JP4323077B2 - 永久磁石形回転電機及び圧縮機及び冷凍サイクル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、永久磁石形回転電機の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動機の高性能化のために回転数の制御が容易でかつ損失を低減した高効率なＤＣブラシレスモータが広く用いられている。以下に図１２を用いて、３相９スロット６極のＤＣブラシレスモータを例に構造を説明する。図１２において、１は回転軸、２は永久磁石、３は回転子コア、１０は固定子コア、１２は回転子、１４は固定子、２２はティース、３８はスロット、３９はエアギャップ、４０はコイルである。
【０００３】
永久磁石２は、回転軸１を有する円筒状の回転子コア３の内部に、Ｎ極とＳ極が交互になるように配置し、固着することが一般的である。以上の構成で、図に示されていない駆動回路によって固定子１４に巻かれているコイル４０に通電すると、コイル４０は供給された電流に応じた磁束を発生する。この磁束はエアギャップ３９を介して回転子１２に作用し、回転子１２が有している永久磁石２はこの磁束による磁界の極性に応じて反発あるいは吸引を繰り返して回転するものである。
【０００４】
図１３は、例えば特開平７−２８８９４０号公報に開示されている永久磁石回転電機の回転子を示す断面図である。複数個の扇形の永久磁石４１ａ〜４１ｄを回転軸１の周囲に配設して界磁極を構成した回転界磁形の回転電機において、周方向で隣接する永久磁石４１ａ〜４１ｄ間に、外周側が幅広部４４ａ〜４４ｄ、内周側が幅狭部４５ａ〜４５ｄとなっている溝４３ａ〜４３ｄを形成するとともに、幅狭部４５ａ〜４５ｄに磁石４７ａ〜４７ｄを径方向に移動可能に挿入し、この磁石４７ａ〜４７ｄの径方向の位置をバネ４９ａ〜４９ｄで規制することにより、当該回転子の回転に伴ない磁石４７ａ〜４７ｄに作用する遠心力に固有の位置に磁石４７ａ〜４７ｄを占位させることにより、回転の上昇に伴ない界磁束が減少するようにしたものである。
【０００５】
図１４は特開平１１−３５５９８８号公報に開示されているブラシレスＤＣサーボモータの回転子構造を示す図である。制御回通路５３によって給電制御される３つのコイルＬ１〜Ｌ３の磁界内に回転可能に設けた回転子ユニット５２の内部に、遠心力に抗する方向へコイルスプリング５９ａ〜５９ｄで牽引されるようにした高透磁率材製の第１〜第４可動部材５８ａ〜５８ｄを設け、コイルスプリング５９ａ〜５９ｄの張力に抗する遠心力が働いて、第１〜第４可動部材５８ａ〜５８ｄが空隙部５７ａ〜５７ｄを閉塞するように移動すると、永久磁石５２ａの各磁極と磁気的に結合した高透磁率材製の磁束誘導体５６ａ、５６ｂと回転子内磁束誘導通路形成体５６ｃ、５６ｄとの間のギャップが高透磁率材により充填され、回転子ユニット５２内に磁路が形成される構成となっている。
【０００６】
図１５は特開平８−８００１９号公報に開示されている電動機を示す断面図である。負荷による軸方向からの荷重と回転軸１に設けているバネ７の弾性力とがつりあう位置に回転子１２を保持し、回転子１２と固定子１４の端面形状を半円錐状としていることによって、回転子１２と固定子１４間のエアギャップの大きさが負荷の大きさに応じて変化するモータである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来の永久磁石形電動機の構造においては、以下に述べる課題があった。
回転子表面付近に配置される永久磁石は、運転状況により固定子により形成される磁界によって減磁される問題があり、また、固定子により形成される磁界に影響を与え、始動性を悪化させる問題があった。
【０００８】
また、運転条件により永久磁石の必要な磁束量は異なる。例えば、低速高負荷駆動と高速低負荷駆動の両立は困難であり、減磁機構を必要としていた。一定負荷の場合、高速運転を行う時、高速運転に必要な磁束量はそれまでの磁束量より小さくてよく、高速運転の妨げとなり、高速運転を行える仕様の場合、前仕様と比較して低効率となり、高効率化、運転領域拡大の両立は困難であった。
【０００９】
また、運転条件により電動機の振動、騒音が大きくなるポイントが存在した。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、始動時、運転時の駆動特性の改善、永久磁石の減磁防止、運転領域の広範囲化、高効率化、低騒音化を行うことができる永久磁石形回転電機を提供することを目的とする。
【００１１】
また、制御性が良く、運転範囲が広い高効率、低騒音な圧縮機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る永久磁石形回転電機は、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、永久磁石を移動可能な構成とし、運転状況に応じて永久磁石の位置を変え、モータ定数を制御するものである。
【００１３】
また、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時に永久磁石を回転子内部へ移動し、高負荷時、低中速時は永久磁石を回転子外周側へ移動するものである。
【００１４】
また、永久磁石を径方向以外の方向に移動可能な構成としたものである。
【００１５】
また、分割された永久磁石を分割配置し、移動可能な構成としたものである。
【００１６】
また、永久磁石は、始動時は重力により回転軸近傍にあり、始動後遠心力により回転子外周に移動するものである。
【００１７】
また、固定永久磁石と、隣接する固定永久磁石間に設けた移動永久磁石とを備えたものである。
【００１８】
また、回転子コアを樹脂で構成したものである。
【００１９】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、回転子コアの内部に移動可能な可動鉄片を設け、運転状況に応じて可動鉄片の位置を変え、モータ定数を制御するものである。
【００２０】
また、周方向に設けられた隣接する永久磁石の間に半径方向に可動鉄片を設け、モータが定常運転の時、可動鉄片を回転軸近傍に置いて磁束の通りを良くし、モータが高速運転となる時、回転力により可動鉄片を回転子外周側に移動させて磁束の通りが小さくなりさらに高速回転を可能とするものである。
【００２１】
また、永久磁石の移動を二重構造の回転軸を使用し、内側の磁石移動用回転軸と永久磁石を結合部材で結合して、磁石移動用回転軸を回転することにより永久磁石の位置を制御するものである。
【００２２】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、ガス、液圧により行うものである。
【００２３】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、温度により伸縮する物質を使用することにより行うものである。
【００２４】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、回転力とバネにより行うものである。
【００２５】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、重力、回転力により行うものである。
【００２６】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子内周と回転子外周をコーン状のテーパ部で対向する形状とし、固定子と回転子を軸方向に相対移動することにより、鎖交磁束を変化させるものである。
【００２７】
また、回転子の移動をガス、液圧により行うものである。
【００２８】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子と回転子の間に不連続な移動鋼板を備え、運転状況に合わせて移動鋼板を移動させて回転子と固定子間のエアギャップを変えて鎖交磁束を変化させる構成としたものである。
【００２９】
また、移動鋼板の移動をモータ、アクチュエータ、ガス、液圧装置で行うものである。
【００３０】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子のティース部に可動スリットを備えたものである。
【００３１】
また、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には前記可動スリットは磁束を遮る方向に向き、高負荷時、低中速時には可動スリットは磁束が流れる向きに平行になり、鎖交磁束を増やすものである。
【００３２】
また、固定子コイルの誘起電圧を検出して、誘起電圧により永久磁石、可動鉄片の位置を変化させるものである。
【００３３】
この発明に係る圧縮機は、請求項１乃至２１のいずれかに記載の永久磁石形回転電機を用いたものである。
【００３４】
この発明に係る冷凍サイクルは、請求項２２記載の圧縮機を用いたものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面を参照して説明する。
