用が抑制され、機内磁束の高調波成分が低減される。
図3aおよび3bは、本発明者の検討に基づく、従来技術による比較例である永久磁石式回転電機のベクトル図である。なお、図3aは低速・低負荷トルク時であり、図3bは高速・高負荷トルク時である。
図3a,3bのベクトル図は、永久磁石式回転電機を制御するためのd−q軸座標系を用いており、本座標系のd軸方向は、回転子のd軸方向(図2参照)としている。図3a,3bにおいて、Φは永久磁石14による回転子のd軸方向の磁束を示す。ΦおよびΦは、本座標系において、それぞれ、固定子巻線に流れる電機子電流Iのd軸成分およびq軸成分による磁束、すなわちd軸磁束およびq軸磁束を示す。Φは、永久磁石による磁束Φと電機子電流Iによる磁束(Φ,Φ)からなる永久磁石式回転電機全体の磁束、すなわち主磁束を示す。また、Eは無負荷時の誘起電圧を示す。Vは、固定子巻線の端子電圧を示し、主磁束Φに対して位相差が90°である。また、Vは、誘起電圧Eと、電機子電流Iのd軸成分およびq軸成分による電圧降下(ωΦ,ωΦ:ωはインバータの出力角周波数)との合成ベクトルによって表わされる。
図3aが示すように、低速・低負荷トルク時では、電機子電流Iおよびそのq軸成分は小さいためにq軸磁束が小さいので、主磁束Φと永久磁石の磁束Φの位相差が小さい。このため、力率が比較的高くなり、高い効率で所望のトルクが得られる。しかしながら、図3bに示すように、高速・高負荷トルク時では、電機子電流Iおよびそのq軸成分が大きくなるので、主磁束ΦとΦの位相差が大きくなる。このため、力率が低下するので、電機子電流Iを増やした割には、トルクが大きくならず、効率が低下する。
図4は、本発明者の検討に基づく、実施例1の永久磁石式回転電機のベクトル図である。本図4は、高速・高負荷トルク時であり、破線で示すベクトル(Φ’,I’,V’)が実施例1の永久磁石式回転電機のベクトルである。本実施例1の効果を分かり易くするため、図3bに示した比較例のベクトル図を併記している。
図4が示すように、本実施例においては、回転子3に凹部11を設けることにより、回転子のq軸方向における磁気抵抗が増大するため、電機子電流Iを大きくした場合のq軸磁束Φの増大が抑制できる。このため、高速・高負荷トルク時でも、力率の低下が抑制され、比較的高い効率を維持しながら所望のトルクが得られる。
ここで、本実施例1におけるq軸方向の磁気抵抗増大手段すなわちq軸磁束低減手段である凹部11の構成について、さらに具体的に説明する。
図2に示すように、回転子3がq軸上に形成される凹部11の径方向外周側端部と、固定子2のティース4とのギャップ長g2は、d軸側のギャップ長g1より大きくなるように設定される。すなわち、回転子3の外周において凹部11は、固定子2のティース4とのギャップ長が最短のg1となる部位と、g1よりも長いギャップ長のg2となる部位との何れよりもさらに内周側に凹んでいる。
凹部11は、図2に示すように、永久磁石14の径方向の厚み方向に平行な二つの直線部(11b,11c)と、これら直線部の回転子内周側の各端部を結ぶ曲線部(11a)とを有する。さらに、この凹部11が、回転子外周側の左右それぞれにおいて、回転子3すなわち回転子鉄心12の磁極面における円弧状部(θq3)に接続する同磁極面の略直線状のカット部(16a,16b)に接続する。このようにして、回転子3の外周部が構成される。なお、凹部11の直線部が永久磁石14の径方向の厚み方向に平行であることにより、回転子鉄心12において永久磁石14の端部に接する部分の厚さが一様になる。これにより、この部分の強度を確保できると共に、強度を確保するためのこの部分の厚さを査証限度近くに設定できるので、トルクに寄与しない永久磁石14の端部における漏れ磁束を低減することができる。
凹部11において、隣接する永久磁石14の間に回転方向に沿うように位置する内周側曲線部11aと、その内周側曲線部11aの回転方向側端部から回転方向側に広がるように位置する略直線状の回転方向側直線部11bと、内周側曲線部11aの反回転方向側端部から反回転方向側に広がるように位置する略直線状の反回転方向側直線部11cとが接続する。なお、q軸に対して幾何的直角方向において、二つの直線部11b,11cの間隔は、回転子内周側から回転子外周側へ向かって広がっている。
この内周側曲線部11aは、永久磁石14の最近接部を結ぶ線よりも回転子内周側に位置する。すなわち、凹部11の曲線部11aの中央部と回転中心Oとの距離が、永久磁石14と回転中心Oとの距離よりも短い。これにより、q軸磁束が低減される。なお、ここでは時計周りを回転方向として説明したが、反時計周りに回転する回転子3であっても構わない。
