JP3879414B2

JP3879414B2 - 空気調和機

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Publication number: JP3879414B2
Application number: JP2001053429A
Authority: JP
Inventors: 弘中金; 保夫能登原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2021-02-28
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石を界磁に用いた電動機に係り、特に空気調和機を駆動する電動機およびその制御方法に関し、電動機の回転子が第１界磁用磁石と第２界磁用磁石から構成され、トルク方向に応じて第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の磁極中心位置を変化し、かつ回転数に応じて有効磁束量の変化が可能な電動機およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による永久磁石界磁形電動機において、誘導起電力Ｅは回転子に配置されている永久磁石が発生する一定磁束Φと電動機の回転角速度ωによって決定される。つまり、電動機の回転角速度ω（回転数）が上昇すると、電動機の誘導起電力は比例して上昇する。
【０００３】
よって、低速領域で高トルクが得られるが、回転数の可変範囲が狭いために高速領域の運転は困難であった。そこで、弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることが考えられる。
【０００４】
また、暖房運転時は定期的に霜取り運転は行うが、霜取り運転時間が長くなると暖房能力が低下する問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術で述べた弱め界磁制御技術により高速運転領域を広げることは、弱め界磁電流による発熱や効率低下などにより限界がある。
【０００６】
また、暖房運転時の霜取り運転は軽負荷であり、高速回転が望ましいが永久磁石の誘導起電力の上昇による弱め界磁制御にも限界がある。
【０００７】
本発明は、冷暖房回転領域における高出力特性と、霜取り運転の高回転領域においても高出力特性が得られる永久磁石形電動機を備えた空気調和機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、空気調和機において、冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機の動力源となる電動機と、この電動機を駆動する駆動回路と、室内において、冷凍サイクルを循環する冷媒と熱交換を行う室内熱交換器と、室外において、冷凍サイクルを循環する冷媒と熱交換を行う室外熱交換器と、冷凍サイクルを循環する冷媒を膨張させる膨張弁と、冷凍サイクルを循環する冷媒の流れ方向を切り替える弁とを備え、電動機は、巻線が巻かれた固定子磁極を有する固定子と、第１の界磁磁石及びこの第１の界磁用磁石に対して相対回転が可能な第２の界磁磁石をシャフト上に有する回転子と、第１の界磁用磁石に対して第２の界磁用磁石を軸方向及び回転方向に変位させるための変位機構とを備えており、第１及び第２の界磁用磁石は、回転方向に順次異なった極性の磁極が並んで構成されたものであって、固定子磁極に対向しており、変位機構は、第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と回転子に発生するトルクの方向との釣合いに応じて、第１の界磁用磁石に対して第２の界磁用磁石を軸方向及び回転方向に変位させるものであって、前記冷凍サイクルの運転モードに応じて、第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と回転子に発生する回転トルクの方向との釣合いにより第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石の同磁極中心を並ばせる変位機能と、回転子の発生する回転トルクの方向が反対になることにより第１の界磁用磁石と第２の界磁用磁石の同磁極中心位置をずらす変位機能とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は本実施例の永久磁石形同期電動機を配置した冷凍サイクルの概略を示したものである。
【００１１】
図１（ａ）は暖房運転時の冷凍サイクル（冷媒の流れ）であり、図１（ｂ）は冷房，除湿，霜取り運転時の冷凍サイクルを示す。