図１は実施の形態１の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）はアクチュエータにより磁石移動用回転軸を回転させる場合の縦断面図、（ｃ）は軸回転用モータにより磁石移動用回転軸を回転させる場合の縦断面図、（ｄ）はガス、液圧装置により磁石移動用回転軸を回転させる場合の縦断面図、（ｅ）は（ｄ）の磁石移動用回転軸を回転させる部分の断面図である。
【００３６】
図１において、１は回転軸、２は回転子内部の略周方向に位置する円弧状の永久磁石、３は回転子コア、４は永久磁石２を移動させるためのワイヤー等の結合部材、５は永久磁石２が内部を移動する円弧状の永久磁石移動溝、１１は磁石移動用回転軸、２０はワイヤー等の結合部材４が通る溝である。
【００３７】
本実施の形態は、上記のように回転子内部に永久磁石２、永久磁石移動溝５、ワイヤー等の結合部材４が通る溝２０を備え、二重構造にした回転軸１の内側の磁石移動用回転軸１１と永久磁石２をワイヤー等の接合部材４で結合した構成をとり、永久磁石２を移動可能で高効率な配置とした。ワイヤー等の結合部材４と磁石移動用回転軸１１、永久磁石２との結合は、溶接、接着材等で行っている。
【００３８】
永久磁石２の移動には、永久磁石２と磁石移動用回転軸１１の結合だけでなく、永久磁石２と永久磁石２をワイヤー等の結合部材４で結合しても良い。
【００３９】
始動から高速回転、無負荷から高負荷まで運転状況に合わせて磁石移動用回転軸１１をアクチュエータ３０（図１（ｂ））、軸回転用モータ３６（図１（ｃ））、（図１（ｄ）、（ｅ））を用いて回転させて永久磁石２を移動させ、モータ定数を調整している。
【００４０】
ガス、液圧装置１９を用いる場合、図１（ｄ）、（ｅ）に示すように、ガス、液圧装置１９からガス、液圧通路８より可動片３４にガス、液圧を作用させて磁石移動用回転軸１１を回転させる。尚、３３はモータ枠３５に保持された軸受けで、回転軸１を支持する。
【００４１】
概略は、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時に永久磁石２を回転子内部へ移動し、高負荷時、低中速時は永久磁石２を回転子外周側へ移動するものである。
【００４２】
また、磁石移動用回転軸１１の回転に、上記以外のその他の方法を用いても良い。
【００４３】
上述の実施の形態１によれば、永久磁石２の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、磁石位置の微調整が容易である。さらに、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００４４】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図面を参照して説明する。
図２は実施の形態２の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は縦断面図である。
本実施の形態は、回転子内部に永久磁石２、永久磁石移動溝５、ガス、液圧通路８、ガス、液圧装置１９を備えた構造をとり、永久磁石２を移動可能で高効率な配置とした。ガス、液圧通路８は多くの取り方がある。始動から高速回転、無負荷から高負荷まで運転状況に合わせてガス、液圧装置１９を用いて、永久磁石２を移動させ、モータ定数を調整する。
【００４５】
図２（ａ）に示すように、永久磁石移動溝５を半径方向に設け、これに永久磁石２を収納する。
そして、図２（ｂ）に示すように、ガス、液圧装置１９からガス、液圧通路８より永久磁石移動溝５にガス、液圧を供給して永久磁石２を移動させる。尚、３３はモータ枠３５に保持された軸受けで、回転軸１を支持する。
【００４６】
上述の実施の形態２によれば、永久磁石２の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００４７】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図面を参照して説明する。
図３は実施の形態３の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は縦断面図である。
図３（ａ）において、１は回転軸、２は分割された円弧状の永久磁石、３は樹脂製の回転子コア、５は円弧状の永久磁石移動溝である。
図３（ｂ）に示すように、永久磁石移動溝５は、底面が外周から回転軸１に向けて傾斜しており、永久磁石２は静止時には重力により回転軸１近傍に位置する構成となっている。そして、始動後、回転による遠心力により回転子外周に移動する。
【００４８】
本実施の形態は、上記のように回転子コア３を樹脂とし、回転子内部に永久磁石２、永久磁石移動溝５を備え、永久磁石２は、始動時は重力により回転軸１近傍にあり、始動後、回転力により回転子外周に移動する。
【００４９】
また、本実施の形態は、分割した永久磁石２を移動可能な配置とした。
【００５０】
上述の実施の形態３によれば、永久磁石２の減磁を防止でき、永久磁石２の薄型化により低コスト化が可能となる。さらに、通常運転時での高効率を維持できる。また、回転子コア３を樹脂にしたため、磁石の破砕、それによるモータのロックを防止できる。また、組立性が良く、外径の寸法精度が良好なモータが実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００５１】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図面を参照して説明する。
図４は実施の形態４を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）、（ｃ）は動作原理の説明図である。
実施の形態１乃至３では、永久磁石２の移動によりモータ特性の改善を行ったが、本実施の形態では、可動鉄片６によりモータ特性の改善を行うものである。
【００５２】
図４（ａ）において、１は回転軸、２は回転子外周近傍において周方向に配置された永久磁石、３は回転子コア、６ａは隣接する永久磁石２の間に半径方向に設けられた可動鉄片移動溝、６は可動鉄片、７は可動鉄片６を回転軸１近傍に位置させるためのバネである。
【００５３】
本実施の形態は、上記のように回転子内部に永久磁石２、可動鉄片６、可動鉄片移動溝６ａ、バネ７を備え、モータが定常運転の時、バネ７により可動鉄片６を回転軸１近傍に置いて図４（ｂ）に示すように磁束の通りを良くし、モータが高速運転となる時、回転力により可動鉄片６は回転子外周側に移動して図４（ｃ）のように磁束の通りが小さくなりさらに高速回転を可能とする。
【００５４】
尚、本実施の形態では、バネ７により可動鉄片６の移動を行っているが、実施の形態１乃至３の方法等によって、可動鉄片６の移動を行っても良い。
【００５５】
上述の実施の形態４によれば、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、バネ、重力を利用した磁石移動の構成は、実施の形態１、２の方法に比べ、構成が単純で安価になる。
【００５６】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を図面を参照して説明する。
図５は実施の形態５を示す図で、回転子の平面断面図である。
図において、１は回転軸、２ａは周方向に設けられた固定永久磁石、３は回転子コア、５は隣接する固定永久磁石２ａの間に設けられた永久磁石移動溝で、内周側に移動永久磁石２ｂ、外周側に熱伸縮物質２１を収納している。
【００５７】
定常運転では、熱伸縮物質２１は縮んでいて移動永久磁石２ｂは回転子外周部にあり、高速運転時には熱伸縮物質２１が膨張して移動永久磁石２ｂは回転軸方向に移動するものである。
【００５８】
上述の実施の形態５によれば、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、熱伸縮物質２１を用いた磁石移動の構成は、実施の形態１、２の方法に比べ、構成が単純で安価である。
【００５９】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６を図面を参照して説明する。
図６は実施の形態６を示す図で、モータの装置断面図である。
本実施の形態は、固定子１４内周と回転子１２外周をコーン状のテーパ部で対向する形状とし、ガス、液圧装置１９を用いて永久磁石２を設けた回転子１２を軸方向に移動することにより、鎖交磁束を変化させる構成となっている。
【００６０】
ガス、液圧装置１９は、オイル１６を溜めるオイルタンク１７、オイル１６を弁１５からガス、液圧通路８に送り出す油圧ポンプで構成される。
【００６１】
