JP2020150615A - Motor and apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機及びこれを備える機器に関する。 The present invention relates to an electric motor and a device including the electric motor.
密閉型圧縮機に用いられる電動機には小型化が要求される。冷蔵庫やヒートポンプ式給湯器に搭載される密閉型圧縮機においては、たとえば電動機の回転子外径が55〜65mmと設計されることが多くなってきている。回転子鉄心内に埋め込まれる永久磁石の数は、効率化の観点からは多い方が好ましいが、小型の回転子鉄心に多数の永久磁石を配することは難しく、多くの場合、回転子の極数は4または6とされる。 The electric motor used in the closed compressor is required to be miniaturized. In a closed compressor mounted on a refrigerator or a heat pump type water heater, for example, the outer diameter of the rotor of the electric motor is often designed to be 55 to 65 mm. The number of permanent magnets embedded in the rotor core is preferably large from the viewpoint of efficiency, but it is difficult to arrange a large number of permanent magnets in a small rotor core, and in many cases, the rotor poles. The number is 4 or 6.
しかし、8極や10極といったさらなる多極化が達成できれば、1極あたりの必要磁束量が分散し、固定子の磁路を減らすことができるなど、さらなる高効率化が期待できる。回転子8極、または10極への好適なスロット数の組み合わせとしては12スロットが考えられる。
However, if further multipolarization such as 8 poles or 10 poles can be achieved, the required magnetic flux amount per pole can be dispersed and the magnetic path of the stator can be reduced, and further improvement in efficiency can be expected. Twelve slots can be considered as a suitable combination of the number of slots for the
回転子の大型化を回避しつつスロット数を増加させるには、永久磁石形状に工夫が求められる。永久磁石については、磁束量の観点からは、成形自由度の大きいボンド磁石よりも、焼結磁石が好ましい。しかし、焼結磁石を小型に成形することは比較的難度が高い。例えば、成形性や耐久性等の観点から、円弧状に成形する際の最大円弧角や曲率半径を自由に設計できなかったり、厚みを均一にしなければならなかったりという制約が現れてくる。このため、1スロットに設計者所望の形状の焼結磁石を配するべく、2つ以上の焼結磁石を配することが知られているが、永久磁石数の増加はコスト増加を招来するため好ましくない。 In order to increase the number of slots while avoiding the increase in size of the rotor, it is necessary to devise the shape of the permanent magnet. As for the permanent magnet, a sintered magnet is preferable to a bond magnet having a large degree of freedom in molding from the viewpoint of the amount of magnetic flux. However, it is relatively difficult to mold the sintered magnet into a small size. For example, from the viewpoint of moldability and durability, there are restrictions that the maximum arc angle and the radius of curvature when forming an arc shape cannot be freely designed, or the thickness must be made uniform. For this reason, it is known that two or more sintered magnets are arranged in order to arrange sintered magnets having a shape desired by the designer in one slot, but an increase in the number of permanent magnets causes an increase in cost. Not preferable.
また、1極あたりの永久磁石の配置としては従来、例えば、永久磁石の磁極面を回転子外周の磁極中心点に対向させるものが知られている。たとえば1又は2つ以上の永久磁石をアーク型、バスタブ型、U字型、V字型等に配することが知られている。いずれにしても、磁極中心点側の永久磁石の面積を大きくして磁束量を確保すること、磁極中心側から両端側に向かって徐々に磁束量が低くなる正弦波分布(又はこれに近い分布)が得られる形状にすること、が望まれている。この観点からは、磁極面形状を直線状にするのではなく円弧状にすることが良い。 Further, as the arrangement of the permanent magnets per pole, for example, one in which the magnetic pole surface of the permanent magnets is opposed to the magnetic pole center point on the outer circumference of the rotor is known. For example, it is known that one or more permanent magnets are arranged in an arc type, a bathtub type, a U shape, a V shape, or the like. In any case, increase the area of the permanent magnet on the magnetic pole center point side to secure the magnetic flux amount, and the sine wave distribution (or a distribution close to this) in which the magnetic flux amount gradually decreases from the magnetic pole center side toward both ends. ) Is desired to be obtained. From this point of view, it is preferable that the shape of the magnetic pole surface is not a straight line but an arc shape.