さらに、凹部11の回転方向側直線部11bは、外周側端部において磁極面の回転方向側カット部16aに接続し、回転方向側カット部16aは外周側端部から回転方向に向かうにつれ外周側に傾斜する。また凹部11の反回転方向側直線部11cは、外周側端部において磁極面の反回転方向側カット部16bと接続し、反回転方向側カット部16bは外周側端部から反回転方向に向かうにつれ外周側に傾斜する。なお、回転方向側カット部16a、反回転方向側カット部16bの内周側端部と固定子2のティース4とのギャップ長が上記したg2である。
ここで、磁極面のカット部16a,16bと、ティース4の先端すなわち固定子2とのギャップ長は、磁極面の円弧状部と固定子2とのギャップ長g1よりも大きく、最大で上記g2である。このようなカット部16a,16bと前述のスリット11a〜11dにより、永久磁石14の磁束をd軸近傍に集めることができる。これに、凹部11によるq軸磁束低減とが相俟って、永久磁石の磁束分布を正弦波状分布に近づけることができる。
なお、本実施例においては、凹部11を永久磁石の径方向の厚さ方向と平行な二つの直線部(11b,11c)と、各直線部の回転子内周側の端部を結ぶ曲線部と構成するが、これに限定されず、凹部11の内周側から外周側に向かうにつれて左右に広がる形状であればよい。例えば、直線部(11b,11c)とカット部(16a,16b)との接続部に丸みが付けられていても良い。また、上記のような凹部11の断面積は、磁極面のカット部16aおよび反回転方向側カット部16bによりカットされる断面積よりも大きくすることが好ましい。これにより、q軸磁束が低減される。
上述したように、回転子3の一つの磁極を構成する永久磁石14の外周側磁極面の端部間の角度θp1と、凹部11の二つの直線部11b,11cの回転子外周側の各端部間の角度θp2とを、0.18≦θp2/θp1≦0.5となる様に設定し、回転子の磁極部における円弧状部の角度θp3を電気角で90°以上120°以下の範囲内となるように設定することで、q軸の磁気抵抗を増加することが可能となる。このため、図4に示すように、電圧(V’)と電流(I’)の位相差、並びに主磁束Φと永久磁石磁束Φの位相差が低減される。これにより、高速域において、高負荷トルクが得られる。また、永久磁石式回転電機のインダクタンスが大きい場合、電機子反作用の影響による力率低下を抑制することができる。その結果、トルクの低下を抑制しつつ、永久磁石式回転電機の小形・高効率化が可能となる。
図5は、本実施例1の永久磁石式回転電機のトルク特性(実線)を示す。縦軸および横軸は、それぞれトルクおよび電機子電流である。ただし、定格電流を1P.U.とし、また、定格電流を流した際での本実施例のトルク(高速域のトルク)を1P.U.としている。なお、比較例として、従来技術による永久磁石式回転電機のトルク特性を破線で示す。
図5に示すように、本実施例の永久磁石式回転電機のトルクは、従来技術による比較例よりも大きくなり、特に高速域において大きくなっている。
上述のように、本実施例1によれば、電機子反作用の影響による力率低下が抑制されるので、高速域でのトルク低下が抑制される。このため、永久磁石式回転電機の高効率化や小型化が可能になる。
図6は、本発明の実施例2である永久磁石式回転電機の回転子鉄心形状を示す、図2と同様の断面図である。本図において、図2と参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。以下、主に、実施例1とは異なる点について説明する。
本実施例2は、実施例1(図2)と異なり、回転子磁極一極あたり2枚の永久磁石を備える。また、図6のような断面において、2枚の永久磁石14が、シャフト孔15に対して凸のV字状に配置される。すなわち、二つの永久磁石14の断面は、実施例1と同様の形状であるが、d軸を対称軸として、回転子3の回転中心Oに向って凸のV字形に配置される。これにより、高トルク化を図っている。
本実施例2は、実施例1と同様の凹部11を備えている。従って、本実施例2によれば、実施例1と同様に、高速域でのトルク低下が抑制され、永久磁石式回転電機の高効率化や小型化が可能になる。
図7は、本発明の実施例3である圧縮機の断面図である。