図示していない駆動回路を通電すると、固定子１４に巻かれたコイルに電流が流れて交番磁界が発生し、回転子内部の永久磁石２は、この交番磁界によって反発、吸引を繰り返し回転するが、概略、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には回転子１２と固定子１４間のエアギャップを大きくして鎖交磁束を減らし、高負荷時、低中速時は回転子１２と固定子１４間のエアギャップを小さくして鎖交磁束を増やすものである。これを圧縮機に用いるのは、容易である。
【００６２】
上述の実施の形態６によれば、永久磁石２の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００６３】
実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７を図面を参照して説明する。
図７は実施の形態７の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は回転子と一緒に回りながら永久磁石を基準に位置を移動する場合の縦断面図、（ｃ）はティースを基準に位置を移動する場合の縦断面図である。
【００６４】
本実施の形態は、回転子１２と固定子１４間のエアギャップ３９中に不連続な移動鋼板９を備え、運転状況に合わせて回転子１２と固定子１４間のエアギャップ３９を変えて鎖交磁束を変化させる構成となっている。
【００６５】
この移動鋼板９は、回転子１２と一緒に回りながら永久磁石２を基準に位置を移動する場合と（図７（ｂ））、止まっていてティースを基準に位置を移動する場合（図７（ｃ））の２通りがある。どちらの場合でも、概略、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には回転子１２と固定子１４間のエアギャップ３９を大きくして鎖交磁束を減らし、高負荷時、低中速時は回転子１２と固定子１４間のエアギャップ３９を小さくして鎖交磁束を増やすものである。
【００６６】
この移動鋼板９の移動には、実施の形態１、２による方法やバネ等を用いる方法など多くの方法がある。
【００６７】
上述の実施の形態７によれば、実施の形態６と同様の効果が得られる。
【００６８】
実施の形態８．
以下、この発明の実施の形態８を図面を参照して説明する。
図８は実施の形態８の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は可動スリットの移動原理を示す図である。
本実施の形態は、固定子ティース部２２に可動スリット１３を備え、運転状況に合わせてスリットの向きを変化させて鎖交磁束を変化させるものである。
【００６９】
可動スリット１３の移動原理の例は、バネ７により可動スリット１３は磁束が流れる向きに平行になり、図示していないガス、液圧装置による圧力で可動片３４が動いて可動スロット１３は磁束を遮る方向に向く構成となっている。
【００７０】
概略、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には可動スリット１３は磁束を遮る方向に向き、高負荷時、低中速時には可動スリット１３は磁束が流れる向きに平行になり、鎖交磁束を増やすものである。
【００７１】
上述の実施の形態８によれば、実施の形態６と同様の効果が得られる。
【００７２】
実施の形態９．
以下、この発明の実施の形態９を図面を参照して説明する。
図９は実施の形態９を示す図で、圧縮機の縦断面図である。
本実施の形態は、回転子内部に可動の永久磁石２又は可動鉄片６を有する電動機を圧縮機３１に用いたものである。圧縮機３１の場合、すでに圧縮部３２を有するので圧縮ガスを利用し、弁１５により圧力を調節して永久磁石２又は可動鉄片６を移動させる構成となっている。
【００７３】
上述の実施の形態９によれば、運転領域が広範囲で、高効率、制御性の良い、騒音の低減が可能な圧縮機を実現できる。また、実施の形態２に比べ、装置が簡単となりコスト削減ができる。
【００７４】
実施の形態１０．
以下、この発明の実施の形態１０を図面を参照して説明する。
図１０は実施の形態１０を示す図で、制御システムのブロック図である。
本実施の形態は、３相の電動機２７の誘起電圧を位置検出回路２６で検出し、その誘起電圧によりインバータ主回路２４から磁石等移動装置３７に信号を出して永久磁石、可動鉄片の位置を変化させるものである。誘起電圧が大きい場合は、誘起電圧を抑えるように上記実施の形態で記述したように永久磁石、可動鉄片を移動させる。
【００７５】
上述の実施の形態１０によれば、誘起電圧を抑えて出力範囲を広げ、動力性能、制御性を向上させる。従って、高効率化、低騒音化が可能となる。
【００７６】
実施の形態１１．
以下、この発明の実施の形態１１を図面を参照して説明する。
図１１は実施の形態１１を示す図で、実施の形態１〜９の電動機を搭載した圧縮機を示す概念図である。
図において、２７は実施の形態１〜９の何れかを用いた電動機、３１は電動機２７により駆動される圧縮機である。尚、この圧縮機３１は一般に用いられる冷凍サイクル（圧縮機３１→四方弁→凝縮器又は蒸発器→絞り装置→蒸発器又は凝縮器→四方弁→圧縮機３１の順に冷媒配管で順次接続された冷凍サイクル装置）中に組み込まれ、冷媒としてはＲ１３４ａ、Ｒ４１０ａ、Ｒ４０７ｃ等に代表されるＨＦＣ系冷媒が、冷凍機油としてはアルキルベンゼン系油に代表される弱相溶性の油又はエステル油に代表される相溶性の油が使用される。圧縮機３１はインバータ制御回路２５により制御される半導体スイッチ群によりインバータ駆動される。
【００７７】
上記のように構成された圧縮機３１では、駆動用の電動機２７が動力性能、制御性を向上させ、高効率化、低騒音化を実現している。インバータ駆動による圧縮機では各周波数毎に入力と効率の最適値が変動するが、本実施の形態の圧縮機３１では、インバータ駆動による広い圧縮機周波数範囲にわたって高効率化が図られるため、全体的に効率を上げることが可能になる。また、低振動・低騒音化、周波数範囲を広げることができるので、圧縮機の利用価値を高められる。さらに、Ｒ４１０ａの様な従来のＲ２２に対して高圧な冷媒を用いた場合、冷凍サイクル起動時等の高圧状態となる時間を短くできるので、冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。
【００７８】
【発明の効果】
この発明に係る永久磁石形回転電機は、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、永久磁石を移動可能な構成とし、運転状況に応じて永久磁石の位置を変え、モータ定数を制御することにより、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００７９】
また、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時に永久磁石を回転子内部へ移動し、高負荷時、低中速時は永久磁石を回転子外周側へ移動するので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００８０】
また、永久磁石を径方向以外の方向に移動可能な構成としたので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００８１】
また、分割された永久磁石を分割配置し、移動可能な構成としたので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００８２】
また、永久磁石は、始動時は重力により回転軸近傍にあり、始動後遠心力により回転子外周に移動するので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００８３】
また、固定永久磁石と、隣接する固定永久磁石間に設けた移動永久磁石とを備えたことにより、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。
【００８４】
また、回転子コアを樹脂で構成したので、重力、バネと回転力で永久磁石が移動でき、高価な磁石移動装置を必要とせず、低コストで運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な回転電機が実現できる。また、磁石の破砕、それによるモータのロックを防止できる。さらに、組立性が良く、外径の寸法精度が良好な電動機が実現できる。また、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００８５】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、回転子コアの内部に移動可能な可動鉄片を設け、運転状況に応じて可動鉄片の位置を変え、モータ定数を制御するので、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。さらに、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。また、磁石位置の微調整が容易である。
【００８６】