関連する技術として、適用される製品に小型製品を想定しているか明らかではないが、10極化を実現した回転子の例として、特許文献1がある。特許文献1は、直線状の焼結磁石61,62と、形状自由度の高い曲線状のボンド磁石63が1つのスロットに配されている(0004,0008−0009、図1−4)。 As a related technique, it is not clear whether a small product is assumed as the applied product, but Patent Document 1 is an example of a rotor that realizes ten-polarization. In Patent Document 1, linear sintered magnets 61 and 62 and a curved bond magnet 63 having a high degree of freedom in shape are arranged in one slot (0004,0008-0009, FIG. 1-4).
特許文献1は、直線状の焼結磁石で磁束を確保し、曲線状のボンド磁石で焼結磁石を連結しようとしている。直線状の焼結磁石による磁束は正弦波状の分布を与えるにはやや遠い形状となっており、ボンド磁石が配される領域は曲率半径が小さいなど焼結磁石で成形することが困難である、と考えられる。ボンド磁石は成形自由度が高い一方で磁束量が少ない。しかし焼結磁石は磁束量が多い一方で、大きな曲率での成形や、厚みが不均一な形状、大きな円弧角での成形が困難である。 Patent Document 1 attempts to secure magnetic flux with a linear sintered magnet and connect the sintered magnet with a curved bonded magnet. The magnetic flux generated by the linear sintered magnet has a shape that is a little far from giving a sinusoidal distribution, and it is difficult to mold with the sintered magnet because the region where the bond magnet is arranged has a small radius of curvature. it is conceivable that. Bonded magnets have a high degree of freedom in molding but a small amount of magnetic flux. However, while the sintered magnet has a large amount of magnetic flux, it is difficult to mold it with a large curvature, a shape having a non-uniform thickness, and a large arc angle.
上記事情に鑑みてなされた本発明は、
固定子と、
該固定子の空隙に配され、回転軸が配される回転子鉄心と、
該回転子鉄心に配された焼結磁石と、を有し、
軸方向視で、該焼結磁石は、
前記固定子側に位置し、該焼結磁石よりも前記固定子側に在る第1の点を中心とする曲率半径R1の略円弧状の固定子側円弧部と、
前記回転軸側に位置し、該焼結磁石よりも前記固定子側に在る第2の点を中心とする曲率半径R2の略円弧状の軸側円弧部と、を有し、
前記R2は、前記第2の点から前記q軸に下ろした垂線の長さL2の95%以上である電動機である。
The present invention made in view of the above circumstances
Stator and
A rotor core, which is arranged in the gap of the stator and has a rotating shaft,
It has a sintered magnet arranged on the rotor core and
In axial view, the sintered magnet is
A substantially arc-shaped stator-side arc portion having a radius of curvature R1 centered on a first point located on the stator side and on the stator side of the sintered magnet.
It has a substantially arcuate axial side arc portion having a radius of curvature R2 centered on a second point located on the rotating shaft side and on the stator side of the sintered magnet.
The R2 is an electric motor having a length L2 of a perpendicular line drawn from the second point to the q-axis, which is 95% or more.
本発明の実施形態を添付の図面を参照しつつ説明する。
本実施形態の電動機1は、10極12スロットのタイプであるが、極数やスロット数は必ずしもこれに限られない。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The electric motor 1 of the present embodiment is a type of 10 poles and 12 slots, but the number of poles and the number of slots are not necessarily limited to this.
図1は本実施形態の電動機1の斜視図である。図2は図1の軸方向に垂直な断面図である。
電動機1は、固定子及び回転子を有している。
FIG. 1 is a perspective view of the electric motor 1 of the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the axial direction of FIG.
