JP3797122B2 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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関し、特に、空気調和機の圧縮機などに搭載される永久磁石式回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の永久磁石式回転電機においては、様々な形状の永久磁石が採用されている。例えば、特開平６−３３９２４１号公報に記載の永久磁石式回転電機においては、固定子鉄心に形成された複数のティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子とを有し、リラクタンストルクを利用して回転電機の出力を向上させようとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、回転電機の出力向上に着目しており、回転電機として実用化するには騒音問題を切り離しては考えられない。すなわち、集中巻は従来の分布巻に比して脈動トルクが増加し、しばしば騒音が問題になることがある。
【０００４】
本発明の目的は、集中巻を採用しても騒音問題を解決できる永久磁石式回転電機を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が納められた回転子とを有する永久磁石式回転電機において、スロットの外周面とティースの内周面の一部に平行部分を設けた永久磁石式回転電機を提案する。
【０００６】
本発明では、また、固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心上に永久磁石を配置してその外周面を非鉄金属でカバーした回転子とを有する永久磁石式回転電機において、スロットの外周面とティースの内周面の一部に平行部分を設けた永久磁石式回転電機を提案する。
【０００７】
永久磁石式回転電機の騒音を低減するにはおおもとの電磁加振力を小さくするか、あるいはそれによって共振している構造体をなくすのが有効な対策である。
【０００８】
本発明は、共振している構造体をなくすことに着目して種々検討した結果の構成である。
【０００９】
すなわち、スロットの外周面とティースの内周面の一部に平行部分を設け、ティースの磁極片の揺動を防止することにより振動騒音の小さな永久磁石式回転電機を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図８を参照して本発明による永久磁石式回転電機の実施形態を説明する。
【００１１】
（実施形態１）
図１は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の径方向断面形状を示す。図において、永久磁石式回転電機１は固定子２と回転子３から構成される。固定子２はティース４とコアバック５からなる固定子鉄心６と、ティース４間のスロット７内にはティース４を取り囲むように巻装された集中巻の電機子巻線８（三相巻線のＵ相巻線８Ａ，Ｖ相巻線８Ｂ，Ｗ相巻線８Ｃからなる）がある。９は円弧状のスロット外周面であり、そのスロット外周面９の一部にティース内周面の直線部分１１と平行である平行部分（スロット外周面直線部分）１０を有する。図２は本発明による実施形態１の回転子の径方向断面形状を示す。回転子３は回転子鉄心１２に形成した永久磁石挿入孔１３中に永久磁石１４が納められ、シャフト（図示せず）と嵌合するためのシャフト孔１５からなる。
【００１２】
ところで本発明の対象とする圧縮機用永久磁石式回転電機１では振動・騒音がしばしば問題になることが多い。特に集中巻の電機子巻線８は１２０度巻線であるため（従来の分布巻の電機子巻線は１８０度巻線であるため、高調波起磁力が少ない）、高調波起磁力が多く含まれ、振動・騒音の発生原因となる高調波の電磁加振力が発生する。集中巻の電機子巻線を採用するに当たっては振動・騒音問題をチェックする必要がある。
【００１３】
図３に本発明の固定子スロット形状を示す断面図である。図において、ティース４の内周面の直線部分１１は磁極片１６まで伸び、スロット７の外周面９の一部にティース４の内周面の直線部分１１と平行である平行部分（スロット外周面直線部分）１０を有する時、スロット７の外周面９と直線部分１０を含めた幅をＡ，スロット７の外周面９の幅をＢとし、このＢ／Ａを種々変えて騒音試験を行った。
【００１４】
図４は本発明の実施形態１の騒音比較を示す。図に示すようにＢ／Ａを５％単位で変化した場合、６次成分の騒音はＢ／Ａ＝７５％以上で大きくなるので×、逆にＢ／Ａ＝７０％以下で小さくなるので〇、と判断した。従って、騒音だけ見ればＢ／Ａ＝７０％以下に設定すれば低減できる。一方、圧縮機用永久磁石式回転電機１では省エネルギー競争が激化しており、モータ効率も問題となる。同様にＢ／Ａに対するモータ効率で見ると、Ｂ／Ａ＝５０％以下に設定するとスロット７の電機子巻線８の収容面積が小さくなり、細い線径のコイルを使用せざるを得なくなって巻線抵抗が増加し、モータ効率が低下するので×、Ｂ／Ａ＝５５％以上にすると有効な電機子巻線８の収納面積が確保され、巻線抵抗が小さくなってモータ効率がアップするので〇、と判断した。
【００１５】
したがって、騒音とモータ効率を両立する場合にはＢ／Ａを５５〜７０％に設定すれば良い。
【００１６】
（実施形態２）