また、周方向に設けられた隣接する永久磁石の間に半径方向に可動鉄片を設け、モータが定常運転の時、可動鉄片を回転軸近傍に置いて磁束の通りを良くし、モータが高速運転となる時、回転力により可動鉄片を回転子外周側に移動させて磁束の通りが小さくなりさらに高速回転を可能とするものである。
【００８７】
また、永久磁石の移動を二重構造の回転軸を使用し、内側の磁石移動用回転軸と永久磁石を結合部材で結合して、磁石移動用回転軸を回転することにより永久磁石の位置を制御するので、運転状況に合わせて回転軸をアクチュエータ、油圧装置等で回転させて永久磁石を移動させているので、磁石位置の微調整が容易である回転電機を実現できる。
【００８８】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、ガス、液圧により行うことにより、永久磁石、可動鉄片の位置を多段階に変化できる回転電機を実現できる。また、圧縮機用モータにおいては、圧縮部が存在するため、油圧で永久磁石を移動することは容易である。
【００８９】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、温度により伸縮する物質を使用することにより行うので、磁石移動の機構が簡単であり、組立性が良く低コストな回転電機を実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００９０】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、回転力とバネにより行うので、磁石移動の機構が簡単であり、組立性が良く低コストなモータを実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００９１】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、重力と回転力により行うので、磁石移動の機構が簡単であり、組立性が良く低コストなモータを実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００９２】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子内周と回転子外周をコーン状のテーパ部で対向する形状とし、固定子と回転子を軸方向に相対移動することにより、鎖交磁束を変化させるので、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能なモータを実現できる。さらに、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００９３】
また、回転子の移動をガス、液圧により行うので、磁石移動の機構が簡単であり、組立性が良く低コストなモータを実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００９４】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子と回転子の間に不連続な移動鋼板を備え、運転状況に合わせて移動鋼板を移動させて回転子と固定子間のエアギャップを変えて鎖交磁束を変化させる構成としたので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能なモータを実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００９５】
また、移動鋼板の移動をモータ、アクチュエータ、ガス、液圧装置で行うので、永久磁石の位置を多段階に変化できるモータを実現できる。また、圧縮機用モータにおいては、圧縮部が存在するため、ガス、液圧で永久磁石を移動する事は容易である。
【００９６】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子のティース部に可動スリットを備えたので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な回転電機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００９７】
また、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には可動スリットは磁束を遮る方向に向き、高負荷時、低中速時には可動スリットは磁束が流れる向きに平行になり、鎖交磁束を増やすことにより、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な回転電機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００９８】
また、固定子コイルの誘起電圧を検出して、誘起電圧により永久磁石、可動鉄片の位置を変化させるので、永久磁石、可動鉄片、回転子、固定子の移動をさらに正確に調整でき、さらなる運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な回転電機を実現できる。
【００９９】
この発明に係る圧縮機は、請求項１乃至２１のいずれかに記載の永久磁石形回転電機を用いることにより、運転領域が広範囲で、高効率、制御性の良い、騒音の低減が可能な圧縮機を実現できる。また、装置が簡単となりコスト削減ができる。
【０１００】
この発明に係る冷凍サイクルは、請求項２２記載の圧縮機を用いることにより、高効率、低騒音な冷凍サイクルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）〜（ｄ）は回転子の縦断面図、（ｅ）は回転子の永久磁石回転機構部の拡大平面断面図である。
【図２】 実施の形態２を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）は回転子の縦断面図である。
【図３】 実施の形態３を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）は回転子の縦断面図である。
【図４】 実施の形態４を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）、（ｃ）は回転子の動作説明図である。
【図５】 実施の形態５を示す図で、回転子の平面断面図である
【図６】 実施の形態６を示す図で、モータの装置断面図である。
【図７】 実施の形態７を示す図で、（ａ）は電動機回転子と移動鋼板の平面断面図、（ｂ）、（ｃ）は電動機回転子と移動鋼板の縦断面図である。
【図８】 実施の形態８を示す図で、（ａ）は電動機の平面断面図、（ｂ）は電動機固定子ティース部拡大平面断面図である。
【図９】 実施の形態９を示す図で、圧縮機の正面断面図である。
【図１０】 実施の形態１０を示す図で、制御システムのブロック図である。
【図１１】 実施の形態１１を示す図で、圧縮機とその冷凍サイクルおよび制御回路の概念図である。
【図１２】 従来の永久磁石形電動機の平面断面図である。
【図１３】 従来の永久磁石回転電機の回転子を示す断面図である。
【図１４】 従来のブラシレスＤＣサーボモータの回転子構造を示す図である。
【図１５】 従来の電動機の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 回転軸、２ 永久磁石、２ａ 固定永久磁石、２ｂ 移動永久磁石、３ 回転子コア、４ ワイヤー等の結合部材、５ 永久磁石移動溝、６ 可動鉄片、６ａ 可動鉄片移動溝、７ バネ、８ ガス、油圧通路、９ 移動鋼板、１１ 磁石移動用回転軸、１２ 回転子、１３ 可動スリット、１４ 固定子、１５ 弁、１６ オイル、１７ オイルタンク、１８ 油圧ポンプ、１９ ガス、液圧装置、２０ 溝、２１ 熱伸縮物質、２２ 固定子ティース部、２３ 磁束線、２４ インバータ主回路、２５ インバータ制御回路、２６ 位置検出回路、２７ 電動機、２８ 直流電源、２９ インバータ、３０ アクチュエータ、３１圧縮機、３２ 圧縮部、３３ 軸受け、３４ 可動片、３５ モータ枠、３６軸回転用モータ、３７ 磁石等移動装置、３８ スロット、３９ エアギャップ、４０ コイル。
【発明の属する技術分野】
この発明は、永久磁石形回転電機の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動機の高性能化のために回転数の制御が容易でかつ損失を低減した高効率なＤＣブラシレスモータが広く用いられている。以下に図１２を用いて、３相９スロット６極のＤＣブラシレスモータを例に構造を説明する。図１２において、１は回転軸、２は永久磁石、３は回転子コア、１０は固定子コア、１２は回転子、１４は固定子、２２はティース、３８はスロット、３９はエアギャップ、４０はコイルである。
【０００３】
永久磁石２は、回転軸１を有する円筒状の回転子コア３の内部に、Ｎ極とＳ極が交互になるように配置し、固着することが一般的である。以上の構成で、図に示されていない駆動回路によって固定子１４に巻かれているコイル４０に通電すると、コイル４０は供給された電流に応じた磁束を発生する。この磁束はエアギャップ３９を介して回転子１２に作用し、回転子１２が有している永久磁石２はこの磁束による磁界の極性に応じて反発あるいは吸引を繰り返して回転するものである。