The electric motor 1 has a stator and a rotor.
(固定子)
固定子は、電磁鋼板を積層して形成され、図2のような上面視(軸方向視)で中央側に円形の空隙を備えた固定子鉄心4、固定子鉄心4に周方向に複数(本実施形態では12個)並べられていて円形の空隙に内周端がそれぞれ対向するティース42、上面視でティース42間それぞれの空隙である複数(本実施形態では12個)のスロット41を有している。スロット41それぞれには、絶縁材6を介して各相のコイル5が計12か所に巻き回されている。電動機1は単相駆動でもよいし3相駆動でもよい。
(stator)
The stator is formed by laminating electromagnetic steel plates, and has a plurality of
(回転子)
回転子は、固定子鉄心4の円形の空隙に配されており、電磁鋼板を積層して形成された回転子鉄心7を有している。回転子鉄心7の外周73がティース42の内周端に対向する。上面視中心には、回転軸(例えば、圧縮機のクランクシャフト)が挿通及び固定される中心孔72が配されている。上面視で外周73と中心孔72との間には、磁石挿入孔71が複数(本実施形態では10か所)配され、各々に永久磁石8が設けられている。回転軸心となる中心孔72の中心Oを基準にして、永久磁石8の中心に向かう方向をd軸方向とし、2つの永久磁石8間の中央(磁極間)に向かう方向をq軸方向とする。以下では、仮想の半直線としてd軸とq軸とを用いて説明することがある。本実施形態の回転子の半径rは33.00mmとしている。以下では、永久磁石8等に関して寸法を記載しているが、rの値を参照してr等に対する寸法の比率を求めることができることは自明である。また、文脈にしたがって本明細書に掲げられる寸法等が満たす関係式について、寸法の比率等を改めて演算し、この比率以下もしくは未満又は以上もしくは超とするべき基準値(関係式の上下限)を求めることができる。
(Rotor)
The rotors are arranged in the circular voids of the
(永久磁石8)
図3は(a)永久磁石1個の軸方向視の断面図および(b)斜視図である。図4は回転子磁極1極全体と、それに隣接する回転子磁極の一部との上面図である。
永久磁石8は、固定子側の固定子側面と、回転軸側の軸側面とを有する焼結磁石である。
(Permanent magnet 8)
FIG. 3 is (a) a cross-sectional view of one permanent magnet in the axial direction and (b) a perspective view. FIG. 4 is a top view of the entire rotor magnetic pole 1 pole and a part of the rotor magnetic poles adjacent thereto.
The
固定子側面としては、永久磁石8、好ましくは回転子鉄心4よりも固定子側に在る点85(第1の点)を中心とする略円弧状に形成された固定子側円弧部81を有している。固定子側円弧部81の曲率半径R1は、点85からq軸に下ろした垂線の長さL1よりも短い。
As the stator side surface, a stator
磁束量を大きくする観点から、固定子側面の面積を大きくすることが求められる。このため、固定子側面は、軸方向視における周長が長い方が好ましい。1つの焼結磁石では、2つの線分で描かれるような、例えばV字状の成形は困難であることから、曲線状の成形をなすことが考えられる。すると、少なくとも周方向内側(d軸側)を略円弧状にすることが好ましい。 From the viewpoint of increasing the amount of magnetic flux, it is required to increase the area of the side surface of the stator. Therefore, it is preferable that the side surface of the stator has a long circumference in the axial direction. Since it is difficult to form a V-shape, for example, which is drawn by two line segments with one sintered magnet, it is conceivable to form a curved shape. Then, it is preferable that at least the inside in the circumferential direction (d-axis side) has a substantially arc shape.