図7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とが互いに噛み合う圧縮機構を備え、永久磁石式回転電機により旋回スクロール部材63がクランク軸72を介して旋回運動することによって圧縮動作が行われる。この永久磁石式回転電機として、本発明の実施例1または実施例2が適用される。
また、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、両圧縮室内の作動流体である圧縮ガスは圧縮室66と連通した吐出口67から吐出される。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.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.吐出パイプ70から圧縮機外に排出される。
また、圧縮機を駆動する永久磁石式回転電機は、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。ここで、永久磁石式回転電機は固定子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、実施例1,2(図1,2,6)におけるシャフト孔15に取付けられる。永久磁石式回転電機によってクランク軸72が回転すると、旋回スクロール部材63は、自転せずに、クランク軸72の上部における所定の偏心量を半径とする旋回公転運動を行う。クランク軸72の内部には、油孔74が設けられ、クランク軸72の回転に伴って圧縮容器69の下部にある油溜め部73の潤滑油が油孔74を介して滑り軸受75へ供給される。このような圧縮機に、上述の実施例1,2のうちのいずれかの永久磁石式回転電機を適用することより、圧縮機の効率向上が図られ、省エネ化が可能となる。
ところで、現在の家庭用および業務用のエアコンでは、圧縮容器69内にR410A冷媒が封入されているものが多く、永久磁石式回転電機の周囲温度は80℃以上となることが多い。今後、地球温暖化係数がより小さいR32冷媒の採用が進むと周囲温度はさらに上昇する。永久磁石14、特にネオジム磁石は、高温になると残留磁束密度が低下し、同一出力を確保するために電機子電流が増加することから、前述の実施例1または実施例2の永久磁石式回転電機を適用することで、効率低下を抑えることができる。なお、本実施例3の圧縮機に前述の実施例1または実施例2の永久磁石式回転電機を適用するにあたり、冷媒の種類が制限されるものではない。また、圧縮機は、図7に示すスクロ−ル圧縮機でも良いし、ロ−タリ圧縮機などの他の圧縮機構を有する圧縮機でも良い。
本実施例3によれば、小形・高効率な永久磁石式回転電機を適用することにより、省エネ化が可能な圧縮機を実現できる。また、実施例1,2の永久磁石式回転電機を適用することにより、圧縮機の高速運転が可能になるなど、運転範囲を広げることができる。
さらに、HeやR32などの冷媒においては、R22、R407C、R410Aなどの冷媒と比べて、圧縮機における隙間からの漏れが大きく、特に低速運転時には、循環量に対する漏れの比率が大きくなるため、効率が低下する。低循環量(低速運転)時の効率向上のためには、圧縮機構部を小形化し、同じ循環量を得るために回転数を上げることで、漏れ損失を低減させることが有効である。さらに、最大循環量を確保するために最大回転数も上げることが好ましい。これに対し、上述の実施例1〜3の永久磁石式回転電機1を圧縮機に適用することで、最大トルクおよび最大回転数を大きくすることが可能となり、かつ高速域での損失低減が可能となるため、HeやR32等の冷媒を用いる際に効率を向上することができる。
上述のように、実施例1〜3の永久磁石式回転電機を圧縮機に適用することにより、圧縮機の効率を向上することができる。
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
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、
8a,8b,8c…電機子巻線
10a,10b,10c,10d…スリット
11…凹部
12…回転子鉄心、
13…永久磁石挿入孔
14…永久磁石
15…シャフト孔
60…固定スクロール部材
61,64…端板
62,65…渦巻状ラップ、
63…旋回スクロール部材
66a,66b…圧縮室
67…吐出口
68…フレーム
69…圧縮容器
70…吐出パイプ、
72…クランク軸
73…油留め部
74…油孔
75…滑り軸受け

Claims (10)

  1. 固定子鉄心と、前記固定子鉄心に設けられる電機子巻線とを有する固定子と、