【０００４】
図１３は、例えば特開平７−２８８９４０号公報に開示されている永久磁石回転電機の回転子を示す断面図である。複数個の扇形の永久磁石４１ａ〜４１ｄを回転軸１の周囲に配設して界磁極を構成した回転界磁形の回転電機において、周方向で隣接する永久磁石４１ａ〜４１ｄ間に、外周側が幅広部４４ａ〜４４ｄ、内周側が幅狭部４５ａ〜４５ｄとなっている溝４３ａ〜４３ｄを形成するとともに、幅狭部４５ａ〜４５ｄに磁石４７ａ〜４７ｄを径方向に移動可能に挿入し、この磁石４７ａ〜４７ｄの径方向の位置をバネ４９ａ〜４９ｄで規制することにより、当該回転子の回転に伴ない磁石４７ａ〜４７ｄに作用する遠心力に固有の位置に磁石４７ａ〜４７ｄを占位させることにより、回転の上昇に伴ない界磁束が減少するようにしたものである。
【０００５】
図１４は特開平１１−３５５９８８号公報に開示されているブラシレスＤＣサーボモータの回転子構造を示す図である。制御回通路５３によって給電制御される３つのコイルＬ１〜Ｌ３の磁界内に回転可能に設けた回転子ユニット５２の内部に、遠心力に抗する方向へコイルスプリング５９ａ〜５９ｄで牽引されるようにした高透磁率材製の第１〜第４可動部材５８ａ〜５８ｄを設け、コイルスプリング５９ａ〜５９ｄの張力に抗する遠心力が働いて、第１〜第４可動部材５８ａ〜５８ｄが空隙部５７ａ〜５７ｄを閉塞するように移動すると、永久磁石５２ａの各磁極と磁気的に結合した高透磁率材製の磁束誘導体５６ａ、５６ｂと回転子内磁束誘導通路形成体５６ｃ、５６ｄとの間のギャップが高透磁率材により充填され、回転子ユニット５２内に磁路が形成される構成となっている。
【０００６】
図１５は特開平８−８００１９号公報に開示されている電動機を示す断面図である。負荷による軸方向からの荷重と回転軸１に設けているバネ７の弾性力とがつりあう位置に回転子１２を保持し、回転子１２と固定子１４の端面形状を半円錐状としていることによって、回転子１２と固定子１４間のエアギャップの大きさが負荷の大きさに応じて変化するモータである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来の永久磁石形電動機の構造においては、以下に述べる課題があった。
回転子表面付近に配置される永久磁石は、運転状況により固定子により形成される磁界によって減磁される問題があり、また、固定子により形成される磁界に影響を与え、始動性を悪化させる問題があった。
【０００８】
また、運転条件により永久磁石の必要な磁束量は異なる。例えば、低速高負荷駆動と高速低負荷駆動の両立は困難であり、減磁機構を必要としていた。一定負荷の場合、高速運転を行う時、高速運転に必要な磁束量はそれまでの磁束量より小さくてよく、高速運転の妨げとなり、高速運転を行える仕様の場合、前仕様と比較して低効率となり、高効率化、運転領域拡大の両立は困難であった。
【０００９】
また、運転条件により電動機の振動、騒音が大きくなるポイントが存在した。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、始動時、運転時の駆動特性の改善、永久磁石の減磁防止、運転領域の広範囲化、高効率化、低騒音化を行うことができる永久磁石形回転電機を提供することを目的とする。
【００１１】
また、制御性が良く、運転範囲が広い高効率、低騒音な圧縮機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る永久磁石形回転電機は、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、永久磁石を移動可能な構成とし、運転状況に応じて永久磁石の位置を変え、モータ定数を制御するものである。
【００１３】
また、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時に永久磁石を回転子内部へ移動し、高負荷時、低中速時は永久磁石を回転子外周側へ移動するものである。
【００１４】
また、永久磁石を径方向以外の方向に移動可能な構成としたものである。
【００１５】
また、分割された永久磁石を分割配置し、移動可能な構成としたものである。
【００１６】
また、永久磁石は、始動時は重力により回転軸近傍にあり、始動後遠心力により回転子外周に移動するものである。
【００１７】
また、固定永久磁石と、隣接する固定永久磁石間に設けた移動永久磁石とを備えたものである。
【００１８】
また、回転子コアを樹脂で構成したものである。
【００１９】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、回転子コアの内部に移動可能な可動鉄片を設け、運転状況に応じて可動鉄片の位置を変え、モータ定数を制御するものである。
【００２０】
また、周方向に設けられた隣接する永久磁石の間に半径方向に可動鉄片を設け、モータが定常運転の時、可動鉄片を回転軸近傍に置いて磁束の通りを良くし、モータが高速運転となる時、回転力により可動鉄片を回転子外周側に移動させて磁束の通りが小さくなりさらに高速回転を可能とするものである。
【００２１】
また、永久磁石の移動を二重構造の回転軸を使用し、内側の磁石移動用回転軸と永久磁石を結合部材で結合して、磁石移動用回転軸を回転することにより永久磁石の位置を制御するものである。
【００２２】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、ガス、液圧により行うものである。
【００２３】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、温度により伸縮する物質を使用することにより行うものである。
【００２４】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、回転力とバネにより行うものである。
【００２５】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、重力、回転力により行うものである。
【００２６】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子内周と回転子外周をコーン状のテーパ部で対向する形状とし、固定子と回転子を軸方向に相対移動することにより、鎖交磁束を変化させるものである。
【００２７】
また、回転子の移動をガス、液圧により行うものである。
【００２８】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子と回転子の間に不連続な移動鋼板を備え、運転状況に合わせて移動鋼板を移動させて回転子と固定子間のエアギャップを変えて鎖交磁束を変化させる構成としたものである。
【００２９】
また、移動鋼板の移動をモータ、アクチュエータ、ガス、液圧装置で行うものである。
【００３０】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子のティース部に可動スリットを備えたものである。
【００３１】
また、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には前記可動スリットは磁束を遮る方向に向き、高負荷時、低中速時には可動スリットは磁束が流れる向きに平行になり、鎖交磁束を増やすものである。
【００３２】
また、固定子コイルの誘起電圧を検出して、誘起電圧により永久磁石、可動鉄片の位置を変化させるものである。
【００３３】
この発明に係る圧縮機は、請求項１乃至２１のいずれかに記載の永久磁石形回転電機を用いたものである。
【００３４】
この発明に係る冷凍サイクルは、請求項２２記載の圧縮機を用いたものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面を参照して説明する。
図１は実施の形態１の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）はアクチュエータにより磁石移動用回転軸を回転させる場合の縦断面図、（ｃ）は軸回転用モータにより磁石移動用回転軸を回転させる場合の縦断面図、（ｄ）はガス、液圧装置により磁石移動用回転軸を回転させる場合の縦断面図、（ｅ）は（ｄ）の磁石移動用回転軸を回転させる部分の断面図である。
【００３６】
図１において、１は回転軸、２は回転子内部の略周方向に位置する円弧状の永久磁石、３は回転子コア、４は永久磁石２を移動させるためのワイヤー等の結合部材、５は永久磁石２が内部を移動する円弧状の永久磁石移動溝、１１は磁石移動用回転軸、２０はワイヤー等の結合部材４が通る溝である。
【００３７】