【００１２】
図１に示す空気調和機は圧縮機１，前記圧縮機の動力源となる電動機２，四方弁３，膨張弁４，室内熱交換器５，室外熱交換器６を用いて構成される冷凍サイクル中を循環する冷媒の流量を、前記電動機の回転数及び前記電動膨張弁の開度を変えて制御する空気調和機の基本構成である。
【００１３】
まず、図１（ａ）暖房時の冷凍サイクルで説明すると、
（１）圧縮機１で圧縮された高温，高圧の冷媒は四方弁３を通って室内熱交換器５で熱を室内に供給する。
（２）冷やされた冷媒は膨張弁４で急激に膨張させられ、室外熱交換器６で室外の熱を吸収する。
（３）熱を吸収した冷媒は再度、圧縮機１で圧縮される。
（４）暖房運転を続けると、室外熱交換器６は外気より冷たくなるので、そこに霜がつく。
（５）室外熱交換器６に霜がつくと熱交換能力が下がる。
（６）そこで、ある間隔（霜がついたら）で霜取り運転を行う。
次に、霜取り運転時の冷凍サイクルは図１（ｂ）のようになる。
（７）霜取り運転は、四方弁３を切り替え、冷媒の流れを逆にして、高温，高圧の冷媒を室外熱交換器６に通して、霜を解かす。
（８）霜取り運転は、冷房運転と同じ経路をたどる。
（９）この場合、膨張弁４は開いて、単純に暖かい冷媒を循環させる。
（１０）このため、霜取り運転時は軽負荷，高速回転となる（回転数が高いほど循環速度が速くなり、霜取りにかかる時間が低減できる）。
【００１４】
図２は暖房運転時の空気調和機の特性を示す。
【００１５】
図２に示す特性は横軸を時間に取り、縦軸は空気調和機出力（暖房出力）と平均暖房出力，圧縮機回転数及び、室内の温度を示す。空気調和機の最大能力で運転時の従来技術の電動機による諸特性はＡ，本発明の永久磁石形同期電動機による諸特性はＢで示す。
【００１６】
以下に、暖房能力について説明する。
（１）圧縮機起動と同時に暖房能力は最大値まで上昇。その後、霜がつき始め熱交換能力が落ちてくるため、暖房能力が低下する。
（２）ある時間たつと霜取り運転に入る。この場合、一旦圧縮機１を停止させて、冷凍サイクル（四方弁３，膨張弁４）を切り替える。
（３）霜取り運転状態で圧縮機１を高速回転する。従来モータでは、端子電圧の制約からある回転以上には上げられない。本発明では、第２の界磁用磁石の磁極中心位置を変化させ、有効磁束量を少なくすることにより、例えば従来の最高回転数の約２倍程度まで高速化が図れる。
（４）これにより、霜取り時間が短縮され、平均暖房能力が増加し、室温の変動も少なく抑えられる。
【００１７】
霜取り運転時の更なる高速回転による霜取り時間の短縮がされ、空気調和機としてのメリットは以下の通りである。
（１）暖房能力向上，省エネ化。
（２）室温の安定制御，快適性の向上。
【００１８】
図３は図１の圧縮機の駆動源である電動機の回転子同磁極中心がずれた場合の概略を示す。
【００１９】
図１の圧縮機１の駆動源である電動機２の組合せとしては、圧縮機と電動機を一つのハウジングに組合わせるタイプと圧縮機と電動機の各々の機械をカップリングなどを介して動力伝達するタイプなど様々であるが、本発明の電動機２はどちらのタイプでも良い。
【００２０】
図３において、固定子鉄心１０には電機子巻線１１がスロット内に巻装されており、内部に冷媒が流れる冷却路１２をもったハウジング１３に焼ばめされている。ここで、固定子鉄心１０とハウジング１３との締結方法は、焼ばめでなく圧入でもよい。
【００２１】
永久磁石埋め込み型回転子２０はシャフト２２に固定した第１回転子２０Ａとシャフト２２と分離した第２回転子２０Ｂからなる。勿論、永久磁石埋め込み型回転子のみならず、表面磁石型回転子でも良い。
【００２２】
第１回転子２０Ａには、永久磁石２１Ａが回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる。同じく、第２回転子２０Ｂには、永久磁石２１Ｂが回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる。第１と第２回転子の２つの回転子を同一軸上に配置した界磁用磁石は固定子磁極に対向している。
【００２３】
第２回転子２０Ｂの内径側はナット部２３Ｂとなり、それに当たるシャフトにはボルトのネジ部２３Ａとなり、お互いにネジの機能を持たせて接続すると、第２回転子２０Ｂはシャフトに対して回転しながら軸方向に可変可能とする。
【００２４】