本実施形態では、固定子側面の全部を円弧状として固定子側円弧部81としており、第1の点85から固定子側円弧部81の両端それぞれまでの3点を仮想の線分で結んだ場合になされる角θ、すなわち中心角(円弧角)を140°以上150°以下にしている。140°以上とすることで周長を確保できる。しかし、円弧角を大きくする成形は困難であり、150°以下とすることで1つの焼結磁石による成形性を確保できる。
In the present embodiment, the entire side surface of the stator is formed into an arc shape to form the stator
また、第1の点85が軸側に在ると、必然的に軸側面も軸側にずれていくことになる。1極を納めるべき領域(図3,4に例示するような、回転軸心Oから(360/(極数))°の領域)は、軸側が狭く固定子側が広い形状であるから、永久磁石8の厚みを確保したり均一にしたりしにくくなる。よって、固定子側面を固定子側に設定すべく、第1の点85は、好ましくは回転子鉄心4の外周上又はこれより固定子側に位置する。
Further, when the first point 85 is on the shaft side, the side surface of the shaft is inevitably shifted to the shaft side. The area where one pole should be stored (the area from the rotation axis O (360 / (number of poles)) ° as illustrated in FIGS. 3 and 4) has a shape in which the shaft side is narrow and the stator side is wide, so that the permanent magnet is used. It becomes difficult to secure or make the thickness of 8 uniform. Therefore, in order to set the stator side surface to the stator side, the first point 85 is preferably located on the outer circumference of the
このため、周長の確保の観点や永久磁石8の厚みの確保等の観点から、第1の点85は、好ましくは回転子鉄心4の外周上、又は回転子鉄心4よりも固定子側に在る。
Therefore, from the viewpoint of securing the peripheral length and the thickness of the
また、焼結磁石の成形性の観点から、磁石の曲がり深さ、すなわちd軸と交わる点から固定子側円弧部81の両端それぞれを仮想の線分で結んだ場合になされる角Φに下限を設けることが好ましく、例えば105°以上にする。
Further, from the viewpoint of moldability of the sintered magnet, the lower limit is the angle Φ formed when both ends of the stator
このとき、「固定子側円弧部81の端部」とは、永久磁石8に面取り等の丸みを持たせる加工がされている場合は、固定子側円弧部81の仮想の延長線と後述する接続部84の仮想の延長線との交点とすることができる。
At this time, the "end of the stator-
なお、固定子側面としては、固定子側円弧部81の両端から、固定子側に向けて直線状に延ばす部分を設けてもよいが、焼結磁石の成形性の観点から、第1の点85から直線部分の両端2点それぞれとを結んだ場合になされる角は、全体が円弧状である場合と略同じ制限を受ける。一部を直線状にするよりも全部を円弧状にする方が周長を確保しやすいから、本実施形態のように、全体を円弧状とする方が最も好ましい。尤も、周長の略全体、すなわち、周長の90%以上、95%以上、又は98%以上を円弧状としてもよい。また、磁束分布を正弦波状に近づける観点からも、略全体を円弧状とする方が好ましい。
The side surface of the stator may be provided with a portion extending linearly from both ends of the
軸側面としては、永久磁石8よりも固定子側に在る点86(第2の点)を中心とする略円弧状に形成された軸側円弧部82を有している。軸側円弧部82の曲率半径R2は、第2の点86からq軸に下ろした垂線の長さL2の95%以上にすることができ、98%以上、99%以上、または100%以上にしてもよい。ただし、100%以上とした場合であっても、後述のq軸沿部83を有することで、軸側面は、q軸とは交わりも接しもしないで離間している。
The side surface of the shaft has a shaft-
さて、焼結磁石は通常、材料となる磁性粉を、磁極化する方向に磁場を加えながらプレスして成形される。優れた磁気特性を出すために、プレス方向は磁場方向と略一致するように金型設計するのが一般的であり、本実施形態では、軸方向に垂直な方向からプレスされる。 By the way, a sintered magnet is usually formed by pressing a magnetic powder as a material while applying a magnetic field in the direction of magnetic pole formation. In order to obtain excellent magnetic characteristics, the die is generally designed so that the pressing direction substantially coincides with the magnetic field direction, and in the present embodiment, the pressing is performed from the direction perpendicular to the axial direction.