本実施の形態は、上記のように回転子内部に永久磁石２、永久磁石移動溝５、ワイヤー等の結合部材４が通る溝２０を備え、二重構造にした回転軸１の内側の磁石移動用回転軸１１と永久磁石２をワイヤー等の接合部材４で結合した構成をとり、永久磁石２を移動可能で高効率な配置とした。ワイヤー等の結合部材４と磁石移動用回転軸１１、永久磁石２との結合は、溶接、接着材等で行っている。
【００３８】
永久磁石２の移動には、永久磁石２と磁石移動用回転軸１１の結合だけでなく、永久磁石２と永久磁石２をワイヤー等の結合部材４で結合しても良い。
【００３９】
始動から高速回転、無負荷から高負荷まで運転状況に合わせて磁石移動用回転軸１１をアクチュエータ３０（図１（ｂ））、軸回転用モータ３６（図１（ｃ））、（図１（ｄ）、（ｅ））を用いて回転させて永久磁石２を移動させ、モータ定数を調整している。
【００４０】
ガス、液圧装置１９を用いる場合、図１（ｄ）、（ｅ）に示すように、ガス、液圧装置１９からガス、液圧通路８より可動片３４にガス、液圧を作用させて磁石移動用回転軸１１を回転させる。尚、３３はモータ枠３５に保持された軸受けで、回転軸１を支持する。
【００４１】
概略は、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時に永久磁石２を回転子内部へ移動し、高負荷時、低中速時は永久磁石２を回転子外周側へ移動するものである。
【００４２】
また、磁石移動用回転軸１１の回転に、上記以外のその他の方法を用いても良い。
【００４３】
上述の実施の形態１によれば、永久磁石２の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、磁石位置の微調整が容易である。さらに、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００４４】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図面を参照して説明する。
図２は実施の形態２の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は縦断面図である。
本実施の形態は、回転子内部に永久磁石２、永久磁石移動溝５、ガス、液圧通路８、ガス、液圧装置１９を備えた構造をとり、永久磁石２を移動可能で高効率な配置とした。ガス、液圧通路８は多くの取り方がある。始動から高速回転、無負荷から高負荷まで運転状況に合わせてガス、液圧装置１９を用いて、永久磁石２を移動させ、モータ定数を調整する。
【００４５】
図２（ａ）に示すように、永久磁石移動溝５を半径方向に設け、これに永久磁石２を収納する。
そして、図２（ｂ）に示すように、ガス、液圧装置１９からガス、液圧通路８より永久磁石移動溝５にガス、液圧を供給して永久磁石２を移動させる。尚、３３はモータ枠３５に保持された軸受けで、回転軸１を支持する。
【００４６】
上述の実施の形態２によれば、永久磁石２の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００４７】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図面を参照して説明する。
図３は実施の形態３の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は縦断面図である。
図３（ａ）において、１は回転軸、２は分割された円弧状の永久磁石、３は樹脂製の回転子コア、５は円弧状の永久磁石移動溝である。
図３（ｂ）に示すように、永久磁石移動溝５は、底面が外周から回転軸１に向けて傾斜しており、永久磁石２は静止時には重力により回転軸１近傍に位置する構成となっている。そして、始動後、回転による遠心力により回転子外周に移動する。
【００４８】
本実施の形態は、上記のように回転子コア３を樹脂とし、回転子内部に永久磁石２、永久磁石移動溝５を備え、永久磁石２は、始動時は重力により回転軸１近傍にあり、始動後、回転力により回転子外周に移動する。
【００４９】
また、本実施の形態は、分割した永久磁石２を移動可能な配置とした。
【００５０】
上述の実施の形態３によれば、永久磁石２の減磁を防止でき、永久磁石２の薄型化により低コスト化が可能となる。さらに、通常運転時での高効率を維持できる。また、回転子コア３を樹脂にしたため、磁石の破砕、それによるモータのロックを防止できる。また、組立性が良く、外径の寸法精度が良好なモータが実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００５１】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図面を参照して説明する。
図４は実施の形態４を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）、（ｃ）は動作原理の説明図である。
実施の形態１乃至３では、永久磁石２の移動によりモータ特性の改善を行ったが、本実施の形態では、可動鉄片６によりモータ特性の改善を行うものである。
【００５２】
図４（ａ）において、１は回転軸、２は回転子外周近傍において周方向に配置された永久磁石、３は回転子コア、６ａは隣接する永久磁石２の間に半径方向に設けられた可動鉄片移動溝、６は可動鉄片、７は可動鉄片６を回転軸１近傍に位置させるためのバネである。
【００５３】
本実施の形態は、上記のように回転子内部に永久磁石２、可動鉄片６、可動鉄片移動溝６ａ、バネ７を備え、モータが定常運転の時、バネ７により可動鉄片６を回転軸１近傍に置いて図４（ｂ）に示すように磁束の通りを良くし、モータが高速運転となる時、回転力により可動鉄片６は回転子外周側に移動して図４（ｃ）のように磁束の通りが小さくなりさらに高速回転を可能とする。
【００５４】
尚、本実施の形態では、バネ７により可動鉄片６の移動を行っているが、実施の形態１乃至３の方法等によって、可動鉄片６の移動を行っても良い。
【００５５】
上述の実施の形態４によれば、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、バネ、重力を利用した磁石移動の構成は、実施の形態１、２の方法に比べ、構成が単純で安価になる。
【００５６】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を図面を参照して説明する。
図５は実施の形態５を示す図で、回転子の平面断面図である。
図において、１は回転軸、２ａは周方向に設けられた固定永久磁石、３は回転子コア、５は隣接する固定永久磁石２ａの間に設けられた永久磁石移動溝で、内周側に移動永久磁石２ｂ、外周側に熱伸縮物質２１を収納している。
【００５７】
定常運転では、熱伸縮物質２１は縮んでいて移動永久磁石２ｂは回転子外周部にあり、高速運転時には熱伸縮物質２１が膨張して移動永久磁石２ｂは回転軸方向に移動するものである。
【００５８】
上述の実施の形態５によれば、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、熱伸縮物質２１を用いた磁石移動の構成は、実施の形態１、２の方法に比べ、構成が単純で安価である。
【００５９】
実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６を図面を参照して説明する。
図６は実施の形態６を示す図で、モータの装置断面図である。
本実施の形態は、固定子１４内周と回転子１２外周をコーン状のテーパ部で対向する形状とし、ガス、液圧装置１９を用いて永久磁石２を設けた回転子１２を軸方向に移動することにより、鎖交磁束を変化させる構成となっている。
【００６０】
ガス、液圧装置１９は、オイル１６を溜めるオイルタンク１７、オイル１６を弁１５からガス、液圧通路８に送り出す油圧ポンプで構成される。
【００６１】
図示していない駆動回路を通電すると、固定子１４に巻かれたコイルに電流が流れて交番磁界が発生し、回転子内部の永久磁石２は、この交番磁界によって反発、吸引を繰り返し回転するが、概略、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には回転子１２と固定子１４間のエアギャップを大きくして鎖交磁束を減らし、高負荷時、低中速時は回転子１２と固定子１４間のエアギャップを小さくして鎖交磁束を増やすものである。これを圧縮機に用いるのは、容易である。
【００６２】
上述の実施の形態６によれば、永久磁石２の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００６３】
実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７を図面を参照して説明する。
図７は実施の形態７の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は回転子と一緒に回りながら永久磁石を基準に位置を移動する場合の縦断面図、（ｃ）はティースを基準に位置を移動する場合の縦断面図である。
【００６４】