また、第２回転子２０Ｂが固定子の中心から所定の変位以上はみ出さないように前記第２回転子２０Ｂの側面から離れたところにはストッパー２４を設ける。さらに、サーボ機構であるストッパー駆動用アクチュエータ２５を設けて、前記ストッパー２４をシャフトと平行に左右に可変可能にすれば、第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の磁極中心のずれる値を変えることが出来る。結果的には、電機子巻線１１がスロット内に巻装されている固定子に対して、第１界磁用磁石と第２界磁用磁石からなる全体の有効磁束量を制御可能である。
【００２５】
上記のようにすることで、トルクの方向に応じて永久磁石の有効磁束量を変化することについて述べる。
【００２６】
基本的に固定子には電機子巻線と回転子には永久磁石を用いる電動機において、電動機として働く時と、発電機として働く時の回転子の回転方向が同じであれば、電動機として働く時と、発電機として働く時の回転子が受けるトルクの方向は反対になる。
【００２７】
また、同じ電動機として働く時、回転子の回転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。同じく、同じ発電機として働く時、回転子の回転方向が反対になれば、トルク方向も反対になる。
【００２８】
上記に説明した回転方向とトルク方向による基本理論を本発明の実施形態に係る電動機に適用すると以下の通りである。
【００２９】
冷暖房回転領域における中低回転領域において運転する時は、図４に示すように、第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの同磁極の中心が揃えるようにして、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を多くして、高トルク特性が得られる。
【００３０】
次に、霜取り運転の高回転領域において運転する時は、図５に示すようにシャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれて、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を少なくすることになり、言い換えると弱め界磁効果があり、高回転領域において高出力特性が得られる。
【００３１】
第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら同磁極の中心がずれて、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量が少ない状態の概略を図５に示す。
【００３２】
図４と図５にはボルトの頭部６１，ボルトのネジ部６０とナット部６２に対応して書いたのがあるが、ボルトの頭部６１は第１回転子２０Ａ，ナット部６２は第２回転子２０Ｂに相当するものである。ボルトのネジ部６０（図３内の２３Ａに相当する）が同じ方向に回転するとすれば、ナット部６２にかかるトルクの方向によって該ナット部６２は締まったり外れたりするように、第２回転子２０Ｂも回転子のトルク方向によって同じ働きをする。
【００３３】
本発明の電動機による誘導起電力の作用について説明する。
【００３４】
図６に永久磁石形同期電動機の回転角速度に対する有効磁束，誘導起電力，端子電圧の特性を示す。
【００３５】
永久磁石形同期電動機の誘導起電力Ｅは回転子に配置されている永久磁石が発生する一定磁束Φと電動機の回転角速度ωによって決定される。つまり図６(ａ)に示す様に、回転子に配置されている永久磁石が発生する一定磁束Φ１が一定ならば、回転角速度ω（回転数）が上昇すると、電動機の誘導起電力Ｅ１は比例して上昇する。しかし、電源の端子電圧とインバータの容量などからインバータの出力電圧は制限があり、定常運転状態の電動機が発生する誘導起電力も制限がある。その為永久磁石形同期電動機では、ある回転数以上の領域では永久磁石が発生する磁束を減らす為、いわゆる弱め界磁制御を行わなくてはならない。
【００３６】
誘導起電力が回転角速度に比例して上昇する為、弱め界磁制御の電流も大きくしなければならない故に、１次導体であるコイルに大電流を流す必要があり、おのずとコイルの発生する熱が増大する。そのため、高回転領域における電動機としての効率の低下，冷却能力を超えた発熱による永久磁石の減磁等が起こりうる可能性がある。
【００３７】
例えば、図６（ａ）に示す様に、回転子に配置されている永久磁石が発生する磁束Φ１がある回転角速度ω１（回転数）のポイントで磁束Φ２に変わると、電動機の誘導起電力Ｅ１から誘導起電力Ｅ２特性に変化することで誘導起電力の最大値を制限することが可能である。
【００３８】
図６（ｂ）は同様に回転角速度ω（回転数）に応じてより細かく磁束Φが変われば、誘導起電力Ｅも一定に保つことが可能であることの概略を示す。
【００３９】