すると、プレス圧を均一にかけるには、図3(a)のような軸方向視の形状における厚みが概ね均一であることが好ましい。すなわち、厚みが小さくなるq軸側の厚さの最小値Xと厚みが大ききなるd軸側の厚さの最大値Yとの差が小さくなることが好ましい。このため、本実施形態では第1の点85と第2の点86とを略一致させて固定子側円弧部81と軸側円弧部82とを略同心円にすることで厚みを均一にしている。
Then, in order to apply the press pressure uniformly, it is preferable that the thickness in the shape in the axial direction as shown in FIG. 3A is substantially uniform. That is, it is preferable that the difference between the minimum value X of the thickness on the q-axis side where the thickness is small and the maximum value Y of the thickness on the d-axis side where the thickness is large is small. Therefore, in the present embodiment, the thickness is made uniform by substantially matching the first point 85 and the second point 86 and making the stator-
2つの点85,86は必ずしも一致しなくてもよいが、不一致とする場合は第2の点86が第1の点85よりも固定子側に在るのが良い。これにより、後述するq軸沿部83を設けてもXが薄くなりすぎる虞を低減できる。
The two points 85 and 86 do not necessarily have to match, but if they do not match, the second point 86 should be on the stator side of the first point 85. As a result, it is possible to reduce the possibility that X becomes too thin even if the q-
XとYとの差が5.00mm以下になる程度の不一致に収まることが好ましく、または、1.0≦Y/X≦1.2の不等式が成り立つのが良い。なお、本実施形態のようにX≦Yでもよいが、Y<Xとして1.0<X/Y≦1.2でもよい。 It is preferable that the difference between X and Y is within a discrepancy of 5.00 mm or less, or that the inequality of 1.0 ≦ Y / X ≦ 1.2 holds. Although X ≦ Y may be used as in this embodiment, 1.0 <X / Y ≦ 1.2 may be used as Y <X.
また、軸側面はさらに、軸側円弧部82の両端側それぞれに接続し、固定子側に向けてq軸に沿って、好ましくはq軸と平行に延在するq軸沿部83を有する。ここで、「沿う」とは、沿われる対象に一致することは含まない。すなわちq軸沿部83は、q軸から一部または全部が離間しており、q軸とは一部または全部が一致しない。
Further, the shaft side surface is further connected to both end sides of the shaft
q軸沿部83は、その軸側が、好ましくはq軸沿部83の全部が、軸側円弧部82を仮想的に延長した延長線よりd軸側に位置するようにされている。また、別の見方としては、q軸沿部83は、その軸側が、好ましくはq軸沿部83の全部が、第2の点86を中心とする半径R2の仮想の円の内側(境界を含む。)に、位置している。
第1の点85は本実施形態と同様にして第2の点86と同一でもよいし、第2の点86より軸側でもよい。
The axis side of the q-
The first point 85 may be the same as the second point 86 as in the present embodiment, or may be on the axial side of the second point 86.
また、固定子側面と軸側面とをつなぐ部分として、固定子側円弧部81の両端側それぞれとq軸沿部83の固定子側それぞれとをつなぐ接続部84とを有する。
Further, as a portion connecting the side surface of the stator and the side surface of the shaft, there is a connecting
このような永久磁石形状とすることで、永久磁石の磁極面となる固定子側円弧部81の面積を確保しつつ、曲率半径が小さい部分が現れたり磁石厚みが薄くなったり不均一になったりすることを抑制できるから、永久磁石8の成形性や耐久性を向上できる。
By adopting such a permanent magnet shape, while securing the area of the stator-
また、中央側の磁束量を多く、両端側の磁束量を少なく構成し、好適な磁束分布に近づけられるので、多極実現のために効果的に永久磁石を敷き詰めることができる。 Further, since the amount of magnetic flux on the center side is large and the amount of magnetic flux on both ends is small, and the magnetic flux distribution can be brought close to a suitable one, permanent magnets can be effectively spread for the realization of multiple poles.