本実施の形態は、回転子１２と固定子１４間のエアギャップ３９中に不連続な移動鋼板９を備え、運転状況に合わせて回転子１２と固定子１４間のエアギャップ３９を変えて鎖交磁束を変化させる構成となっている。
【００６５】
この移動鋼板９は、回転子１２と一緒に回りながら永久磁石２を基準に位置を移動する場合と（図７（ｂ））、止まっていてティースを基準に位置を移動する場合（図７（ｃ））の２通りがある。どちらの場合でも、概略、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には回転子１２と固定子１４間のエアギャップ３９を大きくして鎖交磁束を減らし、高負荷時、低中速時は回転子１２と固定子１４間のエアギャップ３９を小さくして鎖交磁束を増やすものである。
【００６６】
この移動鋼板９の移動には、実施の形態１、２による方法やバネ等を用いる方法など多くの方法がある。
【００６７】
上述の実施の形態７によれば、実施の形態６と同様の効果が得られる。
【００６８】
実施の形態８．
以下、この発明の実施の形態８を図面を参照して説明する。
図８は実施の形態８の回転子を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は可動スリットの移動原理を示す図である。
本実施の形態は、固定子ティース部２２に可動スリット１３を備え、運転状況に合わせてスリットの向きを変化させて鎖交磁束を変化させるものである。
【００６９】
可動スリット１３の移動原理の例は、バネ７により可動スリット１３は磁束が流れる向きに平行になり、図示していないガス、液圧装置による圧力で可動片３４が動いて可動スロット１３は磁束を遮る方向に向く構成となっている。
【００７０】
概略、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には可動スリット１３は磁束を遮る方向に向き、高負荷時、低中速時には可動スリット１３は磁束が流れる向きに平行になり、鎖交磁束を増やすものである。
【００７１】
上述の実施の形態８によれば、実施の形態６と同様の効果が得られる。
【００７２】
実施の形態９．
以下、この発明の実施の形態９を図面を参照して説明する。
図９は実施の形態９を示す図で、圧縮機の縦断面図である。
本実施の形態は、回転子内部に可動の永久磁石２又は可動鉄片６を有する電動機を圧縮機３１に用いたものである。圧縮機３１の場合、すでに圧縮部３２を有するので圧縮ガスを利用し、弁１５により圧力を調節して永久磁石２又は可動鉄片６を移動させる構成となっている。
【００７３】
上述の実施の形態９によれば、運転領域が広範囲で、高効率、制御性の良い、騒音の低減が可能な圧縮機を実現できる。また、実施の形態２に比べ、装置が簡単となりコスト削減ができる。
【００７４】
実施の形態１０．
以下、この発明の実施の形態１０を図面を参照して説明する。
図１０は実施の形態１０を示す図で、制御システムのブロック図である。
本実施の形態は、３相の電動機２７の誘起電圧を位置検出回路２６で検出し、その誘起電圧によりインバータ主回路２４から磁石等移動装置３７に信号を出して永久磁石、可動鉄片の位置を変化させるものである。誘起電圧が大きい場合は、誘起電圧を抑えるように上記実施の形態で記述したように永久磁石、可動鉄片を移動させる。
【００７５】
上述の実施の形態１０によれば、誘起電圧を抑えて出力範囲を広げ、動力性能、制御性を向上させる。従って、高効率化、低騒音化が可能となる。
【００７６】
実施の形態１１．
以下、この発明の実施の形態１１を図面を参照して説明する。
図１１は実施の形態１１を示す図で、実施の形態１〜９の電動機を搭載した圧縮機を示す概念図である。
図において、２７は実施の形態１〜９の何れかを用いた電動機、３１は電動機２７により駆動される圧縮機である。尚、この圧縮機３１は一般に用いられる冷凍サイクル（圧縮機３１→四方弁→凝縮器又は蒸発器→絞り装置→蒸発器又は凝縮器→四方弁→圧縮機３１の順に冷媒配管で順次接続された冷凍サイクル装置）中に組み込まれ、冷媒としてはＲ１３４ａ、Ｒ４１０ａ、Ｒ４０７ｃ等に代表されるＨＦＣ系冷媒が、冷凍機油としてはアルキルベンゼン系油に代表される弱相溶性の油又はエステル油に代表される相溶性の油が使用される。圧縮機３１はインバータ制御回路２５により制御される半導体スイッチ群によりインバータ駆動される。
【００７７】
上記のように構成された圧縮機３１では、駆動用の電動機２７が動力性能、制御性を向上させ、高効率化、低騒音化を実現している。インバータ駆動による圧縮機では各周波数毎に入力と効率の最適値が変動するが、本実施の形態の圧縮機３１では、インバータ駆動による広い圧縮機周波数範囲にわたって高効率化が図られるため、全体的に効率を上げることが可能になる。また、低振動・低騒音化、周波数範囲を広げることができるので、圧縮機の利用価値を高められる。さらに、Ｒ４１０ａの様な従来のＲ２２に対して高圧な冷媒を用いた場合、冷凍サイクル起動時等の高圧状態となる時間を短くできるので、冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。
【００７８】
【発明の効果】
この発明に係る永久磁石形回転電機は、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、永久磁石を移動可能な構成とし、運転状況に応じて永久磁石の位置を変え、モータ定数を制御することにより、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００７９】
また、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時に永久磁石を回転子内部へ移動し、高負荷時、低中速時は永久磁石を回転子外周側へ移動するので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００８０】
また、永久磁石を径方向以外の方向に移動可能な構成としたので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００８１】
また、分割された永久磁石を分割配置し、移動可能な構成としたので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００８２】
また、永久磁石は、始動時は重力により回転軸近傍にあり、始動後遠心力により回転子外周に移動するので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００８３】
また、固定永久磁石と、隣接する固定永久磁石間に設けた移動永久磁石とを備えたことにより、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な電動機を実現できる。
【００８４】
また、回転子コアを樹脂で構成したので、重力、バネと回転力で永久磁石が移動でき、高価な磁石移動装置を必要とせず、低コストで運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な回転電機が実現できる。また、磁石の破砕、それによるモータのロックを防止できる。さらに、組立性が良く、外径の寸法精度が良好な電動機が実現できる。また、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００８５】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、回転子コアの内部に移動可能な可動鉄片を設け、運転状況に応じて可動鉄片の位置を変え、モータ定数を制御するので、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能となる。さらに、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。また、磁石位置の微調整が容易である。
【００８６】
また、周方向に設けられた隣接する永久磁石の間に半径方向に可動鉄片を設け、モータが定常運転の時、可動鉄片を回転軸近傍に置いて磁束の通りを良くし、モータが高速運転となる時、回転力により可動鉄片を回転子外周側に移動させて磁束の通りが小さくなりさらに高速回転を可能とするものである。
【００８７】
また、永久磁石の移動を二重構造の回転軸を使用し、内側の磁石移動用回転軸と永久磁石を結合部材で結合して、磁石移動用回転軸を回転することにより永久磁石の位置を制御するので、運転状況に合わせて回転軸をアクチュエータ、油圧装置等で回転させて永久磁石を移動させているので、磁石位置の微調整が容易である回転電機を実現できる。
【００８８】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、ガス、液圧により行うことにより、永久磁石、可動鉄片の位置を多段階に変化できる回転電機を実現できる。また、圧縮機用モータにおいては、圧縮部が存在するため、油圧で永久磁石を移動することは容易である。