図６に示した特性を得る手段の実施例の一つとして、前記第１界磁用磁石はシャフトに固定し、前記第２界磁用磁石はシャフトと分離すると共に、シャフトにはボルトのネジ部と第２界磁用磁石の内側にはナット部になりお互いにネジの機能を持たせて接続し、第２界磁用磁石の側面から離れたところにはストッパーを設け、ストッパーを回転速度に応じてシャフトと平行に可変可能なサーボ機構を持たせた電動機を用いることで可能である。
【００４０】
図７に圧縮機駆動電動機の制御回路の構成図を示す。
【００４１】
制御方法の一つの例として、１２０度通電制御，誘起電圧磁極位置検出を前提に記載する。
（１）速度制御回路８０：室内熱交換機（室内機）からの速度指令と速度演算回路８３からの速度検出値から電動機２にかける電圧指令値を演算する。
（２）駆動回路８１：電圧指令値に従ってインバータ（スイッチング素子）を駆動する。（ＰＷＭ制御）
（３）速度演算回路８３：位置情報から電動機の速度を演算。
（４）位置検出回路８４：誘導起電力より電動機２の磁極位置を検出して電気角６０度毎の位置情報を出力。（３相１２０度信号）
（５）切替え回路８５：室内熱交換機（室内機）からの運転モード指令に従って、膨張弁４，四方弁３，電動機２を切り替える駆動信号を出力。
【００４２】
ここに、位置検出回路８４は誘導起電力以外にもホールセンサ，エンコーダ，（１８０度なら電流センサ）等で検出しても良い。室外熱交換機は室外機ファンの制御も行っているが、ここでは省略する。
【００４３】
尚、図７における実施例では、電動機２の位置・速度センサ、ならびに電動機の電流センサがある場合のものを示したが、これらの一部のセンサを排除し、センサレスにより電動機２を駆動するタイプの制御構成のものでも、同様に実施可能である。
【００４４】
また、本発明の永久磁石形同期電動機は、運転状況に応じて第１回転子と第２回転子の同磁極中心が並ばせたり、ずれたりすることになるので、前記第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の合成磁極位置のずれに応じて前記インバータを制御するコントローラによる電流供給の進角を補正する機能を持つ。
【００４５】
電流供給の進角を補正する実施例について述べる。
【００４６】
前記第１界磁用磁石はシャフトに固定し、前記第２界磁用磁石はシャフトと分離すると共に、シャフトにはボルトのネジ部と第２界磁用磁石の内側はナット部になりお互いにネジの機能を持たせて接続して運転すると、第２界磁用磁石は回転しながら軸方向に左右に移動する。
【００４７】
運転状況に応じて第１回転子と第２回転子の同磁極中心が並ばせたり、ずれたりする場合の回転角と軸方向変位量の関係を図１６に示す。
【００４８】
図１６において、第２回転子の回転角θと軸方向変位量ΔＬは比例関係であり、変位測定器６４を用いて軸方向変位量ΔＬを測定し、制御回路の位置検出回路（図７内８４）にフィードバックされ第１界磁用磁石と第２界磁用磁石の合成磁極位置のずれ角に換算した値として、電流供給の進角を補正する最適制御に用いる。
【００４９】
図８は本発明の他の実施形態をなす電動機を示す。
【００５０】
前記第１回転子２０Ａはシャフト２２に固定し、前記第２回転子２０Ｂはシャフト２２と分離すると共に、シャフトの一部にはボルトのネジ部２３Ａと第２界磁用磁石の内側にスリーブ４１を固定し、かつスリーブ４１の内側にナット部２３Ｂを固定したものを一体化すれば、シャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら回転する。
【００５１】
第２界磁用磁石の内側とシャフト２２間にはわずかな遊びがあることで、回転と共に第２界磁用磁石の内側とシャフト２２間に鎖交磁束の変化が生じると、電食等の障害があるが、前記スリーブ１１は鉄より電気抵抗率が高い非磁性体を用いることで、第２界磁用磁石の内側とシャフト２２間には磁気的にも、電気的にも絶縁を行う効果がある。
【００５２】
前記第２界磁用磁石と前記シャフト間には回転運動と往復運動及び複合運動を案内出来るようにスリーブ４１の内側に支持機構４０Ａ，４０Ｂを備えた。
【００５３】
第２回転子２０Ｂはシャフトの一部にボルトのネジ部２３Ａとお互いにネジの機能を持たせて接続され、第２界磁用磁石の側面から離れたところには可変可能なストッパー２４を設ける。ストッパー２４とシャフト間、ストッパーと第２回転子２０Ｂの側面間には回転運動と往復運動及び複合運動を案内出来るように支持機構４２，４７を設ける。支持機構４２はスラスト軸受の機能を持ち、支持機構４７はラジアル軸受でありながら回転運動と往復運動及び複合運動を案内する機能を持つ。
【００５４】
さらに、ばね４８を設けることで、支持機構４２はスラスト軸受としてその機能が向上する効果がある。
【００５５】