図５は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の径方向断面形状、図６は本発明による実施形態２の回転子の径方向断面形状である。図中において、図１，図２で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図２と異なるのは、回転子鉄心１７が突起部１８を有し、その回転子鉄心１７の外周側に永久磁石１４を配置し、そして永久磁石１４の外周面を非磁性の非鉄金属材料の保護カバー１９で覆ったものである。振動・騒音を低減するには実施形態１のように、固定子形状で逃げられるものと、電磁加振力そのものの低減が必要になる場合がある。保護カバー１９そのものが、例えばステンレススチールで構成すると、高調波電流による磁束を打ち消すようにステンレススチール内にうず電流が流れるので、振動・騒音を低減できる。
【００１７】
（実施形態３）
図７は、本発明による永久磁石式回転電機の実施形態３の径方向断面形状である。図中において、図１で示した同一物には同一符号を付したので説明を省略する。図１と異なるのは、固定子鉄心６のティース４の内周側に直線部分１１の一部に円弧状部分２０を設けたもので、基本的性能は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００１８】
（実施形態４）
図８は、本発明に係わる空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。６０は室外機、６１は室内機、６２は圧縮機であり、圧縮機６２内には永久磁石式回転電機６３と圧縮部６４が封入されている。６５は凝縮器、６６は膨張弁、６７は蒸発器である。冷凍サイクルは冷媒を矢印の方向に循環させ、圧縮機６２は冷媒を圧縮して凝縮器６５，膨張弁６６からなる室外機６０と、蒸発器６７からなる室内機６１間で熱交換を行って冷房機能を発揮する。本発明で示した永久磁石式回転電機１を使用すると、永久磁石式回転電機１の出力向上とともに振動・騒音を低減できることから、環境問題に配慮した圧縮機および空気調和機を提供できる効果がある。
【００１９】
以上の本発明の説明ではティース内周面をストレートにした形状で説明したが、非同心など限りなくストレートに近い形状であっても問題無いことは言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、振動騒音の小さな永久磁石式回転電機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態１の径方向断面形状を示す図である。
【図２】本発明による実施形態１の回転子の径方向断面形状を示す図である。
【図３】本発明の固定子スロット形状を示す断面図を示す図である。
【図４】本発明による本発明の実施形態１の騒音比較を示す図である。
【図５】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態２の径方向断面形状を示す図である。
【図６】本発明による実施形態２の回転子の径方向断面形状を示す図である。
【図７】本発明による永久磁石式回転電機の実施形態３の径方向断面形状を示す図である。
【図８】本発明に係わる空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。
【符号の説明】
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、８…電機子巻線、９…スロット外周面、１０…スロット外周面直線部分、１１…ティース内周面直線部分、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、１６…磁極片、１７…回転子鉄心、１８…突起部、１９…保護カバー、２０…ティース内周面円弧部分、６０…室外機、６１…室内機、６２…圧縮機、６３…永久磁石式回転電機、６４…圧縮部、６５…凝縮器、６６…膨張弁、６７…蒸発器。

Claims (4)

  1. 固定子鉄心に形成された複数のスロット内に先端が略直線であるティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿入孔中に永久磁石が
    納められた回転子とを有し、前記スロットの外周面と前記ティースの内周面の一部に略平行部分を設けるとともに、前記スロットの外周面の幅に対する円弧状の前記ティースの内周面の一部と略平行でない部分の比率を６０％以上７０％以下としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  2. 固定子鉄心に形成された複数のスロット内にティース内に先端が略直線であるティースを取り囲むように集中巻の電機子巻線が施された固定子と、回転子鉄心上に永久磁石を配置してその外周面を非鉄金属でカバーした回転子とを有し、前記スロットの外周面と前記ティースの内周面の一部に略平行部分を設けるとともに、前記スロットの外周面の幅に対する円弧状の前記ティースの内周面の一部と略平行でない部分の比率を６０％以上７０％以下としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  3. 請求項１又は２に記載の永久磁石式回転電機にて駆動されるように構成された圧縮機。
  4. 請求項３に記載の圧縮機を備えた空気調和機。
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