【００８９】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、温度により伸縮する物質を使用することにより行うので、磁石移動の機構が簡単であり、組立性が良く低コストな回転電機を実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００９０】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、回転力とバネにより行うので、磁石移動の機構が簡単であり、組立性が良く低コストなモータを実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００９１】
また、永久磁石又は可動鉄片の移動を、重力と回転力により行うので、磁石移動の機構が簡単であり、組立性が良く低コストなモータを実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００９２】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子内周と回転子外周をコーン状のテーパ部で対向する形状とし、固定子と回転子を軸方向に相対移動することにより、鎖交磁束を変化させるので、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能なモータを実現できる。さらに、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００９３】
また、回転子の移動をガス、液圧により行うので、磁石移動の機構が簡単であり、組立性が良く低コストなモータを実現できる。さらに、解体がしやすく、リサイクル性が良い。
【００９４】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子と回転子の間に不連続な移動鋼板を備え、運転状況に合わせて移動鋼板を移動させて回転子と固定子間のエアギャップを変えて鎖交磁束を変化させる構成としたので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能なモータを実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００９５】
また、移動鋼板の移動をモータ、アクチュエータ、ガス、液圧装置で行うので、永久磁石の位置を多段階に変化できるモータを実現できる。また、圧縮機用モータにおいては、圧縮部が存在するため、ガス、液圧で永久磁石を移動する事は容易である。
【００９６】
また、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、固定子のティース部に可動スリットを備えたので、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な回転電機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００９７】
また、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時には可動スリットは磁束を遮る方向に向き、高負荷時、低中速時には可動スリットは磁束が流れる向きに平行になり、鎖交磁束を増やすことにより、永久磁石の減磁防止、運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な回転電機を実現できる。また、減磁耐力が増すので磁石が薄くでき、低コスト化、組込着磁が容易となる。
【００９８】
また、固定子コイルの誘起電圧を検出して、誘起電圧により永久磁石、可動鉄片の位置を変化させるので、永久磁石、可動鉄片、回転子、固定子の移動をさらに正確に調整でき、さらなる運転領域の広域化、高効率化、制御性の向上、騒音の低減が可能な回転電機を実現できる。
【００９９】
この発明に係る圧縮機は、請求項１乃至２１のいずれかに記載の永久磁石形回転電機を用いることにより、運転領域が広範囲で、高効率、制御性の良い、騒音の低減が可能な圧縮機を実現できる。また、装置が簡単となりコスト削減ができる。
【０１００】
この発明に係る冷凍サイクルは、請求項２２記載の圧縮機を用いることにより、高効率、低騒音な冷凍サイクルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）〜（ｄ）は回転子の縦断面図、（ｅ）は回転子の永久磁石回転機構部の拡大平面断面図である。
【図２】 実施の形態２を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）は回転子の縦断面図である。
【図３】 実施の形態３を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）は回転子の縦断面図である。
【図４】 実施の形態４を示す図で、（ａ）は回転子の平面断面図、（ｂ）、（ｃ）は回転子の動作説明図である。
【図５】 実施の形態５を示す図で、回転子の平面断面図である
【図６】 実施の形態６を示す図で、モータの装置断面図である。
【図７】 実施の形態７を示す図で、（ａ）は電動機回転子と移動鋼板の平面断面図、（ｂ）、（ｃ）は電動機回転子と移動鋼板の縦断面図である。
【図８】 実施の形態８を示す図で、（ａ）は電動機の平面断面図、（ｂ）は電動機固定子ティース部拡大平面断面図である。
【図９】 実施の形態９を示す図で、圧縮機の正面断面図である。
【図１０】 実施の形態１０を示す図で、制御システムのブロック図である。
【図１１】 実施の形態１１を示す図で、圧縮機とその冷凍サイクルおよび制御回路の概念図である。
【図１２】 従来の永久磁石形電動機の平面断面図である。
【図１３】 従来の永久磁石回転電機の回転子を示す断面図である。
【図１４】 従来のブラシレスＤＣサーボモータの回転子構造を示す図である。
【図１５】 従来の電動機の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 回転軸、２ 永久磁石、２ａ 固定永久磁石、２ｂ 移動永久磁石、３ 回転子コア、４ ワイヤー等の結合部材、５ 永久磁石移動溝、６ 可動鉄片、６ａ 可動鉄片移動溝、７ バネ、８ ガス、油圧通路、９ 移動鋼板、１１ 磁石移動用回転軸、１２ 回転子、１３ 可動スリット、１４ 固定子、１５ 弁、１６ オイル、１７ オイルタンク、１８ 油圧ポンプ、１９ ガス、液圧装置、２０ 溝、２１ 熱伸縮物質、２２ 固定子ティース部、２３ 磁束線、２４ インバータ主回路、２５ インバータ制御回路、２６ 位置検出回路、２７ 電動機、２８ 直流電源、２９ インバータ、３０ アクチュエータ、３１圧縮機、３２ 圧縮部、３３ 軸受け、３４ 可動片、３５ モータ枠、３６軸回転用モータ、３７ 磁石等移動装置、３８ スロット、３９ エアギャップ、４０ コイル。
Claims (8)
- 回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだ構造の永久磁石形回転電機において、
前記永久磁石を移動可能な構成とし、運転状況に応じて前記永久磁石の位置を変え、モータ定数を制御し、減磁を起こしやすい始動時、誘起電圧を抑えたい高速回転時に前記永久磁石を回転子内部へ移動し、高負荷時、低中速時は前記永久磁石を回転子外周側へ移動するとともに、
前記永久磁石の移動に二重構造の回転軸を使用し、内側の磁石移動用回転軸と前記永久磁石を結合部材で結合して、前記磁石移動用回転軸を回転することにより前記永久磁石の位置を制御することを特徴とする永久磁石形回転電機。 - 前記永久磁石を径方向以外の方向に移動可能な構成としたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転電機。
- 分割された前記永久磁石を分割配置し、移動可能な構成としたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転電機。
- 固定永久磁石と、隣接する前記固定永久磁石間に設けた移動永久磁石とを備えたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転電機。
- 前記回転子コアを樹脂で構成したことを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転電機。
- 固定子コイルの誘起電圧を検出して、該誘起電圧により永久磁石、可動鉄片の位置を変化させることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形回転電機。
- 請求項１乃至６のいずれかに記載の永久磁石形回転電機を用いたことを特徴とする圧縮機。
- 請求項７記載の圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍サイクル。
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