ストッパー２４はシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例として電磁クラッチについて述べる。
【００５６】
電磁クラッチの構成は、ヨーク４４にコイル４６が巻かれて、ストッパー２４は可動鉄心の機能を兼用することで良い。ヨーク４４とコイル４６は電動機のフレーム４９、若しくは圧縮機の一部に（図に示せず）固定し、ヨーク４４とストッパー２４の間にばね４５を備えて励磁遮断時の復帰装置の機能を持つ。電動機のフレーム４９とシャフト２２の間には軸受５０で支える。
【００５７】
図８はコイル４６に無励磁状態の概略であり、図９はコイル４６に励磁状態の概略を示す。
【００５８】
コイル４６を励磁することでヨーク４４は強力な電磁石となり、可動鉄心の機能を兼用するストッパー２４を吸引する。
【００５９】
コイル４６を励磁してストッパー２４を吸引する時には、シャフト２２に対して第２回転子２０Ｂはボルトのネジ部からナット部が外れるように第１回転子２０Ａと第２回転子２０Ｂの間の間隔が広がりながら回転するようにトルクを加えれば、コイル４６に流す電流の負担が少なくして済む。
【００６０】
ここに示した電磁クラッチはストッパー２４をシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例であり、油圧アクチュエータ，回転機とボールネジなどによる直線駆動装置，リニアモータなどを用いることで、より細かなストッパーの位置決めが可能である。
【００６１】
図１０は第２回転子２０Ｂの内側に固定されるスリーブ４１の一例を示す。
【００６２】
それらの固定方法の一つとして、第２回転子２０Ｂとスリーブ４１からなる２つの部品の接する面のお互いに凸凹を設けて固定した。また、シャフト２２に固定した第１回転子２０Ａとシャフト２２と分離した第２回転子２０Ｂの内側違いの概略を示す。
【００６３】
図１１は本発明の他の実施例を示す。
【００６４】
前記第１界磁用磁石と前記第２界磁用磁石が接する前記第１界磁用磁石側面に凹部５３を設け、前記第２界磁用磁石には前記スリーブの機能を兼ねた突起部５４を設けた構造である。突起部５４はスリーブ４１と一体ものでも良いし、第２回転子２０Ｂと一体ものでも良い。よって、スリーブ４１の十分なスペースが確保出来、ばね４８，支持機構４０Ａ，４０Ｂ，ナット部２３Ｂらを有効に配置することで、第２回転子２０Ｂの軸長積厚が薄い電動機に有効な手法の一つである。
【００６５】
図１２は本発明の他の実施例を示す。
【００６６】
図１２に示す基本構成要素は図８と同じであるが、電磁クラッチに相当する一部を変更した一例である。図１２はコイル４６が励磁状態であり、励磁遮断時はばね４５によりヨーク４４とストッパー２４は切り離れる。また、第２回転子２０Ｂにトルクが加わるボルトのネジ部２３Ａとナット部２３Ｂの相互作用によるネジの機能により推力が得られる特性を持つ。よって、ネジとトルクの相互関係でストッパー２４を押し出す推力が加われば、コイル４６の励磁を遮断するとストッパー２４はヨーク４４と切り離れる。ヨーク４４はアーム５２を介してフレーム４９、若しくは圧縮機の一部に（図に示せず）固定される。
【００６７】
図１２に示す電磁クラッチは、図８，図９の説明と同じくストッパー２４をシャフトと平行に可変可能なサーボ機構の一例であり、油圧アクチュエータ，回転機とボールネジなどによる直線駆動装置，リニアモータなどを用いることで、より細かなストッパー２４の位置決めが可能である。
【００６８】
図１３は本発明の他の実施例を示す。
【００６９】
本発明の電動機の特徴として、第１回転子２０Ａはシャフト２２に対してしっかり固定されているのに対して、第２回転子２０Ｂはシャフト２２に対して自由度を持つことになる。従って、第２回転子２０Ｂとシャフト２２間にはわずかな機械的な寸法の遊びがあり、大きなトルクや遠心力などが加わると偏心することもあり得る。よって、第１界磁用磁石を有する第１回転子２０Ａと前記固定子間のエアギャップＧａｐ１より第２界磁用磁石を有する第２回転子２０Ｂと前記固定子間のエアギャップＧａｐ２の方が大きくしたことで、偏心による第２回転子２０Ｂと前記固定子との機械的な接続を省く効果がある。
【００７０】
ストッパー２４と第２回転子２０Ｂの間、第１回転子２０Ａとに第２回転子２０Ｂの間には、ばね４８，ばね５１を複数個設けることで、第２回転子２０Ｂの急激な変動を押さえたり、トルク方向による動きを補助する効果がある。
【００７１】
勿論、各図に示した各々の構成要素は様々な方法で組合わせることが可能であり、用途に合わせて加えたり、取り外すことは言うまでもない。
【００７２】