    回転子鉄心と、前記回転子鉄心に埋設される、前記回転子の極数分の永久磁石とを有し、空隙を介して前記固定子と対向する回転子と、
    を備える永久磁石式回転電機において、
    前記永久磁石の磁束軸をd軸、前記d軸と電気角で直交する軸をq軸とする場合、
    前記回転子鉄心は、前記q軸上において内周側に凹む凹部を有し、
    前記凹部は、前記永久磁石の厚み方向に沿う二つの直線部と、前記二つの直線部の回転子内周側の各端部に接続する曲線部とから構成され、
    前記永久磁石の外周側の磁極面の端部間の角度θp1と、前記二つの直線部の回転子外周側の各端部間の角度θp2とが、0.18≦θp2/θp1≦0.5となる関係を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
  2. 請求項1に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記曲線部は、前記q軸の両側に位置する二つの永久磁石の内周側磁極面の前記q軸に対向する各端部間を結ぶ仮想直線よりも回転子内周側に位置することを特徴とする永久磁石式回転電機。
  3. 請求項1に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記q軸に対して幾何的直角方向において、前記二つの直線部の間隔が、回転子内周側から回転子外周側へ向かって広がっていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記回転子鉄心における磁極面は円弧状部を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
  5. 請求項4に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記円弧状部と前記永久磁石の外周側磁極面との間に、複数のスリットが前記d軸に対して対称に設けられることを特徴とする永久磁石式回転電機。
  6. 請求項5に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記磁極面は、前記円弧状部の端部に接続するカット部を有し、
    前記カット部と前記固定子との間の空隙は、前記円弧状部と前記固定子との空隙よりも広いことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  7. 請求項6に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記カット部は、
    前記円弧状部の端部と前記二つの直線部の一方の回転子外周側端部との間に接続される直線状カット部を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
  8. 請求項6に記載の永久磁石式回転電機において,
    前記凹部の断面積は、前記カット部の断面積よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  9. 請求項4に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記円弧状部の角度θp3が電気角で90°以上120°以下であることを特徴とする永久磁石式回転電機。
  10. 作動流体である気体の容積を縮小する圧縮機構と、
    前記圧縮機構を駆動する永久磁石式回転電機と、
    を備える圧縮機において、
    前記永久磁石式回転電機は、
    固定子鉄心と、前記固定子鉄心に設けられる電機子巻線とを有する固定子と、
    回転子鉄心と、前記回転子鉄心に埋設される、前記回転子の極数分の永久磁石とを有し、空隙を介して前記固定子と対向する回転子と、
    を備え、
    前記永久磁石の磁束軸をd軸、前記d軸と電気角で直交する軸をq軸とする場合、
    前記回転子鉄心は、前記q軸上において内周側に凹む凹部を有し、
    前記凹部は、前記永久磁石の厚み方向に沿う二つの直線部と、前記二つの直線部の回転子内周側の各端部に接続する曲線部とから構成され、
    前記永久磁石の外周側の磁極面の端部間の角度θp1と、前記二つの直線部の回転子外周側の各端部間の角度θp2とが、0.18≦θp2/θp1≦0.5となる関係を有することを特徴とする圧縮機。
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