これにより空気調和機やヒートポンプ式給湯機などの密閉形圧縮機の固定子寸法を大型化することなく、例えば8極や10極以上の多極化ができるので、小形、低コスト、高効率化した密閉型電動機を提供することできる。 As a result, it is possible to increase the number of stators of sealed compressors such as air conditioners and heat pump water heaters to 8 poles or 10 poles or more without increasing the size of the stator. A type electric motor can be provided.
図5は電動機を搭載した機器の一例としての密閉形圧縮機の縦断面図である。図6は密閉形圧縮機を搭載した家電機器の一例としての冷蔵庫の縦断面図である。家電機器としてはほかに、空気調和機やヒートポンプ式給湯機などが挙げられる。
密閉容器50内には、電動機1と、回転子に締結されたクランクシャフト35とクランクシャフトの回転運動をピストン37の往復運動に変換するコンロッド36で構成される動力伝達部と、ピストン37の往復運動によりシリンダ38内で冷媒ガスを圧縮し冷媒ガスの吸込・吸込を制御するバルブプレート19から構成される圧縮機機構部から構成される。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a closed compressor as an example of a device equipped with an electric motor. FIG. 6 is a vertical sectional view of a refrigerator as an example of a home electric appliance equipped with a closed compressor. Other home appliances include air conditioners and heat pump water heaters.
Inside the
電動機1はコイル5に電流を流して固定子に発生する電磁力によって、回転子をシャフト35と共に、回転させる。
The electric motor 1 causes the rotor to rotate together with the
1 電動機
4 固定子鉄心
41 スロット
42 ティース
5 コイル
6 絶縁材
7 回転子鉄心
71 磁石挿入孔
72 中心孔
73 外周
8 永久磁石
81 固定子側円弧部
82 軸側円弧部
83 q軸沿部
84 接続部
85 固定子側円弧部の中心点(第1の点)
86 軸側円弧部の中心点(第2の点)
50 密閉型圧縮機
100冷蔵庫
1
86 Center point of the arc on the axis side (second point)
50
Claims (6)
該固定子の空隙に配され、回転軸が配される回転子鉄心と、
該回転子鉄心に配された焼結磁石と、を有し、
軸方向視で、該焼結磁石は、
前記固定子側に位置し、該焼結磁石よりも前記固定子側に在る第1の点を中心とする曲率半径R1の略円弧状の固定子側円弧部と、
前記回転軸側に位置し、該焼結磁石よりも前記固定子側に在る第2の点を中心とする曲率半径R2の略円弧状の軸側円弧部と、を有し、
前記R2は、前記第2の点から前記q軸に下ろした垂線の長さL2の95%以上である電動機。 Stator and
A rotor core, which is arranged in the gap of the stator and has a rotating shaft,
It has a sintered magnet arranged on the rotor core and
In axial view, the sintered magnet is
A substantially arc-shaped stator-side arc portion having a radius of curvature R1 centered on a first point located on the stator side and on the stator side of the sintered magnet.
It has a substantially arcuate axial side arc portion having a radius of curvature R2 centered on a second point located on the rotating shaft side and on the stator side of the sintered magnet.
The R2 is an electric motor having 95% or more of the length L2 of the perpendicular line drawn from the second point to the q-axis.
該焼結磁石のq軸に沿って、かつq軸とは一致しないq軸沿部を有し、
該q軸沿部の回転軸側は、前記第2の点を中心とする半径R2の仮想の円の内側又は境界上に位置する請求項1に記載の電動機。 The sintered magnet is
It has a q-axis portion along the q-axis of the sintered magnet and does not coincide with the q-axis.
The electric motor according to claim 1, wherein the rotation axis side along the q-axis is located inside or on a boundary of a virtual circle having a radius R2 centered on the second point.
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