以上の本発明の説明では、４極機を対象に述べたが、２極機、又は、６極機以上に適用出来る事は言うまでもない。一例として、図１４には本発明を８極機に適用した場合の永久磁石形同期電動機の回転子概略図を示す。また、回転子においては埋め込み磁石形でも、表面磁石形でも適用出来る事は言うまでもない。
【００７３】
図１５は前記の第１と第２の界磁用磁石が相対的に軸方向に可動する概念を示す。
【００７４】
図１５において、シャフト２２の一部に溝６３Ａを備えて、第２回転子２０Ｂの内側には突起部６３Ｂとを組合わせて第１と第２の界磁用磁石が相対的に軸方向に可動する概念である。軸方向の可動はサーボ機構であるストッパー駆動用アクチュエータ２５で行う。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の永久磁石形同期電動機は第１界磁用磁石と第２界磁用磁石に分割した回転子を同一軸上に配置したトルクの方向により第１と第２の界磁用磁石の磁極中心を変化させるという構成により、固定子磁極と対向する永久磁石による有効磁束量を可変出来るという効果がある。
【００７６】
特に、空気調和機の圧縮機の弱め界磁が簡単に出来、広範囲可変速制御には大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の永久磁石形同期電動機を配置した冷凍サイクルの概略を示す。
【図２】暖房運転時の空気調和機の特性を示す。
【図３】図１の電動機の回転子同磁極中心がずれた場合概略を示す（その１）。
【図４】図１の電動機の回転子同磁極中心が揃った場合概略を示す。
【図５】図１の電動機の回転子同磁極中心がずれた場合概略を示す（その２）。
【図６】図１の電動機の回転角速度に対する諸特性を示す。
【図７】図１の電動機の制御ブロック図を示す。
【図８】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す（アクチュエータＯＦＦ状態）。
【図９】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す（アクチュエータＯＮ状態）。
【図１０】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子の内側を示す。
【図１１】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子の内側を示す。
【図１２】本発明の他の実施形態をなす電動機を示す（アクチュエータＯＮ状態）。
【図１３】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子概略図を示す（Ｇａｐの差を付ける）。
【図１４】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子概略図を示す（８極機に適用した場合）。
【図１５】本発明の他の実施形態をなす電動機の回転子の概略図を示す（軸方向可動）。
【図１６】本発明の他の実施形態をなす電動機の軸方向変位測定の概略図を示す。
【符号の説明】
２…電動機、１０…固定子鉄心、１１…電機子巻線、１２…冷却水流路、１３…ハウジング、２０…回転子、２０Ａ…第１回転子、２０Ｂ…第２回転子、２１…永久磁石、２１Ａ…第１回転子永久磁石、２１Ｂ…第２回転子永久磁石、２２…シャフト、２３…ネジ、２４…ストッパー、２５…ストッパー駆動用アクチュエータ、２６…ばね、２７…ダンパー、１０１…運転判断部、１０２…電流制御、１０３…回転座標変換部、１０４…インバータ、１０５…２軸変換部。

Claims

空気調和機において、
冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機の動力源となる電動機と、
該電動機を駆動する駆動回路と、
室内において、冷凍サイクルを循環する冷媒と熱交換を行う室内熱交換器と、
室外において、冷凍サイクルを循環する冷媒と熱交換を行う室外熱交換器と、
冷凍サイクルを循環する冷媒を膨張させる膨張弁と、
冷凍サイクルを循環する冷媒の流れ方向を切り替える弁とを備え、
前記電動機は、
巻線が巻かれた固定子磁極を有する固定子と、
第１の界磁磁石及び該第１の界磁用磁石に対して相対回転が可能な第２の界磁磁石をシャフト上に有する回転子と、
前記第１の界磁用磁石に対して前記第２の界磁用磁石を軸方向及び回転方向に変位させるための変位機構とを備えており、
前記第１及び第２の界磁用磁石は、
回転方向に順次異なった極性の磁極が並んで構成されたものであって、
前記固定子磁極に対向しており、
前記変位機構は、
前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と前記回転子に発生するトルクの方向との釣合いに応じて、前記第１の界磁用磁石に対して前記第２の界磁用磁石を軸方向及び回転方向に変位させるものであって、
前記冷凍サイクルの運転モードに応じて、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との間の磁気作用力と前記回転子に発生する回転トルクの方向との釣合いにより前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石の同磁極中心を並ばせる変位機能と、前記回転子の発生する回転トルクの方向が反対になることにより前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石の同磁極中心位置をずらす変位機能とを備えている
ことを特徴とする空気調和機。
請求項１に記載の空気調和機において、
前記変位機構は、
前記冷凍サイクルが冷房或いは暖房モードにある場合、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石の同磁極中心を並ばせ、
前記冷凍サイクルが霜取りモードにある場合、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石の同磁極中心位置をずらす
ことを特徴とする空気調和機。
請求項１に記載の空気調和機において、
前記第１の界磁用磁石は前記シャフトに対して固定されており、
前記第２の界磁用磁石は前記シャフトに対して可動自在に設けられており、
前記第２の界磁用磁石と前記シャフトは、前記シャフトにもたせたボルト機能及び前記第２の界磁用磁石にもたせたナット機能の関係からなるねじ機能によってお互いに接続されている
ことを特徴とする空気調和機。
請求項３に記載の空気調和機において、
前記第２の界磁用磁石の側面には、前記第２の界磁用磁石の所定以上の変位を防止するためのストッパーが設けられており、
前記ストッパーは前記シャフトに対して平行に可変する
ことを特徴とする空気調和機。
請求項４に記載の空気調和機において、
前記ストッパーは、回転速度に応じて前記シャフトと平行にサーボ機構によって可変させられる
ことを特徴とする空気調和機。
請求項１に記載の空気調和機において、
前記駆動回路は、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との合成磁極位置のずれに応じて、前記巻線に供給される電流の進角を制御する
ことを特徴とする空気調和機。
請求項１に記載の空気調和機において、
前記駆動回路は、前記第１の界磁用磁石と前記第２の界磁用磁石との合成磁極位置のずれ角に応じて、前記巻線に供給される電流の進角を制御する
ことを特徴とする空気調和機。
請求項３に記載の空気調和機において、
前記第２の界磁用磁石と前記シャフトとの間には、回転運動と往復運動及び複合運動を案内するための支持機構が複数設けられている
ことを特徴とする空気調和機。
請求項３に記載の空気調和機において、
前記第２の界磁用磁石と前記シャフトとの間には、それらの間を電気的及び磁気的に絶縁するためのスリーブが設けられており、
前記スリーブは前記第２の界磁用磁石の内周側に固定されている
ことを特徴とする空気調和機。
請求項９に記載の空気調和機において、
前記スリーブは、鉄よりも電気抵抗率が高い非磁性体である
ことを特徴とする空気調和機。
請求項３に記載の空気調和機において、
前記第２の界磁用磁石の前後には、前記第２の界磁用磁石の回転運動と往復運動及び複合運動を案内するばねが設けられている
ことを特徴とする空気調和機。
請求項３に記載の空気調和機において、
前記第１の界磁用磁石の側面で前記第２の界磁用磁石と接する側面には凹部が設けられており、
前記第２の界磁用磁石の側面で前記第１の界磁用磁石と接する側の側面には突起部が設けられており、
前記突起部は、前記第２の界磁用磁石と前記シャフトとの間を電気的及び磁気的に絶縁するためのスリーブを兼ねている
ことを特徴とする空気調和機。
請求項４に記載の空気調和機において、
前記ストッパーは、前記第２の界磁用磁石と前記シャフトに対して回転運動と往復運動及び複合運動を案内する支持機構を備えている
ことを特徴とする空気調和機。
請求項３に記載の空気調和機において、
前記第２の界磁用磁石を有する回転子と前記固定子との間のエアギャップは、前記第１の界磁用磁石を有する回転子と前記固定子との間のエアギャップよりも大きい
ことを特徴とする空気調和機。
請求項５に記載の空気調和機において、
前記ストッパーと前記サーボ機構は前記第２の界磁用磁石の内周側に設けられている
ことを特徴とする空気調和機。